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计算机操作系统OperatingSystem1教材《计算机操作系统》汤小丹等编著2007年版西安电子科技大学出版社；参考书目1.《操作系统原理》屠祁等编著第三版清华大学出版社2.《操作系统教程》陆松年主编2000年版电子工业出版社3.《操作系统教程》孙钟秀主编2003年版高等教育出版社21、学习任务分散在平时，在理解、训练、掌握的基础上注意巩固识记，杜绝最后突击性学习。2、课堂及教材学习与课外阅读参考书相结合。3、适当的作业习题训练。学习方法3操作系统与计算机硬件关系极为密切，计算机硬件对外（对用户）表现出一定的功能，操作系统也对外（对用户）表现出一定的功能，但是操作系统是由一组程序以及相关数据构成的，所以操作系统属于软件。那么计算机硬件和操作系统软件对外（对用户）表现出来的功能差异在哪儿呢？如果用户有某种需求，既可直接利用计算机硬件的功能来实现，也可利用操作系统的功能来实现，但是两者实现难度和复杂度不同，易理解程度也不同。操作系统就是在逻辑上向用户提供了一台更好用的计算机。操作系统的主要工作4操作系统软件按照多数人的工作和生活需求以及应用习惯来提供其功能和操作界面，隐蔽了对于多数人来说不需要了解的在硬件层次上的细节。用户几乎完全可以通过使用操作系统来代替直接使用计算机硬件，就如同汽车驾驶员通过方向盘、油门、刹车、离合器以及车档这一套操作系统（简单易用的界面）来控制汽车的行驶，不需直接接触车轮、车闸、齿轮等硬件机构，通常情况下也不必理解汽车内部构造（除非制造和维修汽车）。5操作系统是通过自我执行和执行用户程序来工作和为用户提供服务的。下面这个程序在执行的过程中，就得到了操作系统提供的多个方面的服务。#includestdio.hintmain(intargc,char*argv[]){inta,b;scanf(“%d%d”,&a,&b);printf(“a+b=%d\n”,a+b);return0;}操作系统在执行程序的过程中向用户提供了文件存取服务、内存分配服务、处理机调度服务、设备分配和处理服务等功能。61、非专业观点：操作系统的学习、研发与否关系到整个国家的经济、技术和政治等等事务。有人认为，不需要太多的操作系统设计/实现者。即使开发出来多种操作系统，也不能撼动MicrosoftWindows操作系统的垄断地位。多数人只需选用而不需要亲自研发操作系统。但是操作系统几乎是一切信息处理工作的基础，是信息安全的基本保障，操作系统如果存在安全缺陷或者漏洞，将会给国家带来经济、政治、军事上的安全威胁和损失，对企业、集体、个人也会带来不利因素。Intel-CPU，微软-Windows的安全问题“后门”已引起了不同国家的严重关注和担忧。没有主版权的操作系统显然将受制于人。为什么学习操作系统72、专业观点很难想象一个国家因国际垄断和科学技术的高难度而放弃多个领域的自主研发，一切靠进口，依然能够处于良好发展态势，依然能够屹立于世界强国之林我国自主研发的一些软件在性能上不亚于外来软件，市场占有率正在逐步提高，这说明，打破垄断，推动软件品牌多元化发展并非不可能。操作系统包括了所有软件设计/实现问题：资源共享/管理安全和身份验证灵活性，健壮性友好界面设计加深对使用的OS的理解，编程时可借鉴OS的设计思想和算法，有利于深入编程8国内操作系统发展概况自由版权Linux：红旗,Turbo,BluePoint银河麒麟：是由国防科技大学、中软公司、联想公司、浪潮集团和民族恒星公司合作研制的闭源服务器操作系统。此操作系统是863计划重大攻关科研项目，目标是打破国外操作系统的垄断，银河麒麟研发一套中国自主知识产权的服务器操作系统。银河麒麟完全版共包括实时版、安全版、服务器版三个版本，简化版是基于服务器版简化而成的。COSIX操作系统:1992年3月，COSIX作为“计算机操作系统开发”专题，被正式批准在“八五”攻关计划中立项，之后有1.0,2.0,2.1版本。1999年中软总公司与康柏公司签署联合开发64位UNIX—COSIX协议9嵌入式操作系统Hopen（女娲计划）：嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简单的说就代码小，高度自动化，响应速度快等特点。特别适合于要求实时的和多任务的体系。产品从HOPENOSV1.0、V2.0发展到目前的HOPENOSV3.0，在技术、功能和系统的易用性方面日趋成熟完善；同时，HOPEN操作系统支持的产品在移动通信、机顶盒、汽车电子、网络计算机、掌上电脑、数字电视等方面得到了应用。现在北京凯思昊鹏软件工程技术有限公司仍在从事该系统的开发。10学习目的对操作系统的基本概念、基本结构及运行环境有深入的认识，对操作系统这一课程有比较全面的把握深入到操作系统内部，理解并掌握操作系统的基本原理、设计方法和实现技术了解操作系统的演化过程、发展研究动向、新技术以及新思想，具有透过变化看趋势、透过技术抓原理、把握学科发展脉搏的基本素质，为其今后在相关领域开展工作打下坚实基础11第一章操作系统引论教学目的和要求：使学生建立起OS的基本概念。要求理解多道程序设计技术，了解OS的引入和发展、分层式结构和微内核结构，掌握操作系统的基本概念、功能和特征。重点难点：多道程序设计技术，OS的基本概念、功能和特征。12第一节操作系统的目标和作用第二节操作系统的发展过程第三节操作系统的基本特征第四节操作系统的主要功能第五节操作系统的结构设计流行操作系统简介目录131.1操作系统的目标和作用操作系统操作系统的目标和作用141、操作系统计算机系统：硬件：CPU、存储器、I/O设备软件：系统软件（操作系统、编译程序、汇编程序、DBMS）和应用软件对操作系统的描述：是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。用户（应用程序）与计算机硬件之间的接口15…用户1用户2用户3用户4用户n财务系统航空订票上网浏览电子商务科学计算（应用软件）编译程序汇编程序编辑程序数据库（支撑软件）操作系统计算机硬件……162、操作系统的目标和作用OS的目标有效性：提高系统资源的利用率和吞吐量方便性：使计算机易学易用可扩充性：能适应硬件的发展，容易升级开放性：遵循世界标准规范17OS的作用用户与计算机硬件之间的接口计算机硬件系统调用命令图形窗口方式操作系统应用程序用户图1-1OS作为接口的示意图18计算机系统资源的管理者OS实现了对计算机资源的抽象通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚机器。硬件系统资源处理机存储器各种I/O设备软件系统资源存在于计算机系统中的所有程序和各种类型的数据（在OS中统称为文件）处理机管理存储器管理设备管理文件管理19图1-2I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节物理接口硬件用户用户I/O软件物理接口硬件机器指令虚机器I/O操作命令(Read，Write)20不断提高计算机资源利用率的需要如批处理系统的出现方便用户如分时交互式系统的出现器件的不断更新换代8位－16－32－64－...计算机体系结构的不断发展单机OS－多机OS－网络OS－…3、操作系统发展的主要动力211.2操作系统的发展过程无操作系统的计算机系统单道批处理系统多道批处理系统分时系统实时系统微机系统221、无操作系统的计算机系统人工操作方式缺点——人机速度矛盾用户独占全机、CPU等待人工操作联机输入输出（On-LineI/O）方式脱机输入输出（Off-LineI/O）方式关键设备：外围机、磁带优点：减少CPU的空闲时间、提高I/O速度23输入设备外围机磁盘磁盘磁盘磁盘外围机主机输出设备图1-3脱机I/O示意图24批处理操作系统定义（BatchOperatingSystem）用户把要计算的应用问题编成程序，连同数据和作业说明书（由作业控制语言JCL）一起交给操作员，操作员集中一批作业，输入到计算机中。然后，由操作系统来调度和控制作业的执行。这种批量化处理作业方式的操作系统称为批处理操作系统。批处理系统的主要特征（优缺点）用户脱机工作成批处理作业单/多个程序运行最早采用多道程序设计技术的系统252、单道批处理系统把一批作业脱机输入到磁带上；系统配上监督程序（OS的雏形）；在监督程序的控制下使这批作业能一个接一个的连续得到处理；处理机使用权在监督程序和用户程序间转换。系统对作业的处理是成批进行的，且在内存中始终只保持一道作业，故称为单道批处理系统。特征：自动性、顺序性、单道性26单道批处理系统图1－4单道批处理系统的处理流程还有下一个作业？把下一个作业的源程序转换为目标程序源程序有错吗？装配目标程序运行目标程序开始是否停止是否273、多道批处理系统内存中允许同时有多个用户程序存在后备作业队列、作业调度程序调度运行有I/O操作或完成作业时，调入另一个作业形成源源不断的作业流特点：多道性、无序性、调度性优点：资源利用率高、系统吞吐量大缺点：无交互能力、作业平均周转时间较长28用户程序监督程序I/O操作I/O中断请求启动I/OI/O完成结束中断I/O中断请求启动I/OI/O完成结束中断t1t2t3t4t5t6t7t8图1-5(a)单道程序运行情况2930程序A调度程序I/O请求图1-5(b)四道程序运行情况程序B程序C程序DI/O请求I/O请求I/O请求I/O完成I/O完成I/O完成A完成表示获得CPUC再运行31例：计算某个数据处理问题P1，要求从输入机（运转速度为6400个字符/s）上输入500个字符(花78ms)，经CPU处理52ms后，将结果2000个字符存到磁带上(磁带机的运转速度为100000个字符/s）花20ms，重复进行，直至输入数据全部处理完毕。单道程序运行时处理器的使用效率分析：此时处理机的利用率为：52/（78+52+20）≈35%32为提高效率，让计算机同时接受两道算题，当第一道程序在等待外围设备的时候，让第二道程序运行，降低CPU空等时间，处理器的利用率显然可以有所提高例如，在计算P1的同时，计算机还接受了另一算题P2：从另一台磁带机2上输入2000个字符（花20ms），经42ms的处理后，从行式打印机上输出两行(约花88ms)此时处理机的利用率为：（52+42）/（78+52+20）≈63%33多道批处理系统需要解决的问题：（1）处理机管理问题（2）内存管理问题（3）I/O设备管理问题（4）文件管理问题（5）作业管理问题定义操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理的对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序集合。344、分时系统分时系统的产生原因——用户的需求人机交互能力的需求共享主机方便用户上机分时系统：是指一台主机上连接了多个终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互的方式使用计算机，共享主机中的资源。分时系统实现中的关键问题：及时接收－多路卡及时处理－作业直接进内存、时间片轮转35分时系统的实现方法交互式作业直接进入内存以分配时间片方式实现类型：单道分时系统多道分时系统：不需要调入、出开销具有前、后台的分时系统：当前台不需要为联机终端服务是，就可以运行后台批处理作业分时系统的特征多路性、独占性、及时性、交互性36分时操作系统和批处理操作系统的异同点相同之处：系统和批处理操作系统都基于多道程序设计技术不同之处：目标不同批处理系统以提高资源利用率和作业吞吐量为目标分时系统以满足多个联机用户的立即型命令的快速响应为目标适应作业的性质不同批处理系统适应已经调试好的大型作业分时系统适应正在调试的小作业资源使用率不同作业控制方式不同批处理由用户预先提交作业控制说明书脱机工作分时系统由联机用户从键盘输入操作命令直接对作业的运行过程进行控制375、实时系统实时系统系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行。实时系统的应用：工业控制系统信息查询系统多媒体系统嵌入式系统38实时任务类型按任务执行是否呈现周期性来划分周