操作系统第一章

1、2021-12-20南晓数信学院12021-12-20南晓数信学院22021-12-20南晓数信学院32021-12-20南晓数信学院42021-12-20南晓数信学院52021-12-20南晓数信学院62021-12-20南晓数信学院72021-12-20南晓数信学院82021-12-20南晓数信学院9返回目录返回目录2021-12-20南晓数信学院10返回2021-12-20南晓数信学院112021-12-20南晓数信学院122021-12-20南晓数信学院132021-12-20南晓数信学院14运算速度：运算速度：50005000次次/ /秒秒, , 1800018000个真空管个真空管

2、, , 占地占地182182平方米，重量平方米，重量130130吨，功耗吨，功耗140kW140kW2021-12-20南晓数信学院151946 50年代（电子管），集中计算（计算中心），计算机资源昂贵；2021-12-20南晓数信学院162021-12-20南晓数信学院17一种穿孔机与穿孔卡片2021-12-20南晓数信学院182021-12-20南晓数信学院192021-12-20南晓数信学院20需求推动发展需求推动发展2021-12-20南晓数信学院212021-12-20南晓数信学院222021-12-20南晓数信学院232021-12-20南晓数信学院24MINIX Logo2021

3、-12-20南晓数信学院252021-12-20南晓数信学院262021-12-20南晓数信学院272021-12-20南晓数信学院28Linux:tux2021-12-20南晓数信学院29计算机系统(层次结构)软件硬件及固件（裸机）应用软件系统软件编辑软件，编译软件操作系统图1.1 计算机系统的组成2021-12-20南晓数信学院30计算机系统软硬件的层次结构计算机系统软硬件的层次结构2021-12-20南晓数信学院31操作系统的地位：紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他软件的共同环境）操作系统操作系统设计者设计者应用软件应用软件操作系统操作系统计算机硬件计算机硬件系统软件系统软件终端

4、用户终端用户程序员程序员2021-12-20南晓数信学院322021-12-20南晓数信学院332021-12-20南晓数信学院342021-12-20南晓数信学院35定义：定义：操作系统操作系统是管理软硬件资源、控制程是管理软硬件资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，合理序执行，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种系统软件。良好运行环境的一种系统软件。2021-12-20南晓数信学院36操作系统的层次模型操作系统的层次模型高低2021-12-20南晓数信学院372021-12-20南晓数信

5、学院38返回2021-12-20南晓数信学院3950年代末 60年代中（晶体管）：利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门的监督程序（Monitor）自动依次处理。可使用汇编语言开发。2021-12-20南晓数信学院402021-12-20南晓数信学院412021-12-20南晓数信学院42为解决CPU和I/O设备之间速度不匹配而提出，利用卫星机完成输入输出功能。2021-12-20南晓数信学院43 批处理操作系统针对的是第二代通用计算机，如IBM的1401和7094等，通过去除人机交互达到CPU和输入输出利用率的改善。 2021-12-20南晓数信学院4460年代初，发

6、展了通道技术和中断技术，这些技术的出现使监督程序在负责作业运行的同时提供I/O控制功能。2021-12-20南晓数信学院452021-12-20南晓数信学院4660年代中 70年代中（集成电路集成电路），利用多道批处理提高资源的利用率。2021-12-20南晓数信学院472021-12-20南晓数信学院48用户作业录入提交收容完成运行就绪等待作业调度执行作业调度批处理系统中作业处理及状态2021-12-20南晓数信学院49在此计算过程中，处理器的利用率是：52/（78+52+20）35%2021-12-20南晓数信学院50如果计算机同时接受两道计算题，当第一道程序在等待外围设备的时候，让第二道

7、程序运行，以降低CPU的等待时间，处理器的利用率显然可以有所提高。例如，计算机在接受上述计算时还接受了另外一道算题：从另一台磁带机上输入2000个字符（假设磁带机的速度是10万字符/秒，则耗时20MS），经42毫秒处理后，从行式打印机（速度为1350行/分）上输出两行(耗时88ms)当这两个算题同时进入主存计算时，这个计算过程如下图所示此时，处理器的利用率为：（52+42）/15063%2021-12-20南晓数信学院512021-12-20南晓数信学院522021-12-20南晓数信学院532021-12-20南晓数信学院54多道程序系统和多处理系统(multiprocessing syst

8、em)的区别：前者指多个程序同时在内存中交替运行，后者指多个处理器。2021-12-20南晓数信学院552021-12-20南晓数信学院562021-12-20南晓数信学院5770年代中期至今2021-12-20南晓数信学院582021-12-20南晓数信学院592021-12-20南晓数信学院60在分时系统的基础上，操作系统的发展开始分化，如实时系统、通用系统、个人系统等。2021-12-20南晓数信学院612021-12-20南晓数信学院622021-12-20南晓数信学院63实时系统的类型：实时系统的类型：（1）工业（武器）控制系统（2）信息查询系统（3）多媒体系统（4）嵌入式系统实时任

9、务类型：实时任务类型：按任务执行时是否出现周期划分：周期性实时任务、非周期性实时任务。根据对截止时间的要求划分：硬实时任务、软实时任务。2021-12-20南晓数信学院652021-12-20南晓数信学院662021-12-20南晓数信学院67返回2021-12-20南晓数信学院682021-12-20南晓数信学院69多处理操作系统的出现是为了提高计算机系统性能和可靠性。提高性能有两条途径：提高性能有两条途径：l提高各个组成部分的速度、增大处理的并行程度。l1975年前后，出现多处理机系统(multi-processor)。2021-12-20南晓数信学院702021-12-20南晓数信学院7

10、12021-12-20南晓数信学院72对称多处理机与非对称多处理机的比较2021-12-20南晓数信学院732021-12-20南晓数信学院74网络操作系统是在通常操作系统功能操作系统功能的基础上提供网络网络通信和网络服务功能通信和网络服务功能的操作系统。l网络操作系统为网上计算机进行方便而有效的网网络资源共享络资源共享，提供网络用户所需各种服务的软件和相关规程的集合。l网络功能与操作系统的结合程度网络功能与操作系统的结合程度是网络操作系统的重要性能指标。l早期的作法是通常操作系统附加网络软件附加网络软件，过渡到网络功能成为操作系统的有机组成部分有机组成部分。l它们的区别在于：网络功能的强弱、

11、使用是否方便等。2021-12-20南晓数信学院75一些自主的计算机系统，通过通信设施一些自主的计算机系统，通过通信设施相互连接，完成信息交换、资源共享、相互连接，完成信息交换、资源共享、互操作和协同工作等功能。互操作和协同工作等功能。引入计算机网络的目的：完成新的应用引入计算机网络的目的：完成新的应用（进行自动的信息交换），提高性能（进行自动的信息交换），提高性能价格比（共享昂贵资源）价格比（共享昂贵资源）2021-12-20南晓数信学院762021-12-20南晓数信学院772021-12-20南晓数信学院78分布式系统：分布式系统：处理和控制的分散（相对于集中处理和控制的分散（相对于集中

12、式系统）式系统）l分布式系统是以计算机网络为基础的，它分布式系统是以计算机网络为基础的，它的基本特征是处理上的分布，即功能和任务的基本特征是处理上的分布，即功能和任务的分布。的分布。l分布式操作系统的所有系统任务可在系统分布式操作系统的所有系统任务可在系统中任何处理机上运行，自动实现全系统范围中任何处理机上运行，自动实现全系统范围内的任务分配并自动调度各处理机的工作负内的任务分配并自动调度各处理机的工作负载。载。2021-12-20南晓数信学院792021-12-20南晓数信学院80返回2021-12-20南晓数信学院812021-12-20南晓数信学院82并行性和并发性是既相似又有区别的两个

13、概念。并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念。并行性：两个或多个事件在并行性：两个或多个事件在同一时刻发生同一时刻发生；并发性：两个或多个事件在并发性：两个或多个事件在同一时间间隔内发生同一时间间隔内发生。操作系统是一个并发系统操作系统是一个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的并发。l操作系统要完成这些并发过程的管理。并行(parallel)是指在同一时刻发生。2021-12-20南晓数信学院832021-12-20南晓数信学院84多个进程共享有限的计算机系统资源。多个进程共享有限的计算机系统资源。l操作系统要对系统资源进行合理分配和使用。l资源在一个时间段内交替被多个进程所用。2021

14、-12-20南晓数信学院85一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体分分时时或分空间分空间。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。2021-12-20南晓数信学院86也称不确定性，指进程的执行顺序和执行时间的不确定性；也称不确定性，指进程的执行顺序和执行时间的不确定性；2021-12-20南晓数信学院872021-12-20南晓数信学院882021-12-20南晓数信学院89完成处理机资源的分配调度等功能。处理机调度的单位可为进程或线程。2021-12-20南晓数信学院90管理目标：提高利用率、方便用户使用、提供足够的存储空间、方便进程并发运行。2021-12-20南晓数信学院

15、91设备管理的目标是：方便的设备使用、提高CPU与I/O设备利用率；2021-12-20南晓数信学院92解决软件资源的存储、共享、保密和保护。2021-12-20南晓数信学院93目标：提供一个友好的用户访问操作系统的接口。操作系统向上提供两种接口：2021-12-20南晓数信学院942021-12-20南晓数信学院952021-12-20南晓数信学院962021-12-20南晓数信学院972021-12-20南晓数信学院982021-12-20南晓数信学院99图 1-6 模块化操作系统结构 2021-12-20南晓数信学院1002021-12-20南晓数信学院1012021-12-20南晓数信

16、学院1022021-12-20南晓数信学院1032021-12-20南晓数信学院1042021-12-20南晓数信学院1052021-12-20南晓数信学院106图 1-7 一个对象的示意图 2021-12-20南晓数信学院107 2021-12-20南晓数信学院108 2021-12-20南晓数信学院109 2021-12-20南晓数信学院110安全子系统登录进程Win32客户OS/2客户POSIX客户OS/2子系统Win32子系统POSIX子系统硬件抽象层系统服务核心态用户态内核NT执行体对象管理器安全引用监视器虚拟内存管理器进程和线程管理器本地过程调用功能高速缓存管理器文件系统驱动程序硬

17、件设备驱动程序I/O管理器网络重定向Windows NT体系结构2021-12-20南晓数信学院111简化的Windows2000体系结构2021-12-20南晓数信学院1122021-12-20南晓数信学院113返回2021-12-20南晓数信学院114IBM PC, CPU 8088/8086, BIOS单用户单任务，简单分层结构，16位MS DOS的历史的历史2021-12-20南晓数信学院115BIOS(基本输入/输出系统)DOS核心命令处理程序BIOS(基本输入/输出系统)DOS核心命令处理程序2021-12-20南晓数信学院1162021-12-20南晓数信学院117CPU 803

18、86单用户多任务（分时系统），16位/16和32位混合/32位Windows的历史的历史2021-12-20南晓数信学院118安全子系统登录进程Win32客户OS/2客户POSIX客户OS/2子系统Win32子系统POSIX子系统硬件抽象层系统服务核心态用户态内核NT执行体对象管理器安全引用监视器虚拟内存管理器进程和线程管理器本地过程调用功能高速缓存管理器文件系统驱动程序硬件设备驱动程序I/O管理器网络重定向Windows NT体系结构2021-12-20南晓数信学院119简化的Windows2000体系结构2021-12-20南晓数信学院1202021-12-20南晓数信学院1212021-12-20南晓数信学院122多用户多任务，16/32/64位BSD, SVR4（模块式结构）, OSF/1（微内核结构） UNIX的历史的历史2021-12-20南晓数信学院123Bell实验室早期UNIX和C加州大学伯克利分校BSD4At&T的系统VHP-UXAIXSolarisSCO UNIXLinux2021-12-20南晓数信学院124硬件硬件层硬件控制字符