第1章操作系统概述1.1计算机系统1.2操作系统的定义与功能1.3操作系统的种类1.1计算机系统计算机软件是指程序和与程序相关的文档的集合，是计算机系统的重要组成部分。按功能划分，软件可分为系统软件和应用软件两种。系统软件是指由计算机生产厂家提供、具有通用功能的那些软件，比如：操作系统、语言处理程序（如C语言编译程序）、数据库管理系统以及各种完成服务功能的程序。应用软件是指为解决实际问题而研制的那些软件，它涉及计算机应用的各个领域，比如：各种管理软件、用于工程计算的软件包，辅助设计软件以及过程控制软件等。1.1.2操作系统的形成通常，把未配置任何软件的计算机称为“裸机”。如果让用户直接面对裸机，事事都深入到计算机的硬件里面去，那么他们的精力就绝对不可能集中在如何用计算机解决自己的实际问题上，计算机本身的效率也不可能充分发挥出来。举例说，要在一台PC机上进行硬盘读操作，使用者至少应该把磁盘地址、内存地址、字节数和操作类型（读/写）等具体值装入到特定的硬件寄存器中，否则根本谈不上完成预定的输入/输出任务。实际上，对许多I/O设备而言，除此以外往往会要求比这更多的操作参数。在输入/输出结束后，还需要对设备返回的诸多状态加以判别。又例如，某计算机内存储器可供用户使用的容量为576KB。若现在装入的用户程序占用其中的360KB，那么余下的216KB被闲置了。想象一下，如果能够在内存中装入多个程序，比如在216KB中再装一道需要存储量116KB的程序进去，当第一个程序等待输入/输出完成而暂时不用CPU时，能让第二道程序投入运行，那么，整个计算机系统的利用率就会比原来的大为提高。理由是：（1）内存浪费得少了，原来浪费216KB，现在只浪费100KB；（2）CPU比原来更加忙碌了，在第一个程序等待输入/输出完成时，原来CPU只能够采取空转的方式来等待，现在可以让它去执行第二个程序；（3）在CPU执行第二个程序时，它与第一个程序启动的输入/输出设备呈现并行工作的态势。可见，为了从复杂的硬件控制中脱出身来，为了能合理有效地使用计算机系统，为了能给用户使用计算机提供必要的方便，最好的解决办法就是要开发一种软件，通过它来管理整个系统，发挥系统的潜在能力，达到扩展系统功能、方便用户使用的目的。实际应用的需要，就是“操作系统”这一软件呼之欲出的根本原因。第一台电子管计算机出现后的若干年（1946~1958），计算机上并没有名为“操作系统”的这种软件。那时计算机的运行速度慢，外部设备少，因此程序的装入、调试以及控制程序的运行等工作，全部由上机的人员自己通过按动控制台上的一排排开关和按钮来实现。这一时代的特点是人工完成上、下机操作的，一台计算机被一个用户所独占。1958年，计算机进入了晶体管时代（1958~1964）。这时计算机的速度、存储容量、外部设备的功能和种类等都有了很大的发展，慢速的人工操作与快速的计算机处理能力之间显得很不协调，出现了所谓的“人–机矛盾”。例如，有一道程序通过3min的安装等手工操作后，在运算速度为1万次/秒的计算机上用1h得到了结果。这时手工操作与程序运行时间之比为1：20。把这道程序拿到第二代速度为60万次/秒的机器上运行，它只需花费CPU时间1min即可得到结果。如果在这种高速的机器上仍然坚持手工操作，那么这时手工操作与程序运行时间之比为3：1。这种比例是难以让人接受的。正是这种“人-机矛盾”，向软件设计人员提出了“让计算机自动控制用户作业的运行，废除上、下机手工交接”的要求。为了达到这个目的，需要用户一方在编写自己程序时，还要编写“作业说明书”，详细规定程序运行的步骤，并将其与程序、数据一起提交给系统；而系统一方需要设计一个“管理程序”（也称监督程序），它的功能是从磁盘上读入第一个作业的作业说明书，按照它的规定控制该作业执行。这个作业运行结束后，它又从磁盘上读入第二个作业的作业说明书，继而执行之。这一过程一直进行到提交给系统的一批作业全部执行完毕时为止，如图1-2所示。由于这种系统一次集中处理一批用户作业，故被称为“批处理系统”，其管理程序就是现今操作系统的雏形。这个时代的特点是对一批作业自动进行处理，没有人工交接，在一个用户作业运行时，仍独占计算机。1964年以后，计算机进入了集成电路和大规模集成电路时代。这时，硬件又有了长足的发展，中断和通道技术的出现，为输入/输出设备和中央处理机并行操作奠定了物质基础。另外，随着计算机应用的日益广泛，也要求进一步发展和扩大管理程序的功能，希望它能够最大限度地挖掘计算机系统本身的潜在能力。这时，人们开始把CPU、存储器、外部设备以及各种软件都视为计算机系统的“资源”，提出不仅要合理地使用这些资源，而且要高效地使用这些