操作系统课件第一章绪论

1、计算机操作系统教程考核方法n平时：考勤、作业、提问、实验 n 所占比率30%n期末考试：卷面100分n 所占比率70%课程主要内容n第一部分：绪论n第二部分：操作系统用户界面n第三部分：进程管理n第四部分：处理机调度n第五部分：存储管理n第六部分：文件管理n第七部分：设备管理n教材第一章n教材第二章n教材第三章n教材第四章n教材第五章n教材第八章n教材第九章第二章（操作系统用户界面）管理资源的观点进程交互的观点系统实现的观点操作系统是虚拟机第一章（绪论）操作系统是资源管理者第四章（处理机调度）第五章（存储管理）第六章（文件系统）第七章（设备管理）第三章（进程管理）系统角度操作系统是程序执行的控

2、制者用户角度操作系统是服务提供者服务用户的观点研究和观察操作系统第一章第一章 绪论绪论 主要内容n操作系统概念n操作系统历史n操作系统的基本类型n操作系统功能厨师是如何工作的n厨师从灶台上取得原料，炒菜n当灶台上原料用完时，从冰箱补充到灶台n当冰箱里的原料用完时，从市场购买补充到冰箱n厨师通过前台服务员与顾客交流n顾客通过菜谱来控制厨师炒菜过程n一个厨师可能同时为多个顾客同时服务计算机是如何工作的nCPU厨师n寄存器、高速缓存灶台n内存冰箱n外存市场n人机界面前台服务员n程序菜谱n处理机调度为多个顾客服务的原则计算机系统组成计算机系统组成计算机系统计算机系统(层次结构层次结构)软件软件硬件及固

3、件（裸机）硬件及固件（裸机）应用软件应用软件系统软件系统软件编译、连接装配程序编译、连接装配程序操作系统操作系统计算机系统的组成操作系统的地位操作系统的地位n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） 计算机硬件操作系统系统工具应用软件应用用户应用开发人员操作系统开发人员操作系统位于硬件和用户之间一方面：向用户提供接口，方便用户使用计算机另一方面：管理计算机软硬件资源，合理充分利用操作系统定义n操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理的组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使

4、得用户能够灵活、方便、有效的使用计算机，使整个计算机系统能高效地运行，是计算机与用户之间的接口。主要内容n操作系统概念n操作系统历史n操作系统的基本类型n操作系统功能操作系统历史计算机元件发展n第一代：电子管时代n第二代：晶体管时代n第三代：集成电路时代n第四代：大规模和超大规模电路时代相应操作系统发展n手工操作（无OS）时代n单道批处理时代n多道批处理时代n分时、实时系统时代（通用OS，网络OS，分布式OS）操作系统的历史手工操作阶段n工作方式：n 用户：用户既是程序员，又是操作员；n 编程语言：为机器语言；n 输入输出：纸带或卡片 用户用户纸带或卡片纸带或卡片输入机输入机程序和数据程序和数

5、据计算机计算机计算结果计算结果打印机打印机操作系统的历史手工操作阶段50年代早期出现了穿孔卡片程序写在卡片上然后读入计算机年代早期出现了穿孔卡片程序写在卡片上然后读入计算机操作系统的历史手工操作阶段n计算机的工作特点：n 用户独占全机：不出现资源被其他用户占用，资源利用率低；n 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； 操作系统的历史手工操作阶段n主要矛盾n计算机处理能力的提高与手工操作的低效率（造成浪费）；n用户独占全机的所有资源；n任何一个步骤出现故障都将导致该作业需从头开始执行。操作系统的历史单道批处理n单道：每次只调用一个用户作业进入

6、内存并运行n工作方式：n 配备专门的计算机操作员，程序员和操作员分工合作n 操作员把程序员提交的作业分类，每一批作业由监督程序（monitor)自动依次处理。操作系统的历史单道批处理n1）联机批处理：慢速I/O设备和主机直接相连 卡片机卡片机打印机打印机主机主机纸带机纸带机操作系统的历史单道批处理n2）脱机批处理：增加一台专门用于与I/O设备相连的卫星机 卡片机卡片机打印机打印机卫星机卫星机纸带机纸带机输入磁带输入磁带输出磁带输出磁带主机主机操作系统的历史多道批处理n多道：每次调用多个用户作业进入内存运行多道运行：CPUI/O设备设备A计算计算A的的I/O操作操作B计算计算A计算计算B的的I/

7、O操作操作计算计算单道运行：CPUI/O设备设备I/O操作操作计算计算操作系统的历史多道批处理n特点：n 多道：内存中同时存放几个作业；n 宏观上并行运行：都处于运行状态，但都未运行完；n 微观上串行运行：各作业交替使用CPU；操作系统的历史多道批处理 多道程序系统和多重处理系统的比较 n多道：多个程序同时在内存中交替运行n多重：多个处理器。单道和多道批处理的比较单道多道内存使用每次一个作业每次多个作业（充分利用内存）作业次序顺序，先进先出无确定次序现代操作系统分时操作系统允许多个联机用户同时使用一台计算机系统进行计算的操作系统称分时操作系统分时操作系统 （Time Sharing Opera

8、ting System）现代操作系统分时操作系统n分时技术：n 将处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流将处理机分配给各联机作业使用,多个用户分享使用同一台计算机。n分时操作系统的特点：n 每个用户都认为自己独占了一台计算机，可以通过自己终端向系统发出各种命令。n例：UNIX操作系统CPU时间时间ABCABCAB现代操作系统实时操作系统实时操作系统（Real Time Operating System) 是指系统能及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，并控制所有实时任务协调一致地运行的操作系统。C阀门AB反应堆阀门计算机系统记录仪传感装置图 例：控制信号测量信号现

9、代操作系统实时操作系统n实时系统用于工业控制、军事控制等领域n实时操作系统的特点：n 系统必须在允许的时间范围内作出响应，何时产生结果与产生何种结果同样重要n实时系统工作原理：传感器传感器外设外设执行机构执行机构计算机计算机现代操作系统实时操作系统n实时系统的分类：n 硬实时系统：响应时间一定不能超过时限.如工业过程控制、防空系统、导弹寻航系统等n 软实时系统：响应时间偶尔可以超过时限.如情报检索和查询、飞机订票系统、银行信用卡系统n实时系统的设计：n 事件触发：事件发生时触发系统n 时间触发：每隔一定时间触发系统n实时操作系统 例：RT-Linux, VxWorks各种操作系统的比较系统资源

10、利用率高，吞吐量大系统资源利用率高，吞吐量大交互性好交互性好在有限时间内快速响应并可靠在有限时间内快速响应并可靠适用于程序开发适用于程序开发适用于工业控制、军事控制适用于工业控制、军事控制适用于科学计算适用于科学计算批处理系统分时系统实时系统分时系统实时系统批处理系统现代操作系统通用操作系统n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。 n特点：功能齐全，适应范围较广，系统本身庞大、复杂n例：UNIX操作系统，Windows操作系统现代操作系统操作系统的发展n个人PC操作系统 例：DOS，Windows，Linuxn嵌入式操作系统 例：Windows CEn网络

11、操作系统 例：Netwaren分布式操作系统 例：Amoeba, Mach, Chorus, DCEn智能化操作系统主要内容n操作系统概念n操作系统历史n操作系统的基本类型n操作系统功能操作系统基本类型n批处理操作系统n分时操作系统n实时操作系统n个人计算机操作系统n网络操作系统n分布式操作系统操作系统类型批处理操作系统n一种早期大型机用操作系统，现代操作系统大都具有此功能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操作系统类型批处理操作系统n特点：n 1）脱机使用：用户提交了作业后就象脱离了计算机，不必直接控制计算机n 2）高效：操作系统可以从输入作业中选择适当的一批作业运行，达

12、到系统资源的最大利用率和最大的吞吐能力。多道运行更为高效。n使用：大型科学计算或事务处理操作系统类型分时操作系统n分时技术：n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），每个用户依次轮流使用时间片，使一台计算机为多个终端用户服务。n分时操作系统一般采用时间片轮转法分配计算机的CPUCPU时间ABCABCAB操作系统类型分时操作系统n特点：n 1）交互性：用户通过终端向主机发出请求，主机响应结果n 2）同时性：宏观上多个用户同时使用计算机，微观上计算机轮流为每个用户服务n 3）独立性：每个用户使用各自终端与计算机交互，感觉不到其他用户

13、的存在，好象独立使用计算机n使用：软件开发，运行较小的程序操作系统类型实时操作系统n实时可理解为立即、及时的意思n实时系统需要解决的问题：n1）实时时钟管理：系统日期和时间、定时和延时等；n2）过载保护：缓冲区排队，丢弃某些任务；（过载是指进入系统的任务数目超出系统的处理能力）n3）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（双机，关键部件）操作系统类型实时操作系统n特点：n1）及时性：及时地响应外部请求，并在严格规定的时间内完成对请求的处理n2）连续的人机对话n3）高可靠性：要求安全可靠，可通过冗余策略来容错n4）较强的过载保护能力n使用：工业控制、军事控制操作系统类型个人操作

14、系统n一种联机的交互式的单用户操作系统n特点：n1）个人专用n2）方便友好的用户接口n3）高速数据处理能力n4）实时多任务n使用：个人多媒体计算机操作系统类型网络操作系统计算机网络：是通过通信设施将物理上分散的具有自治功能的多个计算机系统互联起来的，实现信息交换、资源共享和协作处理的系统。n网络模式nClient/Server(C/S)nPeer to Peer(P2P)操作系统类型网络操作系统n网络操作系统在通常操作系统功能的基础上提供网络通信和网络服务功能的操作系统。n网络操作系统为网上计算机进行方便而有效的网络资源共享，提供网络用户所需各种服务的软件和相关规程的集合。n网络操作系统是运行

15、在松散耦合硬件上的松散偶合软件操作系统类型网络操作系统n特点：n1）互连在物理上是分散的计算机n2）每台计算机自治，各自具有操作系统，各自独立工作n3）通过通信设施实现互连n4）实现信息交换、资源共享、互操作、协作处理操作系统类型网络操作系统n功能：n网络通信功能：通过网络协议进行高效、可靠的数据传输；n网络资源管理：协调各用户使用；n网络服务：文件和设备共享，信息发布；n网络管理：安全管理、故障管理、性能管理等操作系统类型分布式操作系统分布式计算机系统由多台分散的计算机经互连网络连接而成，满足如下条件：n系统中任意两台计算机可以通过系统的安全通信机制来 交换信息。n系统中的资源为所有用户共享

16、，用户只要考虑系统中是 否有所需资源，而无需考虑资源在哪台计算机上。n系统中的若干台机器可互相协作完成同一个任务，分布 式系统是一种特殊的计算机网络。n系统中的一个结点出错不影响其它结点运行、即具有较 好的容错性和健壮性。操作系统类型分布式操作系统n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，即功能和任务的分布。n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内的任务分配并自动调度各处理机的工作负载。n分布式操作系统是运行在松散耦合硬件上的紧耦合软件操作系统类型分布式操作系统网络操作系统n已制定通信网络协议n每台计算机有自己的操作系统n对用户不透明

17、n松散耦合硬件上运行松散耦合软件n已在现实中广泛应用分布式操作系统n无标准协议n系统有一个统一的操作系统n对用户透明n松散耦合硬件上运行紧耦合软件n还处于研究阶段主要内容n操作系统概念n操作系统历史n操作系统的基本类型n操作系统功能操作系统的功能n处理机管理n存储管理n设备管理n信息管理n提供用户接口操作系统功能资源管理软件资源硬件资源内存CPU外设程序数据方便用户操作系统的五大功能文件系统管理文件系统管理处理机管理处理机管理内存管理内存管理设备管理设备管理用户接口用户接口操作系统功能处理机管理n组织多个作业同时运行，解决对处理机分配调度策略（例如FCFS，SJF），分配实施和资源回收等n1）作业管理：对作业进行调度与控制n2）进程管理：按照某种原则为进程分配资源操作系统功能存储管理n对内存进行分配、保护和扩充n1）内存分配：保证系统及各用户程序的存储区互不冲突n2）内存保护：保证各用户进程不会互相破坏，保证用户程序不会破坏系统程序n3）内存扩充：将内存和外存结合起来管理，为用户提供一个容量比实际大得多的虚拟存储器操作系统功能设备管理n对计算机输入输出系统的管理n1）对通道、控制器、I/O设备的分配和管理。（通道：一个独立于CPU的专管I/O控制的处理机，控制设备和内存直接进行数据交换）n2）实现设备独立性。设备管理为用户提供一个良好的界面，不必