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阜阳师范学院计算机与信息学院 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 操作系统的基本特征 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 1.1 操作系统的目标和作用 1.1.1 操作系统的目标 有效性(系统管理人员的观点):合理地组织计算机的工作流程,管理和分配硬件、软件资源,提高资源的利用率;提高系统的吞吐量。 方便性(用户的观点):使计算机系统更易于使用。 可扩充性(开放的观点):给计算机系统的功能的扩展提供开放式的支撑平台。 开放性:可移植性和互操作性 其中有效性和方便性是设计OS时最重要的两个目标,设计现代OS的主要目标也是对提高资源利用率和方便用户。 1.1.2 操作系统的作用 1. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口 1.1.2 操作系统的作用 2. OS作为计算机系统资源的管理者 CPU 处理器管理 内存+外存 存储器管理 设备 I/O设备管理 信息(数据和程序) 文件管理 1.1.2 操作系统的作用 OS实现了对计算机资源的抽象 OS是铺设在裸机上的多层软件,它不仅增强了系统的功能,而且还隐藏了对硬件操作的细节,从而实现了对计算机资源的抽象。 1. 人工操作方式 工作方式: 用户:既是程序员又是操作员;是计算机专业人员 编程语言:机器语言 输入输出:纸带或卡片 计算机的工作特点: 用户独占全机和CPU等待用户 主要矛盾: 人机矛盾、CPU与I/O设备速度不匹配 提高效率的途径: 脱机输入/输出技术 2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式 优点: 资源利用率高; 系统吞吐量大; 4. 多道批处理系统需解决的问题 处理机管理问题 内存管理问题 设备管理问题 文件管理问题 作业管理问题 例题 有两个程序A和B,A程序执行时所做的工作按次序需要的时间为:cpu计10s,设备1计5s,cpu计5s,设备2计10s,cpu计10s。 B程序执行时所做的工作按次序需要的时间为:设备1计10s, cpu计10s,设备2计5s, cpu计5s,设备2计10s。问在单道方式下和多道并发环境下执行A和B两程序,CPU的利用率各为多少? A和B程序运行的甘特图 活动列表 A:10s B:10s A:5s B:5s A:10s CPU B:10s A:5s 设1 B:5s A:10s B:10s 设2 0 10 15 20 25 30 35 45 时间(单位s) 分时系统的设计思想 (1)采用分时技术 (2)设计目标:系统能及时响应用户的终端命令 (3)实现中的最关键问题:使用户能与自己的作业进行交互。(及时接收、及时处理) 2. 实时任务的类型 按任务执行时是否呈现周期性来划分 周期性实时任务 非周期性实时任务——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 1.3 操作系统的特征 四个基本特征:并发、共享、虚拟、异步 1.并发 并发性:两个或多个事件在同一时间间隔内发生(最重要的特征) 并行性:两个或多个事件在同一时刻发生 程序不能并发执行,为使多个程序并发执行,引入进程。 进程—在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位 1.3 操作系统的特征 2.共享 共享方式: 互斥共享方式:资源分配后到释放前,不能被其他进程所用 临界资源(独占资源):一段时间内只允许一个进程访问的资源 同时访问方式:如可重入代码,磁盘文件. 并发和共享是OS的两个最基本的特征,又互为存在的条件 1.3 操作系统的特征 3.虚拟 虚拟——通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。 用于实现虚拟的技术,称为虚拟技术 时分复用技术: 虚拟处理机、虚拟设备技术 空分复用技术: 虚拟内存、虚拟磁盘技术 1.3 操作系统的特征
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