操作系統(tǒng)引論

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1、第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1.操作系統(tǒng)的目標(biāo)目前存在著多種類型的OS，不同類型的OS，其目標(biāo)各有所側(cè)重。通常在計(jì)算機(jī)硬件上配置的OS，其目標(biāo)有以下幾點(diǎn)：(1)方便性(2)有效性(3)可擴(kuò)充性(4)開放性1.1.2.操作系統(tǒng)的作用(1)OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口(2)OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者(3)OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象1.1.3.推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?1)不斷提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的利用率(2)方便用戶(3)器件的不斷更新?lián)Q代(4)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展(5)不斷提出新的應(yīng)用需求1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展

2、過程1.2.1.未配置操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(1)人工操作方式早期的操作方式是由程序員將事先已穿孔的紙帶（或卡片），裝入紙帶輸入機(jī)（或卡片輸入機(jī)），再啟動(dòng)它們將紙帶（或卡片）上的程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行。僅當(dāng)程序運(yùn)行完畢并取走計(jì)算結(jié)果后，才允許下一個(gè)用戶上機(jī)。人工操作方式的缺點(diǎn):(1)用戶獨(dú)占全機(jī)即一臺(tái)計(jì)算機(jī)的全部資源由上機(jī)用戶所獨(dú)占；(2)CPU等待人工操作當(dāng)用戶進(jìn)行裝帶（卡）、卸帶（卡）等人工操作時(shí)，CPU及內(nèi)存等資源是空閑的?？梢?，人工操作方式嚴(yán)重降低了計(jì)算機(jī)資源的利用率，此即所謂的人機(jī)矛盾。(2)脫機(jī)輸入/輸出方式利用脫機(jī)輸入/輸

3、出技術(shù),事先將裝有用戶程序和數(shù)據(jù)的紙帶，裝入紙帶輸入機(jī)，在一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，把紙帶（卡片）上的數(shù)據(jù)（程序）輸入到磁帶上。當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)，再從磁帶上高速地調(diào)入內(nèi)存。類似地，當(dāng)CPU需要輸出時(shí)，可先由CPU把數(shù)據(jù)直接從內(nèi)存高速地送到磁帶上，然后再在另一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，將磁帶上的結(jié)果通過相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出。脫機(jī)輸入/輸出方式的優(yōu)點(diǎn):(1)減少了CPU的空閑時(shí)間裝帶、卸帶，以及將數(shù)據(jù)從低速I/O設(shè)備，送到高速磁帶上（或反之）的操作，都是在脫機(jī)情況下由外圍機(jī)完成的，并不占用主機(jī)時(shí)間，從而有效地減少了CPU的空閑時(shí)間。(2)提高了I/O速度當(dāng)CP

4、U在運(yùn)行中需要輸入數(shù)據(jù)時(shí)，是直接從高速的磁帶上將數(shù)據(jù)輸入到內(nèi)存的，極大地提高了I/O速度，從而進(jìn)一步減少了CPU的空閑時(shí)間。1.2.2.單道批處理系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)的連續(xù)處理，需要先把一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，并在系統(tǒng)中配上監(jiān)督程序，在它的控制下，使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)處理。雖然系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理，是成批地進(jìn)行的，但在內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，故稱為單道批處理系統(tǒng)。(1)單道批處理系統(tǒng)的處理過程(2)單道批處理系統(tǒng)的缺點(diǎn)：系統(tǒng)中的資源得不到充分地利用。這是因?yàn)樵趦?nèi)存中僅有一道程序，每逢該程序在運(yùn)行中發(fā)出I/O請(qǐng)求后，CPU便處于等待狀態(tài)，必須在

5、其I/O完成后才繼續(xù)運(yùn)行。又因I/O設(shè)備的低速性，更使CPU的利用率顯著降低。下圖1-5示出了單道程序的運(yùn)行情況，從圖可以看出：在t2—t3、t6—t7時(shí)間間隔內(nèi)CPU空閑。1.2.3.多道批處理系統(tǒng)(1)多道程序設(shè)計(jì)的基本概念在該系統(tǒng)中，用戶所提交的作業(yè)先存放在外存上，并排成一個(gè)隊(duì)列，稱為“后備隊(duì)列”。然后由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法，從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。由于同時(shí)在內(nèi)存中裝有若干道程序，這樣便可以在運(yùn)行程序A時(shí)，利用其因I/O操作而暫停執(zhí)行時(shí)的CPU空檔時(shí)間，再調(diào)度另一道程序B運(yùn)行。同樣可以利用程序B

6、在I/O操作時(shí)的CPU空檔時(shí)間，再調(diào)度程序C運(yùn)行，使多道程序交替地運(yùn)行，這樣便可以保持CPU處于忙碌狀態(tài)。圖1-6示出了四道程序時(shí)的運(yùn)行情況。(2)多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)☆資源利用率高:引入多道程序能使多道程序交替地運(yùn)行，以保持CPU處于忙碌狀態(tài)；在內(nèi)存中裝入多道程序，來提高內(nèi)存的利用率；此外還可以提高I/O設(shè)備的利用率?！钕到y(tǒng)吞吐量大:能提高系統(tǒng)吞吐量的主要原因可歸結(jié)為：①CPU和其它資源保持“忙碌”狀態(tài)；②僅當(dāng)作業(yè)完成時(shí)或運(yùn)行不下去時(shí)才進(jìn)行切換，系統(tǒng)開銷小?！钇骄苻D(zhuǎn)時(shí)間長:由于作業(yè)要排隊(duì)依次進(jìn)行處理，因而作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間較長，通常需幾個(gè)小時(shí)，甚至幾

7、天。☆無交互能力:用戶一旦把作業(yè)提交給系統(tǒng)后，直至作業(yè)完成，用戶都不能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，這對(duì)修改和調(diào)試程序是極不方便的。(1)多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題多道批處理系統(tǒng)是一種十分有效，但又非常復(fù)雜的系統(tǒng)，為使系統(tǒng)中的多道程序間能協(xié)調(diào)地運(yùn)行，系統(tǒng)必須解決下述一系列問題：★爭用處理機(jī)問題★內(nèi)存分配和保護(hù)問題★I/O設(shè)備分配問題★文件的組織和管理問題★作業(yè)管理問題★用戶與系統(tǒng)的接口問題為此，應(yīng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中增加一組軟件，用以對(duì)上述問題進(jìn)行妥善、有效地處理。這組軟件應(yīng)包括：能有效地組織和管理四大資源的軟件，合理地對(duì)各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度和控制它們運(yùn)行的軟件，以及

8、方便用戶使用計(jì)算機(jī)的軟件。正是這樣一組軟件構(gòu)成了操作系統(tǒng)。據(jù)此，我們可把操作系統(tǒng)定義為：操作系