操作系統(tǒng)課件第一章緒論

1、計算機操作系統(tǒng)教程考核方法n平時：考勤、作業(yè)、提問、實驗 n 所占比率30%n期末考試：卷面100分n 所占比率70%課程主要內(nèi)容n第一部分：緒論n第二部分：操作系統(tǒng)用戶界面n第三部分：進程管理n第四部分：處理機調(diào)度n第五部分：存儲管理n第六部分：文件管理n第七部分：設備管理n教材第一章n教材第二章n教材第三章n教材第四章n教材第五章n教材第八章n教材第九章第二章（操作系統(tǒng)用戶界面）管理資源的觀點進程交互的觀點系統(tǒng)實現(xiàn)的觀點操作系統(tǒng)是虛擬機第一章（緒論）操作系統(tǒng)是資源管理者第四章（處理機調(diào)度）第五章（存儲管理）第六章（文件系統(tǒng)）第七章（設備管理）第三章（進程管理）系統(tǒng)角度操作系統(tǒng)是程序執(zhí)行的控

2、制者用戶角度操作系統(tǒng)是服務提供者服務用戶的觀點研究和觀察操作系統(tǒng)第一章第一章 緒論緒論 主要內(nèi)容n操作系統(tǒng)概念n操作系統(tǒng)歷史n操作系統(tǒng)的基本類型n操作系統(tǒng)功能廚師是如何工作的n廚師從灶臺上取得原料，炒菜n當灶臺上原料用完時，從冰箱補充到灶臺n當冰箱里的原料用完時，從市場購買補充到冰箱n廚師通過前臺服務員與顧客交流n顧客通過菜譜來控制廚師炒菜過程n一個廚師可能同時為多個顧客同時服務計算機是如何工作的nCPU廚師n寄存器、高速緩存灶臺n內(nèi)存冰箱n外存市場n人機界面前臺服務員n程序菜譜n處理機調(diào)度為多個顧客服務的原則計算機系統(tǒng)組成計算機系統(tǒng)組成計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)(層次結構層次結構)軟件軟件硬件及固

3、件（裸機）硬件及固件（裸機）應用軟件應用軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件編譯、連接裝配程序編譯、連接裝配程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)計算機系統(tǒng)的組成操作系統(tǒng)的地位操作系統(tǒng)的地位n緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下（是其他軟件的共同環(huán)境） 計算機硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具應用軟件應用用戶應用開發(fā)人員操作系統(tǒng)開發(fā)人員操作系統(tǒng)位于硬件和用戶之間一方面：向用戶提供接口，方便用戶使用計算機另一方面：管理計算機軟硬件資源，合理充分利用操作系統(tǒng)定義n操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件，是一些程序模塊的集合它們能以盡量有效、合理的方式組織和管理計算機的軟硬件資源，合理的組織計算機的工作流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務功能，使

4、得用戶能夠靈活、方便、有效的使用計算機，使整個計算機系統(tǒng)能高效地運行，是計算機與用戶之間的接口。主要內(nèi)容n操作系統(tǒng)概念n操作系統(tǒng)歷史n操作系統(tǒng)的基本類型n操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)歷史計算機元件發(fā)展n第一代：電子管時代n第二代：晶體管時代n第三代：集成電路時代n第四代：大規(guī)模和超大規(guī)模電路時代相應操作系統(tǒng)發(fā)展n手工操作（無OS）時代n單道批處理時代n多道批處理時代n分時、實時系統(tǒng)時代（通用OS，網(wǎng)絡OS，分布式OS）操作系統(tǒng)的歷史手工操作階段n工作方式：n 用戶：用戶既是程序員，又是操作員；n 編程語言：為機器語言；n 輸入輸出：紙帶或卡片 用戶用戶紙帶或卡片紙帶或卡片輸入機輸入機程序和數(shù)據(jù)程序和數(shù)

5、據(jù)計算機計算機計算結果計算結果打印機打印機操作系統(tǒng)的歷史手工操作階段50年代早期出現(xiàn)了穿孔卡片程序?qū)懺诳ㄆ先缓笞x入計算機年代早期出現(xiàn)了穿孔卡片程序?qū)懺诳ㄆ先缓笞x入計算機操作系統(tǒng)的歷史手工操作階段n計算機的工作特點：n 用戶獨占全機：不出現(xiàn)資源被其他用戶占用，資源利用率低；n CPU等待用戶：計算前，手工裝入紙帶或卡片；計算完成后，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低； 操作系統(tǒng)的歷史手工操作階段n主要矛盾n計算機處理能力的提高與手工操作的低效率（造成浪費）；n用戶獨占全機的所有資源；n任何一個步驟出現(xiàn)故障都將導致該作業(yè)需從頭開始執(zhí)行。操作系統(tǒng)的歷史單道批處理n單道：每次只調(diào)用一個用戶作業(yè)進入

6、內(nèi)存并運行n工作方式：n 配備專門的計算機操作員，程序員和操作員分工合作n 操作員把程序員提交的作業(yè)分類，每一批作業(yè)由監(jiān)督程序（monitor)自動依次處理。操作系統(tǒng)的歷史單道批處理n1）聯(lián)機批處理：慢速I/O設備和主機直接相連 卡片機卡片機打印機打印機主機主機紙帶機紙帶機操作系統(tǒng)的歷史單道批處理n2）脫機批處理：增加一臺專門用于與I/O設備相連的衛(wèi)星機 卡片機卡片機打印機打印機衛(wèi)星機衛(wèi)星機紙帶機紙帶機輸入磁帶輸入磁帶輸出磁帶輸出磁帶主機主機操作系統(tǒng)的歷史多道批處理n多道：每次調(diào)用多個用戶作業(yè)進入內(nèi)存運行多道運行：CPUI/O設備設備A計算計算A的的I/O操作操作B計算計算A計算計算B的的I/

7、O操作操作計算計算單道運行：CPUI/O設備設備I/O操作操作計算計算操作系統(tǒng)的歷史多道批處理n特點：n 多道：內(nèi)存中同時存放幾個作業(yè)；n 宏觀上并行運行：都處于運行狀態(tài)，但都未運行完；n 微觀上串行運行：各作業(yè)交替使用CPU；操作系統(tǒng)的歷史多道批處理 多道程序系統(tǒng)和多重處理系統(tǒng)的比較 n多道：多個程序同時在內(nèi)存中交替運行n多重：多個處理器。單道和多道批處理的比較單道多道內(nèi)存使用每次一個作業(yè)每次多個作業(yè)（充分利用內(nèi)存）作業(yè)次序順序，先進先出無確定次序現(xiàn)代操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)允許多個聯(lián)機用戶同時使用一臺計算機系統(tǒng)進行計算的操作系統(tǒng)稱分時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng) （Time Sharing Opera

8、ting System）現(xiàn)代操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)n分時技術：n 將處理機的運行時間分成很短的時間片，按時間片輪流將處理機分配給各聯(lián)機作業(yè)使用,多個用戶分享使用同一臺計算機。n分時操作系統(tǒng)的特點：n 每個用戶都認為自己獨占了一臺計算機，可以通過自己終端向系統(tǒng)發(fā)出各種命令。n例：UNIX操作系統(tǒng)CPU時間時間ABCABCAB現(xiàn)代操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)（Real Time Operating System) 是指系統(tǒng)能及時響應外部事件的請求，在規(guī)定的時間內(nèi)，完成對該事件的處理，并控制所有實時任務協(xié)調(diào)一致地運行的操作系統(tǒng)。C閥門AB反應堆閥門計算機系統(tǒng)記錄儀傳感裝置圖 例：控制信號測量信號現(xiàn)

9、代操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)n實時系統(tǒng)用于工業(yè)控制、軍事控制等領域n實時操作系統(tǒng)的特點：n 系統(tǒng)必須在允許的時間范圍內(nèi)作出響應，何時產(chǎn)生結果與產(chǎn)生何種結果同樣重要n實時系統(tǒng)工作原理：傳感器傳感器外設外設執(zhí)行機構執(zhí)行機構計算機計算機現(xiàn)代操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)n實時系統(tǒng)的分類：n 硬實時系統(tǒng)：響應時間一定不能超過時限.如工業(yè)過程控制、防空系統(tǒng)、導彈尋航系統(tǒng)等n 軟實時系統(tǒng)：響應時間偶爾可以超過時限.如情報檢索和查詢、飛機訂票系統(tǒng)、銀行信用卡系統(tǒng)n實時系統(tǒng)的設計：n 事件觸發(fā)：事件發(fā)生時觸發(fā)系統(tǒng)n 時間觸發(fā)：每隔一定時間觸發(fā)系統(tǒng)n實時操作系統(tǒng) 例：RT-Linux, VxWorks各種操作系統(tǒng)的比較系統(tǒng)資源

10、利用率高，吞吐量大系統(tǒng)資源利用率高，吞吐量大交互性好交互性好在有限時間內(nèi)快速響應并可靠在有限時間內(nèi)快速響應并可靠適用于程序開發(fā)適用于程序開發(fā)適用于工業(yè)控制、軍事控制適用于工業(yè)控制、軍事控制適用于科學計算適用于科學計算批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)批處理系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)n通用操作系統(tǒng)同時兼有多道批處理、分時、實時處理的功能，或其中兩種以上的功能。 n特點：功能齊全，適應范圍較廣，系統(tǒng)本身龐大、復雜n例：UNIX操作系統(tǒng)，Windows操作系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的發(fā)展n個人PC操作系統(tǒng) 例：DOS，Windows，Linuxn嵌入式操作系統(tǒng) 例：Windows CEn網(wǎng)絡

11、操作系統(tǒng) 例：Netwaren分布式操作系統(tǒng) 例：Amoeba, Mach, Chorus, DCEn智能化操作系統(tǒng)主要內(nèi)容n操作系統(tǒng)概念n操作系統(tǒng)歷史n操作系統(tǒng)的基本類型n操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)基本類型n批處理操作系統(tǒng)n分時操作系統(tǒng)n實時操作系統(tǒng)n個人計算機操作系統(tǒng)n網(wǎng)絡操作系統(tǒng)n分布式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)類型批處理操作系統(tǒng)n一種早期大型機用操作系統(tǒng)，現(xiàn)代操作系統(tǒng)大都具有此功能用戶作業(yè)錄入提交收容完成運行就緒等待作業(yè)調(diào)度執(zhí)行作業(yè)調(diào)度操作系統(tǒng)類型批處理操作系統(tǒng)n特點：n 1）脫機使用：用戶提交了作業(yè)后就象脫離了計算機，不必直接控制計算機n 2）高效：操作系統(tǒng)可以從輸入作業(yè)中選擇適當?shù)囊慌鳂I(yè)運行，達

12、到系統(tǒng)資源的最大利用率和最大的吞吐能力。多道運行更為高效。n使用：大型科學計算或事務處理操作系統(tǒng)類型分時操作系統(tǒng)n分時技術：n把計算機的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時間）進行時間上的分割，每個時間段稱為一個時間片（time slice），每個用戶依次輪流使用時間片，使一臺計算機為多個終端用戶服務。n分時操作系統(tǒng)一般采用時間片輪轉(zhuǎn)法分配計算機的CPUCPU時間ABCABCAB操作系統(tǒng)類型分時操作系統(tǒng)n特點：n 1）交互性：用戶通過終端向主機發(fā)出請求，主機響應結果n 2）同時性：宏觀上多個用戶同時使用計算機，微觀上計算機輪流為每個用戶服務n 3）獨立性：每個用戶使用各自終端與計算機交互，感覺不到其他用戶

13、的存在，好象獨立使用計算機n使用：軟件開發(fā)，運行較小的程序操作系統(tǒng)類型實時操作系統(tǒng)n實時可理解為立即、及時的意思n實時系統(tǒng)需要解決的問題：n1）實時時鐘管理：系統(tǒng)日期和時間、定時和延時等；n2）過載保護：緩沖區(qū)排隊，丟棄某些任務；（過載是指進入系統(tǒng)的任務數(shù)目超出系統(tǒng)的處理能力）n3）高度可靠性和安全性：容錯能力（如故障自動復位）和冗余備份（雙機，關鍵部件）操作系統(tǒng)類型實時操作系統(tǒng)n特點：n1）及時性：及時地響應外部請求，并在嚴格規(guī)定的時間內(nèi)完成對請求的處理n2）連續(xù)的人機對話n3）高可靠性：要求安全可靠，可通過冗余策略來容錯n4）較強的過載保護能力n使用：工業(yè)控制、軍事控制操作系統(tǒng)類型個人操作

14、系統(tǒng)n一種聯(lián)機的交互式的單用戶操作系統(tǒng)n特點：n1）個人專用n2）方便友好的用戶接口n3）高速數(shù)據(jù)處理能力n4）實時多任務n使用：個人多媒體計算機操作系統(tǒng)類型網(wǎng)絡操作系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡：是通過通信設施將物理上分散的具有自治功能的多個計算機系統(tǒng)互聯(lián)起來的，實現(xiàn)信息交換、資源共享和協(xié)作處理的系統(tǒng)。n網(wǎng)絡模式nClient/Server(C/S)nPeer to Peer(P2P)操作系統(tǒng)類型網(wǎng)絡操作系統(tǒng)n網(wǎng)絡操作系統(tǒng)在通常操作系統(tǒng)功能的基礎上提供網(wǎng)絡通信和網(wǎng)絡服務功能的操作系統(tǒng)。n網(wǎng)絡操作系統(tǒng)為網(wǎng)上計算機進行方便而有效的網(wǎng)絡資源共享，提供網(wǎng)絡用戶所需各種服務的軟件和相關規(guī)程的集合。n網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是運行

15、在松散耦合硬件上的松散偶合軟件操作系統(tǒng)類型網(wǎng)絡操作系統(tǒng)n特點：n1）互連在物理上是分散的計算機n2）每臺計算機自治，各自具有操作系統(tǒng)，各自獨立工作n3）通過通信設施實現(xiàn)互連n4）實現(xiàn)信息交換、資源共享、互操作、協(xié)作處理操作系統(tǒng)類型網(wǎng)絡操作系統(tǒng)n功能：n網(wǎng)絡通信功能：通過網(wǎng)絡協(xié)議進行高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸；n網(wǎng)絡資源管理：協(xié)調(diào)各用戶使用；n網(wǎng)絡服務：文件和設備共享，信息發(fā)布；n網(wǎng)絡管理：安全管理、故障管理、性能管理等操作系統(tǒng)類型分布式操作系統(tǒng)分布式計算機系統(tǒng)由多臺分散的計算機經(jīng)互連網(wǎng)絡連接而成，滿足如下條件：n系統(tǒng)中任意兩臺計算機可以通過系統(tǒng)的安全通信機制來 交換信息。n系統(tǒng)中的資源為所有用戶共享

16、，用戶只要考慮系統(tǒng)中是 否有所需資源，而無需考慮資源在哪臺計算機上。n系統(tǒng)中的若干臺機器可互相協(xié)作完成同一個任務，分布 式系統(tǒng)是一種特殊的計算機網(wǎng)絡。n系統(tǒng)中的一個結點出錯不影響其它結點運行、即具有較 好的容錯性和健壯性。操作系統(tǒng)類型分布式操作系統(tǒng)n分布式系統(tǒng)是以計算機網(wǎng)絡為基礎的，它的基本特征是處理上的分布，即功能和任務的分布。n分布式操作系統(tǒng)的所有系統(tǒng)任務可在系統(tǒng)中任何處理機上運行，自動實現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的任務分配并自動調(diào)度各處理機的工作負載。n分布式操作系統(tǒng)是運行在松散耦合硬件上的緊耦合軟件操作系統(tǒng)類型分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)n已制定通信網(wǎng)絡協(xié)議n每臺計算機有自己的操作系統(tǒng)n對用戶不透明

17、n松散耦合硬件上運行松散耦合軟件n已在現(xiàn)實中廣泛應用分布式操作系統(tǒng)n無標準協(xié)議n系統(tǒng)有一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)n對用戶透明n松散耦合硬件上運行緊耦合軟件n還處于研究階段主要內(nèi)容n操作系統(tǒng)概念n操作系統(tǒng)歷史n操作系統(tǒng)的基本類型n操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)的功能n處理機管理n存儲管理n設備管理n信息管理n提供用戶接口操作系統(tǒng)功能資源管理軟件資源硬件資源內(nèi)存CPU外設程序數(shù)據(jù)方便用戶操作系統(tǒng)的五大功能文件系統(tǒng)管理文件系統(tǒng)管理處理機管理處理機管理內(nèi)存管理內(nèi)存管理設備管理設備管理用戶接口用戶接口操作系統(tǒng)功能處理機管理n組織多個作業(yè)同時運行，解決對處理機分配調(diào)度策略（例如FCFS，SJF），分配實施和資源回收等n1）作業(yè)管理：對作業(yè)進行調(diào)度與控制n2）進程管理：按照某種原則為進程分配資源操作系統(tǒng)功能存儲管理n對內(nèi)存進行分配、保護和擴充n1）內(nèi)存分配：保證系統(tǒng)及各用戶程序的存儲區(qū)互不沖突n2）內(nèi)存保護：保證各用戶進程不會互相破壞，保證用戶程序不會破壞系統(tǒng)程序n3）內(nèi)存擴充：將內(nèi)存和外存結合起來管理，為用戶提供一個容量比實際大得多的虛擬存儲器操作系統(tǒng)功能設備管理n對計算機輸入輸出系統(tǒng)的管理n1）對通道、控制器、I/O設備的分配和管理。（通道：一個獨立于CPU的專管I/O控制的處理機，控制設備和內(nèi)存直接進行數(shù)據(jù)交換）n2）實現(xiàn)設備獨立性。設備管理為用戶提供一個良好的界面，不必