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文档简介

1、玉溪肝范学就仕息技术工程学就操作系统教程10.-乐惑莫玉溪肝范学BMT息技术工程学就操作系统教程第一章绪论1.1操作系统的概念1.2操作系统的历史1.3操作系统的基本类型1.4操作系统功能1.5计算机硬件简介1.6算法的描述1.7研究操作系统的几种观点习題玉溪师范学洗仕息技术工程学競操作系统教程玉溪肝范学就仕息技术工程学號操作系统教程什么是操作系统操作系统的地位和目标操作系统的作用和组成操作系统举例操作系统的地位和貝标图1.1计算机系统的组成玉溪师范学競传息技*工程学競操作系疑获程图2操作系统易硬件软件的关系玉溪师范学Bt比息技术工程学競操作系皱获程操作M 3计算机系H中的地位应用用户丿1 &

2、gt;1应用开发人员1应用软件操作系统 开发人员系统工具m /操作系统LUJ计算机硬件L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)玉溪师范学阮住息技术工程学洗操作系疑教程 linux操作系统(英语:Operating System,简称OS )是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程 序,是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件 ,任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运 行。操作系统是用户和计算机的接口,同时也是计 算机硬件和其他软件的接口。操作系统的功能包括 管理计算机系统的硬件、软件及数据资源,控制程 序运行,改善人机界面,为其它应用软件提供支持 等

3、,使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用, 提供了各种形式的用户界面,使用户有一个好的工 作环境,为其它软件的开发提供必要的服务和相应 的接口。玉溪师范学先传息拔术工程学競操作系统救程操作系候举侧 UNIX Windows : Windows 95# Windows NT, Windows 2000 , Windows XP, Windows .NET Server , Windows Vista Mac OS X An droid玉溪师范学仕息技术工程学競操作系此敘程操作累统询发展历史推动操作系统发展的主要动力手工操作单道批处理系统(simple batch processing)多道批处理

4、系统(multiprogramming system)分时系统(time-sharing system)实时系统(galtime system)玉溪师范学阮仕息技术工程学競操作系此钱程推动操作系统发展的主要动力(1) 提高资源的利用率和系统性能:计算机发展的 初期,计算机系统昂贵.集中计算.(2) 方便用户:用户上机、调试程序,非专业用户( 商业和办公、家庭)的使用. 器件的发展:CPU的位宽度(指令和数据)、快 速外存玉溪师范学阮比息技术工程学競操作系统钱程1.2操作系统的历史4( 人们通常按照器件工艺的演变把计算机发展过程分为四个阶段。第一代,电子管时代无操作系统第二代,晶体管时代.批处理

5、系统第三代.集成电路时代.多道程序设计第四代,大规模和超大规模集成电路时代 ,分时系统玉溪师范学阮比息技术工程学競操作系统钱程适应计算机发展过程.操作系统经历了如下的发展历程M手工操作(无操作系统批处理执行系统多道程序设计分时系统实时系统通用操作系统网络操作系统分布式操作系统玉溪师范学競付思技术工程学競操作系统如1.2.1手工操作阶段在第一代计算机时期.构成计算机的主要元器件是电子管,计算机运算速度慢.没有操作系统,甚至没有任何软件.用户直接用机器语言编制程序.并在上机时独占全部计算机资源.上机完全是手工操作豈先把 程序纸带(或卡片)装上输入机,然后启动输入机把程 序和数据送入计算机接着通过控

6、制台开关启动程序运行.计算完毕.打印机输出计算结果用户取走并 卸下纸带(或卡片人玉溪师范学配住息技术工程学操作系统教程手工操作阶我194650年代(电于管),计算机资源昂责;工作方式用户:既是程序员.又是操作员.是计算机专业人员; 編程语言:为机器语言;输入输出:纸带或卡片;计算机的工作特点用户独占全机:资源利用率低;CPU等待用户:计算前,手工装入纸带或卡片;计算完 成后.手工卸取纸带或卡片;CPU利用率低;nw玉溪师范学競仕息技术工程学舵操作系疑裁程1.2.1手工操作阶段主要矛盾计算机处理能力的提高,手工操作的低效率( 造成浪费);用户独占全机的所有资源;提高效率的途径摆脱人的手工操作,实

7、现作业的自动过渡 配备专门的操作员右引入批处理玉溪师范学5UT息技术工程学號操作系疑敘程何谓找处理?50年代末 60年代中(晶体管):把用户提交的作 业分类,把一批中的作业编成一个作业执行序列,每 -批作业由一个专门的监督程序(Monitor)自动依 次处理批处理中的作业的组成:-用户程序-数据-作业说明书(作业控制语言批:-供一次加载的磁带或磁盘通常由若干个作业 组装成,在处理中使用一组相同的系统软件( 系统带玉溪师范学冼传息技术工程学就操作系统教程批处理方式I、联机批处理 慢速的输入输出(I/O)设备是和主机直接相连. 作业的执行过程为:(1) 用户提交作业:作业程序、数据.用作业控制语言

8、编写的作业说明书(2) 作业被作成穿孔纸带或卡片,(3) 操作员有选择地把若干作业合成一批.通过输入设备(纸带输入机或读卡机)把它们存入磁带;丁(4) 监督程序读入一个作业(若系统资源能满足该作业要求);(5) 从磁带调入汇编程序或编译程序.将用户作业源程序翻译成目标代码(6) 连接装配程序把编译后的目标代码及所需的子程序装配成f可执行 程序;(7) 启动执行;(8) 执行完毕,由善后处理程序输出计算结果;(9) 再读入一个作业.重复(5)-(9)各步:n 一址址皿士出a、 Akxsrr址址皿玉溪师范学冼传息技术工程学就操作系统教程批处理方式1、联机批处理找柞业处理:对批作业中的每个作业进行相

9、同的处理 :从磁带读入用户作业和编译链接程序.编译链接用 户作业.生成可执行程序;启动执行;执行结果输出这时的间题:这种联机批处理方式解决了作业自动转 接,从而减少作业建立和人工操作时间.但是在作业 的输入和执行结果的输出过程中主机CPU仍处在停 止等待状态,这样慢速的输入输出设备和快速主机之 间仍处于串行工作* CPU的时间仍有很大的浪费.读卡机许主机玉溪肝范学Bt传屯拔术工程学就操作系统救程2、脱机批处理这种方式的显著特征是增加一台不与主机直接相连而 专门用于与输入输出设备打交道的卫星机.如图所示卫星机的功能是二(1)输入设备通过它把作业输入到输入磁带; IYI描出砒诺滋住业柚杆结里蛉由利

10、餘屮论冬-卫星机"褊八.荼输出带主机"玉溪师范学競传息拔术工程学就操作系统教程2、脱机找处理卫星机:完成面向用户的输入输出(纸带或卡片)» 中间结呆暂存在磁带或磁盘上.作业控制命 令由监督程序(monitor)来执行,完成如装入 程序、编译、运行等操作.>特点:利用卫星机完成输入输出功能.主机与卫星机可并行工作.优点:同一批内各作业的自动依次更替,改善了主机CPU和1/减备的使用效率.提高了吞吐量铁点:磁带或磁盘需要人工装卸,作业需要人工分类,监督程序易遗到用户程序的咬坏(由人工干预才可恢复)玉溪肝范学先仕息技术工程学就操作系统教程逋道和中騎技术通道技术和中

11、断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。导致操作 系统进入执行系统阶段通道:专用处理部件*用于控制1/收备与内存间 的数据传输.启动后可独立于CPU运行.实现CPU与 I/O的并行.中斷:指CPU在收到外部中断信号后.停止原来工 作,转去处理该中斷事件完毕后回到原来断点继 续工作.监督程序发展为执行系统(executive system)»常 驻内存,称为执行系统.玉溪师范学競仕息技术工程学旣操作系统单道找处理的主要问题CPU和I/Oi殳备使用忙闲不均(取决于当前作业的特性-对计算为主的作业.夕卜设空闲; -对I/O为主的作业,CPU空闲;玉溪肝范学比思技术工

12、程学就操作系统敘程玉溪肝范学比比思技术工程学就操作系统敘程用户帥土监皙程序请求 输入启动输入输出继续计算输入输出完成(a)单道程序工作示例输入输出操作结束中断;CPU程序人程序B程序人晴求输入 输入输出设备输入诸求| 结束其他L程序B输入输出操作输入输出设备暗求打印输出输出等待结束CPU其他輸入输出 出心A 运行处理 输入数据 运行处理操作程序A oo oo o o运行处理打印输出运行处理OOo0等侍 CPU程序B(b)多道程序工作示例多道秋处理系统(pultiprograming system) 60年代中-7。年代中(集成电路):利用多道批处理提高资源的利用率多道批处理的运行特征-多道:内

13、存中同时存放几个作业;宏观上并行运行:都处于运行状态,但都未运行完;微观上串行运行:各作业交替使用CPU;玉溪师范学就估息技术工程学就操作系统"多道批处 (multiprogramming system)优点:-资源利用率高:CPU和内存利用率校高;作业吞吐童大:单位时间内完成的工作总童大;峡点:用户交互性差:養个作业完成后或中间出错时才与 用户交互,不利于调试和修改;作业平均周转时间长:短作业的周转时间显著增长;软件支持:作业管理与调度,CPU管理.I/O管理.内存管 理,外存管理多道批处理系统标志操作系统基本形成玉溪师范学配代息技术工程学就操作系统教程分Bt M it (t iM

14、-shar ing systea)7啤代中期至今多道程序系统,大大提高了计算机效率.不过用 户十分留恋手工操作阶段的联机工作方式.独占计算机,并直接控制程序运行。但独占计算机方式会造成资源效率低既能保证计算机效率.又能方便 用户使用.成为一种新的追求目标® 20世纪60年 代中期.计算机技术和软件技术的发展使这种追求 成为可能°由于CPU速度不断提高和采用分时技术,一台计算 机可同时连接多个用户终端"而每个用户可在自己 的终端上联机使用计算机.好像自己独占机器一样玉溪师范学阮代息技术工程学就操作系址裁程分时技术二1把处理机的运行时间分成很短的时间片,按时间片 轮流

15、把处理机分配给各联机作业使用2.若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算 .则该作业暂时中断,把处理机让给另一作业使用等 待下一轮时再继续其运行.3、由于计算机速度很快.作业运行轮转得很快给每 个用户的印象是好像他独占了一台计算机。而每个用户 可以通过自己终端向系统发出各种操作控制命令.完成 作业的运行.多用户分时操作系统是当今计算机操作系统中最普遍使 用的一类操作系统.玉溪师范学就仕息技术工程学就操作系统敘程分时系统的特点人机交互性好:在调试和运行程序时由用户自 己操作共享主机:多个用户同时使用.用户独立性:对每个用户而言好象独占主机.现在的许多操作系统都具有分时处理的功能.在 分时系统

16、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.要求:响应时间短;系统可靠性高玉溪师范学息技术工程学競操作廉统裁程实system)用于工业过程控制.军事实时控制、金融等领域. 包括实时控制、实时信息处理目前的操作系统,通常具有分时、实时和批处理功 能,又称作通用操作系统.可适用于计算、事务处 理等多种领域,能运行在多种硬件平台上,如UNIX 系统、Windows NT等.-通用化、小型化玉溪肝范学息技术工程学訖操作系统裁程1.2.6通用操作系统通用操作系统 同时兼有多道批处理、分时、实 时处理的功能.或其中两种以上的功能.例如.将实 时处理和批处理相结合构成实时批处理系统

17、。将批处 理和分时处理相结合可构成分时批处理系统.20世纪60年代中期开始国际上开始研制大型 通用操作系统.如UNIX操作系统,Windows系列操 作系统,其主要原理也是基于UNIX系统的 linux系 统也是从UNIX演变而成的至此,操作系统的基本概念、功能、基本结构和 组成都已形成并渐趋完善.玉溪师范学仕息技术工程学旣操作系疑敬程1.2.7操作柔銃的进一步发展进入20世纪80年代,一方面迎来了个人计算机的时代,同时又向计算机网络、分布式处理.巨型计算机和智能化方向发展操作系统有了进一步的发展网络操作系统个人计算机上的操作系统,例如Window系统.嵌入式操作系统.rrT分布式操作系统.智

18、能化操作系统。玉溪肝范学仕息技术工程学旣操作系统敘程1.3操作系统的基本类翌根据其使用环境和对作业处理方式操作系统的基本类型有二(1) 批处理操作系统(batch processing operating system)(2) 分时操作系统(time sharing operating system)(3) 实时操作系统(real time operating system)(4) 个人计算机操作系统(personal computer operating system)(5) 网络操作系统(network operating system)(6) 分布式操作系统(distributed op

19、erating system)玉溪肝范学BMt息技术工程学旣操作系统裁程披处理操作系统(Batch Processing Operation Systeai)¥爭出:芋4>湍批处理系统中作业处理及状态:用户玉溪师范学阮仿息技术工程学旣操作系统教程挾处理的主要曲征用户脱机使用计算机:作业提交后直到获得结 果之前,用户无法与作业交互.作业成批处理多道程序并行:充分利用系统资源.41 玉溪师范学BUT息技水工程学呢操作系统Ma单itXuniprwaaadng)和多道秋处理的比较玉溪师范学配代息技水工程学先操作系统多道枇处理專统上的技术多道程序系统和多处理系统(multiprocess

20、ing system) 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.作业调度:作业的现场保存和诙复-上下丈切换资源共享:资源的竞争矜同步互斥(exclus ion) 同步(synchronization)机制内存便用:提高内存便用敢率(为当前由CPU执行的程序提供 足够的内存)4LA (overlay),交换(swap)和虚拟存储(virtual memory)内存保护:系统存储区和各皿用程序存储区不可冲突存储 保护文件非顺序存放、随机存取出现:作业管理、处理机管理、存储管理、设备管理、 文件系统管理(file system)出:皋转絆(Tine Sharing Opera

21、tiag分时的定义 把计算机的系统资源(尤其是CPU时间) 进行时间上的分割.每个时间段称为一个时间片 (time slice) 毎个用户依次轮流使用时间片.(1) 交互性,首先,用户可以在程序动态运行情况下对其加以控 制其次,用户上机提交作业方便。第三.分时系统还为用 户之间进行合作提供方便。(2) 多用户同时性:多个用户同时在自己的终增上上机共享 CPU和其他资源.充分发挥系统的效率。(3) 独立性:客观效果上用户彼此间感觉不到有别人也在使用该 台计算机,如同自己独占计算机一样.UNIX是最流行的一种多用户分时操作系统.玉溪师范学息技水工程学旣操作系统M4E实时操作系鮭(Real Tise

22、 Operating System)实时操作系统主要用于过程控制.事务处理等有实时 要求的领域,其主要特征是实时性和可靠性.实时系统的特征-实时时钟管理:提供系统日期和时间、定时和 延时等时钟管理功能;-过载保护:缓冲区排队.丢弃某些任务,动态 调螯任务周期;过栽是指进入系统的任务数目 超出系统的处理能力.-高度可靠性和安全性:容错能力(如故障自动 复位)和冗余备份;挙妙当:芋毎玉溪师范学阮仕息技术工程学就操作系统敘程1.3.5个人计算机上的操作系统个人计算机上的操作系统是一联机的交互式的单 用户操作系统.它提供的联机交互功能与通用分时系 统所提供的很相似由于是个人专用.因此在多用户 和分时所

23、要求的对处理机调度、存储保护方面将会简 单得多.然而.由于个人计算机的应用普及.对于提 供更方便友好的用户接口的要求愈来愈迫切目前在个人计算机上使用的操作系统以Windows系列 和linux系统为主.玉溪师范学先仕息技术工程学就操作系统教程个人计算机操作系銃(Personal Computer Operating System)针对单用户使用的个人计算机进行优化的操作系统.个人计算机操作系统的特征应用领域:事务处理、个人娱乐“系统要求:便用方便、支持多种硬件帝外部设备(多媒体 设备、网络、远程通估)、效率不必彳艮高.常用的个人计算机操作系统-单用户单任务:MS DOS单用户多 任务:OS/2

24、. MS Windows 3. x» Windows 95, Windows 2000 Professional多用户多任务:UNIX (SCO UNIX, Solaris x86» Linux, FreeBSD)薰梓出:导彷陽玉溪师范学决?ft息技术工程学旣操作系统敘程1.4操作系统的功能e处理机管理存储管理设备管理信息管理用户接口玉溪师范学阮仕息技术工程学旣操作系候Jit程1.4.1处理机管理在多道程序或多用户的情况下.要组织 多个作业同时运行*就要解决对处理机分配 调度策略、分配实施和资源回收等问题.这 就是处理机管理功能正是由于操作系统对 处理机管理策略的不同,其提

25、供的作业处理方式也就不同,例如成批处理方式.分时处理方式和实时处理方式.从而呈现在用户面 前,成为具有不同性质功能的操作系统玉溪师范学先仕息技术工程学競操作系统敘程而不必去涉及具体的设备特性,以使用户能方便、灵活地使用这些设备。1-4.2存储管理(1)内存分配.如何分配内存.以保证系统及各用户 程序的存储区互不冲突.(2)存储保护.保证一道程序在执行过程中不会有意 或无意地破坏另一道程序.保证用户程序不会破 坏系统程序.(3内存扩充。当用户作业所需要的内存量超过计算 机系统所提供的内存容量时把内部存储器和外 部存储器结合起来管理,为用户提供一个容量比 实际内存大得多的虚拟存储器玉溪师范学息技术

26、工程学競操作系统教程1.4.3设备管理(1)通道、控制器、输入输出设备的分配和管理.设备 管理的任务就是根据一定的分配策略.把通道、控 制器和输入输出设备分配给请求输入输出操作的程序,并启动设备完成实际的输入输出操作*(2)设备独立性。输入输出设备种类很多使用方法各 不相同设备管理应为用户提供一个良好的界面,玉溪师范学BMt息技术工程学就操作系统林1.4.4信息管理(文件系统管理)上述三种管理是针对计算机的硬件资源的管理信息管 理(文件系统管理)是对系统的软件资源的管理。信息的共享.保密和保护.是文件系统所要解决的.1.4.5用户接口玉溪师范学旣仕息技水工程学BL操作系皱敘程系统命令:命4行、目标:提供一个友好的用户访问操作系统的接口 操

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