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1、操作系统 Operating System课课 程程 简简 介介课程名称：课程名称：操作系统（操作系统（Operating SystemOperating System）教教 材：材：计算机操作系统刘福岩等计算机操作系统刘福岩等 计算机操作系统计算机操作系统汤子赢等汤子赢等教学方式：授课（教学方式：授课（48）+上机实习（上机实习（16）考试类别：考试考试类别：考试参考教材：参考教材：1 1、现代操作系统现代操作系统，陈向群等译，机械工业出版社，陈向群等译，机械工业出版社2 2、操作系统设计与实现操作系统设计与实现，王鹏等译，电子工业出版社，王鹏等译，电子工业出版社3 3、计算机操作系统教程计
2、算机操作系统教程，张尧学、史美林，清华大张尧学、史美林，清华大学出版社学出版社教学目的教学目的&通过对本章的讲解使学生通过对本章的讲解使学生1.了解本课程的整体介绍了解本课程的整体介绍2.理解操作系统的概念，功能、作用、理解操作系统的概念，功能、作用、分类，特征，以及结构设计分类，特征，以及结构设计本章重点：本章重点：1、熟悉操作系统作用和定义熟悉操作系统作用和定义，了解操作系统的，了解操作系统的历史。历史。2、了解二类计算机硬件系统结构，、了解二类计算机硬件系统结构，熟悉现代操熟悉现代操作系统的硬件基础作系统的硬件基础通道和中断通道和中断。3、熟练掌握多道程序设计技术的概念，掌握批熟练掌握多
3、道程序设计技术的概念，掌握批处理系统、分时系统及实时系统三种操作系处理系统、分时系统及实时系统三种操作系统基本类型统基本类型，了解微机操作系统、网络操作，了解微机操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。系统和分布式操作系统。4、掌握操作系统并发性、共享性、虚拟性和异掌握操作系统并发性、共享性、虚拟性和异步性等特征步性等特征，了解现代操作系统特征，了解现代操作系统特征，熟悉熟悉操作系统功能操作系统功能。本章难点：本章难点：&“多道程序系统多道程序系统”的功能实现的功能实现&“分时操作系统分时操作系统”的功能实现的功能实现&真正理解操作系统的主要特征真正理解操作系统的主要特征第第1章章 操作系统引
4、论操作系统引论&1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用&1.2 操作系统的操作系统的发展过程发展过程&1.3 操作系统的功能和主要特征操作系统的功能和主要特征&1.4 操作系统的操作系统的机制和策略机制和策略&1.5 操作系统的体系结构操作系统的体系结构&1.6 典型操作系统简介典型操作系统简介本章学习目标本章学习目标F掌握操作系统的概念及作用掌握操作系统的概念及作用F了解操作系统的发展过程了解操作系统的发展过程F掌握操作系统的特征与功能掌握操作系统的特征与功能F牢记多道程序设计的概念牢记多道程序设计的概念F理解操作系统的模型理解操作系统的模型11 操作系统的目标和作用操作系统的目标
5、和作用 1.1.存储程序计算机的组成存储程序计算机的组成 1.1.1 1.1.1 冯冯.诺依曼结构的计算机诺依曼结构的计算机&(1)概念和模型过于复杂，用户编程十分困难概念和模型过于复杂，用户编程十分困难 在裸机基础上通过软件构造一个概念和模型相对简在裸机基础上通过软件构造一个概念和模型相对简单，更容易理解和进行程序设计的虚拟机，可以认单，更容易理解和进行程序设计的虚拟机，可以认为这个虚拟机就是操作系统，如磁盘管理。和裸机为这个虚拟机就是操作系统，如磁盘管理。和裸机提供的概念和模型相比，操作系统构造和提供的概提供的概念和模型相比，操作系统构造和提供的概念和模型要简单得多，用户也更容易编程和使用
6、。念和模型要简单得多，用户也更容易编程和使用。&(2)性能不高性能不高 裸机提供的概念和模型过于复杂，用户直接对裸机编裸机提供的概念和模型过于复杂，用户直接对裸机编制的程序，程序运行时效率往往非常低，其原因在制的程序，程序运行时效率往往非常低，其原因在于直接对裸机编程，用户往往不能充分利用裸机提于直接对裸机编程，用户往往不能充分利用裸机提供的资源，特别是不能最大限度的开发系统的并行供的资源，特别是不能最大限度的开发系统的并行性。如多道程序技术。性。如多道程序技术。2.2.直接使用裸机的困难直接使用裸机的困难示例示例 图1.2 磁盘结构作业3作业2作业1操作系统内存分区图1.3在内存中有三个作业
7、的多道程序系统1 1.现代计算机系统的组成现代计算机系统的组成 1 1.1.2.1.2 操作系统的作用操作系统的作用系统软件系统软件工具软件：工具软件：软、硬件检测疹断程序软、硬件检测疹断程序应用软件：应用软件：CAD、MIS等自己开发的系统等自己开发的系统计算机计算机系统系统硬件硬件软件软件CPU储存器：内存、外存储存器：内存、外存（软硬盘、磁带机）（软硬盘、磁带机）输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等输出设备：显示器、打印机、绘图仪输出设备：显示器、打印机、绘图仪操作系统操作系统编译程序、编译程序、DBMS等等2 2.操作系统在计算机系统中的地位操作系统在计算机系统
8、中的地位 紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他软件的共同环境）软件的共同环境）&(1)(1)从资源管理的观点从资源管理的观点OSOS作为资源管理器：作为资源管理器：OSOS的首要任务是管理计算机系统中硬件与软件资的首要任务是管理计算机系统中硬件与软件资源，使其得到充分而有效的利用：源，使其得到充分而有效的利用：1 1）跟跟踪踪资资源源状状态态：时时刻刻掌掌握握计计算算机机系系统统中中资资源源的的使使用用情况。情况。2 2）分分配配资资源源：处处理理对对资资源源的的使使用用请请求求，协协调调冲冲突突，确确定资源分配算法。定资源分配算法。3 3）回回
9、收收资资源源：回回收收用用户户释释放放的的资资源源，以以便便下下次次重重新新分分配。配。4 4）保护资源）保护资源：负责对系统资源的保护，避免受破坏。：负责对系统资源的保护，避免受破坏。3.3.操作系统的作用操作系统的作用(体现在三个方面体现在三个方面)操作系统作为资源管理器的观点是目前人们对操操作系统作为资源管理器的观点是目前人们对操作系统认识的一个主要观点，根据此观点，人们将计作系统认识的一个主要观点，根据此观点，人们将计算机资源划分为四大类：算机资源划分为四大类：1 1）处理机）处理机 2 2）存储器）存储器 3 3）I/OI/O设备设备 4 4）信息（程序与数据）信息（程序与数据）相应
10、可将操作系统分为四类管理器：相应可将操作系统分为四类管理器：1 1）处理机管理）处理机管理 2 2）存储管理）存储管理 3 3）设备管理）设备管理 4 4）信息管理（文件系统）信息管理（文件系统）&(2)(2)从软件分层、扩允机器的观点从软件分层、扩允机器的观点虚拟机：虚拟机：提供硬件的高层界面提供硬件的高层界面(虚拟机虚拟机),),取消硬件限制取消硬件限制1 1）操作系统提供无限的内存、无限的）操作系统提供无限的内存、无限的CPUCPU2 2）扩充机器，功能更强大，使用更方便）扩充机器，功能更强大，使用更方便【虚拟机】：使用户和程序员在不必涉及和了解硬件【虚拟机】：使用户和程序员在不必涉及和
11、了解硬件工作细节的情况下能方便的使用计算机，而为用户所工作细节的情况下能方便的使用计算机，而为用户所提供的一个等价的扩展计算机，称为虚拟计算机。提供的一个等价的扩展计算机，称为虚拟计算机。&(3)(3)从服务用户的观点从服务用户的观点OSOS用户与裸机间接口：用户与裸机间接口：操作系统为方便用户使用计算机提供了二级访问接操作系统为方便用户使用计算机提供了二级访问接口：口：1 1）命令接口）命令接口:命令行。命令行。2 2）调用接口调用接口:形式上类似于过程调用，在应用编程中使形式上类似于过程调用，在应用编程中使用。用。3 3）图形接口：）图形接口：图形用户界面图形用户界面GUIGUI，方便用户
12、使用。方便用户使用。编程更为容易，软件可移植性增强；使用更编程更为容易，软件可移植性增强；使用更为方便。为方便。1.1.操作系统的目标操作系统的目标&有效性有效性（系统管理人员的观点）：（系统管理人员的观点）：管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程算机的工作流程&方便性方便性（用户的观点）（用户的观点）提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别统的类型和数量差别&可扩充性与开放性可扩充性与开放性（开放的观点）：（开放的观点）：硬件类型和规模、操作系统本身的功能和管硬件类型和规模、操作系统本身
13、的功能和管理策略、多个系统间的资源共享和互操作。理策略、多个系统间的资源共享和互操作。1.1.3 1.1.3 操作系统的目标与定义操作系统的目标与定义2.2.操作系统的定义操作系统的定义 操操作作系系统统是是控控制制和和管管理理计计算算机机系系统统的的硬硬件件和和软软件件资资源源，合合理理的的组组织织计计算算机机工工作作流流程程以以及及方便用户使用的程序和数据的集合方便用户使用的程序和数据的集合。设置操作系统的目的就是设置操作系统的目的就是提高计算机系统提高计算机系统的效率，增强系统的处理能力，充分发挥系统的效率，增强系统的处理能力，充分发挥系统的利用率，方便用户使用的利用率，方便用户使用。1
14、2 操作系统的发展过操作系统的发展过程程 操作系统发展的操作系统发展的主要动力是用户的需求主要动力是用户的需求，并随着计算机硬件技术、软件技术的发展而不并随着计算机硬件技术、软件技术的发展而不断发展完善。断发展完善。1 1）提高资源的利用率和系统性能）提高资源的利用率和系统性能：计算机：计算机发展的初期，计算机系统昂贵，用作集中计算发展的初期，计算机系统昂贵，用作集中计算 2 2）方便用户：）方便用户：用户上机、调试程序，分散用户上机、调试程序，分散计算时的事务处理和非专业用户。计算时的事务处理和非专业用户。3 3）硬件的发展：）硬件的发展：CPUCPU的位宽度（指令和数据）的位宽度（指令和数
15、据）、快速外存、新硬件、新技术的出现等。、快速外存、新硬件、新技术的出现等。4 4）计算机体系结构的不断发展）计算机体系结构的不断发展。12 OS的发展史的发展史手工手工&1 1、手工操作、手工操作 （19461946 5050年代，电子管时代）年代，电子管时代）【特点】：【特点】：计算机资源昂贵计算机资源昂贵 ，没有操作系统，没有操作系统【工作方式】：【工作方式】：用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员；用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员；编程语言：为机器语言；编程语言：为机器语言；输入输出：纸带或卡片；输入输出：纸带或卡片；【计算机的工作特点】：【计算机的工作特点】
16、：用户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低；用户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低；CPUCPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；后，手工卸取纸带或卡片；CPUCPU利用率低；利用率低；【主要矛盾】：【主要矛盾】：计算机处理能力的提高，手工操作的低效率计算机处理能力的提高，手工操作的低效率用户独占全机的所有资源；用户独占全机的所有资源；图例图例手工时期的操作联机批处理12 OS的发展史的发展史单道单道&2 2、单道批处理系统、单道批处理系统（50 50年代末年代末 6060年代中，晶体管）年代中，晶体管）【特点】：【特点】：利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门的监督程序（作业由一个专门的监督程序（MonitorMonitor）自动依次处理。可使自动依次处理。可使用汇编语言开发。用汇编语言开发。【批处理中的作业的组成】：【批处理中的作业的组成】：用户程序用户程序数据数据作业说明书（作业控制语言）作业说明书（作业控
