计算机操作系统课程教案.doc

PAGE PAGE 50 操作系统 教案 第一部分：操作系统引论(1) 一、操作系统基本常识 计算机是由硬件和软件两部分组成的，而操作系统（Operating System）是配置在计算机硬件之上的第一层软件，是对计算机硬件的第一次扩充。操作系统是系统软件的基础，其他的系统软件，例如编译程序、汇编程序、数据库管理系统、诊断程序等，都是在操作系统的支持下工作的，都要依赖于操作系统，取得操作系统提供的各类服务。 操作系统的目标是什么？ 方便性：计算机硬件只能识别0或1，即只能识别机器代码，因此没有配置操作系统的计算机是难以使用的；如果配置了操作系统，则可以使用OS提供的各种命令来使用计算机系统，从而方便了用户，也使计算机变得易学易用。 有效性：操作系统可以管理CPU、I/O设备等系统资源，从而避免各种资源使用无需而引起的资源浪费现象。配置了OS的计算机可有效改善系统的资源利用率和提高系统吞吐量。 可扩充性：OS采用模块化设计，可适应计算机硬件和体系结构的迅速发展，可方便增加新的功能模块和修改旧的功能模块。 开放性：为了适应不同的硬件系统和软件系统，实现硬件设备正确、有效地协同工作，以及实现应用程序地可移植性和互操作性，要求OS具有开放性。 说明：方便性和有效性是OS最重要的两个目标。当前更重视OS使用上的方便性。 操作系统的作用有哪些？ 1） 从一般用户的观点看，OS是用户和计算机硬件系统之间的接口；用户可以通过命令方式或者系统调用方式来使用计算机。 2） 从资源管理的观点看，OS是计算机资源的管理者。计算机的资源分为四类：处理器、存储器、I/O设备和信息（数据和程序），相应地，OS系统的主要功能也是对这四类资源的管理，即：处理机管理、存储器管理、I/O设备的管理、文件管理。这也是本课程要介绍的主要内容。 3） OS可用作扩充机器。没有任何软件支持的计算机，称为裸机，覆盖了软件的机器称为虚拟机（Virtual machine）；每多覆盖一层软件，则虚拟机的功能就越强。 操作系统可以用一种层次结构模型描述：底层是OS对象，中间层是对对象进行的操作和管理的软件的集合；最高层是OS提供给用户的用户接口。 二、操作系统发展历程 无操作系统时代： 1）人工操作方式：主要发生在第一代计算机到上世纪50年代中期，此时的程序员通过人工操作方式直接操作计算机硬件系统；用户独占全机和CPU等待人工操作是这种方式的主要缺点。 人工操作方式严重影响了计算机资源的利用率，引起了所谓的“人机矛盾”。后来出现了“通道技术”和“缓冲技术”，用于缓和此矛盾，但是效果不好，再后来引入了“脱机输入输出方式”，获得了良好的效果。 2） 脱机输入输出方式：该方式最突出的方式是增加了外围机。外围机的作用在于脱机控制输入设备和输出设备。因为输入和输出都是在脱机状态下进行的，因此可有效减少CPU的空闲时间，从而缓和了人机矛盾。该中方式的优点是：减少了CPU的空闲时间；提高了I/O的速度。 2．操作系统时代 1）单道批处理系统（Simple Batch System）： 是为提高系统资源利用率和系统吞吐量而提出的，配有监督程序(Monitor)。首先将一批作业以脱机输入输出方式（Off-Line I/O）输入道磁带上，然后在监督程序的监督之下顺序执行。此种方式可保证系统对作业的处理是成批进行的，且内存中总保持一道作业。其效果并不好，目前已经很少使用。其特点是：自动性（无需人工干预）、顺序性、单道性。可以认为SBS是OS的前身。 说明：系统吞吐量是指系统在单位时间内完成的总工作量。 2）多道批处理系统：为进一步提高系统资源的利用率和系统吞吐量，引入了多道程序设计技术，增加了作业调度程序。用户提交的作业都存放在外存上，排成一个队列（后备队列）；然后，由专门的作业调度程序按照一定的算法（？）从后备队列中选择若干个作业调入内存，这些作业共享内存和处理机等资源，可并发运行。优点：提高CPU的利用率（有效避免I/O等待）；提高内存和I/O设备的利用率；增加系统吞吐量。缺点：平均周转时间长；无交互能力。特征：多道性、无序性（作业完成顺序同进入顺序无关）、调度性（作业调度和进程调度）。 说明：作业调度是将作业从外存调入内存，但是不一定占有处理机；进程调度是从已在内存中的作业选择一个作业，将处理机分配给它，使其运行。 平均周转时间：从作业进入系统开始，指导其完成并退出系统所经历的时间。 3）分时系统（Time-Sharing System）：是一台主机 + 多个终端的系统。推动分时系统形成和发展的动力是用户的需要。用户使用计算机时，希望实现“人机交互”，以便能对错误进行修改，并且希望能独占主机；但是在19世纪60年底，计算机非常昂贵，又不可能每个用户独占一台主机，所以“共享主机”是一个