os-ch01-操作系统引论

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1、操作系统OperatingSystem北京交通大学理学院xmhuang@bjtu.edu.cnTel.51682052第一章引论主要内容操作系统的目标、作用和模型操作系统的发展过程操作系统的基本特征OS（OperatingSystems)的主要功能OS的结构设计1.1操作系统的目标、作用和模型操作系统概念（p9）一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度以及方便用户的程序集合。方便性计算机只能识别0、1；用户熟悉的是各种语言。有效性使计算机的各类资源在系统的管理下得到更有效的利用，提高系统吞吐量。可扩充性便于修改和增加功能（如何设计？）。开放性系统能支持世界标准规范。1.

2、1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用(1)作为用户与计算机硬件系统之间的接口图1－1OS作为接口的从层状示意图计算机硬件操作系统系统调用，命令，图标，窗口应用程序及实用程序系统设计者程序员用户操作系统的作用(2)作为计算机系统资源的管理者处理机管理：分配和控制处理机存储器管理：分配及回收内存I/O(Input/Output)设备管理：I/O分配与操作文件管理：文件存取、共享和保护作为扩充机器把覆盖了软件的机器称为扩充机或虚拟机。分层扩充的特点。不断提高计算机资源利用率的需要如批处理系统的出现方便用户如分时交互式系统的出现器件的不断更新换代8位－16－32－64－...计算机体系结构

3、的不断发展：单机OS－多机OS－网络OS－…1.1.3操作系统发展的主要动力1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统时的计算机系统人工操作方式如纸带输入机。特点是用户独占全机及CPU等待人工操作。脱机I/O方式（图1.2）引入I/O机的概念，解决前者的缺点。特点是减少了CPU的空闲时间且提高I/O速度。图1-2脱机I/O示意图输入设备外围机磁盘磁盘磁盘主机磁盘外围机输出设备1.2.2单道批处理系统处理过程（图1.3）监督程序（monitor）概念：系统对作业的处理都是成批进行的、且内存中始终只保持一道作业，称为单道批处理系统（simplebatchsystem）。批处理系统的引入是为了

4、提高系统资源的利用率和吞吐量概念：运行控制权特征自动性、顺序性、单道性图1－3还有下一个作业？把下一个作业的源程序转换为目标程序源程序有错吗？装配目标程序运行目标程序开始是否停止是否1.2.3多道批处理系统基本概念多道：系统中同时驻留多个作业多道引入的优点：提高CPU利用率（图1.4）提高内存和I/O设备利用率提高了系统吞吐量特征多道性、无序性、调度性：作业调度、进程调度缺点平均周转时间长、无交互能力图1－4用户程序监督程序I/O操作I/O中断请求启动I/OI/O完成结束中断I/O中断请求启动I/OI/O完成结束中断t1t2t3t4t5t6t7t8(a)单道程序运行情况图1－4程序A调度程

5、序I/O请求(b)四道程序运行情况程序B程序C程序DI/O请求I/O请求I/O请求I/O完成I/O完成I/O完成A完成表示获得CPUC再运行多道批处理系统(2)需解决的问题处理机管理问题内存管理问题I/O管理问题文件管理问题作业管理问题1.2.4分时系统分时系统的产生概念：指一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机中的资源，各个用户都可通过自己的终端以交互方式使用计算机。是用户的需求：人机交互性共享主机便于用户上机分时系统（2）分时系统在实现中的关键问题及时接收：多终端卡、输入缓冲区及时处理：交互作业应在内存、响应时间应短分时系统(3)分时系统的实现方法交互式作

6、业直接进入内存以分配时间片方式实现类型：单道分时系统具有前、后台的分时系统仅当前台无作业或在调进、出时，才运行后台批处理作业。多道分时系统不需要调入、出开销。分时系统(4)分时系统的特征多路性、独立性、及时性、交互性1.2.5实时系统引入：要求及时处理的场合概念：系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间内完成对该事件的处理。类型实时控制实时信息处理实时系统(2)实时任务类型按任务执行是否呈现周期性来划分周期性的（联系周期）；非周期性的（联系开始或完成截止时间）根据对截止时间的要求来划分硬实时任务软实时任务实时系统(3)实时、分时的比较多路性：相同独立性：相同及时性：实时系统要求更高交互性：

7、分时系统交互性更强可靠性：实时系统要求更高1.3操作系统的基本特征并发并行是指两或多个事件在同一时刻发生。并发是两或多个事件在同一时间间隔内发生。进程：系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位。引入线程后，独立运行的单位变为线程。操作系统的基本特征(2)共享系统中资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用互斥共享：一段时间只允许一个进程访问该资源同时访问：微观上仍是互斥的操作系统的基本特征(3)虚拟通过某种技术把一个物理实