计算机操作系统第一章

1计算机操作系统

李洁lijiesq@163.co/p>

答疑时间（每周三下午506办公室）2教学安排学时分配考核标准总学时：56学时理论：40学时实践：16学时平时成绩(20%)+期中成绩(10%)+期末考试(70%)注重学习的过程3引言课程特点：概念多、原理性强、较抽象课程学习目的：专业基础核心课，有利于对计算机系统的理解和软件的开发课程学习方法：问题驱动学习、理论联系实际课程学习难点：概念、原理、算法、数据结构4计算机操作系统进程管理操作系统引论处理机调度与死锁存储器管理41235文件管理6设备管理35123操作系统的基本概念Textinhere操作系统的基本类型操作系统的特征和功能操作系统的主要产品45第一章操作系统引论6本章要点计算机系统结构：了解操作系统的地位理解什么是操作系统掌握现代操作系统的功能、特性、类型基本概念：批处理、多道程序、作业、进程、任务、虚拟技术、并发性、异步性第一章操作系统引论7计算机的组成计算机系统计算机硬件计算机软件处理器存储器输出设备输入设备总线系统软件应用软件操作系统数据库管理系统程序语言处理系统文字处理通信···娱乐8应用程序系统调用，命令1.操作系统的目标和地位操作系统计算机硬件应用程序1.1操作系统的基本概念系统设计者程序员用户9操作系统做什么

#include<stdio.h>intmain(){puts("helloworld");return0;}

10问题的提出？程序在计算机上是如何被执行的？谁找到它在磁盘上的位置？谁把它从磁盘读到内存中？谁控制CPU到正确的内存地址中取得指令？谁保证这个程序和此机器上运行的其他程序不相互干扰？谁控制显示器输出正确的字符串？1.1操作系统的基本概念11

1.1操作系统的基本概念有效性方便性可扩充性开放性操作系统的目标122.什么是操作系统系统软件(资源管理角度）有效控制和管理计算机系统中的各种软硬件资源；合理组织计算机系统的工作流程，以使这些资源得到有效利用；（用户角度）提供用户与计算机硬件系统之间的接口，使计算机系统更易于使用。1.1操作系统的基本概念2.操作系统的定义13操作系统是一个系统软件，它能有效地管理和控制计算机系统中的各种硬件和软件资源、合理组织计算机的工作流程，方便用户使用的程序和数据的集合。14自世界上第一台计算机ENIAC(1800平方英尺)于1946年问世以来，计算机在运算速度、存储容量、外设功能、元件工艺及系统结构等方面都有了惊人的发展。电子管、晶体管、集成电路、大超大极大规模集成电路(46－58)(58－64)(64－74)(70年代中至今)巨型、微型、网络化、智能化几个方向发展15与硬件发展相似，可将OS的演变和发展过程划分为四个时代：单道批处理时代多道批处理分时、实时系统时代同时具有多方面功能的多方式系统时代和分布式系统时代16操作系统的三种基本类型批处理操作系统分时操作系统实时操作系统1.2操作系统基本类型171.批处理操作系统所谓“批处理”就是指计算机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。单道批处理系统对作业的处理是成批进行，且在内存中始终保持一道作业特点：自动性、顺序性、单道性1.2操作系统基本类型18多道批处理系统多道程序设计同时把多个作业放入内存并允许它交替执行，共享系统中的各类资源。特点：多道、宏观上并行、微观上串行

19多道引入的优点：提高CPU利用率提高内存和I/O设备利用率提高了系统吞吐量201.2操作系统基本类型多道批处理系统：批处理中引入多道程序设计技术特点：多道、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、无交互能力适用范围：计算量大的成熟的作业。21所谓“分时”指将CPU的时间划分成长短相同（或基本相同）的时间段，称为“时间片”，通过操作系统的管理，把这些时间片依次轮流分配给各个用户使用。1.2操作系统基本类型2.分时操作系统222.分时操作系统

指一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机中的资源，各个用户都可通过自己的终端以交互方式使用计算机。1.2操作系统基本类型23分时操作系统（1）优点：人机交互性共享主机便于用户上机1.2操作系统基本类型24（2）分时系统特点：多路性：多个用户同时工作。独立性：各用户独立操作，互不干扰。及时性：短时间内响应用户请求。交互性

用户通过终端与系统交互。应用：这类系统支持多用户，当今广泛用于商业、金融领域，如UNIX操作系统。

1.2操作系统基本类型253.实时操作系统(RTOS:RealTimeOS)引入：要求及时处理的场合所谓“实时”是指能够及时响应随机发生的外部事件，并对该事件做出快速处理的一种能力。1.2操作系统基本类型26实时操作系统

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。1.2操作系统基本类型27特点：响应及时、可靠性高。应用：实时控制系统（自动控制、化工，炼油生产）

实时信息处理（机票定购系统，情报检索系统）适用范围：专用系统，其确切的功能由其应用的领域决定，不强调资源的利用效率。1.2操作系统基本类型28

嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似与BIOS的工作方式。具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点。特别适合于要求实时的和多任务的体系。

RTOS的应用形式之一29基于RTOS的嵌入式系统开发

基于RTOS嵌入式系统开发是嵌入式产品开发的发展方向，开发环境和工具主要包括：1）交叉编译器，主要是C/C++编译器。2）RTOS本身，RTOS是嵌入式系统开发基础和平台，包括实时内核和扩展功能库，为嵌入式应用提供API调用和功能扩展接口。3）RTOS开发调试工具，提供基于RTOS应用的调试，帮助开发人员更好的完成系统功能。特别多任务实时应用系统，调试工具不可缺少。4）硬件仿真和模拟器，提供实时在线开发和调试，一般由处理器制造商提供，一些公司还提供类似仿真器和逻辑分析仪的硬件调试工具。30思考：实时系统和分时系统的相同点和不同点？1.2操作系统基本类型31实时、分时的比较多路性：相同独立性：相同及时性：实时系统要求更高

分时系统:秒级(一般情况） 实时系统:微秒级甚至更小交互性：分时系统交互性更强可靠性：实时系统要求更高1.2操作系统基本类型321.3操作系统特征和功能并发性共享性虚拟性异步性并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。并行：指两个或多个事件在同一时刻发生。系统中的资源可供内存中多少个并发执行的进程共同使用。通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。多个并发进程共享资源、相互合作，使得每个进程的运行过程受到其他进程的制约，不再“一气呵成”。1.操作系统的特征33内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充文件存储空间的管理，目录管理，文件读/写管理和保护进程控制，进程同步，进程通信，调度缓冲管理，设备分配，设备处理处理机管理文件管理设备管理存储器管理2.操作系统的功能1.3操作系统特征和功能341.4操作系统的主要产品DOS（DiskOperationSystem）单用户、单任务,采用的是对计算机手动输入命令行的方式下，对计算机进行操作和控制。

从1981年直到1995年的15年间，DOS在IBMPC兼容机市场中占有举足轻重的地位。若是把部分以DOS为基础的MicrosoftWindows版本，如Windows95、98和Me等都算进去的话，那么其商业寿命至少可以算到2000年。352.UNIX操作系统

美国AT&T公司于1971年在PDP-11上运行的操作系统。具有多用户、多任务的特点，支持多种处理器架构，最早由KennethLaneThompson、DennisMacAlistairRitchie和DouglasMcIlroy于1969年在AT&T的贝尔实验室开发。1.4操作系统的主要产品36Unix带来的意义软件开发的若干哲学和思想。全民参与推动软件，代码共享的模式。开启了黑客文化和开源项目。免费和商业的完美结合的Linux。C语言，而后发展的C++，Java等等类C的语言和脚本TCP/IP，其的Socket编程已成为今天通用的网络编程主流。37unix的实际应用在巨型机、大型机上作为网络操作系统使用。目前许多UNIX大型主机和服务器在国外的大型企业中每天24小时，每年365天不间断地运行。例如，不少大企业或政府部门，肩负关键使命的场合/部门将其整个企业/部门信息系统建立并运行在以UNIX为主服务器的Client/Server结构上。

经过裁剪后可用于嵌入式系统383.Linux操作系统属于自由软件(开源软件)，原创者是芬兰青年学者李努斯.托瓦尔兹(LinusTorvalds)是一种外观和性能与UNIX相同或更好的操作系统，但不源于任何版本的UNIX的源代码，而是一个类似于UNIX的产品。

1.4操作系统的主要产品39完全免费完全兼容POSIX1.0标准，这使得可以在Linux下通过相应的模拟器运行常见的DOS、Windows的程序。多用户、多任务良好的界面，具有字符界面和图形界面丰富的网络功能，可以轻松实现网页浏览、文件传输、远程登录等网络工作。并且可以作为服务器提供WWW、FTP、E-Mail等服务。Linux操作系统特点40Linux的实际应用过去，Linux主要被用作服务器的操作系统，因为它的廉价、灵活性及Unix背景。除了已在开发者群体中广泛流行，它亦是现时提供网站服务供应商最常使用的平台。基于其低廉成本与高度可设置性，Linux常常被应用于嵌入式系统，例如机顶盒、移动电话及移动装置等。基于Linux平台的同花顺手机炒股Android系统

41移动终端的应用移动终端上的Linux系统是指基于linux内核的移动终端嵌入式操作系统，主要包含Linux手机操作系统和Linux平板电脑操作系统。目前在使用或研发的Linux移动终端操作系统主要有Google的Android，intel和诺基亚的MeeGo，惠普的WebOS，三星的Bada，还有中国联通公司推出的沃phone操作系统。42Android（安卓）2007年11月5日，Google宣布了基于Linux平台的操作系统，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，号称是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。Android的主要竞争对手是苹果公司的iOS以及RIM的BlackberryOS。2011年第一季度，Android在全球的市场份额首次超过塞班系统，跃居全球第一。截止2013年3季度安卓系统在中国市场占有率突破8成,Android智能手机在中国的占有率为86%，StrategyAnalytics给出的数据显示，2012年三星在国内售出了3006万台智能机，而2011年的这一数据为1090万台。紧随三星后面的则是联想，其以13.2%的市场份额成为中国智能机领域的老二，相比2011年增加4个百分点，而苹果（市占率11%）、华为（9.9%）以及酷派（市占率9.7%）分列三到五名。与三星突飞猛进的增长形成鲜明对比的是诺基亚，他们智能手机的市场占有率从2011年的29.9%降至2012年的3.7%，名次也由第一滑落至第七。4344在截至2013年3月的三个月里，澳大利亚、中国、法国、德国、意大利、日本、西班牙、英国和美国等9个国家进行了调查，结果显示Android在今年第一季度的市场份额平均达到64.2%。日本是唯一一个Android尚未确立主导地位的市场，苹果iOS仍然处于领先，市场份额为49.2%，略高于Android的45.8%。在日本以外的市场，无论是美国、英国、德国等发达国家，还是中国等新兴国家，以及像西班牙这样发生经济危机的国家，Android都领先于iOS。其中，Android在西班牙的市场份额达到93.5%。，iOS在美国的市场份额已降至43.7%，而Android的份额则上升了1.4%至49.3%。塞班几乎完全失去了美国市场，份额仅为0.2%。迄今为止，黑莓BB10的发布对该公司帮助不大，市场份额仅为0.9%，上个月为0.7%。除Android之外，在美国市场份额唯一出现上升的是WindowsPhone，增长1.9%至5.6%，这主要归功于诺基亚。45Linux的实际应用此外，有不少硬件式的网络防火墙及路由器，例如部份LinkSys的产品，其内部都是使用Linux来驱动、并采用了操作系统提供的防火墙及路由功能。绝大部分超级电脑使用的作业系统都是Linux。全球超级电脑排行榜TOP500每隔6个月便更新一次，这次是中国的天河二号荣登首位。46Tianhe-2(天河二号)，属于中国人民解放军国防科学技术大学、处理器达312万个、计算速度达33.9PFLOPS(1PFLOPS等于1千万亿次浮点指令/秒)，消费电力17.8MW。4762000年2009年Windows20002001年2006年WindowsXPWindowsVistaWindows74.微软Windows操作系统1.4操作系统的主要产品Vista2009windows72012windows848Windows8是Windows7的后一个版本操作系统，是由微软公司开发的、具有革命性变化的操作系统。它支持来自Intel、AMD和ARM的芯片架构，由微软剑桥研究院和苏黎世理工学院联合开发。该系统具有更好的续航能力，且启动速度更快、占用内存更少，并兼容Windows7所支持的软件和硬件。WindowsPhone8采用和Windows8相同的NT内核并且内置诺基亚地图。2012年8月2日，微软宣布Windows8开发完成，正式发布RTM版本。2012年10月Windows8正式推出，微软自称触摸革命将开始。Windows84950诺基亚Lumia1020诺基亚520,720,820,925等51第一章小结掌握操作系统的定义及功能掌握操作系统的三种基本类型及特点深入领会多道程序设计技术掌握操作系统的基本特征52作业：1.操作系统的定义是什么？操作系统具有哪几大特征？操作系统的主要功能是什么？2.采用多道程序设计的主要优点是什么？3.对实时系统和分时系统进行比较。第一章操作系统引论531.操作系统是计算机系统中的一个_____,它管理和控制计算机系统的_______。系统软件硬件和软件资源542.从用户的观点看，操作系统是（）A.由若干层次的程序按一定的结构组成的有机体B.控制和管理计算机资源的软件C.合理地组织计算机工作流程的软件D.用户与计算机之间的接口D553.实时操作系统必须在（）内处理完来自外部的事件。A.响应时间B.周转时间C.规定时间D.调度时间C.及时响应564.多道程序设计是指（）A.在实时系统中并发运行多个程序B.在分布系统中同一时刻运行多个程序C.在一台处理器上同一时刻运行多个程序D.在一台处理器上并发运行多个程序D575.（）不是设计实时操作系统主要追求的目标。A.安全可靠B.资源利用率C.及时响应D.快速处理B586.允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为（）。允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理的操作系统称为（）。计算机系统能及时处理过程控制数据并作出响应的操作系统称为（）。A.批处理操作系统B.分时操作系统C.实时操作系统597.订购机票系统处理各个终端的服务请求，处理后通过终端回答用户，所以它是一个（）A.分时系统B.多道批处理系统C.计算机网络D.实时信息处理系统608.下面关于并发性的论述中，正确的是（）A.并发性是指若干事件在同一时刻发生。B.并发性是指若干事件在不同时刻发生。C.并发性是指若干事件在同一时间间隔内发生。D.并发性是