《大学计算机——计算思维》第4章 操作系统.pptx

大学计算机-计算思维第4章操作系统4.1操作系统的作用4.2操作系统的发展4.3操作系统概述4.4进程管理4.5内存管理4.6文件管理4.7设备管理4.8操作系统接口4.9操作系统的新挑战

4.1操作系统的作用大学计算机-计算思维硬件操作系统应用软件操作系统（OS，OperatingSystem），是指综合管理计算机的软硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，并且能够方便用户使用计算机的一组程序的集合。通俗地说，操作系统是用户和计算机硬件之间的接口，用户只有通过操作系统才能够跟计算机打交道。（1）管理系统资源，提高系统资源的利用率（2）提供方便友好的用户界面（3）提供软件的开发和运行环境

4.2操作系统的发展大学计算机-计算思维人工操作阶段单道、多道批处理系统分时、实时操作系统虚拟化和多处理器操作系统现代主流操作系统

4.2操作系统的发展人工操作阶段大学计算机-计算思维第一代电子计算机，尚未出现操作系统。程序员操作计算机，主要使用机器语言编写程序，直接控制硬件的工作。程序员必须清楚地了解计算机各个部件的具体工作方式，因此通常由设计、制造并维护计算机运行的科学家或工程师担任。为提高资源利用率，方便程序员的编程，先后开发了公用函数库、链接器、加载器、调试器、I/O设备驱动程序等系统工具软件，为操作系统的产生奠定了基础。人工操作方式严重损害了计算机中资源的利用率。计算机被程序员独占，其全部资源由程序员支配，在等待人工操作时，CPU长时间处于空闲状态，从而产生了所谓的“人机矛盾”。

4.2操作系统的发展单道批处理系统大学计算机-计算思维单道批处理系统：为最大限度地利用CPU的处理能力，人们开发了监控程序（Monitor）。用户将作业交给系统操作员，系统操作员把若干个作业按照顺序组成一批，并将整批作业输入计算机。监控程序常驻内存，它首先加载并运行第一个作业，作业完成后监控程序自动加载并运行下一个作业，直至整批作业处理完毕。监控程序，被看作操作系统的最初形式。单道批处理系统旨在解决人机矛盾及CPU与I/O设备速度不匹配的问题，能够自动处理作业序列存在的问题：但由于I/O操作相对于CPU的处理速度太慢，CPU仍经常处于空闲状态。

4.2操作系统的发展多道批处理系统大学计算机-计算思维多道批处理系统：能够将多个作业同时加载到内存中，通过作业的组织，使CPU总有一个作业可执行。当一个作业等待I/O而CPU空闲时，系统将切换CPU去运行另一个无需等待I/O的作业。这样的处理方式，称为多道程序设计或多任务处理。为协调多道程序的运行，必须解决处理机管理、内存管理、I/O管理、文件管理、作业管理等方面的问题。相应的管理程序，形成了操作系统的主要功能模块。

4.2操作系统的发展分时操作系统大学计算机-计算思维分时（TimeSharing）：就是由若干个在同一时间段内运行的程序对CPU进行分享。分时系统中，同时运行的程序所分享的时间单位称为“时间片”。时间片非常短，往往只有几十毫秒。分时系统把CPU时间分割为时间片后，轮流地为各个程序分发时间片，每个程序拥有时间片后投入运行，当时间片计时结束后，分时系统会选择另一个程序发放时间片，使其投入运行。

4.2操作系统的发展实时操作系统大学计算机-计算思维实时（RealTime）：就是要求系统能够及时响应随机发生的外部事件，并在规定的时间内完成对该事件的处理。实时操作系统更致力于为用户提供最短的响应时间。为提高响应速度，实时系统被设计成较少需要人为干预的操作系统，仅当识别到违反系统规定的行为或系统运行发生故障时，才需要人为干预。实时操作系统有应用于诸如工业过程控制、机器人控制、导弹发射、实时事务处理等对响应时间要求及其严格的场合，根据应用场合的不同，实时系统可分为实时过程控制系统和实时信息处理系统两类。

4.2操作系统的发展虚拟化和多处理器操作系统大学计算机-计算思维在操作系统乃至整个计算机系统的发展过程中，虚拟化是常用且重要的一种思想和技术，在很多地方都可以看到虚拟化的身影。例如：虚拟存储器、虚拟设备、虚拟文件系统、虚拟机、虚拟现实（VR）等。所谓虚拟化，就是利用软件技术模拟出一个虚构的事物，进而和真实的物理世界隔离开来，以便简化资源的管理、提高资源的利用率和灵活性。

4.2操作系统的发展虚拟化和多处理器操作系统大学计算机-计算思维在计算机硬件结构的设计中，为了提升硬件的性能，增加并行计算能力，常常在一台机器中配置多个处理器。如果每个处理器的功能都相同，则称为对称多处理器，所有处理器都共享内存和I/O设备。如果多个处理器的功能不尽相同，则称为异构多处理器。无论是对称多处理器，还是异构多处理器，在设计生产时，如果把多个处理器封装在同一块硅材料（称