计算机操作系统

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1、1计算机操作系统2第第 1 1 章章计算机操作系统概述计算机操作系统概述本章是对计算机操作系统的一个概述，主要介绍有关计算机操作 系统的一些基本概念，操作系统的形成及发展过程，操作系统的分 类，操作系统的功能及几种常用操作系统 （DOS、WINDOWS，UNIX、LINUX）的历史简介。1.11.1 什么是操作系统什么是操作系统1 1、计算机系统的组成计算机系统的组成计算机系统由计算机硬件和计算机软件两部分组成。 计算机硬件包括中央处理单元 CPU（central processing unit） 、存储器（memory,store,storage） 、外围设备 （peripheral dev

2、ices） 。 计算机软件包括系统软件（system software） 、应用软件 （application software）2 2、操作系统的定义操作系统的定义计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的 系统软件（或程序集合） 。 3 3、 常用的操作系统常用的操作系统 Msdos、OS/2、Windows、Unix、Linux 等。 1.1.11.1.1操作系统在软件层次中的地位操作系统在软件层次中的地位1 1、操作系统在软件层次中的地位操作系统在软件层次中的地位 操作系统是一种系统软件，系统软件还包括语言处理软件、 例行服务程序等。软件的分类如表 1-1表 1-1 软件分

3、类操作系统 语言处理系统 系统软件例行服务程序软件应用软件 用户程序系统 注：1、语言处理程序包括各种语言的编译程序、解释程序、汇编程序。 2、 例行服务程序包括库管理程序、链接程序、编辑程序及系统监控程序 等。33 3、操作系统在软硬件层次中的地位操作系统在软硬件层次中的地位操作系统是计算机硬件的扩充， “裸机”+操作系统=虚拟机 一个裸机在每加上一层软件后，就变成了功能更强的虚拟机。 操作系统与软硬件的层次关系如图 1-1。 计算机用户 各种应用软件 汇编、编辑、编译软件和例行服务程序等 计算机操作系统 裸机图 1-1 操作系统和软硬件的层次图 4 4、从不同的角度理解操作系统从不同的角度

4、理解操作系统 从人机交互的角度操作系统是用户与计算机的接口，具有友好方便的用户接 口界面。 从管理者的角度操作系统是所管理资源的程序扩充。操作系统的工作就是 分门别类地管理，并详细记录资源的使用情况，再按一定的 策略对资源进行调度分配，为用户服务。 从计算机系统结构的角度操作系统是一种层次化、模块化结构的程序集合。 从本课程的知识结构的角度操作系统是计算机技术和管理技术的结合。1.1.21.1.2操作系统的设计观点操作系统的设计观点操作系统的设计观点包括用户观点和资源两方面。即一方面要面 向用户服务；另一方面还要充分利用计算机的软硬件资源。 1.21.2 操作系统的形成和五大类型操作系统的形成

5、和五大类型计算机操作系统是随着计算机硬件的发展而逐步形成和发展起来 的，早期的计算机操作系统（60 年代以前）是以串行批处理的方式 进行工作的；60 年代中后期由于中断（interrupt）,通道 （channel）技术的出现，使得并行处理成为可能，这为分时操作系 统和实时操作系统奠定了基础。80 年代后，由于计算机网络的出现， 网络操作系统及分布式操作系统开始出现。1.2.1 计算机操作系统的形成第一代计算机（19451955）：电子管和手工操作 这一代计算机由主机（运算控制部件、内存） 、输入设备（纸带输入4机、卡片阅读机）输出设备（打印机）构成，其特点是运算速度慢， 体积庞大。这一阶段是

6、手工操作，无操作系统。第二代计算机（19551965）：晶体管和批处理系统随着计算机处理速度的提高（每秒几千次提高到每秒几百万次） ， 为了提高计算机的自动化程度，人们研制了监督程序，由该程序自 动依次处理一系列任务，于是进入了“单道批处理阶段” 。该阶段可 分为以下三个时期。 1.联机批处理系统 （1）工作方式（如图） （2）系统的优点提高了计算机的自动化程度，减少了人工干预。 （3）系统的缺点快速的 CPU 和慢速的 I/O 设备之间产生矛盾，造成 CPU 资源的浪 费。 2.脱机批处理系统 （1）工作方式 如图 1-2图案 1-2 脱机批处理系统工作方式示意图 （2）系统优点缓解了 CP

7、U 与 I/O 设备之间的矛盾，提高了 CPU 的资源利用率。 （3）系统缺点CPU 与外围计算机完全隔离，可能造成系统“死机。 3.执行系统 （1）工作方式系统的构架同于联机批处理方式，但通道和中断技术的引进，使 CPU 和 I/O 设备，CPU 和通道的并行操作成为现实。(如图)通道 通道 （2）系统优点克服了联机批处理系统和脱机批处理系统的缺点 （3）系统缺点作业的处理仍然是串行的。读卡机主 机 打印机输入设备 CPU存储器输出设备读卡机打印机卫星机输入带输出带主 机5第三代计算机（1965-1980）：集成电路芯片和多道程序设计技术这一阶段操作系统初步形成并逐步完善，形成了三种基本的操

8、 作系统：多道批处理系统，分时操作系统和实时操作系统。 第四代计算机（19801990）：大规模集成电路芯片和传统操作系 统。 操作系统向着改变用户界面，方便用户的方向发展。 第五代计算机（1990-）超大规模集成电路和网络及分步式操作系统。以上的历史总结见表 1-21.2.21.2.2操作系统的五大类型操作系统的五大类型 现有的计算机操作系统分为 批处理操作系统（batch processing operating system） ； 分时操作系统（time sharing operating system） ； 实时操作系统（real time operating system） ； 网络

9、操作系统（network operating system） ； 分布式操作系统（distributed operating system） ； 1.批处理操作系统 (1)多道程序设计技术的概念 多道程序设计技术就是在系统（内存）中同时存放并运行几道相互 独立的程序。它是一种宏观上并行，微观上串行的运行方式，内存 中的分区如图 1-3操作系统程序 A（内存分区）程序 B（内存分区）程序 C（内存分区）图 1-3 一个多道程序系统在内存中的分区示意图（2）多道批处理操作系统系统 多道批处理操作系统系统=批处理系统+多道程序设计技术； 其优点是成批处理作业，提高了作业吞吐量，多道程序运行，提高 了

10、资源的利用率。缺点是缺乏交互性。主要运用在大计算量的科学 计算上。（3）几个概念6多道程序系统（multi-programming system）多重处理系统（multi-processing system）:多 CPU 系统多用户系统（multi-users system）：它一定是多道程序系统， 但反之不然。 2.分时操作系统 （1）分时技术：将 CPU 的时间分成很短的时间片（几十毫秒-几百 毫秒）轮流为每个用户工作，采用这种技术的操作系统称为分 时操作系统。 （2）优缺点：优点是控制简单，系统稳定性好； 系统交互性好。 缺点是用户的优先级不易控制。3.实时操作系统 （1）实时操作系统要

11、求计算机对外来信息能以足够快的速度进行处 理，并在被控对象允许的时间范围内作出快速响应。主要应用 在实时处理之中。 （2）优点是响应速度快，缺点是交互能力差。 4.网络操作系统 （1）网络操作系统包括网络管理、通信、资源共享、系统安全和多 种网络应用服务。 （2）多用户系统和网络系统的比较（表 1-3）多用户系统 网络系统CPU共用一个或几个 多个处理器共享资源 共享主存 共享服务器终端工作 分时 网址通信链接客户端工作 不能独立工作 客户机能独立工作操作系统 集中管理 有自己的操作系统表 1-3 多用户系统与网络系统的比较说明 5.分布式操作系统 （1）分布式操作系统的特征 （a）需要一个全

12、局的文件系统； （b）所有的 CPU 上运行同样的内核，统一的管理和控制机构，进 行优化的协调工作； （c）有一个单一的、全局的进程通信机制。提供选择优化本地和 远地的资源利用。 （d）有全局的保护机制。 （2）目前还仅仅是一个发展方向，无现成的产品推出。 1.31.3操作系统的五大功能操作系统的五大功能7操作系统的五大功能分别为： （1）作业管理（job management） ； （2）文件管理（file management） ； （3）存储管理（store,storage,main storage management） ； （4）设备管理（devices management） ；

13、（5）进程管理（process management） ； 1.3.11.3.1 作业管理作业管理 作业管理包括任务（task）管理,界面（interface）管理，人机交 互的图形界面（icon） ，联机控制（on-line）,脱机控制（off- line）,假脱机（spooler）控制和作业调度及调度算法。1.3.2文件管理 文件管理又称为信息（message）管理,它是对计算机的软件资源的 管理，其中包括文件的存储、检索、共享、保护等的方法、技术及 算法。 1.3.3存储管理 主要涉及内存空间充分利用的技术、多道、多重处理及内存的分配、 保护和扩充。 1.3.4设备管理 它是对计算机硬件

14、的管理，主要包括对 I/O 设备的分配、启动、完 成及回收，主要的技术有假脱机技术（SPOOLing） 、队列及缓冲技术、 设备驱动程序等。 1.3.51.3.5进程管理进程管理 简单的讲，进程就是一段正在运行的程序，进程管理的主要内容包 括：进程调度及调度算法、进程间的通信、进程的死锁及解决的办 法。由于进程管理和 CPU 的管理密切相关，因此本教材将其并为一 章。 1.41.4 操作系统版本历史简介操作系统版本历史简介 1.4.1 DOS 操作系统简史见表 1-4 1.4.2 Windows 操作系统简史见表 1-5 1.4.3 UNIX 操作系统简史见表 1-6 UNIX 操作系统的变种

15、见表 1-7 1.4.4 Linux 操作系统简史见表 1-8 1.51.5 表征操作系统的属性表征操作系统的属性81.响应比，响应系数（Response Ratio） （1）Rp=作业响应时间/运行时间 影响 Rp 的因素有：CPU 速度，内外存对换，I/O 调度，用户数，时 间片，事件优先权等 （3）Rp 与设备利用率的关系 如下表 操作系统类型响应系数设备利用率 批处理 分时交互 实时最大，100 中等，100 最小，5最高 中 最低表 操作系统响应系数与设备利用率的比较.并发性（concurrent）也叫“共行性” 并发性的特征有如下几点： （）多个作业并发执行或一个用户作业的多个程序

16、段间并发执行：（）多个 I/O 设备间并发工作： .信息的共享、保密与保护 操作系统中常见的加密方法有三种，分别为 （）给用户设置登录口令： （）给文件加权限： （）给文件加密。 .可扩充性、可移植性、可读性、可“生成” （generation）性5.可测试性 (1) 测试与 测试 (2)常用的测试指标 (a) MIPS（ million instruction per second）-每秒百万条指 令 (b) TPS（transactions per second）-每秒处理的事务数 一般地， （a）用着测试计算机的数据处理能力， （b）用着测试计算 机的 I/O 处理能力。 6.安全可靠性 7 “行业评测性能比较” 8.几种常用的操作系统特点比较 见表 1-109系统名称 用户数 任务特点 发展特点共性DOS单用户单任务命令控制Windows 3.x单用户多任务（协作式）事件驱动Win