计算机科学概论 第4章 操作系统

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1、第4章操作系统计算机科学概论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目的1操作系统概述2操作系统的运行3典型操作系统教学内容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1操作系统概述前面章节我们

2、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

3、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。操作系统的基本概念操作系统（OperatingSystem，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

4、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3．设备管理的功能4．

5、文件管理的功能5.用户接口6.网络与通信管理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

6、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

7、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