计算机操作系统第四版汤小丹第一章范例.ppt

?　　　　1.1 操作系统的目标和作用　　操作系统的目标与应用环境有关。例如在查询系统中所用的OS，希望能提供良好的人—机交互性；对于应用于工业控制、武器控制以及多媒体环境下的OS，要求其具有实时性；而对于微机上配置的OS，则更看重的是其使用的方便性。 1.1.1 操作系统的目标　　1. 方便性　　2. 有效性 　　3. 可扩充性　　4. 开放性 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　　OS作为用户与计算机硬件系统之间接口的含义是：OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。或者说，用户在OS帮助下能够方便、快捷、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。图1-1是OS作为接口的示意图。 图1-1 OS作为接口的示意图 　　2. ?OS作为计算机系统资源的管理者　　在一个计算机系统中，通常都含有多种硬件和软件资源。归纳起来可将这些资源分为四类：处理机、存储器、I/O设备以及文件(数据和程序)。相应地，OS的主要功能也正是对这四类资源进行有效的管理。处理机管理是用于分配和控制处理机；存储器管理主要负责内存的分配与回收；I/O设备管理是负责I/O设备的分配(回收)与操纵；文件管理是用于实现对文件的存取、共享和保护。可见，OS的确是计算机系统资源的管理者。 　　3. ?OS实现了对计算机资源的抽象　　对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机)，由于它向用户提供的仅是硬件接口(物理接口)，因此，用户必须对物理接口的实现细节有充分的了解，这就致使该物理机器难于广泛使用。为了方便用户使用I/O设备，人们在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件，如图1-2所示，由它来实现对I/O设备操作的细节，并向上将I/O设备抽象为一组数据结构以及一组I/O操作命令，如read和write命令，这样用户即可利用这些数据结构及操作命令来进行数据输入或输出，而无需关心I/O是如何具体实现的。 图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节 1.1.3 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　　5. 不断提出新的应用需求 ?　　　1.2 操作系统的发展过程　　在20世纪50年代中期，出现了第一个简单的批处理OS；60年代中期开发出多道程序批处理系统；不久又推出分时系统，与此同时，用于工业和武器控制的实时OS也相继问世。20世纪70到90年代，是VLSI和计算机体系结构大发展的年代，导致了微型机、多处理机和计算机网络的诞生和发展，与此相应地，也相继开发出了微机OS、多处理机OS和网络OS，并得到极为迅猛的发展。 1.2.1 未配置操作系统的计算机系统 　　1. 人工操作方式　　早期的操作方式是由程序员将事先已穿孔的纸带(或卡片)，装入纸带输入机(或卡片输入机)，再启动它们将纸带(或卡片)上的程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。仅当程序运行完毕并取走计算结果后，才允许下一个用户上机。这种人工操作方式有以下两方面的缺点：　　(1) ?用户独占全机，即一台计算机的全部资源由上机用户所独占。　　(2) ?CPU等待人工操作。当用户进行装带(卡)、卸带(卡)等人工操作时，CPU及内存等资源是空闲的。 　　2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式　　为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，20世纪50年代末出现了脱机I/O技术。该技术是事先将装有用户程序和数据的纸带装入纸带输入机，在一台外围机的控制下，把纸带(卡片)上的数据(程序)输入到磁带上。当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存。 图1-3 脱机I/O示意图 1.2.2 单道批处理系统 　　1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程　　为实现对作业的连续处理，需要先把一批作业以脱机方式输入到磁带上，并在系统中配上监督程序(Monitor)，在它的控制下，使这批作业能一个接一个地连续处理。 图1-4 单道批处理系统的处理流程 　　2. 单道批处理系统的缺点　　单道批处理系统最主要的缺点是，系统中的资源得不到充分的利用。这是因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序在运行中发出I/O请求后，CPU便处于等待状态，必须在其I/O完成后才继续运行。又因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。图1-5示出了单道程序的运行情况，从图可以看出：在t2～t3、t6～t7时间间隔内CPU空闲。 图1-5 单道程序的运行情况 1.2.3 多道批处理系统(M