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操作系统教程(第4版)第一章 操作系统概论 高等教育出版社出版 2008年4月 第一章 操作系统概论 1.1 操作系统概观 1.2 操作系统的形成和发展 1.3 操作系统提供的服务和用户接口 1.4 操作系统结构和运行模型 1.5 流行操作系统简介 1.1操作系统概观 1.1.1 操作系统的定义和目标 1.1.2 操作系统的资源管理技术 1.1.3 操作系统的作用与功能 1.1.4 操作系统的主要特性 1.1.1操作系统的定义和目标 操作系统是管理系统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，合理组织计算机工作流程和为用户有效使用计算机提供良好运行环境的最基本的一种系统软件。 计算机系统的层次结构(1) 计算机系统的层次结构(2) 硬件层 操作系统层 支撑软件层 应用软件层 操作系统的主要目标 方便用户使用 扩大机器功能 管理系统资源 提高系统效率 构筑开放环境 操作系统与支撑软件及应用软件的区别 程序意图不同； 操作系统是软件系统的核心，是各种软件的基础运行平台； 通用操作系统提供共性功能支持，与硬件相关但和应用领域无关； 支撑软件及应用软件不能直接而只能通过操作系统来使用计算机系统的物理资源。 1.1.2 操作系统的资源管理技术 1)资源复用 (1)空分复用共享 --该资源可进一步分割成更多和更小的单位供进程使用 。 (2)时分复用共享--并不把资源进一步分割成更小的单位，进程可在一个时间片内独占使用整个物理资源。 时分复用共享分类 时分独占式--进程获得时分独占式资源后，对资源执行多个操作，通常使用一个完整的周期后才会释放。 时分共享式--时分共享式资源指进程占用该类资源使用后，很可能随时被剥夺，被另一个进程抡占使用。 2) 资源虚化 是对资源进行转化、模拟或整合，把物理上的一个资源变成逻辑上的多个对应物的一类技术。 虚化的例子—虚拟设备、虚拟存储器、虚拟屏幕(终端)、虚拟信道 。 3) 资源抽象 资源抽象用于处理系统的复杂性，重点解决资源的易用性。 资源抽象指通过创建软件来屏蔽硬件资源物理特性和接口细节，简化对硬件资源的操作、控制和使用的一类技术。 单级资源抽象与多级资源抽象。 4) 组合使用抽象和虚化技术 对于一类资源，操作系统往往同时实施抽象和虚化技术。 例1，为打印机既配置“打印函数”(设备驱动程序)，又实施虚拟设备，通过打印函数抽象隐蔽打印机动作细节，实施SPOOLing虚化“扩充”物理打印机数量。 例2，窗口软件是对物理终端的虚化和抽象，能为用户提供虚拟终端和方便的I/O服务。 2操作系统中最基础的抽象 进程抽象--是对已进入主存正在运行的程序在处理器上操作的状态集的抽象 。 虚存抽象--是对物理主存的抽象，进程可获得一个硕大的连续地址空间来存放可执行程序和数据，可使用虚拟地址来引用物理主存单元。 文件抽象--是对磁盘之类存储设备的抽象 。 文件抽象是操作系统对磁盘设备的多层次抽象 第一层抽象，从磁盘到分区。 第二层抽象，从分区到扇区。 第三层抽象，从扇区到簇。 第四层抽象，从簇到文件系统分区。 操作系统最基础抽象小结 3 虚拟计算机(1) 什么是虚拟计算机? 什么是操作系统虚拟机? 操作系统虚拟机的组成： 1) 虚处理器 2) 虚拟主存 3) 虚拟辅存 4) 虚拟设备 虚拟计算机(2) 虚处理器特点(3) (1)虚处理器没有中断，进程的设计者不再需要有硬件中断的概念，通常进程执行中无需处理中断； (2)每个进程都有自己的虚处理器，用以实现多进程的并发执行； (3)虚处理器为进程提供功能强大的指令系统，即由机器非特权指令和系统调用所组成的新指令系统集。 虚拟主存特点(4) 虚拟主存是从0开始的连续数字命名的单元序列，由操作系统分割物理主存，分配给虚拟机使用，同时各虚拟机分得的主存空间相互隔离且互不干扰，虚拟主存让进程在获取和使用主存信息时觉得自己拥有整个计算机的主存。 虚拟存储器避免在主存和磁盘之间来回拷贝整个进程地址空间，当运行进程需要信息或信息被更新时，系统在主存与磁盘之间自动地传输当前计算涉及到的一小部分数据。 虚拟辅存特点(5) 辅存(磁盘)为信息提供持久性存储，通过空分复用把辅存空间分配给进程使用，有的空间用作主存的扩充，有的空间存放文件，信息以文件为单位被物理地存储在磁盘上。 文件中的字节流被映射到设备的物理块中，进程可通过文件系统调用或映射文件I/O对文件信息进行存储、检索和处理。 操作系统也可提供多个虚拟盘，按需分割物理磁盘的若干磁道，除了容量外，其它各个方面与物理磁盘相同。 虚拟设备特点(6) SPOOLing和文件系统为每台虚拟机