操作系统课件01绪论

地点：信电大楼426短号：662679Email:shilei791207@操作系统原理PrinciplesofOperatingSystem授课教师：时磊课程目的不是如何使用操作系统而是理解操作系统如何工作

涉及到计算机科学的很多领域计算机体系结构/硬件软件设计程序设计语言数据结构算法网络学习核心技术并能在其他地方应用之为什么学习操作系统?大型、复杂系统的系统设计①性能与方便使用②性能与简单性③硬件与软件操作系统是目前最复杂的软件成分应聘工作(编程语言〔C语言〕、数据结构、操作系统)为什么学习操作系统?教材

庞丽萍.计算机操作系统.北京:人民邮电出版社,2021

参考教材[美]AbrahamSilberschatz等.操作系统概念(第六版).北京:高等教育出版社[荷]AndrewS.Tanenbaum陈向群马洪兵等译.现代操作系统.机械工业出版社[美]W.RichardStevensStephenA.Rago尤晋元等译.UNIX环境高级编程(第二版).人民邮电出版社陈健等译.Linux程序设计〔第4版〕.人民邮电出版社陈莉君等译.深入理解Linux内核〔第三版〕.中国电力出版社鸟哥.鸟哥的LINUX私房菜〔第三版〕：根底学习篇.人民邮电出版社

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思考，讨论，提问理论〔33学时〕+实验〔4次，12学时〕辅导答疑时间：周一~周五〔除了周一和周三上午〕地点：信电大楼426讲课学时安排章节内容学时第一章绪论3第二章操作系统的结构和硬件支持2第三章操作系统的用户接口1第四章进程及进程管理9第五章资源分配与调度3第六章处理机调度3第七章主存管理3第八章设备管理3第九章文件系统3第一章绪论〔一〕操作系统在计算机系统中的地位〔二〕操作系统的形成和开展〔三〕操作系统的根本概念〔四〕操作系统的根本类型〔五〕Linux系统概述学习内容熟悉冯∙诺依曼计算机体系结构及原理掌握操作系统的定义，功能及根本特征掌握批处理操作系统、实时操作系统与分时操作系统的主要特点及区别学习重点〔一〕操作系统在计算机系统中的地位裸机〔一〕操作系统在计算机系统中的地位裸机：没有装配任何软件的计算机称为裸机。虚拟机：装配有相应软件的机器称为虚拟机。管理信息系统、飞机订票系统、

银行系统、地理信息系统、

CAD系统、数字计算软件包…语言编译程序、连接装配程序、

数据库管理系统、网络软件…操作系统计算机硬件〔裸机〕系统软件应用软件用户用户用户用户是在硬件根底上的第一层软件是其它软件和硬件的接口ENIAC计算机(1946年，美国宾夕法尼亚大学)〔二〕冯·诺依曼结构美籍匈牙利数学家冯·诺依曼于1946年提出了计算机设计的3个根本思想。①计算机由运算器〔ALU〕、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个根本局部组成。②采用二进制形式表示计算机的指令和数据。③程序存储，将程序〔由一系列指令组成〕和数据存放在存储器中，计算机依次自动地顺序执行程序。〔二〕冯·诺依曼结构计算机硬件根本组成〔外〕存储器〔内〕存储器中央处理器〔CPU〕控制器输入设备输出设备数据流地址控制流运算器〔二〕冯·诺依曼结构2023/10/418〔三〕操作系统的根本概念操作系统的定义：操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化。操作系统是整个计算机系统的核心。操作系统的宗旨是提高计算机系统的效率，方便用户使用2023/10/419〔三〕操作系统的根本概念〔处理机〕CPU内存〔主存储器〕I/O设备软件资源处理机

管理存储器

管理设备

管理文件

系统系统资源操作系统功能模块操作系统的资源管理功能：

操作系统看成一个资源管理器。换句话说，从资源管理的角度看操作系统有如下四个功能：一处理机管理

1.制定调度策略

2.给出调度算法

3.处理机分派二存储器管理

1.存储分配和存储无关性

2.存储保护

3.存储扩充三设备管理

1.设备无关性

2.设备分配

3.设备的传输控制四文件系统

解决软件资源的存储、共享、保密和保护等〔三〕操作系统的根本概念〔四〕操作系统的形成和开展操作系统开展是随着计算机硬件技术的开展而开展的。驱动力：充分利用硬件，提供更好的效劳手工操

作阶段批处理联机

批处理脱机

批处理执行

系统操作系统形成多道程序系统多道批处理系统分时系统实时系统个人计算机操作系统网络操作系统分布式操作系统初级阶段第1阶段手工操作阶段

ENIAC计算机(1946年，美国宾夕法尼亚大学)初级阶段——手工操作阶段

硬件非常昂贵，没有操作系统1、人工把一道作业用穿孔机穿制在卡片或纸带上2、把卡片或只带装上输入机3、启动输入机把程序和数据送入计算机4、通过控制开关启动程序执行5、产生计算结果，执行结果从打印机上或卡片机上输出缺点：工作效率极低独占性问题：人机矛盾 机器速度计算所需时间人工操作时间操作时间:机器运行时间

1万次/秒 1小时 3分钟 1:20 60万次/秒 1分钟 3分钟 3:1初级阶段——手工操作阶段

初级阶段——早期批处理

用户把作业〔卡片或磁带〕交给负责调度的操作员〔系统管理员〕,由操作员按作业类型分类编成一个作业队列，送到输入设备上。常驻监督程序自动地装入程序、运行、撤出作业批处理中的作业〔Job〕概念：“作业〞是指用户提交给计算机系统的一个独立的处理单位用户程序+数据+作业控制语言初级阶段——早期批处理

优点：节省了人工干预时间，提高了CPU利用率问题：处理机〔CPU〕高速与IO慢速的矛盾解决：由卫星机负责IO初级阶段——早期批处理〔联机批处理〕

初级阶段——脱机批处理

脱机批处理特点：主机与卫星机并行操作问题：调度不灵活，保护问题解决：硬件技术的开展——通道技术、中断技术定义：

借助于通道与中断技术，由主机控制I/O工作。原有的监督程序不仅要负责调度作业自动的运行，而且还要提供I/O控制功能。它常驻内存，称为执行系统。通道：一种专用部件，负责外部设备与内存之间信息的传输。中断：主机接到信号〔来自CPU外部或内部〕时，立即中止原来的工作，转去处理这一事件，处理完后，主机又回到原来工作点继续工作。初级阶段——执行系统

初级阶段——执行系统

特点：主机、外设并行操作；增加了保护能力问题：处理机仍有空闲等待现象早期批处理、脱机批处理、执行系统都属于单道批处理系统手工操

作阶段批处理联机

批处理脱机

批处理执行

系统初级阶段操作系统系统的形成——多道批处理

多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，在管理程序的控制下相互穿插地运行。当某道程序因某种原因不能继续运行下去时〔如等待外部设备传输数据〕，管理程序便将另一道程序投入运行。

多道运行的特征：多道、宏观上并行、微观上串行操作系统系统的形成——多道批处理

分时技术： 把处理机的响应时间分成假设于个大小相等〔或不相等〕的时间单位，称为时间片，每个终端用户获得CPU，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运行，当时间片到〔用完〕，用户程序暂停运行，等待下一次运行。操作系统系统的形成——

分时技术

实时处理什么是“实时〞计算机对外来的信息能够在被控对象允许的时间范围内作出反响。实时处理对实时信号能在截止期限之内处理并作出反响。操作系统系统的形成——实时处理

操作系统的进一步开展

向小型化、微型化计算机开展 ——个人计算机操作系统向网络化开展 ——网络操作系统向具有并行结构的计算机系统 ——多处理机操作系统 集群系统 分布式操作系统〔五〕操作系统的特征并发：系统中同时存在多个程序处理多个同时性活动宏观上：这些程序是同时在执行的微观上：任何时刻只有一个程序在执行，即微观上这些程序在CPU上轮流执行共享：多个计算任务对系统资源的共同享用操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源〔共享有限的系统资源〕操作系统要对系统资源进行合理分配和使用资源在一个时间段内交替被多个进程所用不确定性〔异步性〕：操作系统能处理大量的、随机的事件序列，使各用户的计算任务正确地完成。〔六〕操作系统类型

批处理操作系统分时操作系统实时操作系统个人计算机操作系统网络操作系统分布式操作系统自由软件和LINUX操作系统操作系统类型——网络操作系统

定义：在通常的操作系统中增加了实现网络低层协议功能和网络设备管理功能的操作系统称为网络操作系统。目标：相互通信，资源共享操作系统类型——分布式操作系统

分布式操作系统是网络操作系统的更高级的形式,它保持了网络操作系统的全部功能。除了具有网络操作系统的功能外，还能够将一个大的任务划分成许多可以并行执行的子任务，并按照一定的调度策略将他们动态分布给系统中的各个计算机。作为一个分布式操作系统为用户提供一个统一的界面、标准接口，用户通过这个界面使用整个系统的资源。当用户在计算机系统上进行某些操作的时候，用户并不知道自己的操作在哪一台计算机上执行或者使用了哪个计算机的资源。计算机系统对计算机的用户来说是透明的。操作系统类型——分布式操作系统

操作系统类型——分布式操作系统

分布式操作系统——云计算

操作系统类型——分布式操作系统

集群是分布式系统的一种。 集群〔Cluster〕：由高速局域网连接多台计算机组成的虚拟计算机系统。操作系统类型——Linux操作系统

“Linux〞这个单词根据LinusTorvalds本人的发音应该是“哩呐克斯〞，音标是[’li:nэks]重音在“哩〞上。“哩呐克斯〞只是根据发音翻译的，正确的发音应该按照[’li:nэks]这个音标读。Linux的起源UNIX开展简史1970年，AT&T贝尔实验室KenTompson、DennisRitchie在PDP-7小型机上开发出Unix系统；操作系统类型——Linux操作系统

1986年，AndrewTanenbaum开发Minix系统；1991年，芬兰赫尔辛基大学的学生LinusTorvalds开发Linux系统，并将源代码放在Internet上；随着Internet的开展，Linux系统迅速普及开来；1994年，发布Linux1.0内核；同年RedHat公司成立；RedHatLinuxSUSELinuxMandrakeLinuxGentooLinuxSlackwareLinuxDebianLinuxRedFlagLinuxUbuntuLinux

Unix的发行版本SunSolarisIBMAIXSCOUnixWareHPHP-UXFreeBSD什么是GNUGNU是“GNU‘sNotUnix〞的递归缩写GNU工程开始于1984年，由RichardStallman创立，旨在开发一个类似Unix的，并且是自由软件的完整操作系统：GNU系统大多数GNU软件是免费分发的什么是GPLGPL〔GeneralPublicLicence，通用公共许可证〕具有以下特点：GPL赋予使用者复制、传播和修改自由软件的权利GPL是自由软件社区和国际上公认的契约GPL要求使用者原封不