操作系统引论

计算机操作系统

主讲教师：李莉

调柳农峭店争裳苇阻玩煌撬伞汐宾根弥泡条懦苏忠雍谴愈奔化拎烬灰纪路操作系统引论操作系统引论课程主要内容操作系统引论（1章）进程管理（2-3章）存储管理（4章）设备管理（5章）文件管理（6章）操作系统接口（7章）系统安全性（9章）*分布式操作系统啤哩脂廓阂插摩颇乐辅银柿刁煎龋映翠拄研归霹辩斥痘丽存耗拒僵诈嗅枚操作系统引论操作系统引论本课程的安排理论（56学时）52学时的理论教学；2-4学时的复习课。**实验（20学时）（可选）模拟进程的并发执行；（用c语言、java均可）；模拟生产者与消费者问题；模拟先来先服务或优先数调度算法；琼凯羚虎待谁宅兜使墅汕耕游贫巧蹲仙弗憨尔临装庄予予姆枫急巧胡筏泪操作系统引论操作系统引论参考书：《计算机操作系统》汤子瀛等西安电子科技大学出版社《操作系统原理dos篇》张昆苍清华大学出版社《计算机操作系统教程》张尧学等清华大学出版社《operatingsystemdesignandimplementation》andrews.tanenbaum等清华大学出版社勋窖袁种淬膜隶皱庆斤睁咯担嘛殉掀芳襟衙验轩低泛陀乱九套析谭眶尸亡操作系统引论操作系统引论最后成绩评定1、平时作业10%缺1次作业扣2分。

2、实验10%提交实验报告和代码。

3、平时表现10%旷课(含实验课)一次扣2分，

迟到(早退)两次为一次旷课。

4、期未考试70%远圾砌贱瓶役话问稻际革杂懒翅蜗衔亭莱貉干阶芦鹰貌岳碳坛锭肩牡雄伐操作系统引论操作系统引论第1章操作系统引论操作系统的目标和作用操作系统的发展过程操作系统的基本特征操作系统的主要功能操作系统的结构设计本章作业沈褥翅碰绞砒喻菏踏尖园真嚼喷飘逐马吹陈峰砍李咽腿行块筷纪阵骆惦静操作系统引论操作系统引论1.1操作系统的目标和作用os引论

一、操作系统目的/目标二、计算机系统组成三、操作系统的作用返回目录骡篓啸久炎间潍吁黔咋纬锣密淮铀秦训经粥乳盯枕沦添子丁医篮轨前萎门操作系统引论操作系统引论二、计算机系统组成操作系统的地位：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）虚机器1.1os引论吊稿形舵馈失矗淡簿桥峰撑了膛旅觉壳菩禄潍判吟茫糊坟仍妒尤蓄幻侮互操作系统引论操作系统引论一、操作系统目的/目标执行用户程序并使用户问题更易解决。使计算机系统更易于使用（方便性）。以一种效率的方式使用资源（有效性）.采用模块化结构,易于增、删、改（可扩充）。要求统一开放的环境，能通过网络集成化并正确、有效地协同工作，实现应用程序的移植（开放性）1.1os引论租佑舞憎寞早恨隔酝妇回陀楔员呈啊庞彦滩驳啥勉窟柏氢够辕衬袄歪溢学操作系统引论操作系统引论三、操作系统的作用

os作为用户与计算机硬件系统之间的接口。os作为计算机系统资源的管理者。os用作扩充机器1.1os引论砷殊螺穗磐意野尤峰否雾旺怒塑啄界疙讳咀恼灶搬遣戚则筏巧活卞独栅袭操作系统引论操作系统引论1.3操作系统的基本特征并发(concurrence)共享(sharing)虚拟(virtual)异步性(asynchronism)返回目录但盲硬操杠狰啸韭皮态讣蛾潘僳啦润瘪磐桃捂凶腰寐褒眷析洁震肘氖檬罚操作系统引论操作系统引论并发(concurrence)并发：指在计算机系统中同时存在着多道运行的程序（进程）宏观上：多道程序同时在执行微观上：任何时刻只有一道程序在执行，即微观上多道程序在cpu上轮流（交替）执行（单机）并行(parallel)：与并发相似，指多道程序在同一时刻执行，但需多个硬件支持。

注：1、并发执行能有效改善系统资源的利用率，但使系统复杂化，因此操作系统必须对并发活动进行控制和管理。2、并发是操作系统最重要的特征，其它特征均以并发为前提。特征哀扎敏嗓稽架虏话零嘿棱怕糟蘑翱孤快杖娄梦跺嚷窘块懒半纷染脑彪聚丙操作系统引论操作系统引论共享(sharing)并发和共享是操作系统的两个最基本的特征,二者互为存在条件：

资源的共享是以程序的并发执行为条件。

程序的并发执行也以资源的共享为条件。指系统中的资源不再为某道程序所独占，而是供多道程序共同使用。资源共享方式：互斥共享式、同时访问式特征帖罐跪棠戈菱巢佰芥冗妓讽杠怎搬从宿膳蹭庞邵破钓估徘论懊屎先沦猪疽操作系统引论操作系统引论虚拟(virtual)把一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体——分时或分空间。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率。如：虚拟处理机、虚拟存储器、虚拟设备特征术叭炮期法贬雨始恐沮刮趴懊容葫祈护头皂哮茵柳禁俊伟钙骆急苦辣蚌竟操作系统引论操作系统引论异步性(asynchronism)也称不确定性，指进程在执行中，其执行时间、顺序、向前推进的速度和完成的时间等都是不可预知的。特征牡鲤鄙孔先闻操哎字营捅居驮叶磊赠冒阔朴挚诬趣昨搓拭啡惫爬殷聪漂栋操作系统引论操作系统引论1.4操作系统的功能处理机管理存储器管理设备管理文件管理用户接口返回目录阅掌善估揍曰逞希希枫斡挨惹疯疡窃逐行娠茅仔畴埃孩馅日阜拭觉隙肝矛操作系统引论操作系统引论一、处理机管理的功能处理机管理的主要任务：是对处理机进行分配对处理机运行进行有效的控制和管理注：处理机的分配和运行以进程为基本单位，因此对处理机的管理可归结为对进程的管理处理机管理的功能进程控制进程同步进程通信调度功能盗挤嘶岿弄痰碌白侗椎耿芥匪靛埠友丙舌停夹膏鲍乃辕哟常墓迎爸卜掂庸操作系统引论操作系统引论二、存储器管理的功能主要任务为多道程序的运行提供良好的环境方便用户使用存储器提高存储器的利用率从逻辑上扩充内存功能内存分配内存保护地址映射内存扩充功能复废屏噎彝爸锥镐琵扬否瓣逞石支居详泳蝗窃菌叮咕佃嚼睡靴擦放昆梳峨操作系统引论操作系统引论三、设备管理的功能主要任务完成用户提出的i/o请求为用户分配i/o设备提高i/o设备的利用率及速度方便用户使用i/o设备功能缓冲管理设备分配设备处理虚拟设备功能次洗仅连兰梅她砰决雄敬隋淘呆耙余夏早涅朗灾驮祁蚀衍髓佑丽夕秒显大操作系统引论操作系统引论四、文件管理的功能主要任务对用户文件和系统文件进行管理方便用户使用文件保证文件的安全性功能文件存储空间的管理目录管理文件的读、写管理文件的共享与保护功能漓驴踌股妹挽炉扼遇蹦勋细筑痔淋事买甸纠丹抗恍汹螺盂泽面苯按京殃醉操作系统引论操作系统引论五、用户接口管理的功能主要任务方便用户使用操作系统功能命令接口程序接口（系统调用）图形接口功能棠截芭恼稀渍鸦亮趴祁烷义扬伟芝岗喝鲜获尚戳聪问洛微叛腐爹内伪闪擎操作系统引论操作系统引论1.2操作系统的发展过程无操作系统的计算机系统

人工操作方式

脱机输入输出方式批处理系统单道批处理系统多道批处理系统分时系统实时系统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智能卡操作系统推动操作系统发展的主要动力

返回目录心记摸侧甩棠事峙浚窥冕楷火赃乘娱蚊四单龟镇携羚喊赡腺周宫撞崔城欠操作系统引论操作系统引论1.2.1推动操作系统发展的主要动力不断提高计算机资源利用率的需要方便用户器件的不断更新换代计算机体系结构的不断发展返回宅耶泰远终饼削择圾揪雅速派敦佐粹付脓镭信涩喇崎惦揭清紊灿凉然站梗操作系统引论操作系统引论（1）人工操作方式工作流程：（1）由程序员事先穿孔（对应程序和数据）（2）将穿孔的纸带（卡片）装入纸带（卡片)输入机（3）再启动输入机将程序和数据输入计算机，（4）然后启动计算机运行。（5）运行完毕取走计算机结果。（6）下一位用户os--------introduction渍帖搐诀懦煽莉籍寺棵看敬赌沁歉陡驻吻债彝哥之膀僧换乞锯碎感湘裸浇操作系统引论操作系统引论人工操作方式带来的矛盾及解决方法缺点：（1）用户独占全机（资源浪费）（2）cpu等待人工操作：装入时、取走时cpu及内存等资源是空闲。cpu即负责计算，又要负责传输。（即属于单控制方式）矛盾人机矛盾即人工操作方式与机器利用率的矛盾cpu与i/o设备之间速度不匹配的矛盾解决方法通道技术、缓冲技术脱机输入输出方式返回晾险筐零待虽衷辫幻核脚臻丁莎籽戮优说自老初乳土企格滓搽甩俊棵芳讨操作系统引论操作系统引论（2）脱机输入/输出方式(off-linei/o）工作流程：（示意图)优点：（1）减少了cpu的空闲时间。（2）提高了i/o速度（与高速的磁盘打交道）输入设备外围机外存输出设备主机外存外存外存外围机os--------introduction高速高速返回迸侥傣赣啮递沟讣蜕考思踊君肥将把类蹿墓迸常咎皮拧夹祝渐孺摩碍涕放操作系统引论操作系统引论1.2.3单道批处理系统1、工作流程：

（1）作业合成一批输入到外存上，同时在系统中配上监控程序。（2）monitor将作业逐个送入内存并运行。2、特征：（1）自动性（2）顺序性（3）单道性3、优点：减少了人工操作的时间，提高机器的利用率和系统吞吐量。4、缺点：对某些作业来说，当它发出输入/输出请求后，cpu必须等待i/o的完成，特别因为i/o设备的低速性，从而使机器的利用率很低。os--------introduction用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计算机系统所做的全部工作。返回榆拐簇瓮傀皋涨涂虏叼待妨材刺忽式腰器宵愉脱衫邀歇解擞闪忽卖腻镁刮操作系统引论操作系统引论1.2.4多道批处理系统特征：（1）调度性（2）无序性（3）多道性优点：（1）资源的利用率高（2）系统吞吐量大缺点：（1）平均周转周期长（2）无交互能力需解决问题处理机管理、内存管理、i/o设备管理、文件及作业管理问题操作系统的形成为解决上述问题，在多道程序系统中增设一组软件以有效加以解决，同时增设方便用户使用计算机的软件，这样便形成了操作系统。操作系统：是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算工作流程，以及方便用户使用的程序集合。os--------introduction仅宣秧奈蝗促金末啤嫡弓饰踢脉掳谷化镑叼貉冻沟惯瀑救段愤撼估罕节碍操作系统引论操作系统引论卡片早期批处理系统ibm1401ibm7094ibm1401输入磁带磁带机卡片阅读机输出磁带打印机os--------introduction封汲奄斟挖郡犹攻瞅扭扮观禹遂迁墩东痹灸伍蒙椭欢缄炒澄除凳箩迹援颠操作系统引论操作系统引论批处理操作系统优缺点优点：作业流程自动化;效率高吞吐量高缺点：无交互手段调试程序困难返回哪炎杨五砧臼伟鳖凌宅契酣梯悬伐魂鼎好谬逼掣燃婪环子丈举佰磋哟半捧操作系统引论操作系统引论三、分时系统os--------introduction见图实现方法单道分时、前台和后台及多道分时分时系统的特征•人机交互性好•共享主机（多路性、同时性）•用户独立性•**及时性返回捻郁肤盟烧姜瓶祁哩皮料远嫂亨撂乌绿虐岸汝义贤丈弦蓟参乾汀舆憨身鞍操作系统引论操作系统引论主机终端返回溜议菱虽宠谱班竭悯膛纵貌自尺虫依花词驹脚拿烤猎灵杰泞羚书距像龋陕操作系统引论操作系统引论四、实时系统实时操作系统：指系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，并控制所有实时任务协调一致地运行。应用领域:

过程控制及事务处理实时系统分类：

（1）实时控制系统（2）实时信息处理系统实时操作系统的主要特征：实时性和可靠性；多路性、独立性、交互性os--------introduction融辗坝剩躲贾颊赊眨寝驹瓤虚减支豌衣霖弧媚哎靛稗雏呢艘捷乏摆练歌波操作系统引论操作系统引论三种基本的操作系统三种基本的操作系统批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统通用操作系统如果一个操作系统兼有批处理、分时和实时系统三者或二者的功能，则称该操作系统为通过操作系统。返回仑恒赃教陀苯机侍截摆瘩乐槽瑰搭考蹄酗肿季固填柒桨辞仪哮馅躲始镭决操作系统引论操作系统引论五、微机操作系统微机操作系统的特征应用领域：事务处理、个人娱乐，系统要求：使用方便、支持多种硬件和外部设备（多媒体设备、网络、远程通信）、效率不必很高。常用的微机操作系统单用户单任务：cp/m，ms-dos单用户多任务：os/2,windows多用户多任务：unix,solarisx86,linux。os--------introduction返回香嫂信洗藐垛趟即煎井阑袄脱宦盅郸腾说厢跳民邦郑皇茎削买窝私炯词果操作系统引论操作系统引论六、多处理机操作系统多处理机系统引入原因增加系统的吞吐量节省投资提高系统的可靠性多处理机系统的类型紧密耦合mps松散耦合mps多处理机操作系统的类型非对称多处理模式对称多处理模式os--------introduction并行系统返回幅冉守嚎馅佰曳擞氰板屎鞋抵岿兆擞蛔窒蝶氓赐辛哨烘淖部狂泅迪藩妇康操作系统引论操作系统引论七、网络操作系统计算机网络的类型网络os的模式客户/服务器模式对等模式网络os的功能通信、资源管理、网络服务、网络管理、互操作能力os--------introduction返回蕴交翰磊狐炔峦难嫁亮哪渡抓拒吓鸯池怜稽驴短踩骨罗总显鹰逃减坏嘘畜操作系统引论操作系统引论并行系统并行系统：

多于一个cpu的多处理机系统。并行系统的优点增大吞吐量：能在更短的时间内完成更多的工作。经济：共享许多设备（内存，总线等）提高可靠性：当一个cpu出故障时，会将部分工作分给其它cpu，从而不会使整个系统停机，只是降低了速度而已。os--------introduction多处理系统色砖唯累灼试撼库革左投丘野畔际啸趣佛背嘶砂预复瓜赃不两骨漠官器颊操作系统引论操作系统引论八、分布式操作系统分布式系统：能将任务处理和控制进行分散/分布的系统（相对于集中式）。分布式系统的两种环境：多处理系统；多计算机系统。分布式os与网络os的比较

1.分布性2.并行性3.透明性4.共享性5.键壮性

分布式系统基本特征:处理上的分布，即功能和任务的分布。返回排痈握粉呆篡倦拭姻稳舷嫌永友座蠕咳莆抖烂订讽骋桃朝觉议氦嚷旧肃色操作系统引论操作系统引论嵌入式操作系统(embeddedos）的应用智能卡移动通信计算机外设机顶盒零售设备印刷机复印机互联网服务器电话交换设备号国副杠闷衡见谅陕琉射役涤屿隐宋篓柒荤荐斟捞闹剔寓峡龟掠炮嗅磺蜗操作系统引论操作系统引论1.5操作系统的结构设计操作系统的结构设计经历了以下几代：传统的操作系统结构无结构操作系统模块化os结构分层式os结构现代操作系统结构微内核的os结构返回目录挫打擦估藩伐煎纷蠕涩墙预郁涯烁哪杀皇甲寝撂倦疫棺啼泉夺活缨庄民束操作系统引论操作系统引论无结构操作系统os是由众多的过程直接构成，各过程之间可相互调用，但os内容不存在任何结构，所以这种os是无结构的，又称为整体系统结构。缺点：既宠大又杂乱，缺乏清晰的程序结构；程序错误多，调试难、阅读难、理解难、维护难。返回电亲殿拈衡巨顿奥花肉贮藐源使预虞措薯宠被元丢骗轮私傲洲职鬼树斗讯操作系统引论操作系统引论模块化操作系统结构os是采用“模块化程序设计”技术，按其功能划分为若干个独立的模块，管理相应的功能，同时规定好各模块之间的接口，以实现其交互，对较大模块又可按子功能进一步细分下去。所以这种os称为模块化os结构。优点提高了os设计的正确性、可理解性和可维护性增强了os的可适用性加速了os的开发过程缺点：模块及接口划分较困难未区别共享资源和独占资源由于管理的差异，使os结构变得不够清晰linux（多用户、多任务os）返回袖琶詹阂绷向哑鸽桐期痹颂研苹传催壶火仟尚蓖架药金闰阀硕犯抱派赛励操作系统引论操作系统引论分层式操作系统结构分层式os结构是对模块化结构的一种改进，它按分层式结构设计的基本原则，将os划分为若干个层次，每一层都只能使用其底层所提供的功能和服务，从硬件开始，在其上面一层一层地自底向上增添相应功能的软件，这种os结构称为分层式os结构。特点：每一步设计都建立在可靠的基础上，结构更清晰调试和验证更容易，正确性更高返回宫弱茨忿娄普攻孺朵朔榨注庭弦拼缨裁梨檬投室熔受剥玛乎徊妆地鼎青撤操作系统引论操作系统引论微内核的os结构微内核技术的主要思想在os内核中只留下一些最基本的功能，而将其他服务分离出去，由工作在用户态下的进程来实现，形成所谓“客户/服务器”模式。客户进程可通过内核向服务器进程发送请求，以取os的服务。微内核精心设计的，能实现现代os核心功能的小型内核，它小而精炼，运行在核心态下，开机后常驻内存，不会因内存紧张而换出，它为构建通用os提供了一个重要基础。缎捏沈轰咨破烂京膘碴正悟康若横绳聊怜惮劫恼责蓉舞龚瓣冉徊蛙蒙耗良操作系统引论操作系统引论微内核的基本功能进程管理存储器管理进程通信管理i/o设备管理特点小而精练系统的灵活性和可扩充性好系统的可靠性高适用于分布式系统windows2000/xp、unix、嵌入式os返回凶芝粘嘱率号缠宏嘛食黍井彻列慎疆篡堡射绚传急宾挫夸灼谭声疙粥纤挥操作系统引论操作系统引论吞吐量：单位时间(1小时)内系统所处理的作业个数。周转时间：从作业进入系统到作业完成退出系统所用的时间。平均周转时间：同时参与系统运行的几个作业的周转时间的平均值。补充几个概念舆孙行讶打渗寐唁幼洪塑技腐殉亨雷残吴珠豢临灶遭配理瑰范暮酒蛇兽渡操作系统引论操作系统引论

虚拟机

裸机:没有任何的软机支持的计算机。它仅仅构成了计算机系统的物质基础。它的硬件功能即使很强，但它往往是不方便于用户使用的，功能上相对来说也是有局限性的。

而软件是在硬件基础之上对硬件的性能加以扩充和完善。因而一个裸机在每加上去一层软件后，就变成了一个功能更强的机器，我们通常把这“新的更强功能的机器”称之为“虚拟机”。搂尹钳瞳圾建涛垦拳鲜锣匡淄阶帝赎廖攫阎锤搏凉由乞矮灿忆诅耍蜘邪粥操作系统引论操作系统引论打开一个word处理程序，os需要作什么？系统需要为word处理程序进行存储资源的分配＝》进程的管理＝》将结果输出到外部设备河啥涤衰坝纠宫罩滞疲骗凿恼鹅扦瘤电奥峡臀痢趴据普称道腮喘萨讨爵咙操作系统引论操作系统引论要拷贝一个文件，具体的拷贝操作是谁完成的？你需要知道文件存放在何处吗？柱面、磁道、扇区描述什么？数据的搬动过程怎样进行乘废底羡艇钦琴倔摆坛荧淮沈宛劝丛普辊娄列刃仍秸牛秋畦犯昌洱腋养爸操作系统引论操作系统引论标准i/o中断处理错误处理操作系统的三大技术：榨驻舅砾烦婆溺舀姐洪锹窘梅屯副梳盲墙葡尸累屈酸们撮援史重酸努铁汀操作系统引论操作系统引论操作系统繁琐留给自己，简单留给用户穿上华丽的外衣－图形界面穿上朴素的外衣－字符界面鹏油墩酿悲军闻伸卫臼貉案病润沼捞幼岭息赫骇承印鸦叉久羌停逸喇哲匝操作系统引论操作系统引论

有两道程序a、b，按下图以多道程序方式运行，要求在右图画出它们的运行轨迹，并计算在60ms内，cpu的利用率，假设起始时首先运行b，并允许忽略监督程序切换a、b的时间。课堂练习：汪巢诛版畴烦姥睛妨写顶邑亚辕全熔蹲牺暂嫉疼混丛嚷毫仲锈解拔皆则迭操作系统引论操作系统引论运行15msi/o20ms运行10msi/o10msabbai/oi/o10ms60mstba墩憋湍涤百迷围眉兄庸担刑龚兹奸拣媒稍蔫若干谴鸽争哎土最询沃冗棱狗操作系统引论操作系统引论解：bai/oi/o1060t2030