操作系统概论-操作系统概论-chap1-11-操作系统概观课件

操作系统概论

操作系统概论

教材：《操作系统教程》（第5版）

高等教育出版社；费翔林骆斌编著

实验教材：《嵌入式实时操作系统uC/OS原理与实践》

电子工业出版社；卢友亮编著

参考书：《操作系统概念》

高等教育出版社；（美国）西尔伯查茨

1.教材与参考书

教材：《操作系统教程》（第5版）

2.本课程主要内容(1)概念与原理；(2)接口和服务；

(3)结构、设计与实例；(4)进程和线程；

(5)处理器管理和调度；(6)同步、通信和死锁；(7)存储管理与虚拟存储器；(8)设备管理；

(9)文件管理与虚拟文件系统；(10)安全与保护。2.本课程主要内容(1)概念与原理；3.学习目标掌握操作系统的基本概念、原理、技术和方法;具有剖析实际操作系统、及设计、开发和构造现代操作系统的基本能力；深入了解操作系统在计算机系统中的地位及作用,以及它与硬件和其他软件之间的关系;熟悉操作系统控制和管理整个计算机系统执行的全过程,具有以操作系统为中心的计算机系统的全局和整体的概念。3.学习目标掌握操作系统的基本概念、原理、技术和方法;2023/10/754.为什么学习操作系统?

设计操作系统或者修改现有的系统

存在人们意识不到的大量“操作系统”嵌入式系统(EmbeddedOS）智能手机操作系统加深对使用的多种OS的理解，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选择购买操作系统

我们并不总使用Win95/NT/2000/XP/windows7,8常见的操作系统还有：各种UNIX,Linux，UC-OS等等2023/7/2954.为什么学习操作系统?设计操作系统2023/10/764.为什么学习操作系统?操作系统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数据库可以把多门课程内容综合起来学习核心技术并能在其他地方应用之。2023/7/2964.为什么学习操作系统?操作系统涉及到计2023/10/775.课程内容学时安排考查课。理论课32学时，实验课8学时理论课：理解操作的基本概念、原理、技术和方法实验课：模拟实现OS功能；熟悉多种OS的特点及操作；网上查询有关知识。

课前必须做好实验准备，编写代码。2023/7/2975.课程内容学时安排考查课。理论课32学2023/10/786.考核方法平时成绩包括（考勤、作业、实验、测验（期中考试））占40%。期末考试。占60%理论课：无故缺勤三次以上则为零分；实验课：只有四次，无故缺勤则为零分；可事先请假。需要办理请假手续。所有作业、实验、测验不许抄袭。平时成绩拿到50%及以上的分数才能参加期末考试2023/7/2986.考核方法平时成绩包括（考勤、作业、实2023/10/797.学习方法知识：需要记忆、积累

联想、对比抓重点技能：需要训练、经验

方法、技巧抓特点思路：逻辑思维 形象思维 把计算机方面的课程内容综合起来掌握基本原理，拓展知识，延伸视野，提高分析问题和解决问题的能力2023/7/2997.学习方法知识：需要记忆、积累第1章操作系统概论1.1操作系统概观1.2操作系统形成和发展1.3操作系统基本服务和用户接口1.4操作系统结构和运行模型

1.5流行操作系统简介第1章操作系统概论1.1操作系统概观1.1操作系统概观

1.1.1操作系统与计算机系统1.1.2操作系统资源管理技术1.1.3操作系统定义和作用1.1.4操作系统功能和特性1.1操作系统概观

1.1.1操作系统与计算机系统1.1.1操作系统与计算机系统

计算机系统(层次结构)软件硬件及固件（裸机）应用软件系统软件编辑软件，编译软件操作系统图1.1 计算机系统的组成1.1.1操作系统与计算机系统

计算机系统软件硬件及固件（2023/10/713操作系统在计算机系统中的地位2023/7/2913操作系统在计算机系统中的地位2023/10/714操作系统在计算机系统中的地位操作系统的地位：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）计算机硬件操作系统系统调用，命令，图标，窗口应用程序及实用程序系统设计者程序员用户14操作系统在计算机系统中的地位操作系统的地位：紧贴系统硬件2023/10/715引入操作系统的目标有效性（系统管理人员的观点）：管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程方便性（用户的观点）：提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别可扩充性（开放的观点）：硬件的类型和规模的扩充、操作系统本身的功能和管理策略的扩充、多个系统之间的资源共享和互操作开放性：兼容、互联2023/7/2915引入操作系统的目标有效性（系统管理人员操作系统的主要目标方便用户使用扩大机器功能管理系统资源提高系统效率构筑开放环境操作系统的主要目标方便用户使用操作系统与其它软件的区别

程序意图不同，各有不同任务，解决不同问题；具有控制与被控制的关系；操作系统是软件系统的核心，是各种软件的基础运行平台；通用操作系统提供共性功能支持，与硬件相关但和应用领域无关；支撑软件及应用软件不能直接而只能通过操作系统来使用计算机系统的物理资源。操作系统与其它软件的区别程序意图不同，各有不同任务，解决不1.1.2操作系统资源管理技术资源复用(解决物理资源数量不足

)资源虚拟(解决物理资源数量不足

，提高服务的能力和水平)资源抽象(处理系统的复杂性，解决资源的易用性)

资源管理技术1.1.2操作系统资源管理技术资源复用资源虚拟资源抽象资源1.资源管理

(1)复用(1)空分复用共享--该资源可进一步分割成更多和更小的单位供进程使用。(2)时分复用共享--并不把资源进一步分割成更小的单位，进程可在一个时间段内独占使用整个物理资源。1.资源管理

(1)复用(1)空分复用共享--该资源可进时分复用共享分类时分独占式--进程获得时分独占式资源后，对资源执行多个操作，通常使用一个完整的周期后才会释放(如磁带)。时分共享式--时分共享式资源指进程占用该类资源使用后，很可能随时被剥夺，被另一个进程抡占使用(如处理器、磁盘机)。时分复用共享分类时分独占式--进程获得时分独占式资源后，对资(2)虚拟

是对资源进行转化、模拟或整合，把物理上的一个资源变成逻辑上的多个对应物(或物理上多个变成逻辑上一个)的一类技术。空分复用分割实际存在的物理资源，虚拟实现虚构假想的虚拟同类资源。资源虚拟的例子—虚拟设备、虚拟主存、虚拟文件、虚拟屏幕(终端)、虚拟信道。(2)虚拟是对资源进行转化、模拟或整合，把物理上的一个资(3)抽象资源抽象用于处理系统的复杂性，重点解决资源的易用性。资源抽象指通过创建软件来屏蔽硬件资源物理特性和接口细节，简化对硬件资源的操作、控制和使用的一类技术。单级资源抽象与多级资源抽象。(3)抽象资源抽象用于处理系统的复杂性，重点解决资源的易用设备抽象接口(隐蔽I/O操作实现细节)

物理接口设备

用户I/O机器指令I/O系统调用read(),write()I/O软件及设备驱动程序

用户物理接口设备设备抽象接口(隐蔽I/O操作实现细节)

物理接口用户单级资源抽象例子

一个简单抽象，可用系统调用write()打包：voidwrite(char*block,intlen,intdevice,inttrack,intsector){

load(block,length,device);

seek(device,track);

out(device,sector);};单级资源抽象例子一个简单抽象，可用系统调用write(多级资源抽象例子intfprintf(fileID,”%s”,datum){…write();…};多级资源抽象例子intfprintf(fileID,”%s(4)组合使用资源管理技术对于一类资源，操作系统往往同时实施几种资源管理技术。例1--虚拟设备--抽象+虚拟。例2--虚拟主存--复用+虚拟。例3--虚拟屏幕--抽象+虚拟。(4)组合使用资源管理技术对于一类资源，操作系统往往同时实2.操作系统中三个基础抽象进程是对于进入内存的执行程序在处理器上操作的状态集的一个抽象。进程抽象的效果是让用户感觉到有自己独享的处理器，从而，可为用户提供多任务操作系统和分时操作系统。2.操作系统中三个基础抽象进程是对于进入内存的执行程序在处理操作系统中三个基础抽象

虚存(virtualmemory)（虚存是内存的一种抽象）用户：运行应用程序，使用逻辑地址

虚拟机界面

虚拟地址OS:虚存及其管理

物理机界面

物理地址

硬件:主存+辅存虚存抽象的效果是给用户造成假象，感觉独占了一个连续地址空间，编写应用程序的长度不受物理内存大小限制。虚存是通过结合对内存和外存的管理来实现的，把一个进程的虚存中的内容存储在磁盘上，用内存作为磁盘的高速缓存，以此为用户提供比物理内存空间大得多的虚拟内存空间。操作系统中三个基础抽象虚存(vi2.操作系统中三个基础抽象文件是通过将文件中的字节映射到存储设备的物理块中来实现文件抽象。文件抽象的效果是让用户感觉到总能满足自己对设备上信息的存取需求，而且使用十分方便。2.操作系统中三个基础抽象文件是通过将文件中的字节映射到存储基础抽象的包含关系

文件抽象虚存抽象进程抽象

处理器

内存

设备

基础抽象的包含关系文件抽象虚存抽象3操作系统虚拟机什么是操作系统虚拟机?操作系统虚拟机的组成：

1)虚拟处理器

2)虚拟内存

3)虚拟辅存

4)虚拟设备3操作系统虚拟机什么是操作系统虚拟机?操作系统虚拟机进程P1虚虚虚

虚处内辅设理

存存备器

虚拟机1…进程Pn操作系统资源管理技术(复用、虚拟、抽象)虚

虚虚虚处内辅设理存存备器

虚拟机n处内辅设理器存存备

物理计算机操作系统虚拟机进程P1虚虚虚

1.1.3操作系统定义和作用

OS是计算机硬件、软件资源的管理者。管理对象包括：CPU、存储器、外部设备、信息（数据和软件）；管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况）、资源的分配、回收和访问操作，相应管理策略（包括用户权限）。

1.1.3操作系统定义和作用

OS是计算机硬件、软件资2023/10/734

OS是用户使用系统硬件、软件的接口。系统命令方式（命令行、菜单式、命令脚本式）；供一般用户使用。图形窗口方式系统调用方式（形式上类似于过程调用，在应用编程中使用）；供程序员使用。

1.1.3操作系统定义和作用

2023/7/2934

OS是用户使用系统硬件、软件的接口。2023/10/735OS是扩展机(extendedmachine)/虚拟机(virtualmachine)。在裸机上添加功能：设备管理、文件管理、存储管理（针对内存和外存）、处理机管理（针对CPU）,让用户使用更加方便；另外，为合理组织工作流程：作业管理、进程管理。操作系统的非形式化定义（关键点）：系统软件，程序模块的集合，资源管理和用户接口功能

1.1.3操作系统定义和作用

2023/7/2935OS是扩展机(extendedmac2023/10/736裸机I/O设备管理软件文件管理软件窗口软件OS能把一台“裸机”改造成功能更强大、用户使用更方便灵活、更安全可靠的虚拟机

1.1.3操作系统定义和作用

2023/7/2936裸机I/O设备管理软件文件管理软件窗口ch1(os定义、功能、作用、接口和服务)系统实现观点进程交互观点资源管理观点OS是资源管理者ch2(处理器管理)、ch4(存储管理)、ch5(设备管理)、ch6(文件管理)OS是虚拟机ch1(os虚拟机、os结构、os运行模型)、

ch7(安全与保护)ch2(进程、线程、调度)、ch3(同步、通信、死锁)

系统角度动态观察方法静态观察方法OS是程序执行的控制者

用户角度OS是服务提供者服务用户观点

研究和观察操作系统

观察和研究操作系统总纲

ch1(os定义、功能、作用、接口和服务)系统实现进程交互1.1.4操作系统功能和特性

操作系统中，资源包括两类：硬件资源和信息资源。硬件资源又分：处理器、存储器、I/O设备等；信息资源又分：程序和数据等。操作系统也可定义为：是能使诸用户有效、方便地共享一套计算机系统资源的一种系统软件。1.1.4操作系统功能和特性

操作系统中，资源包括

操作系统主要功能

处理机管理存储管理设备管理文件管理网络与通信管理

操作系统主要功能

处理机管理处理机管理

(1)进程控制和管理；(2)进程同步和互斥；(3)进程通信；(4)进程死锁；(5)线程控制和管理；(6)处理器调度，又分高级调度，中级调度和低级调度。处理机管理

(1)进程控制和管理；存储管理

(1)内存分配；(2)地址转换；(3)存储保护；(4)内存共享；(5)存储扩充。存储管理

(1)内存分配；设备管理(1)提供设备中断处理；(2)提供缓冲区管理；(3)提供设备独立性，实现逻辑设备到物理设备之间的映射；(4)设备的分配和回收；(5)实现共享型设备的驱动调度；(6)实现虚拟设备。设备管理(1)提供设备中断处理；文件管理(1)提供文件的逻辑组织方法；(2)提供文件的物理组织方法；(3)提供文件的存取和使用方法；(4)实现文件的目录管理；(5)实现文件的共享和安全性控制；(6)实现文件的存储空间管理。文件管理(1)提供文件的逻辑组织方法；网络与通信管理(1)网络资源管理；(2)数据通信管理；(3)应用服务;(4)网络管理。网络与通信管理(1)网络资源管理；1.1.4操作系统主要特性

第一个特性--并发性第二个特性--共享性第三个特性--异步性

1.1.4操作系统主要特性

第一个特性--并发性第一个特性--并发性(1)

并发性--指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生。发挥并发性能够消除系统中部件和部件之间的相互等待，有效地改善系统资源的利用率，改进系统的吞吐率，提高系统效率。第一个特性--并发性(1)并发性--指两个或

并发性使系统变得复杂化

如何从一个活动切换到另一个活动？怎样将各个活动隔离开来，使之互不干扰，免遭对方破坏？怎样让多个活动协作完成任务？怎样协调多个活动对资源的竞争？如何保证每个活动的资源不被其它进程侵犯?多个活动共享文件数据时，如何保证数据的一致性？第一个特性--并发性(2)

并发性使系统变得复杂化第一个特性--第一个特性--并发性(3)采用并发技术的系统称多任务系统。并发的实质是一个物理CPU(也可以多个物理CPU)在若