操作系统课件

计算机操作系统第一章 ——操作系统引论 主讲人： 李伦彬

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 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 操作系统的主要功能 CONTENTS 1.5 OS结构设计 思维导图 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.1 目标作用 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 操作系统的目标 操作系统的作用 本节内容 发展的主要动力 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.1.1 操作系统的目标 1. 方便性 学生讨论 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 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

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 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

资源分为四类： 处理机 存储器 I/O设备 文件(数据和程序)

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.1.2 操作系统的作用 3. ?OS实现了对计算机资源的抽象

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 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 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

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 练习巩固 1. 设计现代OS的主要目标是什么? 2. OS的作用可表现在哪几个方面? 3. 为什么说操作系统实现了对计算机资 源的抽象?

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2 发展过程 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 未配置操作系统 单道批处理系统 多道批处理系统 本节内容 分时系统 实时系统 微机操作系统的发展 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.1 未配置操作系统的计算机系统 1. 人工操作方式

(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。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.1 未配置操作系统的计算机系统 2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.2 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(Monitor)，在它的控制下，使这批作业能一个接一个地连续处理。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.2 单道批处理系统 2. 单道批处理系统的缺点

单道批处理系统最主要的缺点是，系统中的资源得不到充分的利用。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.3 多道批处理系统 1. 多道程序设计的基本概念

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.3 多道批处理系统 2. 多道批处理系统的优缺点

(1) 资源利用率高。 (2) 系统吞吐量大。 (3) 平均周转时间长。 (4) 无交互能力。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.4 分时系统 1. 分时系统的引入

为了满足用户对人—机交互的需求。 (1) 人—机交互。 (2) 共享主机。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.4 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,作业都先驻留在外存上，即使以后被调入内存，也要经过较长时间的等待后方能运行，用户无法与自己的作业进行交互。 (1) 及时接收 (2) 及时处理

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.4 分时系统 3. 分时系统的特征

学生讨论 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，可以归纳成以下四个方面： (1) 多路性 (2) 独立性 (3) 及时性 (4) 交互性

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.5 实时系统 1. 实时任务的类型

(1) 周期性实时任务和非周期性实时任务。 (2) 硬实时任务和软实时任务。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.5 实时系统 2. 实时系统与分时系统特征的比较 (1) 多路性 (2) 独立性 (3) 及时性 (4) 交互性 (5) 可靠性

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 学生讨论 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.2.6 微机操作系统的发展 1．单用户单任务操作系统 2. 单用户多任务操作系统

3. 多用户多任务操作系统

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 练习巩固 1. 说明推动多道批处理系统形成和发展动力是什么。 2. 何谓脱机I/O和联机I/O? 3. 试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么。 4. 实现分时系统的关键问题是什么? 应如何解决? 5. 为什么要引入实时操作系统? 6. 什么是硬实时任务和软实时任务? 试举例说明。 7. 试将分时系统与实时系统进行比较。 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.3 基本特性 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 并发 共享 本节内容 虚拟 异步 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.3.1 并发 1. 并行与并发

学生讨论 并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念。并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生。并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.3.1 并发 2. 引入进程

在为计算程序和I/O程序分别建立一个进程(Process)后，这两个进程便可并发执行。若对内存中的多个程序都分别建立一个进程，它们就可以并发执行，这样便能极大地提高系统资源的利用率，增加系统的吞吐量。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.3.2 共享 1. 互斥共享方式

系统中的某些资源，如打印机、磁带机等，虽然可以提供给多个进程(线程)使用，但应规定在一段时间内，只允许一个进程访问该资源。为此，在系统中应建立一种机制，以保证多个进程对这类资源的互斥访问。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.3.2 共享 2. 同时访问方式

允许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问。这里所谓的“同时”，在单处理机环境下是宏观意义上的，而在微观上，这些进程对该资源的访问是交替进行的。典型的可供多个进程“同时”访问的资源是磁盘设备。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.3.3 虚拟 1. 时分复用技术

(1)虚拟处理机技术。 (2)虚拟设备技术。 2. 空分复用技术

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.3.4 异步(Asynchronism) 单处理机环境下，每次只允许一个进程执行，其余进程只能等待。当执行的进程请求某资源时，如打印机，而打印机正为其它进程打印，打印机属于临界资源，因此执行的进程必须等待，并释放出处理机，直到打印机空闲，并再次获得处理机时，该进程方能继续执行。可见，由于资源等因素的限制，使进程的执行通常都不可能“一气呵成”，而是以“停停走走”的方式运行。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 练习巩固 1. ?OS有哪几大特征? 其最基本的特征是什么? 2. 在多道程序技术的OS环境下的资源共享与一般情况 下的资源共享有何不同? 对独占资源应采取何种共 享方式? 3. 什么是时分复用技术? 举例说明它能提高资源利用 率的根本原因是什么。 4. 是什么原因使操作系统具有异步性特征? 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.4 主要功能 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 处理机管理功能 存储器管理功能 设备管理功能 文件管理功能 本节内容 OS与用户之间接口 现代OS新功能 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.4.1 处理机管理功能 1. 进程控制 2. 进程同步 3. 进程通信 4. 调度 (1) 作业调度。 (2) 进程调度。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.4.2 存储器管理功能 1. 内存分配

(1) 为每道程序分配内存空间，使它们“各得其所”。 (2) 提高存储器的利用率，尽量减少不可用的内存空间(碎片)。 (3) 允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.4.2 存储器管理功能 2. 内存保护

(1)确保每道用户程序都仅在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰。 (2) 绝不允许用户程序访问操作系统的程序和数据，也不允许用户程序转移到非共享的其它用户程序中去执行。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.4.2 存储器管理功能 3. 地址映射 4. 内存扩充

(1) 请求调入功能 (2) 置换功能

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.4.3 设备管理功能 1. 缓冲管理 2. 设备分配 3. 设备处理

(1) 完成用户进程提出的I/O请求，为用户进程分配所需的I/O设备，并完成指定的I/O操作。 (2) 提高CPU和I/O设备的利用率，提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.4.4 文件管理功能 1. 文件存储空间的管理 2. 目录管理 3. 文件的读/写管理和保护

(1) 文件的读/写管理。 (2) 文件保护。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.4.5 操作系统与用户之间的接口 1. 用户接口

(1) 联机用户接口 (2) 脱机用户接口 (3) 图形用户接口

2. 程序接口

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.4.6 现代操作系统的新功能 1. 系统安全 2. 网络的功能和服务 3. 支持多媒体

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 练习巩固 1. 处理机管理有哪些主要功能? 其主要任务是什么? 2. 内存管理有哪些主要功能? 其主要任务是什么? 3. 设备管理有哪些主要功能? 其主要任务是什么? 4. 文件管理有哪些主要功能? 其主要任务是什么?

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.5 结构设计 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 传统OS结构 客户/服务器模式 本节内容 面向对象技术的基本概念 微内核OS结构 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.5.1 传统操作系统结构 1. 无结构操作系统 2. 模块化结构OS 3. 分层式结构OS

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.5.2 客户/服务器模式 1. 客户/服务器模式的由来、组成和类型

客户/服务器系统主要由三部分组成。 (1) 客户机 (2) 服务器 (3) 网络系统

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.5.2 客户/服务器模式 2. 客户/服务器之间的交互

(1) 客户发送请求消息。 (2) 服务器接收消息。 (3) 服务器回送消息。 (4) 客户机接收消息。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.5.2 客户/服务器模式 3. 客户/服务器模式的优点

(1) 数据的分布处理和存储 (2) 便于集中管理 (3) 灵活性和可扩充性 (4) 易于改编应用软件

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.5.3 面向对象的程序设计技术 1. 面向对象技术的基本概念 2. 面向对象技术的优点

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.5.4 微内核OS结构 1. 微内核操作系统的基本概念

(1)足够小的内核 (2)基于客户/服务器模式 (3)应用“机制与策略分离”原理 (4)采用面向对象技术

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.5.4 微内核OS结构 2. 微内核的基本功能

(1) 进程(线程)管理 (2) 低级存储器管理 (3) 中断和陷入处理

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 1.5.4 微内核OS结构 3. 微内核操作系统的优点

(1) 提高了系统的可扩展性。 (2) 增强了系统的可靠性。 (3) 可移植性强。 (4) 提供了对分布式系统的支持。 (5) 融入了面向对象技术。

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 目标作用 发 展 特 性 功 能 结构设计 思维导图 练习巩固 1. 什么是微内核OS? 2. 微内核OS具有哪些优点? 它为何能有这些优点? 3. 现代OS较之传统OS又增加了哪些功能和特征? 4. 在微内核OS中，为什么要采用客户/服务器模式? 5. 在基于微内核结构的OS中，应用了哪些新技术? 6. 何谓微内核技术? 在微内核中提供了哪些功能?

计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器 感谢聆听 下一章内容：进程的描述与控制 主讲人：李伦彬 请同学们提前预习课本相关知识点 计算机操作系统-工欲善其事，必先利其器