计算机操作系统
任课教师：董立凯 任课教师： 联系电话: 联系电话: 82767528 E _ mail: ise_donglk@
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课程要求： 课程要求：
总学时：64(理论) 上课：不得无故迟到、旷课，有事必须 持学办假条请假，否则扣平时成绩。 作业要及时完成（书面作业四周交一 次）。 最终成绩 =考试成绩*0.7+平时成绩（作 业、考勤、纪律）
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1.1 操作系统的目标和作用
1.1.1 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 作为用户与计算机硬件系统之间的接口 OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通 处于用户与计算机硬件系统之间， 处于用户与计算机硬件系统之间 来使用计算机系统。 过OS来使用计算机系统。或者说，用户在 来使用计算机系统 或者说，用户在OS 帮助下，能够方便、快捷、安全、 帮助下，能够方便、快捷、安全、可靠地操纵 计算机硬件和运行自己的程序。 计算机硬件和运行自己的程序。
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1.2 操作系统的发展过程
脱机输入/输出(OffI/O)方式 方式: 2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式:
输入设备 外围机 磁盘
主机
外围机
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输出设备
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1.2 操作系统的发展过程
脱机I/O方式的主要优点： 方式的主要优点： 脱机 方式的主要优点 1) 减少了 减少了CPU的空闲时间 的空闲时间 2) 提高 提高I/O速度 速度
处理器 存储器 I/O设备 设备 信息(数据和程序 数据和程序) 信息 数据和程序 处理器管理 OS 存储器管理 主要 I/O设备管理 功能 设备管理 文件管理
资 源
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1.1 操作系统的目标和作用
3. OS用作扩充机器 用作扩充机器
硬件处在最低层，不附加任何软件的物理计算 硬件处在最低层， 裸机” 机“裸机”. 操作系统是附加在裸机上的第一层， 操作系统是附加在裸机上的第一层，是对裸机 的首次扩充，构成了一个比裸机更强， 的首次扩充，构成了一个比裸机更强，使用更 方便的“虚拟计算机” 方便的“虚拟计算机”。 所有系统软件以及更上层的用户应用软件在操 作系统虚拟机上运行， 作系统虚拟机上运行，它们受操作系统的统一 管理和控制， 管理和控制，通过操作系统使用各种资源来完 成特定的任务。 成特定的任务。
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第一章
操作系统引论
济南大学信息学院
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操作系统OS(Operating System)的重要性： 的重要性： 操作系统 的重要性 掌握核心系统软件 掌握并行处理的思想方法 为后继课程打好基础 如何学习操作系统： 如何学习操作系统： 掌握操作系统的基本概念、基本原理、 掌握操作系统的基本概念、基本原理、实 现技术。 现技术。 操作系统实例分析
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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
1946-50年代中：电子管时代，计算机速度慢， 1946-50年代中：电子管时代，计算机速度慢，无操作 年代中 系统，集中计算，计算机资源昂贵； 系统，集中计算，计算机资源昂贵； 工作方式： 工作方式： 用户：既是程序员又是操作员； 用户：既是程序员又是操作员；用户是计算机专业 人员； 人员； 编程语言：机器语言； 编程语言：机器语言； 输入输出：纸带或卡片； 输入输出：纸带或卡片；
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1.2 操作系统的发展过程
引入多道程序设计技术可以： 引入多道程序设计技术可以： 提高CPU的利用率 提高 的利用率 提高内存和I/O设备利用率 提高内存和 设备利用率 增加系统吞吐量
2. 多道批处理系统的特征： 多道批处理系统的特征：
多道性 无序性 调度性
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1.2 操作系统的发展过程
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， 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。 交互方式使用计算机，共享主机中的资源。 (CTSS)(multics)
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1.2 操作系统的发展过程
2. 分时系统实现中的关键问题
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1.2 操作系统的发展过程
4. 多道批处理系统需解决的问题： 多道批处理系统需解决的问题：
处理机管理问题 内存管理问题 I/O设备管理问题 设备管理问题 文件管理问题 作业管理问题 能控制和管理四大资源的软件， 能控制和管理四大资源的软件，合理地对各类作业进行 调度的软件，以及方便用户使用计算机的软件， 调度的软件，以及方便用户使用计算机的软件，这组软 件构成了操作系统 件构成了操作系统 操作系统的定义： 操作系统的定义：操作系统是一组控制和管理计算机硬 件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便 件和软件资源，合理地对各类作业进行调度， 用户使用的程序的集合。 用户使用的程序的集合。
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1.2 操作系统的发展过程
改变批处理系统的运行方式： 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 时间片轮转方式 系统采用时间片轮转方式处理服务请求
3. 分时系统的特征： 分时系统的特征：
多路性：多个用户同时使用一台计算机,共享CPU CPU和 1) 多路性：多个用户同时使用一台计算机,共享CPU和 其他资源，充分利用系统资源。 其他资源，充分利用系统资源。 宏观上：是多个人同时使用一个CPU 宏观上：是多个人同时使用一个CPU 微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU 微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU 独立性：用户感觉不到计算机为其他人服务， 2) 独立性：用户感觉不到计算机为其他人服务，各用 户独立操作，互不干扰。 户独立操作，互不干扰。
1.2.2 单道批处理系统(Simple Batch
Processing System)
1. 单道批处理系统的处理过程
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1.2 操作系统的发展过程
把一批作业以脱机方式输入到磁带上， 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(Monitor)，在它的控制下使这批作 中配上监督程序 ， 业能一个接一个的连续处理。其自动处理过程是： 业能一个接一个的连续处理。其自动处理过程是： 首 由监督程序将磁带上的第一个作业装入内存， 先，由监督程序将磁带上的第一个作业装入内存，并 把运行控制权交给该作业。当该作业处理完成时， 把运行控制权交给该作业。当该作业处理完成时，又 把控制权交还给监督程序， 把控制权交还给监督程序，再由监督程序把磁带上的 第二个作业调入内存。 第二个作业调入内存。计算机系统就这样自动地一个 作业一个作业地进行处理， 作业一个作业地进行处理，直至磁带上的所有作业全 部完成。 部完成。 单道批处理系统： 单道批处理系统：作业成批处理 内存中只有一道
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1.1 操作系统的目标和作用
1.1.3 推动操作系统发展的主要动力 1. 不断提高计算机资源利用率：计算机发展的 不断提高计算机资源利用率：
初期，计算机系统昂贵。 初期，计算机系统昂贵。 方便用户：用户上机、调试程序， 2. 方便用户：用户上机、调试程序，分散计算 时的事务处理和非专业用户(商业和办公、 时的事务处理和非专业用户(商业和办公、家 庭) 器件的不断更新换代：CPU的位宽度 的位宽度( 3. 器件的不断更新换代：CPU的位宽度(指令和 数据) 快速外存。 数据)、快速外存。 计算机体系结构的不断发展： 4. 计算机体系结构的不断发展：单处理机系统 发展为多处理机系统
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1.2 操作系统的发展过程
2. 单道批处理系统的特征： 单道批处理系统的特征：
i. 自动性 ii. 顺序性 iii. 单道性
1.2.3 多道批处理系统
1. 多道程序设计的基本概念
在多道批处理系统中， 在多道批处理系统中，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” 放在外存上并排成一个队列，称为“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 择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中 择若干个作业调入内存，使它们共享 和系统中 的各种资源。 的各种资源。
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1.2 操作系统的发展过程
计算机的工作特点： 计算机的工作特点： 用户独占全机，资源利用率极低； 用户独占全机，资源利用率极低； CPU等待用户 计算前，手工装入纸带或卡片； 等待用户， CPU等待用户，计算前，手工装入纸带或卡片；计 算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低 利用率低； 算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低； 主要矛盾： 主要矛盾： 人机矛盾----人 人机矛盾 人工操作严重降低了计算机资源的利用 率00 提高效率的途径： 提高效率的途径： 脱机输入/输出技术。 脱机输入/输出技术。
a. b. c. d. e.
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Байду номын сангаас
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1.2 操作系统的发展过程
1.2.4 分时系统(time-sharing system) 分时系统(time1. 分时系统的产生
主要动力： 主要动力：用户的需求 表现： 表现： A. 人—机交互 机交互 B. 共享主机 C. 便于用户上机
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1.2 操作系统的发展过程
单道程序工作示例： 单道程序工作示例：
多道程序工作示例： 多道程序工作示例：
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1.2 操作系统的发展过程
3. 多道批处理系统的优缺点： 多道批处理系统的优缺点：
优点： 优点： 资源利用率高：CPU和内存利用率较高 和内存利用率较高； 资源利用率高：CPU和内存利用率较高； 系统吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大； 系统吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大； 缺点： 缺点： 平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长； 平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长； 无交互能力：整个作业完成后或中间出错时， 无交互能力：整个作业完成后或中间出错时，才与 用户交互，不利于调试和修改； 用户交互，不利于调试和修改；