4- 计算机科学导论- 操作系统-补充-2

计算机科学概论操 作 系 统

信息工程学院

教 学 目 的 了解操作系统的基本概念，说明操作系统的功能作用；

能够描述操作系统的组成要素，了解操作系统的分类； 理解进程的概念，理解死锁的概念、产生条件； 理解存储管理的内涵，理解虚拟存储的概念； 理解文件系统的作用，理解虚拟文件系统； 理解设备管理概念和缓冲技术； 了解典型的操作系统

教 学 内 容1 2 3

操作系统 概述

操作系统 的运行

典型操作 系统

学 习 重 点 操作系统的作用 操作系统的发展 操作系统的特征与功能 多道程序设计的概念 操作系统的模型

第一节 操作系统概述

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1. 操作系统概述主要内容： 操作系统的概念 操作系统的功能作用 操作系统的组成 操作系统的发展与分类

1. 操作系统概述 前面章节我们了解到，计算机的核心思想是程序存储，程序存储式计算机模型的基本 方案是，如要使计算机能够自动地计算，必须有一个存储器用来存储程序和数据；同 时要有一个运算器，用以执行指定的操作；有一个控制器，以便实现自动操作；另外， 辅以输入/输出部件，以便输入原始数据和输出计算结果。于是形成了现代计算机的基 本组成形式。 一台完全无软件的计算机系统称为裸机，即便其性能再强，相对于用户来讲，如果要 面对计算机的指令集、存储组织、I/O总线结构的编程则是十分困难的。对于一般程序

员也并不想涉足硬件编程的种种具体细节，而希望针对数据结构抽象地使用硬件。如果我们在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，用户便可以利用这层I/O设备管理软件提 供给用户的接口来进行数据的输入和输出，那么用户此时看到的计算机是一台功能强 大、使用方便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没有变化，这样的计算机称为 软件扩充的机器，或称软件虚拟机。

1. 操作系统概述操作系统的基本概念 操作系统( Operating System ,简称 OS )是管理计算机系统资源、控制程序执行，改 善人机界面，提供各种服务，合理组织计算机工作流程和为用户使用计算机提供良好运 行环境的一类系统软件。 操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作， 控制协调多个任务的活动，实现信息的存取保护，并提供用户接口，使用户获得良好的 工作环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化

1. 操作系统概述操作系统的基本概念 从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用户提供基本的方便的接口，这是一种

自顶向下的观点或是自内向外的观点。 从用户向机器的观点或自底向上的观点来看，操作系统则用来管理一个复杂计算机系 统的各个部分。现代计算机包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络接口、打 印机以及许多其他设备。从这个角度来看，操作系统的任务是在相互竞争的程序之间 有序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备的分配。

1. 操作系统概述操作系统的功能作用 1.存储器管理的功能 2.处理器管理的功能 4.文件管理的功能 5. 用户接口 6. 网络与通信管理

3.设备管理的功能

1. 操作系统概述1.存储器管理功能存储器管理主要涉及： 内存分配 内存分配的主要任务是为每道程序分配内存空间，但要以存储器利 用率最高、减少不可用的内存空间为准则，同时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。 内存保护 内存保护的主要任务是确保每道用户程序在自己的内存空间中运行， 互不干扰，也就是说绝不允许用户程序访问操作系统和其他用户的程 序和数据。 地址映射 一个应用程序经编译后，通常会形成若干个目标程序，这些目标程 序再经过链接而形成可执行程序。 内存扩充 由于物理内存的容量有限，难以满足用户的需要，存储器管理的 任务就是在不增加物理内存的条件下，借助于虚拟内存技术从逻辑上 去扩充内存容量，使用户所感觉到的内存容量比实际内存容量大得多。

1. 操作系统概述2. 处理器管理功能处理器管理的主要任务是对处理机进行分配，并对其运行进行有效的控制和 管理。在多道程序环境下，处理机的分配和运行都是以进程为单位，所以对处理 器的管理可理解为对进程的管理。 进程管理主要包括： 进程控制 进程同步 进程通信 调度

1. 操作系统概述

3.设备管理功能设备管理主要涉及： 缓冲管理 为达到缓解CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾，达到提高CPU和I/O 设备利用率，提高系统吞吐量的目的，许多操作系统通过设置缓冲区的 办法来实现。 设备分配 设备分配的基本任务是根据用户的I/O请求，为他们分配所需的设备。 如果在I/O设备和CPU之间还存在设备控制器和通道，则还需为分配出去 的设备分配相应的控制器和通道。 设备处理 设备处理程序又称设备驱动程序。其基本任务是实现CPU和设备控 制器之间的通信。 设备独立性和虚拟设备 用户向系统申请和使用的设备与实际操作的设备无关 。

1. 操作系统概述4. 文件管理功能文件管理主要涉及： 文件存储空间的管理 目录管理 文件的操作

1. 操作

系统概述5. 用户接口为了使用户能灵活、方便地使用计算机和系统功能，操作系统还提供了一组友好的使用其功能的手段称用户接口，它包括两大类：程序接口和操作接口。用户通过这些接 口能方便地调用操作系统功能，有效地组织作业及其工作和处理流程，并使整个系统能

高效地运行。

1. 操作系统概述用户接口 (操作接口、程序接口)

对对象操纵和管理的软件集合 (处理机管理软件、存储器管理软件、设备管理软件 、文件管理软件)

操作系统对象 (处理机、存储器、设备、文件)

操作系统的逻辑结构

1. 操作系统概述6. 网络与通信管理功能计算机网络源于计算机与通信技术的结合，从单机与终端之间的远程通信， 到全世界成千上万台计算机联网工作，计算机网络的应用已十分广泛。联网操 作系统至少具有以下管理功能：网上资源管理功能；数据通信管理功能； 网络管理功能包括：

故障管理 安全管理 性能管理 记帐管理 配置管理

1. 操作系统概述操作系统的组成 通常把组成操作系统程序的基本单位称作操作系统的构件。 1.内核 现代操作系统中大都采用了进程的概念，为了解决系统的并发性、共享性和随机性， 并使进程能协调地工作，系统必须有一个软件对硬件处理器及有关资源进行管理，以便 给进程的执行提供良好运行环境，这个部分就是操作系统的内核。 2.进程 进程是描述静态程序动态执行过程的单位。程序的一次执行创建一个进程，程序运行 完毕，进程结束。进程是进行并发程序设计的一个重要手段，进程能确切、动态地刻画 计算机系统内部的并发性，更好地解决包括处理器和内存等系统资源的共享性。 3.线程 线程是进程中一条执行路径，每个进程中允许有多个并行执行的路径，线程才是系统 进行调度的独立单位。可以把线程也看作是一种构件，它是组成进程构件的更小的构件 单位。

1. 操作系统概述操作系统的发展 1.无操作系统的计算机 2.单道批处理系统与多道批处理系统及执行系统 3.分时系统 4.实时系统

5.网络操作系统与分布式操作系统

1. 操作系统概述1.无操作系统计算机(人工操作计算机):两个缺点： (1)用户独占全部计算机系统资源。 (2)CPU等待人工操作。用户进行装带(卡)、卸带(卡)等人工操作时，CPU这个 系统最重要的资源空闲。

用户

纸带、卡片

计算机

手工操作计算机示意图

1. 操作系统概述2.批处理系统 所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统软件，在它的控制下， 计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的

作业。 批处理系统计算机首先出现的是联机批处理系统。 脱机批处理系统控制作业的输入/输出过程是：利用一台或几台微机 或主机的卫星机，让它们从输入机上读取用户程序，并输出到磁带上；

主机空闲时从输入磁带机上取作业运行，并把结果输出到高速输出磁带机上；当微机或卫星机空闲时，再控制向慢速外设上输出。

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