操作系统引论(08)课件

操作系统

（信息08

）

2023/1/21第一章绪论操作系统

（信息08）

2022/12/121第教材：计算机操作系统（修订版）汤子瀛等西安电子科技大学出版社参考书：张尧学,史美林.计算机操作系统教程第二版.清华大学出版社.孟庆昌.操作系统教程.西安电子科技大学出版社.成绩评定方式：总成绩（100分）＝期末考试（70％）＋平时成绩（30％）

课内教学：30学时

机动：2学时。2023/1/22第一章绪论教材：2022/12/122第一章绪论操作系统在计算机中的地位《操作系统》是现代计算机系统中不可缺少的基本系统软件,它在整个计算机系统软件中占有中心地位。操作系统的一个主要作用就是：对计算机系统资源进行统一的调度和管理，并为用户创造灵活方便的使用环境。操作系统是计算机软/硬件之间的唯一接口，所有用户在使用计算机时都要得到操作系统提供的服务。2023/1/23第一章绪论操作系统在计算机中的地位《操作系统》是现代计算机系统中不可缺为专门用途，人们设计、修改、扩充操作系统。例如操作系统汉化、中文操作系统环境、嵌入式操作系统开发。有利于深入编程。用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道。要了解操作系统提供的人-机接口，在编程中灵活应用进程（线程）。编程时借鉴操作系统的设计思想和算法。操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他领域。计算机的应用。。。。。。。。学习操作系统的目的2023/1/24第一章绪论为专门用途，人们设计、修改、扩充操作系统。例如操作系统汉化、

本课程内容第一章操作系统引论（4学时）第二章进程管理（8）第三章处理机调度与死锁（4）第四章存储器管理（4）第五章设备管理（4）第六章文件管理(4)嵌入式操作系统讲座(2)机动：2学时2023/1/25第一章绪论本课程内容第一章操作系统引论（4学时）2022/12/第一章概论计算机发展到今天，从个人计算机到巨型计算机系统，毫无例外都配置一种或多种操作系统。什么是操作系统？操作系统在计算机系统中的地位？它具有什么样的功能？

……2023/1/26第一章绪论第一章概论计算机发展到今天，从个人计算1.1操作系统的目标和作用1.计算机系统的组成硬件系统（裸机）：CPU、存储器（主存、辅存）、I/O设备、I/O控制系统。

软件系统：系统软件、应用软件。

系统软件：管理计算机本身的操作。如操作系统、编译……..

应用软件：提供给用户进行解题。如，科学计算、事物管理。2023/1/27第一章绪论1.1操作系统的目标和作用1.计算机系统的组成系统2.计算机系统的层次结构硬件

操作系统2023/1/28第一章绪论2.计算机系统的层次结构硬件操作系统202

3.操作系统的作用

操作系统是一种在计算机上运行的软件，是一组程序的集合。它控制和管理计算机的各种硬件和软件资源，并合理地对作业进行调度。是计算机的核心。2023/1/29第一章绪论3.操作系统的作用2022/12/129第一章绪论

操作系统（系统调用）（命令）（图标、窗口）

操作系统计算机硬件主要任务：－管理系统资源，提高计算机的各种资源的利用率（如CPU、内存、磁盘、文件等等）。－提供使用接口，提高计算机系统的可用性.2023/1/210第一章绪论操作系统（系统调用）（命令）（图标、窗口）操操作系统种类繁多：小至资源开销很少的嵌入式处理器专用的操作系统,如IC卡操作系统，大到功能强大的巨型机所用的操作系统。

2023/1/211第一章绪论操作系统种类繁多：2022/12/1211第一章绪论1.2操作系统的发展过程1.无操作系统的计算机系统

(采用人工操作方式)1946年—50年代末.

缺点:计算机的有效机时严重浪费,效率低.2023/1/212第一章绪论1.2操作系统的发展过程1.无操作系统的计算机系统202

2.单道批处理系统

（操作系统的雏形，称为监控程序）

缺点：

内存中仅有一道作业，资源的利用率低。2023/1/213第一章绪论2.单道批处理系统缺点：2022/12/12

3.多道批处理系统

(操作系统发展史上革命性变革)

1）“多道”程序设计技术

在内存中放多道程序,它们在管理程序的控制下相互穿插地运行,充分利用资源，提高效率。2023/1/214第一章绪论3.多道批处理系统2022/12/1214第一章绪论CPU例：操作系统控制用户程序A和用户程序B交替地使用CPU、外设等资源。2023/1/215第一章绪论CPU例：2022/12/1215第一章绪论多道运行的特点：内存中同时存放几道相互独立的程序。宏观上并行内存中的几道程序在一段时间内都处于运行过程中，(即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕)。微观上串行任一时刻最多只有一道程序占用CPU，多道程序交替使用CPU。2023/1/216第一章绪论多道运行的特点：内存中同时存放几道相互独立的程序。2022/多道的优点资源利用率高。系统吞吐量大。

适合大型科学计算、数据处理。2023/1/217第一章绪论多道的优点资源利用率高。2022/12/1217第一章绪论多道程序系统中要解决的技术问题?(1)同步与互斥问题并行运行的程序，可能既有对计算机资源的竞争，又需要相互协作。因此，

同步与互斥机制成为操作系统设计中的重要问题。(2)提高内存的使用效率

随着多道程序的增加－>内存不够用。因此，出现了诸如覆盖、虚拟存储等内存管理技术。(3)内存保护

为了保证“系统程序存储区”和”各用户程序存储区”安全可靠,不相互干扰，提出了内存保护的要求。

2023/1/218第一章绪论多道程序系统中要解决的技术问题?2022/12/1218第一

所以，多道程序的运行，要求操作系统必须具备如下的功能：

处理机管理－解决同步与互斥机制问题。内存管理－提高内存利用率，内存保护。I/O设备管理－合理分配I/O设备，提高其利用率。文件管理－有效利用和管理外存空间。作业调度管理－合理地对各类作业进行调度。2023/1/219第一章绪论所以，多道程序的运行，要求操作系统必须具备如下的功能：22）多道批处理系统的特点及优缺点特点：多道性，无序性，调度性。优点：资源利用率高，系统吞吐量大；缺点：平均周转时间长，无交互能力。2023/1/220第一章绪论2）多道批处理系统的特点及优缺点2022/12/1220第一

为了解决批处理系统无法进行人机交互的问题，

又引入了分时的概念。

2023/1/221第一章绪论2022/12/1221第一章绪论4.分时系统在一台主机上连接有多个带显示器和键盘的终端，允许多个用户通过自己的终端以交互式方式同时使用计算机，共享主机中的资源。2023/1/222第一章绪论4.分时系统2022/12/1222第一章绪论主机终端怎样实现分时？2023/1/223第一章绪论主机终端怎样实现分时？2022/12/1223第一章绪论分时技术：

把处理机的运行时间分成很短的时间片（如几百毫秒），按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。问：若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算，怎么办？2023/1/224第一章绪论分时技术：2022/12/1224第一章绪论分时系统的特征：多路性：允许同一主机联接多台终端。宏观上并行，微观上串行。独立性：每一用户独占一个终端。及时性：用户请求能及时响应。交互性：可人机对话。

多用户分时操作系统是当今计算机操作系统中最普遍使用的一类操作系统。

2023/1/225第一章绪论分时系统的特征：2022/12/1225第一章绪论常见的通用操作系统是分时系统与批处理系统的结合。其原则是：分时优先，批处理在后。“前台”响应需频繁交互的作业，如终端的要求；“后台”处理时间性要求不强的作业。如：

UNIX,Linux，WindowsNT/2000/XP

2023/1/226第一章绪论常见的通用操作系统是分时系统与批处理系统的结合。其5.实时操作系统

虽然多道批处理系统和分时系统可以获得较为令人满意的资源利用率和响应时间，但仍然不能满足某些应用领域的需求，

如：－实时控制，如：工业控制。

－实时信息处理，所以，又出现了实时操作系统。2023/1/227第一章绪论5.实时操作系统2022/12/1227第一章绪论实时任务，如：

周期性的－－按指定周期循环执行。非周期性的－－联系着一个截止时间。

（开始截止时间，或完成截止时间）

问：

windows是实时操作系统吗？linux是实时操作系统吗？

答：

都不是。它们属于通用型的多用户、多任务操作系统，更注重数据吞吐量而不是系统响应时间。

2023/1/228第一章绪论实时任务，如：2022/12/1228第一章绪论 多道批处理、分时、实时系统是三种基本的操作系统类型。

一个实际的操作系统可能兼有三者或其中两者的功能。2023/1/229第一章绪论2022/12/1229第一章绪论常用的个人计算机操作系统：

单用户单任务：MSDOS

单用户多任务：OS/2,MSWindows3.x,Windows95,

多用户多任务：WindowsNT,Windows2000,WindowsXP，…UNIX,Linux.2023/1/230第一章绪论常用的个人计算机操作系统：2022/12/1230第一章

在过去的几十年中，随着计算机、网络技术的发展，操作系统一直处于不断发展和改进之中。现在的操作系统：追求功能强大、完备和可靠、界面友好和方便、

加入越来越多的功能。

随着应用领域的扩大和增加，为了适应不同的应用场合，还需要考虑系统的网络功能、灵活性、可伸缩性以及可裁减性等等。1.2.2操作系统的进一步发展2023/1/231第一章绪论在过去的几十年中，随着计算机、网络技术的发展，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连起来的，实现信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。1.网络操作系统2023/1/232第一章绪论计算机网络是通过通信设施将物理上分散的具有自治网络操作系统的特征：(1)计算机网络是一个互连的计算机系统的群体。(2)这些计算机是自治的，每台计算机有自己的操作系统，各自独立工作，它们在网络协议控制下协同工作。(3)系统互连要通过通信设施(硬件、软件)来实现。(4)系统通过通信设施执行信息交换、资源共享、互操作和协作处理，实现多种应用要求。

必须有网络操作系统的支持！网络操作系统的特征？2023/1/233第一章绪论网络操作系统的特征：2022/12/1233第一章绪论现代操作系统的主要特征之一就是具有上网功能。（支持TCP/IP协议）如：20世纪90年代初期的Novell公司的Netware，现在的WindosNT/2000/XP等，均属于网络操作系统。2023/1/234第一章绪论现代操作系统的主要特征之一就是具有上网功能。（支持TCP/I嵌入式系统：隐藏在各种装置、产品和系统中的非标准形式的微型计算机系统。具有小巧、高度自动化、响应速度快等特点。

嵌入式操作系统：

是一种运行在嵌入式系统中，对嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。2.嵌入式操作系统2023/1/235第一章绪论嵌入式系统：2.嵌入式操作系统2022/12/12商品化的嵌入式操作系统：

目前，国内外已有几十种商业操作系统可供选择，如VxWorks、WindowsCE、Neculeus、PalmOS等等。这些操作系统均属于商品化产品，价格昂贵且由于源泉代码不公开导致了诸如对设备的支持、应用软件的移植等一系列的问题。2023/1/236第一章绪论商品化的嵌入式操作系统：2022/12/1236第一章绪嵌入式Linux：

商业化的嵌入式操作系统价格昂贵，且难以移植和源代码封闭性。在这种需求下，嵌入式Linux以其独特的优势引起了人们的极大重视。

Linux从1991年问世到现在的短短十几年时间内，已经发展成为功能强大、设计完善的操作系统之一。2023/1/237第一章绪论嵌入式Linux：2022/12/1237第一章绪论

所谓的嵌入式Linux，是对Linux经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几十万字节或几十亿字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。2023/1/238第一章绪论所谓的嵌入式Linux，是对Linux经过小型化

嵌入式Linux以其可应用于多种硬件平台、内核高效稳定、源码开放、软件丰富、网络通信和文件管理机制完善等优良特性，成为嵌入式系统领域中的一个研究热点。如今，业界已经达成共识：即嵌入式linux是大势所趋，有巨大的市场潜力和无限商的机。2023/1/239第一章绪论嵌入式Linux以其可应用于多种硬件平台、内核高效稳1.3操作系统的基本特征现代操作系统的四大基本特征：1并发（Concurrence）2共享（Sharing）3虚拟（Virtual）4异步性（Asynchronism）

三种（批处理、分时、实时）操作系统都具有上述特征。2023/1/240第一章绪论1.3操作系统的基本特征现代操作系统的四大基本特征：2021.4操作系统的主要功能从资源管理观点看，操作系统具有五大功能：处理机管理存储器管理设备管理文件管理用户接口其中：2023/1/241第一章绪论1.4操作系统的主要功能从资源管理观点看，操作系统具有五大

1.处理机管理

即对CPU的分配和运行进行管理。

CPU的分配和运行都是以进程(线程）为单位的，所以可归结为对进程(线程）的管理。包括：

.进程控制

.进程同步

.进程通信

.进程调度2023/1/242第一章绪论1.处理机管理2022/12/1242第一章绪论

1.处理机管理

即对CPU的分配和运行进行管理。

CPU的分配和运行都是以进程(线程）为单位的，所以可归结为对进程(线程）的管理。包括：

.进程控制

.进程同步

.进程通信

.进程调度创建和撤消进程以及控制进程的状态转换。

2023/1/243第一章绪论1.处理机管理创建和撤消进程以及控制进程的2022/12/

1.处理机管理

即对CPU的分配和运行进行管理。

CPU的分配和运行都是以进程(线程）为单位的，所以可归结为对进程(线程）的管理。包括：

.进程控制

.进程同步

.进程通信

.进程调度系统对并发执行的多个进程进行协调有两种协调方式：

互斥和同步。2023/1/244第一章绪论1.处理机管理系统对并发执行的多个进程进行协调2022/1

1.处理机管理

即对CPU的分配和运行进行管理。

CPU的分配和运行都是以进程(线程）为单位的，所以可归结为对进程(线程）的管理。包括：

.进程控制

.进程同步

.进程通信

.进程调度进程间所进行的信息交换。2023/1/245第一章绪论1.处理机管理进程间所进行的信息交换。2022/12/12

1.处理机管理

即对CPU的分配和运行进行管理。

CPU的分配和运行都是以进程(线程）为单位的，所以可归结为对进程(线程）的管理。包括：

.进程控制

.进程同步

.进程通信

.进程调度按一定算法，从进程就绪队列中选出一进程，把处理机分配给它.(当一个正在执行的进程已经完成，或因某事件而无法继续执行时，系统应进行进程调度，重新分配处理机。)2023/1/246第一章绪论1.处理机管理按一定算法，从进程就绪队列中选出一进程，把处2.存储器管理主要任务:

为多道程序的并发运行提供良好环境；提高存储器的利用率；为尽量多的用户提供足够大的存储空间。存储器管理的功能:内存分配内存保护地址映射内存扩充2023/1/247第一章绪论2.存储器管理2022/12/1247第一章绪论2.存储器管理主要任务:

为多道程序的并发运行提供良好环境；提高存储器的利用率；为尽量多的用户提供足够大的存储空间。存储器管理的功能:内存分配内存保护地址映射内存扩充为每道程序分配自己的内存空间2023/1/248第一章绪论2.存储器管理为每道程序分配自己的内存空间2022/12/2.存储器管理主要任务:

为多道程序的并发运行提供良好环境；提高存储器的利用率；为尽量多的用户提供足够大的存储空间。存储器管理的功能:内存分配内存保护地址映射内存扩充保证各道程序都能在自己的内存空间运行而互不干扰。2023/1/249第一章绪论2.存储器管理保证各道程序都能在自己的内存空间运行而互不干2.存储器管理主要任务:

为多道程序的并发运行提供良好环境；提高存储器的利用率；为尽量多的用户提供足够大的存储空间。存储器管理的功能:内存分配内存保护地址映射内存扩充把程序地址空间中的逻辑地址转换为内存空间对应的物理地址。2023/1/250第一章绪论2.存储器管理把程序地址空间中的逻辑地址转换为内存空间对应2.存储器管理主要任务:

为多道程序的并发运行提供良好环境；提高存储器的利用率；为尽量多的用户提供足够大的存储空间。存储器管理的功能:内存分配内存保护地址映射内存扩充借助于虚拟存贮技术，让更多的作业并发执行。2023/1/251第一章绪论2.存储器管理借助于虚拟存贮技术，让更多的作业并发执行。23.设备管理

管理计算机的所有外围设备（即I/O设备）,

包括：为进程分配I/O设备；完成I/O操作；提高设备的利用率；方便用户使用。2023/1/252第一章绪论3.设备管理2022/12/1252第一章绪论设备管理程序应具有的功能:缓冲管理利用缓冲来缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾，和提高CPU与设备、设备与设备间操作的并行程度，以提高CPU和I/O设备的利用率。设备分配根据用户请求分配设备。

（要有分配策略，算法…..)2023/1/253第一章绪论设备管理程序应具有的功能:2022/12/1253第一章绪设备处理设备驱动程序驱动相应的I/O设备，完成用户规定的I/O操作。….

虚拟设备功能

使独占设备成为能被多个用户共享的设备。需要使用虚拟技术。2023/1/254第一章绪论设备处理2022/12/1254第一章绪论4.文件管理

程序和数据是以文件形式存储在外存上，所以操作系统中应配置文件管理机制。包括：

文件存储空间的管理目录管理文件读、写管理文件保护向用户提供接口2023/1/255第一章绪论4.文件管理2022/12/1255第一章绪论

5.用户接口

操作系统为用户提供两个界面。

交互式界面程序界面（系统调用）操作系统程序界面（系统调用）交互式界面用户2023/1/256第一章绪论5.用户接口程序界面（系统调用）交互式界面用户2022

5.用户接口

操作系统为用户提供两个界面。包括3种接口:

交互式界面

程序界面（系统调用）

操作系统程序界面（系统调用）交互式界面用户2023/1/257第一章绪论5.用户接口程序界面（系统调用）交互式界面用户2022

5.用户接口

操作系统为用户提供两个界面，包括3种接口:

交互式界面

-命令接口

-图形接口程序界面（系统调用）

-程序接口操作系统程序界面（系统调用）交互式界面用户2023/1/258第一章绪论5.用户接口程序界面（系统调用）交互式界面用户20221）命令接口联机命令接口用户在终端上键入命令，以得到操作系统的服务。脱机命令接口

由一组作业控制语言组成。由它代替用户对批处理作业进行控制和干预。Shell命令语言

又称“命令解释程序”。它对用户输入的命令或作业说明书上的命令逐条地解释执行。2023/1/259第一章绪论1）命令接口2022/12/1259第一章绪论例如：Linux系统。当一个用户登录Linux之后，系统初始化程序init就运行一个称为“shell”的程序。其界面：超级用户提示符：#

普通用户提示符：$

在该界面下，用户可以对计算机输入各种操作命令。2023/1/260第一章绪论2022/12/1260第一章绪论常见的shell命令如：

login,logout,vi,ls,cat，pwd,rm,cp,link,chown,……..

如：$logout

（退出系统）$ls(列出当前目录中的文件名)$ls-l

（详细列出当前目录下文件属性）$cat文件名（显示文件内容）$vi文件名（编辑一个文件）$cpfile1file2(拷贝文件)

使用man（联机帮助）查看各shell命令及其功能和用法.

注：（参看第七章）2023/1/261第一章绪论常见的shell命令如：2022/12/1261第一章绪2）图形接口是用户接口的一种新的表现形式。它以图标、窗口、菜单等元素来表示操作系统的各种功能、文件、应用程序等。简化了操作。例如：linux操作系统的图形界面：2023/1/262第一章绪论2）图形接口2022/12/1262第一章绪论3）程序接口（或称系统调用）是操作系统提供给编程人员的唯一接口。

编程人员利用系统调用,在源程序中动态请求和释放系统资源，调用系统中已有的系统功能，从而完成那些与机器硬件相关的工作，以及控制程序的执行速度等。因此，系统调用像一个黑箱子那样，对用户屏蔽了操作系统的具体动作而只提供有关的功能。

(事实上，命令控制界面也是在系统调用的基础上开发而成的。)2023/1/263第一章绪论3）程序接口（或称系统调用）2022/12/1263第一章1.5操作系统的结构设计

操作系统作为系统的核心软件，其内部是怎样构造的？或者说：操作系统作为一个大程序，由众多函数组成，它们是按什么方式集合在一起的？

有四种构造方式：

无结构操作系统（整体式系统）－早期的

模块化结构

分层式结构

微内核结构2023/1/264第一章绪论1.5操作系统的结构设计操作系统作为系统的核（2）模块化结构将OS按其功能划分为若干个具有一定独立性和大小的模块。并规定好各模块间的接口，各模块之间能通过该接口实现交互。2023/1/265第一章绪论（2）模块化结构2022/12/1265第一章绪论（3）分层式结构

现代操作系统结构:

模块化、层次化和对象化。

如：Unix,Linux。

特点：操作系统由一系列层组成；每一层再由一些小的功能模块组成。各层的功能独立。高层只能调用低层功能，低层为其上一层提供服务。2023/1/266第一章绪论（3）分层式结构2022/12/1266第一章绪论例：UNIX操作系统硬件硬件控制硬件层核心层字符设备|块设备

设备驱动缓冲区管理

文件系统系统调用接口程序库用户层用户程序进程控制系统进程调度内存管理进程通信2023/1/267第一章绪论例：UNIX操作系统（4）微内核结构

微内核：是指精心设计的、能实现现代OS核心功能的小型内核，是内核的精简版本。即：

OS被分成两个部分:一个小内核（微内核）一组服务（进程）微内核只提供最基本、最核心的服务（如进程管理，进程间通信，内存管理，中断管理等），而通常与内核集成在一起的系统服务层（如文件管理、终端管理、网络支持等）则被分离出来，并对外部用户程序提供系统服务，服务之间使用进程间通信机制进行交互。2023/1/268第一章绪论（4）微内核结构OS被分成两个部分:一个小内核（微内核）一

优点：系统升级、内核移植容易，。。。。缺点：性能问题。

（由于微内核操作系统使用进程来隔离系统组件，这些组件之间的通信使用了“消息传递方式”，这实际上是进行了一次RPC调用，完成一次这样调用的操作较慢，低于传统操作系统的系统调用性能。解决微内核性能问题的一条思路是：对RPC调用进行直接优化。这种思路导致了被称为第二代微内核的一些新的内核设计的出现。）

2023/1/269第一章绪论优点：系统升级、内核移植容易，。。。。2022/12/1

WindowsNT/XP使用了微内核结构。

（实际上，WindowsNT架构是混合内核，当然本质上还是微内核，只不过让一些运行在用户空间的代码运行在内核空间，让内核的运行效率更高些。）2023/1/270第一章绪论2022/12/1270第一章绪论本章要点1．操作系统的主要作用。2．单道、多道、批处理、分时、实时的概念。3．理解宏观上并行、微观上串行的含义。4．理解操作系统的4大特征的含义。5．为实现多道，操作系统应具备哪五大功能。6．操作系统的类型？一个实际的现代的操作系统，一般会具备哪几种操作系统的基本功能？7．操作系统为用户提供哪几种接口？8．了解分层结构和微内核结构操作系统的特点。2023/1/271第一章绪论本章要点1．操作系统的主要作用。2022/12/1271第一TheEnd2023/1/272第一章绪论2022/12/1272第一章绪论操作系统

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2023/1/273第一章绪论操作系统

（信息08）

2022/12/121第教材：计算机操作系统（修订版）汤子瀛等西安电子科技大学出版社参考书：张尧学,史美林.计算机操作系统教程第二版.清华大学出版社.孟庆昌.操作系统教程.西安电子科技大学出版社.成绩评定方式：总成绩（100分）＝期末考试（70％）＋平时成绩（30％）

课内教学：30学时

机动：2学时。2023/1/274第一章绪论教材：2022/12/122第一章绪论操作系统在计算机中的地位《操作系统》是现代计算机系统中不可缺少的基本系统软件,它在整个计算机系统软件中占有中心地位。操作系统的一个主要作用就是：对计算机系统资源进行统一的调度和管理，并为用户创造灵活方便的使用环境。操作系统是计算机软/硬件之间的唯一接口，所有用户在使用计算机时都要得到操作系统提供的服务。2023/1/275第一章绪论操作系统在计算机中的地位《操作系统》是现代计算机系统中不可缺为专门用途，人们设计、修改、扩充操作系统。例如操作系统汉化、中文操作系统环境、嵌入式操作系统开发。有利于深入编程。用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道。要了解操作系统提供的人-机接口，在编程中灵活应用进程（线程）。编程时借鉴操作系统的设计思想和算法。操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他领域。计算机的应用。。。。。。。。学习操作系统的目的2023/1/276第一章绪论为专门用途，人们设计、修改、扩充操作系统。例如操作系统汉化、

本课程内容第一章操作系统引论（4学时）第二章进程管理（8）第三章处理机调度与死锁（4）第四章存储器管理（4）第五章设备管理（4）第六章文件管理(4)嵌入式操作系统讲座(2)机动：2学时2023/1/277第一章绪论本课程内容第一章操作系统引论（4学时）2022/12/第一章概论计算机发展到今天，从个人计算机到巨型计算机系统，毫无例外都配置一种或多种操作系统。什么是操作系统？操作系统在计算机系统中的地位？它具有什么样的功能？

……2023/1/278第一章绪论第一章概论计算机发展到今天，从个人计算1.1操作系统的目标和作用1.计算机系统的组成硬件系统（裸机）：CPU、存储器（主存、辅存）、I/O设备、I/O控制系统。

软件系统：系统软件、应用软件。

系统软件：管理计算机本身的操作。如操作系统、编译……..

应用软件：提供给用户进行解题。如，科学计算、事物管理。2023/1/279第一章绪论1.1操作系统的目标和作用1.计算机系统的组成系统2.计算机系统的层次结构硬件

操作系统2023/1/280第一章绪论2.计算机系统的层次结构硬件操作系统202

3.操作系统的作用

操作系统是一种在计算机上运行的软件，是一组程序的集合。它控制和管理计算机的各种硬件和软件资源，并合理地对作业进行调度。是计算机的核心。2023/1/281第一章绪论3.操作系统的作用2022/12/129第一章绪论

操作系统（系统调用）（命令）（图标、窗口）

操作系统计算机硬件主要任务：－管理系统资源，提高计算机的各种资源的利用率（如CPU、内存、磁盘、文件等等）。－提供使用接口，提高计算机系统的可用性.2023/1/282第一章绪论操作系统（系统调用）（命令）（图标、窗口）操操作系统种类繁多：小至资源开销很少的嵌入式处理器专用的操作系统,如IC卡操作系统，大到功能强大的巨型机所用的操作系统。

2023/1/283第一章绪论操作系统种类繁多：2022/12/1211第一章绪论1.2操作系统的发展过程1.无操作系统的计算机系统

(采用人工操作方式)1946年—50年代末.

缺点:计算机的有效机时严重浪费,效率低.2023/1/284第一章绪论1.2操作系统的发展过程1.无操作系统的计算机系统202

2.单道批处理系统

（操作系统的雏形，称为监控程序）

缺点：

内存中仅有一道作业，资源的利用率低。2023/1/285第一章绪论2.单道批处理系统缺点：2022/12/12

3.多道批处理系统

(操作系统发展史上革命性变革)

1）“多道”程序设计技术

在内存中放多道程序,它们在管理程序的控制下相互穿插地运行,充分利用资源，提高效率。2023/1/286第一章绪论3.多道批处理系统2022/12/1214第一章绪论CPU例：操作系统控制用户程序A和用户程序B交替地使用CPU、外设等资源。2023/1/287第一章绪论CPU例：2022/12/1215第一章绪论多道运行的特点：内存中同时存放几道相互独立的程序。宏观上并行内存中的几道程序在一段时间内都处于运行过程中，(即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕)。微观上串行任一时刻最多只有一道程序占用CPU，多道程序交替使用CPU。2023/1/288第一章绪论多道运行的特点：内存中同时存放几道相互独立的程序。2022/多道的优点资源利用率高。系统吞吐量大。

适合大型科学计算、数据处理。2023/1/289第一章绪论多道的优点资源利用率高。2022/12/1217第一章绪论多道程序系统中要解决的技术问题?(1)同步与互斥问题并行运行的程序，可能既有对计算机资源的竞争，又需要相互协作。因此，

同步与互斥机制成为操作系统设计中的重要问题。(2)提高内存的使用效率

随着多道程序的增加－>内存不够用。因此，出现了诸如覆盖、虚拟存储等内存管理技术。(3)内存保护

为了保证“系统程序存储区”和”各用户程序存储区”安全可靠,不相互干扰，提出了内存保护的要求。

2023/1/290第一章绪论多道程序系统中要解决的技术问题?2022/12/1218第一

所以，多道程序的运行，要求操作系统必须具备如下的功能：

处理机管理－解决同步与互斥机制问题。内存管理－提高内存利用率，内存保护。I/O设备管理－合理分配I/O设备，提高其利用率。文件管理－有效利用和管理外存空间。作业调度管理－合理地对各类作业进行调度。2023/1/291第一章绪论所以，多道程序的运行，要求操作系统必须具备如下的功能：22）多道批处理系统的特点及优缺点特点：多道性，无序性，调度性。优点：资源利用率高，系统吞吐量大；缺点：平均周转时间长，无交互能力。2023/1/292第一章绪论2）多道批处理系统的特点及优缺点2022/12/1220第一

为了解决批处理系统无法进行人机交互的问题，

又引入了分时的概念。

2023/1/293第一章绪论2022/12/1221第一章绪论4.分时系统在一台主机上连接有多个带显示器和键盘的终端，允许多个用户通过自己的终端以交互式方式同时使用计算机，共享主机中的资源。2023/1/294第一章绪论4.分时系统2022/12/1222第一章绪论主机终端怎样实现分时？2023/1/295第一章绪论主机终端怎样实现分时？2022/12/1223第一章绪论分时技术：

把处理机的运行时间分成很短的时间片（如几百毫秒），按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。问：若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算，怎么办？2023/1/296第一章绪论分时技术：2022/12/1224第一章绪论分时系统的特征：多路性：允许同一主机联接多台终端。宏观上并行，微观上串行。独立性：每一用户独占一个终端。及时性：用户请求能及时响应。交互性：可人机对话。

多用户分时操作系统是当今计算机操作系统中最普遍使用的一类操作系统。

2023/1/297第一章绪论分时系统的特征：2022/12/1225第一章绪论常见的通用操作系统是分时系统与批处理系统的结合。其原则是：分时优先，批处理在后。“前台”响应需频繁交互的作业，如终端的要求；“后台”处理时间性要求不强的作业。如：

UNIX,Linux，WindowsNT/2000/XP

2023/1/298第一章绪论常见的通用操作系统是分时系统与批处理系统的结合。其5.实时操作系统

虽然多道批处理系统和分时系统可以获得较为令人满意的资源利用率和响应时间，但仍然不能满足某些应用领域的需求，

如：－实时控制，如：工业控制。

－实时信息处理，所以，又出现了实时操作系统。2023/1/299第一章绪论5.实时操作系统2022/12/1227第一章绪论实时任务，如：

周期性的－－按指定周期循环执行。非周期性的－－联系着一个截止时间。

（开始截止时间，或完成截止时间）

问：

windows是实时操作系统吗？linux是实时操作系统吗？

答：

都不是。它们属于通用型的多用户、多任务操作系统，更注重数据吞吐量而不是系统响应时间。

2023/1/2100第一章绪论实时任务，如：2022/12/1228第一章绪论 多道批处理、分时、实时系统是三种基本的操作系统类型。

一个实际的操作系统可能兼有三者或其中两者的功能。2023/1/2101第一章绪论2022/12/1229第一章绪论常用的个人计算机操作系统：

单用户单任务：MSDOS

单用户多任务：OS/2,MSWindows3.x,Windows95,

多用户多任务：WindowsNT,Windows2000,WindowsXP，…UNIX,Linux.2023/1/2102第一章绪论常用的个人计算机操作系统：2022/12/1230第一章

在过去的几十年中，随着计算机、网络技术的发展，操作系统一直处于不断发展和改进之中。现在的操作系统：追求功能强大、完备和可靠、界面友好和方便、

加入越来越多的功能。

随着应用领域的扩大和增加，为了适应不同的应用场合，还需要考虑系统的网络功能、灵活性、可伸缩性以及可裁减性等等。1.2.2操作系统的进一步发展2023/1/2103第一章绪论在过去的几十年中，随着计算机、网络技术的发展，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连起来的，实现信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。1.网络操作系统2023/1/2104第一章绪论计算机网络是通过通信设施将物理上分散的具有自治网络操作系统的特征：(1)计算机网络是一个互连的计算机系统的群体。(2)这些计算机是自治的，每台计算机有自己的操作系统，各自独立工作，它们在网络协议控制下协同工作。(3)系统互连要通过通信设施(硬件、软件)来实现。(4)系统通过通信设施执行信息交换、资源共享、互操作和协作处理，实现多种应用要求。

必须有网络操作系统的支持！网络操作系统的特征？2023/1/2105第一章绪论网络操作系统的特征：2022/12/1233第一章绪论现代操作系统的主要特征之一就是具有上网功能。（支持TCP/IP协议）如：20世纪90年代初期的Novell公司的Netware，现在的WindosNT/2000/XP等，均属于网络操作系统。2023/1/2106第一章绪论现代操作系统的主要特征之一就是具有上网功能。（支持TCP/I嵌入式系统：隐藏在各种装置、产品和系统中的非标准形式的微型计算机系统。具有小巧、高度自动化、响应速度快等特点。

嵌入式操作系统：

是一种运行在嵌入式系统中，对嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。2.嵌入式操作系统2023/1/2107第一章绪论嵌入式系统：2.嵌入式操作系统2022/12/12商品化的嵌入式操作系统：

目前，国内外已有几十种商业操作系统可供选择，如VxWorks、WindowsCE、Neculeus、PalmOS等等。这些操作系统均属于商品化产品，价格昂贵且由于源泉代码不公开导致了诸如对设备的支持、应用软件的移植等一系列的问题。2023/1/2108第一章绪论商品化的嵌入式操作系统：2022/12/1236第一章绪嵌入式Linux：

商业化的嵌入式操作系统价格昂贵，且难以移植和源代码封闭性。在这种需求下，嵌入式Linux以其独特的优势引起了人们的极大重视。

Linux从1991年问世到现在的短短十几年时间内，已经发展成为功能强大、设计完善的操作系统之一。2023/1/2109第一章绪论嵌入式Linux：2022/12/1237第一章绪论

所谓的嵌入式Linux，是对Linux经过小型化裁剪后，能够固化在容量只有几十万字节或几十亿字节的存储器芯片或单片机中，应用于特定嵌入式场合的专用Linux操作系统。2023/1/2110第一章绪论所谓的嵌入式Linux，是对Linux经过小型化

嵌入式Linux以其可应用于多种硬件平台、内核高效稳定、源码开放、软件丰富、网络通信和文件管理机制完善等优良特性，成为嵌入式系统领域中的一个研究热点。如今，业界已经达成共识：即嵌入式linux是大势所趋，有巨大的市场潜力和无限商的机。2023/1/2111第一章绪论嵌入式Linux以其可应用于多种硬件平台、内核高效稳1.3操作系统的基本特征现代操作系统的四大基本特征：1并发（Concurrence）2共享（Sharing）3虚拟（Virtual）4异步性（Asynchronism）

三种（批处理、分时、实时）操作系统都具有上述特征。2023/1/2112第一章绪论1.3操作系统的基本特征现代操作系统的四大基本特征：2021.4操作系统的主要功能从资源管理观点看，操作系统具有五大功能：处理机管理存储器管理设备管理文件管理用户接口其中：2023/1/2113第一章绪论1.4操作系统的主要功能从资源管理观点看，操作系统具有五大

1.处理机管理

即对CPU的分配和运行进行管理。

CPU的分配和运行都是以进程(线程）为单位的，所以可归结为对进程(线程）的管理。包括：

.进程控制

.进程同步

.进程通信

.进程调度2023/1/2114第一章绪论1.处理机管理2022/12/1242第一章绪论

1.处理机管理

即对CPU的分配和运行进行管理。

CPU的分配和运行都是以进程(线程）为单位的，所以可归结为对进程(线程）的管理。包括：

.进程控制

.进程同步

.进程通信

.进程调度创建和撤消进程以及控制进程的状态转换。

2023/1/2115第一章绪论1.处理机管理创建和撤消进程以及控制进程的2022/12/

1.处理机管理

即对CPU的分配和运行进行管理。

CPU的分配和运行都是以进程(线程）为单位的，所以可归结为对进程(线程）的管理。包括：

.进程控制

.进程同步

.进程通信

.进程调度系统对并发执行的多个进程进行协调有两种协调方式：

互斥和同步。2023/1/2116第一章绪论1.处理机管理系统对并发执行的多个进程进行协调2022/1

1.处理机管理

即对CPU的分配和运行进行管理。

CPU的分配和运行都是以进程(线程）为单位的，所以可归结为对进程(线程）的管理。包括：

.进程控制

.进程同步

.进程通信

.进程调度进程间所进行的信息交换。2023/1/2117第一章绪论1.处理机管理进程间所进行的信息交换。2022/12/12

1.处理机管理

即对CPU的分配和运行进行管理。

CPU的分配和运行都是以进程(线程）为单位的，所以可归结为对进程(线程）的管理。包括：

.进程控制

.进程同步

.进程通信

.进程调度按一定算法，从进程就绪队列中选出一进程，把处理机分配给它.(当一个正在执行的进程已经完成，或因某事件而无法继续执行时，系统应进行进程调度，重新分配处理机。)2023/1/2118第一章绪论1.处理机管理按一定算法，从进程就绪队列中选出一进程，把处2.存储器管理主要任务:

为多道程序的并发运行提供良好环境；提高存储器的利用率；为尽量多的用户提供足够大的存储空间。存储器管理的功能:内存分配内存保护地址映射内存扩充2023/1/2119第一章绪论2.存储器管理2022/12/1247第一章绪论2.存储器管理主要任务:

为多道程序的并发运行提供良好环境；提高存储器的利用率；为尽量多的用户提供足够大的存储空间。存储器管理的功能:内存分配内存保护地址映射内存扩充为每道程序分配自己的内存空间2023/1/2120第一章绪论2.存储器管理为每道程序分配自己的内存空间2022/12/2.存储器管理主要任务:

为多道程序的并发运行提供良好环境；提高存储器的利用率；为尽量多的用户提供足够大的存储空间。存储器管理的功能:内存分配内存保护地址映射内存扩充保证各道程序都能在自己的内存空间运行而互不干扰。2023/1/2121第一章绪论2.存储器管理保证各道程序都能在自己的内存空间运行而互不干2.存储器管理主要任务:

为多道程序的并发运行提供良好环境；提高存储器的利用率；为尽量多的用户提供足够大的存储空间。存储器管理的功能:内存分配内存保护地址映射内存扩充把程序地址空间中的逻辑地址转换为内存空间对应的物理地址。2023/1/2122第一章绪论2.存储器管理把程序地址空间中的逻辑地址转换为内存空间对应2.存储器管理主要任务:

为多道程序的并发运行提供良好环境；提高存储器的利用率；为尽量多的用户提供足够大的存储空间。存储器管理的功能:内存分配内存保护地址映射内存扩充借助于虚拟存贮技术，让更多的作业并发执行。2023/1/2123第一章绪论2.存储器管理借助于虚拟存贮技术，让更多的作业并发执行。23.设备管理

管理计算机的所有外围设备（即I/O设备）,

包括：为进程分配I/O设备；完成I/O操作；提高设备的利用率；方便用户使用。2023/1/2124第一章绪论3.设备管理2022/12/1252第一章绪论设备管理程序应具有的功能:缓冲管理利用缓冲来缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾，和提高CPU与设备、设备与设备间操作的并行程度，以提高CPU和I/O设备的利用率。设备分配根据用户请求分配设备。

（要有分配策略，算法…..)2023/1/2125第一章绪论设备管理程序应具有的功能:2022/12/1253第一章绪设备处理设备驱动程序驱动相应的I/O设备，完成用户规定的I/O操作。….

虚拟设备功能

使独占设备成为能被多个用户共享的设备。需要使用虚拟技术。2023/1/2126第一章绪论设备处理2022/12/1254第一章绪论4.文件管理

程序和数据是以文件形式存储在外存上，所以操作系统中应配置文件管理机制。包括：

文件存储空间的管理目录管理文件读、写管理文件保护向用户提供接口2023/1/2127第一章绪论4.文件管理2022/12/1255第一章绪论

5.用户接口

操作系统为用户提供两个界面。

交互式界面程序界面（系统调用）操作系统程序界面（系统调用）交互式界面用户2023/1/2128第一章绪论5.用户接口程序界面（系统调用）交互式界面用户2022

5.用户接口

操作系统为用户提供两个界面。包括3种接口:

交互式界面

程序界面（系统调用）

操作系统程序界面（系统调用）交互式界面用户2023/1/2129第一章绪论5.用户接口程序界面（系统调用）交互式界面用户2022

5.用户接口

操作系统为用户提供两个界面，包括3种接口:

交互式界面

-命令接口

-图形接口程序界面（系统调用）

-程序接口操作系统程序界面（系统调用）交互式界面用户2023/1/2130第一章绪论5.用户接口程序界面（系统调用）交互式界面用户20221）命令接口联机命令接口用户在终端上键入命令，以得到操作系统的服务。脱机命令接口

由一组作业控制语言组成。由它代替用户对批处理作业进行控制和干预。Shell命令语言

又称“命令解释程序”。它对用户输入的命令或作业说明书上的命令逐条地解释执行。2023/1/2131第一章绪论1）命令接口2022/12/1259第一章绪论例如：Linux系统。当一个用户登录Linux之后，系统初始化程序init就运行一个称为“shell”的程序。其界面：超级用户提示符：#

普通用户提示符：$

在该界面下，用户可以对计算机输入各种操作命令。2023/1/2132第一章绪论2022/12/