第1章操作系统慨述 本章讲述内容： 1.1计算机系统； 1.2操作系统的定义与功能； 1.3操作系统的种类
计算机系统； 操作系统的种类。 操作系统的定义与功能； 第1章 操作系统概述 1.1 1.2 1.3 本章讲述内容：
1.1计算机系统 1.1.1 硬件与软件 1.硬件 台计算机由处理器(CPU)、内存储器和输入/输出三大部件组成，它们之间按 定的方式通过系统总线进行互联，从而实现执行程序、完成用户需求的各项任务。 。处理器 控制计算机的操作，执行数据处理的功能。在计算机系统只有一个处理器时，通 常就是指中央处理器(CPU),也称中央处理机。 。内存储器 磁带驱动器 存储程序和数据，它由一组顺序编号的存 打印机 储单元组成，编号为存储单元的地址。每个单 元可以存放一个二进制数，被解释 成是一个指令或数据。 磁盘 打印机 SHEE 磁带驱动器 CPU 控制器 控制器 控制器 。输入/输出模块 实行计算机与外部设备之间的 系统总线 数据传输。外部设备有打印机、显示器、终端、辅助存 储器（硬盘）、通信设备等。 主存
存储程序和数据，它由一组顺序编号的存 储单元组成，编号为存储单元的地址。每个单 元可以存放一个二进制数，被解释 成是一个指令或数据。 控制计算机的操作，执行数据处理的功能。在计算机系统只有一个处理器时，通 常就是指中央处理器（CPU），也称中央处理机。 1.1 计算机系统 • 1.1.1 硬件与软件 . . . 1. 硬件 一台计算机由处理器（CPU）、内存储器和输入/输出三大部件组成，它们之间按一 定的方式通过系统总线进行互联，从而实现执行程序、完成用户需求的各项任务。 处理器 内存储器 输入/输出模块 CPU 磁盘 控制器 打印机 控制器 磁带驱动器 控制器 主存 系统总线 磁盘 打印机 磁带驱动器 实行计算机与外部设备之间的 数据传输。外部设备有打印机、显示器、终端、辅助存 储器（硬盘）、通信设备等
2.软件 计算机软件是指程序和与程序相关的文档的集合，分系统软件和应用软件两种。 。系统软件 指由计算机生产厂家提供、具有通用功能的软件，比如：操作系统、语言处理程序 (如C语言编译程序)、数据库管理系统以及各种完成服务功能的程序。 ·应用软件 指为解决实际问题而研制的软件，涉及计算机应用的各个领域，比如：各种管理软 件、用于工程计算的软件包，铺助设计软件以及过程控制软件等。 。1.1.2操作系统的形成 1.裸机的概念 未配置任何软件的计算机称为“裸机”。若用户直接面对裸机，他们的精力就不能 集中在如何用计算机解决自己的问题上，计算机的效率也不能充分发挥出来。 2.操作系统的发展历史 ·1946~1958年：第一台电子管计算机刚出现几年，计算机上没有名为“操作系统” 的软件。那时计算机运行速度慢，外部设备少，程序的装入、调试以及控制程序的运行 等工作，全由上机人员通过控制台上的开关和按钮来实现。这一时代的特点是人工完成 上、下机操作，一台计算机被一个用户所独占
2. 软件 . 计算机软件是指程序和与程序相关的文档的集合，分系统软件和应用软件两种。 系统软件 指由计算机生产厂家提供、具有通用功能的软件，比如：操作系统、语言处理程序 （如C语言编译程序）、数据库管理系统以及各种完成服务功能的程序。 . 指为解决实际问题而研制的软件，涉及计算机应用的各个领域，比如：各种管理软 件、用于工程计算的软件包，辅助设计软件以及过程控制软件等。 应用软件 • 1.1.2 操作系统的形成 未配置任何软件的计算机称为“裸机”。若用户直接面对裸机，他们的精力就不能 集中在如何用计算机解决自己的问题上，计算机的效率也不能充分发挥出来。 1. 裸机的概念 2. 操作系统的发展历史 1946~1958年：第一台电子管计算机刚出现几年，计算机上没有名为“操作系统” 的软件。那时计算机运行速度慢，外部设备少，程序的装入、调试以及控制程序的运行 等工作，全由上机人员通过控制台上的开关和按钮来实现。这一时代的特点是人工完成 上、下机操作，一台计算机被一个用户所独占。
。1958~1964年，计算机进入晶体管时代。随着计算机速度、存储容量、外部设备 的功能和种类的发展，产生了“人-机矛盾”，向人们提出了“让计算机自动控制用户 作业的运行，废除上、下机手工交接”的要求。从而产生了批处理系统，其管理程序就 是现今操作系统的雏形。 ·1964年后，计算机进入集成电路和大规模集成电路时代，这时，不仅硬件有了长 足发展，也要求进一步发展和扩大管理程序的功能，希望它能够最大限度地挖掘计算机 系统本身的潜在能力。提出多道程序设计技术，操作系统开始出现，并逐渐成为计算机 系统中必不可少的一种系统软件。 1.1.3操作系统发展的动力 1.提高计算机资源利用率的需要 CPU、存储器、外部设备及各种软件都是计算机系统的“资源”，要想把计算机技 术应用到各领域，必须提高系统中各种资源的利用率，以降低整个系统成本。 2.方便用户使用计算机的需要 3.硬件技术不断发展的需要 各种新的元、器件以及设备的出现，使计算机的性能不断提高，也就促使操作系统 性能和功能的不断改进。 4.计算机体系结构发展的需要
提高计算机资源利用率的需要 1958~1964年，计算机进入晶体管时代。随着计算机速度、存储容量、外部设备 的功能和种类的发展，产生了“人-机矛盾” ，向人们提出了“让计算机自动控制用户 作业的运行，废除上、下机手工交接”的要求。从而产生了批处理系统，其管理程序就 是现今操作系统的雏形。 1964年后，计算机进入集成电路和大规模集成电路时代，这时，不仅硬件有了长 足发展，也要求进一步发展和扩大管理程序的功能，希望它能够最大限度地挖掘计算机 系统本身的潜在能力。提出多道程序设计技术，操作系统开始出现，并逐渐成为计算机 系统中必不可少的一种系统软件。 . . • 1.1.3 操作系统发展的动力 1. 2. 方便用户使用计算机的需要 3. 硬件技术不断发展的需要 4. 计算机体系结构发展的需要 CPU、存储器、外部设备及各种软件都是计算机系统的“资源”，要想把计算机技 术应用到各领域，必须提高系统中各种资源的利用率，以降低整个系统成本。 各种新的元、器件以及设备的出现，使计算机的性能不断提高，也就促使操作系统 性能和功能的不断改进
1.2操作系统的定义与功能 。1.2.1操作系统的定义 操作系统是在裸机上加载的第一层软件，是对计算 复制 机硬件系统功能的首次扩充。从用户的角度看，计算机系 文件真难 统配置了操作系统后，由于操作系统隐蔽了硬件的复杂细 节，用户会感到机器使用起来更简单、更容易了。 裸机 ·配置了操作系统后，隐蔽了硬件的复杂细节，用 户会感到计算机使用起来更简单、更方便了。就说操作 系统为用户提供了一台功能经过扩展了的机器，称这台 机器为“虚拟机”，因为现实生活中并不存在有这种功 我的机器 能的真实机器，它只是用户的一种感觉而已。 有复制功能 虚拟机 ·把操作系统定义为：“操作系统是控制和管理计 算机硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程、以 裸机 及方便用户使用计算机的一个大型程序”。 操作系统
1.2 操作系统的定义与功能 • 1.2.1 操作系统的定义 . 操作系统是在裸机上加载的第一层软件，是对计算 机硬件系统功能的首次扩充。从用户的角度看，计算机系 统配置了操作系统后，由于操作系统隐蔽了硬件的复杂细 节，用户会感到机器使用起来更简单、更容易了。 . 配置了操作系统后，隐蔽了硬件的复杂细节，用 户会感到计算机使用起来更简单、更方便了。就说操作 系统为用户提供了一台功能经过扩展了的机器，称这台 机器为“虚拟机”，因为现实生活中并不存在有这种功 能的真实机器，它只是用户的一种感觉而已。 . 把操作系统定义为：“操作系统是控制和管理计 算机硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程、以 及方便用户使用计算机的一个大型程序”。 R 裸机 操作系统 虚拟机 R 裸机
。1.2.2操作系统的功能 1.处理机管理的功能 中央处理机(CPU)是计算机系统中一个举足轻重的资源。用户程序进入内存后， 只有获得CPU,才能运行。为提高CPU的利用率，系统必须采用多道程序设计技术，使 内存中同时有几个用户作业程序存在，当一个程序因等待某事件的完成而暂时放弃使用 CPU时，操作系统就把CPU分配给其他可运行的作业程序使用，从而提高它的利用率。 ·记住系统中当前每个作业程序的状态，在需要对CPU重新进行分配的时候，就在 侯选的程序中选取。 。指定处理机调度策略，它是在侯选程序中进行挑选时应遵循的原则。 。实施CPU分配（即处理机调度），以便让获得CPU的作业程序真正投入运行。 2.作业管理的功能 在有的操作系统中，实行处理机的两级调度：第一级是作业调度，涉及作业管理： 第二级才是处理机调度，属于处理机管理。 ·记住提交给系统诸作业（一般存放在磁盘）的状态，及对系统资源的需求信息。 。制定作业调度策略，需要时从磁盘的侯选作业中选择作业进入内存，参与对CPU 的竞争。 。为用户提供一个使用系统的良好环境，以便有效地组织自己的工作流程
记住系统中当前每个作业程序的状态，在需要对CPU重新进行分配的时候，就在 侯选的程序中选取。 • 1.2.2 操作系统的功能 1. 处理机管理的功能 . . 指定处理机调度策略，它是在侯选程序中进行挑选时应遵循的原则。 . 实施CPU分配（即处理机调度），以便让获得CPU的作业程序真正投入运行。 中央处理机（CPU）是计算机系统中一个举足轻重的资源。用户程序进入内存后， 只有获得CPU，才能运行。为提高CPU的利用率，系统必须采用多道程序设计技术，使 内存中同时有几个用户作业程序存在，当一个程序因等待某事件 的完成而暂时放弃使用 CPU时，操作系统就把CPU分配给其他可运行的作业程序使用，从而提高它的利用率。 2. . . 记住提交给系统诸作业（一般存放在磁盘）的状态，及对系统资源的需求信息。 . 制定作业调度策略，需要时从磁盘的侯选作业中选择作业进入内存，参与对CPU 的竞争。 为用户提供一个使用系统的良好环境，以便有效地组织自己的工作流程。 作业管理的功能 在有的操作系统中，实行处理机的两级调度：第一级是作业调度，涉及作业管理； 第二级才是处理机调度，属于处理机管理
3.存储器管理的功能 存储器是计算机的记忆装置。可分为内存储器和外存储器两种。操作系统中的存储 管理是针对内存而言的。也就是说，存储管理的对象是内存。 。记住内存各部分的使用情况，即哪些已经分配，哪些为空闲待分配。 。制定内存的分配策略，实施内存的具体分配和回收。 。保证内存中各独立作业程序的安全，互不侵扰。 ·解决“作业程序比内存大时，也能得到正确的运行”的存储扩充问 4.设备管理的功能 计算机系统中，除处理机和内存外，都是设备管理的对象，主要是一些输入/输出设 备和外存。设备管理是操作系统中最为复杂、庞大的部分。 ·记住各类设备的使用状态，按各自不同的性能特点进行分配和回收。 。为各类设备提供相应的设备驱动程序、启动程序、初始化程序以及控制程序等， 保证输入输出操作的顺利完成。 .利用中断、通道等技术，尽可能地使CPU与外部设备、外部设备与外部设备之 间并行工作，以提高整个系统的工作效率。 。根据不同的设备特点，采用优化策略，使对具体设备的使用更趋合理和有效
3. 存储器管理的功能 . 记住内存各部分的使用情况，即哪些已经分配，哪些为空闲待分配。 . 制定内存的分配策略，实施内存的具体分配和回收。 . 保证内存中各独立作业程序的安全，互不侵扰。 . 解决“作业程序比内存大时，也能得到正确的运行”的存储扩充问 题。 4. 设备管理的功能 . 记住各类设备的使用状态，按各自不同的性能特点进行分配和回收。 . 为各类设备提供相应的设备驱动程序、启动程序、初始化程序以及控制程序等， 保证输入输出操作的顺利完成。 存储器是计算机的记忆装置。可分为内存储器和外存储器两种。操作系统中的存储 管理是针对内存而言的。也就是说，存储管理的对象是内存。 计算机系统中，除处理机和内存外，都是设备管理的对象，主要是一些输入/输出设 备和外存。设备管理是操作系统中最为复杂、庞大的部分。 . 利用中断、通道等技术，尽可能地使CPU与外部设备、外部设备与外部设备之 间并行工作，以提高整个系统的工作效率。 . 根据不同的设备特点，采用优化策略，使对具体设备的使用更趋合理和有效
5.文件管理的功能 程序与数据以文件的形式存放在外存（如硬盘、软盘）上，是计算机系统的软件资 源。用户是通过文件的名称来访问所需要的文件的，这就是所谓的“按名存取”方式。 ·维持一个目录表，里面登记有每一个文件的名称和有关信息（这就是该文件的目录 项)。当用户通过文件名来访问某文件时，可以通过查目录表找到它的目录项，从而完 成所需的读/写操作。 ·由于文件存放在外存，因此要随时记住外存上文件存储空间的使用情况，哪些已经 分配，哪些为空闲待分配。 ·制定文件存储空间的分配策略，实施具体的分配和回收。 ·确保存放在外存上文件的安全、保密和共享。 。提供一系列文件使用命令，以便用户能对文件进行存取、检索、更新等操作。 1.3操作系统的种类 。1.3.1批处理操作系统 ◆ 要求系统配置管理程序，以保证一个个作业程序能自动地进入内存处理，此时人工 不得干预。这就是“单道批处理操作系统”。“单道”的意思是指一次只让一个作业程 序进入系统内存加以运行，也可以说它是一个单用户操作系统
由于文件存放在外存，因此要随时记住外存上文件存储空间的使用情况，哪些已经 分配，哪些为空闲待分配。 维持一个目录表，里面登记有每一个文件的名称和有关信息（这就是该文件的目录 项）。当用户通过文件名来访问某文件时，可以通过查目录表找到它的目录项，从而完 成所需的读/写操作。 5. 文件管理的功能 . . . 制定文件存储空间的分配策略，实施具体的分配和回收。 . 确保存放在外存上文件的安全、保密和共享。 . 提供一系列文件使用命令，以便用户能对文件进行存取、检索、更新等操作。 程序与数据以文件的形式存放在外存（如硬盘、软盘）上，是计算机系统的软件资 源。用户是通过文件的名称来访问所需要的文件的，这就是所谓的“按名存取”方式。 • 1.3.1 批处理操作系统 1.3 操作系统的种类 要求系统配置管理程序，以保证一个个作业程序能自动地进入内存处理，此时人工 不得干预。这就是“单道批处理操作系统”。“单道”的意思是指一次只让一个作业程 序进入系统内存加以运行，也可以说它是一个单用户操作系统。
1.单道批处理操作系统的工作过程 用户为自己的作业编写程序和准备数据，同时编写控制作业运行的作业说明书。然 后将它们一并交给操作员。 :用户为作业编写程序和准备数据，同时编写控制作业运行的作业说明书。然后将它 们一并交给操作员。 ·操作员将收到的一批作业信息存入辅助存储器中等待处理。 。单道批处理操作系统从辅存中依次选择作业，按作业说明书的规定自动控制作业 的运行，并将运行结果存入辅助存储器。 。操作员将该批作业的运行结果打印输出，并分发给用户。 2.单道批处理操作系统的特点 。单路性：每次只允许一个用户程序进入内存。 独占性：整个系统资源被进入内存的一个程序独占使用，因此资源利用率不高。 ·自动性：作业顺序地自动接受处理，期间任何用户不得对系统的工作进行干预。 。封闭性：在一批作业处理过程中，用户不得干预系统的工作。即便是某个程序执 行中出现很小的错误，也只能等到这一批作业全部处理完毕后，才能进行修改。这给用 户带来不便
1. 单道批处理操作系统的工作过程 . 用户为作业编写程序和准备数据，同时编写控制作业运行的作业说明书。然后将它 们一并交给操作员。 . 操作员将收到的一批作业信息存入辅助存储器中等待处理。 . 单道批处理操作系统从辅存中依次选择作业，按作业说明书的规定自动控制作业 的运行，并将运行结果存入辅助存储器。 . 操作员将该批作业的运行结果打印输出，并分发给用户。 2. 单道批处理操作系统的特点 . 单路性：每次只允许一个用户程序进入内存。 . 独占性：整个系统资源被进入内存的一个程序独占使用，因此资源利用率不高。 . 自动性：作业顺序地自动接受处理，期间任何用户不得对系统的工作进行干预。 . 封闭性：在一批作业处理过程中，用户不得干预系统的工作。即便是某个程序执 行中出现很小的错误，也只能等到这一批作业全部处理完毕后，才能进行修改。这给用 户带来不便。 用户为自己的作业编写程序和准备数据，同时编写控制作业运行的作业说明书。然 后将它们一并交给操作员
3.多道批处理操作系统的工作过程 在单道批处理的基础上，引入多道程序设计技术，允许若干个作业程序同时装入内 存，造成对系统资源共享与竞争的态势，就产生了多道批处理操作系统。 。用户为自己的作业编写程序和准备数据，同时编写控制作业运行的作业说明书。 然后将它们一并交给操作员。 ·操作员将收到的一批作业信息存入辅助存储器中等待处理。 。作业调度程序从辅助存储器里的该批作业中选出若干合适的作业装入内存，使它 们不断地轮流占用CPU执行，并同时使用各自所需的外部设备。 。操作员将该批作业的运行结果打印输出，分发给用户。 4.多道批处理操作系统的特点 多路性：每次允许多个用户程序进入内存，它们轮流交替地使用CPU,提高了内 存储器和CPU的利用率。 ·共享性：整个系统资源被进入内存的多个程序共享使用，因此整个系统资源的利 用率较高。 。自动性：作业处理期间任何用户不得对系统的工作进行干预。 。封闭性：在一批作业处理过程中，用户不得干预系统的工作。即便是某个程序执 行中出现很小的错误，也只能等这一批作业全部处理完毕后，才能进行修改。这给用 户带来不便
3. 多道批处理操作系统的工作过程 . 在单道批处理的基础上，引入多道程序设计技术，允许若干个作业程序同时装入内 存，造成对系统资源共享与竞争的态势，就产生了多道批处理操作系统。 用户为自己的作业编写程序和准备数据，同时编写控制作业运行的作业说明书。 然后将它们一并交给操作员。 . 操作员将收到的一批作业信息存入辅助存储器中等待处理。 . 作业调度程序从辅助存储器里的该批作业中选出若干合适的作业装入内存，使它 们不断地轮流占用CPU执行，并同时使用各自所需的外部设备。 . 操作员将该批作业的运行结果打印输出，分发给用户。 4. 多道批处理操作系统的特点 . 多路性：每次允许多个用户程序进入内存，它们轮流交替地使用CPU，提高了内 存储器和CPU的利用率。 . 共享性：整个系统资源被进入内存的多个程序共享使用，因此整个系统资源的利 用率较高。 . 自动性：作业处理期间任何用户不得对系统的工作进行干预。 . 封闭性：在一批作业处理过程中，用户不得干预系统的工作。即便是某个程序执 行中出现很小的错误，也只能等这一批作业全部处理完毕后，才能进行修改。这给用 户带来不便