01 操作系统引论

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1、~计算机操作系统李文生北京邮电大学计算机学院~~~~本章内容操作系统的地位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操作系统的基本特性 1.4操作系统的主要功能 1.5操作系统的结构设计操作系统的硬件基础~~~~北京邮电大学计算机学院2~~~~补充：计算机系统的组成软件编辑软件应用软件编译软件……~~~~系统软件计算机系统(层次结构)操作系统硬件及固件（裸机）（包括CPU、存储器、输入输出设备等）北京邮电大学计算机学院3~~~~补充：操作系统的地位-其他软件的共同环境应用用户应用开发人员

2、应用软件系统工具操作系统操作系统开发人员~~~~计算机硬件北京邮电大学计算机学院4~~~~1.1操作系统的目标和作用操作系统的目标方便性有效性可扩充性开放性操作系统的作用OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口 OS作为计算机系统资源的管理者 OS用作扩充机器/虚拟机~~~~北京邮电大学计算机学院5~~~~操作系统的目标和作用（续）推动操作系统发展的主要动力不断提高计算机资源利用率方便用户器件的不断更新换代计算机体系结构的不断发展~~~~北京邮电大学计算机学院6~~~~补充：计算机的发展过程计算机发展阶段（

3、时间段及器件工艺）操作系统类型第一代：1946～50年代末，电子管无操作系统第二代：50年代末～60年代中，单道批处理系统晶体管第三代：60年代中～70年代中，多道程序系统集成电路第四代：70年代中～20世纪末，分时系统~~~~大规模超大规模集成电路21世纪初～今，实时、通用、网络、普适计算、网格计算、分布式、智能化分布系统北京邮电大学计算机学院7~~~~1.1操作系统的发展过程无操作系统的计算机系统人工操作方式¾用户独占全机¾CPU等待人工操作主要矛盾¾计算机处理能力的提高，手工操作的低效率（造成浪费）

4、；¾用户独占全机的所有资源、CPU利用率低提高效率的途径~~~~¾专门的操作员，程序员不再直接操作计算机 ¾脱机输入/输出(Off-LineI/O)方式 ¾批处理北京邮电大学计算机学院8~~~~脱机输入/输出(Off-LineI/O)方式~~~~减少了CPU的空闲时间 提高了I/O速度北京邮电大学计算机学院9~~~~单道批处理系统(SimpleBatchProcessingSystem)监控程序(monitor)单道批处理系统的特征自动性顺序性单道性~~~~北京邮电大学计算机学院10~~~~单道批处理的主

5、要问题用户作业一道一道地顺序处理CPU和I/O设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）对以计算为主的作业，外设空闲 对以I/O为主的作业，CPU空闲计算机资源的使用效率仍然不高。~~~~北京邮电大学计算机学院11~~~~通道和中断技术——60年代初通道：专用处理部件，控制I/O设备与内存之间的 数据传输，启动后可独立于CPU运行。 通道与CPU并行工作，实现了CPU与I/O的并行。 通道有专用的I/O处理器，可与CPU并行工作 可实现I/O联机处理中断是指CPU在收到外部中断信号后，停止原来工作，转去处理

6、该中断事件，处理完毕后回到原来断点继续工作。借助通道和中断技术，输入输出可以在主机控制下~~~~完成批处理，此时的监督程序不仅负责作业的自动调度，还要提供输入输出控制功能，发展成为执行系统(executivesystem)，并且常驻内存。北京邮电大学计算机学院12~~~~多道批处理系统(MultiprogrammedBatchProcessingSystem)多道批处理的运行特征多道：内存中同时存放几道相互独立的作业多道程序并发执行¾宏观上并行运行：都处于运行过程中，但都未运行完¾微观上串行运行：各作业轮

7、流使用CPU、交替执行在当前运行的作业需作I/O处理时，CPU转而执行另一个作业。~~~~北京邮电大学计算机学院13~~~~程序工作示例计算请求输入启动I/O中断处理继续计算用户程序监督程序输入数据I/O操作I/O中断请求输入请求打印输出程序A程序B程序A程序BCPUI/O操作输入输出设备输入数据~~~~输入输出设备打印输出等待CPU北京邮电大学计算机学院14~~~~多道批处理系统（续）多道程序设计的目的多道批处理系统的优缺点提高CPU的利用率 资源利用率高提高内存和I/O设备 系统吞吐量大利用率平均周转

8、时间长增加系统吞吐量 无交互能力多道批处理系统的特征多道批处理系统需要解决的问题~~~~多道性处理机管理问题无序性内存管理问题调度性I/O设备管理问题文件管理问题作业管理问题北京邮电大学计算机学院15~~~~分时系统(TimeSharingSystem)“分时”的含义：把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用，从而使多个用户分享使 用同一台计算机。多个程序分时共享硬件和软件资源多个用户分时：