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计算机操作系统原理 李国 2007.12.3 基本授课内容 一、操作系统引论 二、进程管理 三、处理机调度与死锁 四、存储器管理 五、设备管理 六、文件管理 七、操作系统接口 第一章 操作系统引论 1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统的结构设计 1.1操作系统的目标和作用 一、操作系统的目标 方便性 有效性 可扩充性 开放性 二、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。 2、作为计算机系统资源的管理者 主要包括四类资源：处理机、存储器、I/O设备以及信息（数据与程序）。 3、操作系统用作扩充机器 虚拟机：在裸机的基础上，每增加一层新的操作系统的软件，就变成了功能更为强大的虚拟机或虚机器。 三、推动操作系统发展的主要动力 1、不断提高计算机资源利用率 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。 1.2 操作系统的发展过程 一、无操作系统的计算机系统 1、人工操作方式 （1946 ~ 50年代，电子管时代） 【特点】：计算机资源昂贵 ，没有操作系统 【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； 编程语言：为机器语言； 输入输出：纸带或卡片； 【计算机的工作特点】： 用户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低； CPU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；CPU利用率低； 【主要矛盾】： 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； 2、脱机输入/输出方式 引入外围机控制数据的提前录入和延后输出，具体参照P5 图1-2 二、单道批处理系统 1、单道批处理系统的处理过程 引入监督程序，成批的作业首先在外存排队等待，由监督程序负责将每一个作业装入内存，处理完成后，再掉调入下一个作业，直至运行完毕。 2、单道批处理系统的特征 自动性 顺序性 单道性 三、多道批处理系统 1、多道程序设计的基本概念 用户提交的作业都先存放在外存的后备队列中，由作业调度程序按一定的算法选择若干作业调入内存，共享CPU和系统的各种资源。 2、多道批处理的特征 （1）多道性：在内存中有多个程序（严格而言为进程）同时执行（宏观上）； （2）无序性：进入内存的顺序与执行完的顺序无关； （3）调度性：经过2次调度，先调度到内存，转换为进程后，进行进程调度，要CPU进行执行。 3、多道批处理系统的优缺点： （1）资源利用率高了； （2）系统吞吐量大了； （3）平均周转时间长； （4）无交互能力。 4、多道批处理系统需要解决的问题 （1）处理机管理问题 （2）内存管理问题 （3）I/O设备管理问题 （4）文件管理问题 （5）作业管理问题 处理上述问题组成一系列程序的集合，由此构成了完整意义上的操作系统。 操作系统的定义：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理的组织计算机工作流程以及方便用户使用的程序的集合。 四、分时系统 1、定义：在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。 分时系统的结构示意图 2、分时系统实现的关键问题 （1）及时接收：多路卡 （2）及时处理：分时间片的原则。 为此： （1）用户作业可以直接进入内存 （2）时间片选择大小要适当。 3、分时系统的特征： （1）多路性 （2）独立性 （3）及时性 （4）交互性 五、实时系统 1、理解：系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行。 2、实时系统的应用领域： 实时控制：要求与被控制的变化速度相比，其反应速度足够快；工作安全可；需要人工干预时，操作简便。如生产过程控制，宇航自动控制等。 实时信息处理系统：要求计算机能够在容许的延迟时间内，相应外部的事件请求，完成对该事件的处理，并控制所有的实时设备和实时任务协调运行。如飞机订票系统, 期货、股票交易系统等。 3、实时系统与分时系统的比较 （1）多路性 （2）独立性 （3）及时性 （4）交互性 （5）高可靠性 1.3操作系统的基本特性 一、并发性(concurrency) 多个事件在同一时间段内发生。操作系统是一个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的并发。操作系统要完成这些并发过程的管理。并行(parallel)是指在同一时刻发生。 在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替执行（在单处理器情况下） 。 程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是进程（或称作任务），并发指的是进程。 二、共享性(sharing) 多个进程共享有限的计算机系统