操作系统引论

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1、第一章操作系统引论1.1操作系统的目标和作用1.1.1.操作系统的目标目前存在着多种类型的OS，不同类型的OS，其目标各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS，其目标有以下几点：(1)方便性(2)有效性(3)可扩充性(4)开放性1.1.2.操作系统的作用(1)OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口(2)OS作为计算机系统资源的管理者(3)OS实现了对计算机资源的抽象1.1.3.推动操作系统发展的主要动力(1)不断提高计算机系统资源的利用率(2)方便用户(3)器件的不断更新换代(4)计算机体系结构的不断发展(5)不断提出新的应用需求1.2操作系统的发展

2、过程1.2.1.未配置操作系统的计算机系统(1)人工操作方式早期的操作方式是由程序员将事先已穿孔的纸带（或卡片），装入纸带输入机（或卡片输入机），再启动它们将纸带（或卡片）上的程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。仅当程序运行完毕并取走计算结果后，才允许下一个用户上机。人工操作方式的缺点:(1)用户独占全机即一台计算机的全部资源由上机用户所独占；(2)CPU等待人工操作当用户进行装带（卡）、卸带（卡）等人工操作时，CPU及内存等资源是空闲的。可见，人工操作方式严重降低了计算机资源的利用率，此即所谓的人机矛盾。(2)脱机输入/输出方式利用脱机输入/输

3、出技术,事先将装有用户程序和数据的纸带，装入纸带输入机，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，再从磁带上高速地调入内存。类似地，当CPU需要输出时，可先由CPU把数据直接从内存高速地送到磁带上，然后再在另一台外围机的控制下，将磁带上的结果通过相应的输出设备输出。脱机输入/输出方式的优点:(1)减少了CPU的空闲时间装带、卸带，以及将数据从低速I/O设备，送到高速磁带上（或反之）的操作，都是在脱机情况下由外围机完成的，并不占用主机时间，从而有效地减少了CPU的空闲时间。(2)提高了I/O速度当CP

4、U在运行中需要输入数据时，是直接从高速的磁带上将数据输入到内存的，极大地提高了I/O速度，从而进一步减少了CPU的空闲时间。1.2.2.单道批处理系统为实现对作业的连续处理，需要先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，在它的控制下，使这批作业能一个接一个地连续处理。虽然系统对作业的处理，是成批地进行的，但在内存中始终只保持一道作业，故称为单道批处理系统。(1)单道批处理系统的处理过程(2)单道批处理系统的缺点：系统中的资源得不到充分地利用。这是因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序在运行中发出I/O请求后，CPU便处于等待状态，必须在

5、其I/O完成后才继续运行。又因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。下图1-5示出了单道程序的运行情况，从图可以看出：在t2—t3、t6—t7时间间隔内CPU空闲。1.2.3.多道批处理系统(1)多道程序设计的基本概念在该系统中，用户所提交的作业先存放在外存上，并排成一个队列，称为“后备队列”。然后由作业调度程序按一定的算法，从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。由于同时在内存中装有若干道程序，这样便可以在运行程序A时，利用其因I/O操作而暂停执行时的CPU空档时间，再调度另一道程序B运行。同样可以利用程序B

6、在I/O操作时的CPU空档时间，再调度程序C运行，使多道程序交替地运行，这样便可以保持CPU处于忙碌状态。图1-6示出了四道程序时的运行情况。(2)多道批处理系统的优缺点☆资源利用率高:引入多道程序能使多道程序交替地运行，以保持CPU处于忙碌状态；在内存中装入多道程序，来提高内存的利用率；此外还可以提高I/O设备的利用率。☆系统吞吐量大:能提高系统吞吐量的主要原因可归结为：①CPU和其它资源保持“忙碌”状态；②仅当作业完成时或运行不下去时才进行切换，系统开销小。☆平均周转时间长:由于作业要排队依次进行处理，因而作业的周转时间较长，通常需几个小时，甚至几

7、天。☆无交互能力:用户一旦把作业提交给系统后，直至作业完成，用户都不能与自己的作业进行交互，这对修改和调试程序是极不方便的。(1)多道批处理系统需要解决的问题多道批处理系统是一种十分有效，但又非常复杂的系统，为使系统中的多道程序间能协调地运行，系统必须解决下述一系列问题：★争用处理机问题★内存分配和保护问题★I/O设备分配问题★文件的组织和管理问题★作业管理问题★用户与系统的接口问题为此，应在计算机系统中增加一组软件，用以对上述问题进行妥善、有效地处理。这组软件应包括：能有效地组织和管理四大资源的软件，合理地对各类作业进行调度和控制它们运行的软件，以及

8、方便用户使用计算机的软件。正是这样一组软件构成了操作系统。据此，我们可把操作系统定义为：操作系