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1、操作系统原理与应用,11操作系统的基本概念,1.1.1操作系统的定义和特征 1、操作系统的定义操作系统是一个由大量的程序模块和数据结构集合而成的大型系统软件。它全面地控制和有效地管理着计算机系统的所有硬、软件资源，使用户有一个功能强大且可扩展的工作环境。合理地组织计算机的工作流程，向用户提供方便友好的操作界面。,2、操作系统的特征,不同的操作系统具有各自的特点，但它们都有以四个基本特征：并发性：在多道程序环境下，并发性是指让多个程序同时在系统中运行。但在单处理机系统中，每一时刻仅能执行一道程序，并发性是宏观上的，而微观上这些程序是在CPU上交替执行。在多CPU系统中，并发程序不仅在宏观上是并发
2、的，而且在微观上也是并行运行的。共享性：资源共享是指系统中的硬软件资源不再为某个程序所独占，而是供多个用户程序共同使用。,虚拟性：操作系统以硬件提供的基本功能为基础，采用不断扩充、逐层虚拟的分层结构。在分层结构中，上层依赖于下层功能，并对下层功能进行扩展后向再上一层提供服务。操作系统的各个程序模块分别对硬件逐层进行了扩充和改造，最终形成了一个功能强大的、虚拟的计算机，出现在用户面前。随机性：各程序何时执行，执行顺序都不确定。,1.1.2操作系统的功能服务,从使用角度看：操作系统是一台比裸机功能更强，使用更方便，服务质量更高的虚拟机，为用户使用计算机提供了一个窗口和界面。从功能角度看：操作系统是
3、计算机资源的管理者，它负责对计算机全部软硬件资源的分配、控制、调度和回收。从组成结构看：操作系统是一个大型系统软件，是由控制和管理系统运行的程序和数据集合组成。,现代计算机系统由硬件系统和软件系统两部分构成硬件系统是指构成计算机系统的物理设备。比如控制器、运算器、存储器、外部设备等。软件系统是指在计算机系统中使用的各种程序。,12操作系统的形成与发展,1.2.1 无操作系统阶段（手工操作阶段）用户独占计算机的全部系统资源。CPU利用率低，大量的时间出现空闲等待。作业运行过程需人工干预。1.2.2 早期批处理阶段为了摆脱人工干预作业的运行，人们把计算机的输入输出、运行控制、出错处理等工作编成常驻
4、内存的一个监控程序，通过执行监控程序来完成对计算机的使用、管理和操作，实现了作业建立和作业过渡的自动化。这种监控程序就是操作系统的雏形。,1.2.3 多道程序系统,多道：内存存放多个独立的程序。宏观上并行微观上串行解决的问题：1.资源共享（同步，互斥）2.内存不够用（覆盖，交换）3.内存保护,1.2.4 操作系统的形成与成熟阶段,二十世纪六十年代，在早期的批处理系统中引入多道程序设计技术后产生了“多道批处理系统”，随后又出现了“分时系统”、“实时系统”。后来又出现了通用操作系统。（结合两种以上的功能）,1.2.5操作系统进一步发展,1.Pc os2.嵌入式操作系统3.网络操作系统4.分布式操作
5、系统5.智能化操作系统,13操作系统的分类,1.3.1多道批处理操作系统多道批处理系统的主要特点是：系统资源利用率和吞吐量都得到了提高 作业执行过程中不能进行人机交互 作业完成时间难以估计，周转时间较长。,1.3.2分时操作系统,分时系统有以下4个基本特征：(1)交互性。用户能与系统进行人机对话，即用户可以通过键盘或鼠标输入命令，请求系统服务和控制程序的运行。(2)及时性。终端用户的请求能在几秒甚至更短时间内获得响应。(3)多路性。指同时有多个程序并发执行。系统可同时为多个用户终端提供服务。多个用户同时工作，共享系统资源。(4)独占性。系统对多个用户的快速轮转调度，使得每个终端用户感觉就像是独
6、占了CPU。这种独占是逻辑上的，而物理上是多用户共享CPU。,1.3.3实时操作系统,实时控制系统实时信息系统,实时系统与分时系统不同之处是：,（1）实时系统对响应时间的要求比分时系统高。（2）实时系统的交互能力比分时系统差。（3）实时系统对可靠性的要求比分时系统高。（4）分时系统控制的主动权在计算机，而实时系统控制的主动权在用户.,1.3.4网络操作系统,网络操作系统的主要功能：（1）网络通信 为通信双方建立和拆除通信链路，在网络数据的传输过程中进行传输控制，差错控制，流量控制，路由选择等。（2）网络服务 为网络用户提供文件传输、电子邮件、远程登陆、共享硬盘、共享打印机等服务。（3）网络管理
7、 对网络进行监视，建立网络日志。为网络维护、安全管理和流量统计提供必要的信息。（4）资源管理 对网络中的共享资源（硬件和软件）实施有效的管理、协调诸用户对共享资源的使用、保证数据的安全性和一致性。,1.3.5分布式操作系统,各结点间的协同性：资源共享的透明性：各结点的自治性：,1.3.6 多处理机操作系统(多重处理）,多处理器系统的优点是：（1）可增加系统的吞吐量。（2）提高性价比。（3）提高系统的可靠性。,1.3.7 嵌入式操作系统,嵌入式系统的特点是：（1）专业性强。（2）实时性好。（3）可裁剪性好。（4）可靠性高。（5）功耗低。,14操作系统的基本功能,1.4.1处理机管理 处理机管理应
8、实现下述主要功能：进程控制：进程同步：进程通信：进程调度：,1.4.2存储器管理,存储管理应实现下述主要功能：内存分配：内存保护：内存扩充：,1.4.3设备管理,设备管理应实现下述主要功能：设备分配：设备传输控制：设备独立性：（为用户提供一个良 好的界面）,1.4.4文件管理,文件管理应实现下述主要功能：文件存储空间的管理：目录管理：文件操作管理：文件保护:,1.4.5 用户接口,提供友好的人机交互界面。,15操作系统的基本工作机制,1.5.1 接口机制 1.5.2中断机制 1.5.3指令机制 1.5.4 虚拟机制 1.5.5时钟机制,1.6 现代主流操作系统简介,1.6.1 Windows操作系统 1.6.2 UNIX操作系统 1.6.3 Linux 操作系统,
