操作系统OSppt_01

1、计算机操作系统计算机操作系统任课老师：杨瑞敏TELmail:书名：计算机操作系统（第三版）书名：计算机操作系统（第三版）编者：汤小丹编者：汤小丹 梁红兵梁红兵 哲风屏哲风屏 汤子瀛汤子瀛出版社：西安电子科技大学出版社出版社：西安电子科技大学出版社操作系统计算机系统：计算机系统：l硬件：硬件：CPU、存储器、存储器、I/O设备设备l软件：系统软件（操作系统、编译程序、汇软件：系统软件（操作系统、编译程序、汇编程序、编程序、DBMS）和）和 应用软件应用软件对操作系统的对操作系统的描述描述：l是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件

2、系统的首次扩充。硬件系统的首次扩充。l用户（应用程序）与计算机硬件之间的用户（应用程序）与计算机硬件之间的接口接口。OS的目标的目标l有效性：提高系统资源的利用率和吞吐量有效性：提高系统资源的利用率和吞吐量l方便性：使计算机易学易用方便性：使计算机易学易用l可扩充性：能适应硬件的发展，容易升级可扩充性：能适应硬件的发展，容易升级l开放性：遵循世界标准规范开放性：遵循世界标准规范第一节第一节 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用OS的作用的作用l用户与计算机硬件之间的接口用户与计算机硬件之间的接口计算机硬件计算机硬件系统调用系统调用 命令命令 图形窗口方式图形窗口方式操作系统操作系统应用程序

3、应用程序用户用户l计算机系统资源的管理者计算机系统资源的管理者l四类资源：处理器、存储器、四类资源：处理器、存储器、I/O设备、信设备、信息（数据和程序）息（数据和程序）l四种功能：处理机管理、存储器管理、四种功能：处理机管理、存储器管理、I/O设备管理、文件管理设备管理、文件管理lOS用作扩充机器用作扩充机器l通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚机器。虚机器。I/O设备设备文件管理文件管理面向用户的窗口软件面向用户的窗口软件裸机裸机第二节第二节 操作系统的发展过程操作系统的发展过程无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统单道批处理系统单道批处理系统多

4、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1 1、无操作系统的计算机系统、无操作系统的计算机系统人工操作方式人工操作方式 缺点缺点人机速度矛盾人机速度矛盾 用户独占全机、用户独占全机、CPUCPU等待人工操作等待人工操作 联机输入输出（联机输入输出（On-Line I/OOn-Line I/O）方式）方式脱机输入输出脱机输入输出（Off-Line I/OOff-Line I/O）方式方式 关键设备：外围机、磁带关键设备：外围机、磁带 输入设备输入设备外围机外围机磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘外围机外围机主机主机输出设备输出设备脱机脱机I/O示意图示意图优点：减少优点：减少CP

5、U的空闲时间、提高的空闲时间、提高I/O速度速度2、单道批处理系统单道批处理系统把一批作业脱机输入到磁带上；把一批作业脱机输入到磁带上；系统配上系统配上监督程序监督程序（OSOS的雏形）；的雏形）；在监督程序的控制下使这批作业能一个接一个的在监督程序的控制下使这批作业能一个接一个的连续得到处理；连续得到处理；处理机使用权在监督程序和用户程序间转换。处理机使用权在监督程序和用户程序间转换。系统对作业的处理是成批进行的，且在内存中始系统对作业的处理是成批进行的，且在内存中始终只保持一道作业，故称为单道批处理系统。终只保持一道作业，故称为单道批处理系统。特征：特征：自动性、顺序性、单道性自动性、顺序

6、性、单道性3、多道批处理系统多道批处理系统内存中允许同时有多个用户程序存在内存中允许同时有多个用户程序存在后备作业队列、作业调度程序调度运行后备作业队列、作业调度程序调度运行有有I/OI/O操作或完成作业时，调入另一个作业操作或完成作业时，调入另一个作业形成源源不断的作业流形成源源不断的作业流t1t2t3t4t5t6t7t8结束中断I/O 完成启动 I/OI/O 中断请求I/O 完成启动 I/OI/O 中断请求用户程序监督程序I/O 操作(a) 单道程序运行情况程序A程序A I/O 请求程序A I/O 完成程序B程序B I/O 请求程序C程序C I/O 请求程序D程序D I/O 请求C I/O

7、 完成C 再被调度程序B I/O 完成程序A再被调度程序A程序B程序C程序D调度程序(b) 四道程序运行情况A完成结束中断图 1-4 单道和多道程序运行情况 特点：多道性、无序性、调度性特点：多道性、无序性、调度性l优点：资源利用率高、系统吞吐量大优点：资源利用率高、系统吞吐量大l缺点：无交互能力、作业平均周转时间较缺点：无交互能力、作业平均周转时间较长长操作系统的定义：操作系统的定义： 操作系统是一组控制和管理计算机操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理的对各类作业进硬件和软件资源，合理的对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序集合。行调度，以及方便用户使用的程序集合。多道批处

8、理系统需要解决的问题：多道批处理系统需要解决的问题：（1）处理机管理问题）处理机管理问题（2）内存管理问题）内存管理问题（3）I/O设备管理问题设备管理问题（4）文件管理问题）文件管理问题（5）作业管理问题）作业管理问题4、分时系统分时系统分时系统的产生原因分时系统的产生原因l人机交互能力的需求、共享主机、方便用户上机人机交互能力的需求、共享主机、方便用户上机分时系统：分时系统：是指一台主机上连接了多个终端，是指一台主机上连接了多个终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互的同时允许多个用户通过自己的终端，以交互的方式使用计算机，共享主机中的资源。方式使用计算机，共享主机中的资源。分时系统实

9、现中的关键问题：分时系统实现中的关键问题：l及时接收多路卡及时接收多路卡l及时处理作业直接进内存、时间片轮转及时处理作业直接进内存、时间片轮转分时系统的特征分时系统的特征l多路性、独占性、及时性、交互性多路性、独占性、及时性、交互性5、实时系统实时系统实时系统实时系统l系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，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处理，并控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的运行。制所有实时任务协调一致的运行。实时系统的类型：实时系统的类型：l实时控制系统实时控制系统l实时信息处理系统实时信息处理系统2. 实时任务实时任务

10、 1) 按任务执行时是否呈现周期性来划分(1) 周期性实时任务。 (2) 非周期性实时任务。 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： 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。 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、独占性、及时性、交互性、可靠性多路性、独占性、及时性、交互性、可靠性 2) 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)。第三节 操作系统的特

11、征并发并发（Concurrence）共享共享（Sharing）虚拟虚拟（Virtual）异步性异步性（Asynchronism）1、并发（Concurrence）并行与并发：并行与并发：l并行性：多个事件在同一时刻同时发生并行性：多个事件在同一时刻同时发生l并发性：宏观上在同一时间段内同时运行并发性：宏观上在同一时间段内同时运行 微观上交替执行微观上交替执行并发特征是并发特征是OS最重要的特征。最重要的特征。2、共享（Sharing）共享：共享：是指系统中的资源可供内存中多个并发执是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。行的进程共同使用。互斥共享方式互斥共享方式l互斥就是排他性互

12、斥就是排他性l临界资源（独占资源）：在一段时间内只允许一个进程临界资源（独占资源）：在一段时间内只允许一个进程访问的资源（如打印机）访问的资源（如打印机）同时访问方式同时访问方式l宏观上在一段时间内允许多个进程宏观上在一段时间内允许多个进程“同时同时”访问某些资访问某些资源源l微观上微观上“轮流轮流”（交替访问）（交替访问）l处理机、内存、磁盘处理机、内存、磁盘3、虚拟（Virtual）虚拟：虚拟：是指通过某种技术把一个物理设备实体是指通过某种技术把一个物理设备实体变为若干个逻辑上的对应物。变为若干个逻辑上的对应物。虚拟对象类型：虚拟对象类型：l虚拟处理机：通过多道程序设计技术实现虚拟处理机：

13、通过多道程序设计技术实现l虚拟内存：虚拟存储器技术虚拟内存：虚拟存储器技术l虚拟外部设备：虚拟设备技术虚拟外部设备：虚拟设备技术4、异步性（Asynchronism）异步性异步性：进程是以人们不可预知的速度向前推：进程是以人们不可预知的速度向前推进的。进的。导致的原因导致的原因：l多道环境的复杂性多道环境的复杂性l进程的动态性进程的动态性l每个进程的运行过程是不可预测的每个进程的运行过程是不可预测的第四节操作系统的主要功能从资源管理和用户接口两方面说明从资源管理和用户接口两方面说明OS的功的功能：能： 资源管理资源管理 硬件资源硬件资源(处理机、内存、外设处理机、内存、外设) 软件资源软件资源

14、(信息、数据信息、数据) 用户接口用户接口处理机管理处理机管理l对处理机进行分配对处理机进行分配进程控制、同步，进程控制、同步，通信和调度通信和调度存储器管理存储器管理l对内存进行分配、保护、地址映射和扩充对内存进行分配、保护、地址映射和扩充设备管理设备管理l缓冲管理，分配设备，设备处理缓冲管理，分配设备，设备处理文件管理文件管理l文件的存储、信息的共享、信息的保密与文件的存储、信息的共享、信息的保密与保护保护用户接口用户接口 1、命令接口命令接口：用户与：用户与OS的接口的接口l联机用户接口：由一组键盘操作命令及命联机用户接口：由一组键盘操作命令及命令解释程序组成。令解释程序组成。l脱机用户

15、接口：由一组作业控制语言组成脱机用户接口：由一组作业控制语言组成 2、程序接口程序接口 应用程序与应用程序与OS的接口，在应用程序中使用的接口，在应用程序中使用系统调用。系统调用。 3、图形接口图形接口第五节 操作系统的结构设计无结构无结构OS模块化模块化OS结构结构分层式分层式OS结构结构微内核微内核OS结构结构1、无结构无结构OSOS无结构无结构OS设计重点：功能的实现和高效率设计重点：功能的实现和高效率缺点：缺乏清晰的程序结构缺点：缺乏清晰的程序结构 错误多、难以维护错误多、难以维护2、模块化OS结构原理原理以功能来划分模块以功能来划分模块操作系统操作系统进程管理进程管理模块存储管理存储

16、管理文件管理文件管理进程进程控制控制进程进程调度调度进程进程控制控制进程进程调度调度进程进程控制控制进程进程调度调度子模块优点：优点： 提高了设计的正确性、可维护性；提高了设计的正确性、可维护性； 增强了增强了OS的可适应性；的可适应性； 加速了加速了OS的开发过程；的开发过程；缺点：缺点： 对模块的划分不精确，易存在错误；对模块的划分不精确，易存在错误； 未将资源加以区别；未将资源加以区别； 模块间存在着复杂的依赖关系，使模块间存在着复杂的依赖关系，使OS结结构不清。构不清。3、分层式OS结构各层模块间只能是单向调用关系用户态核心态1）有序分层的基本概念 A1和高层软件无关2）层次的设置（1

17、）程序嵌套 作业调度模块、进程控制模块、内存管理模块（2）运行频率 时钟管理、进程调度（3）公用模块 wait,signal（4）用户接口 放置在最高层，直接提供给用户使用1.5.3 面向对象的程序设计1.面向对象技术的基本概念 对象指现实世界中具有相同属性、服从相同规则的一系列事物（事物可以是一个物理试题、一个概念或一个软件模块等）的抽象，而把其中的具体事物称为对象的实例。在OS中有进程对象、线程对象、存储器对象和文件对象等。1）对象在面向对象的技术中，是利用被封装的数据结构（变量）和一组对它进行操作的过程（方法），来表示系统中的某个对象的。 如文件管理数据结构数据结构过程1过程2过程32）对象类 类名 属性操作（文件）文件A图表20KX用户创建打开（）读（）写（）关闭（）（类名 ）对象名属性值操作图1-8 类和