3；操作余統(tǒng)教程（第3版）

第一章操作系統(tǒng)概論

面向21世紀(jì)課程教材

高等教育出版社出版

2003年8月

S傕系鰥殿程《第三版》劉烹

第一章操作系統(tǒng)概論

1.1操作系統(tǒng)概觀

1.2操作系統(tǒng)的形成和發(fā)裝

1.3操作系統(tǒng)提供的服務(wù)和用戶接口

L4操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.5流行操作系統(tǒng)簡介

s

L1操作L統(tǒng)版觀

1.1.1操作系統(tǒng)的定義和目標(biāo)

1.1.2操作系統(tǒng)的作用和功能

1.1.3操作系統(tǒng)的主要特性

嫌傕系毓

-1.1.1操作系統(tǒng)的定義和目標(biāo)

?操作系統(tǒng)是管理系統(tǒng)資源、控制

程序執(zhí)行，改善人機界面，提供

各種服務(wù)，合理組織計算機工作

流程和為用戶有效使用計算機提

供M好運行環(huán)境的一種系統(tǒng)軟件。

?它可被看作是用戶和計算機硬件

之間的一種接口，是現(xiàn)代計算機

豕統(tǒng)不可分割的重要組成部分。

S

討算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)⑴

S

-計算機索統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)(2)

?硬件層

,操作系統(tǒng)層

?系統(tǒng)程序?qū)?/p>

?應(yīng)用層

-操作繚統(tǒng)的主要3標(biāo)

?方便用戶使用

?獷大機器功能

?管理系統(tǒng)盤源

?提高系統(tǒng)效率

?構(gòu)筑開放環(huán)境

S

W1.L2操作泰統(tǒng)的作用與功能

操作系統(tǒng)的作用

os作為用戶與計算機硬件之間的接口

OS作為虛擬計算機

OS作為計算機系統(tǒng)的資源管理者

二⑴OS作為用戶與計算機硬件

之間的接口(1)

操作/統(tǒng)能：

?改造硬件設(shè)施，使之更易使用;

?提供系統(tǒng)調(diào)用，擴展機器功能;

?組織工作流程，提供運行環(huán)境。

這些功能難于由硬件直接實現(xiàn)。

S傕系鰥殿程《第三版》劉三H季:療舞費:雪岸勺匯方迄

二OS作為用戶與計算機硬件

之間的接口(2)

?操作系統(tǒng)改造和獷充過的討算

機不但功能更強，使用也更為

方便，用戶可直接調(diào)用系統(tǒng)提

供的各種功能，而無需了解軟

硬件本身的細(xì)節(jié)，對于用戶來

講操作系統(tǒng)便成為他與討算機

硬件之間的一個接口O

S傕系鰥殿程《第三版》劉口H季:療熨費招學(xué)勺立〃還

(2)OS為用戶提供虛擬討算機⑴

如何把硬件復(fù)雜性與用戶隔離開來?

?基本方法是在計算機裸機上加上一

層層軟件來組成整個計算機系統(tǒng)。

?每當(dāng)在計算機上復(fù)蓋一層軟件，提

供了一種抽象，條統(tǒng)的功能便增加一

點,使用就更加方便一皮，用戶可

用的運行環(huán)境就更加好一點。

S傕系鰥殿程《第三版》劉口H季:療熨費巧學(xué)勺匯〃還

-OS為用戶提供虛擬計算機(2)

操作條統(tǒng)是緊靠硬件的第一層軟件，

計算機上覆蓋操作系統(tǒng)后，可廣展

基本功能，為用戶提供一臺功能顯

著增強，使用更加方便，安全可靠

性好,效率明顯提高的機器，稱為

虛擬計算機,或操作系統(tǒng)虛機器

(VirtualMachineJ。

s劉口H季:療熨費用苧勺立〃還

-（3）操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的

資源管理者⑴

操作系統(tǒng)中，能分配給用戶使用

的硬件和軟件設(shè)施總稱為褥源，

包括兩類：硬件資源和信息濟源。

?硬件咨源又分:處理器、存儲器、

1/0設(shè)備等；

?信息濟源又分:程序和數(shù)據(jù)等。

s

一操作條統(tǒng)作為計算機條統(tǒng)的

資源管理者(2)

也可把操作系統(tǒng)定義為：是能

使核用戶有效、方便地共享一

套計算機系統(tǒng)冷源的一種系統(tǒng)

軟件。

二操作豕統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的

濟源管理者(3)

操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一⑴

對冷源選行抽象研究，找出各種

濟源共性和個性，有序地管理計

算機中的硬件、軟件咨源，跟蹤

濟源使用情況，監(jiān)視冷源的狀杰，

滿足用戶對資源的需求，協(xié)調(diào)各

程序?qū)吹氖褂脹_突；

s傕系鰥殿程《第三版》間國大三羽!期毫名萬:密

操作統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的

資源管理者(4)

操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一(2)

研究使用資源的統(tǒng)一方法，讓用

戶簡單、有效的使用濟源，最大

限度地實現(xiàn)各類資源的共享，提

高資源利用率，從而,

機系統(tǒng)的效率有很大提高。***^

S劉口H季:療熨費巧學(xué)勺匯〃還

操作系統(tǒng)的功能

?處理機管理

?存儲管理

?設(shè)備管理

?文件管理

?網(wǎng)絡(luò)與通信管理

?用戶接口

S

處理機管理

處理器管理具體包括:

?進程控制和管理

?選程同步和互斥

?選程通信和死鎖

?線程控制和管理

?處理器調(diào)度，分作業(yè)調(diào)度，中

程調(diào)度，低級調(diào)度等

存儲管理

存儲管理具有四大功能:

?存儲分配

?存儲共享

,地址轉(zhuǎn)換與存儲保護

?存儲療充

設(shè)備管理

設(shè)備管理具有以下功能:

?設(shè)備分配

?緩沖管理

?設(shè)備驅(qū)動

設(shè)備獨立性

實現(xiàn)虛擬設(shè)備

傕系鰥殿程《第三版》

文件管理

文件管理要完成以下任務(wù)：

提供文件遂料組織方法

提供文件物理組織方法

提供文件的存取方法

提供文件的使用方法

實現(xiàn)文件的目錄管理

實現(xiàn)文件的存取控制

實現(xiàn)文件的存儲空間管理

s傕系鰥殿程《第三版》

網(wǎng)絡(luò)與通信管理

聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：

?網(wǎng)上資源管理功能

?數(shù)據(jù)通信管理功能

?網(wǎng)絡(luò)管理功能，包括：故障管理、

安全管理、性能管理、記帳管理

和配置管理。

作系毓

-LL3操作系統(tǒng)的主要特性

第一個特性一并發(fā)性

第二個特性-共享性

第三個特性-異步性

第四個特性-虛擬性

操作系統(tǒng)中的并發(fā)性⑴

?并發(fā)性（ConcurrenceJ指兩

個或兩個以上的事件或活動在

同~時間間隔內(nèi)發(fā)生

,發(fā)揮并發(fā)性能夠消除系統(tǒng)中部

件和部件之間的相互等待，有

效地改善系統(tǒng)密源的利用率，

改戰(zhàn)系統(tǒng)的吞吐率，提高系統(tǒng)

效率

S傕系鰥殿程《第三版》

操作系統(tǒng)中的并發(fā)性(2)

并發(fā)性使系統(tǒng)變得復(fù)雜化

?如何從一個活動切換到另一個活動？

?怠樣將各個活動隔離開來，使之互不干

擾，免遭對方破壞？怎樣讓多個活動協(xié)

作完成任務(wù)？

?怎樣協(xié)調(diào)多個活動對濟源的競爭？

?如何保證每個活動的濟源不被其它進程

侵犯？

?多個活動共享文件數(shù)據(jù)時，如何保證教

據(jù)的?致性？

S傕系鰥殿程《第三版》劉口H季:療熨費招苧勺匯〃還

操作系統(tǒng)中的并發(fā)性(3)

?采用并發(fā)技術(shù)的豕統(tǒng)稱為多任務(wù)豕

統(tǒng)(Multitasking),

?并發(fā)的實質(zhì)是一個物理CPU(也可以

多個物理CPU)在若干道程序之間多

路復(fù)用，并發(fā)性是對有限物理濟源

強制行使多用戶共享以提高效率。

?結(jié)論：實現(xiàn)并發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵之一是

如何對系統(tǒng)內(nèi)的多個活動(進程)選

行切換的技術(shù)

S傕系鰥殿程《第三版》劉三大季:療舞費巧爭勺匯7

操作系統(tǒng)中的并發(fā)性(4)

?并行性指(Parallelism)指兩個

或兩個以上的事件或活動在同一

時刻發(fā)生

?并行的事件或活動?定是并發(fā)

的，但反之并發(fā)的事件或活動未

必是并行的。

?并行性是并發(fā)性的特例，而并

發(fā)性是并行性的廣展。

S2U季與曰七二

-操作系統(tǒng)中的共享性

共享指操作系統(tǒng)中的資源可被多個

并發(fā)軌行的進程所使用，分成兩種

密源共享方式：

?互斥訪問:

,同時訪問：

?與共享性有關(guān)的問題:濟源分配、

信息保護、存取控制等，必須要

妥善解決好這些問題。

S傕系鰥殿程《第三版》也用孕勺匯〃運

.操作系統(tǒng)中的異步性⑴

操作系統(tǒng)中的異步性處處可見：

⑴進程何時執(zhí)行？何時暫停？怠樣的速度向

前推進？都是異步(隨機)的。

(2)作業(yè)到達余統(tǒng)的類型和時間是隨機的；

(3)操作員發(fā)出命令或按按鈕的時刻是隨機的；

(4)程序運行發(fā)生錯誤或異常的時刻是隨機的;

(5)各種各樣硬件和軟件中斷事件發(fā)生的時刻

是隨機的

S的京H學(xué)號騫窈藥學(xué)勺匯〃還

操作系統(tǒng)中的異步性(2)

?異步性給系統(tǒng)帶來潛在危險，有

可能導(dǎo)玫與時間有關(guān)的錯誤。

?操作系統(tǒng)的'一個重要任務(wù)是必

須確保捕乳任何一種隨機事件,

正確處理可能發(fā)生的陵機事件,

正確處理任何一種產(chǎn)生的事件

序列，否則將會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

S費:駕爭勺匯〃還

操作系統(tǒng)中的虛擬性

?虛擬性是指操作宗統(tǒng)中的一種

管理技術(shù)，它是把物理上的一

個實體變成遮薜上的多個對應(yīng)

物，或把物理上的多個實體變

成近薜上的一個對應(yīng)物的技術(shù),

顯然，前者是實際存在的而后

者是虛構(gòu)假想的。

S劉烹大季號算費的號m匯

虛擬性的例子

?通過多道程序和分時使用CPU技術(shù)，物理上

的一個CPU變成逐屬上的多個CPU。

?通過Spooling技術(shù)可把物理上的一臺獨占設(shè)

備變成之科上的多臺虛擬設(shè)備，

■通過窗口技術(shù)可把物理上的?個屏氟變成近

屬上的多個虛擬務(wù)幕,

?IBM的VM技術(shù)把物理上的一臺計算機變成

近屬上的多臺計算機。

?虛擬存儲器則是把物理上的多個存儲器（主

存和輔存）變成量屬上的?個（虛存）的例子。

傕系鰥殿程《第三版》

-1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展和形成

1.2.1人工操作階段

1.2.2管理程序階段

1.2.3多道程序設(shè)計與操作系統(tǒng)

的形成

1.2.4操作系統(tǒng)的分類

1.2.1人工操作階段

算題過程

?人工把源程序用穿扎機穿制在卡片或紙帶上

?將準(zhǔn)備好的匯編解絳程序或編年東統(tǒng)裝人計算機

?匯編程序或編譯京統(tǒng)讀入人工裝在輸入機上的穿

孔卡或穿孔帶

?執(zhí)行匯編過程或編譯過程，產(chǎn)生百標(biāo)程序，并輸

出目標(biāo)卡片迭或紙不

?通過引導(dǎo)程序把裝在輸入機上的目標(biāo)程序族人計

算機

?啟動目標(biāo)程序執(zhí)行，從輸入機上讀入人工裝好的

數(shù)據(jù)卡或數(shù)據(jù)帶

?產(chǎn)生計算結(jié)果，執(zhí)行結(jié)果從打印機上或卡片機上

輸出

S傕系鰥殿程《第三版》

人工操作階段的缺點

?用戶上機獨占全機褥源，造成褥源

利用率不高，系統(tǒng)效率低下

?手工操作多，浪費處理機時間，也

極易發(fā)生差錯

?數(shù)據(jù)的輸入，程序的執(zhí)行、結(jié)果的

輸出均聯(lián)機進行，從上機到下機的

時間拉得非常長

S劉口H季:療熨費巧學(xué)勺匯〃還

L2.2管理程序階段⑴

工作流程如T:

操作員集中一枇用戶提支的作業(yè)，

由管理程序?qū)⒆鳂I(yè)從紙帶或卡片機

輸入到磁吊上,號當(dāng)~枇作業(yè)輸入

完成后，管理程序自動把磁帶上的

第~個作業(yè)裝入而存,并把控制權(quán)

交給作業(yè)。當(dāng)該作業(yè)執(zhí)行完成后,

作業(yè)又把控制權(quán)繳回管理程序,管

理程序再調(diào)入磁帶上的第二個作業(yè)

到內(nèi)存執(zhí)行

s

管理程序階段(2)

用

戶

程

序

區(qū)

管理程序階段(3)

管理程序Monitor的主要功能:

?4動控制和處理作業(yè)流

?提供~套操作命令

?提供設(shè)備驅(qū)動和I/O控制功能

?提供庫程序和程序裝配功能

?提供簡單的文件管理功能

S劉口H季:療熨費用苧勺立〃還

結(jié)束

執(zhí)行作業(yè)

步

作業(yè)步F

■A

正常結(jié)束

分析原因，

相應(yīng)

F

作業(yè)繼續(xù)執(zhí)行

轉(zhuǎn)向禁作業(yè)步

旬.紀(jì)父號?斤考J

二123多道程序設(shè)計與操作系統(tǒng)形成（1）

"1.多道程序設(shè)計的概念

?多道程序設(shè)計是指允許多個程序同時進

入一個計算機系統(tǒng)的主備儲器并啟動進

行計算的方法

?從宏觀上看：

?從微觀上看：

?引入多道程序設(shè)計技術(shù)的目的：

?例：計算某個數(shù)據(jù)處理問題，輸入500個字符

（化78ms）,經(jīng)CPU處理52ms后，將結(jié)果2。0。

個字符存到戚帶上（化20ms）,重復(fù)選行，直

至輸入數(shù)據(jù)全部處理完畢

"二

S傕系鰥殿程《第三版》劉三H季:療舞費:雪岸勺匯方迄

多道程序設(shè)計例（1）

單道算題運行時處理器的使用效率

78130150228280300378430450

時間

輸入機

處理器

磁帶機

S

多道程序設(shè)計例⑵

?為提高效率，讓計算機同時接受兩道算

題，當(dāng)?shù)谝坏莱绦蛟诘却鈬O(shè)備的時

候，讓第二道程序運行，降低CPU會等

時間，處理器利用率顯然可以有所提高

?例如,計算機還接受了另~算題：從另

~臺磁帶機上輸入2000個字符,經(jīng)42

毫秒的處理后,從行式打印機上輸出兩

行（約化88ms）

S傕系鰥殿程《第三版》

多道程序設(shè)計例(3)

兩道算題運行時處理器的使用效率

78130150228280300378430450

時間

輸入機

P1P2P1P2

處理器

磁帶機1

磁帶機2———

打印機

S

多道程序設(shè)計的效果⑴

52/（78十52十20）七35%

(52+42)/150仁63%

傕系籟

多道程序設(shè)計的效果(2)

?采用多道程序設(shè)計提高了效率，即

增長了單位時間的算題量，但對每

道程序來說，卻延長了計算時間。

?多道程序設(shè)計技術(shù)提高濟源利用率

和系統(tǒng)吞吐率是以犒牲用戶的響應(yīng)

時間為代價的。

多道程序設(shè)計與操作系統(tǒng)形成

2多道程序設(shè)計的道教問題

?多道程序設(shè)計的道教多少不是任意的

?例如，兩道程序都要用打印機，若系

統(tǒng)只有~臺，就算它們同時接受此人

計算機內(nèi)存運行,未必能提高效率。

?內(nèi)存儲器的袞量和用戶的響應(yīng)時間等

因素也影響多道程序道教的多寡。

S傕系鰥殿程《第三版》劉三H季:療舞費:雪岸勺匯方迄

二多道程序設(shè)計與操作系統(tǒng)形成

多道程序設(shè)計的道教問題（續(xù)）

?假如一道程序等待I/O操作的時間占

其運行時間的比例為p,當(dāng)內(nèi)存中有n

道程序時，所有程序都等待I/O的概

率是p\那么,

CPU利用率=l-pn

n稱多道程序的道教或度教，可見

CPU的利用*是n的函數(shù)

S傕系鰥殿程《第三版》

■多道程序設(shè)計的優(yōu)點與缺點

?提高了CPU的利用率

?提高了內(nèi)存和I/O設(shè)備的利用率

?改進了系統(tǒng)的吞吐率

?充分發(fā)揮了系統(tǒng)的并行性

?其主要缺點是：作業(yè)周轉(zhuǎn)時間延長

多道程序設(shè)計與操作系統(tǒng)形成

3多道程序設(shè)計系統(tǒng)與多重處理系統(tǒng)

多重處理余統(tǒng)是指配置了多個物理

CPU,能工正同時執(zhí)行多道程序的

京統(tǒng)。要有效地使用多重處理余統(tǒng)，

必須采用多道程序設(shè)討技術(shù)；反過

來，多道程序設(shè)計不一定要求有多

重處理余統(tǒng)支持。

S傕系鰥殿程《第三版》劉口H季:療熨費用苧勺立〃還

多道程序設(shè)計與操作條統(tǒng)形成

實現(xiàn)多道程序設(shè)討必須妥善地

解決三個問題：

?存儲保護與程序浮動；

?處理器的管理和調(diào)度；

?系統(tǒng)資源的管理和調(diào)度。

傕系鰥殿程《第三版》

多道程序設(shè)計與操作條統(tǒng)形成

操作系統(tǒng)咨源管理水平和操作自動化程度

進一步提高,表現(xiàn)在：

1.實現(xiàn)了計算機操作過程自動化。

2.濟源管理水平有了提高。

3.提供虛存管理功能。

4.支持分時操作。

5.文件管理功能有改進。

6.多道程序設(shè)計趨于完善。

可

1.2.4操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類

三種基本的操作余統(tǒng)類型：

1批處理操作系統(tǒng)

2分時操作系統(tǒng)

3實時操作系統(tǒng)

-批處理操作系統(tǒng)

?用戶把要計算的應(yīng)用問題編成程序，連同

數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書一起交給操作員,操作

員集中一枇作業(yè)，輸入到計算機中。然后,

由操作系統(tǒng)來調(diào)度和控制作業(yè)的執(zhí)行。這

種批量化處理作業(yè)方式的操作條統(tǒng)稱為她

定理操作條統(tǒng)（BatchOS）

?枇處理余統(tǒng)的主要特征：

-用戶脫機工作

-成枇處理作業(yè)

-多道程序運行

-作業(yè)周轉(zhuǎn)時間長

S傕系鰥殿程《第三版》的季:療舞費用孕勺立

分時操作系統(tǒng)

?允許多個聯(lián)機用戶同時使用一臺計算機

系統(tǒng)進行計算的操作條統(tǒng)稱分時操作條

統(tǒng)(TimeSharingOperatingSystemJ

?分時系統(tǒng)的特征

-同時性

一獨立性

-及時性

-交互性

分時與批處理操作余統(tǒng)的區(qū)別

I標(biāo)不同

?迨應(yīng)作業(yè)的性質(zhì)不同

?資源使用率不同

?作業(yè)控制方式不同

實時操作系統(tǒng)（1）

三種典型的實時系統(tǒng)：

?過程控制系統(tǒng)（生產(chǎn)過程控制）

?信息查詢系統(tǒng)（情報檢奈）

,事務(wù)處理系統(tǒng)（銀行業(yè)務(wù)）

實時操作系統(tǒng)(2)

?實時操作系統(tǒng)(RealTimeOS)指當(dāng)夕卜界

事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能接收并以足夠快

的速度予以處理，處理的結(jié)果又能五規(guī)

定時間由來控制監(jiān)控的生產(chǎn)過程或?qū)μ?/p>

理系統(tǒng)作出快速響應(yīng),并控制所有實時

任務(wù)協(xié)調(diào)?致運行的操作條統(tǒng)

?實時控制操作余統(tǒng)的處理流程:

?數(shù)據(jù)采集

?加工處理:

?操作控制:

?反債處理:

S傕系鰥殿程《第三版》

-操作系統(tǒng)的進一步發(fā)段

操作余統(tǒng)發(fā)展的主要動力：

1.案件快速更新?lián)Q代。

2.計算體系結(jié)構(gòu)不斷發(fā)來。

3.提高計算機條統(tǒng)資源利用率的需要。

4.讓用戶使用計算機越來越方便的需要。

5.滿足用戶新要求，提供給用戶新服務(wù)。

S傕系鰥殿程《第三版》劉國大季:療舞費:雪岸勺匯方迄

微機操作系統(tǒng)

?新一代微機操作系統(tǒng)具有以下功能：

GUL多用戶和多任務(wù)、虛擬存儲管

理、網(wǎng)絡(luò)通信支持、數(shù)據(jù)庫支持、多

媒體支持、應(yīng)用編程支持API

?具有以下特點

CU開放性

(2)通用性

(3)高性能

(4J及用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)

S傕系鰥殿程《第三版》的季:療舞費為孕勺之

并行操作祭統(tǒng)

?計算機的應(yīng)用每前進一步都要求增加

計算機的處理能力。為達到極高性能,

除提高元器件速度外，必須改進計算

機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),這主要系用增加同~正

間間隔內(nèi)的操作數(shù)量，通過并行處理

(Parallelprocessing)技術(shù),研究并

行計算機

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

?為了使網(wǎng)絡(luò)中的計算機能方便地傳送

信息和共享網(wǎng)絡(luò)咨源而加到網(wǎng)絡(luò)中的

計算機上的操作宗統(tǒng)稱網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

（NetworkOperatingSystemJ

?網(wǎng)絡(luò)操作條統(tǒng)應(yīng)該具有的功能：

1J網(wǎng)絡(luò)通信

2）濟源管理

3）網(wǎng)絡(luò)管理

4J網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

S傕系鰥殿程《第三版》

分布式操作系統(tǒng)

分布式計算機索統(tǒng)由多臺分散的計算機經(jīng)

互連網(wǎng)絡(luò)連接而成，具備四項基本功能

1.選程通信

2.裕源共享

3.并行計算

4.網(wǎng)絡(luò)管理

?分布式操作宗統(tǒng)與單機集中式操作宗統(tǒng)的

主要區(qū)別在于:

1.濟源管理

2.進程通信：

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

S傕系鰥殿程《第三版》的季:療舞費為孕勺之

嵌1人為操作系統(tǒng)⑴

?3C：計算機是貫穿社會信息化的核心技

術(shù)，網(wǎng)絡(luò)和通信是社會信息化賴以存在

的基礎(chǔ)設(shè)施，包子消費產(chǎn)品是人與社會

信息化的主要接口O

?送入式(計算機)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境帶來了

對送人式系統(tǒng)軟件(embeddedsoftware)

送入為操作系統(tǒng)（2）

?提人式OS指運行在炭人式（計算機）環(huán)境中，

對整個系統(tǒng)及所有操作的各種部拜、裝置

等濟源進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、處理、指揮和控制

的系統(tǒng)軟件

?送人式OS具有通常操作余統(tǒng)的功能，包

括：與硬件相關(guān)的底層軟件、操作條統(tǒng)核

心功能（文件條統(tǒng)、存儲管理、設(shè)備管理、

進程管理、處理器管理和中斷處理）、功

能強大的還提供圖形界面、通信協(xié)議、小

型瀏覽器等設(shè)施

S

送入式操作系統(tǒng)特征

?微型化：

?可定制：

?實時性:

?可靠性：

,易移植性:

?開發(fā)環(huán)境：

送入式操作系統(tǒng)實例

?WindowsCE是微軟開發(fā)的，用于通信、娛樂和

移動式計算設(shè)備的操作宗統(tǒng)（平臺），它是微軟

“維納斯”計劃的核心。CE是具有開放性的，

32伍多任務(wù)、多線程嵌L八式操作系統(tǒng)

?PersonalJava是SUN公司開發(fā)的用于彖庭、辦公

室和移動信息也器創(chuàng)建連網(wǎng)應(yīng)用的Java應(yīng)用環(huán)境,

適宜更新?lián)Q代快的信息也器的應(yīng)用開發(fā)

?SUN公司又開發(fā)出專門用于信息也器應(yīng)用開發(fā)的

實時操作系統(tǒng)JavaOSforConsumers和適用于存

儲空間有限的專用實時操作宗統(tǒng)EmbeddedJava

S傕系鰥殿程《第三版》

；1.2操作系統(tǒng)的發(fā)梭和形成

1.2.1人工操作階段

1.2.2管理程序階段

1.2.3多道程序設(shè)計與操作系統(tǒng)

的形成

1.2.4操作系統(tǒng)的分類

1.2.1人工操作階段

算題過程

?人工把源程序用穿扎機穿制在卡片或紙帶上

?將準(zhǔn)備好的匯編斛絳程序或編譯系統(tǒng)裝人計算機

?匯編程序或編譯系統(tǒng)族人人工裝在輸入機上的穿

扎卡或穿扎帶

?執(zhí)行匯編過程或編譯過程，產(chǎn)生目標(biāo)程序，并輸

出目標(biāo)卡片迭或新布

?通過引導(dǎo)程序把裝在輸入機上的目標(biāo)程序讀人計

算機

?啟動目標(biāo)程序執(zhí)行，從輸入機上讀入人工裝好的

數(shù)據(jù)卡或數(shù)據(jù)帶

?產(chǎn)生計算結(jié)果，執(zhí)行結(jié)果從打印機上或卡片機上

輸出

作系鰥殿震（嘉三版）聞京—一:獺與53學(xué)—運

人工操作階段的缺點

?用戶上機獨占全機資源，造成褥源

利用率不高，系統(tǒng)效率低下

?手工操作多，浪費處理機時間，也

極易發(fā)生差錯

?數(shù)據(jù)的輸入，程序的執(zhí)行、結(jié)果的

輸出均聯(lián)機進行,隊上機到下機的

時間拉得非常長

作系鰥殿震（嘉三版）

1.2.2管理程序階段⑴

工作流程如下：

操作員集中一枇用戶提交的作業(yè)，

由管理程序?qū)⒆鳂I(yè)從紙帶或卡片機

輸入到磁吊上，爭當(dāng)一枇作業(yè)輸入

完成后，管理程序4動把磁帶上的

第一個作業(yè)裝入內(nèi)存，并把控制權(quán)

交給作業(yè)。當(dāng)該作業(yè)執(zhí)行完成后,

作業(yè)又把控制權(quán)繳回管理程序,管

理程序再調(diào)入磁帶上的第二個作業(yè)

到內(nèi)存執(zhí)行

劉三大學(xué)計算也出舉與a水運

管理程序階段(2)

用

戶

程

序

區(qū)

作

票S

0(

管理程序階段(3)

管理程序Monitor的主要功能：

?自動控制和處理作業(yè)流

?提供一套操作命令

?提供設(shè)備驅(qū)動和I/O控制功能

?提供庫程序和程序裝配功能

?提供簡單的文件管理功能

作系鰥殿震(嘉三版)

）結(jié)束

揍Job卡作記

程序新作業(yè)

階段取下一個作

業(yè)步控制卡

⑷

程序

回收資源

算題撤離作業(yè)

過程

二123多道程序設(shè)計與操作余統(tǒng)形成⑴

1.多道程序設(shè)計的概念

?多道程序設(shè)計是指允許多個程序同時進

入一個計算機余統(tǒng)的主備儲器參啟動進

行計算的方法

?從宏觀上看：

?從微觀上看：

?引入多道程序設(shè)計技術(shù)的目的：

?例：計算某個數(shù)據(jù)處理問題，輸入500個字符

（化78ms）,經(jīng)CPU處理52ms后，將結(jié)果2000

個字符存到胸帶上（化20ms）,重復(fù)進行，直

至輸入數(shù)據(jù)全部處理弟畢

多道程序設(shè)計例（1）

單道算題運行時處理器的至用效率

78130150228280300378430450

時間

輸入機

處理器

磁帶機

多道程序設(shè)計例⑵

?為提高效率，讓計算機同時接受兩道算

題，當(dāng)?shù)谝坏莱绦蛟诘却鈬O(shè)備的時

候，讓第二道程序運行，降低CPU會等

時間，處理器利用率顯然可以有所提高

?例如,計算機還接受了另一算題：從另

~臺磁帶機上輸入2000個字符,經(jīng)42

毫秒的處理后,從行式打印機上輸出兩

行（約化88ms）

作系鰥殿震（嘉三版）

多道程序設(shè)計例⑶

兩道算題運行時處理器的使用效率

78130150228280300378430450

時間

輸入機

P1P2

處理器

磁帶機1

磁帶機2

打印機

多道程序設(shè)計的效果⑴

IWW52/—(78十52十20).~■35%

(52+42)/150弋63%

；多道程序設(shè)計的效果(2)

?采用多道程序設(shè)計提高了效率，即

增長了單住時間的算題量，但對每

道程序來說，卻延長了計算時間。

?多道程序設(shè)計技術(shù)提高濟源利用率

和余統(tǒng)春吐率是以括牲用戶的響應(yīng)

時間為代價的。

二多道程序設(shè)計與操作余貌形成

2多道程序設(shè)計的道教問題

?多道程序設(shè)計的道教多少不是任意的

?例如，兩道程序都要用打印機，若東

統(tǒng)只有一臺，就算它們同時接受進入

計算機內(nèi)存運行，未必能提高效率。

?內(nèi)存儲器的袞量和用戶的響應(yīng)時間等

因素也影響多道程序道教的多寡。

劉三父學(xué)計算為碧絲

多道程序設(shè)計與掾作宗統(tǒng)形成

多道程序設(shè)計的道教問題（續(xù)）

?假如一道程序等待I/O操作的時間占

其運行時間的比例為p,當(dāng)內(nèi)存中有n

道程序時，所有程序都等待I/O的概

率是pH那么,

CPU利用率=l-pn

n稱多道程序的道教或度教，可見

CPU的利用*是n的函數(shù)

劉三大學(xué)計班時經(jīng)與會水運

號多道程序設(shè)計的優(yōu)點與缺點

?提嵩了CPU的利用率

?提嵩了內(nèi)存和1/。設(shè)備的利用率

?改進了東統(tǒng)的吞吐率

?充分發(fā)揮了系統(tǒng)的并行性

?其主要缺點是：作業(yè)周轉(zhuǎn)時間延長

二多道程序設(shè)計與操作系統(tǒng)形成

3多道程序設(shè)計系統(tǒng)與多重處理余統(tǒng)

多重處理余統(tǒng)是招配置了多個物理

CPU,能區(qū)正同時軌行多道程序的

京統(tǒng)。要有效地使用多重處理宗統(tǒng)，

必須采用多道程序設(shè)計技術(shù)；反過

來，多道程序設(shè)計不一定要求有多

點多道程序設(shè)計與操作系統(tǒng)形成

實現(xiàn)多道程序設(shè)計必須妥善地

解決三個問題：

?存儲保護與程序浮動；

?處理器的管理和調(diào)度；

?系統(tǒng)資源的管理和調(diào)度。

二多道程序設(shè)計與操作系統(tǒng)形成

操作系統(tǒng)濟源管理水平和操作自動化程度

進一步提高，表現(xiàn)在：

1.實現(xiàn)了計算機操作過程自動化。

2.濟源管理水平有了提高。

3.提供虛存管理功能。

4.支持分時操作。

5.文件管理功能有改進。

6.多道程序設(shè)計趨于完善。

劉三大學(xué)計算也也經(jīng)與a水運

01.2.4#作系統(tǒng)的發(fā)梭與分類

三種基本的掾作柒統(tǒng)類型：

1批處理操作系統(tǒng)

2分時操作系統(tǒng)

3實時操作系統(tǒng)

批處理操作系統(tǒng)

?用戶把要計算的應(yīng)用問題編成程序，連同

數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書一起交給操作員,操作

員集中?她作業(yè)，輸入到計算機中。然后,

由操作余統(tǒng)來調(diào)度和控制作業(yè)的執(zhí)行。這

種枇量化處理作業(yè)方式的操作系統(tǒng)稱為枇

定理操作系統(tǒng)（BatchOS）

?枇處理余統(tǒng)的主要特征:

-用戶脫機工作

-成枇處理作業(yè)

-多道程序運行

-作業(yè)周轉(zhuǎn)時間長

劉三大學(xué)計算也出舉與a水運

-分時操作系統(tǒng)

?允許多個聯(lián)機用戶同時使用一臺計算機

余統(tǒng)進行計算的操作條統(tǒng)稱分時操作條

統(tǒng)(TimeSharingOperatingSystemJ

?分時宗統(tǒng)的特征

-同時性

-獨立性

-及時性

-交互性

分時與批處理操作余統(tǒng)的區(qū)別

?目標(biāo)不同

?迨應(yīng)作業(yè)的性質(zhì)不同

?資源使用率不同

?作業(yè)控制方式不同

實時操作系統(tǒng)（1）

三種典型的實時余統(tǒng)：

?過程控制系統(tǒng)（生產(chǎn)過程控制）

?信息查詢系統(tǒng)（情報檢奈）

,事務(wù)處理系統(tǒng)（銀行業(yè)務(wù)）

實時操作系統(tǒng)(2)

?實時操作條統(tǒng)(RealTimeOS)指當(dāng)夕卜界

事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能接收并以足夠快

的速度予以處理，處理的結(jié)果又能在現(xiàn)

定時間向來控制監(jiān)控的生產(chǎn)過程或?qū)μ?/p>

理系統(tǒng)作出快速響應(yīng),并控制所有實時

任務(wù)協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)

?實時控制操作余統(tǒng)的處理流程：

?數(shù)據(jù)及集

?加工處理:

?操作控制:

?反債處理:

劉三大學(xué)計算也出舉與a水運

操作系統(tǒng)的進~步發(fā)展

操作余統(tǒng)發(fā)展的主要動力：

L器件快速更新?lián)Q代。

2.計算體豕結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展。

3.提高計算機系統(tǒng)資源利用率的需要。

4.讓用戶使用計算機越來越方便的需要。

5.滿足用戶新要求，提供給用戶新服務(wù)。

微機操作系統(tǒng)

?新一代微機操作系統(tǒng)具有以下功能：

GUI＞多用戶和多任務(wù)、虛擬存儲管

理、網(wǎng)絡(luò)通信支持、數(shù)據(jù)庫支持、多

媒體支持、應(yīng)用編程支持API

?具有以下特點

C1J開放性

(2)通用性

(3)-性能

(4J及用微內(nèi)核結(jié)構(gòu)

劉三大學(xué)計算也出舉與a水運

匯；并行操作系統(tǒng)

?計算機的應(yīng)用每前進一步都要求增加

計算機的處理能力。為達到極高性能,

除提高元器件速度外，必須改進計算

機條統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這主要采用增加同一出

間間隔內(nèi)的操作數(shù)量，通過并行處理

(Parallelprocessing)技術(shù),研究并

行計算機

問三大學(xué)計算也也經(jīng)與京方運

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

?為了使網(wǎng)絡(luò)中的討算機能方便地傳送

信息和共享網(wǎng)絡(luò)濟源而加到網(wǎng)絡(luò)中的

計算機上的操作條統(tǒng)稱網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

(NetworkOperatingSystemJ

?網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能：

u網(wǎng)絡(luò)通信

2)咨源管理

3)網(wǎng)絡(luò)管理

4J網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

劉三大學(xué)計算也出舉與a水運

分布式操作系統(tǒng)

分布式計算機系統(tǒng)由多臺分散的計算機經(jīng)

互連網(wǎng)絡(luò)連接而成，具備四項基本功能

1.進程通信

2.資源共享

3.并行計算

4.網(wǎng)絡(luò)管理

分布式操作宗統(tǒng)與單機集中式操作宗統(tǒng)的

主要區(qū)別在于:

1.濟源管理

2.進程通信：

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu):

i-i提人式操作系統(tǒng)⑴

?3C：計算機是貫穿社會信息化的核心技

術(shù)，網(wǎng)絡(luò)和通信是社會信息化賴以存在

的基礎(chǔ)設(shè)施，電子消費產(chǎn)品是人與社會

信息化的主要接口O

?送人式（計算機）系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境帶來了

對送人式系統(tǒng)軟件（embeddedsoftware）

的要求

作系鰥殿震（嘉三版）

；送八式操作系統(tǒng)（2）

?送入式OS指運行在提人式（計算機）環(huán)境中,

對整個系統(tǒng)及所有操作的各種部件、裝置

等濟源進行統(tǒng)?協(xié)調(diào)、處理、指揮和控制

的余統(tǒng)軟件

?嵌1人式OS具有通常操作系統(tǒng)的功能，包

括：與硬件相關(guān)的底層軟件、操作系統(tǒng)核

心功能（文件條統(tǒng)、存儲管理、設(shè)備管理、

進程管理、處理器管理和中斷處理）、功

能強大的還提供圖形界面、通信協(xié)議、小

型瀏覽器等設(shè)施

劉三大學(xué)計班時學(xué)與會水運

送入去操作系統(tǒng)特征

?微型化：

?可定制：

,實時性：

?可靠性：

,易移植性:

?開發(fā)環(huán)境:

作系鰥殿震（嘉三版）

戰(zhàn)八式操作系統(tǒng)實例

?WindowsCE是微軟開發(fā)的，用于通信、娛樂和

移動式計算設(shè)備的操作索統(tǒng)（平臺），它是微軟

“維納斯”計劃的核心。CE是具有開放性的，

32優(yōu)多任務(wù)、多線程提入式操作系統(tǒng)

?PersonalJava是SUN公司開發(fā)的用于彖庭、辦公

室和移動信息也爆創(chuàng)建連網(wǎng)應(yīng)用的Java應(yīng)用環(huán)境,

適宜更新?lián)Q代快的信息也器的應(yīng)用開發(fā)

?SUN公司又開發(fā)出專門用于信息也器應(yīng)用開發(fā)的

實時操作系統(tǒng)JavaOSforConsumers和適用于存

儲空間有限的專用實時操作宗統(tǒng)EmbeddedJava

劉三大學(xué)計算也也經(jīng)與a水運

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1.3.2操作系統(tǒng)提供的用戶接口

1.3.3程序接口與系統(tǒng)調(diào)用

L3.4操作接口與系統(tǒng)程序

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gr［.本服務(wù)

?創(chuàng)建程序

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?執(zhí)行程序100

■數(shù)據(jù)I/O

?信息存取

?通信服務(wù)

?錯誤檢測和處理

還具有另