第1章操作系統(tǒng)概論本章知識點：1.1操作系統(tǒng)的作用1.2操作系統(tǒng)的演變

1.3操作系統(tǒng)的主要成就

1.4操作系統(tǒng)舉例(略)1.5操作系統(tǒng)的主要研究課題

11.1操作系統(tǒng)的作用

操作系統(tǒng)是計算機用戶和計算機硬件之間的接口程序模塊，它是計算機系統(tǒng)的核心控制軟件，其職能是控制和管理系統(tǒng)內(nèi)各種資源，有效地組織多道程序的運行，從而為用戶提供良好的工作環(huán)境，達到使用方便、資源分配合理、安全可靠等目的。 操作系統(tǒng)是現(xiàn)有軟件系統(tǒng)中最復(fù)雜的軟件之一。Denning[美]認為，到目前為止，在操作系統(tǒng)的研究開發(fā)方面主要取得了進程、內(nèi)存管理、信息保護與安全、調(diào)度與資源管理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等五項成就。21.1.1硬件系統(tǒng)和應(yīng)用程序間的界面

由操作系統(tǒng)定義的軟、硬件和數(shù)據(jù)，給程序員提供了方便的界面，使程序員和應(yīng)用程序更容易獲取和使用計算機系統(tǒng)中的資源、工具和服務(wù)。31.1.2作為資源管理者作為資源管理器的操作系統(tǒng)：

51.1.3推動操作系統(tǒng)發(fā)展的因素

操作系統(tǒng)的演變主要基于以下因素：①硬件升級以及新的硬件類型；②新服務(wù)；③修補；61.2操作系統(tǒng)的演變 操作系統(tǒng)發(fā)展至今已有三十多年。設(shè)計操作系統(tǒng)主要有兩個目的：第一，為程序的開發(fā)和執(zhí)行提供一個方便的環(huán)境；第二，為保證計算機系統(tǒng)順利執(zhí)行，操作系統(tǒng)對各個計算活動進行調(diào)度。

71.2.2簡單批處理系統(tǒng)

簡單批處理系統(tǒng)是專業(yè)計算機操作員（或機器）按作業(yè)的性質(zhì)將作業(yè)按類分成若干組，然后一組一組地來運行作業(yè)。 在早期計算機系統(tǒng)中，引進簡單批處理系統(tǒng)可以減少安裝磁帶、裝入程序和返繞磁帶等有關(guān)的工序浪費的時間，因此，也就減少了計算機的空閑時間。 批處理系統(tǒng)實質(zhì)上不提供用戶和程序之間的交互功能。程序中的所有問題必須事先安排好，也不能進行聯(lián)機修改。91.2.2簡單批處理系統(tǒng) 簡單批處理系統(tǒng)的中心思想是，通過應(yīng)用一種被稱為監(jiān)控器的軟件，使用戶不必再直接接觸機器，而是先通過卡片機和紙帶機向計算機控制器提交作業(yè)，由監(jiān)控器將作業(yè)組織在一起構(gòu)成一批作業(yè)，然后將整批作業(yè)放入由監(jiān)控器管理的輸入設(shè)備上，每當一個程序執(zhí)行完畢返回監(jiān)控器時，監(jiān)控器已自動裝入下一個程序。

101.2.2簡單批處理系統(tǒng) 批處理系統(tǒng)存在很多不方便之處，主要有：用戶不能與其作業(yè)交互以捕捉程序中的問題。用戶程序中的所有問題必須事先安排好，否則程序的排錯就可能在轉(zhuǎn)儲信息上盲目地進行。此外，對一個用戶作業(yè)而言，可能需要較長的周轉(zhuǎn)時間。 在批處理系統(tǒng)中，為了避免有意或無意地讀取他人的卡片，必須建立監(jiān)控和用戶兩種操作態(tài)，使其只有在監(jiān)控態(tài)下才能讀控制卡。通過建立一組僅能在監(jiān)控態(tài)下執(zhí)行的特權(quán)指令，操作系統(tǒng)就能保證在任何時候都能控制整個系統(tǒng)。111.2.3多道程序批處理系統(tǒng) 設(shè)想一臺電腦配備256KB的可用內(nèi)存空間(未被OS占用的)，一個磁盤，一個終端和一臺打印機。3個程序JOB1、JOB2和JOB3，同時被提交執(zhí)行，如下表所列。JOB1

JOB2

JOB3

作業(yè)類型偏重計算偏重I/O偏重I/O執(zhí)行時間5min15min10min所需內(nèi)存50KB100KB80KB是否需要磁盤NONOYES是否需要終端NOYESNO是否需要打印機NONOYES單道執(zhí)行情況如圖1.7多道執(zhí)行情況如圖1.8131.2.3多道程序批處理系統(tǒng)多道程序設(shè)計在提高資源利用率方面產(chǎn)生的效果

單道程序設(shè)計多道程序設(shè)計處理機使用17%33%內(nèi)存使用30%67%磁盤使用33%67%打印機使用33%67%經(jīng)過時間30min15min吞吐率6jobs/h12jobs/h平均響應(yīng)時間18min10min141.2.4分時系統(tǒng) 分時系統(tǒng)是一種由調(diào)度策略和多道程序設(shè)計技術(shù)所構(gòu)成的、同時供兩個或多個用戶使用的一種經(jīng)濟實惠的系統(tǒng)。 分時系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：當程序正在執(zhí)行時，允許用戶與計算機交互，從而大大縮短了系統(tǒng)的響應(yīng)時間，增加了用戶調(diào)試程序和控制程序運行的靈活性。151.2.5實時系統(tǒng)

實時系統(tǒng)是在響應(yīng)時間方面有嚴格制約的專用系統(tǒng)。實時系統(tǒng)與其他普通的系統(tǒng)之間的最大不同之處就是要滿足處理與時間的關(guān)系。

實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的區(qū)別在于：在分時系統(tǒng)中，快速響應(yīng)是需要的，但不是必需的；在實時系統(tǒng)中，處理事務(wù)必須在適合于此系統(tǒng)的特定時間限額內(nèi)完成。

171.2.5實時系統(tǒng)

實時操作系統(tǒng)主要是為聯(lián)機實時任務(wù)服務(wù)的，相比分時系統(tǒng)它有其自身的特點：(1)與分時系統(tǒng)一樣具有多路性和獨立性。

(2)對外部實時信號必須能及時響應(yīng)，響應(yīng)的時間間隔要足以控制發(fā)出實時信號的那個環(huán)境。(3)整體性強。

(4)有交互性，但這里人與系統(tǒng)的交互僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序。(5)要求有高可靠性和安全性，系統(tǒng)的效率則放在第二位。181.3操作系統(tǒng)的主要成就

操作系統(tǒng)是現(xiàn)有軟件系統(tǒng)中最復(fù)雜的系統(tǒng)軟件之一。到目前為止，操作系統(tǒng)已取得了5項主要成就：進程、內(nèi)存管理、信息的保護與安全性、調(diào)度與資源管理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

191.3.1進程

典型的進程實現(xiàn)

進程B正在執(zhí)行；進程A被中斷211.3.2存儲管理操作系統(tǒng)的5條存儲管理原則： ①進程隔離。

②自動分配和管理。

③支持組件編程—存儲器共享使得一個程序具有對另一程序的存儲空間進行尋址得可能性。

④長時間存儲。

⑤保護和存取控制。操作系統(tǒng)通常用虛擬存儲器和文件系統(tǒng)來滿足。221.3.2存儲管理看待存儲系統(tǒng)的兩種不同觀點(b)操作系統(tǒng)設(shè)計者觀點(a)用戶觀點231.3.3信息保護和安全性 同操作系統(tǒng)有關(guān)的安全和保護工作可分為以下3類：

①訪問控制：管理用戶對整個系統(tǒng)、子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的訪問，并且管理進程對系統(tǒng)中各種資源和目標的訪問。

②信息流控制：管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流以及傳遞給用戶的數(shù)據(jù)流。 ③確認：所提供的訪問及信息流控制機制；這些機制所支持的訪問及安全策略。

251.3.4調(diào)度和資源管理 操作系統(tǒng)的核心任務(wù)之一就是管理各種可獲得的資源以及合理地調(diào)度它們。任何資源分配和調(diào)度策略都必須考慮

公平性：給競爭資源的進程以平等的訪問權(quán)限，以免某些進程“餓死”。 不同敏感性：區(qū)分具有不同服務(wù)請求的不同類型的任務(wù)（既要考慮全局又要考慮局部）。 效率：在公平和效率的限制下，操作系統(tǒng)最好能有最大化吞吐量、最小化響應(yīng)時間。26)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6IaLdOgSjVmYq!t*w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8J8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRiUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkVkWnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnYq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7