第1章 操作系统引论_xiugai.ppt

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1、主讲人:陈怀东第一章 操作系统引论 操作系统的定义操作系统的定义操作系统的定义操作系统的定义-操作系统是什么操作系统是什么操作系统是什么操作系统是什么？操作系统的形成操作系统的形成操作系统的形成操作系统的形成-为什么要操作系为什么要操作系为什么要操作系为什么要操作系统？统？统？统？操作系统的特征操作系统的特征操作系统的特征操作系统的特征-操作系统怎么样操作系统怎么样操作系统怎么样操作系统怎么样？操作系统的功能操作系统的功能操作系统的功能操作系统的功能-操作系统能干什操作系统能干什操作系统能干什操作系统能干什么？么？么？么？操作系统的分类操作系统的分类操作系统的分类操作系统的分类-操作系统有哪些

2、操作系统有哪些操作系统有哪些操作系统有哪些？本章要点本章要点计算机的组成计算机的组成n n硬件资源 CPUCPUCPUCPU，内存，外部设备内存，外部设备内存，外部设备内存，外部设备(I/O(I/O(I/O(I/O设备，外存，时钟，网设备，外存，时钟，网设备，外存，时钟，网设备，外存，时钟，网络接口等络接口等络接口等络接口等n n软件资源 系统软件 应用软件 谁来管理?n n裸机/扩展机/虚拟机操作系统设计者操作系统设计者编译系统设计者编译系统设计者应用软件设计者应用软件设计者应用软件使用者应用软件使用者硬件设计者硬件设计者硬件资源和软件资源硬件资源和软件资源Unix 系统的层结构系统的层结构

3、 内部结构DOS系统的层次结构系统的层次结构为什么需要为什么需要OS?1.1.假如没有操作系统，怎样提供多任务、假如没有操作系统，怎样提供多任务、高效率的各种服务？高效率的各种服务？(从系统资源来看）从系统资源来看）从系统资源来看）从系统资源来看）一团乱麻！一团乱麻！一团乱麻！一团乱麻！系统的各个部分有机的组合在一起，为用户提供系统的各个部分有机的组合在一起，为用户提供系统的各个部分有机的组合在一起，为用户提供系统的各个部分有机的组合在一起，为用户提供高效的服务。高效的服务。高效的服务。高效的服务。DOSDOSDOSDOSwindows 32 windows 32 windows 32 win

4、dows 32 Win95 Win95 Win95 Win95 Win Win Win Win 98 98 98 98 Win 2000 Win 2000 Win 2000 Win 2000 Win XP Win XP Win XP Win XP 2.2.假如没有操作系统假如没有操作系统，怎样将目标代码怎样将目标代码送给硬件？怎样输出结果？送给硬件？怎样输出结果？(从用户界面来看）从用户界面来看）人们将对二进制程序操作人们将对二进制程序操作 从二极发光管读答案从二极发光管读答案 由于操作系统承担了上述工作，在其之上的各类由于操作系统承担了上述工作，在其之上的各类程序就没有必要直接同硬件打交道了

5、。硬件改变时，程序就没有必要直接同硬件打交道了。硬件改变时，操作系统相应变化即可，其他的程序不用作出改变操作系统相应变化即可，其他的程序不用作出改变资源管理的观点资源管理的观点资源管理的观点资源管理的观点用户的观点用户的观点用户的观点用户的观点 操作系统是控制和管理计算机的软、硬件资源，操作系统是控制和管理计算机的软、硬件资源，操作系统是控制和管理计算机的软、硬件资源，操作系统是控制和管理计算机的软、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，以及方便用户的程序集合合理地组织计算机的工作流程，以及方便用户的程序集合合理地组织计算机的工作流程，以及方便用户的程序集合合理地组织计算机的工作流程，以及方便

6、用户的程序集合。本质本质本质本质3 31 12 2 操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的第一次扩充。是对硬件系统的第一次扩充。是对硬件系统的第一次扩充。是对硬件系统的第一次扩充。机器扩充的观点机器扩充的观点机器扩充的观点机器扩充的观点1.1 操作系统的定义19461946年年年年第一代计算机上没有操作系统第一代计算机上没有操作系统第一代计算机上没有操作系统第一代计算机上没有操作系统19581958年年年年第二代计算机上有了监控系统第二代计算机上有了监

7、控系统第二代计算机上有了监控系统第二代计算机上有了监控系统19641964年年年年第三代计算机上操作系统得到极大发展第三代计算机上操作系统得到极大发展第三代计算机上操作系统得到极大发展第三代计算机上操作系统得到极大发展19741974年年年年第四代计算机操作系统向多元化方向发展第四代计算机操作系统向多元化方向发展第四代计算机操作系统向多元化方向发展第四代计算机操作系统向多元化方向发展 Development1.2操作系统的产生和发展操作系统的历史操作系统的历史随历史线索，介绍一些重要的操作系统随历史线索，介绍一些重要的操作系统n n真空管时代真空管时代(1946(1946年年-1955-195

8、5年年)n n晶体管时代晶体管时代(1955(1955年年-1965-1965年年)n n集成电路时代集成电路时代(1965(1965年年-1980-1980年年)n n大规模集成电路时代大规模集成电路时代(1980(1980年年-至今至今)二战对武器设计的需要,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 哈佛大学的Howard Aiken 普林斯顿高等研究院的John Neumann（冯诺依曼）宾夕法尼亚大学的J.Presper Eckert和William Mauchley 德国电话公司的Konraad Zuse以及其他一些人 都使用真空管成功地建造了运算机器真空管计算机（真空管

9、计算机（19451945年年-1955-1955年）时期年）时期ENIACENIAC计算机（计算机（美国宾夕法尼亚大学）没有程序设计语（甚至没有程序设计语（甚至没有汇编），更谈不没有汇编），更谈不上操作系统上操作系统程序员提前预约一段时程序员提前预约一段时间间,然后到机房将他然后到机房将他的插件板插到计算机的插件板插到计算机里里期盼着在接下来的时间期盼着在接下来的时间中几万个真空管不会中几万个真空管不会烧断从而可以计算自烧断从而可以计算自己的题目己的题目运算速度：运算速度：50005000次次/每秒每秒,18000,18000个真空管个真空管,占地占地182182平方米，平方米，重量重量130

10、130吨，功耗吨，功耗140kW140kW50年代早期出现了穿孔卡片程序写在卡片上然后读入计算机但计算过程则依然如旧 在第一代计算机上没有操作系统，对计算机的操作在第一代计算机上没有操作系统，对计算机的操作完全是人工操作方式，这种人工操作方式有两个缺完全是人工操作方式，这种人工操作方式有两个缺点：点：用户完全独占计算机。也就是说，计算机的全部资用户完全独占计算机。也就是说，计算机的全部资源只供一个用户使用。源只供一个用户使用。计算机等待人工操作。当用户操作时计算机要等待，计算机等待人工操作。当用户操作时计算机要等待，CPU空闲。空闲。人工操作晶体管计算机（1955年-1965年）时期50年代晶

11、体管发明计算机比较可靠，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FORTRAN 1954年提出，1956年设计完成ALGOL 1958年引入COBOL 1959年引入设计人员、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）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从取到结果操作员从输入室的卡片盒中读入另一个任务如果需要FORTRAN编译器，还要把它取来读入计算机机时在走来走去时被浪费批处理操作系统-现代操作系统雏型为了改进主存和I/O设备之间的吞

12、吐量IBM 7094机引入了I/O 处理机概念其思想是：在输入室收集全部的作业，用一台相对便宜的计算机如IBM 1401计算机，将它们读到磁带上另外用较昂贵的计算机，如IBM7094来完成真正的计算监控系统 第二代计算机主要用于科学和工程计算，程序大多用FORTRAN语言书写，该语言适用于作数值运算，当时主机上用的控制程序称之为监控程序（Monitor），其功能相对比较简单，监控程序是操作系统的雏形。单道批处理系统（Simple Batch System）是将所有的作业用一台相对比较便宜的计算机（如IBM 1401）输入到磁带上，此计算机称为输入/输出机，实施数值运算、速度较快的计算机称为主机

13、（如IBM7094）。大批的作业在输入/输出机的控制下输入到磁带后，用一个特殊的程序来控制作业的读入和运行，这个特殊的程序叫作业控制语言（JCL，Job Control Language）书写，它能控制程序的运行，如图所示。脱机输入/输出技术 程序和数据的输入都程序和数据的输入都不是在主机的控制不是在主机的控制之下，而是在一台之下，而是在一台专门作输入专门作输入/输出的输出的计算机的控制之下计算机的控制之下进行，或者说，输进行，或者说，输入入/输出工作是在脱输出工作是在脱离主机的情况之下离主机的情况之下进行的，故称为脱进行的，故称为脱机输入机输入/输出（输出（Off Line I/O），如图）

14、，如图所示所示。60年代初期，计算机开始采用集成电路，多数厂商有几条完全不同的生产线，生产不同的计算机。产生的问题：开发和维护完全不同的产品 对厂商来说是昂贵的新用户在开始时只需要一台小计算机，后来可能需要一台大的计算机，又希望能在新计算机上执行原有的程序 厂家和用户要求软件在不同型号的计算机之间兼容集成电路计算机（集成电路计算机（196519651980)1980)1964 年IBM 宣布推出System/360计算机系统 第一个采用小规模集成电路的主流机型试图一次性地解决上述两个问题由于所有的计算机 都有相同的体系结 构和指令集 在理论上，为一型 号编写的程序可以 在其他型号机器上 运行数

15、千名程序员写的数百万行汇编语言代码 系统自身占据了大量存储空间和一半的CPU时间数百万行汇编代码中有成千上万处错误IBM不断发行新的版本试图更正这些错误 每个新版本在更正老错误的同时又引入新错误所以随着时间的流逝，错误的数量大致保持不变IBM System/360,IBM System/360,庞大的软件怪兽庞大的软件怪兽在IBM 7094机上，若当前作业因等待I/O而暂停，CUP只能等待直至该I/O完成 对于CPU操作密集科学计算问题，浪费时间少 对于商业数据处理，I/O等待时间常占8090解决办法 将内存分几个部分，每部分放不同的作业 当一个作业等待I/O时，另一个作业可以使用CPU 在主

16、存中同时驻留多个作业需要硬件进行保护 以避免信息被窃取或攻击多道程序设计技术多道程序设计技术（multiprogrammingmultiprogramming）单道程序运行情况多道程序运行情况多道程序设计程序卡片被拿到机房后 能够很快将一作业从卡片读入磁盘任何时刻当一作业运行结束 操作系统就将一新作业从磁盘读出 装入空出的内存区运行Spooling技术 (Simultaneous Peripheral Operation On Line)该技术也用于输出Spooling Spooling 技术技术第三代计算机实质是批处理系统而从一作业提交到结果取回,往往长达数小时 一个逗号的误用会导致编译失败

17、 而可能浪费程序员半天时间问题的解决导致分时系统的出现（CTSS，Compatible Time Sharing System）分时系统实际上是多道程序的一个变种 提高计算机运算效率；改善人机交互界面从批处理系统到分时系统从批处理系统到分时系统分时系统的思想于1959年在MIT提出 (IBM 7090，32k RAM，0.35 MIPS，350万美元)每个用户有一个联机终端在分时系统中，假设20个用户登录 其中17个在思考或谈论或喝咖啡 则CPU可给那三个需要的作业轮流分配服务调试程序的用户常常只发出简短的命令 而很少有长的费时命令所以计算机能够为许多用户提供交互式快速服务 同时在CPU空闲时

18、还能在后台运行大作业1965年在ARPA的支持下MIT、AT&T（贝尔实验室）和通用电气公司决定开发一种“公用计算服务系统”，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MULTICS。(MULTiplexed Information and Computing Service)MULTICS设计目标是：便利的远程终端使用，大量终端通过电话线接入计算机主机；高可靠的大型文件系统；大容量的用户信息共享；存储和构造层次化信息结构的能力；MULTICSMULTICS的灾难的灾难MULTICS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，1969年4月贝尔实验室退出，通用电气公司也退出

19、了但最终，经过多年的努力，MULTICS成功地应用,运行MULTICS的计算机系统在九十年代中陆续被关闭MULTICS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UNIX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1969年，在贝尔退出MULTICS研制项目后，Ken Thompson和Dennis M.Ritchie 想申请经费买计算机从事操作系统研究，但多次申请得不到批准项目无着落，他们在一台无人用的PDP-7上，重新摆弄原先在MULTICS项目上设计的“空间旅行”游戏为了使游戏能够在PDP-7上顺利运行，他们陆续开发了浮点运算

20、软件包、显示驱动软件，设计了文件系统、实用程序、shell 和汇编程序1970年，在一切完成后，给新系统起了个同MULTICS发音相近的名字UNIX随后，UNIX用C语言全部重写，自此，UNIX诞生了小型计算机，电子游戏和小型计算机，电子游戏和UNIX的成功续的成功续UNIXUNIX是现代操作系统的代表。Unix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 促使UNIX系统成功的因素：首先，由于UNIX是用C语言编写，因此它是可移植的，UNIX 是世界上唯一能在笔记本计算机、PC机、工作站直至巨型机上运行的操作系统第二，系统源代码非常有效，系统容易适应特殊的需求最后，也是最重要的

21、一点，它是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统 随着大规模集成电路（在每平方厘米的芯片上随着大规模集成电路（在每平方厘米的芯片上集成数千个晶体管）的发展，计算机向着微型集成数千个晶体管）的发展，计算机向着微型化、网络化和智能化的方向发展。化、网络化和智能化的方向发展。个人计算机的时代到来了。个人计算机的时代到来了。个人计算机连接成了网络。因此运行其上的网个人计算机连接成了网络。因此运行其上的网络操作系统和分布式操作系统就开始崛起。络操作系统和分布式操作系统就开始崛起。多元化发展CP/M 操作系统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1973年

22、Gary Kildall看到对个人计算机操作系统的需求,设计了CP/M操作系统(Control Program/Microprocessor or Microcomputer)CP/M操作系统有较好的层次结构。它的BIOS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,具有较好的可适应性和易学易用性到了1981年，CP/M操作系统成为世界上流行最广的8位操作系统之一第四代大规模集成电路计算机第四代大规模集成电路计算机（19801980年年-至今）至今）微软MS DOS的产生、发展个人计算机的成功，逼得IBM采取紧急战略行动,决定要在1980年尽快生产出微型计算机，以应付挑战但没有操作

23、系统不行。要想快就是找现成系统配套，IBM公司洽谈 CP/M操作系统不顺利，机遇落到了微软公司在关键时刻，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，达成由微软经销西雅图计算机产品公司的QDOS操作系统的协议当时西雅图公司并不知道QDOS将被转卖给IBM，否则历史将会怎样演变，谁也无法知晓IBM在1981年推出个人计算机，宣布了PC-DOS操作系统版权合同：没有限制没有限制MS-DOSMS-DOS随着IBM PC和MS DOS普及，CP/M逐渐走向下坡路MS DOS有优良的文件系统 但受到Intel x86体系结构的限制 缺乏以硬件为基础的存储保护机制它属于单用户单任务

24、操作系统从1981的 1.0版到1998年在Windows 95/98之下的7.0版，MS DOS历经了16个年头迄今仍有MS DOS爱好者继续开发各种DOS软件产品兼容机市场，Compaq 与 Micro Channel拯救苹果公司的Macintosh(MAC OS)在推出IBM PC机后，市场卷起一股龙卷风IBM自己也没有料到产品会有如此巨大的成功IBM的成功说明必有其他公司失败。甚至连苹果公司也遇到了问题，销售数量落到了兰色巨人的后面苹果公司推出Lisa机遭到失败，Apple III型也遭到失败分析家们：微机市场上的战斗似乎兰色巨人要嬴了施乐Palo Alto研究中心-70年代的计算机研

25、究思想库 图形界面，手持鼠标，面向对象程序设计 微机网络，桌面出版和激光打印等等 很多先进概念和技术的原型都首次出现在这 1979年苹果公司允许施乐公司购买一百万股的苹果公司股票 作为回报，施乐公司允许苹果公司的少数人员，包括乔布斯，在有限的时间内考察施乐公司Palo Alto研究中心内部，并同该思想库的研究人员交谈苹果公司对Palo Alto研究中心内的技术大感吃惊他们更吃惊的是，施乐公司在拥有这些宝贵技术的同时竟然什么也没有做！对Palo Alto研究中心这些科学家们而言，苹果公司的人是他们第一次遇到真正理解他们技术的人这些科学家们后来有的去了苹果公司，微软公司，有的最终创办了自己的公司在

26、访问的基础上，苹果决定立即开发采用这些新技术的个人计算机苹果公司已看到 IBM PC机的技术有多么糟糕，但他们卖得又是特别的好MAC OS、鼠标的新型个人计算机1984年，人们看到一则广告：“What was that?”和对Macintosh的介绍,这是配有图形界面操作系统 MAC OS和鼠标的新型个人计算机MAC机一上市立即在市场上获得极大的成功当年比尔.盖茨都说，这是一台他的妈妈也能使用的计算机Macintosh把苹果公司从连续的失败中拯救出来 苹果公司又开始向前发展正是Mac先进图形界面操作系统技术，超前PC机若干年，造就了一批苹果的忠实追随者1983年10月，PC机竞争厂家的图形界面

27、相关产品上市面对市场压力，比尔.盖茨在1983年11月10日宣布推出Windows操作系统然而宣布容易，交货就不简单了，Windows交货期的灾难，成了当年计算机界的笑柄直到1985年11月20日，Windows 1.0才正式上市一波三折的微软一波三折的微软WindowsWindows操作系统操作系统Windows的历史记录Windows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，更换主管人员最多不过几年之后，Windows终于创造了销售成绩最佳的历史记录1992年4月，推出Windows 3.1,1993年5月，发表Windows NTWindows 95

28、，Windows CE，Windows 98，Windows 2000，Windows XP,windows 2003，windows vista，windows 7个人计算机采用Windows占90以上，微软公司成了垄断PC行业的同义词90年代末期，电子商务发展刺激对计算能力的要求，导致大型机市场的再度升温三十年的改进,IBM OS/390已成为有高可靠性、可扩展性、及安全可用性的现代大型计算机系统支持UNIX 95标准，UNIX应用程序可在IBM OS/390上运行包括TCP/IP的多种通信协议,有高网络安全性采用面向对象程序设计、并行处理、分布式处理以及客户机/服务器技术，具有较强的互操

29、作性、可移植性与可扩展性IBMIBM大型计算机操作系统大型计算机操作系统OS/390OS/390在PC机时代，人们曾经估计大型计算机会衰亡IBM OS/390是大型计算机复活的一个典型 那么，在21世纪的Internet和后PC的时代，大型机还会有什么演化，只有让时间来说明大型机：大型机：复兴？衰亡？复兴？衰亡？1990年秋天，Linus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，Linus买了台PC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Linus需要终端仿真程序来存取Usenet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

30、显示器、键盘和调制解调器的驱动程序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作系统原型，或者至少是它的一个内核Linux就以这样极其古怪但也极其自然式问世 InternetInternet时代与时代与LinuxLinux操作系统领域中新的操作系统有线电视机顶盒领域，PowerTV移动通信领域，EPOC掌上计算机领域，Palm OS数字影像领域，Digita通用嵌入式系统，Win CE,VxWorks uOSII操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展n n个人计算机上的操作系统n n嵌入式操作系统n n网络操作系统n n分布式操作系统n n智能

31、化操作系统n n6060年代末至年代末至7070年代初年代初 杨芙清院士主持杨芙清院士主持 我国第一台百万次集成电路计算机（我国第一台百万次集成电路计算机（150150）操作系统）操作系统 支持多道程序运行，在石油勘探领域成功应用支持多道程序运行，在石油勘探领域成功应用n n7070年代中后期年代中后期 杨芙清院士主持杨芙清院士主持 我国第一个全部用高级语言书写的我国第一个全部用高级语言书写的DJS240DJS240机操作系统机操作系统DJS200/XT2DJS200/XT2 层次管程结构模型，层次管程结构模型，PCMPCM设计方法，活跃管程结构模式设计方法，活跃管程结构模式国内操作系统的研制

32、状况国内操作系统的研制状况n nGX73GX73多机实时操作系统（多机实时操作系统（19781978年）年）国防科技大学国防科技大学19801980年年装在装在“远望远望”-I-I 号航天测量船上，完成了向太平洋发射号航天测量船上，完成了向太平洋发射运载火箭、潜水艇水下发射的测控任务；完成了我国第运载火箭、潜水艇水下发射的测控任务；完成了我国第一颗同步地球卫星的测控、定轨、控制任务一颗同步地球卫星的测控、定轨、控制任务n n银河银河-1 YHOS-1 YHOS巨型操作系统（巨型操作系统（19831983年）年）国防科技大学国防科技大学用于用于YH-1YH-1、YH-2YH-2超级计算机，用于我

33、国的石油勘探、天气预超级计算机，用于我国的石油勘探、天气预报和核物理研究报和核物理研究n nCOSIX v 1.X/2.0 COSIX v 1.X/2.0 国产国产UNIXUNIX类操作系统类操作系统（国家八五、九（国家八五、九五重点科技攻关成果，以中软为首，联合国内五重点科技攻关成果，以中软为首，联合国内1818个单位个单位共同完成）共同完成）n n嵌入式操作系统嵌入式操作系统HopenHopen（女娲计划）女娲计划）n nLinuxLinux类操作系统类操作系统 （红旗（红旗linuxlinux）n n银河麒麟服务器操作系统（国防科大）银河麒麟服务器操作系统（国防科大）国内操作系统的研制状

34、况（续）国内操作系统的研制状况（续）曙光计算机曙光计算机n1992年开始，863计划 曙光一号、曙光1000、曙光2000、曙光3000、曙光4000 n 2004年，每秒11万亿次的超级计算机曙光4000A，中国成为继美国、日本之后第三个能研制十万亿次商品化高性能计算机的国家。n2009年4月，速度最高达到每秒233.5万亿次的曙光5000A曙光5000A高效能计算机。成为继美国之后世界上第二个制造百万亿次商用高性能计算机的国家。n2008年11月发布的第32届世界超级计算机500强排行榜上计算速度位列第十，是美国以外世界上最快的高性能计算机。n2010.11 天河一号A 全球最快计算机 基

35、于NUDT YH Cluster集群，硬件上配备了Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心处理器(32nm Westmere-EP)、我国自主研发的飞腾FT-1000八核心处理器、NVIDIA Tesla M2050高性能计算卡、224TB内存、专有互连架构、Linux操作系统，总计186368个核心，Linpack最大性能2.566PFlops(每秒千万亿次浮点运算)、峰值性能4.701PFlops，系统效率54.6。思考和回顾个人计算机的兴起，结束了IBM的霸主地位Internet普及，Linux的成功，极大地推动了当代操作系统的研究发展活动据不完全统计，当前在Interne

36、t上，有超过100个操作系统的项目在14个国家中进行着一批批的程序设计员们自愿通过互联网组织成为研究小组，从事着各类操作系统的研究开发工作在一些影响全球的操作系统的诞生和发展过程中，大师们设计那些知名操作系统的初始动机真是各不相同的一个操作系统成功的缘由，似乎也在于某种机遇，往往是有心裁花花不开，无心插柳柳成行未来操作系统的发展是否还会是这个模式?在Internet时代，新概念、新思想、新原理和新技术层出不穷谁又能预测，未来会有什么样的新型操作系统在国际互联网上问世呢！思考和回顾（续）思考和回顾（续）1.3 操作系统的特征也称随机性，是指系统中各种事件的发生顺序是不也称随机性，是指系统中各种事

37、件的发生顺序是不确定的。确定的。不确定不确定不确定不确定并发并发并发并发两个或两个以上的事物在同一时间间隔内发生两个或两个以上的事物在同一时间间隔内发生共享共享共享共享系统中的软、硬件资源在其上的供多个程序共同享用系统中的软、硬件资源在其上的供多个程序共同享用 互斥共享互斥共享某时间内只允许一个进程访问，某时间内只允许一个进程访问，该进程访问完了，别人才可访问。如该进程访问完了，别人才可访问。如：打印机打印机 同时访问同时访问某时间段内，允许多个进程同时某时间段内，允许多个进程同时 访问。如：磁盘。访问。如：磁盘。虚拟虚拟虚拟虚拟通过某种技术手段把一个物理上的实体，变成多个通过某种技术手段把一

38、个物理上的实体，变成多个逻辑上的对应物逻辑上的对应物1.4 操作系统的功能创创创创 意意意意存储管理存储管理存储管理存储管理制作图片制作图片制作图片制作图片处理机管理处理机管理处理机管理处理机管理制作动画制作动画制作动画制作动画设备管理设备管理设备管理设备管理制作声音制作声音制作声音制作声音信息管理信息管理信息管理信息管理编制程序编制程序编制程序编制程序用户接口用户接口用户接口用户接口显示器显示器显示器显示器键盘键盘键盘键盘CD-ROMCD-ROM外存储器外存储器外存储器外存储器音响设备音响设备音响设备音响设备鼠标鼠标鼠标鼠标内存储器内存储器内存储器内存储器中央处理中央处理中央处理中央处理器器

39、器器 对处理机的分配和运行实施有效管理。对处理机的分配和运行实施有效管理。对处理机的分配和运行实施有效管理。对处理机的分配和运行实施有效管理。在多道程序环境下，处理机的分配和在多道程序环境下，处理机的分配和在多道程序环境下，处理机的分配和在多道程序环境下，处理机的分配和运行以进程为单位，因此对处理机的管运行以进程为单位，因此对处理机的管运行以进程为单位，因此对处理机的管运行以进程为单位，因此对处理机的管理即对进程的管理。理即对进程的管理。理即对进程的管理。理即对进程的管理。任务任务任务任务 进程控制进程控制进程控制进程控制 进程同步进程同步进程同步进程同步 进程通信进程通信进程通信进程通信 进

40、程调度进程调度进程调度进程调度 功能功能功能功能制作图片制作图片制作图片制作图片进程管理 方便用户使用内存方便用户使用内存 提高内存的利用率提高内存的利用率提高内存的利用率提高内存的利用率 从逻辑上扩充内存从逻辑上扩充内存 任务任务任务任务 内存分配内存分配内存分配内存分配 地址映射地址映射地址映射地址映射 内存保护内存保护内存保护内存保护 内存扩充内存扩充内存扩充内存扩充 功能功能功能功能创创创创 意意意意存储管理制作动画制作动画制作动画制作动画设备管理 完成用户程序请求的完成用户程序请求的完成用户程序请求的完成用户程序请求的I/OI/O操作，操作，操作，操作，为用户程序分配为用户程序分配为

41、用户程序分配为用户程序分配I/OI/O设备设备设备设备 提高外部设备的利用提高外部设备的利用提高外部设备的利用提高外部设备的利用 尽可能地提高输入尽可能地提高输入尽可能地提高输入尽可能地提高输入/输出的速度输出的速度输出的速度输出的速度 方便用户使用外部设备方便用户使用外部设备方便用户使用外部设备方便用户使用外部设备 任务任务任务任务 设备分配设备分配设备分配设备分配 设备控制设备控制设备控制设备控制 设备无关性设备无关性设备无关性设备无关性 功能功能功能功能 大量的信息以文件的形式放在外存，大量的信息以文件的形式放在外存，大量的信息以文件的形式放在外存，大量的信息以文件的形式放在外存，对信息

42、的管理也就是对文件的管理对信息的管理也就是对文件的管理对信息的管理也就是对文件的管理对信息的管理也就是对文件的管理 任务任务任务任务制作声音制作声音制作声音制作声音 文件存储空间的管理文件存储空间的管理文件存储空间的管理文件存储空间的管理 目录管理目录管理目录管理目录管理 文件的读、写管理文件的读、写管理文件的读、写管理文件的读、写管理 文件的存取控制文件的存取控制文件的存取控制文件的存取控制 功能功能功能功能文件管理编制程序编制程序编制程序编制程序操作系统接口 联机命令接口联机命令接口联机命令接口联机命令接口 脱机命令接口脱机命令接口脱机命令接口脱机命令接口 图形用户界面（命令接口的改版）图

43、形用户界面（命令接口的改版）图形用户界面（命令接口的改版）图形用户界面（命令接口的改版）命令接口命令接口命令接口命令接口 程序接口程序接口程序接口程序接口 也称系统调用系统调用1.5 操作系统类型成熟的成熟的成熟的成熟的发展中的发展中的发展中的发展中的 批处理系统批处理系统批处理系统批处理系统 分时系统分时系统分时系统分时系统 实时系统实时系统实时系统实时系统 微机操作系统微机操作系统微机操作系统微机操作系统 多处理机操作系统多处理机操作系统多处理机操作系统多处理机操作系统 网络操作系统网络操作系统网络操作系统网络操作系统 分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统Develop

44、ingDeveloped 嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统批处理系统工作方式：工作方式：工作方式：工作方式：1 1 用户将作业交给系统操作员用户将作业交给系统操作员用户将作业交给系统操作员用户将作业交给系统操作员 2 2 系统操作员将许多用户的作业组成一批作业系统操作员将许多用户的作业组成一批作业系统操作员将许多用户的作业组成一批作业系统操作员将许多用户的作业组成一批作业 之后输入到计算机中，之后输入到计算机中，之后输入到计算机中，之后输入到计算机中，3 3 在系统中形成一个自动转接的连续的作业流在系统中形成一个自动转接的连续的作业流在系统中形成一个自动转接的连续的作业

45、流在系统中形成一个自动转接的连续的作业流 4 4 启动操作系统启动操作系统启动操作系统启动操作系统 5 5 系统自动、依次执行每个作业系统自动、依次执行每个作业系统自动、依次执行每个作业系统自动、依次执行每个作业 6 6 最后由操作员将作业结果交给用户最后由操作员将作业结果交给用户最后由操作员将作业结果交给用户最后由操作员将作业结果交给用户卡片卡片早期批处理系统早期批处理系统IBM1401IBM7094IBM1401输入磁带输入磁带磁带机磁带机卡卡片片阅阅读读机机输出磁带输出磁带打打印印机机早期批处理系统早期批处理系统早期批处理系统早期批处理系统$END$RUNData for program

46、$LOADFortran program$FORTRAN$JOB,10,429754 Cherry Chen 典型的典型的JOB JOB 结构结构典型的典型的JOB单道批处理系统单道批处理系统n n早期的批处理系统n n一次只有一个作业进入主存n n也是一种单用户的操作系统 I/O处理想对于CPU运算太慢 CPU必须等待I/O指令完成后才能进行下一步操作多道批处理操作系统多道批处理操作系统当一个程序等待IO操作时，CPU可以运行另一个程序同时有多个作业进入主存通常称之为多任务或多道作业，多道程序(Multiprogramming or Multitasking)例子例子CPURAMDisk终端

47、打印机作业安排A）单道批处理Uniprogrammingb）多道批处理RAMDisk终端打印机作业安排MultiprogrammingCPU多道批处理系统：多道批处理系统：多道指某个作业占用CPU，若由于某种原因暂时不用CPU 则系统让第二个作业占用CPU，因此从宏观上看，计算机系统中有多个作业在同时运行。特点特点：内存中放多道作业内存中放多道作业 作业的完成顺序与进驻内存的顺序无严格对应关系作业的完成顺序与进驻内存的顺序无严格对应关系单道批处理系统单道批处理系统：一次只有一个作业进入计算机系统的存储器运行，即因而他也是一个单用户操作系统，各作业自动、顺序的运行。特点：内存中仅放一道作业特点：

48、内存中仅放一道作业 作业的完成顺序与进驻内存的顺序相关作业的完成顺序与进驻内存的顺序相关单道批处理系统单道批处理系统 和和 多道批处理系统多道批处理系统-优点：作业流程自动化 效率高，吞吐率高 吞吐量：单位时间内处理作业的个数-缺点：无交互手段，调试程序困难1 用户脱机使用计算机：用户脱机使用计算机：用户自己不能干预用户自己不能干预自己作业的运行，一旦发现作业错误不能及时自己作业的运行，一旦发现作业错误不能及时改正，并延长开发软件时间，所以适用于成熟改正，并延长开发软件时间，所以适用于成熟的程序。的程序。2 成批处理：成批处理：操作员把程序员的作业分组操作员把程序员的作业分组批处理操作系统特点

49、批处理操作系统特点分时系统 允许多个终端用户同时使用计算机，允许多个终端用户同时使用计算机，在这样的系统中，用户感觉不到其他在这样的系统中，用户感觉不到其他用户的存在，好象独占计算机一样。用户的存在，好象独占计算机一样。一台主机连接了若干个终端每个终端有一个用户在使用交互式的向系统提出命令请求系统接受每个用户的命令采用时间片轮转方式处理服务请求并通过交互方式在终端上向用户显示结果用户根据上步结果发出下道命令采用多道程序的方式交互地处理用户作业CPU被多个用户共享用户通过终端共享使用一台计算机主机主机终终端端操作系统将操作系统将CPUCPU的时间划分成若干个片段的时间划分成若干个片段,称称为时间

50、片为时间片操作系统以时间片为单位操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用轮流为每个终端用户服务户服务每次服务一个时间片每次服务一个时间片(其特点是利用人的错觉，其特点是利用人的错觉，使人感觉不到使人感觉不到)时间片：时间片：类型类型 简单分时系统简单分时系统具有前后台的分时系统具有前后台的分时系统多道分时系统多道分时系统 分时系统分时操作系统特点分时操作系统特点n n同时性n n交互性 n n独立性n n及时性同时有多个用户使用一台计算机同时有多个用户使用一台计算机宏观上：是多个人同时使用一个宏观上：是多个人同时使用一个CPUCPU微观上：多个人在不同时刻轮流使用微观上：多个人在不同时刻轮流使