操作系统原理教程
第 1章 操作系统概述
本章教学目标
? 了解操作系统的发展过程
? 掌握操作系统的作用
? 熟悉操作系统的主要功能
本章主要内容
? 1.1 计算机系统
? 1.2 操作系统的目标、作用与模型
? 1.3 操作系统的形成与发展
? 1.4 操作系统的特征与功能
1.1 计算机系统
? 1.1.1 计算机硬件
? 1.1.2 计算机软件
1.1.1 计算机硬件
? 概念
– 计算机硬件是指组成计算机系统的设备或机器，是
“看得见，摸得着”的物理部件，它是组成计算机系
统的基础。
? 组成
– 计算机硬件一般包括中央处理器（ CPU）、内存储器、
外存储器、输入设备和输出设备，其中 CPU与内存储
器合称为主机，外存储器、输入设备和输出设备合称
为外部设备。
? 硬件的关系
– 关系如图 1-1所示。
1.1.2 计算机软件
? 概念
– 计算机软件是指组成计算机系统的程序、数据和文档。程序是指令
的有序集合；数据是信息在计算机中的表示，是计算机处理的对象；
文档是各种说明文本，是软件操作的辅助性资源。
? 组成
– 系统软件：是支持和管理计算机硬件的软件，是服务于硬件的，它
创立的是一个平台。系统软件包括操作系统、数据库管理系统、计
算机编译语言和各种系统服务性程序。
– 应用软件,应用软件是完成用户某项要求的软件，是服务于特定用
户的，它满足某一个应用领域。应用软件包括计算机源程序和应用
软件包。
1.2 操作系统的目标、作用与模型
? 1.2.1 操作系统的作用
? 1.2.2 操作系统的目标
? 1.2.3 操作系统的层次模型
1.2.1 操作系统的作用
? 操作系统是计算机硬件上加载的第一层软件，
是对计算机硬件功能的首次扩充。其他软件只
有在操作系统的支持下，才能对计算机硬件工
作。
? 操作系统的地位如图 1-4所示。
? 操作系统是一种重要的系统软件。计算机硬件
加上 I/O管理软件称为虚拟机，虚拟机再加上文
件管理软件称为较强的虚拟机，较强的虚拟机
再加上窗口软件称为极强的虚拟机，如图 1-5所
示。
1.2.2 操作系统的目标
? 1．方便性
– 操作系统最终是要为用户服务的。给计算机配置操作系统后必
须使计算机系统方便使用。
? 2．有效性
– 操作系统要合理地组织计算机的工作流程，改善系统资源的利
用率，提高系统的吞吐量从而使有限的资源完成更多的任务。
? 3．可扩充性
– 操作系统也是为应用服务的，随着应用环境的变化，操作系统
自身的功能也必须不断增加和完善。
? 4．开放性
– 操作系统主要功能是管理计算机硬件的，必须适应和能够管理
不同的硬件。
1.2.3 操作系统的层次模型
? 操作系统也可以看成是一个层次结构，
– 其最底层为操作系统对象
– 中间层为对对象进行管理的软件集合
– 最高层为操作系统提供给用户使用的接口
– 如图 1-6所示。
1.3 操作系统的形成与发展
? 1.3.1 推动操作系统发展的动力
? 1.3.2 操作系统的发展
1.3.1 推动操作系统发展的动
力
? 1．不断提高资源利用率的需要
? 2．方便用户操作
? 3．硬件的不断更新换代
? 4．计算机体系结构的不断发展
1.3.2 操作系统的发展
? 1．无操作系统
? 2．批处理系统
? 3．分时操作系统
? 4．实时系统
? 5．微机操作系统
? 6．多处理机操作系统
? 7．网络操作系统
? 8．分布式操作系统
1．无操作系统
? 无操作系统的计算机系统的资源管理和
控制由人工负责。
? 方式：
– 人工操作方式：原理和特点
– 脱机输入输出方式,原理和特点
2．批处理系统
? 批处理系统主要是采用了批处理技术。
批处理技术是指计算机系统对一批作业
自动进行处理的一种技术。
? 方式：
– 单道批处理系统：原理和特点
– 多道批处理系统：原理和特点
3．分时操作系统
? 概念：
– 所谓分时系统就是采用了分时技术的操作系统。分时技术就是把处
理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给
各联机作业使用。
? 分时系统要解决的关键问题是
– 一是及时接收，二是及时处理。
? 分时系统的实现方式
– ① 单道分时系统
– ② 具有“前台”和“后台”的分时系统
– ③ 多道分时系统
? 分时系统的特征
– 有多路性、独立性、及时性和交互性。
4．实时系统
? 概念
– 实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在
规定的时间内，完成对该事件的处理，并控制所有
实时任务协调一致地运行。
? 类型
– 实时控制系统
– 实时信息处理系统
? 实时系统的特征
– 有多路性、独立性、及时性、交互性和可靠性。
5．微机操作系统
? 微机操作系统是指配置在微机上的操作
系统。
? 类型：
– 单用户单任务操作系统
– 单用户多任务操作系统
– 多用户多任务操作系统
6．多处理机操作系统
? 多个处理机之间的互联系统，在多处理机系统
上配置的操作系统是多处理机操作系统 。
? 类型
– 非对称多处理机模式：也称为主 -从模式，在这种模式中，把
处理机分为主处理机和从处理机两类，主处理机只有一个，
其上配置了操作系统，用于管理整个系统的资源，并负责为
各从处理器分配任务。从处理机有若干个，它们执行预先规
定的任务及由主处理机所分配的任务。
– 对称多处理机模式：所有的处理机都是相同的。在每个处理
机上运行一个相同的操作系统拷贝，用它来管理本地资源和
控制进程的运行以及各计算机之间的通信。
7．网络操作系统
? 概念
– 网络操作系统用于管理网络中的各种资源，
为用户提供各种服务。其主要功能有网络通
信管理、网络资源管理、网络安全管理和网
络服务等。
? 类型
– 客户 /服务器模式（ C/S）
– 对等模式
8．分布式操作系统
? 概念：
– 分布式处理系统是指由多个分散的处理单元经互
联网络的连接而形成的系统。在分布式系统上配
置的操作系统称为分布式操作系统。
? 特点
? ① 分布性
? ② 并行性
? ③ 透明性
? ④ 共享性
? ⑤ 健壮性
1.4 操作系统的特征与功能
? 1.4.1 操作系统的特征
? 1.4.2 操作系统的功能
1.4.1 操作系统的特征
? 1．并发性
– 在多道程序环境下，并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内
发生，即宏观上有多道程序同时执行，而微观上，在单处理机系统
中每一个时刻仅能执行一道程序。
? 2．共享性
– 共享是指系统中的资源可供多个并发执行的进程使用。
? 3．虚拟性
– 是指通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。
? 4．异步性
– 也称不确定性，是指在多道程序环境下，允许多个进程并发执行，
由于资源的限制，进程的执行不是“一气呵成”的，是“走走停停”
的。
1.4.2 操作系统的功能
? 操作系统是用户与硬件之间的桥梁，它主要负
责管理计算机系统中的所有资源，并负责它们
的调度和使用，充分发挥这些资源的作用和方
便用户使用计算机。
? 从资源管理的角度来看，操作系统的功能主要
有
– 处理机的管理
– 存储器的管理
– 设备的管理
– 文件的管理
– 作业的管理与用户的接口。
本章小结
? 熟悉和掌握以下基本概念：
– 批处理系统、分时系统、实时系统、网络系统、分
布式系统、脱机输入输出技术、多道程序设计技术、
分时技术
? 熟悉和掌握以下基本知识：
– 1,操作系统的作用
– 2．操作系统的设计目标
– 3,操作系统的特征
– 4,操作系统的基本功能
习 题
? 一、单项选择题
– 1—20题
? 二、填空题
– 1—10题
? 三、简答题
– 1—10题
第 1章 操作系统概述
本章教学目标
? 了解操作系统的发展过程
? 掌握操作系统的作用
? 熟悉操作系统的主要功能
本章主要内容
? 1.1 计算机系统
? 1.2 操作系统的目标、作用与模型
? 1.3 操作系统的形成与发展
? 1.4 操作系统的特征与功能
1.1 计算机系统
? 1.1.1 计算机硬件
? 1.1.2 计算机软件
1.1.1 计算机硬件
? 概念
– 计算机硬件是指组成计算机系统的设备或机器，是
“看得见，摸得着”的物理部件，它是组成计算机系
统的基础。
? 组成
– 计算机硬件一般包括中央处理器（ CPU）、内存储器、
外存储器、输入设备和输出设备，其中 CPU与内存储
器合称为主机，外存储器、输入设备和输出设备合称
为外部设备。
? 硬件的关系
– 关系如图 1-1所示。
1.1.2 计算机软件
? 概念
– 计算机软件是指组成计算机系统的程序、数据和文档。程序是指令
的有序集合；数据是信息在计算机中的表示，是计算机处理的对象；
文档是各种说明文本，是软件操作的辅助性资源。
? 组成
– 系统软件：是支持和管理计算机硬件的软件，是服务于硬件的，它
创立的是一个平台。系统软件包括操作系统、数据库管理系统、计
算机编译语言和各种系统服务性程序。
– 应用软件,应用软件是完成用户某项要求的软件，是服务于特定用
户的，它满足某一个应用领域。应用软件包括计算机源程序和应用
软件包。
1.2 操作系统的目标、作用与模型
? 1.2.1 操作系统的作用
? 1.2.2 操作系统的目标
? 1.2.3 操作系统的层次模型
1.2.1 操作系统的作用
? 操作系统是计算机硬件上加载的第一层软件，
是对计算机硬件功能的首次扩充。其他软件只
有在操作系统的支持下，才能对计算机硬件工
作。
? 操作系统的地位如图 1-4所示。
? 操作系统是一种重要的系统软件。计算机硬件
加上 I/O管理软件称为虚拟机，虚拟机再加上文
件管理软件称为较强的虚拟机，较强的虚拟机
再加上窗口软件称为极强的虚拟机，如图 1-5所
示。
1.2.2 操作系统的目标
? 1．方便性
– 操作系统最终是要为用户服务的。给计算机配置操作系统后必
须使计算机系统方便使用。
? 2．有效性
– 操作系统要合理地组织计算机的工作流程，改善系统资源的利
用率，提高系统的吞吐量从而使有限的资源完成更多的任务。
? 3．可扩充性
– 操作系统也是为应用服务的，随着应用环境的变化，操作系统
自身的功能也必须不断增加和完善。
? 4．开放性
– 操作系统主要功能是管理计算机硬件的，必须适应和能够管理
不同的硬件。
1.2.3 操作系统的层次模型
? 操作系统也可以看成是一个层次结构，
– 其最底层为操作系统对象
– 中间层为对对象进行管理的软件集合
– 最高层为操作系统提供给用户使用的接口
– 如图 1-6所示。
1.3 操作系统的形成与发展
? 1.3.1 推动操作系统发展的动力
? 1.3.2 操作系统的发展
1.3.1 推动操作系统发展的动
力
? 1．不断提高资源利用率的需要
? 2．方便用户操作
? 3．硬件的不断更新换代
? 4．计算机体系结构的不断发展
1.3.2 操作系统的发展
? 1．无操作系统
? 2．批处理系统
? 3．分时操作系统
? 4．实时系统
? 5．微机操作系统
? 6．多处理机操作系统
? 7．网络操作系统
? 8．分布式操作系统
1．无操作系统
? 无操作系统的计算机系统的资源管理和
控制由人工负责。
? 方式：
– 人工操作方式：原理和特点
– 脱机输入输出方式,原理和特点
2．批处理系统
? 批处理系统主要是采用了批处理技术。
批处理技术是指计算机系统对一批作业
自动进行处理的一种技术。
? 方式：
– 单道批处理系统：原理和特点
– 多道批处理系统：原理和特点
3．分时操作系统
? 概念：
– 所谓分时系统就是采用了分时技术的操作系统。分时技术就是把处
理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给
各联机作业使用。
? 分时系统要解决的关键问题是
– 一是及时接收，二是及时处理。
? 分时系统的实现方式
– ① 单道分时系统
– ② 具有“前台”和“后台”的分时系统
– ③ 多道分时系统
? 分时系统的特征
– 有多路性、独立性、及时性和交互性。
4．实时系统
? 概念
– 实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在
规定的时间内，完成对该事件的处理，并控制所有
实时任务协调一致地运行。
? 类型
– 实时控制系统
– 实时信息处理系统
? 实时系统的特征
– 有多路性、独立性、及时性、交互性和可靠性。
5．微机操作系统
? 微机操作系统是指配置在微机上的操作
系统。
? 类型：
– 单用户单任务操作系统
– 单用户多任务操作系统
– 多用户多任务操作系统
6．多处理机操作系统
? 多个处理机之间的互联系统，在多处理机系统
上配置的操作系统是多处理机操作系统 。
? 类型
– 非对称多处理机模式：也称为主 -从模式，在这种模式中，把
处理机分为主处理机和从处理机两类，主处理机只有一个，
其上配置了操作系统，用于管理整个系统的资源，并负责为
各从处理器分配任务。从处理机有若干个，它们执行预先规
定的任务及由主处理机所分配的任务。
– 对称多处理机模式：所有的处理机都是相同的。在每个处理
机上运行一个相同的操作系统拷贝，用它来管理本地资源和
控制进程的运行以及各计算机之间的通信。
7．网络操作系统
? 概念
– 网络操作系统用于管理网络中的各种资源，
为用户提供各种服务。其主要功能有网络通
信管理、网络资源管理、网络安全管理和网
络服务等。
? 类型
– 客户 /服务器模式（ C/S）
– 对等模式
8．分布式操作系统
? 概念：
– 分布式处理系统是指由多个分散的处理单元经互
联网络的连接而形成的系统。在分布式系统上配
置的操作系统称为分布式操作系统。
? 特点
? ① 分布性
? ② 并行性
? ③ 透明性
? ④ 共享性
? ⑤ 健壮性
1.4 操作系统的特征与功能
? 1.4.1 操作系统的特征
? 1.4.2 操作系统的功能
1.4.1 操作系统的特征
? 1．并发性
– 在多道程序环境下，并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内
发生，即宏观上有多道程序同时执行，而微观上，在单处理机系统
中每一个时刻仅能执行一道程序。
? 2．共享性
– 共享是指系统中的资源可供多个并发执行的进程使用。
? 3．虚拟性
– 是指通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。
? 4．异步性
– 也称不确定性，是指在多道程序环境下，允许多个进程并发执行，
由于资源的限制，进程的执行不是“一气呵成”的，是“走走停停”
的。
1.4.2 操作系统的功能
? 操作系统是用户与硬件之间的桥梁，它主要负
责管理计算机系统中的所有资源，并负责它们
的调度和使用，充分发挥这些资源的作用和方
便用户使用计算机。
? 从资源管理的角度来看，操作系统的功能主要
有
– 处理机的管理
– 存储器的管理
– 设备的管理
– 文件的管理
– 作业的管理与用户的接口。
本章小结
? 熟悉和掌握以下基本概念：
– 批处理系统、分时系统、实时系统、网络系统、分
布式系统、脱机输入输出技术、多道程序设计技术、
分时技术
? 熟悉和掌握以下基本知识：
– 1,操作系统的作用
– 2．操作系统的设计目标
– 3,操作系统的特征
– 4,操作系统的基本功能
习 题
? 一、单项选择题
– 1—20题
? 二、填空题
– 1—10题
? 三、简答题
– 1—10题
