现代操作系统 第1章 操作系统引论

1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程1.3 操作系统的基本特性 1.4 现代操作系统的新特征 1.5 传统操作系统的主要功能1.6 现代操作系统新增功能

第一章 操作系统引论1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性 1.4 现代操作系统的新特征 1.5 传统操作系统的主要功能 1.6 现代操作系统新增功能

1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程1.3 操作系统的基本特性 1.4 现代操作系统的新特征 1.5 传统操作系统的主要功能1.6 现代操作系统新增功能

1.1 操作系统的目标和作用1.操作系统的目标 1.操作系统的目标 目前存在着多种类型的OS,不同类型 的OS,其目标各有所侧重。通常在计算机 硬件上配置的OS,其目标有以下几点： (1)方便性 (2)有效性 (3)可扩充性 (4)开放性

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1.1 操作系统的目标和作用2.操作系统的作用 2.操作系统的作用 (1)OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口

(2)OS作为计算机系统资源的管理者 (3)OS实现了对计算机资源的抽象

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1.1 操作系统的目标和作用3.推动操作系统发展的主要动力 3.推动操作系统发展的主要动力 (1)不断提高计算机系统资源的利用率 (2)方便用户 (3)器件的不断更新换代 (4)计算机体系结构的不断发展 (5)不断提出新的应用需求

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1.2 操作系统的发展过程1.未配置操作系统的计算机系统 1.未配置操作系统的计算机系统 2.单道批处理系统 2.单道批处理系统 3.多道批处理系统 3.多道批处理系统 4.分时系统 4.分时系统 5.实时系统 5.实时系统

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1.未配置操作系统的计算机系统(1)人工操作方式 早期的操作方式是由程序员将事先已 穿孔的纸带(或卡片),装入纸带输入机 (或卡片输入机),再启动它们将纸带 (或卡片)上的程序和数据输入计算机， 然后启动计算机运行。仅当程序运行完毕 并取走计算结果后，才允许下一个用户上 机。

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1.未配置操作系统的计算机系统人工操作方式的缺点: (1)用户独占全机 即一台计算机的全部资源由上机用户所独占； (2)CPU等待人工操作 当用户进行装带(卡)、卸带(卡)等人工操 作时，CPU及内存等资源是空闲的。 可见，人工操作方式严重降低了计算机资源的 利用率，此即所谓的人机矛盾 人机矛盾。 人机矛盾

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1.未配置操作系统的计算机系统(2)脱机输入/输出方式利用脱机输入/输出技术,事先将装有用户程序和数据的纸带，装 入纸带输入机，在一台外围机的控制下，把纸带(卡片)上的数据 (程序)输入到磁带上。当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上 高速地调入内存。类似地，当CPU需要输出时，可先由CPU把数据直接 从内存高速地送到磁带上，然后再在另一台外围机的控制下，将磁带 上的结果通过相应的输出设备输出。

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1.未配置操作系统的计算机系统脱机输入/输出方式的优点:(1)减少了CPU的空闲时间 装带、卸带，以及将数据从低速I/O设备，送到高速 磁带上(或反之)的操作，都是在脱机情况下由外围机完 成的，并不占用主机时间

,从而有效地减少了CPU的空闲 时间。 (2)提高了I/O速度 当CPU在运行中需要输入数据时，是直接从高速的磁 带上将数据输入到内存的，极大地提高了I/O速度，从而 进一步减少了CPU的空闲时间。返回

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2.单道批处理系统(1)单道批处理系统的处理过程为实现对作业的连续 处理，需要先把一批作业 以脱机方式输入到磁带上， 并在系统中配上监督程序， 在它的控制下，使这批作 业能一个接一个地连续处 理。虽然系统对作业的处 理，是成批地进行的，但 在内存中始终只保持一道 作业，故称为单道批处理 作业 系统。

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2.单道批处理系统(2)单道批处理系统的缺点：系统中的资源得不到充分地利用。这是因为在内存 中仅有一道程序，每逢该程序在运行中发出I/O请求后， CPU便处于等待状态，必须在其I/O完成后才继续运行。 又因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。 下图1-5示出了单道程序的运行情况，从图可以看出： 在t2—t3、t6—t7时间间隔内CPU空闲。

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3.多道批处理系统(1)多道程序设计的基本概念在该系统中，用户所提交的作业先存放在外存上，并 排成一个队列，称为“后备队列 后备队列”。 后备队列 然后由作业调度程序按一定的算法，从后备队列中选 择若干个作业 若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资 若干个作业 源。 由于同时在内存中装有若干道程序，这样便可以在运 行程序A时，利用其因I/O操作而暂停执行时的CPU空档时间， 再调度另一道程序B运行。 同样可以利用程序B在I/O操作时的CPU空档时间，再调 度程序C运行，使多道程序交替地运行，这样便可以保持 CPU处于忙碌状态。图1-6示出了四道程序时的运行情况。

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引入多道程序能使多道程序交替地运行， 以保持CPU处于忙碌状态；在内存中装入多道 能提高系统吞吐量的主要原因可归结为： 程序，来提高内存的利用率；此外还可以提高 ① CPU和其它资源保持“忙碌”状态；②仅当 I/O设备的利用率。 (2)多道批处理系统的优缺点 作业完成时或运行不下去时才进行切换，系统 由于作业要排队依次进行处理，因而作业 ☆资源利用率高 开销小。 用户一旦把作业提交给系统后，直至作业 的周转时间较长，通常需几个小时，甚至几天。 ☆系统吞吐量大 完成，用户都不能与自己的作业进行交互，这 对修改和调试程序是极不方便的。 ☆平均周转时间长

3.多道批处理系统

☆无交互能力

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3.多道批处理系统(1)多道批处理系统需要解决的问题多道批处理系统是一种十分有效，但又非常复杂的系 统，为使系统中的多道程序间能协调地运行，系统必须解 决下述一系列问

题： ★争用处理机问题 ★内存分配和保护问题 ★I/O设备分配问题 ★文件的组织和管理问题 ★作业管理问题 ★用户与系统的接口问题

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3.多道批处理系统(1)多道批处理系统需要解决的问题为此，应在计算机系统中增加一组软件，用以对上述 问题进行妥善、有效地处理。 这组软件应包括：能有效地组织和管理 组织和管理四大资源的软 组织和管理 件，合理地对各类作业进行调度和控制 调度和控制它们运行的软件， 调度和控制 以及方便用户使用 方便用户使用计算机的软件。正是这样一组软件构成 方便用户使用 了操作系统。 据此，我们可把操作系统定义为：操作系统是一 操作系统是一 组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源， 组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理地对 各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。 各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。返回

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4.分时系统(1)分时系统的引入推动分时系统形成和发展的主要动力，则是为了满足 用户对人—机交互的需求，所形成的一种新型OS。 用户的需求具体表现在以下几个方面： ★人-机交互 ★共享主机 分时系统是指，在一台主机上连接了多个配有显示器 分时系统 和键盘的终端，所组成的系统，该系统允许多个用户，同 时通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中 的资源。

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4.分时系统(2)分时系统实现中的关键问题在多道批处理系统中，用户无法与自己的作业进行交 为实现人机交互，必须 为实现人机交互， 互的主要的原因是：作业都先驻留在外存上，即使以后被 彻底地改变原来批处理系统 调入内存，也要经过较长时间的等待后方能运行，用户无 的运行方式， 的运行方式，转而采用下面 法与自己的作业进行交互。为了能够实现人—机交互，必 的方式： 的方式： 须解决的关键问题是，如何使用户能与自己的作业进行交 如何使用户能与自己的作业进行交 要做到及时接收多个用户 互。为此，系统首先必须能提供多个终端，同时给多个用 作业直接进入内存。 (1)作业直接进入内存。 键入的命令或数据， 键入的命令或数据，只须 户使用；其次，当用户在自己的终端上键入命令时，系统 采用轮转运行方式。 (2)采用轮转运行方式。 在系统中配置一个多路卡 应能及时接收，并及时处理该命令，再将结果返回给用户。 即可。 即可。 此后，用户可根据系统返回的响应情况，再继续键入下一 条命令，此即人-机交互。亦即，允许有多个用户同时通过 自己的键盘键入命令，系统也应能全部地及时接收并处理。 系统也应能全部

地及时接收并处理。 系统也应能全部地及时接收并处理 及时接收；( ;(2 及时处理。 即(1)及时接收；(2)及时处理。

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4.分时系统(3)分时系统的特征分时系统与多道批处理系统相比，具有非常明显 的不同特性，可以归纳成以下四方面： ★多路性 ★独立性 ★及时性 ★交互性

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4.实时系统 “实时”,是表示“及时”,而实时系 实时系 统 是指系统能及时响应外部事件的请求， 在规定的时间内完成对该事件的处理， 并控制所有实时任务协调一致地运行。 特点：及时性要求高，系统可靠性高。

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4.实时系统(1)实时系统的类型★工业(武器)控制系统 ★信息查询系统 ★多媒体系统 ★嵌入式系统

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4.实时系统(2)实时任务的类型★周期性实时任务和非周期性实时任务周期性实时任务是指这样一类任务，外部设备周期性地发出 激励信号给计算机，要求它按指定周期循环执行，以便周期性地 控制某外部设备。反之，非周期性实时任务并无明显的周期性， 但都必须联系着一个截止时间，或称为最后期限。它又可分为： ①开始截止时间；②完成截止时间。

★硬实时任务和软实时任务。硬实时任务指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可 硬实时任务 能出现难以预测的后果。 软实时任务，它也联系着一个截止时间，但并不严格，若 软实时任务 偶尔错过了任务的截止时间，对系统产生的影响也不会太大。

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