【正文】 操作系統(tǒng) Operating System 三明學院數(shù)學與計算機科學系 呂良智 2021年 課 程 簡 介 ?操作系統(tǒng)是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中必不可少的系統(tǒng)軟件，控制和管理計算機的所有資源，為用戶提供種種方便，是用戶開發(fā)和使用軟件不可缺少的支撐環(huán)境。 ?操作系統(tǒng)課程是計算機專業(yè)的一門專業(yè)主干課程，主要研究操作系統(tǒng)的基本原理和實現(xiàn)方法，是計算機專業(yè)學生的知識結構中重要的組成部分。 課 程 簡 介 課程名稱： 操作系統(tǒng)（ Operating System ） 教 材： 《操作系統(tǒng)基礎教程 》 廈門大學出版社 教學方式：授課（ 57 ） +上機實習（ 19） 教學手段：多媒體教學 +黑板板書 考試類別：考試 參考教材： 計算機操作系統(tǒng) ，湯子贏 操作系統(tǒng)設計與實現(xiàn) ，王鵬等譯，電子工業(yè)出版社 現(xiàn)代操作系統(tǒng) ，陳向群等譯，機械工業(yè)出版社 計算機操作系統(tǒng)教程 ， 張堯學、史美林，清華大學出版社 操作系統(tǒng) Operating System 第一章 操 作 系 統(tǒng) 概 述 教學目的 ?操作系統(tǒng)（ Operating System， OS） —— 在今天的計算機系統(tǒng)中舉足輕重的系統(tǒng)軟件，就是在計算機發(fā)展鏈上從無到有、從簡單到復雜地逐步發(fā)展起來的 ?因此在學習操作系統(tǒng)這門課之前，我們要對操作系統(tǒng)這個學科的發(fā)展和整體情況作一個了解 本章重點 1） 熟悉操作系統(tǒng)作用和定義 ， 了解操作系統(tǒng)的歷史 。 2） 了解二類計算機硬件系統(tǒng)結構 ， 熟悉現(xiàn)代操作系統(tǒng)的硬件基礎 —— 通道和中斷 。 3） 熟練掌握多道程序設計技術的概念 ， 掌握批處理系統(tǒng) 、 分時系統(tǒng)及實時系統(tǒng)三種操作系統(tǒng)基本類型 ， 了解微機操作系統(tǒng) 、 網絡操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng) 。 4） 掌握操作系統(tǒng)并發(fā)性 、 共享性 、 虛擬性和異步性等特征 ， 了解現(xiàn)代操作系統(tǒng)特征 ， 熟悉操作系統(tǒng)功能 。 第一章 操作系統(tǒng)概論 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的發(fā)展史 操作系統(tǒng)的功能和主要特征 操作系統(tǒng)的結構 計算機系統(tǒng)的組成 11 什么是操作系統(tǒng) 系統(tǒng)軟件 工具軟件： 軟 、 硬件檢測疹斷程序 應用軟件： CAD、 MIS等自己開發(fā)的系統(tǒng) 計算機系統(tǒng) 硬件 軟件 CPU 儲存器：內存 、 外存 （ 軟硬盤 、 磁帶機 ） 輸入設備：鍵盤 、 鼠標 、 掃描儀等 輸出設備：顯示器 、 打印機 、 繪圖儀 操作系統(tǒng) 編譯程序、 DBMS等 操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位 11 什么是操作系統(tǒng) 計算機硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具應用軟件應用用戶應用開發(fā)人員操作系統(tǒng)開發(fā)人員 緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下（是其他軟件的共同環(huán)境） 11 什么是操作系統(tǒng) 引入操作系統(tǒng)的目標 ?有效性 （系統(tǒng)管理人員的觀點）： 管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織計算機的工作流程 ?方便性 （用戶的觀點） 提供良好的、一致的用戶接口，彌補硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別 ?可擴充性 （開放的觀點）： 硬件類型和規(guī)模、操作系統(tǒng)本身的功能和管理策略、多個系統(tǒng)間的資源共享和互操作。 11 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的作用 ?從資源管理的觀點 —— OS作為資源管理器： OS的首要任務是管理計算機系統(tǒng)中硬件與軟件資源，使其得到充分而有效的利用： 1） 跟蹤資源狀態(tài) ：時刻掌握計算機系統(tǒng)中資源的使用情況 。 2） 分配資源 ：處理對資源的使用請求 ， 協(xié)調沖突 ， 確定資源分配算法 。 3） 回收資源 ：回收用戶釋放的資源 ， 以便下次重新分配 。 4） 保護資源 ：負責對系統(tǒng)資源的保護 ， 避免受破壞 。 11 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)作為資源管理器的觀點是目前人們對操作系統(tǒng)認識的一個主要觀點，根據此觀點，人們將計算機資源劃分為四大類： 1）處理機 2）存儲器 3） I/O設備 4）信息（程序與數(shù)據） 相應可將操作系統(tǒng)分為四類管理器： 1）處理機管理 2）存儲管理 3）設備管理 4）信息管理（文件系統(tǒng)） 11 什么是操作系統(tǒng) ?從軟件分層、擴允機器的觀點 —— 虛擬機： 提供硬件的高層界面 (虛擬機 ),取消硬件限制 1）操作系統(tǒng)提供無限的內存、無限的 CPU 2）擴充機器，功能更強大，使用更方便 【虛擬機】：使用戶和程序員在不必涉及和了解硬件工作細節(jié)的情況下能方便的使用計算機，而為用戶所提供的一個等價的擴展計算機，稱為虛擬計算機。 11 什么是操作系統(tǒng) ?從服務用戶的觀點 —— OS用戶與裸機間接口： 操作系統(tǒng)為方便用戶使用計算機提供了二級訪問接口： 1）命令接口 :命令行、菜單式、命令腳本式、圖形用戶接口 GUI； 2） 調用接口 :形式上類似于過程調用，在應用編程中使用。 3）圖形接口： 圖形用戶界面 GUI， 方便用戶使用。 編程更為容易，軟件可移植性增強；使用更為方便。 11 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng) 是 有效地管理計算機系統(tǒng)中的各種資源、合理地組織計算機系統(tǒng)中的工作流程、方便用戶操作的程序的集合 。 P2 設置操作系統(tǒng)的目的就是 提高計算機系統(tǒng)的效率，增強系統(tǒng)的處理能力，充分發(fā)揮系統(tǒng)的利用率，方便用戶使用 。 12 操作系統(tǒng)的發(fā)展史 操作系統(tǒng)發(fā)展的 主要動力是用戶的需求 ，并隨著計算機硬件技術、軟件技術的發(fā)展而不斷發(fā)展完善。 1）提高資源的利用率和系統(tǒng)性能 ：計算機發(fā)展的初期，計算機系統(tǒng)昂貴，用作集中計算 2）方便用戶： 用戶上機、調試程序，分散計算時的事務處理和非專業(yè)用戶。 3）硬件的發(fā)展： CPU的位寬度（指令和數(shù)據）、快速外存、新硬件、新技術的出現(xiàn)等。 4）計算機體系結構的不斷發(fā)展 。 12 OS的發(fā)展史 — 手工 ?手工操作 （ 1946 ~ 50年代，電子管時代） 【特點】： 計算機資源昂貴 ，沒有操作系統(tǒng) 【工作方式】： – 用戶：用戶既是程序員、操作員，還是計算機專業(yè)人員； – 編程語言：為機器語言； – 輸入輸出：紙帶或卡片； 【計算機的工作特點】： – 用戶獨占全機：用戶獨占計算機所有資源，資源利用率低； – CPU等待用戶：計算前，手工裝入紙帶或卡片；計算完成后，手工卸取紙帶或卡片； CPU利用率低； 【主要矛盾】： – 機時浪費 – 資源利用率低 – 用戶獨占全機的所有資源； 12 OS的發(fā)展史 — 手工 2 脫機工作方式 輸入設備 衛(wèi)星機 磁帶 輸出設備 衛(wèi)星機 磁帶 主機 12 OS的發(fā)展史 — 單道 ?單道批處理系統(tǒng) （ 50年代末 ~ 60年代中，晶體管） 【特點】： 利用磁帶把若干個作業(yè)分類編成作業(yè)執(zhí)行序列，每個批作業(yè)由一個專門的監(jiān)督程序（ Monitor） 自動依次處理?？墒褂脜R編語言開發(fā)。 【批處理中的作業(yè)的組成】： – 用戶程序 – 數(shù)據 – 作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言） 【批】： – 供一次加載的磁帶或磁盤，通常由若干個作業(yè)組裝成，在處理中使用一組相同的系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)帶） 12 OS的發(fā)展史 — 單道 批處理方式可分為聯(lián)機批處理和脫機批處理。 1）聯(lián)機批處理 – 用戶提交作業(yè)：以紙帶或卡片為介質；