计算机基础课件操作系统

1、1操作系统基础信息与通信工程学院 吴振宇 2本章内容现代计算机都要安装操作系统才能使用未安装操作系统的计算机叫裸机安装了操作系统的计算机叫虚拟机或扩展机操作系统概述操作系统原理微机操作系统实用技术常见操作系统34.1 操作系统概述操作系统的定义 管理计算机系统资源并且方便用户使用计算机系统资源的一组基本程序，是计算机与用户的界面/接口 （interface）界面一般有两种方式：文本界面GUI界面44.1 操作系统概述计算机系统资源54.1 操作系统概述操作系统与其他资源的关系操作系统的发展手工阶段批处理操作阶段分时系统现代操作系统64.1 操作系统概述操作系统的发展手工阶段：第一代电子计算机，

2、作业、纸带/卡片机器语言编写程序程序和操作数据在纸带或卡片上打孔将纸带或卡片送入输入机计算机执行作业输出到打印机手工操作资源独占手工用时比例不大74.1 操作系统概述第二阶段：批处理操作阶段手工操作的慢速度和计算机运算的高速度之间形成了一对矛盾，即所谓人机矛盾只有设法去掉人工干预，实现作业的自动过渡，这样就出现了“成批处理 ”专门的计算机操作员CPU可运行监督程序控制作业的输入、处理和输出，减少了人工干预可分为联机批处理和脱机批处理84.1 操作系统概述联机批处理的特点：作业的输入输出是联机的 作业从输入设备到磁带，由磁带调入内存，以及结果的输出打印都是由中央处理机CPU直接控制的。CPU使用

3、效率低。 随着处理机速度的不断提高，处理机和输入输出设备之间的速度差距就形成了尖锐的矛盾。94.1 操作系统概述脱机批处理由主机和卫星机组成。卫星机又称外围计算机，它不与主机直接连接，只与外部设备打交道。脱机批处理系统的特点主机摆脱了慢速的输入输出工作，可以较充分地发挥高速计算能力主机和卫星机可以并行操作，系统的处理能力大幅度提高存在缺陷： a)卫星机和主机之间的磁带装卸仍需人工完成 b)操作员需要监督其状态信息 c) 系统没有任何保护自身的措施4.1 操作系统概述脱机批处理系统10作业114.1 操作系统概述批处理阶段的技术为了解决脱机批处理的问题（监督保护），两大硬件技术基础：通道和中断通

4、道：一种硬件，可以接替CPU控制输入输出以及与CPU的通信中断：可以随时通知CPU外部设备的准备情况，使系统能暂时中止正在运行的程序，转向中断处理程序，一定条件下再恢复被中止运行的程序各种中断程序及负责输入输出的控制程序统称执行系统常驻内存节省卫星机；支持主机和通道、主机和外设并行操作；用户无法直接启用输入输出，由执行系统实现，会检查其命令的安全性124.1 操作系统概述多道批处理单道批处理不能完全消除对输入输出的等待多道程序设计在批处理系统中采用多道程序设计技术，形成了多道批处理系统。134.1 操作系统概述第三阶段：分时系统批处理，用户干预性差如何让用户感觉自己独占并控制自己的作业或任务的

5、执行？分时技术的提出分时技术，就是把处理机的运行时间分成若干很短的时间片，将多个用户任务轮流分配给各个时间片144.1 操作系统概述分时系统为每个主机连接若干终端设备，每个用户在自己的终端上联机使用主机系统，好像是自己独占了一台计算机。多道程序和分时系统的出现，标志着现代操作系统的正式形成154.1 操作系统概述现代操作系统：1具有较强的分布式处理能力和网络通信能力；2具有更高的安全性和可靠性；3更加符合开放性模型；4具有更加友好的用户界面；5出现了各种适合于不同具体应用环境的操作系统，如手机上的操作系统等。164.1 操作系统概述操作系统的特性总结并发性共享性不确定性与体系结构紧密结合（如广

6、泛使用的冯诺依曼机）174.1 操作系统概述操作系统的功能简言之：管理和控制计算机的系统资源并为用户提供交互界面一般来说，有：处理器管理存储器管理文件管理设备管理作业管理更深入的研究-操作系统课程184.1 操作系统概述操作系统的组成文本界面GUI界面194.1 操作系统概述操作系统的分类按作业处理方式进行分类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统按同时使用操作系统的用户分类：单用户操作系统、多用户操作系统按应用领域分类：专用操作系统、网络操作系统、微机(桌面)操作系统、嵌入式操作系统、分布式操作系统204.1 操作系统概述按作业处理方式分类（1）批处理操作系统（2）分时操作系统，如UN

7、IX、Windows（3）实时操作系统主要用于实时控制和实时信息处理两个方面，广泛应用于自动化生产过程控制、军事指挥、医疗等各个领域。实时操作系统的主要特点是提供即时响应，响应快，安全可靠，资源利用率较低214.1 操作系统概述按同时使用的用户数目分类单用户操作系统：计算机在运行时，只能有一个用户可以使用计算机的所有资源。MS-DOS、Windows 98、Windows 2000 Professional多用户操作系统。计算机系统同时允许多个用户通过自己的终端登陆计算机来使用计算机的各种资源。多用户操作系统一般都是分时操作系统，而分时操作系统不一定是多用户操作系统。如UNIX、Windows

8、 NT Server、Windows 2000 Server224.1 操作系统概述按应用领域分类专用操作系统，应用于大型机、中型机、小型机等的OS网络操作系统。提供丰富的通信协议与网络服务，并且支持多用户特性。Novell Netware、Microsoft Windows NT家族、Unix/Linux家族。微型机的操作系统使用得很多，熟知。嵌入式操作系统（EOS，Embedded Operating System）。一般具有精小而高效的内核，专为某些特定任务而设计。分布式操作系统。利用网络中众多计算机提供的计算资源和存储资源，将用户的计算任务按某种策略分散到网络中的若干计算机结点上并行处

9、理，以加快计算速度，如Amoeba、Mach、Chorus和DCE操作系统等。23OSCPU4.2 操作系统主要功能输入设备输出设备运算器存储器控制器磁盘用户界面接口操作系统的职能是合理组织计算机系统的工作流程，有效地管理系统全部资源，并为用户提供一个良好的工作环境和有好的接口处理器管理存储器管理作业管理设备管理文件管理244.2 操作系统主要功能处理器管理目的有效地、合理地分配CPU的资源进程引入操作系统并发和共享特性：同时处理系统内两个以上正在执行的“程序”程序的并发性：一组在逻辑上互相独立的程序在执行过程中其执行时间在客观上互相重叠程序是静态概念，不足以体现并发、执行等动态含义进程就是能

10、和其他程序并发执行的程序段在某个数据集上的一次执行过程。 （执行中的程序）进程是可以独立拥有资源的单位进程是可以独立调度的基本单位 处理器管理254.2 操作系统主要功能进程与程序的关系可简述如下：（1）进程是一个动态概念，而程序则是一个静态概念。程序是指令的有序集合。而进程则强调执行的过程，它动态的创建，并被调度执行后消亡。（2）进程具有并发特性，而程序没有。在不考虑资源共享的情况下，各进程的执行是独立的，各进程的执行速度也各不相同。（3）进程是竞争计算机系统资源的基本单位，是系统中独立存在的实体。（4）进程的存在必然需要程序的存在，但两者并非一一对应。程序是进程的组成部分，多个进程可以包含

11、同一程序，只要该程序所对应的数据集不同。而未被执行的程序不对应任何进程。264.2 操作系统主要功能进程与作业的关系（1）作业是用户需要计算机完成某项任务时要求计算机所做工作的集合，是用户向计算机提交任务的任务实体。在用户向计算机提交作业之后，系统将它放入外存中的作业等待队列中等待执行。而进程是完成用户任务的执行实体，是向系统申请分配资源的基本单位，只要它被创建，总有相应的部分存放在内存中。（2）一个作业可以由多个进程组成，且至少有一个进程。反之则不成立。（3）作业的概念应用范围较小，一般多用于批处理系统中。而进程的概念范围较大，几乎在所有的多道系统中都使用。 274.2 操作系统主要功能进程

12、的描述系统中描述进程存在和反映其状态变化的物理实体称之为进程的静态描述。进程的静态描述主要包含进程控制块（PCB, Process Control Block）、有关程序段以及程序段进行操作的数据结构集三部分。 284.2 操作系统主要功能进程状态进程从建立到撤销，整个处理过程可能会处于不同的状态。在进程的生命期内，一个进程至少有三个基本状态：执行状态、等待状态和就绪状态294.2 操作系统主要功能进程控制：操作系统使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤销进程，以及完成进程各状态之间的转换，从而达到多个进程高效率的并发执行和相互协调、实现资源共享的目的进程创建、撤销、阻塞、唤醒进程互斥与同步进程通信进程调度 304.2 操作系统主要功能线程引入 线程是为了提高系统的执行效率，减少处理机的空转时间和调度切换时间而引入的，是进程内的基本调度单位。进程内的多个线程共享这个进程的资源，多个线程在切换时不