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1、第一章第一章 操作系统概论操作系统概论1.1 什么是操作系统什么是操作系统1.2 多道程序设计的概念多道程序设计的概念1.3 操作系统的功能和主要特征操作系统的功能和主要特征1.4 操作系统的结构操作系统的结构1.5 操作系统的分类操作系统的分类第一章 操作系统概论 1.1 什么是操作系统什么是操作系统一、计算机系统组成 中央处理机（CPU） 内存 I/O设备（键盘、显示器、打字机、鼠标） 外部设备 存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带） 其它设备（MODEM、通信口） 系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统） 应用软件 （CAD、MIS、用户自己开发的系统等） 工具软件（软、硬件检测疹断
2、程序）第一章 操作系统概论 1.1 什么是操作系统什么是操作系统一、计算机系统组成第一章 操作系统概论 硬件是计算机系统的基础，软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机的程序，它们二者相互依赖、相互促进 、 共同发展。 . . 1.1 什么是操作系统什么是操作系统二、软件与硬件的关系第一章 操作系统概论 方便用户方便用户 提高计算机系统资源的使用效率 1.1 什么是操作系统什么是操作系统三、在计算机系统中必须配备操作系统的目标第一章 操作系统概论 1.1 什么是操作系统什么是操作系统操作系统是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程及方便用户使用的程序和数据的集合。第
3、一章 操作系统概论 计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构 用户1用户2用户n硬件应用程序语言处理程序操作系统图 1.1 计算机系统的层次结构 第一章 操作系统概论 操作系统是系统软件的重要组成部分操作系统是系统软件的重要组成部分系统软件由一组控制计算机系统并管理其资源的程序组成，用于计算机的管理、控制、维护，以支持应用程序的运行。操作系统、各种语言处理程序(汇编程序、编译程序等、连接装配程序)、系统实用程序以及系统维护程序等，都可算是系统软件，但是最为重要、最为基本的系统软件便是我们所要讲的操作系统。第一章 操作系统概论 操作系统作为资源管理器操作系统作为资源管理器操作系统的任务是如何在相
4、互竞争的作业或程序之间进行有效地控制和管理，使系统资源得到充分有效的利用，实现对计算机系统工作流程的控制。具体地说：跟踪资源状态。 分配资源。 回收资源。 1.保护资源。第一章 操作系统概论 操作系统作为虚拟机操作系统作为虚拟机操作系统是对硬件层的第一次扩充，它建立了一种简单的高度抽象，使用户在使用计算机时可以不涉及硬件细节。这种抽象就是为用户提供一台等价的扩展计算机，即虚拟计算机，简称虚拟机。 第一章 操作系统概论 1.2 多道程序设计的概念多道程序设计的概念第一章 操作系统概论 两个重大的进展60年代计算机硬件获得两个重大的进展： 通道技术和中断技术中断技术通道通道: 是一种专用部件，负责
5、外部设备与内存之间信息的传输。中断：指主机接到外界的信号（来自CPU外部或内部）时，立即中止原来的工作，转去处理这一外来事件，处理完后，主机又回到原来工作点继续工作。第一章 操作系统概论 现代操作系统是中断驱动的现代操作系统是中断驱动的中断指的是：l对异步或例外事件的一种响应；这一响应自动地保存CPU状态以便将来重新启动；自动转入中断处理程序。 第一章 操作系统概论 图 1.2 中断的处理过程 用户程序中断机构（硬件）判别中断类型保护旧PSW取出新PSW中断处理程序取出中断码分析中断原因按不同原因分别处理取出旧PSW重新装入，返回断点旧PSW新PSW第一章 操作系统概论 中断的类型在计算机系统
6、中，一般将中断分为如下几种类型：I/O中断。 这是外部设备完成了预定I/O操作或在I/O操作中出错所引起的中断。程序中断。 这是由程序中的错误引起的中断。硬件故障中断， 或称机器检验中断。外中断。 外中断来自外部信号， 这些信号可能来自其它机器。 外中断还包括时钟中断， 以及来自键盘的中断。(1)访管中断。 由机器中的访管指令引起的中断。第一章 操作系统概论 设备 A设备 B设备 C设备 D设备 E设备 F设备 G设备 H控制器控制器通道控制器控制器通道主存通道技术通道又称I/O处理机，代替CPU对I/O操作进行控制，实现CPU与外部设备的并行工作。第一章 操作系统概论 CPU和通道的通信和通
7、道的通信采用通道方式实现数据传输的过程如下： (1) 当运行的程序要求数据传输时，CPU向通道发I/O指令，命令通道工作(2) 通道接收到CPU的I/O指令后，从内存中取出相应的通道程序，通过执行通道程序完成I/O操作(3) 当I/O操作完成(或出错)时，通道以中断方式中断CPU正在执行的程序，请求CPU的处理第一章 操作系统概论 读/写数据主存缓冲区作业程序A作业程序B通道磁带I/O结束中断数据主存I/O请求图 1.4 多道程序运行概念图多道程序设计原理多道程序设计原理第一章 操作系统概论 第一章 操作系统概论 图 1.5 多道程序执行过程的时间图 通道作业程序 A作业程序 B时间通道开始动
8、作I/O 结束中断t0t1t2t第一章 操作系统概论 多道程序设计的特点多道：即主存中有两道或两道以上的程序，它们都处于执行的开始点和结束点之间，也就是说，它们在任一时刻必处于就绪、 运行、 阻塞三种状态之一。 宏观上并行：从宏观上看，它们在同时执行。 微观上串行：从微观上看，它们在交替、穿插地执行，因为在任一时刻，在一台处理机上只能执行一道程序的一条指令。 第一章 操作系统概论 思考题：假定有两个程序A和B要执行。lA程序的执行顺序是：在CPU上执行10秒、在设备DEV1上执行5秒、在CPU上执行5秒、在设备DEV2上执行10秒、在CPU上执行10秒，共需要40秒时间。lB程序的执行顺序是：
9、在设备DEV2上执行10秒、在CPU上执行10秒、在设备DEV1上执行5秒、在CPU上执行5秒、在设备DEV2上执行10秒，共需要40秒时间。计算在顺序环境下，CPU、设备DEV1和DEV2的利用率分别是多少？在并发环境下， CPU、设备DEV1和DEV2的利用率分别是多少？第一章 操作系统概论 思考题:假定有两个程序A和B要执行l程序A要求从输入机输入1000个字符（速度为6400字符/秒），经47毫秒处理后由磁带机输出（10万字符/秒），然后再读1000个字符处理，直到所有的输入数据处理完毕。l程序B要求从磁带机输入1000个字符，经31毫秒处理后，从打印机输出两行（1350行/分钟）。
10、计算采用多道程序设计方法时，处理器的利用率为多少？第一章 操作系统概论 多道程序设计的实现多道程序设计的实现为实现多道程序设计， 必须妥善解决以下三个问题：(1) 存储保护和地址重定位。(2) 处理机管理和调度。 (3) 资源的管理和分配。 第一章 操作系统概论 图 1.6 多道程序设计环境下各程序的 执行和状态的转换 通道 1通道 2调度程序程序 A程序 B程序 C第一章 操作系统概论 1.3 操作系统的功能和主要特征操作系统的功能和主要特征操作系统的功能：l处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、用户接口操作系统的主要特征l并发性、共享性、虚拟性、不确定性第一章 操作系统概论 处理机管理
11、处理机管理处理机管理的主要工作如下：处理机管理的主要工作如下：（1 1）记住系统中当前每个作业程序的状态。）记住系统中当前每个作业程序的状态。这样，在需要对这样，在需要对CPUCPU重新进行分配时，就在候重新进行分配时，就在候选的程序中选取。选的程序中选取。（2 2）指定处理机调度策略，它是在候选程序）指定处理机调度策略，它是在候选程序中进行挑选时应遵循的原则。中进行挑选时应遵循的原则。第一章 操作系统概论 处理机管理处理机管理（3 3）实施）实施CPUCPU分配（也就是处理机调度），以分配（也就是处理机调度），以便让获得便让获得CPUCPU的作业程序真正投入运行。的作业程序真正投入运行。在有
12、的操作系统中，实行处理机的两级调度在有的操作系统中，实行处理机的两级调度.第第一级是作业调度，涉及作业管理；第二级才一级是作业调度，涉及作业管理；第二级才是处理机调度，属于处理机管理。是处理机调度，属于处理机管理。第一章 操作系统概论 存储管理存储管理操作系统中的存储管理是针对内存而言的。也操作系统中的存储管理是针对内存而言的。也就是说，存储管理的对象是内存，其主要工就是说，存储管理的对象是内存，其主要工作如下：作如下： （1 1）记住内存各部分的使用情况，哪些已经）记住内存各部分的使用情况，哪些已经分配，哪些为待分配。分配，哪些为待分配。（2 2）制定内存的分配策略，实施内存的具体）制定内存
13、的分配策略，实施内存的具体分配和回收。分配和回收。第一章 操作系统概论 存储管理存储管理（3 3）保证内存中各独立作业程序的安全，互）保证内存中各独立作业程序的安全，互不侵扰。不侵扰。（4 4）解决）解决“作业程序比内存大时，也能正确作业程序比内存大时，也能正确运行运行”的存储扩充问题。的存储扩充问题。第一章 操作系统概论 设备管理设备管理计算机系统中，除了处理机和内存外，全都是计算机系统中，除了处理机和内存外，全都是设备管理的对象，主要是一些输入设备管理的对象，主要是一些输入/ /输出设备输出设备和外存。设备管理是操作系统中最为复杂、和外存。设备管理是操作系统中最为复杂、庞大的部分。庞大的部
14、分。设备管理的主要工作如下：设备管理的主要工作如下：（1 1）记住各类设备的使用状态，按各自不同）记住各类设备的使用状态，按各自不同的性能特点进行分配和回收。的性能特点进行分配和回收。第一章 操作系统概论 设备管理设备管理（2 2）为各类设备提供相应的设备驱动程序、）为各类设备提供相应的设备驱动程序、启动程序、初始化程序以及控制程序等，保启动程序、初始化程序以及控制程序等，保证输入证输入/ /输出操作的顺利完成。输出操作的顺利完成。（3 3）利用中断、通道等技术，尽可能地使）利用中断、通道等技术，尽可能地使CPUCPU与外部设备、外部设备与外部设备之间并行与外部设备、外部设备与外部设备之间并行
15、工作，以提高整个系统的工作效率。工作，以提高整个系统的工作效率。（4 4）根据不同的设备特点，采用优化策略，）根据不同的设备特点，采用优化策略，使对具体设备的使用更趋合理和有效。使对具体设备的使用更趋合理和有效。第一章 操作系统概论 文件管理文件管理程序与数据都是以文件的形式存放在外存（如程序与数据都是以文件的形式存放在外存（如硬盘、软盘）上，是计算机系统的软件资源。硬盘、软盘）上，是计算机系统的软件资源。用户是通过文件的名称来访问所需要的文件的，用户是通过文件的名称来访问所需要的文件的，这就是所谓的这就是所谓的“按名存取按名存取”方式。方式。操作系统文件管理的主要工作如下：操作系统文件管理的
16、主要工作如下：（1 1）维持一个目录表，里面登记有每一个文）维持一个目录表，里面登记有每一个文件的名称和有关信息（这就是该文件的目录件的名称和有关信息（这就是该文件的目录项）。项）。 第一章 操作系统概论 文件管理文件管理（2 2）由于文件都存放在外存，要随时记住外）由于文件都存放在外存，要随时记住外存上文件存储空间的使用情况，哪些已经分存上文件存储空间的使用情况，哪些已经分配，哪些为待分配。配，哪些为待分配。（3 3）制定文件存储空间的分配策略，实施具）制定文件存储空间的分配策略，实施具体的分配和回收。体的分配和回收。（4 4）确保存放在外存上文件的安全、保密和）确保存放在外存上文件的安全、保密和共享。共享。（5 5）提供一系列文件使用命令，以便用户能）提供一系列文件使用命令，以便用户能对文件进行存取、检索和更新等操作。对文件进行存取、检索和更新等操作。第一章 操作系统概论 用户接口目标：提供一个友好的用户访问操作系统的接口。操作系统向上提供两种接口：系统命令：供用户用于组织和控制自己的作业运行。命令行、菜单式或GUI联机；命令脚本脱机编程接口：供用户程序和系统程序调用操作系统功能。
