第1章 操作系统引论

 * 硬件（P1倒11）

   计算机物理装置本身，如CPU、RAM、显示器、打印机。

 * 软件：

  计算机执行的程序，如操作系统Windows UNIX 应用程序FrontPage。

 * 操作系统配置在计算机硬件上的第一层软件，

   控制硬件的工作，管理计算机系统的各种资源，

   并为系统中各个程序的运行提供服务。

1.1 操作系统的形成和发展

1.1.1 什么是操作系统（P2）

  UNIX命令：$ date [Enter]

 * 操作系统（P2-15）

   控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道

   程序运行的系统软件，是用户与计算机之间的接口。

 * 程序执行过程：

   程序存放在磁盘—程序调入内存—程序在CPU上运行—

   结果显在屏幕上。

1.1.2 操作系统的主要功能

 1.存储器管理功能（P3倒10）

  * 内存分配：为每道程序分配内存空间。

  * 地址映射：

    把程序中的相对地址（逻辑地址）转换成内存的物理地址。

   比如：把2001(01),2001(02)班1至50号学生

         安排在101课室1至100号的座位上。

  * 内存保护：

    内存中装入不同用户的程序，

    用上下界限寄存器控制程序在各自的内存空间中活动。

    内存扩充：程序正在使用的部分放在内存，其余部分放在磁盘上。

 2.处理机管理功能（P4）

  * 作业：用户的计算机任务。

  * 进程：程序的执行过程。

  * 处理机管理功能：

    作业和进程调度：

    作业调度是把选中的一批作业调入内存，建立相应的进程。

    进程调度是把内存中合适的进程调入CPU上运行。

    进程控制：创建、撤消、封锁和唤醒进程。

    进程通信：相互合作的进程之间交换信息。

 3.设备管理功能（P5）

  * 缓冲区管理：解决CPU快、外设慢的矛盾。

  * 设备分配、设备驱动、

  * 设备独立性：

    操作系统把用户程序中使用的逻辑设备映射到物理设备。

 4.文件管理功能（P5）

 * 文件存储空间的管理

 * 文件操作的一般管理：文件创建、删除、打开、关闭

 * 目录管理、文件的读写管理和存取控制。

 5.用户接口

  操作系统的三种界面（P6）：

 * 命令界面：提示符后输入命令。

 * 程序界面：用户程序中调用系统基层服务。

 * 图形界面：用鼠标、窗口、菜单、图标进行操作。

1.1.3 操作系统的地位（P6）

 1.硬件是软件建立与活动的基础，而软件是对硬件功能的扩充。

 2.软件分类：

   应用软件：解决某一类应用的程序。

   支撑软件：辅助软件开发的工具。

   系统软件：控制、管理计算机系统的资源。

 3.硬件平台：硬件配置环境。

 4.软件平台：为其他软件和用户提供工作环境的操作系统。

1.1.4 操作系统的发展历程

 * 推动操作系统形成和发展的动力（P7倒6）

   硬件技术的发展，促进了软件概念的形成。

 1.手工操作阶段（P7）

   “人工干预”把程序和数据送入计算机和取结果。

 2.早期批处理阶段（P8）

  * 单道处理：内存中只保留一道作业。

  * 早期脱机批处理（P8倒5）

   卫星机专门负责输入/输出工作，主机专门完成快速计算任务。

   “脱机”指I/O不受主机直接控制。

    解决了人机矛盾和CPU与I/O设备速率不匹配矛盾。

 3.多道批处理系统

  * 多道程序（P9-4）

    内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替地执行。

    提高了系统资源（CPU、内存、设备等）利用率，

    增加了计算机单位时间内完成的总工作量（吞吐量）。

 4.操作系统的发展（P10）

  * 分时系统：一台主机连接多台终端，

    每个用户都可以通过终端与主机进行交互。

  * 实时系统应用形式：

    过程控制系统：工业生产自动控制

    信息查询系统：仓库管理系统、图书资料查询系统

    事务处理系统：银行管理系统

1.2 操作系统的特征和体系结构

1.2.1 操作系统的特征（P11）

  * 操作系统的基本特征：并发、共享、异步性。

 1.并发：两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。

 2.共享：多个任务共用系统资源，

   例如：多个计算任务共享内存。程序并发执行时共享CPU。

 3.异步性：多道程序环境下，各程序的执行“走走停停”。

1.2.2 操作系统的体系结构（P12）

 1.单块式结构：无结构、各组成单位密切联系，不分层次的整体。

 2.层次结构：按照操作系统各模块的功能和相互储存关系，

   把系统中的模块分为若干层。接近用户应用的模块在上层，

   贴近硬件程序的驱动模块在下层。

 * 操作系统内核：下层程序模块，如：中断处理、设备驱动程序。

   例如：UNIX系统的核心层采用层次结构。（P13-6）

 3.微内核结构：所有操作系统基本上都具有的操作放在内核中。

1.3 操作系统的类型和主要产品

 * 操作系统类型（P14）

   多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、

   网络操作系统、分布式操作系统。

1.3.1 多道批处理系统（P14）

 * 作业(Job)：用户定义的、由计算机完成的工作单位。

   作业包括一组计算机程序、文件和对操作系统的控制语句。

 * 多道批处理系统中作业的流程

 * 批处理系统的优点：资源利用率高、系统吞吐量大。

 * 批处理系统的缺点：等待时间长、没有交互能力。

1.3.2 分时系统（P15）

 1. 分时概念和分时系统的实现方法

  * 分时：若干并发程序对CPU时间的共享，

    如CPU和通道并行操作，通道与I/O设备并行操作。

  * 时间片：共享的时间单位（几十毫秒），

    利用时钟系统把CPU时间分成时间片，

    操作系统轮流地把每个时间片分给各个并发程序，

    每道程序每次运行一个时间片。

    一台物理计算机可带多台终端，变成多台虚拟机，

    同时为多个用户服务。

 2.分时系统的特征和优点（P16）

  * 分时系统的特征：同时性、交互性、独立性、及时性。

  * 分时系统的优点：

    响应快、界面友好、多用户、便于普及、便于资源共享。

1.3.3 实时系统（P17）

 2.实时系统与分时系统的区别

 * 实时系统交互作用能力差，专用系统。

 * 分时系统响应时间：人们能接受的等待时间（秒）。

   实时系统响应时间：控制过程或信息处理过程能接受的延迟(ms)。

 * 提高实时系统可靠：

   硬件采取双机工作，软件加入多种安全保护措施。

1.3.4 个人机系统（P18）

 1.单用户操作系统：

   有DOS、Windows，个人使用、界面友好、管理方便、适于普及。

 2.多用户操作系统：

   有UNIX，多用户、可移植性好、功能强大、通信能力可。

1.3.5 网络操作系统（P19）

 * 网络操作系统特征：

   分布性、自治性、互连性、可见性（网络资源可见）。

 * 网络操作系统功能：网络操作系统建立在本地操作系统基础之上。

   实现网络通信、资源共享和保护、网络服务、网络接口。

1.3.6 分布式操作系统（P20）

 * 分布式操作系统：

   分布式处理，资源、功能、任务及控制等分散在各个处理单元上，

   可以多台计算机组成集合。

   可靠性好，某个机器不工作，可以由另外机器顶替工作。

1.3.7 操作系统的主要产品系列（P21）

 1. DOS单用户单任务操作系统。

 2. Windows单用户多任务操作系统。（P22）

    图形界面，处理多任务，设备驱动程序编进操作系统中。

 3. OS/2操作系统。

 4. UNIX多用户多任务分时操作系统（P24）

    Internet网上站点主机的主流操作系统。

1.4 操作系统的用户界面（P26）

↓   ↓   ↓

1.4.1 命令界面（P26）

 1.注册和退出系统

   login:ddxie（注册名）

   psssword:123456（口令）

   $ exit （普通用户主提示符：$）

   # exit （超级用户root主提示符：#）   

 2.UNIX命令的格式

   shell：命令解释程序接收并解释命令。

   命令名 [选项] [参数]

   $ ls -la /usr/meng  列出目录，长格式，全部，目录

 3.简单命令

   who  显示已登录的用户名

   date 显示日期和时间

   cal  显示日历

   pwd  显示目录路径

   ls   列出目录的内容

1.4.2 图形界面（P28）

 1.启动和退出桌面系统

  * 启动桌面系统

   文本方式

   $ startx

   转换到图形方式[Ctrl][Alt][F2]

   图形方式

   分别在Login域、Password域输入注册名、口令。

   转换到文本方式[Ctrl][Alt][F1]

  * 退出桌面系统

    File ---- Exit

 2.桌面系统的总体图（P29）

 3.使用鼠标（P30）

   单击、双击、右击、拖动。

 4.使用菜单（P30）

   桌面菜单：控制桌面系统。

   目录菜单：目录窗口顶端。

   图标菜单：右击图标出现。

   窗口菜单：控制窗口移动、大小。

   根菜单：在主桌面背景按鼠标可拉出，可重新启动桌面系统。

1.4.3 系统调用（P32）

 1.处理机执行状态：

  系统态：能使用特权指令，访问寄存器和内存。

  用户态：执行非特权指令。

 2.系统调用：

  用户程序、应用程序通过系统调用执行操作系统的内核。

自测题（P34）

 2.什么是操作系统（OS）？它的主要功能是什么？

  （P2-15、P3倒10、P273）

 3.在计算机系统中操作系统处于什么地位？（P6-16、P273）

 9.操作系统一般为用户提供了哪三种界面？

   各有什么特点？（P6-2、P274）

 10.UNIX是什么类型的操作系统？

  它的命令行格式一般是怎样？（P13-6、P27-14、P274）