第一章操作系统引论.ppt

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1、电子与信息工程系电子与信息工程系 周锦姝周锦姝计算机操作系统计算机操作系统&教材教材计算机操作系统（第三版）计算机操作系统（第三版）汤小丹等汤小丹等 西安电子科技西安电子科技大学出版社大学出版社&参考教材参考教材操作系统操作系统 陈向群陈向群 杨芙清杨芙清 北京大学出版社北京大学出版社现代操作系统现代操作系统 陈向群等译陈向群等译 机械工业出版社机械工业出版社Operating Systems William Stallings 电子工业出版社电子工业出版社&课时安排课时安排授授 课：课：4848学时学时上机实验上机实验：1616学时学时&成绩评定成绩评定出勤、作业、上机实习：出勤、作业、上机

2、实习：30%30%期末考试：期末考试：70%70%课前请做好预习课前请做好预习 保持课堂安静，头脑清醒，思维活跃保持课堂安静，头脑清醒，思维活跃 认真、独立、按时完成并提交作业认真、独立、按时完成并提交作业 重视上机实践，有效利用宝贵的上机时间重视上机实践，有效利用宝贵的上机时间&课程要求课程要求第一章 操作系统引论1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程 1.3 1.3 操作系统的基本特性操作系统的基本特性 1.4 1.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能 1.5 1.5 操作系统的结构设计操作系统的结构设计 操作系统

3、操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合是一些程序模块的集合它们能以尽量它们能以尽量有效有效、合理合理的方式组织和管理计算机的的方式组织和管理计算机的软硬件资源软硬件资源，合理的组织计算机的合理的组织计算机的工作流程工作流程，控制程序的执行控制程序的执行，并向用户并向用户提供各种服务功能提供各种服务功能，使得用户能够灵活、，使得用户能够灵活、方便方便、有效的使用计算机，使整个计算机系统能、有效的使用计算机，使整个计算机系统能高效地运行。高效地运行。1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用 1.1.1 1.1.1 操作系统的目标操作

4、系统的目标有效：有效：系统效率，资源利用率系统效率，资源利用率（如：（如：CPU利用的充足与否，内存、外部利用的充足与否，内存、外部 设是否忙碌）设是否忙碌）合理：合理：对不同的用户程序公平与否，如果不公平对不同的用户程序公平与否，如果不公平 则会产生则会产生“死锁死锁”或或“饥饿饥饿”方便：方便：用户界面和程序设计接口用户界面和程序设计接口图 1-1 OS作为接口的示意图 1.1.2 1.1.2 操作系统的作操作系统的作用用1.OS1.OS是用户与计算机硬件系统之间的接口是用户与计算机硬件系统之间的接口2.OS2.OS是计算机系统资源的管理者是计算机系统资源的管理者3.OS3.OS实现了对计

5、算机资源的抽象实现了对计算机资源的抽象n 命令方式。这是指由命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令提供了一组联机命令(语言语言)，用户可通过键盘输入有关命令，来直用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算机系统。接操纵计算机系统。n 系统调用方式。系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用提供了一组系统调用，用户可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，户可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵计算机。来操纵计算机。n 图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序。标来操纵计算机系统和运行自己的程序。操作系统发展是随着计

6、算机硬件技术、应用软件操作系统发展是随着计算机硬件技术、应用软件的发展而发展的。的发展而发展的。随历史线索，介绍操作系统的发展历史随历史线索，介绍操作系统的发展历史n电子管时代电子管时代(1946年年-1957年年)n晶体管时代晶体管时代(1958年年-1964年年)n集成电路时代集成电路时代(1965年年-1970年年)n大规模集成电路时代大规模集成电路时代(1970年年-至今至今)1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程第一台数字计算机第一台数字计算机英国数学家英国数学家Charles Babbage（1792-1871）设计设计Babbage投入了毕生精力投入了毕生精力但却没

7、能让它成功地运行起来但却没能让它成功地运行起来因为当时的技术不可能达到需要的精度因为当时的技术不可能达到需要的精度当然，这个分析机没有操作系统当然，这个分析机没有操作系统电子管计算机（电子管计算机（19461946年年-1957-1957年）时期年）时期二战对武器设计的需要二战对武器设计的需要美国、英国和德国等国家美国、英国和德国等国家开始了电子数字计算机的研究工作开始了电子数字计算机的研究工作哈佛大学的哈佛大学的Howard AikenHoward Aiken普林斯顿高等研究院的普林斯顿高等研究院的John NeumannJohn Neumann（冯（冯 诺依曼）诺依曼）宾夕法尼亚大学的宾夕

8、法尼亚大学的J.PresperJ.Presper Eckert Eckert和和William William MauchleyMauchley德国电话公司的德国电话公司的KonraadKonraad ZuseZuse以及其他一些人以及其他一些人都使用都使用真空管真空管成功地建造了成功地建造了运算机器运算机器没有程序设计语言（甚至没有汇编），没有程序设计语言（甚至没有汇编），更谈不上操作系统更谈不上操作系统程序员提前预约一段时间程序员提前预约一段时间,然后到机然后到机房将他的插件板插到计算机里房将他的插件板插到计算机里期盼着在接下来的时间中期盼着在接下来的时间中几万个真空管不会烧断几万个真空管

9、不会烧断从而可以计算自己的题目从而可以计算自己的题目ENIACENIAC计算机（美国宾夕法尼亚大学）计算机（美国宾夕法尼亚大学）运算速度：运算速度：50005000次次/每秒每秒,1800018000个真空管个真空管,占地占地182182平方米，平方米，重量重量130130吨，功耗吨，功耗140kW140kW5050年代早期年代早期出现了穿孔卡片出现了穿孔卡片程序写在卡片上然后读入计算机程序写在卡片上然后读入计算机但计算过程则依然如旧但计算过程则依然如旧晶体管计算机（晶体管计算机（19581958年年-1964-1964年）时期年）时期5050年代晶体管发明年代晶体管发明计算机比较可靠，可成批

10、地生产计算机比较可靠，可成批地生产用户可指望计算机长时间运行，完成一些工作用户可指望计算机长时间运行，完成一些工作FORTRAN 1954FORTRAN 1954年提出，年提出，19561956年设计完成年设计完成ALGOL 1958ALGOL 1958年引入年引入COBOL 1959COBOL 1959年引入年引入设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员之间第一次有了明确的分工护人员之间第一次有了明确的分工要运行一个作业，先将程序写在纸上（用高级语要运行一个作业，先将程序写在纸上（用高级语言或汇编语言）言或汇编语言）然后穿孔成卡片，再将卡片盒

11、交给操作员然后穿孔成卡片，再将卡片盒交给操作员计算结果从打印机上输出计算结果从打印机上输出操作员到打印机上撕下运算结果送到输出室操作员到打印机上撕下运算结果送到输出室程序员稍后可取到结果程序员稍后可取到结果然后，操作员从输入室的卡片盒中读入另一个任务然后，操作员从输入室的卡片盒中读入另一个任务 为了缓和使用计算机时存在的人机速度为了缓和使用计算机时存在的人机速度严重不匹配的矛盾，提高资源利用率，人们开严重不匹配的矛盾，提高资源利用率，人们开始利用计算机系统中的软件来代替操作员的部始利用计算机系统中的软件来代替操作员的部分工作，从而产生了最早的分工作，从而产生了最早的OS 早期批处理早期批处理系

12、统系统 基基本本思思想想：设设计计一一个个常常驻驻内内存存的的程程序序(monitor,监监督督程程序序)，操操作作员员有有选选择择地地把把若若干干作作业业合合成成一一批批，安安装装输输入入设设备备上上，并并启启动动监监督督程程序序，然然后后由由监监督督程程序序自自动动控控制制这这批批作作业业运运行行，从从而而减减少少部部分分人人工工干干预预，有有效效地地缩缩短短了了作作业业运运行前的准备时间，相对地提高行前的准备时间，相对地提高CPU的利用率。的利用率。集成电路计算机（集成电路计算机（19651965年年-1970-1970年）时期年）时期为了提高资源利用率，人们开始使用为了提高资源利用率，

13、人们开始使用输输入输出缓冲、脱机输入输出、入输出缓冲、脱机输入输出、Spooling 等技等技术，尤其是引入了术，尤其是引入了“多道程序设计多道程序设计”使简使简单批处理系统发展为高级批处理系统。单批处理系统发展为高级批处理系统。1）.输入输出缓冲输入输出缓冲由于由于CPU和外设按串行方式工作，使得其间速度和外设按串行方式工作，使得其间速度矛盾不匹配，利用率低。矛盾不匹配，利用率低。CPUI/O忙忙闲闲闲闲闲闲闲闲忙忙忙忙忙忙t为了改变这种串行工作方式，人们首先采用了缓为了改变这种串行工作方式，人们首先采用了缓冲冲(buffering)技术使两者在一定程度上并行操技术使两者在一定程度上并行操作

14、。作。例例如如：在在主主存存中中建建立立两两个个长长度度相相同同的的缓缓冲冲区区：B0,B1。对对于于一一批批待待输输入入的的信信息息，首首先先将将其其中中的的一一个个记记录录从从设设备备上上续续入入B0，随随后后将将下下一一个个记记录录从从设设备备上上读读入入B1，与与此此同同时时CPU开开始始处处理理B0中中的的记记录录。待待CPU处处理理工工作作与与输输入入工工作作均均结结束束后后，则则将将下下一一记记录录读读入入B0，CPU 同同时时处处理理B1中中的的记记录录。如如此此重重复复直直到到将此批信息全部输入。将此批信息全部输入。2）.脱机输入输出脱机输入输出读卡机读卡机打印机打印机卫星机

15、卫星机输入带输入带输出带输出带输入带输入带输出带输出带主机主机通过使输入输出与计算在不同的设备上并行操作，通过使输入输出与计算在不同的设备上并行操作，从而有效的提高了处理器的利用率。从而有效的提高了处理器的利用率。(实现主机与实现主机与卫星机的并行操作卫星机的并行操作)3）.Spolling 技术技术通通道道：专专门门控控制制I/O 的的硬硬件件装装置置，它它基基本本上上可可独独立立地地控控制制外外设设与与CPU 并并行行操操作作，也也称称I/O 处处理理机机(价格便宜，速度慢价格便宜，速度慢)。q 借助借助通道通道技术，实现了输入操作和处理器动作的自技术，实现了输入操作和处理器动作的自 动并

16、行处理。动并行处理。q Simultaneous Peripheral Operation On-Line 同时的外围设备联机操作同时的外围设备联机操作-假脱机技术假脱机技术磁盘磁盘通道通道主机主机通道通道卡片机卡片机通道通道打印打印机机spooling 系统系统作业作业缺陷：缺陷：因为系统中作业之间仍以串行方式被处理，所以无因为系统中作业之间仍以串行方式被处理，所以无法继续提高法继续提高CPU、内存利用率，为从根本上解决这内存利用率，为从根本上解决这一问题，人们提到了一问题，人们提到了多道程序设计技术多道程序设计技术。多道程序设计概念多道程序设计概念是指是指把一个以上的作业存放在主存中，并且

17、同把一个以上的作业存放在主存中，并且同时处于运行状态，使这些作业共享处理机时间时处于运行状态，使这些作业共享处理机时间和外部设备等其它资源和外部设备等其它资源 (系统资源系统资源)对于一个单处理机系统来说，作业同时处于运对于一个单处理机系统来说，作业同时处于运行状态只是一宏观的概念其含义是指每个作业行状态只是一宏观的概念其含义是指每个作业都已开始运行，但尚未完成。都已开始运行，但尚未完成。就微观而言，在任一特定时刻，在处理机上运就微观而言，在任一特定时刻，在处理机上运行的作业只有一个行的作业只有一个优点与问题：优点与问题：CPU 利用率大大提高利用率大大提高 用户无控制权，无交互性，延迟大用户

18、无控制权，无交互性，延迟大例：例：A,B两个程序，两个程序，A按顺序使用按顺序使用CPU 10s,使用设备使用设备DEV1 5s,使用使用CPU 5s，使用设备使用设备DEV2 10s，最后使用最后使用CPU 10s。B 按按顺序使用设备顺序使用设备DEV1 10s,使用使用CPU 10s,使用设备使用设备DEV2 5s，使使用用CPU 5s，最后使用最后使用DEV2 10s。试问：试问：(1)在顺序环境下执行程序在顺序环境下执行程序A和和B,资源利用率是多少？资源利用率是多少？（2）在多道程序环境下，）在多道程序环境下，资源利用率是多少？资源利用率是多少？（1 1）在顺序环境下）在顺序环境下

19、 CPUCPU利用率利用率=40/80=50%=40/80=50%DEV1 DEV1利用率利用率=15/80=18.75%=15/80=18.75%DEV2 DEV2利用率利用率=25/80=31.25%=25/80=31.25%t(s)t(s)CPU DEV1 DEV2 CPU CPU A 10 15 20 3040 DEV2 CPU DEV 1 DEV2 CPU B 10 20 30 40 25CPUCPU利用利用率率=40/45=89%=40/45=89%DEV1DEV1并发环境下利用并发环境下利用率率=15/45=33%=15/45=33%DEV2DEV2并发环境下利用并发环境下利用率

20、率=25/45=56%=25/45=56%ABCPUDEV1DEV2CPUCPU1015203040 t(s)25DEV1CPU3545DEV2 CPUDEV2（2 2）在并发环境下）在并发环境下例：例：A,B两个程序，两个程序，A按顺序使用按顺序使用CPU 10s,使用设备使用设备DEV1 5s,使用使用CPU 5s，使用设备使用设备DEV2 10s，最后使用最后使用CPU 10s。B 按顺序使用设备按顺序使用设备DEV1 10s,使用使用CPU 10s,使使用设备用设备DEV2 5s，使用使用CPU 5s，最后使用最后使用DEV2 10s。n第三代计算机实质是批处理系统第三代计算机实质是批

21、处理系统n而从一作业提交到结果取回而从一作业提交到结果取回,往往长达数小时往往长达数小时 一个逗号的误用会导致编译失败而可能浪费程一个逗号的误用会导致编译失败而可能浪费程 序员半天时间序员半天时间n问题的解决导致问题的解决导致分时系统分时系统的出现的出现 （CTSSCTSS，Compatible Time Sharing SystemCompatible Time Sharing System）n分时系统实际上是多道程序的一个变种，分时系统实际上是多道程序的一个变种，是是交互交互 式系统式系统和和多道程序设计多道程序设计的结合的结合n每一个用户通过一台终端与计算机相连，以交互式每一个用户通过一

22、台终端与计算机相连，以交互式 的命令使用系统，采用分享的命令使用系统，采用分享CPU的方法，使用户感的方法，使用户感 到自己独占了整个计算机系统。到自己独占了整个计算机系统。分时操作系统分时操作系统分时系统的特性：分时系统的特性：多路性：多个用户可以同时使用计算机多路性：多个用户可以同时使用计算机(同时性同时性)交互性：用户直接控制操作过程交互性：用户直接控制操作过程(终端终端)独占性：程序之间相互独立，多个用户同时使用，独占性：程序之间相互独立，多个用户同时使用，如像独占计算机系统如像独占计算机系统 及时性：响应时间合理及时性：响应时间合理优点：优点：促进计算机普及促进计算机普及 节省开支减

23、少人员节省开支减少人员 充分利用系统资源充分利用系统资源实时操作系统实时操作系统(Real-time System)对外部事件及时响应并处理对外部事件及时响应并处理n 应用需要应用需要(工业控制、导弹工业控制、导弹)n 强调的是响应速度强调的是响应速度 专用特性专用特性n 实时系统用于控制实时过程，所以要求对外部事件实时系统用于控制实时过程，所以要求对外部事件 的的响应要十分及时，迅速响应要十分及时，迅速。能迅速处理外部中断，。能迅速处理外部中断，较常用的中断处理程序及有关的系统数据基最好常较常用的中断处理程序及有关的系统数据基最好常 驻主存储器中。驻主存储器中。n分时系统的思想于分时系统的思

24、想于19591959年在年在MITMIT提出提出n第一个分时系统由第一个分时系统由 MITMIT的的Fernando Fernando CorbatoCorbato 等等 19611961年在一改装的年在一改装的IBM 7090/94IBM 7090/94机上开发成功机上开发成功n19651965年在年在ARPAARPA的支持下的支持下MITMIT、贝尔实验室和通用电气公司贝尔实验室和通用电气公司 决定开发一种决定开发一种“公用计算服务系统公用计算服务系统”，希望能够同时支持希望能够同时支持 整个波士顿所有的分时用户。该系统称作整个波士顿所有的分时用户。该系统称作MULTICS MULTICS

25、(MULTiplexedMULTiplexed Information and Computing Service)Information and Computing Service)nMULTICSMULTICS研制难度超出了所有人预料研制难度超出了所有人预料 长期研制工作达不到预期目标，长期研制工作达不到预期目标，19691969年年4 4月贝尔实验室退出，月贝尔实验室退出，通用电气公司也退出了通用电气公司也退出了 但最终，经过多年的努力，但最终，经过多年的努力，MULTICSMULTICS成功地应用成功地应用 运行运行MULTICSMULTICS的计算机系统在九十年代中陆续被关闭的计算机

26、系统在九十年代中陆续被关闭nMULTICSMULTICS引入了许多现代操作系统领域概念雏形，对随后引入了许多现代操作系统领域概念雏形，对随后 操作系统特别是操作系统特别是UNIXUNIX的成功有着巨大的影响的成功有着巨大的影响 小型计算机，电子游戏和小型计算机，电子游戏和UNIXUNIX的成功的成功n19691969年，在贝尔退出年，在贝尔退出MULTICSMULTICS研制项目后，研制项目后，Ken ThompsonKen Thompson和和Dennis M.Ritchie Dennis M.Ritchie 想申请经费买计算机从事操作系统研想申请经费买计算机从事操作系统研究，但多次申请得不

27、到批准究，但多次申请得不到批准n项目无着落，他们在一台无人用的项目无着落，他们在一台无人用的PDP-7PDP-7上，重新摆弄原先上，重新摆弄原先在在MULTICSMULTICS项目上设计的项目上设计的“空间旅行空间旅行”游戏游戏n为了使游戏能够在为了使游戏能够在PDP-7PDP-7上顺利运行，他们陆续开发了浮点上顺利运行，他们陆续开发了浮点运算软件包、显示驱动软件，设计了文件系统、实用程序运算软件包、显示驱动软件，设计了文件系统、实用程序、shell shell 和汇编程序和汇编程序n到了到了19701970年，在一切完成后，给新系统起了个同年，在一切完成后，给新系统起了个同MULTICSMU

28、LTICS发发音相近的名字音相近的名字UNIXUNIXn随后，随后，UNIXUNIX用用C C语言全部重写，自此语言全部重写，自此，UNIXUNIX诞生了诞生了UNIXUNIXnUNIXUNIX是现代操作系统的代表是现代操作系统的代表。UnixUnix运行时的安全性、运行时的安全性、可靠性以及强大的计算能力赢得广大用户的信赖可靠性以及强大的计算能力赢得广大用户的信赖促使促使UNIXUNIX系统成功的因素：系统成功的因素：n首先，由于首先，由于UNIXUNIX是用是用C C语言编写，因此它是可移植的，语言编写，因此它是可移植的，UNIX UNIX 是世界上唯一能在笔记本计算机、是世界上唯一能在笔

29、记本计算机、PCPC机、工作站机、工作站 直至巨型机上运行的操作系统直至巨型机上运行的操作系统n第二，系统源代码非常有效，系统容易适应特殊的需求第二，系统源代码非常有效，系统容易适应特殊的需求n最后，也是最重要的一点，它是一个良好的、通用的、最后，也是最重要的一点，它是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统多用户、多任务、分时操作系统大规模集成电路计算机（大规模集成电路计算机（19701970年年-至今）至今）CP/M CP/M 操作系统操作系统n随着大规模集成电路发展，个人计算机时代到来了各种随着大规模集成电路发展，个人计算机时代到来了各种 类型的个人计算机和软件层出不穷类型的个人

30、计算机和软件层出不穷n19731973年年Gary Gary KildallKildall看到对个人计算机操作系统的需求看到对个人计算机操作系统的需求,设计了设计了CP/MCP/M操作系统操作系统(Control Program/Microprocessor(Control Program/Microprocessor or Microcomputer)or Microcomputer)nCP/MCP/M操作系统有较好的层次结构。它的操作系统有较好的层次结构。它的BIOSBIOS把操作系统的把操作系统的 其他模块与硬件配置分隔开，所以它的可移植性好其他模块与硬件配置分隔开，所以它的可移植性好,

31、具有具有 较好的可适应性和易学易用性较好的可适应性和易学易用性n到了到了19811981年，年，CP/MCP/M操作系统成为世界上流行最广的操作系统成为世界上流行最广的8 8位操位操 作系统之一作系统之一微软微软MS DOSMS DOSn个人计算机的成功，逼得个人计算机的成功，逼得IBMIBM采取紧急战略行动采取紧急战略行动,决定决定要在要在19801980年尽快生产出微型计算机，以应付挑战年尽快生产出微型计算机，以应付挑战n但没有操作系统不行。要想快就是找现成系统配套，但没有操作系统不行。要想快就是找现成系统配套，IBMIBM公司洽谈公司洽谈 CP/MCP/M操作系统不顺利，机遇落到了微软操

32、作系统不顺利，机遇落到了微软公司公司n在关键时刻，开发新操作系统时间和人手上已经不可在关键时刻，开发新操作系统时间和人手上已经不可能，微软找到西雅图计算机产品公司，达成由微软经能，微软找到西雅图计算机产品公司，达成由微软经销西雅图计算机产品公司的销西雅图计算机产品公司的QDOSQDOS操作系统的协议操作系统的协议n当时西雅图公司并不知道当时西雅图公司并不知道QDOSQDOS将被转卖给将被转卖给IBMIBM，否则否则历史将会怎样演变，谁也无法知晓历史将会怎样演变，谁也无法知晓nIBMIBM在在19811981年推出个人计算机，宣布了年推出个人计算机，宣布了DOSDOS操作系统操作系统n随着随着I

33、BM PCIBM PC和和MS DOSMS DOS普及，普及，CP/MCP/M逐渐走向下坡路逐渐走向下坡路nMS DOSMS DOS有优良的文件系统有优良的文件系统 但受到但受到Intel x86Intel x86体系结构的限制体系结构的限制 缺乏以硬件为基础的存储保护机制缺乏以硬件为基础的存储保护机制n它属于单用户单任务操作系统它属于单用户单任务操作系统n从从19811981的的 1.01.0版到版到19981998年在年在Windows 95/98Windows 95/98之下的之下的7.07.0版，版，MS DOSMS DOS历经了历经了1616个年头个年头n迄今仍有迄今仍有MS DOS

34、MS DOS爱好者继续开发各种爱好者继续开发各种DOSDOS软件产品软件产品一波三折的微软一波三折的微软WindowsWindows操作系统操作系统n19831983年年1010月，月，PCPC机竞争厂家的图形界面相关产品上市机竞争厂家的图形界面相关产品上市n面对市场压力，比尔面对市场压力，比尔.盖茨盖茨在在19831983年年1111月月1010日宣布推日宣布推出出WindowsWindows操作系统操作系统n然而宣布容易，交货就不简单了，然而宣布容易，交货就不简单了，WindowsWindows交货期的交货期的灾难，成了当年计算机界的笑柄灾难，成了当年计算机界的笑柄n直到直到1985198

35、5年年1111月月2020日，日，Windows 1.0Windows 1.0才正式上市才正式上市WindowsWindows的历史记录的历史记录nWindowsWindows在当时微软历史上创了几个记录：延迟交货在当时微软历史上创了几个记录：延迟交货 次数最多，投入开发人员最多，开发时间最长，更次数最多，投入开发人员最多，开发时间最长，更 换主管人员最多换主管人员最多n不过几年之后，不过几年之后，WindowsWindows终于创造了销售成绩最佳的终于创造了销售成绩最佳的 历史记录历史记录n19921992年年4 4月，推出月，推出Windows 3.1,1993Windows 3.1,19

36、93年年5 5月，发表月，发表Windows NTWindows NTnWindows 95,Windows CE,Windows 98,Windows 2000Windows 95,Windows CE,Windows 98,Windows 2000，Windows XP,.netWindows XP,.netn个人计算机采用个人计算机采用WindowsWindows占占9090以上，微软公司成了以上，微软公司成了 垄断垄断PCPC行业的同义词行业的同义词InternetInternet时代与时代与LinuxLinuxn19901990年秋天，年秋天，LinusLinus在芬兰首都赫尔辛基大

37、学学习在芬兰首都赫尔辛基大学学习 操作系统课程，因为上机需要排队等待操作系统课程，因为上机需要排队等待，LinusLinus买买 了台了台PCPC机，开发了第一个程序，程序包括两个进程，机，开发了第一个程序，程序包括两个进程，向屏幕上写字母，然后用定时器来切换进程向屏幕上写字母，然后用定时器来切换进程nLinusLinus需要终端仿真程序来存取需要终端仿真程序来存取UsenetUsenet新闻组的内容，新闻组的内容，于是他写了从调制解调器上接发信息的程序以及显示于是他写了从调制解调器上接发信息的程序以及显示 器、键盘和调制解调器的驱动程序器、键盘和调制解调器的驱动程序n然后写了磁盘驱动程序，文

38、件系统，一旦有了进程切然后写了磁盘驱动程序，文件系统，一旦有了进程切 换、文件系统和设备驱动程序，当然就拥有了一个操换、文件系统和设备驱动程序，当然就拥有了一个操 作系统原型，或者至少是它的一个内核作系统原型，或者至少是它的一个内核nLinuxLinux就以这样极其古怪但也极其自然式问世就以这样极其古怪但也极其自然式问世1.3 1.3 操作系统的基本特征操作系统的基本特征并发性：并发性：在计算机系统中同时存在多个程序在计算机系统中同时存在多个程序宏观上：这些程序是同时在执行的宏观上：这些程序是同时在执行的微观上：任何时刻只有一个程序在执行微观上：任何时刻只有一个程序在执行 即微观上这些程序在即

39、微观上这些程序在CPU上轮流执行上轮流执行共享性：共享性：操作系统与多个用户的程序共同使用计算机操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源（共享有限的系统资源）系统中的资源（共享有限的系统资源）操作系统要对系统资源进行合理分配和使用操作系统要对系统资源进行合理分配和使用 资源在一个时间段内交替被多个进程所用资源在一个时间段内交替被多个进程所用n互斥共享（如打印机）互斥共享（如打印机）n同时共享（如磁盘）同时共享（如磁盘）虚拟性：虚拟性：操作系统中的所谓操作系统中的所谓“虚拟虚拟”，是指通过某种，是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的

40、对应物。n虚拟处理机技术虚拟处理机技术n虚拟设备技术虚拟设备技术n虚拟磁盘技术虚拟磁盘技术n虚拟存储器技术虚拟存储器技术异步性：异步性：多道程序允许多个进程并发执行，在单处理多道程序允许多个进程并发执行，在单处理机环境下，由于系统中只有一个处理机，因而每机环境下，由于系统中只有一个处理机，因而每次只允许一个进程执行，其余进程只能等待。由次只允许一个进程执行，其余进程只能等待。由于资源等因素的限制，使进程的执行通常都不是于资源等因素的限制，使进程的执行通常都不是“一气呵成一气呵成”，而是以，而是以“停停走走停停走走”的方式运行。的方式运行。即进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即即进程是以人们

41、不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。进程的异步性。1.4 1.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能操作系统做什么？操作系统做什么？#include int main()printf(hello world);用户告诉操作系统执行用户告诉操作系统执行hellohello程序程序 操作系统找到该程序，检查其类型操作系统找到该程序，检查其类型 检查程序首部，找出正文和数据的地址检查程序首部，找出正文和数据的地址 文件系统找到第一个磁盘块文件系统找到第一个磁盘块 父进程需要创建一个新的子进程，执行父进程需要创建一个新的子进程，执行hellohello程序程序 操作系统需要将执行文件映射到进程

42、结构操作系统需要将执行文件映射到进程结构 操作系统设置操作系统设置CPUCPU上下文环境，并跳到程序开始处上下文环境，并跳到程序开始处 程序的第一条指令执行，失败，缺页中断发生程序的第一条指令执行，失败，缺页中断发生 操作系统分配一页内存，并将代码从磁盘读入，继续执行操作系统分配一页内存，并将代码从磁盘读入，继续执行 更多的缺页中断，读入更多的页面更多的缺页中断，读入更多的页面 操作系统检查字符串的位置是否正确操作系统检查字符串的位置是否正确 操作系统找到字符串被送往的设备操作系统找到字符串被送往的设备 设备是一个伪终端，由一个进程控制设备是一个伪终端，由一个进程控制 操作系统将字符串送给该进

43、程操作系统将字符串送给该进程 该进程告诉窗口系统它要显示字符串该进程告诉窗口系统它要显示字符串 窗口系统确定这是一个合法的操作，然后将字符串转换窗口系统确定这是一个合法的操作，然后将字符串转换 成像素成像素 窗口系统将像素写入存储映像区窗口系统将像素写入存储映像区 视频硬件将像素表示转换成一组模拟信号控制显示器视频硬件将像素表示转换成一组模拟信号控制显示器（重画屏幕）（重画屏幕）显示器发射电子束显示器发射电子束 你在屏幕上看到你在屏幕上看到hello worldhello world 程序执行系统调用，在文件描述符中写一字符串程序执行系统调用，在文件描述符中写一字符串 对操作系统的功能有着各种

44、不同的认对操作系统的功能有着各种不同的认识，比较广泛的看法是把操作系统看成是识，比较广泛的看法是把操作系统看成是计算机系统的资源管理者计算机系统的资源管理者。就是说操作系。就是说操作系统主要负责管理系统资源，并调度对系统统主要负责管理系统资源，并调度对系统中各类资源的使用。中各类资源的使用。处理机管理处理机管理 进程管理，调度进程管理，调度存储器管理存储器管理 分配主存空间，保护主存内信息安分配主存空间，保护主存内信息安全全I/O设备设备管理管理 设备分配、优化调度设备分配、优化调度提高设备使用率提高设备使用率文件管理文件管理 文件存储空间、目录、读写与保护管理文件存储空间、目录、读写与保护管理提供操作系统与用户之间的接口提供操作系统与用户之间的接口 用户接口、程序接口用户接口、程序接口