操作系統(tǒng)課件-01緒論

地點(diǎn)：信電大樓426手機(jī)短號(hào)：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(yǔ)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(jiǎn)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(yǔ)言（C語(yǔ)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,2010

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(jí)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(guó)電力出版社鳥(niǎo)哥.鳥(niǎo)哥的LINUX私房菜（第三版）：基礎(chǔ)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(tīng)講

閱讀參考書(shū)

整理筆記

思考，討論，提問(wèn)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成績(jī)?cè)u(píng)定

作業(yè)，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，期末考試，出勤率比例：

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)15%作業(yè)+出勤率15%

期末考試70%

操作系統(tǒng)課程教學(xué)目標(biāo)掌握操作系統(tǒng)的一般性原理，掌握一些軟件設(shè)計(jì)的思想和技術(shù)方法熟悉Linux操作系統(tǒng)下的常用基本命令操作熟悉Linux操作系統(tǒng)下的系統(tǒng)編程及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的基本編寫(xiě)方法講課學(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(hù)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)的形成和發(fā)展（三）操作系統(tǒng)的基本概念（四）操作系統(tǒng)的基本類(lèi)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，功能及基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(méi)有裝配任何軟件的計(jì)算機(jī)稱(chēng)為裸機(jī)。虛擬機(jī)：裝配有相應(yīng)軟件的機(jī)器稱(chēng)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(yǔ)言編譯程序、連接裝配程序、

數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)用戶(hù)用戶(hù)用戶(hù)是在硬件基礎(chǔ)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(guó)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(gè)基本思想。①

計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器（ALU）、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5個(gè)基本部分組成。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(chǔ)，將程序（由一系列指令組成）和數(shù)據(jù)存放在存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)依次自動(dòng)地順序執(zhí)行程序。（二）馮·諾依曼結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)硬件基本組成（外）存儲(chǔ)器（內(nèi)）存儲(chǔ)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)2023/10/918（三）操作系統(tǒng)的基本概念操作系統(tǒng)的定義：操作系統(tǒng)是一個(gè)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(dòng)，實(shí)現(xiàn)信息的存取和保護(hù)。它提供用戶(hù)接口，使用戶(hù)獲得良好的工作環(huán)境。操作系統(tǒng)使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效率和高度自動(dòng)化。操作系統(tǒng)是整個(gè)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(hù)使用2023/10/919（三）操作系統(tǒng)的基本概念（處理機(jī)）CPU內(nèi)存（主存儲(chǔ)器）I/O設(shè)備軟件資源處理機(jī)

管理存儲(chǔ)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(gè)資源管理器。換句話(huà)說(shuō)，從資源管理的角度看操作系統(tǒng)有如下四個(gè)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(chǔ)器管理

1.存儲(chǔ)分配和存儲(chǔ)無(wú)關(guān)性

2.存儲(chǔ)保護(hù)

3.存儲(chǔ)擴(kuò)充三設(shè)備管理

1.設(shè)備無(wú)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(chǔ)、共享、保密和保護(hù)等（三）操作系統(tǒng)的基本概念（四）操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展操作系統(tǒng)發(fā)展是隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。驅(qū)動(dòng)力：充分利用硬件，提供更好的服務(wù)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(gè)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(jí)階段第1階段手工操作階段

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

硬件非常昂貴，沒(méi)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(dòng)輸入機(jī)把程序和數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)4、通過(guò)控制開(kāi)關(guān)啟動(dòng)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(wèn)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(wàn)次/秒 1小時(shí) 3分鐘 1:20 60萬(wàn)次/秒 1分鐘 3分鐘 3:1初級(jí)階段——手工操作階段

初級(jí)階段——早期批處理

用戶(hù)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(lèi)型分類(lèi)編成一個(gè)作業(yè)隊(duì)列，送到輸入設(shè)備上。

常駐監(jiān)督程序自動(dòng)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(hù)提交給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立的處理單位

用戶(hù)程序+數(shù)據(jù)+作業(yè)控制語(yǔ)言初級(jí)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(wèn)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(jí)階段——早期批處理（聯(lián)機(jī)批處理）

初級(jí)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(wèn)題：調(diào)度不靈活，保護(hù)問(wèn)題解決：硬件技術(shù)的發(fā)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(dòng)的運(yùn)行，而且還要提供I/O控制功能。它常駐內(nèi)存，稱(chēng)為執(zhí)行系統(tǒng)。通道：一種專(zhuān)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(hào)（來(lái)自CPU外部或內(nèi)部）時(shí)，立即中止原來(lái)的工作，

轉(zhuǎn)去處理這一事件，處理完后，主機(jī)又回到原來(lái)工作點(diǎn)繼續(xù)工作。初級(jí)階段——執(zhí)行系統(tǒng)

初級(jí)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(wèn)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)