操作系统引论课件

1、2021-11-22操作系统引论PPT课件1计算机操作系统计算机操作系统Operating System2021-11-22操作系统引论PPT课件2本课程地位本课程地位n专业核心课程专业核心课程n考研核心课程考研核心课程n技术开发的理论基础技术开发的理论基础2021-11-22操作系统引论PPT课件3本课程内容本课程内容n第一章第一章 绪论绪论n第二章第二章 进程管理进程管理n第三章第三章 处理机调度与死锁处理机调度与死锁n第四章第四章 存储器管理存储器管理n第五章第五章 设备管理设备管理n第六章第六章 文件管理文件管理2021-11-22操作系统引论PPT课件4第一章第一章 绪论绪论n1.1

2、 操作系统的目标、作用操作系统的目标、作用n1.2操作系统的发展过程操作系统的发展过程n1.3 操作系统的基本特征操作系统的基本特征n1.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能n1.5 操作系统的结构设计操作系统的结构设计2021-11-22操作系统引论PPT课件5目前常见操作系统目前常见操作系统n微软：微软：Windows系列（以前系列（以前MS-DOS）nUNIX：Solaris, AIX, HP UX, SVR4, BSD, ULTRIXn自由软件：自由软件：Linux, freeBSD, MinixnIBM: AIX, zOS(OS/390), OS/2, OS/4000, PC D

3、OSn其他：其他：Mac OS, NetWare,2021-11-22操作系统引论PPT课件6操作系统的定义操作系统的定义操作系统（操作系统（operating systemoperating system，简称简称OSOS）是一组控制和管理计算机硬件和软是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度，件资源、合理地对各类作业进行调度，以及方便用户的程序的集合。（以及方便用户的程序的集合。（p8p8）2021-11-22操作系统引论PPT课件7操作系统的定义操作系统的定义操作系统操作系统是一个大型的程序系统，它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、负责计算

4、机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调多个任务的活动，调度工作，控制并协调多个任务的活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。口，使用户获得良好的工作环境。 2021-11-22操作系统引论PPT课件8操作系统的地位操作系统的地位n计算机由硬件系统和软件系统两个部分组计算机由硬件系统和软件系统两个部分组成，它们构成了一个完整的计算机系统。成，它们构成了一个完整的计算机系统。2021-11-22操作系统引论PPT课件9操作系统的地位操作系统的地位 应用软件 实用软件 系统软件 包括 操作系统、编译程序 硬件 用户 图 1.1

5、 计算机系统的层次结构 2021-11-22操作系统引论PPT课件10操作系统的地位操作系统的地位n操作系统是计算机硬件上加载的第一层软件，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，才能对计算机硬只有在操作系统的支持下，才能对计算机硬件工作。件工作。2021-11-22操作系统引论PPT课件111.1 操作系统的目标、作用操作系统的目标、作用操作系统为你完成所有操作系统为你完成所有 “硬件相关、应用无关硬件相关、应用无关”的工作，以给你的工作，以给你 方便方便 有效有效可扩充性可扩充性 开放性OS

6、的两个最重要目标的两个最重要目标2021-11-22操作系统引论PPT课件12硬件相关硬件相关 应用无关应用无关u涉及物理地址、涉及物理地址、设备接口寄存器、设备接口寄存器、设备接口缓冲区设备接口缓冲区u代码量大，需硬代码量大，需硬件知识件知识u需随硬件的变化需随硬件的变化而变化而变化u提供所有应用、提供所有应用、用户共需的东西用户共需的东西u与应用无直接与应用无直接关系关系2021-11-22操作系统引论PPT课件131.1.2 操作系统的作用操作系统的作用n1.OS作为用户与计算机硬件作为用户与计算机硬件系统之间的接口系统之间的接口n OS作为用户与计算机硬件系统之间接口的含义是：OS处于

7、用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。或者说，用户在OS帮助下，能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。应注意，OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接口。 用 户应用程序系统调用 命令 图标、窗口操作系统计算机硬件 OS作为接口的示意图 2021-11-22操作系统引论PPT课件141.1.2 操作系统的作用操作系统的作用n2. OS作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者n 在一个计算机系统中，通常都含有各种各样的硬件和软件资源。归纳起来可将资源分为四类：处理器、存储器、 I/O设备以及信息(数据和程序)。相应地，OS的主要功能也正是针对这

8、四类资源进行有效的管理，即：n处理机管理， 用于分配和控制处理机；n存储器管理，主要负责内存的分配与回收；nI/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵；n文件管理，负责文件的存取、共享和保护。 可见，OS确是计算机系统资源的管理者。2021-11-22操作系统引论PPT课件151.1.2 操作系统的作用操作系统的作用n3. OS用作扩充机器用作扩充机器n 对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机)，即使其功能再强，也必定是难于使用的。如果我们在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件。文件管理软件。用户的窗口软件。n 每当人们在计算机系统上覆盖上一层软件后，系统功能便增强一级，由于OS自身包含了若干层

9、软件，因此汉在裸机上覆盖上OS后，便可获得一台功能显著增强，使用极为方便的多层扩充机器（多层虚机器）2021-11-22操作系统引论PPT课件161.1.3 推动操作系统发展的动力推动操作系统发展的动力 n1不断提高资源利用率的需要不断提高资源利用率的需要 n2方便用户操作方便用户操作 n3硬件的不断更新换代硬件的不断更新换代 n4计算机体系结构的不断发展计算机体系结构的不断发展 2021-11-22操作系统引论PPT课件171.1.2 2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程n操作系统的产生操作系统的产生 u1.1.2.1 2.1 无操作系统时的计算机系统（无操作系统时的计算机系统（4040

10、年代）年代） u1.1.2.2 2.2 单道批处理（单道批处理（50年代）年代） n操作系统的形成操作系统的形成 u1.1.2.3 2.3 多道批处理（多道批处理（60年代初）年代初） u1.1.2.4 2.4 分时系统（分时系统（60年代中）年代中）u1.1.2.5 2.5 实时操作系统（实时操作系统（60年代中）年代中）2021-11-22操作系统引论PPT课件181.1.2.22.2无操作系统时的计算机系统无操作系统时的计算机系统 人工操作方式人工操作方式 电子管计算机电子管计算机（19461958） ，无操作无操作系统系统，由手工控制作业的输入输出，由手工控制作业的输入输出,通过控制通

11、过控制台开关启动程序运行。台开关启动程序运行。用户使用计算机的过程大致如下：先把程用户使用计算机的过程大致如下：先把程序纸带装上输入机，启动输入机把程序和数序纸带装上输入机，启动输入机把程序和数据送入计算机，然后通过控制台开关启动程据送入计算机，然后通过控制台开关启动程序运行，计算完毕后，用户拿走打印结果，序运行，计算完毕后，用户拿走打印结果，并卸下纸带。并卸下纸带。2021-11-22操作系统引论PPT课件19手工交互方式的特点手工交互方式的特点(1) 程序设计直接编制二进制目标程序程序设计直接编制二进制目标程序 (2) 输入输出设备主要是纸带和卡片输入输出设备主要是纸带和卡片 (3) 程序

12、员上机必须预约机时程序员上机必须预约机时(4) 程序员自己上机操作程序员自己上机操作 (5) 程序的启动与结束处理都以手工方式进行程序的启动与结束处理都以手工方式进行(6) CPU等待人工操作等待人工操作(7) 单用户方式，单用户方式，用户独占用户独占CPU(8) 程序执行过程得不到任何帮助程序执行过程得不到任何帮助2021-11-22操作系统引论PPT课件20脱机输入输出方式（脱机输入输出方式（Off-Line I/O）n这种脱机I/O方式的主要优点如下：n(1)减少了CPU的空闲时间。 n(2) 提高I/O速度。输入设备外围机磁盘主机外围机输出设备2021-11-22操作系统引论PPT课件

13、211.1.2.3 2.3 单道批处理阶段单道批处理阶段操作系统的雏形，称为监控程序。操作系统的雏形，称为监控程序。单道批处理系统的工作过程：用户将作业单道批处理系统的工作过程：用户将作业交到机房，操作员将一批作业输入到辅存交到机房，操作员将一批作业输入到辅存（如磁带）上，形成一个作业队列。当需要（如磁带）上，形成一个作业队列。当需要调入作业时，由监控程序从这一批中选一道调入作业时，由监控程序从这一批中选一道作业调入内存运行。当这一作业完成时，监作业调入内存运行。当这一作业完成时，监控程序调入另一道程序，直到这一批作业全控程序调入另一道程序，直到这一批作业全部完成。部完成。 2021-11-2

14、2操作系统引论PPT课件221.1.2.3 2.3 单道批处理阶段单道批处理阶段单道批处理系统：系统对作业的处理都是成批地单道批处理系统：系统对作业的处理都是成批地进行的、且在内存中始终只保持一道作业。进行的、且在内存中始终只保持一道作业。把下一个作业的源程序转换为目标程序源程序有错吗？否装 配目标程序还有下一个作业？是否停止运 行目标程序是开始2021-11-22操作系统引论PPT课件23单道批处理阶段单道批处理阶段单道批处理分为：联机批处理、脱机批处理单道批处理分为：联机批处理、脱机批处理联机批处理：由联机批处理：由CPU直接控制作业输入输出直接控制作业输入输出脱机批处理：由外围机控制作业

15、输入输出脱机批处理：由外围机控制作业输入输出2021-11-22操作系统引论PPT课件24联机批处理和脱机批处理联机批处理和脱机批处理2021-11-22操作系统引论PPT课件25单道批处理阶段的特点单道批处理阶段的特点n单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地说，它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解的OS。尽管如此，该系统比起人工操作方式的系统已有很大进步。 该系统的主要特征如下：n (1) 自动性。 n (2) 顺序性。 n (3) 单道性。2021-11-22操作系统引论PPT课件26对单道批处理阶段的评价对单道批处理阶段的评价 在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，它无法充

16、分利用系统中的所有资源，致使系统性能较差。2021-11-22操作系统引论PPT课件271.1.2.4 2.4 多道批处理多道批处理操作系统发展史上革命性变革。操作系统发展史上革命性变革。多道批处理系统(Multiprogrammed Batch Processing System)。在该系统中， 用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。 多道程序设计技术多道程序设计技术：在内存中放多道程序：在内存中放多道程序, ,使它们在管理使它们在管理程序的控制下相互穿插地运行

17、。程序的控制下相互穿插地运行。2021-11-22操作系统引论PPT课件28单道和单道和多道多道程序工作过程比较程序工作过程比较CPU和设备利用率和设备利用率2021-11-22操作系统引论PPT课件29引入多道程序设计技术的优点引入多道程序设计技术的优点 提高提高CPUCPU的利用率。的利用率。 可提高内存和可提高内存和I/OI/O设备利用率。设备利用率。 增加系统吞吐量。增加系统吞吐量。2021-11-22操作系统引论PPT课件30多道运行的特点多道运行的特点 多道性：在内存中可同时驻留多道程序，并多道性：在内存中可同时驻留多道程序，并允许它们并发执行。允许它们并发执行。 无序性：多个作业

18、完成的先后顺序与它们进无序性：多个作业完成的先后顺序与它们进入内存的顺序之间，并无严格的对应关系。入内存的顺序之间，并无严格的对应关系。 调度性：作业从提交给系统开始直至完成需调度性：作业从提交给系统开始直至完成需要经过两次调度：要经过两次调度： （1 1）作业调度）作业调度 （2 2）进程调度）进程调度 2021-11-22操作系统引论PPT课件31多道批处理系统的优缺点多道批处理系统的优缺点n资源利用率高。资源指资源利用率高。资源指CPUCPU及设备。及设备。n系统吞吐量大。系统吞吐量大。系统吞吐量系统吞吐量指系统在单位指系统在单位时间完成的总工作量。时间完成的总工作量。缺点：缺点：n平均

19、周转时间长平均周转时间长n无交互能力无交互能力需要解决很多问题：需要解决很多问题：n（CPUCPU、内存、内存、I/OI/O设备、文件、作业）的设备、文件、作业）的管理问题管理问题2021-11-22操作系统引论PPT课件32操作系统操作系统n为此，应在计算机系统中增加一组软件，为此，应在计算机系统中增加一组软件，用以对上述问题进行妥善、有效地处理。用以对上述问题进行妥善、有效地处理。这组软件应包括：能控制和管理四大资源这组软件应包括：能控制和管理四大资源的软件、合理地对各类作业进行调度的软的软件、合理地对各类作业进行调度的软件，以及方便用户使用计算机的软件。件，以及方便用户使用计算机的软件。

20、n正是这样一组软件构成了操作系统。正是这样一组软件构成了操作系统。2021-11-22操作系统引论PPT课件33练习题练习题设有两道程序，按设有两道程序，按A，B的优先次序运行，其内部计算的优先次序运行，其内部计算和和I/O操作时间如下：操作时间如下：程序程序A：使用：使用30msCPU后使用后使用40msI/OA,最后使用最后使用20msCPU程序程序B：使用：使用60msCPU后使用后使用20msI/OB,最后使用最后使用30msCPU（1）试画出按多道程序运行的时间关系图）试画出按多道程序运行的时间关系图（2）完成两道程序共花多少时间，它比单道运行节）完成两道程序共花多少时间，它比单道运

21、行节省多少时间省多少时间2021-11-22操作系统引论PPT课件341.1.2.5 2.5 分时系统分时系统推动多道批处理系统形成和发展的动力是推动多道批处理系统形成和发展的动力是提高提高资源利用率和系统吞吐量资源利用率和系统吞吐量。推动分时系统形成和发展的主要动力是推动分时系统形成和发展的主要动力是用户用户的的需要：需要：人人- -机交互、共享主机、方便上机。机交互、共享主机、方便上机。分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机中示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机中的资源，每个用户都可以通过自己的终端以

22、交互的的资源，每个用户都可以通过自己的终端以交互的方式使用计算机。方式使用计算机。 2021-11-22操作系统引论PPT课件35图示图示主机主机终终端端2021-11-22操作系统引论PPT课件36分时系统的关键分时系统的关键 为实现分时系统，其中，最关键的问题是如何使用户能与自己的作业进行交互，即当用户在自己的终端上键入命令时， 系统应能及时接收并及时处理该命令，再将结果返回给用户。 此后， 用户可继续键入下一条命令，此即人机交互。应强调指出，即使有多个用户同时通过自己的键盘键入命令，系统也应能全部地及时接收并处理 （1）及时接收 （2）及时处理2021-11-22操作系统引论PPT课件3

23、7分时系统的关键分时系统的关键 由此可见为了实现人机交互，必须彻底改变原来的批处理系统的运行方式 （1）用户作业直接进入内存 （2）不允许一个作业长期占有处理机 为此规定每个作业只运行一个很短的时间（时间片），然后暂停该作业的运行，立即调度下一个程序运行。2021-11-22操作系统引论PPT课件38分时系统的特征分时系统的特征n多路性：允许同一主机联接多台终端。系统按分时多路性：允许同一主机联接多台终端。系统按分时原则为每个用户服务。原则为每个用户服务。n独立性：每一用户独占一个终端。独立性：每一用户独占一个终端。n及时性：用户请求能在很短时间内获得响应。及时性：用户请求能在很短时间内获得响

24、应。n交互性：可人机对话。交互性：可人机对话。2021-11-22操作系统引论PPT课件391.1.2.6 2.6 实时操作系统实时操作系统n计算机应用范围日益扩大，比如在控制飞机飞行、导计算机应用范围日益扩大，比如在控制飞机飞行、导弹发射以及冶炼轧钢等生产过程中采用了弹发射以及冶炼轧钢等生产过程中采用了实时控制实时控制系系统，在飞机订票、银行业务中采用了统，在飞机订票、银行业务中采用了实时信息处理实时信息处理系系统，它们都打破了只把计算机用于科学计算和数据处统，它们都打破了只把计算机用于科学计算和数据处理等方面的格局。理等方面的格局。n所谓所谓“实时实时”，是指能够及时响应随机发生的外部事，

25、是指能够及时响应随机发生的外部事件、并对事件做出快速处理的一种能力。而件、并对事件做出快速处理的一种能力。而“外部事外部事件件”，是指与计算机相连接的设备向计算机发出的各，是指与计算机相连接的设备向计算机发出的各种服务请求。种服务请求。实时系统实时系统是指系统能及时（或即时）响是指系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的应外部事件的请求，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运行。处理，并控制所有实时任务协调一致运行。2021-11-22操作系统引论PPT课件40n下图所示是一个用计算机系统控制化学生产反下图所示是一个用计算机系统控制化学生产反

26、应的例子。应的例子。A、B两种原料通过阀门进入反应两种原料通过阀门进入反应堆。反应堆中的各种传感装置周期性地把所测堆。反应堆中的各种传感装置周期性地把所测得的温度、压力、浓度等测量信号传送给计算得的温度、压力、浓度等测量信号传送给计算机系统。计算机中的实时操作系统及时接收这机系统。计算机中的实时操作系统及时接收这些信号，并调用指定的处理程序对这些数据进些信号，并调用指定的处理程序对这些数据进行分析，然后给出反馈信号，控制两种原料行分析，然后给出反馈信号，控制两种原料A、B的流量，确保反应堆中的诸原料参数维持在的流量，确保反应堆中的诸原料参数维持在正常范围之内。若参数超过极限允许值，就立正常范围

27、之内。若参数超过极限允许值，就立即发出报警，甚至关闭反应堆，以免发生事故。即发出报警，甚至关闭反应堆，以免发生事故。2021-11-22操作系统引论PPT课件412021-11-22操作系统引论PPT课件42实时任务的类型实时任务的类型n一、按任务执行时是否呈现周期性来划分n(1)周期性实时任务。 n(2) 非周期性实时任务。 n外部设备所发出的激励信号并无明显的周期性，但都必须联系着一个截止时间(Deadline)。它又可分为： n 开始截止时间任务在某时间以前必须开始执行；n 完成截止时间任务在某时间以前必须完成。 2021-11-22操作系统引论PPT课件43实时任务的类型实时任务的类型

28、n一、根据对截止时间的要求来划分n(1)硬实时任务。 n(2)软实时任务。 2021-11-22操作系统引论PPT课件443.3实时调度实时调度 n硬实时系统中，不仅要求任务响应要实时，而且要求在规定的时间内完硬实时系统中，不仅要求任务响应要实时，而且要求在规定的时间内完成事件的处理。成事件的处理。n软实时系统仅要求事件响应是实时的，并不要求限定某一任务必须在多软实时系统仅要求事件响应是实时的，并不要求限定某一任务必须在多长时间内完成长时间内完成 。n硬实时对满足时限的要求会比软实时来的严格。从工作的特性上来分，硬实时对满足时限的要求会比软实时来的严格。从工作的特性上来分，硬实时工作硬实时工作

29、 (hard real-time task) 通常指不能有任何差错的工作而软实通常指不能有任何差错的工作而软实时则是指比较容许差错的工作。例如我们常会用核能电厂和看时则是指比较容许差错的工作。例如我们常会用核能电厂和看 VCD 为为例，用在核能电厂的实时操作系统如果出了差错可能会导致严重的损害，例，用在核能电厂的实时操作系统如果出了差错可能会导致严重的损害，然而然而 VCD Player 出了些差错不过是让使用者认清他所用的程序不够好出了些差错不过是让使用者认清他所用的程序不够好而已。所以前者是硬实时，后者是软实时。而已。所以前者是硬实时，后者是软实时。 2021-11-22操作系统引论PPT

30、课件45实时系统与分时系统的比较实时系统与分时系统的比较n多路性多路性n独立性独立性n及时性及时性n交互性交互性n可靠性可靠性2021-11-22操作系统引论PPT课件46操作系统的分类操作系统的分类几种操作系统的比较几种操作系统的比较多道批处理系统多道批处理系统分时系统分时系统实时系统实时系统CPU时间分配时间分配作业运行时独占时间段分时事件发生时立即分配内存内存同时存放多批作业同时存放多道程序存放预置的事件处理程序响应时间响应时间运行期间不响应及时响应立即响应特殊要求特殊要求极大的资源利用率公平面向多用户高可靠性面向用户群面向用户群委托用户普通用户定向用户综合其中任意两个系综合其中任意两个

31、系统功能的操作系统称统功能的操作系统称为通用系统。又分为为通用系统。又分为前台作业和后台作业。前台作业和后台作业。2021-11-22操作系统引论PPT课件47练习题练习题1、允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统、允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统为（），允许多个用户将多个作业提交给计算机集为（），允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理操作系统为（），计算机系统能及时处理过中处理操作系统为（），计算机系统能及时处理过程控制数据并作出响应的操作系统称为（）程控制数据并作出响应的操作系统称为（）A、批处理系统，、批处理系统，B、分时操作系统，、分时操作系统，C、多处理机操、多处理

32、机操作系统，作系统，D、实时操作系统，、实时操作系统，E、网络操作系统、网络操作系统2、操作系统为用户程序完成与（）的工作、操作系统为用户程序完成与（）的工作A、硬件无关和应用无关，、硬件无关和应用无关，B、硬件相关和应用无关、硬件相关和应用无关C、硬件无关和应用相关，、硬件无关和应用相关，D、硬件相关和应用相关、硬件相关和应用相关2021-11-22操作系统引论PPT课件48练习题练习题3、在计算机上实现地最早的操作系统是一种（）操、在计算机上实现地最早的操作系统是一种（）操作系统作系统A 分时分时 B 批处理批处理 C 实时实时 D 网络网络4、推动批处理系统形成和发展的主要动力是、推动批

33、处理系统形成和发展的主要动力是_，推动分时系统形成和发展的动力是推动分时系统形成和发展的动力是_5、在排版系统、飞机定票系统、股票系统、机器翻、在排版系统、飞机定票系统、股票系统、机器翻译系统，火箭发射系统，译系统，火箭发射系统，C语言编译系统和远程教语言编译系统和远程教育系统中，属于实时操作系统的是育系统中，属于实时操作系统的是2021-11-22操作系统引论PPT课件49练习题练习题n6、在主机控制下进行的输入、在主机控制下进行的输入/输出操作称为输出操作称为_操作。操作。n7、在分时系统中，为使多个用户能够同时与系统、在分时系统中，为使多个用户能够同时与系统交互，最关键的问题是交互，最关

34、键的问题是_；当用户数；当用户数目为目为100时，为保证响应时间不超过时，为保证响应时间不超过2S，此时的时，此时的时间片最大应为（）。间片最大应为（）。n8、在设计分时操作系统时，首先要考虑的是（）；、在设计分时操作系统时，首先要考虑的是（）；在设计批处理系统时，首先要考虑的是（）；在设在设计批处理系统时，首先要考虑的是（）；在设计实时操作系统时，首先要考虑的是（）。计实时操作系统时，首先要考虑的是（）。 A、灵活性和可适应性、灵活性和可适应性 B、交互性和响应时间、交互性和响应时间 C、周转时间和系统吞吐量、周转时间和系统吞吐量 D、实时性和可靠性。、实时性和可靠性。2021-11-22操

35、作系统引论PPT课件501.1.2.6 2.6 微机操作系统的发展微机操作系统的发展n单用户单任务单用户单任务n单用户多任务单用户多任务n多用户多任务多用户多任务2021-11-22操作系统引论PPT课件511.1.2.6 2.6 微机操作系统的发展微机操作系统的发展n单用户单任务单用户单任务 只允许一个用户上机只允许一个用户上机, ,且只允许用户程序作为且只允许用户程序作为一个任务运行。一个任务运行。u CP/M CP/Mu MS-DOSMS-DOS2021-11-22操作系统引论PPT课件52实用操作系统实用操作系统nMS DOS操作系统u和它的名字一样（Disk Operating Sy

36、stem）,其特点在于优良的文件系统，是一个单用户单任务操作系统。uMS DOS系统开销小，运行效率高，适用于微型机，但无法发挥硬件能力，缺乏对数据库、网络通信的支持，没有通用的应用程序接口，用户界面不友善，最后一个版本6.22在1994年推出后便不再后续。 2021-11-22操作系统引论PPT课件531.1.2.6 2.6 微机操作系统的发展微机操作系统的发展n单用户多任务单用户多任务 只允许一个用户上机只允许一个用户上机, ,但允许用户把程序分为若干但允许用户把程序分为若干个任务，使它们并发执行，从而有效地改善了系统个任务，使它们并发执行，从而有效地改善了系统的性能。目前在的性能。目前在

37、3232位机上配置的操作系统基本上都位机上配置的操作系统基本上都是单用户多任务操作系统是单用户多任务操作系统u Windows Windows 它是一个它是一个面向傻瓜用户面向傻瓜用户的系统；发展方向的系统；发展方向是开发更亲切是开发更亲切易用的界面，增加更多的用户功能，对用户的行为更宽容；易用的界面，增加更多的用户功能，对用户的行为更宽容； 其内部的设计与其他操作系统并没有什么两样；其内部的设计与其他操作系统并没有什么两样； 包含了用于包含了用于个人机的个人机的多任务分时操作系统多任务分时操作系统Windows Professional和用于网络的和用于网络的网络操作系统网络操作系统Wind

38、ows Server 。2021-11-22操作系统引论PPT课件541.1.2.6 2.6 微机操作系统的发展微机操作系统的发展n多用户多任务多用户多任务 允许多个用户通过各自的终端使用同一台机允许多个用户通过各自的终端使用同一台机器，共享主机系统中的各种资源，而每个用器，共享主机系统中的各种资源，而每个用户程序又可进一步分为几个任务，使它们能户程序又可进一步分为几个任务，使它们能并发执行，从而可进一步提高资源利用率和并发执行，从而可进一步提高资源利用率和系统吞吐量。系统吞吐量。uUNIXUNIXuSolaris OSSolaris OSuLinux OSLinux OS2021-11-22

39、操作系统引论PPT课件55实用操作系统实用操作系统nUnix操作系统 F1969年年美国电报电话公司的美国电报电话公司的贝尔实验室开发成功贝尔实验室开发成功，F1973年用出年用出C语言改写语言改写，F1978年的年的Unix第第7版，可以看作当今版，可以看作当今Unix的祖先，该版为的祖先，该版为Unix走进商界奠定了基础。走进商界奠定了基础。FUnix是目前唯一可以安装和运行在从微型机、工作站直到是目前唯一可以安装和运行在从微型机、工作站直到大型机和巨型机上的操作系统。大型机和巨型机上的操作系统。 F目前目前Unix已不是指一个具体操作系统，已不是指一个具体操作系统，许多公司和大学都许多公

40、司和大学都推出了自己的推出了自己的Unix系统，如系统，如AT&T的的SVR，SUN的的Solaris，Berkeley的的Unix BSD，DEC的的Digital Unix，HP的的HP UX，SGI的的Irix，CMU的的Mach，SCO公司的公司的SCO UnixWare，IBM的的AIX等。等。FUNIX用用C语言编写，语言编写，具有可移植的具有可移植的，是一个，是一个良好良好的、的、通用通用的、的、多用户多用户、多任务多任务、分时分时的操作系统。其运行时的的操作系统。其运行时的安全安全性性、可靠性可靠性以及以及强大的计算能力强大的计算能力赢得广大用户的信赖赢得广大用户的信赖

41、 2021-11-22操作系统引论PPT课件56实用操作系统实用操作系统nLinux操作系统u由芬兰藉科学家Linus Torvalds于1991年编写完成的一个操作系统内核，当时他还是芬兰赫尔辛基大学计算机系的学生，在学习操作系统课程中，自己动手编写了一个操作系统原型，并把这个系统放在Internet上，允许自由下载；u许多人对这个系统进行改进、扩充、完善，Linux由最初一个人写的原型变化成在Internet上由无数志同道合的程序高手参与的一场运动。uLinux继承了Unix的优点，又有了许多更好的改进，由于其开放的源代码，有利于发展各种操作系统，它符合Unix的POSIX标准，各种应用可

42、方便地移植。2021-11-22操作系统引论PPT课件571.1.3 3 操作系统的基本特征操作系统的基本特征n并发（并发（ConcurrenceConcurrence）n共享（共享（SharingSharing）n虚拟（虚拟（VirtualVirtual）n异步性（异步性（AsynchronismAsynchronism）2021-11-22操作系统引论PPT课件581.3.11.3.1并发性并发性 所谓并发是指在内存中放多道作业，所谓并发是指在内存中放多道作业， 在一个时在一个时间段上来看，每一道作业都能不同程度地向前推进。间段上来看，每一道作业都能不同程度地向前推进。但在任何一个时间点上

43、只能有一道占用但在任何一个时间点上只能有一道占用CPU。并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生； 并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。2021-11-22操作系统引论PPT课件591.3.11.3.1并发性并发性 进程进程 程序是静态实体，在多道程序系统中，它程序是静态实体，在多道程序系统中，它们是不能独立运行的，更不能和其它程序并们是不能独立运行的，更不能和其它程序并发执行。发执行。 为了使多个程序能并发执行，在操作系为了使多

44、个程序能并发执行，在操作系统中引入了进程。统中引入了进程。2021-11-22操作系统引论PPT课件601.3.11.3.1并发性并发性 线程线程 将一个进程分为若干个线程，它们可以利用进将一个进程分为若干个线程，它们可以利用进程所拥有的资源，可以独立运行，可以并发执行。程所拥有的资源，可以独立运行，可以并发执行。它更高效地提高了系统内多个程序间并发执行的程它更高效地提高了系统内多个程序间并发执行的程度。度。n(2009年考研年考研)单处理机系统中，可并行的是单处理机系统中，可并行的是I进程与进程进程与进程 II. 处理机与设备处理机与设备III处理机与通道处理机与通道 IV. 设备与设备设备

45、与设备AI、II和和III BI、II和和 IV CI、III和和 IV DII、III和和 IV2021-11-22操作系统引论PPT课件611.3.21.3.2共享性共享性系统中的资源可供多个并发执行的进程共同使系统中的资源可供多个并发执行的进程共同使用。用。两种共享方式：两种共享方式：n互斥共享方式（打印机）互斥共享方式（打印机）u一段时间内只允许一个进程访问（临界资源）一段时间内只允许一个进程访问（临界资源）n同时访问方式（磁盘设备）同时访问方式（磁盘设备）u允许在一段时间内由多个进程允许在一段时间内由多个进程“同时同时”对它们进对它们进行访问。行访问。并发并发和和共享共享是操作系统的

46、两个最基本特征是操作系统的两个最基本特征2021-11-22操作系统引论PPT课件621.3.31.3.3虚拟虚拟一个物理实体映射为若干个对应的逻一个物理实体映射为若干个对应的逻辑对应物。虚拟是操作系统管理系统资辑对应物。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率源的重要手段，可提高资源利用率nCPU每个用户（进程）的每个用户（进程）的虚处理机虚处理机n内存内存 虚拟存储器虚拟存储器 nI/O设备多台逻辑上的设备多台逻辑上的I/O设备设备 在操作系统中利用了两种方式实现虚拟在操作系统中利用了两种方式实现虚拟技术：时分复用和空分复用技术：时分复用和空分复用2021-11-22操作系统

47、引论PPT课件631.3.31.3.3虚拟虚拟时分复用时分复用 分时使用某个设备提高其利用率。n虚拟处理机技术虚拟处理机技术 利用多道程序设计技术，为每道程序建立一个进程，让多道程序并发地执行，以此来分时使用一台处理机。 n虚拟设备技术虚拟设备技术 将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备，并允许每一个用户占用一台逻辑上的I/O设备。 2021-11-22操作系统引论PPT课件641.3.31.3.3虚拟虚拟空分复用空分复用 主要提高存储空间的利用率。n虚拟磁盘技术虚拟磁盘技术 将一台硬盘虚拟为多台虚拟磁盘。 n虚拟存储器技术虚拟存储器技术 提高内存的利用率。 2021-11-22操作

48、系统引论PPT课件651.3.41.3.4异步性异步性操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的事件进行响应事件进行响应 n进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程并发执行，并发执行，“走走停停走走停停”，无法预知每个进程的运，无法预知每个进程的运行推进快慢行推进快慢 进程的异步性是操作系统的一个重要特征进程的异步性是操作系统的一个重要特征 2021-11-22操作系统引论PPT课件661.1.4 4 操作系统的功能操作系统的功能 n1.1.4.1 4.1 处理机管理处理机管理 n1.1.4.2 4.2 存储

49、器管理存储器管理n1.1.4.3 4.3 设备管理设备管理 n1.1.4.4 4.4 文件管理文件管理n1.4.5 1.4.5 用户接口用户接口2021-11-22操作系统引论PPT课件67资源管理资源管理n将计算机系统内的将计算机系统内的所所有硬件、软件、数据等有硬件、软件、数据等看作资源看作资源，操作系统的，操作系统的任务就是对这些资源进任务就是对这些资源进行行分配分配、释放释放、相互配相互配合合、信息记录信息记录和和信息修信息修改改n资源是资源是静态静态的，而操的，而操作系统是作系统是动态动态的的n动态的管理者不断地动态的管理者不断地调整资源的分配与释放，调整资源的分配与释放，实现用户所

50、要求的各种实现用户所要求的各种功能。功能。 Windows系统中对所有资源的组织与管理系统中对所有资源的组织与管理 由于资源有不同的种类，资源的打开方式和操作方式也由于资源有不同的种类，资源的打开方式和操作方式也是不同的，是不同的，Windows将这些展示平台集中在一起用户将这些展示平台集中在一起用户可以自由选择可以自由选择 2021-11-22操作系统引论PPT课件681.1.4.1 4.1 处理机管理功能处理机管理功能 处理机是最重要的资源，现代操作系统允许多处理机是最重要的资源，现代操作系统允许多个程序共享处理机，按照某种算法（分时、优先级）个程序共享处理机，按照某种算法（分时、优先级）

51、交替地使用处理机。交替地使用处理机。 处理机管理的主要任务是对处理机进行分配，处理机管理的主要任务是对处理机进行分配，并对其运行有效的控制和管理。并对其运行有效的控制和管理。 处理机的分配和运行都是以进程为基本单位。处理机的分配和运行都是以进程为基本单位。因此对处理机的管理可归结为对进程的管理。因此对处理机的管理可归结为对进程的管理。 包括进程控制、进程同步、进程通信、进程调度包括进程控制、进程同步、进程通信、进程调度 。2021-11-22操作系统引论PPT课件691.1.4.1 4.1 处理机管理功能处理机管理功能n进程控制进程控制 ：n进程控制的主要功能是为作业创建进程、撤消已结束的进程

52、，以及控制进程在运行过程中的状态转换。n 在OS中经常是利用若干条进程控制原语或系统调用，来实现进程控制的。n 原语 原子性 2021-11-22操作系统引论PPT课件701.1.4.1 4.1 处理机管理功能处理机管理功能n进程同步进程同步 ：n为使多个进程能有条不紊地运行，系统中必须设置进程同步机制。进程同步的主要任务是为多个进程(含线程)的运行进行协调。有两种协调方式： n 进程互斥方式， 这是指诸进程(线程)在对临界资源进行访问时，应采用互斥方式；n 进程同步方式，指在相互合作去完成共同任务的诸进程(线程)间，由同步机构对它们的执行次序加以协调。2021-11-22操作系统引论PPT课

53、件711.1.4.1 4.1 处理机管理功能处理机管理功能n进程通信进程通信 ：n系统为一个应用程序建立多个进程，这些进程相互合作去完成一个共同的任务。而在这些进程之间，又往往需要交换信息。n进程通信的任务就是用来实现在相互合作进程之间的信息交换。n直接通信方式n间接通信方式email2021-11-22操作系统引论PPT课件721.1.4.1 4.1 处理机管理功能处理机管理功能调度调度 ：n在后备队列上等待的每个作业，通常都要经过调度才能执行，包括作业调度和进程调度。 作业调度的基本任务，是从后备队列中按照一定的算法，选择出若干个作业，为它们分配其必需的资源(首先是分配内存)。 在将它们调

54、入内存后，便分别为它们建立进程，使它们都成为可能获得处理机的就绪进程，并按照一定的算法将它们插入就绪队列。（外-内）进程调度的任务，则是从进程的就绪队列中选出一新进程，把处理机分配给它，并为它设置运行现场， 使进程投入执行。（内-内）2021-11-22操作系统引论PPT课件73进程管理观点进程管理观点n认为系统中存在着大量的动态行为：u处理机在执行着程序，u存储器上面的页面被不断地换出、换进，u设备上数据在流动，u用户在不停地命令计算机做事。n这一切动态的行为都是以叫做进程的形式存在着，操作系统对进程进行管理。进程不是静态的程序，而是程序运行起进程不是静态的程序，而是程序运行起来才会存在的一

55、个实体，进程是一个来才会存在的一个实体，进程是一个动动态态的概念。的概念。 2021-11-22操作系统引论PPT课件741.1.4.2 4.2 存储器管理功能存储器管理功能存储器管理的主要任务，是为多道程序的运行提供良存储器管理的主要任务，是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率，以及能从逻辑上扩充内存。用率，以及能从逻辑上扩充内存。存储器管理要具备下列功能：存储器管理要具备下列功能：n内存分配内存分配 ：为每道程序分配内存空间。：为每道程序分配内存空间。 n内存保护：使多道程序间互不干扰内存保护：使多道程序间互不干

56、扰n地址映射：把程序中的逻辑地址映射为物理地地址映射：把程序中的逻辑地址映射为物理地址址 n存贮扩充：用辅存扩充主存，实现存贮扩充：用辅存扩充主存，实现“虚拟存贮器虚拟存贮器” 2021-11-22操作系统引论PPT课件751.1.4.2 4.2 存储器管理功能存储器管理功能n内存分配内存分配 ：为每道程序分配内存空间，提高存储器的利用率，：为每道程序分配内存空间，提高存储器的利用率，以减少不可用的内存空间，允许正在运行的程序申请附加的以减少不可用的内存空间，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。可采取静态内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要。可采取静态和动

57、态两种方式。和动态两种方式。 在静态分配方式中，每个作业的内存空间是在作业装入时确定的；在作在静态分配方式中，每个作业的内存空间是在作业装入时确定的；在作业装入后的整个运行期间，不允许该作业再申请新的内存空间，也不允业装入后的整个运行期间，不允许该作业再申请新的内存空间，也不允许作业在内存中许作业在内存中“移动移动”； 在动态分配方式中，每个作业所要求的基本内存空间，也是在装入时确在动态分配方式中，每个作业所要求的基本内存空间，也是在装入时确定的，但允许作业在运行过程中，继续申请新的附加内存空间，以适应定的，但允许作业在运行过程中，继续申请新的附加内存空间，以适应程序和数据的动态增涨，也允许作

58、业在内存中程序和数据的动态增涨，也允许作业在内存中“移动移动”。 2021-11-22操作系统引论PPT课件761.1.4.2 4.2 存储器管理功能存储器管理功能n内存分配内存分配 ： 为了实现内存分配，在内存分配的机制中应具有这样的结构和功能： 内存分配数据结构，该结构用于记录内存空间的使用情况，作为内存分配的依据； 内存分配功能，系统按照一定的内存分配算法，为用户程序分配内存空间； 内存回收功能，系统对于用户不再需要的内存，通过用户的释放请求，去完成系统的回收功能2021-11-22操作系统引论PPT课件771.1.4.2 4.2 存储器管理功能存储器管理功能n内存保护内存保护 ： 内存

59、保护的主要任务，是确保每道用户程序都只在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰。 界限寄存器 2021-11-22操作系统引论PPT课件781.1.4.2 4.2 存储器管理功能存储器管理功能n地址映射地址映射 ： 一个应用程序(源程序)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便形成了可装入程序。这些程序的地址都是从“0”开始的，程序中的其它地址都是相对于起始地址计算的； 由这些地址所形成的地址范围称为“地址空间”， 其中的地址称为“逻辑地址”或“相对地址”。此外，由内存中的一系列单元所限定的地址范围称为“内存空间”， 其中的地址称为“物理地址”。 地址映射功能，以将地址空间中的

60、逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址。 2021-11-22操作系统引论PPT课件791.1.4.2 4.2 存储器管理功能存储器管理功能n内存扩充内存扩充 ：n存储器管理中的内存扩充任务，并非是去扩大物理内存的容量，而是借助于虚拟存储技术，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； 或者是让更多的用户程序能并发运行。这样，既满足了用户的需要，改善了系统的性能，又基本上不增加硬件投资。 为了能在逻辑上扩充内存，系统必须具有内存扩充机制， 用于实现下述各功能：n (1) 请求调入功能。 n (2) 置换功能。 2021-11-22操作系统引论PPT课件801.1.4.3