计算机复试操作系统-01introduction

1、12课程安排n46学时n教材：计算机操作系统（修订版），汤子瀛、哲风屏、汤小丹，西安电子科技大学出版社n授课内容：教材16章3成绩评定n考试：笔试，闭卷，占总成绩70n平时成绩：占30，以大作业为主要考核内容n大作业：授课过程中将布置6个实验，完成3个以上实验，形成报告，要求n独立完成，不得抄袭n在最后一次课递交纸版报告，未递交者不得参加笔试41.0 计算机系统的组成计算机系统的组成n硬件：进行信息处理的实硬件：进行信息处理的实际物理装置际物理装置n软件：计算机系统中的程软件：计算机系统中的程序和有关文件的集合序和有关文件的集合n程序：计算任务的处理对程序：计算任务的处理对象和处理规则的描述象

2、和处理规则的描述n文件：为了便于了解程序文件：为了便于了解程序所需的资料说明所需的资料说明n软件：系统软件、支撑软软件：系统软件、支撑软件、应用软件件、应用软件n系统软件：最靠近硬件的系统软件：最靠近硬件的一层，与具体应用领域无一层，与具体应用领域无关关n支撑软件：支撑其它软件支撑软件：支撑其它软件的编制和维护的软件的编制和维护的软件n应用软件：特定应用领域应用软件：特定应用领域专用的软件专用的软件51.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用1.1.1 1.1.1 操作系统的目标操作系统的目标 1. 方便性方便性2. 有效性有效性 3. 可扩充性可扩充性 4. 开放性开放性 61.1.2

3、 1.1.2 操作系统的作用操作系统的作用 1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口 系统调系统调用方式用方式命令方命令方式式图形窗图形窗口方式口方式72. 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两大类资源：硬件资源和软件资源两大类资源：硬件资源和软件资源软件资源：程序和数据软件资源：程序和数据处理机管理：处理机管理： 用于分配和控制处理机；用于分配和控制处理机；存储器管理：主要负责内存的分配与回收；存储器管理：主要负责内存的分配与回收；I/O设备管理：负责设备管理：负责I/O设备的分配与操纵；设备的分配与操纵；文件管理：负责文件的存取、共

4、享和保护。文件管理：负责文件的存取、共享和保护。1.1.2 1.1.2 操作系统的作用操作系统的作用 83. OS用作扩充机器用作扩充机器 通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器（通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器（Extended Machine）或虚机器（）或虚机器（Virtual Machine）。）。1.1.2 1.1.2 操作系统的作用操作系统的作用 91.1.3 1.1.3 推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力 1. 不断提高计算机资源利用率不断提高计算机资源利用率2. 方便用户方便用户3. 器件的不断更新换代器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展计算机体系

5、结构的不断发展 101.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程 1.2.1 1.2.1 第一代计算机（手工操作阶段）第一代计算机（手工操作阶段） 1. 人工操作方式人工操作方式 缺点：缺点： (1) 用户独占全机用户独占全机 (2) CPU等待人工操作。等待人工操作。 112. 脱机输入脱机输入/输出输出(Off-Line I/O)方式方式 优点：减少了CPU的空闲时间。 (2) 提高I/O速度。 1.2.1 1.2.1 第一代计算机（手工操作阶段）第一代计算机（手工操作阶段） 121.2.2 1.2.2 批处理系统批处理系统 1. 单道批处理系统单道批处理系统(Simple Batch P

6、rocessing System)的处理的处理过程过程 开始还有下一个作业？否停止是把下一个作业的源程序转换为目标程序源程序有错吗？是装配目标程序否运行目标程序13单道程序运行情况用户程序用户程序监督程序监督程序I/O操作操作计算计算请求输入请求输入启动启动I/O结束中断结束中断I/O完成完成继续计算继续计算142. 单道批处理系统的特征单道批处理系统的特征 (1) 自动性。自动性。 (2) 顺序性。顺序性。 (3) 单道性。单道性。 153 多道批处理系统多道批处理系统 运行运行程序程序A程序程序B程序程序C程序程序D从处理从处理器看器看运行运行运行运行运行运行运行运行运行运行运行运行运行运

7、行运行运行运行运行运行运行运行运行时间时间16(1) 提高提高CPU的利用率的利用率 多道批处理系统多道批处理系统 (2) 可提高内存和可提高内存和I/O设备利用率设备利用率(3) 增加系统吞吐量增加系统吞吐量好处：好处：17多道批处理系统的特征多道批处理系统的特征 (1) 多道性。多道性。 (2) (2) 无序性。无序性。 (3) (3) 调度性。调度性。 多道批处理系统多道批处理系统 18优缺点优缺点 (1) 资源利用率高。 (2) (2) 系统吞吐量大。 (3) (3) 平均周转时间长。 (4) (4) 无交互能力。 多道批处理系统多道批处理系统 19需要解决的问题需要解决的问题 (1)

8、 处理机管理问题。 (2) (2) 内存管理问题。 (3) (3) I/O设备管理问题。 (4) (4) 文件管理问题。 (5) (5) 作业管理问题。 多道批处理系统多道批处理系统 20操作系统的定义n一组控制和管理计算机硬件和软件资源、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、以及方便合理地对各类作业进行调度、以及方便用户的程序的集合用户的程序的集合 21操作系统的定义（说明）n操作系统是软件，是系统软件，是由一整套程序组成。n基本职能：控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序地运行n提供众多服务，方便用户使用，扩充硬件功能。n操作系统的地位：其他软件的支撑环境 2

9、21.2.4 1.2.4 分时系统分时系统 1. 分时系统分时系统(Time-Sharing System)的产生的产生用户的需求具体表现在以下几个方面：用户的需求具体表现在以下几个方面： (1) 人人机交互。机交互。 (2) 共享主机。共享主机。 (3) 便于用户上机。便于用户上机。 232. 分时系统实现中的关键问题分时系统实现中的关键问题(1) 及时接收。 (2) 及时处理。 1.2.4 1.2.4 分时系统分时系统 243. 分时系统的特征分时系统的特征 (1) 多路性。多路性。(宏观：多用户同时工作，共享系统资宏观：多用户同时工作，共享系统资源；微观：用户作业轮流运行源；微观：用户作

10、业轮流运行 )(2) (2) 独立性。独立性。 (3) (3) 及时性。及时性。 (4) (4) 交互性。交互性。 1.2.4 1.2.4 分时系统分时系统 251.2.5 1.2.5 实时系统实时系统 1. 应用需求应用需求 (1) 实时控制。(2) (3) (2) 实时信息处理。 262、定义实时：指对随机发生的外部时间做出及时的相应并对其进行处理。（所谓事件时指来自与计算机系统相连接的设备所提出的服务要求和采集数据）实时系统：指系统能及时（或即时）相应外部事件的请求，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地运行。 1.2.5 1.2.5 实时系统实时系统 273.

11、实时任务实时任务 1) 按任务执行时是否呈现周期性来划分周期性实时任务。 (2) 非周期性实时任务。 开始截止时间任务在某时间以前必须开始执行； 完成截止时间任务在某时间以前必须完成。 1.2.5 1.2.5 实时系统实时系统 282) 根据对截止时间的要求来划分 (1) 硬实时任务(hard real-time task)。 (2) 软实时任务(Soft real-time task)。3. 实时任务实时任务 1.2.5 1.2.5 实时系统实时系统 294. 实时系统与分时系统特征的比较实时系统与分时系统特征的比较 多路性。多路性。 (2) 独立性。独立性。 (3) 及时性。及时性。 (4

12、) 交互性。交互性。 (5) 可靠性。可靠性。 1.2.5 1.2.5 实时系统实时系统 301.3 操作系统的基本特性操作系统的基本特性 并发并发(Concurrence) (Concurrence) 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。单CPU：并发程序交替在CPU上运行，包括用户程序与用户程序之间并发执行、用户程序和操作系统程序之间并发执行多CPU：多个程序的并发不仅在宏观上是并发的，而且在微观上程序也可能是并发的311. 互斥共享方式互斥共享方式2. 同时访问方式：宏观上同时，微观上交替访问同时访问方式：宏观上同时，微观上交替访问1

13、.3 操作系统的基本特性 共享共享(Sharing)(Sharing)32 “虚拟”：是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。相应地，用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。1.3 操作系统的基本特性 虚拟虚拟(Virtual)(Virtual)33异步性异步性(Asynchronism) (Asynchronism) 1.3 操作系统的基本特性 进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。341.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能 1.4.1 1.4.1 处理机管理功能处理机管理功能 1. 进程控制进程控制 2. 进程同步进程同步 进程互斥方式，进程互斥方式， 这是

14、指诸进程这是指诸进程(线程线程)在对临界资源进行在对临界资源进行访问时，访问时， 应采用互斥方式；应采用互斥方式； 进程同步方式，指在相互合作去完成共同任务的诸进程进程同步方式，指在相互合作去完成共同任务的诸进程(线程线程)间，由同步机构对它们的执行次序加以协调。间，由同步机构对它们的执行次序加以协调。3. 进程通信进程通信4. 调度调度 351.4.2 1.4.2 存储器管理功能存储器管理功能 1. 内存分配内存分配 分配方式：静态分配方式、动态分配方式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 内存分配功能 内存回收功能36 2. 内存保护 确保每道用户程序都只在自己的内

15、存空间内运行，彼此互不干扰。1.4.2 1.4.2 存储器管理功能存储器管理功能 373. 地址映射地址映射 “逻辑地址逻辑地址”或或“相对地址相对地址”。 “物理地址物理地址”。 1.4.2 1.4.2 存储器管理功能存储器管理功能 384. 内存扩充内存扩充 借助于虚拟存储技术，从逻辑上去扩充内存容量借助于虚拟存储技术，从逻辑上去扩充内存容量 为了能在逻辑上扩充内存，系统必须具有内存扩充机制，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：用于实现下述各功能： (1) 请求调入功能。请求调入功能。 (2) 置换功能。置换功能。 1.4.2 1.4.2 存储器管理功能

16、存储器管理功能 39缓冲管理设备分配和设备处理虚拟设备等功能。 1.4.3 1.4.3 设备管理功能设备管理功能401.4.4 1.4.4 文件管理功能文件管理功能 1. 文件存储空间的管理文件存储空间的管理 相应的数据结构，存储空间的分配和回收功能。相应的数据结构，存储空间的分配和回收功能。 通常是采用离散分配方式，以减少外存零头，并以盘块通常是采用离散分配方式，以减少外存零头，并以盘块为基本分配单位。盘块的大小通常为为基本分配单位。盘块的大小通常为512 B8 KB。 2. 目录管理目录管理 3. 文件的读文件的读/写管理和保护写管理和保护411.4.5 1.4.5 用户接口用户接口1.

17、命令接口命令接口 2. 程序接口程序接口 3. 图形接口图形接口 42程序设计用户接口系统调用n系统调用是为了扩充机器功能、增强系统能力、方便用户使用而在系统中建立的过程（函数）。用户程序或其它系统程序通过系统调用就可以访问系统资源、调用操作系统功能，而不必了解操作系统内部结构和硬件细节，是用户程序或其它系统程序获得操作系统服务的惟一途径。nWindows中的Win32 API提供了一套允许用户获得操作系统服务的过程。43Win32 API的部分系统调用nCreateProcess：创建一个新进程：创建一个新进程nWaitForSingleObject：可等待一个进程退出：可等待一个进程退出n

18、ExitProcess：终止执行：终止执行nCreateFile：创建一个文件或打开一个已有的文件：创建一个文件或打开一个已有的文件nCloseHandle：关闭一个文件：关闭一个文件nReadFile：从一个文件读数据：从一个文件读数据nWriteFile：把数据写入一个文件：把数据写入一个文件nSetFilePointer：移动文件指针：移动文件指针nGetFileAttributesEx：取得文件属性：取得文件属性nCreateDirectory：创建一个新目录：创建一个新目录nRemoveDirectory：删去一个空目录：删去一个空目录nDeleteFile：删除一个已有的文件：删除

19、一个已有的文件nSetCurrentDirectory：改变当前工作目录：改变当前工作目录44系统调用和过程调用的区别n调用形式：过程调用使用一般调用指令，其转向地址调用形式：过程调用使用一般调用指令，其转向地址包含在跳转语句中，是固定不变的；系统调用中不包包含在跳转语句中，是固定不变的；系统调用中不包含处理程序入口，仅提供功能号，按功能号调用含处理程序入口，仅提供功能号，按功能号调用n被调用代码位置：过程调用是静态调用，调用程序和被调用代码位置：过程调用是静态调用，调用程序和被调用代码在同一程序内，经过编译后作为目标代码被调用代码在同一程序内，经过编译后作为目标代码的一部分；系统调用是动态调

20、用，系统调用的处理代的一部分；系统调用是动态调用，系统调用的处理代码在调用程序之外，系统调用处理代码的升级、修改码在调用程序之外，系统调用处理代码的升级、修改与调用程序无关与调用程序无关n提供方式：过程一般由编译系统提供；系统调用由操提供方式：过程一般由编译系统提供；系统调用由操作系统提供作系统提供n调用的实现：程序使用一般机器指令（跳转指令）调调用的实现：程序使用一般机器指令（跳转指令）调用过程，在用户态运行；程序执行系统调用是通过中用过程，在用户态运行；程序执行系统调用是通过中断机构实现，需从用户态转到核心态断机构实现，需从用户态转到核心态451.5 操作系统的结构设计操作系统的结构设计

21、1.5.1 1.5.1 软件工程的基本概念软件工程的基本概念 所谓软件，是指当计算机运行时，能提供所要求的功所谓软件，是指当计算机运行时，能提供所要求的功能和性能的指令和程序的集合，该程序能够正确地处理信能和性能的指令和程序的集合，该程序能够正确地处理信息的数据结构；作为规范软件，还应具有描述程序功能需息的数据结构；作为规范软件，还应具有描述程序功能需求以及程序如何操作使用的文档。求以及程序如何操作使用的文档。 软件工程是指运用系统的、规范的和可定量的方法，软件工程是指运用系统的、规范的和可定量的方法，来开发、运行和维护软件；或者说，是采用工程的概念、来开发、运行和维护软件；或者说，是采用工程

22、的概念、 原理、原理、 技术和方法，来开发与维护软件，技术和方法，来开发与维护软件， 其目的是为了解其目的是为了解决在软件开发中所出现的编程随意、软件质量不可保证以决在软件开发中所出现的编程随意、软件质量不可保证以及维护困难等问题。及维护困难等问题。461.5.2 1.5.2 传统的操作系统结构传统的操作系统结构 1. 无结构操作系统无结构操作系统2. 模块化模块化OS结构结构3. 分层式分层式OS结构结构 471.5.3 1.5.3 微内核微内核OSOS结构结构 1. 客户客户/服务器模式服务器模式(Client-Server Model) 2. 面向对象的程序设计技术面向对象的程序设计技术

23、(Object-Orientated Programming) 3. 微内核技术微内核技术48微内核的基本功能微内核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如进程管理、存储器管理、进程间通信、 低级I/O功能。 (1) 进程管理。 (2) 存储器管理。 (3) 进程通信管理。 (4) I/O设备管理。 1.5.3 1.5.3 微内核微内核OSOS结构结构 4950Windows Server2003操作系统模型nWindows Server2003的设计融合了分层操作系统和客户/服务器（微内核）操作系统的特点n实现了核心态（管态，kernel mode）和用户态（目态，user mode）两个级别。当操作系统处于核心态时，CPU处于特权模式，可执行任何指令；操作系统处于用户态时，CPU处于非特权模式，只能执行非特权指令。一般，操作系统中至关重要的代码运行在核心态，而用户程序一般运行在用户态51体系结构框图不是不是Windows Server2003的服务，不由服务控制器启动，的服务，不由服务控制器启动，如登录进程如登录进程WINLOGON和会和会话管理器话管理器SMSSWindows Server2003的服的服务，如事件日志服务务，如事件日志服务向应用程序提供运行环