計算機操作系統計算機與信息學院王亞Telmail:wangya@

10/18/20231阜陽師范學院計算機與信息學院課程目標 本課程是計算機科學與技術專業的主要專業主干課之一。課程的學習目的在于使學生掌握操作系統的基本概念、基本原理、設計方法和實現技術，具有初步分析實際操作系統的能力，為今后在相關領域開展工作打下堅實的基礎。10/18/20232阜陽師范學院計算機與信息學院成績評定作業+實驗報告：20%期末考試：70%上課出勤率及回答問題：10%

學習要求按時上課，認真聽講閱讀參考書認真記筆記，整理筆記思考、討論、提問按時交作業和實驗報告學分：4總學時：72學時上機：18學時10/18/20233阜陽師范學院計算機與信息學院參考書籍《現代操作系統》（原書第3版）（荷）AndrewS.Tanenbaum著陳向群，馬洪兵等譯.機械工業出版社《計算機操作系統.學習指導與題解》梁紅兵，湯小丹.西安電子科技大學出版社《計算機操作系統聯考復習指導》王道論壇組編.電子工業出版社王道論壇：10/18/20234阜陽師范學院計算機與信息學院1.1操作系統的目標和作用1.2操作系統的發展過程1.3操作系統的基本特征1.4操作系統的主要功能1.5操作系統結構設計第一章操作系統引論10/18/20235阜陽師范學院計算機與信息學院1.1操作系統的目標和作用1.2操作系統的發展過程1.3操作系統的基本特征1.4操作系統的主要功能1.5操作系統結構設計第一章操作系統引論10/18/20236阜陽師范學院計算機與信息學院操作系統的地位操作系統在計算機系統中的地位：是在硬件基礎上的第一層軟件；是其他軟件和硬件之間的接口。計算機硬件操作系統系統工具應用軟件應用用戶應用開發人員操作系統開發人員10/18/20237阜陽師范學院計算機與信息學院操作系統的目標方便性(用戶的觀點)：使計算機系統更易于使用；有效性(系統管理人員的觀點)：合理地組織計算機的工作流程，管理和分配硬件、軟件資源，提高資源的利用率;提高系統的吞吐量；可擴充性(開放的觀點)：給計算機系統的功能的擴展提供開放式的支撐平臺；開放性：可移植性和互操作性。其中有效性和方便性是設計OS時最重要的兩個目標，設計現代OS的主要目標也是對提高資源利用率和方便用戶。10/18/20238阜陽師范學院計算機與信息學院操作系統的作用1.OS作為用戶與計算機硬件系統之間的接口

使用方式命令方式系統調用方式圖形、窗口方式用戶應用程序系統調用命令圖標、窗口操作系統計算機硬件10/18/20239阜陽師范學院計算機與信息學院2.OS作為計算機系統資源的管理者

處理器處理器管理存儲器存儲器管理I/O設備I/O設備管理信息(數據和程序)文件管理操作系統的作用資源主要功能10/18/202310阜陽師范學院計算機與信息學院OS實現了對計算機資源的抽象

OS是鋪設在裸機上的多層軟件，它不僅增強了系統的功能，而且還隱藏了對硬件操作的細節，從而實現了對計算機資源的抽象。操作系統的作用10/18/202311阜陽師范學院計算機與信息學院操作系統的定義

操作系統（OperatingSystem,OS）是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源、合理地對各類作業進行調度，以及方便用戶使用計算機的程序的集合。

10/18/202312阜陽師范學院計算機與信息學院1.1操作系統的目標和作用1.2操作系統的發展過程1.3操作系統的基本特征1.4操作系統的主要功能1.5操作系統結構設計第一章操作系統引論10/18/202313阜陽師范學院計算機與信息學院1.人工操作方式工作方式：用戶：既是程序員又是操作員；是計算機專業人員編程語言：機器語言輸入輸出：紙帶或卡片計算機的工作特點：用戶獨占全機和CPU等待用戶主要矛盾：人機矛盾、CPU與I/O設備速度不匹配提高效率的途徑：脫機輸入/輸出技術操作系統的發展過程無操作系統的計算機系統10/18/202314阜陽師范學院計算機與信息學院

磁帶輸入設備外圍機主機輸出設備外圍機2.脫機輸入/輸出(Off-LineI/O)方式磁帶磁帶磁帶主要優點：減少了CPU的空閑時間緩和了人機矛盾10/18/202315阜陽師范學院計算機與信息學院單道批處理系統的處理過程單道批處理系統：作業成批處理、內存中只有一道作業單道批處理系統單道批處理系統的特征自動性、順序性、單道性不足：無法充分利用系統中所有的資源10/18/202316阜陽師范學院計算機與信息學院單道和多道程序運行情況

10/18/202317阜陽師范學院計算機與信息學院程序A程序B運行等待運行等待運行等待運行等待時間(a)單道程序設計程序A運行等待運行等待程序B等待運行等待運行等待混合運行A運行B等待運行A運行B等待時間(b)多道程序設計10/18/202318阜陽師范學院計算機與信息學院多道批處理系統

是采用多道程序設計技術的批處理系統。為了使系統中的多道程序能協調地運行，必須配置一組軟件，來解決多道程序對系統資源的共享和爭用問題，并對作業進行合理的組織和調度。——就形成了現代意義上的OS多道批處理系統10/18/202319阜陽師范學院計算機與信息學院2.多道批處理系統的特征：調度性：作業調度、進程調度在該系統中，作業在外存的“后備隊列”，由作業調度程序選擇若干調入內存，共享CPU和系統中的各種資源。無序性：

多道性：內存中可同時存放多個作業多道批處理系統10/18/202320阜陽師范學院計算機與信息學院3.多道批處理系統需解決的問題處理機管理問題內存管理問題設備管理問題文件管理問題作業管理問題多道批處理系統10/18/202321阜陽師范學院計算機與信息學院優點：資源利用率高系統吞吐量大缺點：平均周轉時間長無交互能力4.多道批處理系統的優缺點：多道批處理系統10/18/202322阜陽師范學院計算機與信息學院例題1

有兩個程序A和B，A程序執行時所做的工作按次序需要的時間為：cpu計10s，設備1計5s，cpu計5s,設備2計10s，cpu計10s。B程序執行時所做的工作按次序需要的時間為：設備1計10s，cpu計10s，設備2計5s，cpu計5s，設備2計10s。問在單道方式下和多道并發環境下執行A和B兩程序，CPU的利用率各為多少？10/18/202323阜陽師范學院計算機與信息學院解答單道環境下：

A程序運行總時間為40s，B程序運行總時間為40s，則兩個程序運行總時間為80sCPU運行時間為（10+5+10）s+（10+5）s=40s則，CPU利用率為40/80=50%10/18/202324阜陽師范學院計算機與信息學院多道環境下：

A和B程序運行的時序關系圖（甘特圖）CPU運行時間為：40s，兩程序運行總時間為45s，則CPU利用率為：40/45=88.9%活動列表A:10sB:10sA:5sB:5sA:10sCPUB:10sA:5s設1B:5sA:10sB:10s設2010152025303545時間（單位s）10/18/202325阜陽師范學院計算機與信息學院多道環境下：

A和B程序運行的時序關系圖（甘特圖）時間（單位s）活動列表設2設1CPU100A:10sA:5s15B:10sB:10s20A:5sB:5s25B:5sA:10s3035A:10sB:10s45CPU運行時間為：40s，兩程序運行總時間為45s，則CPU利用率為：40/45=88.9%10/18/202326阜陽師范學院計算機與信息學院練習題1設內存中有三道程序A、B、C，它們按A、B、C的優先次序執行，它們的計算和I/O操作時間如表所示（單位：ms）。程序操作ABC計算306020I/O403040計算101020假設三道程序使用相同的設備進行I/O操作，即程序以串行方式使用設備，試畫出單道運行和多道運行的時間關系圖（甘特圖）（調度程序的執行時間忽略不計）。在兩種情況下，完成這三道程序各要花多長時間？10/18/202327阜陽師范學院計算機與信息學院10/18/202328阜陽師范學院計算機與信息學院10/18/202329阜陽師范學院計算機與信息學院分時系統是指在一臺主機上連接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，同時允許多個用戶通過自己的終端，以交互方式使用計算機，共享主機中的資源。分時系統1.分時系統的產生10/18/202330阜陽師范學院計算機與信息學院分時系統的設計思想（1）采用分時技術（2）設計目標：系統能及時響應用戶的終端命令（3）實現中的最關鍵問題：使用戶能與自己的作業進行交互。（及時接收、及時處理）3.改變批處理系統的運行方式：作業直接進入內存系統采用時間片輪轉方式處理服務請求分時系統10/18/202331阜陽師范學院計算機與信息學院4.分時系統的特征：多路性：一臺主機上連有多個終端，能同時為多個用戶服務。獨立性：各用戶獨立操作，互不干擾。及時性：通過時間片技術和輪轉調度算法保證及時響應。交互性：能進行廣泛的人機交互。分時系統10/18/202332阜陽師范學院計算機與信息學院實時系統實時系統及其類型（1）實時系統指系統能及時(或即時)響應外部事件的請求，在規定的時間內完成對該事件的處理，并控制所有實時任務協調一致地運行（2）分類實時控制系統實時信息處理系統10/18/202333阜陽師范學院計算機與信息學院2.實時任務的類型按任務執行時是否呈現周期性來劃分周期性實時任務非周期性實時任務——截止時間（Deadline）根據對截止時間的要求來劃分硬實時任務軟實時任務實時系統10/18/202334阜陽師范學院計算機與信息學院練習題2（）不是設計實時操作系統的主要追求目標。

A.安全可靠B.資源利用率

C.及時響應D.快速處理B10/18/202335阜陽師范學院計算機與信息學院多路性獨立性及時性交互性可靠性批處理系統無無差差一般分時系統多終端服務有好最好可靠實時系統多路采集、多路控制有最好一般高度可靠3.三種基本操作系統的比較：實時系統10/18/202336阜陽師范學院計算機與信息學院1.1操作系統的目標和作用1.2操作系統的發展過程1.3操作系統的基本特征1.4操作系統的主要功能1.5操作系統結構設計第一章操作系統引論10/18/202337阜陽師范學院計算機與信息學院操作系統的特征四個基本特征：并發、共享、虛擬、異步1．并發并發性：兩個或多個事件在同一時間間隔內發生(最重要的特征)并行性：兩個或多個事件在同一時刻發生程序不能并發執行，為使多個程序并發執行，引入