计算机操作系统第三版OS.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,课程简介,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,课程简介,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,课程简介,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,课程简介,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,课程简介,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,课程简介,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,课程简介,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,课程简介,*,1.1,操作系统的目标和作用,1.2,操作系统的发展过程,1.3,操作系统的基本特性,1.4,操作系统的主要功能,1.5,操作系统的结构设计,第一章 操作系统引论,1.1,操作系统的目标和作用,有效性,改善资源利用率，提高系统吞吐量,方便性,使计算机系统使用起来更方便,可扩充性,能够不断适应发展的要求,开放性,使来自不同厂家的计算机和设备能够有效地协同工作，实现应用的可移植性和互操作性,操作系统的目标,操作系统的作用,OS,作为用户与计算机硬件之间的接口,OS,处于用户和计算机硬件系统之间，用户通过,OS,来使用计算机系统,用户可以通过命令方式、系统调用方式和图形、窗口方式使用计算机,1.1,操作系统的目标和作用,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,操作系统的作用,OS,作为计算机系统的资源管理者,硬件资源：处理器、存储器、,I/O,设备,信息资源：程序和数据,1.1,操作系统的目标和作用,操作系统的作用,OS,实现了对计算机资源的抽象,当计算机上覆盖了操作系统后，便为用户提供了一台功能显著增强，使用更加方便，效率明显提高的虚拟计算机,1.1,操作系统的目标和作用,用户,物理接口,硬件,用户,I/O,软件,物理接口,硬件,I/O,操作命令,（,Read,Write,）,虚机器,用户需了解物理接口的实现细节；,利用机器指令进行编程,用户无需了解物理接口的实现细节；,在窗口环境下使用计算机,1.1,操作系统的目标和作用,不断提高计算机资源利用率,计算机价格昂贵！从单个作业到批处理作业，从单道程序到多道程序，以及,SPOOLing,，虚拟存储器和网络环境下允许所有网络用户访问文件系统和数据库系统,方便用户,改善用户上机、调试程序时的环境,器件的不断更新换代,微电子技术的迅猛发展，推动着计算机器件的更新换代。

如芯片从,8,位,16,位 ,32,位,64,位存储设备从磁盘移动硬盘闪存盘扫描仪等计算机体系结构的不断发展,单处理机系统到多处理系统，支持网络的网络操作系统,在出现,OS,后的短短,50,年中，操作系统取得了很大的发展规模由原来的数十,KB,发展到如今的数千万行代码，可将其发展的主要动力归结为如下所述的四个方面：,操作系统的发展动力,1.1,操作系统的目标和作用,不断提高计算机资源利用率,方便用户,器件的不断更新换代,计算机体系结构的不断发展,操作系统,操作系统,操作系统的发展动力,作业参考答案,补充：试说明操作系统与硬件、其他系统软件以及用户之间的关系答：操作系统是覆盖在硬件上的第一层软件，它管理计算机的硬件和软件资源，并向用户提供良好的界面操作系统与硬件密切相关，它直接管理着硬件资源，为用户完成所有与硬件相关的操作，从而极大地方便了用户对硬件资源的使用并提高了硬件资源的利用率操作系统是一种特殊的系统软件爱你，其他系统软件运行在操作系统的基础之上，可获得操作系统提供的大量服务，也就是说操作系统是其他系统软件与硬件之间的接口而一般用户使用计算机除了需要操作系统支持外，还需要用到大量的其他系统软件和应用软件，以使其工作更方便和高效。

可见，硬件、操作系统、其他系统软件、应用程序和用户之间存在着下图所示的层次关系计算机硬件,操作系统,其他系统软件,应用程序,其他用户,操作系统设计者,系统软件设计者,应用程序设计者,1.1,操作系统的目标和作用,1.2,操作系统的发展过程,1.3,操作系统的基本特性,1.4,操作系统的主要功能,1.5 OS,结构设计,第一章 操作系统引论,操作系统的发展过程,无操作系统的计算机系统,单道批处理系统,多道批处理系统,分时系统,实时系统,操作系统的发展随着计算机硬件、应用软件的发展而发展发展的宗旨并未改变，依然是充分利用硬件，提供更好的服务操作系统的发展过程,手工操 作阶段,PC,机,OS,网络,OS,分布式,OS,多处理,OS,嵌入式,O,S,手工操作阶段,第一台计算机,ENIAC,的运算速度为每秒,5000,次，操作者必须用线路连接的方法手工编排程序然后连接电路无操作系统的计算机系统,程序通过插板或卡片装入,无操作系统的计算机系统,1.,特点：,无任何软件,有人工干预,用户独占全机,CPU,等待人工操作,2.,问题：,人,机矛盾,CPUI/O,速度不匹配的矛盾,机器 作业在机器上 人工操 操作时间与机器,速度 计算所需时间 作时间 有效运行时间之比,1,万次,/,秒,1,小时,3,分钟,1,：,20,60,万次,/,秒,1,分钟,3,分钟,3,：,1,手工操作阶段的优缺点,无操作系统的计算机系统,20,世纪,50,年代末出现了脱机输入,/,输出（,Off-Line I/O,）技术。

该技术是事先将装有用户程序和数据的纸带（或卡片）装入纸带输入机（或卡片机），在一台外围机的控制下，把纸带（卡片）上的数据（程序）输入到磁带上当,CPU,需要这些程序和数据时，再从磁带上将其高速地调入内存脱机输入,/,输出方式,无操作系统的计算机系统,磁带,输出设备,外围机,主机,磁带,磁带,磁带,外围机,输入设备,当,CPU,需要输出时，可由,CPU,直接高速地把数据从内存送到磁带上，然后再在另一台外围机的控制下，将磁带上的结果通过相应的输出设备输出脱机输入,/,输出方式,无操作系统的计算机系统,输出设备,主机,磁带,磁带,外围机,优点：,（,1,）减少了,CPU,的空闲时间装带（卡）、卸带（卡）以及将数据从低速,I/O,设备送到高速磁带（或盘）上，都是在脱机情况下进行的，并不占用主机时间，从而有效地减少了,CPU,的空闲时间，缓和了人机矛盾2,）提高了,I/O,速度当,CPU,在运行中需要数据时，是直接从高速的磁带或磁盘上将数据调入内存的，不再是从低速,I/O,设备上输入，极大地提高了,I/O,速度，从而缓和了,CPU,和,I/O,设备速度不匹配的矛盾，进一步减少了,CPU,的空闲时间。

脱机输入,/,输出方式,无操作系统的计算机系统,手工操 作阶段,主机速度,人,机矛盾,单道批处理系统,单道批处理系统,工作方式：,把一批作业以脱机方式输入到磁带上，并在系统中配上监督程序（,Monitor,），在它的控制下使这批作业能一个接一个连续处理工作过程：,由监督程序将磁带上的第一个作业装入内存，并把运行控制权交给该作业当该作业处理完成时，又把控制权交还给监督程序，在由监督程序把磁带（盘）上的第二个作业调入内存计算机系统这样一个作业一个作业地进行处理，直至磁带（盘）上的所有作业全部完成单道批处理系统,还有,下一个作业,?,把下一个作业的,源程序转换为目标程序,源程序,有错吗？,装配目标程序,运行目标程序,开始,是,是,否,否,停止,单道批处理系统,自动性,作业能够自动地逐个依次运行，无须人工干预,顺序性,各道作业的完成顺序与进入内存的顺序相同,单道性,内存中仅有一道程序运行,批处理阶段,联机批处理,特点：有监督程序；作业自动过渡,问题：,CPU,高速与,I/O,慢速的矛盾,解决：由,外围机负责,I/O,脱机批处理 主机与外围机并行操作,输入机,打印机,外围机,输出带,输入带,输出带,输入带,主 机,脱机批处理图示,$END,$LOAD,主机,打印机,多道批处理系统,20,世纪,60,年代中期，引入了多道程序设计技术，由此形成了多道批处理系统（,Multiprogrammed Batch Processing System,）。

用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，作业调度程序按一定算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享,CPU,和系统中的各种资源引入多道程序设计技术可以带来如下好处：,（,1,）提高,CPU,利用率2,）可提高内存和,I/O,设备的利用率,（,3,）增加系统吞吐量单道程序运行情况,用户程序,监督程序,I/O,操作,I/O,中断请求,t,1,结束中断,I/O,完成,启动,I/O,I/O,中断请求,结束中断,I/O,完成,启动,I/O,t,2,t,3,t,4,t,5,t,6,t,7,t,8,从蓝色的实线来看,CPU,是断续性运作,t2t3,、,t6t7,时间间隔内,CPU,空闲,多道程序运行情况,程序,A,程序,C,程序,B,程序,D,调度程序,A I/O,请求,A I/O,完成,A,再次被调度,B I/O,请求,C I/O,请求,D I/O,请求,程序,B I/O,完成,C I/O,完成,C,再次被调度,A,完成,从蓝色的实线来看,CPU,是持续性运作,多道程序设计原理,【,多道程序设计原理,】,：,在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行，,共享,CPU,和外设等资源,。

采用多道程序设计技术的批处理系统称为多道批处理系统,多道批处理系统的优缺点,资源利用率高,内存中的多道程序可以共享资源，使得资源充分利用,系统吞吐量大,CPU,及其它资源保持忙碌，切换较少，系统开销小，使得系统在单位时间内所完成的总工作量较大,平均周转时间长,由于 作业需要排队，依次处理，周转时间较长,无交互能力,用户一旦将作业提交给系统，将不能与自己的作业交互，修改和调试程序不方便,多道批处理系统的特征,多道性,在内存中可驻留多道程序,无序性,多个作业完成的先后顺序与它们进入内存的顺序之间并无严格的对应关系,调度性,作业从提交给系统开始直至完成需要经历作业调度和进程调度,多道批处理系统需要解决的问题,处理机管理问题,在多道程序之间如何共享处理机，使,CPU,既能满足各程序运行的需要，又能提高处理机的利用率内存管理问题,多个作业完成的先后顺序与它们进入内存的顺序之间并无严格的对应关系,I/O,设备管理问题,有多种类型的,I/O,设备供多道程序共享，如何分配设备？如何既方便用户使用又能提高设备利用率？,文件管理问题,如何组织这些以文件形式存在的数据和程序？,作业管理问题,有的作业是,I/O,型，有些是计算型，有的要求系统能及时响应。

如何组织这些作业？,单道和多道批处理的比较,多道程序系统和多处理系统,(Multi-Processing System),的区别：前者指多个程序同时在内存中交替运行，后者指多个处理器单道,多道,内存使用,每次一个作。