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1、第第1 1章章计算机操作系统概述计算机操作系统概述1.11.1操作系统概念操作系统概念1.21.2操作系统的发展历程操作系统的发展历程1.31.3操作系统的分类操作系统的分类1.41.4现代操作系统的主要特性现代操作系统的主要特性1.51.5操作系统的功能操作系统的功能1.61.6LinuxLinux操作系统基础操作系统基础1.1 1.1 操作系统概念操作系统概念 操作系统是位于硬件层之上，所有其它软件层之下的一个系统软件。这个系统软件由一些程序模块的集合组成，他们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理的组织计算机工作流程，以便有效的利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便的工作环境
2、，从而在计算机和用户之间起到接口的作用。任何一台计算机系统都配置一种或多种操作系统。返回目录 1.2 1.2 操作系统的发展历程操作系统的发展历程这种人工操作方式下有以下两方面的缺点：l用户独占全机。lCPU等待人工操作。1.穿孔卡片穿孔卡片 用户使用计算机时，先把手编程序穿成纸带（或卡片），装上输入机，然后经过人工操作把程序和数据输入计算机，接着通过控制台开关开启启动程序运行。待计算完毕，用户拿走打印结果，并卸下纸带（或卡片）。 1.2 1.2 操作系统的发展历程操作系统的发展历程脱机批处理的主要优缺点如下：l减少了CPU 的空闲时间。l提高I/O速度。 l卫星机于主机之间的磁带装卸仍需要人
3、工完成。2. 晶体管和单道批处理系统晶体管和单道批处理系统 1)脱机输入输出技术 该技术是指事先将装有用户程序和数据的纸带（或卡片）装入纸带输入机（或卡片机），在一台外围机的控制下，把纸带（卡片）上的数据（程序）输入到磁带上，当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速调入内存运行。输出类似。 1.2 1.2 操作系统的发展历程操作系统的发展历程2. 晶体管和单道批处理系统晶体管和单道批处理系统 2 2)单道批处理系统单道批处理系统 把一批作业以脱机方式输入到磁带上，并在系统中配上监督程序（现代操作系统的前身），在它的控制下使这批作业能一个接一个地连续处理。 1.2 1.2 操作系统的发展历程
4、操作系统的发展历程 通道，一种专用部件，它能控制一台或多台输入输出设备工作，负责输入输出设备与主存之间的信息传输。 2. 晶体管和单道批处理系统晶体管和单道批处理系统3)3)执行系统执行系统 中断，指当主机接到外部信号时，马上停止原来的工作，转去处理这一事件，在处理完了以后，主机又回到原来的工作点继续工作。 借助于通道、中断技术和输入输出设备，计算机可在主机控制下完成批处理。这时，原来的监督程序的功能扩大了，它不仅负责作业运行的自动调度，而且还要提供输入输出功能。这个发展了的监督程序常驻内存，称为执行系统。执行系统比脱机处理前进了一步，它节省了卫星机，降低了成本。 1.2 1.2 操作系统的发
5、展历程操作系统的发展历程 中断和通道技术出现以后，输入输出设备和中央处理机可以并中断和通道技术出现以后，输入输出设备和中央处理机可以并行操作，提高了计算机的工作效率。但这种并行是有限度的，并不行操作，提高了计算机的工作效率。但这种并行是有限度的，并不能完全消除中央处理机对外部传输的等待能完全消除中央处理机对外部传输的等待。解决方案就是采用解决方案就是采用多道多道程序设计技术。程序设计技术。3. 集成电路芯片和多道程序系统集成电路芯片和多道程序系统多道程序运行的特点如下：l多道。l宏观上并行。l微观上串行。图1.4 多道程序工作过程返回目录 1.2 1.2 操作系统的发展历程操作系统的发展历程4
6、. 个人计算机和现代操作系统个人计算机和现代操作系统 进入进入2020世纪世纪8080年代，随着大规模集成电路技术的飞跃发展以及年代，随着大规模集成电路技术的飞跃发展以及微处理机的出现和发展，一方面迎来了个人计算机时代，同时又向微处理机的出现和发展，一方面迎来了个人计算机时代，同时又向计算机网络、分布式处理、巨型计算机和智能化方向发展，操作系计算机网络、分布式处理、巨型计算机和智能化方向发展，操作系统有了进一步的发展，形成了网络操作系统、分布式操作系统、嵌统有了进一步的发展，形成了网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统等多种操作系统。入式操作系统等多种操作系统。 1.3 1.3 操作系统
7、的分类操作系统的分类1. 批处理操作系统批处理操作系统l资源利用率高。l系统吞吐量大。 系统吞吐量是指系统在单位时间内所完成的总工作量。l平均周转时间长。 作业的周转时间是指从作业进入系统开始，直至其完成并退出系统为止所经历的时间。l无交互能力。主要优缺点如下： 1.3 1.3 操作系统的分类操作系统的分类2. 分时操作系统分时操作系统 分时操作系统将CPU的时间划分成若干个片段，称为时间片。操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务。每个用户轮流使用一个时间片而使每个用户并不感到有别的用户存在。分时操作系统的特点如下：l多路性l交互性l独立性l及时性 1.3 1.3 操作系统的分类操作系
8、统的分类3. 实实时操作系统时操作系统 所谓“实时”，是指能及时响应随机发生的外部事件、并对事件做出快速处理的能力。实时操作系统的特点如下：l高及时性l高可靠性l交互会话功能较弱 实时操作系统是能对来自外部的请求和信号在限定的时间范围内做出及时响应的一种操作系统。按其使用方式不同分实时控制系统和实时信息处理系统。 1.3 1.3 操作系统的分类操作系统的分类4. 网络网络操作系统操作系统 在网络范围内，用于管理网络通信和共享资源，协调各计算机上任务的运行，并向用户提供统一的、有效方便的网络接口的程序集合，称为网络操作系统。网络操作系统有如下4个基本功能：l网络通信l资源管理l提供网络接口l提供
9、网络服务 1.3 1.3 操作系统的分类操作系统的分类5. 分布式分布式操作系统操作系统 如果一个计算机网络系统，其处理和控制功能被分散在系统的各个计算机上，系统中的所有任务可动态地分配到各个计算机中，使它们并行执行，实现分布处理。这样的系统被称为“分布式系统”，其上配置的操作系统，被称为“分布式操作系统”。分布式操作系统有如下特点：l分布式系统的基础是网络l系统的透明性l并行性l可靠性和健壮性l扩展性 1.3 1.3 操作系统的分类操作系统的分类6. 嵌入式嵌入式操作系统操作系统 嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机
10、、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是由单个程序实现整个控制逻辑。用于嵌入式系统的操作系统，为嵌入式操作系统。嵌入式操作系统有如下特点：l专用性l小型化与有限资源l系统软硬件设计的协同一体化l软件开发需要交叉开发环境l嵌入式操作系统与一般操作系统相比具有可裁剪性、可移植性、可扩展性 1.3 1.3 操作系统的分类操作系统的分类7. 云云操作系统操作系统 又称云又称云OSOS、云计算操作系统、云计算中心操作系统，是以云、云计算操作系统、云计算中心操作系统，是以云计算、云存储技术作为支撑的操作系统，是云计算后台数据中心计算、云存储技术作为支撑的操作系统，是
11、云计算后台数据中心的整体管理运营系统。的整体管理运营系统。返回目录 1.4 1.4现代操作系统的主要特性现代操作系统的主要特性1. 并发性并发性2. 共享性共享性3. 虚拟性虚拟性4. 异步性异步性 1.4 1.4现代操作系统的主要特性现代操作系统的主要特性1. 并发性并发性 在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。些程序只能是分时地交替执行。 1.
12、4 1.4现代操作系统的主要特性现代操作系统的主要特性2. 共享性共享性 所谓共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。 由于资源属性的不同，进程对资源共享的方式也不同，目前主要有以下两种资源共享方式： 一是互斥共享，如对打印机、磁带机的使用方式； 二是同时访问，对磁盘设备，一些用重入码编写的文件的使用方式。 1.4 1.4现代操作系统的主要特性现代操作系统的主要特性3. 虚拟性虚拟性 操作系统中的所谓“虚拟”，是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体(前者)是实的， 即实际存在的；而后者是虚的，是用户感觉上的东西。 相应地，用于实现虚拟的技术，
13、称为虚拟技术。在OS中利用了多种虚拟技术，分别用来实现虚拟处理机、虚拟内存、 虚拟外部设备和虚拟信道等。 1.4 1.4现代操作系统的主要特性现代操作系统的主要特性4. 异步性异步性 在多道程序环境下，允许多个进程并发执行， 但只有进程在获得所需的资源后方能执行。 内存中的每个进程在何时能获得处理机运行，何时又因提出某种资源请求而暂停，以及进程以怎样的速度向前推进，每道程序总共需多少时间才能完成，等等，都是不可预知的。进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。返回目录 1.5 1.5操作系统的功能操作系统的功能 有三个非常重要的任务：程序监控；提供资源；提供服务。 操作系统作为一个
14、特殊的系统软件，对运行在计算机上的多道程序进行“程序监控”，其目的还是通过监测多道程序的运行情况和资源需求，合理地分配系统中的资源，即对多道程序“提供资源”，以保证多道程序有条不紊、高效地运行，并能最大限度地提高系统中各种资源的利用率和方便用户使用。 1.5 1.5操作系统的功能操作系统的功能 从资源管理的角度来看待操作系统的功能，操作系统的功能如下：1. 处理机管理2. 存储管理3. 设备管理4. 文件管理5. 用户接口 1.5 1.5操作系统的功能操作系统的功能1.1. 处理机管理处理机管理 在多道程序或多用户的情况下，要组织多个作业同时运行，就要解决对处理机分配调度策略、分配实施和资源回
15、收等问题。这就是处理机管理功能。 1.5 1.5操作系统的功能操作系统的功能2.2. 存储管理存储管理存储管理的主要工作是对内部存储器进行分配、保护和扩充。 1.5 1.5操作系统的功能操作系统的功能3. 设备管理设备管理设备管理的主要任务是完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设备，提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，以及方便用户使用I/O设备。 1.5 1.5操作系统的功能操作系统的功能4.4. 文件管理文件管理文件管理是针对计算机系统的软件资源的管理。其主要任务，是对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用，并保证文件的安全性。为此,文件管理应具有对文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理以及文件的共享与保护等功能。 1.5 1.5操作系统的功能操作系统的功能5.5. 用户接口用户接口操作系统还为用户提供一个友好的用户接口。一般来说，该接口以命令或系统调用的形式呈现在用户面前，命令提供给用户在键盘终端上使用，系统调用提供给用户在编程时使用。返回目录
