操作系统课件一

操作系统Operating System(OS)主讲人:王妍*1第一章 操作系统引论前前 言言信息技术已经成为21世纪经济发展的驱动力。 而软件是人类知识的固化，是知识经济的基本表征 ，它已成为信息时代的新型“物理设施”。计算机 操作系统正是软件技术含量大 ，附加值高的部分 ，是软件系统的核心，是软件基础运行平台的主要 成分。操作系统是计算机系统中各种资源管理者，指 挥者，它将使整个计算机系统协调一致工作。操作 系统课程的学习主要告诉你：操作系统要做什么? 怎么做?为什么要这么做?操作系统是一个创新的软件，操作系统是电脑 的核心和灵魂。前言Date2第一章 操作系统引论操作系统计划安排总课时：80 学时其中：理论教学64学时，上机 实验16学时。Date3第一章 操作系统引论操作系统计划进度n第一章：操作系统引论 4学时n第二章：进程管理 18学 时n第三章：处理机调度与死锁 8学 时n第四章：存储器管理 13学时n第五章：设备管理 9学 时n第六章：文件管理 10学时n第七章：操作系统接口 2学时Date4第一章 操作系统引论第一章 操作系统引论n 操作系统-Operating System （OS ）计算机系统的组成:1.硬件子系统:(1)中央处理器：CPU(2)存储器：内存、外存(3)输入/输出设备( I/O)：键盘、显示器、打印机、 磁盘。2.软件子系统:(1)系统软件 : 操作系统、编译系统。(2)支撑软件: 编辑软件、数据库管理系统等。(3)应用软件：根据用户需要而设计的软件。 Date5第一章 操作系统引论计算机系统的抽象视图:用户1用户n用户2编译程序编辑程序 数据库系统操作系统硬件Date6第一章 操作系统引论1.1 操作系统的目标和作用n无论大型，还是中型，微型机都必须配置操作 系统，它是计算机系统的总指挥，控制硬件和 软件协调一致的工作。n对于配置在不同类型计算机上的操作系统，都 有不同的要求。对于配置在大、中型计算机系 统中的操作系统，都有较高的要求，且要求有 较强的功能，而对于配置在微型计算机系统中 的操作系统主要侧重于使用的方便性。Date7第一章 操作系统引论1.1.1 操作系统的目标1.方便性:操作系统使计算机系统更易于使用。 2.有效性:对资源管理，使其充分提高工作效率 。 3.可扩充性:OS能适应硬件、软件发展的需要 。 4.开放性:是指系统能遵循世界标准规范，特别 是遵循开放系统互连OSI国际标准，凡是遵 循标准开发的硬件、软件，能彼此兼容，可 方便地实现互连。开放性已成为90年代计算 机技术的核心问题。Date8第一章 操作系统引论1.1.2 操作系统的作用从用户观点上看:操作系统是用户与裸机之间的 接口。 从资源管理观点上看：OS是一组资源管理软件 。 1.OS作为用户与裸机之间接口 用户可通过三种方式使用计算机： (1)命令方式：人机交互 ， 如UNIX 系统、Dos 系统，Linux系统等。 (2)系统调用方式：在程序中通过调用OS子功能 请 求系统服务。用户使用系统调用命令调os子功能 。 (3)图形窗口方式：如windows操作系统。Date9第一章 操作系统引论图11 OS 作为接口的示意图用 户应用程序系统调用 命令 图标 窗口操作系统计算机硬件Date10第一章 操作系统引论2.OS作为计算机系统资源的管理者OS要对系统内的所有资源进行管理，目的是 使资源得到充分利用，解决资源竞争。3.OS用作扩充机器裸机:未配置任何软件的计算机，用户无法使 用。在裸机之上配置软件，特别是OS这一软 件，用户看到的是一台比裸机功能更强，使 用更方便的虚拟机。另外从数量上也进行扩 充。Date11第一章 操作系统引论1.1.3 推动OS发展的主要动力OS发展与四个因素有关: 1.器件的不断更新换代 使计算机的性能不断提高，规模扩大 ，从8位，发展到16位，32位，推动 OS功能和性能迅速增强和提高。 2.计算机体系结构的不断发展OS从单机OS发展到多机OS、网络OS 。Date12第一章 操作系统引论3.是不断提高计算机资源利用率的需要计算机发展初期，由于计算机系统特别昂贵， 所以人们非常重视计算机系统的资源利用率 。 4.方便用户为用户改善上机，调试程序的条件，出现分 时系统，人机交互，多用户系统。OS提供图 形界面，菜单。Date13第一章 操作系统引论1.2 操作系统的发展过程1.2.1 无OS的计算机系统 1.人工操作方式输入主机打印Date14第一章 操作系统引论缺点：1.用户独占全机资源，利用率低。2.CPU等待人工操作，人机矛盾突出 。 2.脱机输入/出（offline I/o)方式20世纪50年代末，出现脱机输入/出技术输入设备外围机 输出设备 主机磁带磁带磁带磁带Date15第一章 操作系统引论出现磁盘设备，产生脱机输入输出系统：卡片输入 输入井/ 输出井主机输出外 围 机Date16第一章 操作系统引论优点：1.减少了CPU的空闲时间，缓和人机矛盾 。2.提高了I/O速度，CPU从快速设备读取数据。1.2.2 单道批处理系统作业：用户提交系统完成的一个计算任务。单道：指内存中只存放一道作业。系统配置监督程序，它的功能：将磁带上的作 业按顺序，每次调入内存一个，处理完再调下 一个，形成自动处理。单道批处理形成，是在解决人机矛盾和CPU与 I/O设备速度不匹配矛盾的过程中形成的。 特征：(1)自动性 (2)顺序性 (3)单道性Date17第一章 操作系统引论图 13 单道批处理系统的处理流程还有下个作业 ？把作业的源程序转为目标运行目标程序装配目标程序源程序有错？否是是否开始停止Date18第一章 操作系统引论1.2.3 多道批处理系统 1.多道程序设计的基本概念在内存中同时存放多个用户程序，它们共享系统资源。引入多道程序设计的好处： (1)提高CPU的利用率:当某道程序什么原因执行不下去 时，CPU立即转交另一个程序，让CPU总处于忙碌状 态。 (2)可改善内存利用率:内存减少空闲，得到充分利用。 (3)提高输入/输出设备的利用率:多道程序可使设备均 衡使用，设备与设备之间并行操作。 (4)增加系统吞吐量：增加在单位时间内输入/出信息量 。Date19第一章 操作系统引论图 1-4 (a) 单道程序运行情况： 监督程序用户程序I/O操作Date20第一章 操作系统引论图1-4(b) 多道程序运行情况:（两道为例）监督程序程序A 程序BI/O A I/O B Date21第一章 操作系统引论2.多道批处理特征 (1)多道性:在内存中可同时驻留多个程序。 (2)无序性:作业执行顺序与进入内存顺序可以不一致。 (3)调度性:一个作业经两级调度，才能完成。 3.多道批处理系统的优缺点 优点： (1)资源利用率高：资源处于忙碌状态。 (2)系统吞吐量大：系统在单位时间内所完成的 总工作量。 缺点： (1)平均周转时间长。 (2)无交互能力。Date22第一章 操作系统引论n思考题：采用多道程序设计应注意的问题？采用多道程序设计能改善资源使用情况，提 高系统效率。但是，应注意如下两个问题： (1)可能延长某个程序执行时间 (2)并行工作道数与系统效率不成正比Date23第一章 操作系统引论4.多道批处理系统需解决的问题资源的管理包括(1)资源竞争(2)提高资源使用效率 为此OS功能应包括:处理器管理、内存储器管理 、I/O设备管理、文件管理及作业管理。n操作系统定义：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件 资源，合理地对各类作业进行调度，以及方 便用户使用的程序的集合。Date24第一章 操作系统引论推动多道批处理系统形成和发展的主要动力 是提高资源利用率和系统吞吐量。另外，引入多道程序设计技术，在硬件方 面应给予支持，有通道技术和中断系统。主机输入井/输出井缓冲区缓冲区输入输出伪 脱 机 输 入 / 输 出 系 统Date25第一章 操作系统引论1.2.4分时系统1.分时系统的产生 (1)人机交互的需要 (2)多用户共享一台主机(3)方便用户上机n分时系统是指:在一台主机上连接多个终 端设备，同时允许多个用户通过自己的终 端，以交互方式使用主机中的资源。 Date26第一章 操作系统引论分时系统的组成终端1终端2终端nDate27第一章 操作系统引论n2.分时系统实现中的关键问题 (1) 及时接收：配置多用户卡，每个终端配置 一个缓冲区，存放用户键入的命令 。(2)及时处理：作业直接进入内存，CPU轮流使用。n3.分时系统的特征(1)多路性：一台主机同时联接多台终端。(2)独立性：用户独立操作，互不干扰。(3)及时性：用户能在很短时间内获得服务。(4)交互性：用户可以通过终端与系统进行广泛的 人机对话。UNIX系统就是著名的多用户/多任务分时系统。 （Linux系统）Date28第一章 操作系统引论1.2.5 实时系统1.应用的需要专用系统:. 实时控制：卫星发射，生产过程控制等。. 实时信息处理：航空售票系统等。 2.实时任务 实时任务分类： 1）按任务执行时是否呈现周期性来划分 （1）周期性实时任务 （2）非周期性实时任务 2）根据对截止时间的要求来划分 （1）硬实时任务 （2）软实时任务Date29第一章 操作系统引论3.实时系统与分时系统特征的比较(1)多路性：按分时原则为多个终端用户服务。对多路现场信息采集 。(2)独立性：对信息采集和对对象控制，彼此互不干扰。(3)及时性:比分时系统要求还要强。(4)交互性：比分时系统要求要弱。(5)可靠性:要求系统高度可靠，从硬件 和软件上都必须保证高的可靠性。Date30第一章 操作系统引论例：化学反应堆的控制传感装置计算机系统AB控制信号反应堆阀门C测量信号记录仪Date31第一章 操作系统引论关于微型机操作系统介绍： 1.MSDOS：是单用户单任务联机交互式操 作系统，16位微机的典型系统，拥有相当多 的用户。命令使用方式。 2.OS/2 :是单用户多任务系统，是32位机的 典型系统，用户较少。采用图形界面。 3.XENIX OS : 是UNIX家族的一员。 UNIX操 作系统是多用户/多任务分时系统，在小型机 上实现。被微软公司移植到微机上，取名为 XENIX。目前流行的Linux，也是UNIX的 变种产品。4.Windows OS：是单用户/多任务系统。采 用图形界面。 UNIX和Windows是单机操作系统的两大主流 。Date32第一章 操作系统引论1.3 操作系统的基本特征 1.3.1 并发性(concurrence)并行性:是指两个或多个事件在同一 时刻发生.。 并发性:是指两个或多个事件在同一 时 间间隔内发生。 现代计算机系统，CPU与设备间并 行操作，单CPU环境下，多道程序 并发执行。Date33第一章 操作系统引论1.3.2 共享性(sharing)是指系统中的资源可供内存中多个进程共同使 用1.互斥共享方式:在一段时间内只允许一个进 程访问该资源。2.同时共享方式:在一段时间内允许多个进程 访问该资源。 1.3.3 虚拟性(virtual) 是指通过某种技术(spooling)把一个物理实体变 为若干个逻辑上的对应物。 1.3.4 异步性（Asynchronism)进程以不可预知的速度向前推进。 Date34第一章 操作系统引论操作系统的设计目标:(1)可靠性（正确性、健壮性）；(2)高效性；(3)易维护性；(4)可移植性(5)安全性；(6)可适应性。设一个系统，在一段时间内，目态下运行 程序用时间