操作系統(tǒng)課件01緒論

地點(diǎn)：信電大樓426短號：662679Email:shilei791207@操作系統(tǒng)原理PrinciplesofOperatingSystem授課教師：時(shí)磊課程目的不是如何使用操作系統(tǒng)而是理解操作系統(tǒng)如何工作

涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)的很多領(lǐng)域計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)/硬件軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)語言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)核心技術(shù)并能在其他地方應(yīng)用之為什么學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)?大型、復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)①性能與方便使用②性能與簡單性③硬件與軟件操作系統(tǒng)是目前最復(fù)雜的軟件成分應(yīng)聘工作(編程語言〔C語言〕、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng))為什么學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)?教材

龐麗萍.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng).北京:人民郵電出版社,2021

參考教材[美]AbrahamSilberschatz等.操作系統(tǒng)概念(第六版).北京:高等教育出版社[荷]AndrewS.Tanenbaum陳向群馬洪兵等譯.現(xiàn)代操作系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社[美]W.RichardStevensStephenA.Rago尤晉元等譯.UNIX環(huán)境高級編程(第二版).人民郵電出版社陳健等譯.Linux程序設(shè)計(jì)〔第4版〕.人民郵電出版社陳莉君等譯.深入理解Linux內(nèi)核〔第三版〕.中國電力出版社鳥哥.鳥哥的LINUX私房菜〔第三版〕：根底學(xué)習(xí)篇.人民郵電出版社

課程形式

學(xué)習(xí)要求：

按時(shí)上課，認(rèn)真聽講

閱讀參考書

整理筆記

思考，討論，提問理論〔33學(xué)時(shí)〕+實(shí)驗(yàn)〔4次，12學(xué)時(shí)〕輔導(dǎo)答疑時(shí)間：周一~周五〔除了周一和周三上午〕地點(diǎn)：信電大樓426講課學(xué)時(shí)安排章節(jié)內(nèi)容學(xué)時(shí)第一章緒論3第二章操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和硬件支持2第三章操作系統(tǒng)的用戶接口1第四章進(jìn)程及進(jìn)程管理9第五章資源分配與調(diào)度3第六章處理機(jī)調(diào)度3第七章主存管理3第八章設(shè)備管理3第九章文件系統(tǒng)3第一章緒論〔一〕操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位〔二〕操作系統(tǒng)的形成和開展〔三〕操作系統(tǒng)的根本概念〔四〕操作系統(tǒng)的根本類型〔五〕Linux系統(tǒng)概述學(xué)習(xí)內(nèi)容熟悉馮?諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及原理掌握操作系統(tǒng)的定義，功能及根本特征掌握批處理操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與分時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及區(qū)別學(xué)習(xí)重點(diǎn)〔一〕操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位裸機(jī)〔一〕操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位裸機(jī)：沒有裝配任何軟件的計(jì)算機(jī)稱為裸機(jī)。虛擬機(jī)：裝配有相應(yīng)軟件的機(jī)器稱為虛擬機(jī)。管理信息系統(tǒng)、飛機(jī)訂票系統(tǒng)、

銀行系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、

CAD系統(tǒng)、數(shù)字計(jì)算軟件包…語言編譯程序、連接裝配程序、

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件…操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件〔裸機(jī)〕系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件用戶用戶用戶用戶是在硬件根底上的第一層軟件是其它軟件和硬件的接口ENIAC計(jì)算機(jī)(1946年，美國賓夕法尼亞大學(xué))〔二〕馮·諾依曼結(jié)構(gòu)美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼于1946年提出了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的3個根本思想。①計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器〔ALU〕、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5個根本局部組成。②采用二進(jìn)制形式表示計(jì)算機(jī)的指令和數(shù)據(jù)。③程序存儲，將程序〔由一系列指令組成〕和數(shù)據(jù)存放在存儲器中，計(jì)算機(jī)依次自動地順序執(zhí)行程序。〔二〕馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件根本組成〔外〕存儲器〔內(nèi)〕存儲器中央處理器〔CPU〕控制器輸入設(shè)備輸出設(shè)備數(shù)據(jù)流地址控制流運(yùn)算器〔二〕馮·諾依曼結(jié)構(gòu)2023/10/418〔三〕操作系統(tǒng)的根本概念操作系統(tǒng)的定義：操作系統(tǒng)是一個大型的程序系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制并協(xié)調(diào)并發(fā)活動，實(shí)現(xiàn)信息的存取和保護(hù)。它提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境。操作系統(tǒng)使整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效率和高度自動化。操作系統(tǒng)是整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。操作系統(tǒng)的宗旨是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率，方便用戶使用2023/10/419〔三〕操作系統(tǒng)的根本概念〔處理機(jī)〕CPU內(nèi)存〔主存儲器〕I/O設(shè)備軟件資源處理機(jī)

管理存儲器

管理設(shè)備

管理文件

系統(tǒng)系統(tǒng)資源操作系統(tǒng)功能模塊操作系統(tǒng)的資源管理功能：

操作系統(tǒng)看成一個資源管理器。換句話說，從資源管理的角度看操作系統(tǒng)有如下四個功能：一處理機(jī)管理

1.制定調(diào)度策略

2.給出調(diào)度算法

3.處理機(jī)分派二存儲器管理

1.存儲分配和存儲無關(guān)性

2.存儲保護(hù)

3.存儲擴(kuò)充三設(shè)備管理

1.設(shè)備無關(guān)性

2.設(shè)備分配

3.設(shè)備的傳輸控制四文件系統(tǒng)

解決軟件資源的存儲、共享、保密和保護(hù)等〔三〕操作系統(tǒng)的根本概念〔四〕操作系統(tǒng)的形成和開展操作系統(tǒng)開展是隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的開展而開展的。驅(qū)動力：充分利用硬件，提供更好的效勞手工操

作階段批處理聯(lián)機(jī)

批處理脫機(jī)

批處理執(zhí)行

系統(tǒng)操作系統(tǒng)形成多道程序系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)個人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)初級階段第1階段手工操作階段

ENIAC計(jì)算機(jī)(1946年，美國賓夕法尼亞大學(xué))初級階段——手工操作階段

硬件非常昂貴，沒有操作系統(tǒng)1、人工把一道作業(yè)用穿孔機(jī)穿制在卡片或紙帶上2、把卡片或只帶裝上輸入機(jī)3、啟動輸入機(jī)把程序和數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)4、通過控制開關(guān)啟動程序執(zhí)行5、產(chǎn)生計(jì)算結(jié)果，執(zhí)行結(jié)果從打印機(jī)上或卡片機(jī)上輸出缺點(diǎn)：工作效率極低獨(dú)占性問題：人機(jī)矛盾 機(jī)器速度計(jì)算所需時(shí)間人工操作時(shí)間操作時(shí)間:機(jī)器運(yùn)行時(shí)間

1萬次/秒 1小時(shí) 3分鐘 1:20 60萬次/秒 1分鐘 3分鐘 3:1初級階段——手工操作階段

初級階段——早期批處理

用戶把作業(yè)〔卡片或磁帶〕交給負(fù)責(zé)調(diào)度的操作員〔系統(tǒng)管理員〕,由操作員按作業(yè)類型分類編成一個作業(yè)隊(duì)列，送到輸入設(shè)備上。常駐監(jiān)督程序自動地裝入程序、運(yùn)行、撤出作業(yè)批處理中的作業(yè)〔Job〕概念：“作業(yè)〞是指用戶提交給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個獨(dú)立的處理單位用戶程序+數(shù)據(jù)+作業(yè)控制語言初級階段——早期批處理

優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了人工干預(yù)時(shí)間，提高了CPU利用率問題：處理機(jī)〔CPU〕高速與IO慢速的矛盾解決：由衛(wèi)星機(jī)負(fù)責(zé)IO初級階段——早期批處理〔聯(lián)機(jī)批處理〕

初級階段——脫機(jī)批處理

脫機(jī)批處理特點(diǎn)：主機(jī)與衛(wèi)星機(jī)并行操作問題：調(diào)度不靈活，保護(hù)問題解決：硬件技術(shù)的開展——通道技術(shù)、中斷技術(shù)定義：

借助于通道與中斷技術(shù)，由主機(jī)控制I/O工作。原有的監(jiān)督程序不僅要負(fù)責(zé)調(diào)度作業(yè)自動的運(yùn)行，而且還要提供I/O控制功能。它常駐內(nèi)存，稱為執(zhí)行系統(tǒng)。通道：一種專用部件，負(fù)責(zé)外部設(shè)備與內(nèi)存之間信息的傳輸。中斷：主機(jī)接到信號〔來自CPU外部或內(nèi)部〕時(shí)，立即中止原來的工作，轉(zhuǎn)去處理這一事件，處理完后，主機(jī)又回到原來工作點(diǎn)繼續(xù)工作。初級階段——執(zhí)行系統(tǒng)

初級階段——執(zhí)行系統(tǒng)

特點(diǎn)：主機(jī)、外設(shè)并行操作；增加了保護(hù)能力問題：處理機(jī)仍有空閑等待現(xiàn)象早期批處理、脫機(jī)批處理、執(zhí)行系統(tǒng)都屬于單道批處理系統(tǒng)手工操

作階段批處理聯(lián)機(jī)

批處理脫機(jī)

批處理執(zhí)行

系統(tǒng)初級階段操作系統(tǒng)系統(tǒng)的形成——多道批處理

多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序，在管理程序的控制下相互穿插地運(yùn)行。當(dāng)某道程序因某種原因不能繼續(xù)運(yùn)行下去時(shí)〔如等待外部設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)〕，管理程序便將另一道程序投入運(yùn)行。

多道運(yùn)行的特征：多道、宏觀上并行、微觀上串行操作系統(tǒng)系統(tǒng)的形成——多道批處理

分時(shí)技術(shù)： 把處理機(jī)的響應(yīng)時(shí)間分成假設(shè)于個大小相等〔或不相等〕的時(shí)間單位，稱為時(shí)間片，每個終端用戶獲得CPU，就等于獲得一個時(shí)間片，該用戶程序開始運(yùn)行，當(dāng)時(shí)間片到〔用完〕，用戶程序暫停運(yùn)行，等待下一次運(yùn)行。操作系統(tǒng)系統(tǒng)的形成——

分時(shí)技術(shù)

實(shí)時(shí)處理什么是“實(shí)時(shí)〞計(jì)算機(jī)對外來的信息能夠在被控對象允許的時(shí)間范圍內(nèi)作出反響。實(shí)時(shí)處理對實(shí)時(shí)信號能在截止期限之內(nèi)處理并作出反響。操作系統(tǒng)系統(tǒng)的形成——實(shí)時(shí)處理

操作系統(tǒng)的進(jìn)一步開展

向小型化、微型化計(jì)算機(jī)開展 ——個人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化開展 ——網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)向具有并行結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ——多處理機(jī)操作系統(tǒng) 集群系統(tǒng) 分布式操作系統(tǒng)〔五〕操作系統(tǒng)的特征并發(fā)：系統(tǒng)中同時(shí)存在多個程序處理多個同時(shí)性活動宏觀上：這些程序是同時(shí)在執(zhí)行的微觀上：任何時(shí)刻只有一個程序在執(zhí)行，即微觀上這些程序在CPU上輪流執(zhí)行共享：多個計(jì)算任務(wù)對系統(tǒng)資源的共同享用操作系統(tǒng)與多個用戶的程序共同使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源〔共享有限的系統(tǒng)資源〕操作系統(tǒng)要對系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配和使用資源在一個時(shí)間段內(nèi)交替被多個進(jìn)程所用不確定性〔異步性〕：操作系統(tǒng)能處理大量的、隨機(jī)的事件序列，使各用戶的計(jì)算任務(wù)正確地完成?！擦巢僮飨到y(tǒng)類型

批處理操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)個人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)自由軟件和LINUX操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)類型——網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

定義：在通常的操作系統(tǒng)中增加了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議功能和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理功能的操作系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。目標(biāo)：相互通信，資源共享操作系統(tǒng)類型——分布式操作系統(tǒng)

分布式操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級的形式,它保持了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的全部功能。除了具有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的功能外，還能夠?qū)⒁粋€大的任務(wù)劃分成許多可以并行執(zhí)行的子任務(wù)，并按照一定的調(diào)度策略將他們動態(tài)分布給系統(tǒng)中的各個計(jì)算機(jī)。作為一個分布式操作系統(tǒng)為用戶提供一個統(tǒng)一的界面、標(biāo)準(zhǔn)接口，用戶通過這個界面使用整個系統(tǒng)的資源。當(dāng)用戶在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行某些操作的時(shí)候，用戶并不知道自己的操作在哪一臺計(jì)算機(jī)上執(zhí)行或者使用了哪個計(jì)算機(jī)的資源。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對計(jì)算機(jī)的用戶來說是透明的。操作系統(tǒng)類型——分布式操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)類型——分布式操作系統(tǒng)

分布式操作系統(tǒng)——云計(jì)算

操作系統(tǒng)類型——分布式操作系統(tǒng)

集群是分布式系統(tǒng)的一種。 集群〔Cluster〕：由高速局域網(wǎng)連接多臺計(jì)算機(jī)組成的虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。操作系統(tǒng)類型——Linux操作系統(tǒng)

“Linux〞這個單詞根據(jù)LinusTorvalds本人的發(fā)音應(yīng)該是“哩吶克斯〞，音標(biāo)是[’li:nэks]重音在“哩〞上?！傲▍瓤怂龚曋皇歉鶕?jù)發(fā)音翻譯的，正確的發(fā)音應(yīng)該按照[’li:nэks]這個音標(biāo)讀。Linux的起源UNIX開展簡史1970年，AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室KenTompson、DennisRitchie在PDP-7小型機(jī)上開發(fā)出Unix系統(tǒng)；操作系統(tǒng)類型——Linux操作系統(tǒng)

1986年，AndrewTanenbaum開發(fā)Minix系統(tǒng)；1991年，芬蘭赫爾辛基大學(xué)的學(xué)生LinusTorvalds開發(fā)Linux系統(tǒng)，并將源代碼放在Internet上；隨著Internet的開展，Linux系統(tǒng)迅速普及開來；1994年，發(fā)布Linux1.0內(nèi)核；同年RedHat公司成立；RedHatLinuxSUSELinuxMandrakeLinuxGentooLinuxSlackwareLinuxDebianLinuxRedFlagLinuxUbuntuLinux

Unix的發(fā)行版本SunSolarisIBMAIXSCOUnixWareHPHP-UXFreeBSD什么是GNUGNU是“GNU‘sNotUnix〞的遞歸縮寫GNU工程開始于1984年，由RichardStallman創(chuàng)立，旨在開發(fā)一個類似Unix的，并且是自由軟件的完整操作系統(tǒng)：GNU系統(tǒng)大多數(shù)GNU軟件是免費(fèi)分發(fā)的什么是GPLGPL〔GeneralPublicLicence，通用公共許可證〕具有以下特點(diǎn)：GPL賦予使用者復(fù)制、傳播和修改自由軟件的權(quán)利GPL是自由軟件社區(qū)和國際上公認(rèn)的契約GPL要求使用者原封不