操作系統(tǒng)OSppt_01

1、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)任課老師：楊瑞敏TELmail:書名：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第三版）書名：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第三版）編者：湯小丹編者：湯小丹 梁紅兵梁紅兵 哲風(fēng)屏哲風(fēng)屏 湯子瀛湯子瀛出版社：西安電子科技大學(xué)出版社出版社：西安電子科技大學(xué)出版社操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：l硬件：硬件：CPU、存儲器、存儲器、I/O設(shè)備設(shè)備l軟件：系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、編譯程序、匯軟件：系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、編譯程序、匯編程序、編程序、DBMS）和）和 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件對操作系統(tǒng)的對操作系統(tǒng)的描述描述：l是配置在計(jì)算機(jī)硬件上的第一層軟件，是對是配置在計(jì)算機(jī)硬件上的第一層軟件，是對硬件

2、系統(tǒng)的首次擴(kuò)充。硬件系統(tǒng)的首次擴(kuò)充。l用戶（應(yīng)用程序）與計(jì)算機(jī)硬件之間的用戶（應(yīng)用程序）與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口接口。OS的目標(biāo)的目標(biāo)l有效性：提高系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量有效性：提高系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量l方便性：使計(jì)算機(jī)易學(xué)易用方便性：使計(jì)算機(jī)易學(xué)易用l可擴(kuò)充性：能適應(yīng)硬件的發(fā)展，容易升級可擴(kuò)充性：能適應(yīng)硬件的發(fā)展，容易升級l開放性：遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范開放性：遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范第一節(jié)第一節(jié) 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用OS的作用的作用l用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 命令命令 圖形窗口方式圖形窗口方式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應(yīng)用程序

3、應(yīng)用程序用戶用戶l計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者l四類資源：處理器、存儲器、四類資源：處理器、存儲器、I/O設(shè)備、信設(shè)備、信息（數(shù)據(jù)和程序）息（數(shù)據(jù)和程序）l四種功能：處理機(jī)管理、存儲器管理、四種功能：處理機(jī)管理、存儲器管理、I/O設(shè)備管理、文件管理設(shè)備管理、文件管理lOS用作擴(kuò)充機(jī)器用作擴(kuò)充機(jī)器l通常把覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)器或通常把覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)器或虛機(jī)器。虛機(jī)器。I/O設(shè)備設(shè)備文件管理文件管理面向用戶的窗口軟件面向用戶的窗口軟件裸機(jī)裸機(jī)第二節(jié)第二節(jié) 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多

4、道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1 1、無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)人工操作方式人工操作方式 缺點(diǎn)缺點(diǎn)人機(jī)速度矛盾人機(jī)速度矛盾 用戶獨(dú)占全機(jī)、用戶獨(dú)占全機(jī)、CPUCPU等待人工操作等待人工操作 聯(lián)機(jī)輸入輸出（聯(lián)機(jī)輸入輸出（On-Line I/OOn-Line I/O）方式）方式脫機(jī)輸入輸出脫機(jī)輸入輸出（Off-Line I/OOff-Line I/O）方式方式 關(guān)鍵設(shè)備：外圍機(jī)、磁帶關(guān)鍵設(shè)備：外圍機(jī)、磁帶 輸入設(shè)備輸入設(shè)備外圍機(jī)外圍機(jī)磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤外圍機(jī)外圍機(jī)主機(jī)主機(jī)輸出設(shè)備輸出設(shè)備脫機(jī)脫機(jī)I/O示意圖示意圖優(yōu)點(diǎn)：減少優(yōu)點(diǎn)：減少CP

5、U的空閑時(shí)間、提高的空閑時(shí)間、提高I/O速度速度2、單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)把一批作業(yè)脫機(jī)輸入到磁帶上；把一批作業(yè)脫機(jī)輸入到磁帶上；系統(tǒng)配上系統(tǒng)配上監(jiān)督程序監(jiān)督程序（OSOS的雛形）；的雛形）；在監(jiān)督程序的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)的在監(jiān)督程序的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)的連續(xù)得到處理；連續(xù)得到處理；處理機(jī)使用權(quán)在監(jiān)督程序和用戶程序間轉(zhuǎn)換。處理機(jī)使用權(quán)在監(jiān)督程序和用戶程序間轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)對作業(yè)的處理是成批進(jìn)行的，且在內(nèi)存中始系統(tǒng)對作業(yè)的處理是成批進(jìn)行的，且在內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，故稱為單道批處理系統(tǒng)。終只保持一道作業(yè)，故稱為單道批處理系統(tǒng)。特征：特征：自動性、順序性、單道性自動性、順序

6、性、單道性3、多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)內(nèi)存中允許同時(shí)有多個(gè)用戶程序存在內(nèi)存中允許同時(shí)有多個(gè)用戶程序存在后備作業(yè)隊(duì)列、作業(yè)調(diào)度程序調(diào)度運(yùn)行后備作業(yè)隊(duì)列、作業(yè)調(diào)度程序調(diào)度運(yùn)行有有I/OI/O操作或完成作業(yè)時(shí)，調(diào)入另一個(gè)作業(yè)操作或完成作業(yè)時(shí)，調(diào)入另一個(gè)作業(yè)形成源源不斷的作業(yè)流形成源源不斷的作業(yè)流t1t2t3t4t5t6t7t8結(jié)束中斷I/O 完成啟動 I/OI/O 中斷請求I/O 完成啟動 I/OI/O 中斷請求用戶程序監(jiān)督程序I/O 操作(a) 單道程序運(yùn)行情況程序A程序A I/O 請求程序A I/O 完成程序B程序B I/O 請求程序C程序C I/O 請求程序D程序D I/O 請求C I/O

7、 完成C 再被調(diào)度程序B I/O 完成程序A再被調(diào)度程序A程序B程序C程序D調(diào)度程序(b) 四道程序運(yùn)行情況A完成結(jié)束中斷圖 1-4 單道和多道程序運(yùn)行情況 特點(diǎn)：多道性、無序性、調(diào)度性特點(diǎn)：多道性、無序性、調(diào)度性l優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大l缺點(diǎn)：無交互能力、作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間較缺點(diǎn)：無交互能力、作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間較長長操作系統(tǒng)的定義：操作系統(tǒng)的定義： 操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，合理的對各類作業(yè)進(jìn)硬件和軟件資源，合理的對各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序集合。行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序集合。多道批處

8、理系統(tǒng)需要解決的問題：多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題：（1）處理機(jī)管理問題）處理機(jī)管理問題（2）內(nèi)存管理問題）內(nèi)存管理問題（3）I/O設(shè)備管理問題設(shè)備管理問題（4）文件管理問題）文件管理問題（5）作業(yè)管理問題）作業(yè)管理問題4、分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生原因分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生原因l人機(jī)交互能力的需求、共享主機(jī)、方便用戶上機(jī)人機(jī)交互能力的需求、共享主機(jī)、方便用戶上機(jī)分時(shí)系統(tǒng)：分時(shí)系統(tǒng)：是指一臺主機(jī)上連接了多個(gè)終端，是指一臺主機(jī)上連接了多個(gè)終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶通過自己的終端，以交互的同時(shí)允許多個(gè)用戶通過自己的終端，以交互的方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。分時(shí)系統(tǒng)實(shí)

9、現(xiàn)中的關(guān)鍵問題：分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題：l及時(shí)接收多路卡及時(shí)接收多路卡l及時(shí)處理作業(yè)直接進(jìn)內(nèi)存、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)及時(shí)處理作業(yè)直接進(jìn)內(nèi)存、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)分時(shí)系統(tǒng)的特征分時(shí)系統(tǒng)的特征l多路性、獨(dú)占性、及時(shí)性、交互性多路性、獨(dú)占性、及時(shí)性、交互性5、實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)l系統(tǒng)能及時(shí)（或即時(shí)）響應(yīng)外部事件的請求，系統(tǒng)能及時(shí)（或即時(shí)）響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對該事件的處理，并控在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致的運(yùn)行。制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致的運(yùn)行。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的類型：實(shí)時(shí)系統(tǒng)的類型：l實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)l實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)2. 實(shí)時(shí)任務(wù)實(shí)時(shí)任務(wù)

10、 1) 按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來劃分(1) 周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。 (2) 非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。 外部設(shè)備所發(fā)出的激勵信號并無明顯的周期性，但都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間(Deadline)。它又可分為： 開始截止時(shí)間任務(wù)在某時(shí)間以前必須開始執(zhí)行； 完成截止時(shí)間任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成。 實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較：實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較：多路性、獨(dú)占性、及時(shí)性、交互性、可靠性多路性、獨(dú)占性、及時(shí)性、交互性、可靠性 2) 根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃分 (1) 硬實(shí)時(shí)任務(wù)(hard real-time task)。 (2) 軟實(shí)時(shí)任務(wù)(Soft real-time task)。第三節(jié) 操作系統(tǒng)的特

11、征并發(fā)并發(fā)（Concurrence）共享共享（Sharing）虛擬虛擬（Virtual）異步性異步性（Asynchronism）1、并發(fā)（Concurrence）并行與并發(fā)：并行與并發(fā)：l并行性：多個(gè)事件在同一時(shí)刻同時(shí)發(fā)生并行性：多個(gè)事件在同一時(shí)刻同時(shí)發(fā)生l并發(fā)性：宏觀上在同一時(shí)間段內(nèi)同時(shí)運(yùn)行并發(fā)性：宏觀上在同一時(shí)間段內(nèi)同時(shí)運(yùn)行 微觀上交替執(zhí)行微觀上交替執(zhí)行并發(fā)特征是并發(fā)特征是OS最重要的特征。最重要的特征。2、共享（Sharing）共享：共享：是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。行的進(jìn)程共同使用。互斥共享方式互斥共享方式l互斥就是排他性互

12、斥就是排他性l臨界資源（獨(dú)占資源）：在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程臨界資源（獨(dú)占資源）：在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源（如打印機(jī)）訪問的資源（如打印機(jī)）同時(shí)訪問方式同時(shí)訪問方式l宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)進(jìn)程宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)同時(shí)”訪問某些資訪問某些資源源l微觀上微觀上“輪流輪流”（交替訪問）（交替訪問）l處理機(jī)、內(nèi)存、磁盤處理機(jī)、內(nèi)存、磁盤3、虛擬（Virtual）虛擬：虛擬：是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理設(shè)備實(shí)體是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理設(shè)備實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對應(yīng)物。變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對應(yīng)物。虛擬對象類型：虛擬對象類型：l虛擬處理機(jī)：通過多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)：

13、通過多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)l虛擬內(nèi)存：虛擬存儲器技術(shù)虛擬內(nèi)存：虛擬存儲器技術(shù)l虛擬外部設(shè)備：虛擬設(shè)備技術(shù)虛擬外部設(shè)備：虛擬設(shè)備技術(shù)4、異步性（Asynchronism）異步性異步性：進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推：進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)的。進(jìn)的。導(dǎo)致的原因?qū)е碌脑颍簂多道環(huán)境的復(fù)雜性多道環(huán)境的復(fù)雜性l進(jìn)程的動態(tài)性進(jìn)程的動態(tài)性l每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行過程是不可預(yù)測的每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行過程是不可預(yù)測的第四節(jié)操作系統(tǒng)的主要功能從資源管理和用戶接口兩方面說明從資源管理和用戶接口兩方面說明OS的功的功能：能： 資源管理資源管理 硬件資源硬件資源(處理機(jī)、內(nèi)存、外設(shè)處理機(jī)、內(nèi)存、外設(shè)) 軟件資源軟件資源

14、(信息、數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)) 用戶接口用戶接口處理機(jī)管理處理機(jī)管理l對處理機(jī)進(jìn)行分配對處理機(jī)進(jìn)行分配進(jìn)程控制、同步，進(jìn)程控制、同步，通信和調(diào)度通信和調(diào)度存儲器管理存儲器管理l對內(nèi)存進(jìn)行分配、保護(hù)、地址映射和擴(kuò)充對內(nèi)存進(jìn)行分配、保護(hù)、地址映射和擴(kuò)充設(shè)備管理設(shè)備管理l緩沖管理，分配設(shè)備，設(shè)備處理緩沖管理，分配設(shè)備，設(shè)備處理文件管理文件管理l文件的存儲、信息的共享、信息的保密與文件的存儲、信息的共享、信息的保密與保護(hù)保護(hù)用戶接口用戶接口 1、命令接口命令接口：用戶與：用戶與OS的接口的接口l聯(lián)機(jī)用戶接口：由一組鍵盤操作命令及命聯(lián)機(jī)用戶接口：由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序組成。令解釋程序組成。l脫機(jī)用戶

15、接口：由一組作業(yè)控制語言組成脫機(jī)用戶接口：由一組作業(yè)控制語言組成 2、程序接口程序接口 應(yīng)用程序與應(yīng)用程序與OS的接口，在應(yīng)用程序中使用的接口，在應(yīng)用程序中使用系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用。 3、圖形接口圖形接口第五節(jié) 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)OS模塊化模塊化OS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分層式分層式OS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)微內(nèi)核微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)1、無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)OSOS無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)OS設(shè)計(jì)重點(diǎn)：功能的實(shí)現(xiàn)和高效率設(shè)計(jì)重點(diǎn)：功能的實(shí)現(xiàn)和高效率缺點(diǎn)：缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu) 錯誤多、難以維護(hù)錯誤多、難以維護(hù)2、模塊化OS結(jié)構(gòu)原理原理以功能來劃分模塊以功能來劃分模塊操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)進(jìn)程管理進(jìn)程管理模塊存儲管理存儲

16、管理文件管理文件管理進(jìn)程進(jìn)程控制控制進(jìn)程進(jìn)程調(diào)度調(diào)度進(jìn)程進(jìn)程控制控制進(jìn)程進(jìn)程調(diào)度調(diào)度進(jìn)程進(jìn)程控制控制進(jìn)程進(jìn)程調(diào)度調(diào)度子模塊優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 提高了設(shè)計(jì)的正確性、可維護(hù)性；提高了設(shè)計(jì)的正確性、可維護(hù)性； 增強(qiáng)了增強(qiáng)了OS的可適應(yīng)性；的可適應(yīng)性； 加速了加速了OS的開發(fā)過程；的開發(fā)過程；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 對模塊的劃分不精確，易存在錯誤；對模塊的劃分不精確，易存在錯誤； 未將資源加以區(qū)別；未將資源加以區(qū)別； 模塊間存在著復(fù)雜的依賴關(guān)系，使模塊間存在著復(fù)雜的依賴關(guān)系，使OS結(jié)結(jié)構(gòu)不清。構(gòu)不清。3、分層式OS結(jié)構(gòu)各層模塊間只能是單向調(diào)用關(guān)系用戶態(tài)核心態(tài)1）有序分層的基本概念 A1和高層軟件無關(guān)2）層次的設(shè)置（1

17、）程序嵌套 作業(yè)調(diào)度模塊、進(jìn)程控制模塊、內(nèi)存管理模塊（2）運(yùn)行頻率 時(shí)鐘管理、進(jìn)程調(diào)度（3）公用模塊 wait,signal（4）用戶接口 放置在最高層，直接提供給用戶使用1.5.3 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)1.面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念 對象指現(xiàn)實(shí)世界中具有相同屬性、服從相同規(guī)則的一系列事物（事物可以是一個(gè)物理試題、一個(gè)概念或一個(gè)軟件模塊等）的抽象，而把其中的具體事物稱為對象的實(shí)例。在OS中有進(jìn)程對象、線程對象、存儲器對象和文件對象等。1）對象在面向?qū)ο蟮募夹g(shù)中，是利用被封裝的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（變量）和一組對它進(jìn)行操作的過程（方法），來表示系統(tǒng)中的某個(gè)對象的。 如文件管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)過程1過程2過程32）對象類 類名 屬性操作（文件）文件A圖表20KX用戶創(chuàng)建打開（）讀（）寫（）關(guān)閉（）（類名 ）對象名屬性值操作圖1-8 類和