[理学]操作系统讲稿.docVIP

第一章 操作系统概论 操作系统概念 任何一个计算机系统都是由两部分组成：计算机硬件和计算机软件。 计算机硬件通常是由中央处理机 (运算器和控制器)、存储器、输入设备和输出设备等部件组成，它构成了系统本身和用户作业赖以活动的物质基础和工作系统。计算机软件包括系统软件和应用软件。系统软件如操作系统、连接装配程序、系统实用程序、多种工具软件等；应用软件为多种应用目的而编制的程序。 没有任何软件之支持的计算机称为裸机(Bare Machine)，它仅仅构成了计算机系统的物质基础，而实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件改造的计算机。裸机在最里层，它的外面是操作系统，经过操作系统提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能 将裸机改造成功能更强，使用更方便的机器，通常称之为虚拟机(virtual machine)。 1．从系统管理人员的观点来看：操作系统是计算机资源的管理者。2．从用户的观点来看：引入操作系统是为了给用户使用计算机提供一个良好的界面，以使用户无需了解许多有关硬件和系统软件的细节，就能方便灵活地使用计算机 。 3 . 从发展的观点看：引入操作系统是为了给计算机系统的功能扩展提供支撑平台，使之在追加新的服务和功能时更加容易和不影响原有的服务与功能。 操作系统(operating system)： 是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机工作流程以便有效地利用这些资源，为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。 操作系统负责完成所有与硬件因素相关的（硬件相关）和所有用户共需的（应用无关）基本工作，从最底层统一提供通用的帮助和管理。 操作系统的历史 操作系统的发展和计算机的组成与体系结构相关，经历了四个发展阶段： 1946年—50年代末：第一代，电子管时代，无操作系统。 1950年代末－60年代中期：第二代，晶体管时代，批处理系统。  1960年代中期-70年代中期：第三代，集成电路时代，多道程序设计。 1970年代中期至今：第四代，大规模和超大规模集成电路时代，分时系统。 现代计算机正向着巨型、微型、并行、分布、网络化和智能化几个方面发展。 1.2.1手工操作 手工操作过程：先把程序纸带（或卡片）装上计算机，然后启动输入机把程序和送入计算机，接着通过控制台开关启动程序运行。计算完毕，打印机输出计算结果，用户卸下并取走纸带（或卡片）。第二个用户上机，重复同样的步骤。 手工操作存在问题：上机完全是手工操作，手工操作的慢速度和计算机的高速度之间形成矛盾.唯一的解决办法是摆脱手工操作，实现作业的自动过渡。这就出现了批处理。 1.2.2单道批处理系统(simple batch processing)计算机发展的早期，没有任何用于管理的软件，所有的运行管理和具体操作都由用户自己承担，任何操作出错都要重做作业，CPU的利用率甚低。解决的方法有两个：首先配备专门的计算机操作员，程序员不再直接操作机器，减少操作机器的错误。另一个是进行批处理，操作员把用户提交的作业分类，把一批中的作业编成一个作业执行序列。每一批作业将有专门编制的监督程序（monitor）自动依次处理。 1．批处理中的作业的组成：包括用户程序、数据和作业说明书（作业控制语言）。 “批”：供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成，在处理中使用一组相同的系统软件（系统带）。 2．两种批处理方式早期批处理分为两种：联机批处理和脱机批处理。 (1) 联机批处理 慢速的输入输出(I/O)处理仍直接由主机来完成。执行过程： 用户提交作业：对于作业、数据，用作业控制语言编写作业说明书； 作业以纸带或卡片为保存介质； 操作员合成批作业，通过输入设备（纸带输入机或读卡机）存入磁带； 监督程序根据系统资源情况读入一个作业； 从磁带读入汇编或编译程序，将用户作业源程序生成目标代码； 连接装配程序将目标代码变为可执行程序； 启动执行； 执行完毕，执行结果输出； 读入另一个作业，重复过程e-i； 一批作业完成后，处理下一批作业； 联机批处理主要优点：解决了作业自动转接，减少了作业建立和手工操作时间。联机批处理存在问题：CPU 与I/O串行操作，输入输出时，CPU处于等待状态。(2)脱机批处理（缓冲技术的一种）脱机批处理显著特征是增加一台不与主机直接连接而专门用于与输入输出打交道的卫星机。利用卫星机完成输入输出功能。主机与卫星机可并行工作。 卫星机：完成面向用户的输入输出（纸带或卡片），中间结果暂存在磁带或磁盘上。作业控制命令由监督程序来执行，完成如装入程序、编译