[教育]第1章 操作系统引论.ppt

第一章 绪论 * 教学目的及要求 （1）了解操作系统的发展历程，分层式结构和微内核结构 （2）理解操作系统在计算机系统中的地位，多道程序设计技术 （3）掌握操作系统的基本概念，操作系统的特性和主要功能，操作系统的类型及特点 教学重点 （1）操作系统的定义和功能 （2）操作系统的分类 （3）操作系统的基本特性 教学难点 （1）操作系统的作用及意义 （2）操作系统结构 目 录 1.1 操作系统概念  计算机发展到今天，从个人计算机到巨型计算机系统，毫无例外都配置一种或多种操作系统。操作系统管理和控制计算机系统中的所有软、硬件资源，是计算机系统的灵魂和核心。除此之外，它还为用户使用计算机提供一个方便灵活、安全可靠的工作环境。 没有任何软件之支持的计算机称为裸机(Bare Machine)，它仅仅构成了计算机系统的物质基础，而实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件改造的计算机。裸机在最里层，它的外面是操作系统，经过操作系统提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能 将裸机改造成功能更强，使用更方便的机器，通常称之为虚拟机(Virtual Machine)。 因此，引入操作系统的目的可从三方面来考察： 观点一、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。观点二、从用户的观点来看，引入操作系统是为了给用户使用计算机提供一个良好的界面，以使用户无需了解许多有关硬件和系统软件的细节，就能方便灵活地使用计算机 。 观点三、从发展的观点看，引入操作系统是为了给计算机系统的功能扩展提供支撑平台，使之在追加新的服务和功能时更加容易和不影响原有的服务与功能。 综上所述，我们可以形式地把操作系统定义为 操作系统(Operating System) 是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机工作流程以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。 1.2 操作系统的历史 操作系统的发展和计算机的组成与体系结构相关，经历了四个发展阶段： 无操作系统（手工操作）：第一代，电子管时代。 单道批处理系统 ：第二代，晶体管时代。  多道程序设计：第三代，集成电路时代。 分时系统：第四代，大规模和超大规模集成电路时代。 1.2.1 手工阶段 用户在计算机上算题的所有工作都要用户人工干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。 随着计算机速度的加快，人机矛盾越来越大，直至无法容忍。必须寻求新的办法。 例如： 上机操作要1分钟,运行时间20分钟（10万次/sec） 上机操作要1分钟,运行时间0.2分钟（1000万次/sec） 1.2.2单道批处理系统(Simple Batch Processing) 计算机发展的早期，没有任何用于管理的软件，所有的运行管理和具体操作都由用户自己承担，任何操作出错都要重做作业，CPU的利用率甚低。 解决的方法有两个：首先配备专门的计算机操作员，程序员不再直接操作机器，减少操作机器的错误。另一个是进行批处理，操作员把用户提交的作业分类，把一批中的作业编成一个作业执行序列。每一批作业将有专门编制的监督程序（monitor）自动依次处理。 1.2.3 多道批处理操作系统(Batch Processing Operation System) 批处理的主要特征： (1) 用户脱机使用计算机：作业提交后直到获得结果之前，用户无法与作业交互。 (2) 作业成批处理：采用成批处理作业。 (3) 多道程序并行：充分利用系统资源。 多道批处理系统的优点、缺点 多道批处理系统的优点是由于系统资源为多个作业所共享，其工作方式是作业之间自动调度执行。并在运行过程中用户不干预自己的作业，从而大大提高了系统资源的利用率和作业吞吐量。 多道批处理系统的缺点是无交互性，用户一旦提交作业就失去了对其运行的控制能力；又是批处理，作业周转时间长，用户使用不方便。 1.2.4多道程序系统(Multiprogramming System) 多道程序的运行特点 多道：计算机内存中同时存放多道相互独立的程序。 宏观上并行运行：同时进入系统的几道程序都处于运行状态，但都未运行完。 微观上串行运行：各作业轮流使用CPU，交替执行。 在批处理中采用多道程序设计技术，就形成了多道批处理系统。 在当前运行的作业需做I/O处理时，CPU转而执行另一个作业。（I/O完成后是否立刻恢复执行，要等到其他程序再次I/O时）。 多道程序系统的技术问题： （1）并行程序的运行需要共享软件硬件资源，需要同步和互斥机制。（