操作系统基础大学计算机基础课程.

1、大学计算机基础大学计算机基础第第3章章第第3章章操作系统基础操作系统基础 大学计算机基础大学计算机基础第第3章章3.1 3.1 计算机操作系统概述计算机操作系统概述3.2 3.2 操作系统的基本功能操作系统的基本功能3.3 3.3 当前主流操作系统简介当前主流操作系统简介3.4 3.4 操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展操作系统基本概念操作系统的形成操作系统的基本类型处理器管理存储器管理设备管理文件管理用户接口微机操作系统多处理机操作系统网络操作系统分布式操作系统嵌入式操作系统微内核操作系统多媒体操作系统当前主流操作系统如何选用操作系统大学计算机基础大学计算机基础第第3章章4操作系统基本

2、概念操作系统基本概念4操作系统的形成操作系统的形成4操作系统的基本类型操作系统的基本类型大学计算机基础大学计算机基础第第3章章1.1.操作系统的基本概念操作系统的基本概念大学计算机基础大学计算机基础第第3章章操作系统与硬件、软件的关系操作系统与硬件、软件的关系大学计算机基础大学计算机基础第第3章章裸机裸机操作系统操作系统应用程序应用程序用户用户引入操作系统引入操作系统目的目的有效管理有效管理方便用户方便用户操作系统与用户的关系操作系统与用户的关系大学计算机基础大学计算机基础第第3章章由图中可看出由图中可看出: :大学计算机基础大学计算机基础第第3章章操作系统：操作系统：是一组控制和管理计算机软

3、硬件资源、是一组控制和管理计算机软硬件资源、合理地组织多道程序的运行、合理地组织多道程序的运行、方便用户使用的程序的集合。方便用户使用的程序的集合。操作系统基本概念操作系统基本概念(管家、调度、桥梁管家、调度、桥梁)大学计算机基础大学计算机基础第第3章章操作系统的目标操作系统的目标1.1.有效性：提高系统资源利用率，有效性：提高系统资源利用率，提高系统吞吐量；提高系统吞吐量；2.2.方便性：配置图形用户界面；方便性：配置图形用户界面；3.3.扩充性：方便地增加新的功能扩充性：方便地增加新的功能和模块；和模块；4.4.开放性：遵循世界标准规范，开放性：遵循世界标准规范，使软件、硬件兼容。使软件、

4、硬件兼容。大学计算机基础大学计算机基础第第3章章操作系统的作用操作系统的作用大学计算机基础大学计算机基础第第3章章&并发性并发性 u指两个或多个事件在同一时间间隔内发生；指两个或多个事件在同一时间间隔内发生； &资源共享资源共享 u互斥共享。是指仅当一个程序使用某资源结束并互斥共享。是指仅当一个程序使用某资源结束并释放后，其他程序才能使用；释放后，其他程序才能使用；u同时共享。指允许在一段时间内，多个作业同时同时共享。指允许在一段时间内，多个作业同时对某一资源进行访问；对某一资源进行访问；&虚拟虚拟u通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物；

5、的对应物；&异步性异步性u进程是以异步方式运行的。进程是以异步方式运行的。操作系统的特点操作系统的特点大学计算机基础大学计算机基础第第3章章处理机处理机管理管理设备管设备管理理存储管存储管理理文件管文件管理理进程管理进程管理内存空内存空间管理间管理输入输输入输出设备出设备管理管理文件存文件存储管理储管理操作系统的组成操作系统的组成作业管理作业管理用户接口用户接口管理管理大学计算机基础大学计算机基础第第3章章&手工操作手工操作操作系统的史前操作系统的史前“文明文明”&监督程序（早期批处理）监督程序（早期批处理）操作系统的雏形操作系统的雏形 &多道批处理多道批处理现代意义上的操作系统的出现现代意义

6、上的操作系统的出现&分时与实时系统出现分时与实时系统出现操作系统步入实用化操作系统步入实用化&用高级语言书写的可移植的通用操作系统用高级语言书写的可移植的通用操作系统大众大众化的趋势化的趋势2.2.操作系统的形成操作系统的形成大学计算机基础大学计算机基础第第3章章手工操作阶段手工操作阶段穿孔卡片穿孔卡片大学计算机基础大学计算机基础第第3章章手工操作方式两大特点手工操作方式两大特点大学计算机基础大学计算机基础第第3章章批处理阶段批处理阶段主机与输入机之间增加一个存储设备：磁带，主机与输入机之间增加一个存储设备：磁带，在运行于主机上的监督程序的自动控制下，计算机可自动完成：在运行于主机上的监督程序

7、的自动控制下，计算机可自动完成： 成批地把输入机上的用户作业读入磁带，成批地把输入机上的用户作业读入磁带， 依次把磁带上的作业读入主机内存执行并把计算结果向输出机输出。依次把磁带上的作业读入主机内存执行并把计算结果向输出机输出。完成了上一批作业后，监督程序又从输入机上输入另一批作业，保存在磁完成了上一批作业后，监督程序又从输入机上输入另一批作业，保存在磁带上，并按上述步骤重复处理。带上，并按上述步骤重复处理。大学计算机基础大学计算机基础第第3章章联机批处理优缺点联机批处理优缺点大学计算机基础大学计算机基础第第3章章 脱机批处理系统脱机批处理系统增加一台卫星机：不与主机直接相连而专门用于与输入增

8、加一台卫星机：不与主机直接相连而专门用于与输入/输出设备打交道。输出设备打交道。 其功能是：其功能是：（1）从输入机上读取用户作业并放到输入磁带上。）从输入机上读取用户作业并放到输入磁带上。（2）从输出磁带上读取执行结果并传给输出机。）从输出磁带上读取执行结果并传给输出机。主机：不直接与慢速的输入主机：不直接与慢速的输入/输出设备打交道，而与速度相对较快的磁带机发输出设备打交道，而与速度相对较快的磁带机发生关系，有效缓解了主机与设备的矛盾。生关系，有效缓解了主机与设备的矛盾。主机与卫星机可并行工作，二者分工明确，主机与卫星机可并行工作，二者分工明确，可以充分发挥主机的高速计算能力。可以充分发挥

9、主机的高速计算能力。脱机批处理系统在脱机批处理系统在20世纪世纪60年代应用十分广泛。年代应用十分广泛。大学计算机基础大学计算机基础第第3章章多道程序系统多道程序系统大学计算机基础大学计算机基础第第3章章单道程序工作示例单道程序工作示例大学计算机基础大学计算机基础第第3章章多道程序工作示例多道程序工作示例多道程序设计技术多道程序设计技术优点优点：&使使CPUCPU得到充分利用，改善得到充分利用，改善I/OI/O设备和内存的利用率；设备和内存的利用率；&提高了整个系统的资源利用率和系统吞吐量；提高了整个系统的资源利用率和系统吞吐量；&提高了整个系统的效率。提高了整个系统的效率。大学计算机基础大学

10、计算机基础第第3章章单处理机多道程序运行的特点单处理机多道程序运行的特点l多道多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序；：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序；l宏观上并行宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕；它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕；l微观上串行微观上串行：实际上，各道程序轮流地用：实际上，各道程序轮流地用CPUCPU， 交替运行。交替运行。多道程序系统的出现，标志着操作系统渐趋成熟，先后出现了多道程序系统的出现，标志着操作系统渐趋成熟，先后出现了:作业调度管理、作业调

11、度管理、处理机管理、处理机管理、存储器管理、存储器管理、外部设备管理、外部设备管理、文件系统管理、等功能。文件系统管理、等功能。大学计算机基础大学计算机基础第第3章章多道批处理系统多道批处理系统在前述批处理系统中，在前述批处理系统中，引入引入多道程序设计技术后形成多道批多道程序设计技术后形成多道批处理系统（简称处理系统（简称批处理系统批处理系统）。）。两个特点两个特点：多道多道：系统内可：系统内可同时同时容纳容纳多个多个作业。这些作业放作业。这些作业放在在外存外存中，组成一个中，组成一个后备队列后备队列，系统按一定的调度原则每次从，系统按一定的调度原则每次从后备作业队列中选取后备作业队列中选取

12、一个或多个一个或多个作业进入内存。作业进入内存。成批成批：作业的运行由系统：作业的运行由系统自动自动实现，实现，不允许不允许用户与其作业发生用户与其作业发生交互作用，即：作业一旦进入系统，用户就不能直接干预其作交互作用，即：作业一旦进入系统，用户就不能直接干预其作业的运行。业的运行。批处理系统的批处理系统的追求目标追求目标：提高系统资源：提高系统资源利用率利用率和系统和系统吞吐量吞吐量，以及作业流程的以及作业流程的自动化自动化。批处理系统的一个批处理系统的一个重要缺点重要缺点：不提供人机交互能力，给用户：不提供人机交互能力，给用户使用计算机带来不便。使用计算机带来不便。大学计算机基础大学计算机

13、基础第第3章章分时系统阶段分时系统阶段大学计算机基础大学计算机基础第第3章章分时系统特点分时系统特点4多路性。多路性。若干个用户同时使用一台计算机。微观上看是各用若干个用户同时使用一台计算机。微观上看是各用户轮流使用计算机；宏观上看是各用户并行工作。户轮流使用计算机；宏观上看是各用户并行工作。4交互性。交互性。用户可根据系统对请求的响应结果，进一步向系统用户可根据系统对请求的响应结果，进一步向系统提出新的请求。这种能使用户与系统进行人机对话的工作方提出新的请求。这种能使用户与系统进行人机对话的工作方式，明显地有别于批处理系统，因而，分时系统又被称为交式，明显地有别于批处理系统，因而，分时系统又

14、被称为交互式系统。互式系统。4独立性。独立性。用户之间可以相互独立操作，互不干扰。系统保证用户之间可以相互独立操作，互不干扰。系统保证各用户程序运行的完整性，不会发生相互混淆或破坏现象。各用户程序运行的完整性，不会发生相互混淆或破坏现象。4及时性。及时性。系统可对用户的输入及时作出响应。分时系统性能系统可对用户的输入及时作出响应。分时系统性能的主要指标之一是响应时间，它是指：从终端发出命令到系的主要指标之一是响应时间，它是指：从终端发出命令到系统予以应答所需的时间。统予以应答所需的时间。大学计算机基础大学计算机基础第第3章章实时系统阶段实时系统阶段多道批处理系统和分时系统：能获得较令人满意的资

15、源利用多道批处理系统和分时系统：能获得较令人满意的资源利用率和系统响应时间，不能满足率和系统响应时间，不能满足实时控制实时控制与与实时信息处理实时信息处理两个两个应用领域的需求应用领域的需求实时系统实时系统：系统能够及时响应随机发生的外部事件，并在严：系统能够及时响应随机发生的外部事件，并在严格的时间范围内完成对该事件的处理。格的时间范围内完成对该事件的处理。实时系统在一个特定的应用中常作为一种实时系统在一个特定的应用中常作为一种控制设备控制设备来使用来使用: : 大学计算机基础大学计算机基础第第3章章 实时系统可分两类实时系统可分两类4实时控制系统。实时控制系统。当用于飞机飞行、导弹发射等的

16、自动控制时，当用于飞机飞行、导弹发射等的自动控制时，要求计算机能尽快处理测量系统测得的数据，及时地对飞机要求计算机能尽快处理测量系统测得的数据，及时地对飞机或导弹进行控制，或将有关信息通过显示终端提供给决策人或导弹进行控制，或将有关信息通过显示终端提供给决策人员。当用于轧钢、石化等工业生产过程控制时，也要求计算员。当用于轧钢、石化等工业生产过程控制时，也要求计算机能及时处理由各类传感器送来的数据，然后控制相应的执机能及时处理由各类传感器送来的数据，然后控制相应的执行机构。行机构。4实时信息处理系统。实时信息处理系统。当用于预定飞机票、查询有关航班、航当用于预定飞机票、查询有关航班、航线、票价等

17、事宜时，或当用于银行系统、情报检索系统时，线、票价等事宜时，或当用于银行系统、情报检索系统时，都要求计算机能对终端设备发来的服务请求及时予以正确的都要求计算机能对终端设备发来的服务请求及时予以正确的回答。此类对响应及时性的要求稍弱于第一类。回答。此类对响应及时性的要求稍弱于第一类。4主要特点：主要特点：及时响应，高可靠性。及时响应，高可靠性。 大学计算机基础大学计算机基础第第3章章3.3.操作系统的基本类型操作系统的基本类型多道批处理系统、分时系统、实时系统。多道批处理系统、分时系统、实时系统。通用通用操作系统：具有多种类型操作特征的操作系统。可以同操作系统：具有多种类型操作特征的操作系统。可

18、以同时兼有多道批处理、分时、实时处理的功能，或其中两种时兼有多道批处理、分时、实时处理的功能，或其中两种以上的功能。以上的功能。例如例如：实时处理：实时处理+ +批处理批处理= =实时批处理实时批处理系统。首先保证优先处系统。首先保证优先处理实时任务，插空进行批处理作业。常把实时任务称为理实时任务，插空进行批处理作业。常把实时任务称为前前台作业台作业，批作业称为，批作业称为后台作业后台作业。再如再如：批处理：批处理+ +分时处理分时处理= =分时批处理分时批处理系统。即：时间要求不系统。即：时间要求不强的作业放入强的作业放入“后台后台”（批处理）处理，需频繁交互的作（批处理）处理，需频繁交互的

19、作业在业在“前台前台”（分时）处理，处理机优先运行（分时）处理，处理机优先运行“前台前台”作作业。业。大学计算机基础大学计算机基础第第3章章单用户操作系统单用户操作系统安装在个人计算机系统中的操作系统安装在个人计算机系统中的操作系统大学计算机基础大学计算机基础第第3章章多用户操作系统多用户操作系统安装在小型、中型和大型计算机系统中的操作系统安装在小型、中型和大型计算机系统中的操作系统大学计算机基础大学计算机基础第第3章章分时操作系统分时操作系统安装在小型、中型安装在小型、中型和大型计算机系统和大型计算机系统中的操作系统中的操作系统时时间间片片大学计算机基础大学计算机基础第第3章章 3.2 3.

20、2 操作系统的功能操作系统的功能计算机操作系统由许多程序模块组成，每个程序模块完成一计算机操作系统由许多程序模块组成，每个程序模块完成一种特定的任务，其功能把操作系统大体上分为五部分种特定的任务，其功能把操作系统大体上分为五部分：1.1.处理机处理机3.3.设备管理设备管理4.4.文件管理文件管理操作操作系统系统大学计算机基础大学计算机基础第第3章章1.1.处理机管理处理机管理进程：行进中的程序！进程：行进中的程序！大学计算机基础大学计算机基础第第3章章2.2.存储器管理存储器管理为多道程序的并发运行提供良好环境为多道程序的并发运行提供良好环境便于用户使用存储器便于用户使用存储器提高存储器的利

21、用率提高存储器的利用率尽量给计算机提供足够大的存储空间尽量给计算机提供足够大的存储空间内存分配与回收内存分配与回收内存共享与保护内存共享与保护地址映射地址映射内存扩充内存扩充内存管理功能：内存管理功能：目的目的大学计算机基础大学计算机基础第第3章章3.3.设备管理设备管理缓冲管理缓冲管理缓冲管理缓冲管理: :缓解缓解CPUCPU与与外围设备的速度差异外围设备的速度差异设备分配设备分配:系统根据请系统根据请求的外围设备类型和求的外围设备类型和所采用的分配算法对所采用的分配算法对外围设备进行分配。外围设备进行分配。设备处理设备处理: :启动指定的启动指定的外围设备，完成规定外围设备，完成规定的输入

22、输出操作。的输入输出操作。虚拟设备虚拟设备: :把独占设备把独占设备改造成共享设备。改造成共享设备。目的目的为用户程序分配为用户程序分配I IO O设备设备完成用户程序请求的完成用户程序请求的I IO O操作操作提高提高CPUCPU和和I IO O设备的利用率设备的利用率大学计算机基础大学计算机基础第第3章章4.4.文件管理文件管理文件系统应具有下述五个功能文件系统应具有下述五个功能: :大学计算机基础大学计算机基础第第3章章文件的概念文件的概念&文件是指赋予名字并存储于存储介质上的一组文件是指赋予名字并存储于存储介质上的一组相关信息。相关信息。&文件是操作系统中保存数据和信息的最基本单文件是

23、操作系统中保存数据和信息的最基本单元。元。&计算机中的数据及各种信息都是以文件的形式计算机中的数据及各种信息都是以文件的形式存储在外存的。存储在外存的。大学计算机基础大学计算机基础第第3章章&每个文件都必须有一个文件名，操作系统正是每个文件都必须有一个文件名，操作系统正是通过文件名对文件进行管理的。通过文件名对文件进行管理的。 &格式：文件主名格式：文件主名.扩展名扩展名 &文件主名最好能够体现当前文件的内容，扩展文件主名最好能够体现当前文件的内容，扩展名通常表示文件的类型，一般为个字符名通常表示文件的类型，一般为个字符 。文件名总长度不超过文件名总长度不超过255个字符。个字符。&注意文件名

24、中不能出现的字符。注意文件名中不能出现的字符。&不同的文件类型在操作系统中体现为不同的图不同的文件类型在操作系统中体现为不同的图标。标。文件名文件名大学计算机基础大学计算机基础第第3章章WindowsWindows常见的文件类型常见的文件类型扩展名扩展名图标图标文件类型文件类型.COM、.EXE可执行文件可执行文件.TXT文本文件文本文件.DOCWord文档文档.SYS、.DLL系统文件系统文件.BMP、.GIF图像文件图像文件.AVI、 .RM多媒体文件多媒体文件.htm、.html网页文件网页文件 大学计算机基础大学计算机基础第第3章章&文件夹是用来组织和分类文件的。文件夹是用来组织和分类

25、文件的。&文件夹命名和文件命名一致，但一般没有扩展文件夹命名和文件命名一致，但一般没有扩展名名 。&文件夹图标：文件夹图标：&文件夹下可以包含文件，也可以包含文件夹，文件夹下可以包含文件，也可以包含文件夹，被包含的文件夹称为子文件夹。被包含的文件夹称为子文件夹。文件夹文件夹大学计算机基础大学计算机基础第第3章章树状文件系统树状文件系统crack.txtwindowsdownloadProgram fileAsystemtempcrack.txtMy.bmp根文件夹根文件夹(C:)注意同一文件夹下不允许文件同名，但不同的文件夹下可以注意同一文件夹下不允许文件同名，但不同的文件夹下可以系统区分不同

26、文件夹下同名文件的方法是通过文件路径系统区分不同文件夹下同名文件的方法是通过文件路径文件路径为：文件路径为：c:crack.txt文件路径为：文件路径为：c:windowssystemcrack.txt大学计算机基础大学计算机基础第第3章章5.5.作业管理作业管理4作业是指用户在一次计算过程或在一次事务处理过作业是指用户在一次计算过程或在一次事务处理过程中，要求计算机系统所做工作的集合（一次任程中，要求计算机系统所做工作的集合（一次任务）。务）。4作业管理的功能就是提供用户与操作系统的接口，作业管理的功能就是提供用户与操作系统的接口，并对用户作业进行合理调度，以提高系统的吞吐量并对用户作业进行合理调度，以提高系统的吞吐量和缩短作业的周转时间。和缩短作业的周转时间。4具体的说：用户是通过命令或者程序（系统调用）具体的