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软 件 技 术 基 础 操作系统部分 Operating System 参考资料 汤子瀛、哲凤屏、汤小丹，计算机操作系统（修订版），西安电子科技大学出版社，1996.12 曾平、李春葆，操作系统——习题与解析，清华大学出版社，2002.4 第5章 操作系统概论 5.1 操作系统的形成与发展 计算机系统由硬件和软件两部分组成，操作系统（Operating System）是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件的首次扩充。 5.1.1 什么是操作系统 引入操作系统的目的： 1) 从系统管理人员的观点来看：操作系统是计算机资源的管理者 2) 从用户的观点来看：方便用户操作计算机 操作系统的定义： 操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源、合理组织计算机工作流程、以及方便用户使用的程序的集合。 计算机系统的层次关系 操作系统的体系结构 1、单块式结构（第一代操作系统） 各个模块之间直接调用，不分层次 缺点： 系统的结构关系不清晰，难于修改； 模块间会出现循环调用，系统的可靠性降低 2、层次结构（第二代操作系统） 系统中的模块分为若干层 任一层模块只能调用比它低的层中的模块 优点：结构关系清晰，提高了系统的可靠性、可移植性和维护性 3、微内核结构（第三代操作系统） 把所有操作系统基本上都具有的那些操作放在内核中，而操作系统的其他功能由内核之外的服务器实现 特点： 1) 精简核心的功能 2) 可移植性好 3) 可伸缩性好 4) 实时性好 5) 提供多线程机制 6) 系统安全性好 5.1.2 操作系统的发展历程 四个发展阶段： 1946年～50年代末：第一代，电子管时代，无操作系统。 50年代末～60年代中期：第二代，晶体管时代，批处理系统。 60年代中期～70年代中期：第三代，集成电路时代，多道程序设计。 70年代中期至今：第四代，大规模和超大规模集成电路时代，分时系统 1、手工操作 特点：① 用户独占系统资源，直至作业完成； ② CPU等待人工操作，利用率低。 2、单道批处理系统 批处理 一批作业由专门编制的监督程序自动依次处理 两种形式： 1) 早期联机批处理：外设——主机串行 优点：解决了作业自动转接，减少作业建立和手工操作时间 问题： CPU等待I/O，空闲时间多，效率低 2) 早期脱机批处理：外设——主机并行 通道技术、中断技术 由中断处理程序和I/O控制程序来协调I/O通道、CPU的并行工作。 特点：① CPU与I/O通道并行工作； ② 但CPU中的作业仍是串行的，且只允许一道程序存在。 单道运行：每次只调用一个用户作业程序进入内存并运行 3、多道程序系统 多道程序的思想：在内存中允许同时存放若干道相互独立的程序，并允许它们交替执行，共享系统软硬件资源。 多道程序的运行特点： 1) 多道 2) 宏观上并行运行 3) 微观上串行运行 技术问题： 同步和互斥机制；覆盖技术、交互技术、虚拟存储技术；内存保护 5.2 操作系统的类型 按使用环境和对作业的处理方式 1. 多道批处理系统 作业、作业步、作业流 作业：用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计算机系统所做工作的集合。 作业步：计算机系统在完成一个作业的过程中所做的一项相对独立的工作。 作业流：将一批作业有序地排在一起就形成一个作业流。 特点：“多道”和“成批” 多道：多个作业同时放入内存，分时共用一台计算机。 成批：作业在运行过程中不允许用户直接干预操作。 优点：系统资源利用率高；系统吞吐量大 缺点：用户作业的等待时间长；没有交互能力 2. 分时系统 1) 概念 允许多个用户同时联机地使用主机，采用时间片轮转的方式处理用户的服务请求。 时间片：指在分时系统中允许一个终端用户占用CPU时间的长短。 2) 分时系统的特征和优点 ① 同时性（多路性） ② 交互性 ③ 独立性 ④ 及时性 优点：为用户提供了友好的接口；促进了计算机的普通应用；便于资源共享和交换信息 3. 实时系统 实时：指对随机发生的外部事件作出及时的响应并在指定的时间内对其进行处理。 典型应用：过程控制系统、信息查询系统和事务处理系统 主要特点：及时性、高可靠性、简单交互 说明 1）兼有OS三种基本类型中的两种或两种以上功能的OS为“多模式系统”。 2）三类基本OS的比较： 4. 个人机系统 1) 单用户操作系统 个人使用；界面友好；管理方便；适于普及 2) 多用户操作系统 UNIX系统、Linux系统等 界面友好，管理方便，适于普及，多用户使用，可移植性良好，功能强大，通信能力强 5. 网络操作系统 计算机网络是通过通信设施将物理上分散的具有自治功能的多个计算机系统互联起来的，实现信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的