操作系统1-1

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1、无思厌思废思思而无功自学好学勤学学而自用前程似锦计算机操作系统 Operating System陈丹敏常见的操作系统WindowsUnixLinuxWindows1975年19岁的比尔盖茨从哈佛大学退学，和他的 高中校友保罗艾伦一起卖BASIC。1980年，IBM公司选中微软公司为其新PC机编写关 键的操作系统软件，这是公司发展中的一个重大转 折点。由于时间紧迫，程序复杂，微软公司以5 万 美元的价格从西雅图的一位程序编制者帕特森手中 买下了一个操作系统QDOS的使用权，在进行部分 改写后提供给IBM，并将其命名为Microsoft DOS（ DOS是Disk Operating System

2、缩写，意为磁盘操作 系统） IBM-PC机的普及使MS-DOS取得了巨大的成功， 因此80年代，它成了PC机的标准操作系统。20世纪80年代末90年代初，微软在其MS-DOS操作 系统的基础上推出了Windows 3.x系 统。1995年，微软推出了独立于DOS系统的Windows 95 操作系统。在98年，微软推出了Windows 98操作系统，这是其 历史上影响时间最长、最成功的操作系统之一。接着又推出了Windows 2000 professional版， Windows XP，Windows Vista以及现在微软推出的 最新版本Windows 7都为微软赢得了很大的市场。 UnixU

3、NIX ，是一个强大的多用户、多任务操作系统， 支持多种处理器架构，按照操作系统的分类，属于 分时操作系统。贝尔实验室中的有个叫肯汤普逊的人，他为 MULTICS这个操作系统写了个叫“Space Travel”的 游戏，在MULTICS上经过实际运行后，他发现游 戏速度很慢而且耗费昂贵 每次运行会花费75 美元。退出这个项目以后，他为了让这个游戏能玩 ，所以他找来丹尼斯里奇为这个游戏开发一个极 其简单的操作系统。这就是后来的Unix。LinuxLinux 操作系统是UNIX 操作系统的一种克隆系统 。它诞生于1991 年的10 月5 日（这是第一次正式 向外公布的时间）。以后借助于Intern

4、et 网络，并 经过全世界各地计算机爱好者的共同努力下，现已 成为今天世界上使用最多的一种UNIX 类操作系统 ，并且使用人数还在迅猛增长。一名赫尔辛基大学计算机科学系的学生初衷：只是为了学习Intel 386 体系结构保护模式运 行方式下的编程技术。1991 年初，Linux 开始在一台386sx 兼容微机上学 习minix 操作系统。通过学习，他逐渐不能满足 minix 系统的现有性能，并开始酝酿开发一个新的 免费操作系统。What？操作系统（Operating System，简称OS）是配置在 计算机硬件上的第一层软件，是管理电脑硬件与软 件资源的系统软件。相对于其它软件，OS很难用代码

5、量衡量Why？重要性考研课程之一（数据结构、操作系统、计 算机组成原理、计算机网络）关于课程先修课：数据结构、计算机组成、程序设计语言 针对单机操作系统，重点在基本工作原理 课程特点：内容庞杂、涉及面广实践性强，实现困难教学目标课程教学目标掌握os的概念、基本工作原理熟悉os的算法学习目标通过考试 70%+30%考研提高操作能力：综合课程内容加强实践学习要求：理论教学为主，上机实习为辅教材选用计算机操作系统(第三版）汤小丹等编西安电子科技大学出版社出版课程主要内容操作系统引论（chap1）进程管理（chap2）处理机调度与死锁（chap3）存储器管理（chap4）设备管理（chap5）文件管理

6、（chap6）操作系统接口（chap7）1.1 操作系统的目标和作用一、操作系统目的/目标二、操作系统的作用 三、推动操作系统发展的主要动力方便性n计算机只能识别0、1；用户熟悉的是各种语言。一、操作系统目的/目标1.1有效性n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 。（系统吞吐量：系统单位时间内所完成的总工作量。）可扩充性n便于修改和增加功能。 开放性n系统能支持世界标准规范。要求统一开放的环境，能通过网络集成化， 并正确、有效地协同工作，实现应用程序的移植二、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1.1 布鲁克（Fred Brooks）因开发操作系

7、统OS/360和 软件工程方面的成就而获得1999年的图灵奖。CTSS和MULTICS操作系统的主要领导者，MIT的 科巴托（ F. J. Corbato）教授, 1990年也获得了计算 机界最高奖图灵奖。汤普森（Ken Thompson）、里奇（Dennis Ritchie ）因成功开发UNIX和C语言而获得1983年图灵奖 ，两人还先后获得其它许多奖项，汤普森也成了美 国科学院和工程院两院院士。以开发操作系统为主的MicroSoft公司，造就了连续 13年居世界首富的比尔盖茨。在我国，孙钟秀、杨芙清、张尧学等都是因为主要 在操作系统等领域有卓越贡献而当选为院士的。n作为计算机系统资源的管理

8、者n处理机管理：分配和控制处理机n存储器管理：分配及回收内存nI/O(Input/Output)设备管理：I/O分配与操作n文件管理：文件存取、共享和保护 n作为扩充机器，实现计算机资源的抽象n把覆盖了软件的机器称为扩充机或虚拟机。n不断提高计算机资源利用率的需要n如批处理系统的出现n方便用户n如分时交互式系统的出现n器件的不断更新换代n8位163264.n计算机体系结构的不断发展：n单机OS多机OS网络OS1.1三、推动操作系统发展的主要动力1.2 操作系统的发展过程一、无操作系统的计算机系统（1945-50世纪中期）1. 人工操作方式2. 脱机输入输出方式返回目录1. 人工操作方式工作流程

9、：（1）由程序员事先穿孔（对应程序和数据）（2）将穿孔的纸带（卡片）装入纸带（卡片)输入机（3）再启动输入机将程序和数据输入计算机（4）然后启动计算机运行（5）运行完毕取走计算机结果（6）下一位用户人工操作方式带来的矛盾及解决方法缺点：用户独占全机（资源浪费）CPU等待人工操作：装入时、取走时的CPU及内存等 资源是空闲的。矛盾人机矛盾即人工操作方式与机器利用率的矛 盾CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾解决方法脱机输入输出方式1.22. 脱机输入/输出方式(off-Line I/O）工作流程：（示意图1-2)优点：减少了CPU的空闲时间。提高了I/O速度（与高速的磁盘打交道）输入设备外围机

10、外存输出设备主机外存外存外存外围机高速高速二、批处理系统1.单道批处理系统20世纪50年代中期发明了晶体管，人们用晶体管代替了 真空管来制作计算机，从而出现了第二代计算机。尽管 计算机的体积大大减少、但是计算机仍然非常昂贵，为 了能充分利用计算机资源，单道批处理系统出现了。2.多道批处理系统1. 单道批处理系统1、工作流程：（1）作业合成一批输入到外存上，同时在系统中配上监 控程序。（2）monitor将作业逐个送入内存并运行。书7页图1-4用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计 算机系统所做的全部工作。1.22、特征：（1）自动性 ：作业逐个依次运行，无需人工干 预。（2）顺序性 ：磁带上

11、的各道作业顺序地进入内 存，作业的完成顺序与他们进入内存的顺序在 正常情况下是一致的。（3）单道性 ：每次监督程序只从磁带上调入一 道程序进入内存运行，当该程序完成或异常时 ，才换入其后继程序进入内存运行。3、优点：减少了人工操作的时间，提高机器的利用率和 系统吞吐量。4、缺点：对某些作业来说，当它发出输入/输出请求后，CPU必须等待I/O的完成，特别因为I/O设备的低速性，从而使机器的利用率很低。 2. 多道批处理系统n为解决单道批处理系统中内存仅存放一道作 业，导致资源利用率和吞吐量低下的问题， 引入了多道程序设计技术，从而引出了多道 批处理。1.引入：允许多个程序同时进入一个计算机系统的

12、主存储器并启动进行计 算的方法.（a）单道情形：打印请求打印请求单道与多道程序运行情况（b）多道情形：程序A监督程序I/O设备绘图仪请求t1t2t3t4t5t6t7t8CPU打印机绘图仪程序B打印完成绘图完成CPU 空闲t9t10仍有空闲用户程序 监督程序 I/O操作I/O中断 请求启动I/OI/O完成中断I/O中断请求启动I/Ot1I/O中断 处理结束t2t3t4t5t6t7t8CPUCPU空闲 空闲理解单道和多道程序执行时的不同例：A、B两个程序，程序A按顺序使用CPU 10s，设备甲5s，CPU 5s，设备乙10s，CPU 10s，程序按顺序使用设备甲10s，CPU 10s，设备乙5s，

13、CPU 5s，设备乙10s。问：在顺序环境下执行程序A和B，CPU利用率多少？在多道环境下呢CPU: A:B: CPU甲乙CPU等待乙CPU甲CPU等待乙CPUABAB空闲A答：A和B顺序执行时，A执行完毕B才开始，总共耗时80s，占用CPU40s，故利用率 为40/80=50%。多道时，两程序共耗时45s,占用CPU 40s,故利用率40/45=88.89%2. 多道批处理系统特征：（1）调度性 （2）无序性 （3）多道性优点：（1）资源的利用率高 （2）系统吞吐量大缺点：（1）平均周转周期长 （2）无交互能力需解决问题处理机管理、内存管理、I/O设备管理、文件及作业管理问题2. 多道批处理

14、系统（续）操作系统的形成为解决上述问题，在多道程序系统中增设一组软件以有效加以解决，同时增设方便用户使用计算机的软件，这样便形成了操作系统。操作系统：是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，以及方便用户使用的程序集合。1.21.分时系统的产生 用户对系统功能需求不断增长，主要以下3个方面：n 人机交互；程序调试、修改可直接对计算机进行控制。n 共享主机；多个用户都希望以“独占”方式共享一台计算机。 n 方便上机；用户希望有一个终端设备直接将作业传递给计算中心主机，并能直 接对其作业控制。 三、分时系统三、分时系统分时操作系统终端终端终端响应时间1 2 3 n时间片计算机

15、硬件终端分时操作系统终端终端终端响应时间1 2 3 n时间片计算机硬件终端终端终端终端终端终端终端终端终端分时系统示意图三、分时系统n 用户的任务要及时进入主存，不能长时间放在外 存2.关键问题n 需要及时响应，因此不能像批处理系统允许某 个作业长时间占用cpu，而是以较小的时间片在不 同用户程序之间强制切换3.分时系统的4个主要特征 ：n 多路性：宏观上同时有多个用户在运行。n 交互性：在终端上编辑、运行程序，或其它操作 。 n 独占性：每个用户一个终端，独立操作，互不干扰n 及时性：在很短时间内得到响应，小于23秒。 三、分时系统1.2四、实时系统 实时操作系统（Real-Time Ope

16、rating System） ：指系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，并控制所有实时任务协调一致地运行。应用需求 （1）实时控制 （2）实时信息处理实时任务分类：（1）按周期性划分 （2）按截止时间划分1.2三种基本的操作系统三种基本的操作系统批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。通用操作系统（Multi-Purpose Operating System）如果一个操作系统兼有批处理、分时和实时系统三者或二者的功能 ，则称该操作系统为通用操作系统。1.2五、微机操作系统微机操作系统（Microcomputer Operating System）作为操作系统的一个类型，是由于随 着VLSI（超大规模集成电路）的发展，芯片集 成度越来越高，价格越来越低而带来了微机时