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1、第一章第一章 操作系统引论操作系统引论2023-3-27第一章 操作系统概论2教学要求教学要求 理解OS系统涵义 掌握OS特征、分类、基本功能 掌握多道程序设计产生的思想、目的等 了解常见操作系统系统的特点 了解OS系统的发展趋势2023-3-27第一章 操作系统概论3内容提要内容提要 1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特征 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统的结构设计2023-3-27第一章 操作系统概论41.1、操作系统目标和作用、操作系统目标和作用一、 操作系统的目标二、 操作系统的作用2023-3-27第一章 操作系统概论5 DO
2、S LINUX WINDOWS TURBO-C WORD UNIX TURBO-ASM VI PC/M OS/2 FreeBSD你知道下列哪些是操作系统吗你知道下列哪些是操作系统吗? ?2023-3-27第一章 操作系统概论6目前常见操作系统目前常见操作系统微软：Windows系列（以前MS-DOS）UNIX：Solaris, AIX, HP UX, SVR4, BSD, 自由软件：Linux, freeBSD, MinixIBM: AIX, zOS(OS/390), OS/2, OS/4000, PC DOS其他：Mac OS, NetWare,2023-3-27第一章 操作系统概论7你用过
3、的操作系统能做什么你用过的操作系统能做什么? ?各种命令：dir copy del format 启动、结束用户程序系统调用：例如INT指令WINDOWS、UNIX 等提供多任务或多用户环境 操作系统为你完成所有“硬件相关、应用无关”的工作，以给你方便、效率、安全2023-3-27第一章 操作系统概论8硬件相关硬件相关 、 应用无关应用无关涉及物理地址、设备接口寄存器、设备接口缓冲区代码量大，需硬件知识、需随硬件的变化而变化提供所有应用、用户共需的东西与应用无直接关系2023-3-27第一章 操作系统概论9你知道操作系统不能做什么你知道操作系统不能做什么? ?不做天气预报不做房屋设计不是编译程
4、序总之，操作系统不直接解决最终具体应用问题，也不负责编译源程序.2023-3-27第一章 操作系统概论10操作系统如何工作操作系统如何工作OS的第1个工作：启动和结束程序OS的第2个工作：用户程序对OS的调用OS的第3个工作：为常用操作提供程序OS的第4个工作：解决效率和安全问题2023-3-27第一章 操作系统概论11一、OS的目标内容是什么？子目标之间的关系？1有效性 提高系统资源利用率。 提高系统的吞吐量。2方便性3可扩充性4开放性2023-3-27第一章 操作系统概论12二、OS的作用有哪些基本内容？知识点有哪些？对内是“管理员”，对外是“服务员”1 1OSOS作为用户与计算机硬件系统
5、之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口用户在OS帮助下，能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。2023-3-27第一章 操作系统引论13图1-1OS作为接口的示意图 用 户应用程序系统调用 命令 图标、窗口操作系统计算机硬件2023-3-27第一章 操作系统引论14(1) 命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令接口，以允许用户通过键盘输入有关命令来取得操作系统的服务，并控制用户程序的运行。(2) 系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来实现与操作系统的通信，并取得它的服务。(3) 图形、窗口方式。这是当前使用最为方便、最
6、为广泛的接口，它允许用户通过屏幕上的窗口和图标来实现与操作系统的通信，并取得它的服务。 2023-3-27第一章 操作系统引论152 2OSOS作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者在一个计算机系统中，归纳起来可将资源分为四类：处理器、存储器、I/O设备以及信息(数据和程序)。相应地，OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理，即：处理机管理，用于分配和控制处理机；存储器管理，主要负责内存的分配与回收； I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵；文件管理，负责文件的存取、共享和保护。可见，OS的确是计算机系统资源的管理者。2023-3-27第一章 操作系统引论163 3O
7、SOS实现了对计算机资源的抽象实现了对计算机资源的抽象图1-2I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节 物理接口硬件用户用户I/O软件物理接口硬件机器指令虚机器I/O操作命令(Read，Write)2023-3-27第一章 操作系统概论17拓展知识：拓展知识：OS的资源管理技术的资源管理技术资源复用(解决物理资源数量不足 ) 资源虚化(解决物理资源数量不足 ， 提高服务的能力和水平 )资源抽象(处理系统的复杂性， 解决资源的易用性) 资源管理技术2023-3-27第一章 操作系统概论181 1、资源复用、资源复用（1）何谓资源复用？（2）资源复用的种类 该资源可进一步分割成更多和更小的单位供进程使
8、用 。 并不把资源进一步分割成更小的单位，进程可在一个时间片内独占使用整个物理资源。 （3）举例2023-3-27第一章 操作系统引论19 时分复用共享有：（1）教室里的黑板（2）分时系统中的打印机（3）城市里的出租车 空分复用共享有：（1）住宅区的土地（2）公共汽车上的椅子（3）C/C+运行时系统的堆栈（4）商品公寓房 既是时分复用又是空分复用共享的有：（1）某公共小汽车停车场(说明：使用空分复用来选一个停车位置，使用时分复用来共用单个停车位置)（2）宾馆住房(说明：使用空分复用来选一个房间，使用时分复用来共用单个房间)2023-3-27第一章 操作系统概论202 2、资源虚化、资源虚化（1
9、 1）何谓资源虚化？）何谓资源虚化？（2 2）资源虚化有何重要意义？）资源虚化有何重要意义？（3 3）举例）举例 虚拟计算机概念（虚拟计算机概念（page8-9page8-9） 虚拟设备虚拟设备 虚拟存储器虚拟存储器 虚拟屏幕虚拟屏幕( (终端终端) )等等 问题：作为虚拟机的观点来看待有什么好处？问题：作为虚拟机的观点来看待有什么好处？方便用户使用计算机，用户可以不必了解计算机硬件方便用户使用计算机，用户可以不必了解计算机硬件工作的细节（在工作的细节（在Windows NT Windows NT 系统中用系统中用HALHAL了屏蔽硬件特性）了屏蔽硬件特性）2023-3-27第一章 操作系统概
10、论213 3、资源抽象、资源抽象（1 1）何谓资源抽象）何谓资源抽象 资源抽象用于处理系统的复杂性，重点解决资资源抽象用于处理系统的复杂性，重点解决资源的易用性。资源抽象指通过创建软件来屏蔽硬件源的易用性。资源抽象指通过创建软件来屏蔽硬件资源物理特性和接口细节，简化对硬件资源的操作、资源物理特性和接口细节，简化对硬件资源的操作、控制和使用的一类技术。控制和使用的一类技术。（2 2）资源抽象的程度）资源抽象的程度 单级资源抽象与多级资源抽象。单级资源抽象与多级资源抽象。（3 3）举例）举例 磁盘抽象示例磁盘抽象示例2023-3-27第一章 操作系统概论223 3、资源抽象（续资源抽象（续1 1）
11、 （1）是对已进入主存正在运行的程是对已进入主存正在运行的程序在处理器上操作的状态集的抽象序在处理器上操作的状态集的抽象 。（2 2）是对物理主存的抽象，进程可是对物理主存的抽象，进程可获得一个硕大的连续地址空间来存放可执行程序和获得一个硕大的连续地址空间来存放可执行程序和数据，可使用虚拟地址来引用物理主存单元。数据，可使用虚拟地址来引用物理主存单元。 （3 3）是对磁盘之类存储设备的抽象是对磁盘之类存储设备的抽象 。2023-3-27第一章 操作系统概论23文件抽象是操作系统对磁盘设备的多层次抽象 第一层抽象，从磁盘到分区。第一层抽象，从磁盘到分区。 第二层抽象，从分区到扇区。第二层抽象，从
12、分区到扇区。 第三层抽象，从扇区到簇。第三层抽象，从扇区到簇。 第四层抽象，从簇到文件系统分区第四层抽象，从簇到文件系统分区 3 3、资源抽象（续资源抽象（续2 2） 2023-3-27第一章 操作系统概论243 3、资源抽象（续资源抽象（续3 3） 操作系统最基础抽象小结操作系统最基础抽象小结文件抽象 虚存抽象 进程抽象 处理器 主存 设备 2023-3-27第一章 操作系统概论254 4、组合使用抽象和虚化技术、组合使用抽象和虚化技术 对于一类资源，操作系统往往同时实施抽象和对于一类资源，操作系统往往同时实施抽象和虚化技术虚化技术。 例例1 1：为打印机既配置为打印机既配置“打印函数打印函
13、数”( (设备驱动设备驱动程序程序) )，又实施虚拟设备，通过打印函数抽象隐蔽，又实施虚拟设备，通过打印函数抽象隐蔽打印机动作细节，实施打印机动作细节，实施SPOOLingSPOOLing虚化虚化“扩充扩充”物理物理打印机数量。打印机数量。 例例2 2：软件是对物理终端的虚化和抽象，能为用软件是对物理终端的虚化和抽象，能为用户提供虚拟终端和方便的户提供虚拟终端和方便的I/OI/O服务。服务。2023-3-27第一章 操作系统引论26三、三、推动推动OSOS发展的主要动力发展的主要动力l 不断提高计算机资源利用率的需要；l 方便用户；l 器件的不断更新换代；l 计算机体系结构的不断发展。2023
14、-3-27第一章 操作系统概论27四、四、OSOS的定义的定义 是管理系是管理系统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，合理组织计算机工作流程和为用户有效种服务，合理组织计算机工作流程和为用户有效使用计算机提供良好运行环境的最基本的一种系使用计算机提供良好运行环境的最基本的一种系统软件。统软件。 （1）从计算机系统的分层观点）从计算机系统的分层观点 （2）从资源管理的观点）从资源管理的观点 （3）从用户的观点）从用户的观点2023-3-27第一章 操作系统概论281、OS的定义的定义系统分层观点系统分层观点财务系统财务系统航空订票航空订票上网
15、浏览上网浏览电子商务电子商务科学计算科学计算( (应用软件应用软件) )编译程序编译程序汇编程序汇编程序数据库数据库( (支撑软件支撑软件) )操作系统操作系统( (系统软件系统软件) )操作系统操作系统( (系统软件系统软件) )计算机硬件计算机硬件用户用户n n用户用户4 4用户用户3 3用户用户2 2用户用户1 1实用程序实用程序2023-3-27第一章 操作系统概论29操作系统与支撑软件及应用软件的区别操作系统与支撑软件及应用软件的区别 操作系统是软件系统的核心，是各种软件的基础运行平台； 通用操作系统提供共性功能支持，与硬件相关但和应用领域无关； 支撑软件及应用软件不能直接而只能通过
16、操作系统来使用计算机系统的物理资源。2023-3-27第一章 操作系统概论302、OS的定义的定义其他观点其他观点从人机交互的角度OS是用户与计算机的接口，具有友好方便的用户接口界面。从管理者的角度OS是所管理资源的程序扩充。操作系统的工作就是分门别类地管理，并详细记录资源的使用情况，再按一定的策略对资源进行调度分配，为用户服务。从本课程的知识结构的角度OS是计算机技术和管理技术的结合2023-3-27第一章 操作系统概论312023-3-27第一章 操作系统概论321.2.11.2.12023-3-27第一章 操作系统概论332023-3-27第一章 操作系统概论342023-3-27第一章 操作系统概论35一、多道程序设计的硬件支持一、多道程序设计的硬件支持1 1、中断系统、中断系统 中断的基本概念中断的基本概念中断、中断源、开中断、中断、中断源、开中断、关中断、中断屏蔽、中断向量（关中断、中断屏蔽、中断向量（存放处理机状态存放处理机状态字与中断处理程序入口地址一起构成字与中断处理程序入口地址一起构成）u 中断类型中断类型外中断、内中断（陷入活异常）外中断、内中断（陷入活异常）u
