01.第01节课第一章操作系统引论

罗泽兵 · 发表于 2024-4-15 08:26:28

嘶。好的，同学们。我们开始上课。今天呢？我们给大家首先介绍一下。操作系统。上课。它的一个基础概念。也就是我们的操作系统理论。那么对于我们。比较熟悉计算机使用的人来说。每个计算机呢，基本上。都有。

操作系统。那是我们目前发展的这个情况呢，是使用的操作系统呢，是不要普遍的。我们操作系统引论的。主要呢，有这几个方面。第一个。操作系统，它的目标。和作用。大家想一想。我们去现在呢？我们去商场里电脑商场里买电脑。基本上。

都需要安装操作系统。那么很难呢？买一个电脑而不装操作系统。也就是说，我们去买电脑，这个买了电脑之后呢？我们几乎不可能。什么软件都不装，操作系统也不装，那么就直接拿回家去使用，那么其实呢，我们就算当时不装的话，我们拿回家呢，可能还是要装一个操作系统。那么也就是说，

我们的操作系统，它是起一个什么样的作用呢？那么，对于我们的普通的使用，这样一个计算机的人来说，我们我们就算买了一个电脑。我们面对着主机。电源鼠标键盘。这是硬件。而没有操作系统的话。那么基本上呢？我们只能呢？望洋兴叹什么事呢？我们也做不了。那就是我们的操作系统。

它的所产生的这样一个作用。那么，我们操作系统呢？它要达到一个什么样的目标呢？我们操作系统的目标。那就是能够。为我们普通的。用户所使用。能够实现它的功能。和它的这样一个作用。接下来我们看一下它操作系统的发展过程。对于现在一些。年纪比较大的人来说呢。可能呢，它所使用的操作系统的种类呢，

比较多一些。所以开始了我们的操作系统。那这是说更久以前。在更久以前呢？我们操，我们计算机呢，那是没有操作系统的，基本上呢，都是人工操作，人工操作的手段。那么，直到后来发展呢？经过了我们的批处理。分时实时。这些系统。

最后呢，有了我们的操作系统。也就说我们的操作系统呢，它经过了许多的发展。比方说，我们最开始比如说win九五WINDOWS操作系统。可能现在一些年纪比较大的人，他可能使用过的呢，就是早的一些操作系统，比如说win九五。win九八，win 2000。WINDOWS XP那么直到现在的。我们所使用的WIN 7。win 8，

win 10。win 11那么这些呢？都是我们操作系统。经过了一段时间之后的发展。那么，所形成的这样一些不同的操作系统的种类。比如说我们操作系统呢，它是一个发展的过程。他经过了多次的更新换代。直到呢，发展到目前的这样一个情况。接下来我们来看一下操作系统的基本特性，因为我们操作系统呢，它要有自己的基本特性。比如说我们的操作系统有哪些特性呢？

比如说这个我们后面要讲的，并发共享。虚拟易付。这些呢，都是。操作系统，它的特性。因为操作系统呢，它造了一个我们计算机要使用的基本系统的软件。那么，它的具有自己的特本基本特性。这些特性呢，能够使得操作系统能够更好的。实现它的这样一个功能。更好的。

为我们用户所服务。那么，接下来我们看一下操作系统的主要功能。操作系统的主要功能有些什么呢？比如说我们。应用程序。要使用计算机的。硬件，比如说键盘，鼠标显示器，主机。打印机。要使用这样一些设备。那么，我们的设备呢？

我们就需要操作系统，它提供系统调用。以及呢，如果我们要通过我们图形化的这样一个作用，使用操作系统的话，那么操作系统呢，还要基本提供基本的图形。图标并列。这样一些窗口化的模式。来提供操作系统，它的这个功能。另外呢，我们操作系统。还需要对我们的计算机的资源进行管理。大家要知道，

我们计算机呢，它有很多的资源，比如说。建行鼠标显示器，主机，打印机这些呢，都是我们计算机的资源。而且呢，还有我们看不见的，还有什么呢，还有我们的存储软存储功能。比如说我们的存储器，我们看不见的，还有我们的存储器。这些呢，

都是计算机的资源，我们操作系统呢，它就要实现对这些资源的管理。如果不对这些资源进行管理呢，那么就有可能呢，会产生混淆，会产生错误，那么会出现错误。所以呢，我们操作系统呢，需要对我们的计算机的这些资源呢，进行一个基本的管理。主要的管理功能有哪些呢？比如说对于我们的。处理机，

我们的CPU。我们就有一个处理机管理。所以呢，我们操作系统当中的程序进程，我们就有一个进程的管理。对于我们的存储器。我们就有一个存储器管理。那么，对于我们的操作系统，系统当中我们存放的资料。我们的这样一个材料。我们的数据，我们这个时候呢，就还有一个文件管理。另外呢，

对于我们的打印机。键盘鼠标。这些输入输出设备。我们就还有一个设备管理，也就是我们的IO管理。这是我们的操作系统，它的功能。所以说它的系统呢，它有它的目标和作用，它的发展过程，它的基本特性以及呢，它的。要实现的主要功能。这是操作系统，它的这样一个主要的概念好，

接下来呢，我们具体看一下。我们具体看一下操作系统的它的这样一个主要的内容，我们首先看一下。操作系统，它的目标和作用。操作系统呢？所以先。它的这样一个出现。那么是为了。满足。我们所使用的设备的。调用以及呢，控制方面大家知道我们计算机的出现呢？最先，

我们计算机的出现呢，是应用于我们的军事方面。他没有想到，能够运用到如今成为一个比较普遍的。基本上所有人都能使用到的这样一个情况，它最先呢，是使用于我们的军事方面，并且呢，要专业的人员才。才能够进行使用。而操作系统呢？那么则是后面呢？能够对我们的计算机的资源进行管理，对我们的设备进行调控，那么提供了这样一些控制的功能，

以及呢？我们对计算机的使用。提供这样一些帮助，所出现的这样一个系统软件。我们操作系统呢，它的目标呢，与应用环境有关，比如说在查询系统中所使用的OS，这里的OS是什么呢？OS就是operating system，就是我们的操作系统的英文缩写。OS所以说接下来我们要讲的时候呢，我们都使用我们的OS。那么，我们希望提供良好的人机交互性。

对于应用于工业控制，武器控制及多媒体环境下的操作系统的OS呢，要求具有实时性。对于具有危机上配置的操作性的OS呢，则正看重其使用的方便性。那么，这里呢？对于查询系统来说，比如说我们需要对我们进行的程序的。进行一个操纵。所以呢，我们要希望我们能输入一些数据，它并且呢，能够进行显示和回应。这时呢，

我们希望呢，它就能够实现我们的人机交互性。所以我们应用于工业控制，武器控制及多媒体环境下的操作系统，则更具有实时性。那么，什么是实时性呢？那么就是说我们需要呢？它能够及时的做出响应。比如说对于我们工业控制，武器控制呢，这些比较要求精准的，精确的，这样一些设备来说。我们希望呢，

他能够及时的响应。那么，这对于我们微绩效配置的操作系统则更看重呢？是其使用的方便性。那么，这是我们普通用户使用计算机，他所需要的这样一些功能。所以说我们来看一下。操作系统的目标。操作系统的目标呢，由我们的。方便性。有效性。可扩充性以及呢？开放性。

方便性是什么呢？方便器也就说我们普通使用这样一个计算机来说。啊与现在呢？我们主要使用的操作系统呢？是我们的WINDOWS。是我们的WINDOWS，另外呢，还有其他的操作系统，比如说linux。有点意思。以及我们几个国产的操作系统。那么，我们比如说一些。说上了年纪的人。可能呢，

我们在使用。计算机的时候呢，我们希更希望能够通过点击图形，点击图标，点击文字。这样呢，就能实现我们要操作的这样一个目的。而我们的有些操作系统，比如说unix linux，那么这些基于命令的。操作系统的，比如说我们要实现一个功能，要完成一个操作，我们这个时候呢，就要输入一些命令。

来完成我们的这些操作，这个时候呢，除了一些专业人士。其他人呢？来使用这些unix linux呢？使用他们的命令方式呢？是非常的不方便的。比如说你是年纪大的人，他希望呢，点击一个图标，用鼠标来点击一个画面，就能得到它的这样一个。想使用的功能。而我们的尤里克斯和伊利克斯呢？它就必须要用链命令的方式呢，

才能实现我们的操作，那么所以我们的操作系统呢，它就要方便我们的许多人的使用，大部分人的使用。所以说提供了什么？命令以及呢图标以及我们的文字以及呢窗口化的形式。来实现我们的。使用的功能，这是我们的方便性，方便呢，更多人进行使用，那么我们来看一下有效性。有效性是什么呢？有效性指的是我们的操作系统。它在我们的这样一个数据，

以及呢，设备的使用方面呢，它的操作呢，是有效的，是可以进行的。那么，在我们进行使用的时候呢？我们的这些设备，我们的这些数据。能够。非常。有作用的。进行一个操作。这是我们的有效性。比如说我们，

比如说我们要使用一个。work.我们要使用画画。我们在输入我们的文字，以及呢，进行我们画面的这样一个画画的时候呢，我们希望我们做出的操作呢。都能够对我们的结果呢产生影响。比如说我们不不管是在我们的word当中输入文字，还是在我们的图画中进行画画，那么我们做什么样的操作？那么系统呢，就能产生什么样的效果，进行什么样的回应，这是我们的有效性。

另外呢，还有一个可扩充性。还有一个可扩充性是什么呢？比如说我们需要使用一些功能，比如说我们聊天。聊天我们就要装上我们的QQ软件。我们要。写邮件。我们就要装上我们的邮箱软件。这些呢，都需要在我们的这样一个计算机当中。另外呢，添加一些。这样一个增加的操软件使用，这是我们的扩充性的部分，

另外呢，就是说我们的操作系统呢？它还是能够自己进行扩充的，比如说我们目前呢WINDOWS，它经常呢？还要打一些补丁，这个打补丁呢，就是对我们的系统呢进行扩充，进行更改，进行更新。比如说我们打补丁呢，就是将我们的系统呢，再进一步的进行提升，所以说这是我们操作系统的可扩充性。开放性呢，

也就是说我们的开放性就是能够提供给更多的用户进行使用。比如说我们的unix linux呢，这些都是开源的操作系统，这些开源的操作系统呢，很多人。都能够进行修改，进行调整，进行使用，那么这是我们unix linux。它的这样一个。设备使用的使用的方式，它呢，具有开放性的这些功能，所以说我们操作系统的目标，它就。

具有我们的方便性，有效性，可扩充性，以及我们的方开放性。好，我们接下来再看一下操作系统的作用。操作系统呢，是作为用户与计算机系统之间的接口。它是什么样的含义呢？操作系统。作为用户与计算机软硬件之间接口的含义呢，是操作系统处于用户与计算机系统之间。用户通过操作系统呢来使用计算机硬件，或者说使用计算机系统，也就是说用户呢，

在操作系统下呢？能够方便，快捷，可靠的操作，计算机硬件和运行自己的程序，比如说我们操作系统呢？它是作为计算机硬件之间与用户之间，它的一个接口也就说在硬件之上呢，我们有一层操作系统。在操作系统之上呢，可能还有用过程序，我们的操作系统呢，它提供了我们的系统调用。命令窗口图标这些方式呢？提供用户呢？

来使用藏我们计算机硬件之间硬件的这些功能。我们计算机的硬件呢？它有我们的计算机。主机硬键盘显示器存储器打印机，那么这样一些设备，这样一些硬件资源。那么，操作系统呢？我们不能够直接我们用户呢？如果没有操作系统的话，那么大家想一想。我们把计算机买回家，不装操作系统，那么我们就面对着我们的这些硬件，面对着我们的键盘显示器。

主机电源打印机，我们面对的这些设备呢，我们什么也做不了。那么，操作系统呢？它就作为我们。用户与计算机之间的接口呢？它就提供了我们用户使用计算机这样一个渠道。操作系统，它就将我们的。系统调用。命令。图标窗口这些方式。将它覆盖在我们的硬计算机硬件之上。用户呢，

可以通过我们的应用程序，也可以直接呢通过他提供的功能使用我们的硬件。这是操作系统呢，可以呢，作为我们用户呢，与计算机之间硬件的这样一个接口。它的这样一个功能，就是说提供了用户使用计算机硬件它的渠道。接下来我们看一下。操作系统，它作为计算机资源的管理者。刚才我们讲过。我们计算机啊，我们的计算机当中有许多的硬件资源，哪些硬件资源呢？

比如说。处理机，存储器，还有设备，另外呢，还有一些软件资源，什么软件资源呢？数据和程序，也就是我们的文件。操作系统呢，需要对我们的这些硬件资源和软件资源呢进行管理。那么也就是说。这些资源呢？我们分为了存储器。处理机还有设备以及文件。

数据程序那么操作系统的管理功能呢？就是我们的处理器管理，存储器管理。设备管理以及我们的文件管理，这是我们的操作系统的主要功能，就是对这四类资源呢。进行有效的管理。比如说处理机呢，就是管理了，就是用于分配和控制处理机。这是什么样的含义呢？比如说。在处理期管理当中。我们的CPU是一个非常宝贵的资源。这个时候呢，

如果有进程，要使用CPU的话，那么如果进程比较多，那么这个时候就涉及到如何分配CPU。如何进行管理？哪些进程先运行？运行了之后呢？处于一个什么样的状态，放到哪里？接下来我们的处理期呢，又该分配给谁进行使用？这些呢，都是我们。处理及管理需要。涉及的内容。

比如说。我们有四个人。要使用一台计算机。都想大家都想玩这台计算机，而不可能呢，我们这台计算机呢，同时分配给我们四个人呢进行使用，因为只有一台计算机，而有四个人。那么，我们处理器管理它的功能呢？就是设计一个策略，设计一个算法。将我们的记处理器呢？按照这样一个策略算法。

按顺序分配给某个人进行使用，某个人使用完了之后呢，再分配给另外的人使用。使用完之后呢，再进行分配，那么这是我们处理期呢，进行管理。这是我们处理器的分配和控制的功能。存储器管理呢，主要负责内存的分配与回收。也就是说。我们有一些进程进程呢，需要放在我们的内存当中进行使用进行运行。那么这个时候呢，就出现一些问题。

我们应该分配哪一些进程？哪一些进程分配到哪一个内存当中？分配多少给他？如何分配。分配完之后。如何进行回收？回收的这样一些。内存还要进行如何的处理？这些呢，都是我们内存的分配与回收，它的实现的功能。另外呢I。IO设备管理，它是负责IO设备的分配与回收的操作。也就是说。

我们要将我们的IO设备分配给哪一个进程？如何分配。分配多长时间？分配之后呢，如何进行回收？这些呢，都是IO设备要负责的这些功能。文件管理呢，是实现对文件的存储，共享和保护，那么就是说我们计算机当中呢，它的软件资源呢，有我们的文件数据和程序。那么，我们的文件管理呢？

就是实现了对文件的存储，共享和保护。那么，我们知道文件呢？应该存放在哪一个区域？存放的如何进行存放？我们是否呢能对这些文件呢进行使用，并且呢，如何进行使用？使用之后呢，我们如何将这些文件呢进行存放？并且呢，这项文件呢？是否能够被任意的用户所使用，是否需要添加保护，

那么这些呢？都是文件管理要实现的功能，所以说。我们的操作系统呢？它的确呢是我们计算机资源的管理者，我们可以把我们的操作系统呢？看做我们计算机资源的管理者。另外呢，我们操作系统呢，还实现了对计算机资源的抽象。对于一台完全无软件的计算机系统，也就是裸机，由于它向用户提供的仅仅是硬件接口，物理接口。因此呢，

用户必须充分的。对硬件接口的细节呢，有一些了解，那么这样呢，就是指该物理机器呢，难以广泛使用。为了方便的用户呢，使用IO设备，人们在逻辑上呢，覆盖上了一层IO设备管理软件。用它呢来实现对我们的IO设备的管理细节，并且呢，将上层IO设备呢，抽象为一组。数据结构及主要IO操作命令，

比如说我们要使用我们的系统的这样一个硬件资源的话。我们还需要我们的操作系统提供我们的系统调用，提供我们的命令，提供我们的窗口。提供我们的图标，尽让用户呢，能够方便的对我们的计算机呢，进行一个使用，比如说操作系统呢。提供了对我们。计算机硬件。资源。使用的接口，比如说它实现了对计算机资源的抽象。这是我们操作系统的，

它的这样一个目标和作用，那么我们再来看一下我们操作系统呢？它是不断的发展的。从我们的WINDOWS九五到九八到2000，到WINDOWS XP，到我们的现在的WIN 7 win 8 win 10 win 11。操作系统呢，是不断的进行发展的，那么我们来看一下推动不断推动操作系统发展的主要动力有哪些呢？第一个不断提高的。计算机资源利用率，这是一个原因。也就是说。我们的系统的资源利用率最开始的时候呢，我们计算机啊。

它是一个人工的阶段。它是没有操作系统的，人工的阶段是什么呢？人工的阶段在这个阶段当中呢？通常呢，我们只有一道程序，只要一道程序，那么我们的CPU呢？通常在我们进行程序输入，或者说程序使用IO设备的时候呢？我们的CPU。他可能呢，长时间的处于一个闲置等待的状态，得不到利用，并且呢，

由于我们其他的这样一些设备，它需要的。进行一个使用，为了提高它的利用率，我们这个时候呢，就需要不断的提高系统资源的利用率。那么，这样一个原因就是推动我们操作系统的不断的发展。那么，我们操作系统呢？要进行发展才能够呢？更加。合理的利用我们计算机的这样一些资源。第二个方便用户，那么最初呢？

我们有unix linux，这是基于命令的操作系统。那么，这些操作系统呢？那么，它可能呢？对我们普通用户来说是不太方便的。并且呢，我们最开始的计算机呢？它是只能由专业人士来进行使用的，普通人呢，是根本无法进行我们这样一个最初的计算机的使用的。为了提高计算机的这样一个普普遍，以及呢，它的用户使用的方便性呢，

比如说我们进行图标图表窗口。命令这样一些方式的使用，那么为了方便用户，那么我们计算机呢？还需要。提高我们操作系统，它的发展，这个也就是说方为了方便用户，我们还需要推动操作系统的不断发展。另外呢，还有我们操作系统细节呢，不断进行发展。我们操作系统呢，它的这样一些器件，比如说。

我们的设备。我们的这样一些。处理期。我们的这样一些打印机，键盘显示器，主机这些设备呢，不断的更新换代。不断的更新换代呢，那么有可能呢，我们的操作系统呢，那么不能够满足这些设备。它所使用，所提供的这样一个软件的这样一个支持，所以说操作系统呢，还需要。

不断的发展难以满足了这些设备呢所需要提供的软件支持，来发挥它的效用。另外，第四个现计算机体系结构不断的发展，计算机体系结构呢？有可能呢？最开始呢，我们CPU的。是我们的处理器呢？是我们的单核的，或者说单线程的。它的主频呢，是我们的一点零的。到现在呢，发展到现在，

可能我们的处理器呢，是我们的双核或者说四核。更可能的是，我们的八核，16核的这些情况。并且呢，它的主频可能达到了二点零二点二点五之类的，这样一些这样一些方式。那么，我们的计算机体系结构在不断发展，我们的操作系统呢？如果没有进行更新换代的话。不能够适应我们的计算机的这些体系的这些变化，那么有可能呢，我们的这样一些处理期，

我们的这些设备。它就不能够完全的发挥它的这样一些效用，不能够发挥它的这样一些功能。我们只有将我们的操作系统呢，适应我们的计算机的这样一些体系结构，我们才能够呢，让我们的设备呢。发挥出它应有的作用，它的功能才能完全发挥出它的这样一些效果。这是所以说我们操作系统呢，要不断的发展，以适应了我们计算机体系结构的不断进行发展。另外呢，第五个不断提出新的应用需求，我们的其他的应用需求呢，

有很多，比如说。我们的计算机呢，要完成某些操作，它需要更快更短的时间，以及呢，我们它需要更迅速的达到这样一个处理功能。这些呢，都是我们计算机呢，它需要的新的应用需求，我们的操作系统呢，它就必须呢。适应我们这些新的应用需求，它的这样一些作用，所以说我们操作系统呢，

需要呢，不断发展这些呢，都是推动操作系统发展的主要动力。接下来，我们给大家介绍一下操作系统的。它的这样一些发展过程。在我们最开始的时候。五，20世纪50年代中期呢，出现了第一个简单的批处理操作系统。在60年代中期开发出了多道程序批处理系统。不久呢，又推出分时系统。与此同时，用于工业和武器控制的实时操作系统呢？

也出现了。到了20世纪70年代到90年代呢，大规模集成的这样一个计算机体系结构呢，也不断的发展。导致了微型机多处理器和计算机网络的诞生和发展，并且呢，相继开发出了微机操作系统。多处理器操作系统和我们的网络操作系统，这是我们操作系统的，它的发展过程由最开始的是一个简单的批处理系统。最开始后来呢，又发展了多道程序以及呢批处理系统，这是我们操作系统呢，它的这样一个发展的过程。所以现在我们来看一下下我们的未配置操作系统的计算机系统。

这个时候呢，最开始的时候呢，我们的计算机呢，它是没有配置我们的操作系统的，它的目的呢，是用于我们。军事方面，这样一些作用。这个时候呢，他还没有考虑到我们这个计算机呢，还能够普遍的为众多人所使用。这个时候，它主要用于我们的军事目的，最开始呢，是由我们的人工呢进行操作，

什么样的操作呢？像我们。是先以传统的纸袋装入纸袋，输入机，再启动它们呢？将纸袋上的程序和输入。数据输入计算机，然后呢，启动计算机运行。紧当程序运行完毕后呢，取得计算结果才允许下一个用户上机。这样呢，是我们的人工操作阶段。人工操作阶段呢，它有。

它的效率呢？可以看到它的效率呢？是非常的低的，它的资源利用率呢？也是非常低的。就是我们看一下它的占据缺点，这种人工操作呢，有两方面的缺点，第一方面呢，是用户独占全机，比如说。我们当一个人进行操作的时候呢。其他用户呢，是不能够使用这台计算机的，比如说当我们某个人，

某个程序员正在将我们。的纸片装入计算机进行使用的时候呢，其他其其他用户呢，是不能够操作这台计算机的用户呢，使用拳击。第二个CPU等待人工操作，比如说我们这个时候呢，大部分时间我们计算机呢。是正在等待我们的用户，将我们的纸片呢放入我们的计算机当中，输入数据。大部分时间呢，是在等待用户的数据的输入，所以说CPU呢，其内存资源呢？

这个时候呢，是空闲的，没有使用的，它的资源利用率呢，是相当的低的，这是我们的最开始的人工操作阶段，没有操作系统。它的资源利用率呢，是非常的低。那么接下来。为了解决人际矛盾及CPU和IO设备之间速度不匹配的矛盾呢？我们出现了脱机IO技术这样一个技术呢，是事先先装有用户程序和数据的取代呢。装入我们的指代输入机，在一台外围机的控制下呢，

把指代上的数据和程序呢，输入到时代下。当CPU呢，需要这些程序和数据的时候呢，再从磁带上高速的调入内存，就是说我们采取脱机输入输出的方式。将我们的数据呢事先装入我们的指带输入机，我们采用的是外围机的控制，这里大家要注意。我们采取的呢，是我们外围机的控制，这里呢，是外围机的控制，将我们的程序和数据呢，先输入我们的外围，

将我们的外围机输入值值带输入均。在外围机的控制下呢，将它输入到磁带上，这是我们采取脱机输入输出的方式。那么，这块接下来呢？我们看一下操作系统呢？又发展到了单道批处理系统。为了实现对作业的连续处理呢，我们之前呢，是一个一个的这样一个数据，一个一个的用户。输入程序那么为了实现呢？对用户的作业的连续处理，需要先将一批作业呢？

以脱机方式输入到磁带上。在系统中呢，配上监督程序，在它的控制下呢，使这批作业呢，能一个接一个的连续的处理。

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