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引入操作系统的目的: ①提供一个计算机用户与计算机硬件系统之间的接口,使计算机系统更易于使用; ②有效地控制和管理计算机系统中的各种硬件和软件资源,使之得到更有效的利用; ③合理地组织计算机系统的工作流程,以改善系统性能。
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第一章
引入操作系统的目的:
提供一个计算机用户与计算机硬件系统之间的接口,使计算机系统更易于使
用;
有效地控制和管理计算机系统中的各种硬件和软件资源,使之得到更有效的
利用;
合理地组织计算机系统的工作流程,以改善系统性能。
操作系统的概念
()用户观点:根据用户所使用计算机的不同而设计不同类型的操作系统
()系统观点(资源管理):操作系统是计算机系统的资源管理程序。计算机
系统中的资源分为四类:处理器、存储器、外设和信息(程序和数据)。与上
述资源相对应,操作系统被划分为处理器管理、存储器管理、设备管理和信息
管理(即文件系统)
()进程观点:若干个可以独立运行的程序和一个对这些程序进行协调的核心
组成,这些运行的程序称为进程,每个进程完成某一项特定任务。
操作系统的核心则是①控制和协调这些进程的运行,解决进程之间的通信;②
它从系统各部分以并发工作为出发点,考虑管理任务的分割和相互之间的关
系,通过进程之间的通信来解决共享资源时所带来的的竞争关系。
进程分为:①用户进程②系统进程
()虚拟机观点:操作系统为用户使用计算机提供了许多服务功能和良好的工
作环境。计算机被扩充为功能更强大,使用更加方便的虚拟计算机。
操作系统的特征
并发性:指两个或多个事件在同一时间间隔内发生,宏观上在一段时间内有
多道程序在同时运行,微观上这些程序是交替执行的。并发执行能有效改善系
统的资源利用率,会使系统复杂化。
(并行性:指两个或多个事件在同一时刻发生)
共享性:资源共享是指系统中的硬件和软件资源不再为某个程序所独占,而
是供多个用户共同使用。
虚拟性:虚拟是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物,前者是
实际存在的,后者是虚拟的。
异步性
:()共享和并发的关系
资源的共享是以程序的并发执行为条件的;②若系统不能为资源共享实施有
效的管理,也必将影响到程序的并发执行,甚至根本无法并发执行
()资源共享的两种方式:
互斥共享:在一段时间内只能供一个作业使用的资源,只有当前作业使用完
毕并释放后,才能被其他资源使用。
同时访问:可以供多个作用同时访问的资源,这个“同时”指宏观上的同时,
微观上可能是作业交替方位该资源。
()多道程序设计技术可以把一台物理上的 虚拟为多台逻辑上的 。
4.操作系统的功能
操作系统的职能:负责系统中软硬件资源的管理,合理地组织计算机的工作流
程,并为用户提供一个良好的工作环境和友好的使用界面。操作系统的基本功
能:处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口。
()处理器管理:主要任务是对处理器的分配和运行实施有效的管理。处理器
的分配和运行是以进程为基本单位的。进程管理实现的功能:进程控制、进程
同步、进程通信、进程调度;
()存储器管理:主要任务是对内存进行分配、保护和扩充。存储器管理的主
要功能:内存分配、内存保护、内存扩充;
()设备管理:主要任务是对计算机系统内的所有设备实施有效管理。实现的
功能为:设备分配、设备传输控制、设备独立性;
()文件管理:主要任务是有效地支持文件的存储、检索和修改等操作,解决
文件的共享、保密和保护问题。实现的功能为:文件存储空间的管理、目录管
理、文件操作管理和目录保护;
()用户接口:操作系统提供三种接口给用户使用:命令接口、程序接口、图
形接口
命令接口:提供一组命令供用户直接或间接控制自己的作业。分为联机命令
接口(也称交互式命令接口,适用于分时和实时操作系统)和脱机命令接口
(也称批处理命令接口,适用于批处理系统);
程序接口:也称为程序调用,是程序级的接口。用户在程序中可以直接使用
这组系统调用命令向操作系统提出各种服务请求。
图形接口:是联机命令接口的图形化。
5.操作系统提供的服务
操作系统提供了一个用以执行程序的环境,提供的服务有程序执行、 操作、
文件操作、资源分配与保护、错误检测与排除。
6.操作系统的发展
操作系统的发展过程:无操作系统阶段(手工操作与脱机输入输出)、单批道
处理系统和多批道处理系统(多道程序设计)
()无操作系统阶段
手工操作
主要元件是电子管,计算机运行速度慢,没有操作系统,甚至没有任何软件,
人们采用手工操作方式操作计算机。
主要特点:用户独占计算机资源、资源利用率低以及 等待等人工操作特
点。
脱机输入输出
在外围机的控制下,从低俗设备输入到输入带中,当 需要时,再直接从输
入带高速输入到内存中。脱机输入输出技术减少了 的空闲等待时间,提高
了 速度。
()单道批处理系统
特点:自动性、顺序性、单道性
优点:缓解人机速度矛盾
缺点:资源利用率依然很低
()多道批处理系统
多道程序设计技术:将一个以上的作业存放在贮存中,并且同时处于运行状
态,这些作业共享处理器、外设以及其他资源。
特点:①多道;②宏观上并行;③微观上串行;
需要考虑的问题:①如何分配处理器;②如何为每道程序分配必要的内存空
间;③如何分配 设备;④如何组织数据才能便于用户使用并保证数据的安
全性和一致性;⑤如何组织作业。
:① 速度的大幅度提升,手工操作的慢速和 运算的高速之间的矛盾
和 设备之间的速度不匹配,引入了通道技术和缓冲技术,之后又出现了
脱机输入输出结束
为了进一步提高 利用率,引入了多道程序设计技术。
批道处理系统无交互性,对用户而言极不方便,引入联机方式,产生了分时
操作系统。
7.操作系统的分类
()批处理操作系统:单批道处理操作系统和多批道操作系统。
多批道操作系统特点:①用户脱机使用;②成批处理;③多道程序设计;
优点:资源为多个作业所共享,作业之间自动调度执行,并且在运行过程中用
户不干预自己的作业,提高了系统资源利用率和作业吞吐量。
缺点:无交互性,一旦提交作业,用户就失去了对其运行的控制能力,使用不
方便。
()分时操作系统
简单分时系统:内存只驻留一道作业,其他作业都在外存中。(调入调出)
具有“前台”和“后台”的分时操作系统:“前台”存放按时间片调入调出的作业
流,其工作方式与简单分时系统相同;“后台”存放批处理作业,当前台正在调
入调出或无调入调出作业流时,才运行后台的批处理作业,并给他们分配更长
的时间片。
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