第一章 操作系统引论(第1、2、3讲)

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计算机操作系统计算机与信息学院 晁 妍

2014-6-2

阜阳师范学院计算机与信息学院

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成绩评定作业+实验报告：20% 期末考试：70% 上课出勤率及回答问题：10%

学习建议要牢记概念 要理解功能 要联系实际

要前后贯通2014-6-2 阜阳师范学院计算机与信息学院 2

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第一章 操作系统引论 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 操作系统的目标和作用 操作系统的发展过程 操作系统的基本特征 操作系统的主要功能 操作系统的结构设计

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1.1 操作系统的目标和作用用户 用户 用户 用户

···应 用 软 件 管理信息系统、飞机订票系统、 测试工具、编程工具、项目 银行系统、地理信息系统、CAD 管理工具、DFD编辑器、语言 系统、数字计算机软件包等… 转换工具、界面测试工具等… 系统软件 语言编译程序、连续装配程序、 数据库管理系统、网络软件… 操作系统计算机硬件

支 撑 软 件

操作系统是在硬件基础上的第一层软件 操作系统是其他软件和硬件之间的接口2014-6-2 阜阳师范学院计算机与信息学院 4

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1.1 操作系统的目标和作用1.1.1 操作系统的目标 有效性(系统管理人员的观点):合理地组织计算机的工 作流程，管理和分配硬件、软件资源，提高资源的利用 率;提高系统的吞吐量。 方便性(用户的观点):使计算机系统更易于使用。 可扩充性(开放的观点):给计算机系统的功能的扩展提 供开放式的支撑平台。 开放性：可移植性和互操作性 其中有效性和方便性是设计OS时最重要的两个目标，设 计现代OS的主要目标也是对提高资源利用率和方便用户。2014-6-2 阜阳师范学院计算机与信息学院 5

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1.1.2 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使用方式 用户 I. 命令方式 应用程序 II. 系统调用方式 系统调用 命令 图形、窗口 III. 图形、窗口方式 操作系统

计算机硬件

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1.1.2 操作系统的作用2. OS作为计算机系统资源的管理者资 源CPU 内存+外存 设备 信息(数据和程序) 处理器管理 存储器管理 I/O设备管理 文件管理

主 要 功 能

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1.1.2 操作系统的作用3. OS实现了对计算机资源的抽象OS是铺设在裸机上的多层软件，它不仅增强 了系统的功能，而且还隐藏了对硬件操作的细节， 从而实现了对计算机资源的抽象。

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1.2 操作系统的发展过程1.2.1 无操作系统的计算机系统 1. 人工操作方式 工作方式： 用户：既是程序员又是 操作员；是计算机专业 人员 编程语言：机器语言 输

入输出：纸带或卡片2014-6-2

计算机的工作特点： 用户独占全机和CPU等待 用户 主要矛盾： 人机矛盾、CPU与I/O设 备速度不匹配 提高效率的途径： 脱机输入/输出技术9

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2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式

输入设备

外围机

磁带

主要优点： 减少了CPU的 空闲时间 缓和了人机矛 盾

磁带

主机

磁带 输出设备

磁带2014-6-2

外围机

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1.2.2 单道批处理系统1. 单道批处理系统的处理过程单道批处理系统：作业成批处理 有一道。 内存中只

2. 单道批处理系统的特征自动性、顺序性、单道性 不足：无法充分利用系统中的所有的资源2014-6-2 阜阳师范学院计算机与信息学院 11

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1.2.3 多道批处理系统1. 多道批处理系统是采用多道程序设计技术的批处理系统。 为了使系统中的多道程序能协调地运行， 必须配置一组软件，来解决多道程序对系 统资源的共享和争用问题，并对作业进行 合理的组织和调度。——就形成了现代意 义上的OS2014-6-2 阜阳师范学院计算机与信息学院 12

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1.2.3 多道批处理系统单道程序工作示例：

多道程序工作示例：

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1.2.3 多道批处理系统2. 多道批处理系统的特征： 调度性： 作业调度、进程调度 在该系统中，作业在外存的“后备队列”, 由作业调度程序选择若干调入内存，共享CPU和 系统中的各种资源。 无序性 多道性：内存中可同时存放多个作业2014-6-2 阜阳师范学院计算机与信息学院 14

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1.2.3 多道批处理系统3. 多道批处理系统的优缺点： 优点： 资源利用率高； 系统吞吐量大；

缺点： - 平均周转时间长； - 无交互能力；2014-6-2 阜阳师范学院计算机与信息学院 15

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1.2.3 多道批处理系统4. 多道批处理系统需解决的问题a. b. c. d. e. 处理机管理问题 内存管理问题 设备管理问题 文件管理问题 作业管理问题

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例题 有两个程序A和B,A程序执行时所做的工作 按次序需要的时间为：cpu计10s,设备1计 5s,cpu计5s,设备2计10s,cpu计10s。 B程序执行时所做的工作按次序需要的时间 为：设备1计10s, cpu计10s,设备2计5s, cpu计5s,设备2计10s。问在单道方式下 和多道并发环境下执行A和B两程序，CPU 的利用率各为多少？2014-6-2 阜阳师范学院计算机与信息学院 17

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A和B程序运行的甘特图活动列表 A:10s CPU B:10s 设1 A:5s B:10s A:5s B:5s A:10s

B:5s设2

A:10s

B:10s

0

10

15

20

25

30

35

45

时间(单位s)

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1.2.4 分时系统1. 分时系

统的产生

分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显示器 和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以 交互方式使用计算机，共享主机中的资源。2014-6-2 阜阳师范学院计算机与信息学院 19

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1.2.4 分时系统2. 分时系统的设计思想(1)采用分时技术 (2)设计目标：系统能及时响应用户的终端命令 (3)实现中的最关键问题：使用户能与自己的作业进行交互。 (及时接收、及时处理)

3.

改变批处理系统的运行方式：作业直接进入内存 系统采用时间片轮转方式处理服务请求

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1.2.4 分时系统4. 分时系统的特征： 1) 多路性：一台主机上连有多个终端，能同时为多 个用户服务。 2) 独立性：各用户独立操作，互不干扰。 3) 及时性：通过时间片技术和轮转调度算法保证及 时响应。 4) 交互性：能进行广泛的人机交互。2014-6-2 阜阳师范学院计算机与信息学院 21