第1章-绪论

操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院欢迎你向我提问！Email：[e-mail]如果你在学习中遇到问题操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程兰州理工大学计算机与通信学院教学计划：理论教学48学时考核方式：总评成绩=平时成绩(20%)+期末考试成绩(80%)平时成绩=作业(20分)操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院参考书1.罗宇等(译).操作系统.机械工业出版社,20062.陈向群等(译).现代操作系统.机械工业出版社,20053.郑扣根(译).操作系统概念(第六版).高等教育出版社,20064.陈渝等(译).操作系统—精髓与设计原理(第五版).电子工业出版社,20065.陈向群等(著).操作系统教程(第二版).北京大学出版社,20066.陆松年主编.操作系统教程(第2版).电子工业出版社,20067.汤子瀛等(著).计算机操作系统(修订版).西安电子科技大学出版社,20048.曾平等(著).操作系统习题与解析(第2版).清华大学出版社,2004操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程兰州理工大学计算机与通信学院第1章绪论1.1操作系统的概念1.2操作系统的形成1.3操作系统的特征与功能1.4用户与操作系统的接口1.5操作系统的分类本章主要内容操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程兰州理工大学计算机与通信学院第1章绪论1.1操作系统的概念1.2操作系统的形成1.3操作系统的特征与功能1.4用户与操作系统的接口1.5操作系统的分类操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院操作系统（OperatingSystem,OS）的出现、使用和发展是四十余年来计算机软件的一个重大进展。计算机发展到现在，从个人机到巨型机，无一例外都配置一种或多种操作系统。操作系统也可被看作是用户和计算机硬件之间的一种接口，它已经成为现代计算机系统不可分割的重要组成部分，它为人们建立各种各样的应用环境奠定了重要基础。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院配置操作系统的主要目标：方便用户使用。扩大机器功能。管理系统资源。提高系统效率。构筑开放环境。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院编译器汇编器文本编辑器…数据库系统系统程序与应用程序操作系统计算机硬件计算机系统组成操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院通常把操作系统定义为用来控制和管理计算机系统资源，方便用户使用的程序和数据结构的集合。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院操作系统在计算机系统中的作用：从用户角度来看，OS就是其与计算机硬件之间的接口。从系统角度看，OS是计算机系统的资源管理者。从软件角度看，OS就像一台虚拟计算机。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程兰州理工大学计算机与通信学院第1章绪论1.1操作系统的概念1.2操作系统的形成1.3操作系统的特征与功能1.4用户与操作系统的接口1.5操作系统的分类操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院计算机硬件的发展:第一代电子管时代（1946~1957年）第二代晶体管时代（1958~1964年）第三代集成电路时代（1965~1970年）第四代大规模/超大规模集成电路时代（1971年~至今）等。本节我们将沿着这个线索介绍操作系统的发展历史。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院手工操作监控程序多道程序设计分时系统操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院在这个阶段，程序设计全部采用机器语言，通过在一些插板上的硬连线来控制其基本功能，没有程序设计语言（甚至没有汇编语言），更谈不上操作系统。使用机器的方式是程序员提前在墙上计时表上预约一段时间，然后到机房将他的插件板插到计算机里，在接下来的几小时里计算自己的题目，并期盼着在这段时间中几万个真空管不会有烧断的。这时实际上所有的题目都是数值计算问题。手工操作操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院在一个程序员上机期间，整台计算机连同附属设备全部被其占用。程序员实际上兼职操作员，效率低下。其特点是手工操作，独占方式。后来人们开发了汇编语言及其汇编编译程序以及其他一些控制外设的程序等，但工作方式仍属于这一阶段。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院监控程序20世纪50年代晶体管的发明改变了现状，晶体管时代的计算机比较可靠，厂商可以成批地生产并将其销售给用户，用户可以指望计算机长时间运行来完成一些有用的工作，FORTRAN高级语言于1954年提出，1956年正式设计完成。ALGOL高级语言于1958年引入，COBOL高级语言于1959年引入。此时，设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员之间第一次有了明确的分工。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院计算机安装在专门的空调房间里，有专业人员操作。要运行一个作业（job），程序员首先将程序写在纸上（用高级语言或汇编语言），然后穿孔成卡片，再将卡片盒带到输入室交给操作员。当计算机运行完当前任务后，将结果从打印机输出，操作员到打印机上撕下运算结果并送到输出室，程序员稍后就能取到结果。然后，操作员从已经送到输入室的卡片盒中读入另一个任务，计算机就开始运行下一任务。如果需要FORTRAN编译器，操作员还要从文件柜把它取来读入计算机。当操作员在机房里走来走去时许多机时被浪费掉了。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院由于处理器速度的提高，使得手工操作设备进行输入/输出与计算机的计算速度不匹配，因而人们设计了监督程序（也称管理程序）来实现作业的自动转换处理。这期间每道作业由程序提供一组在某种介质上准备好的作业信息（文件），包括用作业控制语言书写的作业说明书，相应的程序和数据。作业控制语言被穿孔成一叠作业卡片，由程序员提交给系统操作员，而操作员将作业成批地输入到计算机中，由监督程序识别一个作业进行处理后再取下一个作业。这种自动定序的处理方式称为“批处理”方式，由于是串行执行作业，因此这种早期的批处理方式又被称为单道批处理，也被认为是操作系统的雏形。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院多道程序设计在第二代计算机后期，特别是进入第三代以后，系统软件有了很大发展，其作用也日益显著，同时，硬件也有了很大发展，主存容量增大，出现了大容量的辅助存储器——磁盘以及代理CPU来管理设备的通道，使得计算机体系结构发生了很大变化。由以中央处理器为中心的结构改变为以主存为中心，通道的产生使得输入/输出操作与CPU之间的并行工作成为可能。软件系统也随之相应变化，实现了在硬件提供并行处理之上的多道程序设计。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院所谓多道程序设计是指允许多个程序同时存在于主存之间，由中央处理器以切换方式为之服务，使得多个程序可以同时执行。主存中多个相互独立的程序均处于开始和结束之间，从宏观上看是并行的，多道程序都处于运行而未运行结束的过程中；从微观上看是串行的，各道程序轮流占用CPU交替地执行。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院等待运行运行运行运行运行运行运行运行运行运行运行等待等待等待等待等待等待等待等待等待操作系统程序A程序B程序CCPU存储器程序A程序B程序CCPU运行操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院引入多道程序设计技术有以下优点：一是提高CPU、主存和设备的利用率；二是提高系统的吞吐率，使单位时间内完成的作业数增加；三是充分发挥计算机硬部件的并行性，设备与设备之间、CPU与设备之间均可并行工作。其主要缺点是延长作业的周转时间。这个阶段的计算机资源不再是“串行”地被一个个用户独占，而可以同时被几个用户共享，从而极大地提高了系统在单位时间内处理作业的能力。这时管理程序已迅速地发展成为一个重要的软件分支——操作系统。这一代计算机典型的操作系统是FMS（FORTRANMonitorSystem,FORTRAN监控系统）和IBM为7094机配备的操作系统IBSYS。这些操作系统由监控程序、特权指令、存储保护和简单的批处理构成。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院用户打印输出运算输入磁带读入主机IBM7094输出磁带读出计算机IBM1401较便宜的计算机IBM1401作业流操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院分时系统第三代计算机适用于大型科学计算和繁忙的商务数据处理，但其实质上仍旧是批处理系统。许多程序员很怀念第一代计算机的使用方式，那时他们可以几个小时独占一台机器，可以及时地调试他们的程序。而对第三代计算机，从一个作业提交到运算结果取回往往长达数小时，更有甚者，一个逗号的误用就会导致编译失败从而可能浪费程序员半天的时间。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院所谓分时系统（TimesharingSystem）是指多个用户通过终端设备与计算机交互作用来运行自己的作业，共享一个计算机系统而互不干扰，就好像自己有一台计算机。它实际上是多道程序设计的变种。分时系统的思想于1959年在麻省理工学院提出，第一个真正的分时系统CTSS（CompatibleTimeSharingSystem，兼容分时系统）是麻省理工学院的FernandoCorbato等人于1961年在一台改装过的IBM7094/94机上开发成功的，当时有32个交互式用户。但直到第三代计算机广泛采用了必需的保护硬件之后，分时系统才逐渐流行开来。这个时候人们认为操作系统逐渐步入了成熟。操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程兰州理工大学计算机与通信学院第1章绪论1.1操作系统的概念1.2操作系统的形成1.3操作系统的特征与功能1.4用户与操作系统的接口1.5操作系统的分类操作系统原理PrincipleofOperatingSystem精品课程2020年9月14日星期一兰州理工大学计算机与通信学院操作系