操作系统os1.

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1、 计算机本科计算机本科 计算机操作系统 庞丽萍 l认识操作系统 从操作系统在计算机系统中 的位置来分析 操作系统是什么 ？ 操作系统能做什么 ？ 操作系统如何去做 ？ 1 前言 裸机 作 系统 应 程 序 用 序 程 用 户 操 操作系统定义 操作系统的功能 操作系统的实现技术 l学习操作系统课程的重要性 l学习计算机系统的核心软件，掌握操作系统采用 的关键技术 并行处理技术 虚拟技术 现代操作系统都提供多用户、多任务运行环境 2 前言 并行性和并行处理 并行性: 处理多个同时性活动的能力 并行处理: 利用多个处理部件，为完成一个整体任务而 同时执行。 操作系统中的并行处理 多用户、多任务同时

2、执行(并发执行) 如何描述任务 如何控制任务状态的变化 多任务关系如何协调 多任务如何调度 3 同步与互斥 进程的引入与进程概念 进程状态及控制 进程调度 前言 l系统资源共享 处理机如何共享 存储器如何共享 设备如何共享 多信息如何共享 4 存储分配、地址映射、 虚存、存储保护 策略、调度、处理机分派 文件结构、存取方法、 磁盘空间分配、文件共享、 文件保护、文件完整性 设备分配、虚拟设备、 设备驱动 前言 操作系统中的虚拟技术 用户的逻辑视图与操作系统所管理的物理视图分离 逻辑视图与物理视图的映射 虚拟技术示意图 5 前言 应用程序1，应用程序2， 应用程序n CPU1CPU2 虚拟主存1

3、打印机1打印机2虚拟主存2 CPU主存打印机 分时 主存管理 假脱机打印 软 件 硬 件 l培养系统软件的开发技能 系统软件开发 系统软件: 大型的支撑软件，为其他应用软件提供相对完善、专 业的开发和运行的环境，并提供相应的服务。 系统软件的例: OS研制、OS功能扩充、网络操作系统、分布式 操作系统的研制，还有DBMS的研制等。 应用软件开发 应用软件: 在系统软件的支持下开发的，相对于系统软件其规模 要小得多，功能也较为单一、专用。 定位 能进行统软件的开发，也能胜任应用软件的开发。 6 前言 l为后续课程打好基础 如数据库系统、计算机网络、分布式系统 7 前言 裸机 作 系统 应 程 序

4、 用 序 程 用 户 操 l如何学习操作系统 了解操作系统的特点 操作系统的学习方法 8 前言 裸机 作 系统 应 程 序 用 序 程 用 户 操 内容庞杂、涉及面广 管理、控制所有硬件 管理所有软件，控制程 序的执行 为用户提供良好的接口 实践性强 操作系统原理与实际运行的操作系统的关系 技术发展快 基础性和先进性的关系 l操作系统课程的特点 l如何学习操作系统 了解操作系统提供的服务 操作系统的功能如何体现 掌握操作系统的基本原理 和实现技术 操作系统最本质、最核心 的问题是什么？ 理论与实际的结合 操作系统实例分析 实现操作系统某些功能 9 前言 裸机 作 系统 应 程 序 用 序 程

5、用 户 操 第1章绪论 10 绪论 l操作系统与计算机体系结构的关系 l操作系统的形成与发展 l操作系统定义 l操作系统的资源管理功能 l计算机体系结构与现代操作系统类型 lLinux系统概述 11 绪论主要内容 12 绪论操作系统与计算机体系结构的关系 1. 操作系统与各层的关系 裸机 作 系统 应 程 序 用 序 程 用 户 操 lOS对各层的管理与控制 与硬件的关系 控制CPU的工作 访问存储器 设备 驱动、中断处理 与用户及其他软件的关系 控制、管理 提供方便的用户界面 提供优质的服务 13 l各层对OS的制约和影响 裸机 作 系统 应 程 序 用 序 程 用 户 操 l下层硬件环境的

6、制约 提供OS运行基础 限制了OS的功能实现 l用户和上层软件的要求 用户需求 提供优质的服务 方便的用户界面 绪论操作系统与计算机体系结构的关系 14 2. 存储程序式计算机的结构和特点 l基本部件 CPU 存储器 I/O设备 l特点 集中顺序过程控制 过程性：模拟人们手工操作 集中控制：由CPU集中管理 顺序性 程序计数器 绪论操作系统与计算机体系结构的关系 15 3. 计算机系统结构与操作系统的关系 lOS采用了一系列软件技术 多道程序设计技术、分时技术、资源分配与调度等 l计算机体系结构与硬件技术的变化 单CPU计算机 计算机网络 (多计算机系统) 顺序计算模型 一对矛盾 如何解决矛盾

7、 ? 消息传递型多计算机 计算机系统结构 并行计算模型 操作系统 绪论操作系统与计算机体系结构的关系 16 绪论操作系统的形成与发展 操作系统形成与发展过程 操作系统初期阶段 操作系统发展的初期阶段 手工操作 阶段 联机 批处理 脱机 批处理 执行 系统 个人计算机操作系统 网络操作系统 分布式操作系统 实时系统 多道程序系统 多道批 分时 处理系统 系统 早期批处理 操作系统的进一步发展操作系统的形成 17 1. 手工操作阶段 l特点 无任何软件 有人工干预 独占性 串行性 l问题 当CPU速度提高时，出现了 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

8、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 绪论操作系统的形成与发展 人 机矛盾 18 2. 批处理阶段 l联机批处理 特点： 问题： CPU高速与I/O慢速的矛盾 解决办法：由卫星机负责I/O l脱机批处理 特点：主机与卫星机并行操作 问题：调度不灵活；保护问题 解决办法：硬件技术的发展 通道技术、中断技术 绪论操作系统的形成与发展 监督程序作业自动过渡 主 机 脱机批处理图示 输入机 打印机 卫星机 输入带 输出带 输入带 输出带 19 3. 执行系统 l什么是执行系统 借助于通道与中断技术，由主机控制I/O工作。原有的监督 程序不仅要负责调度作

9、业自动地运行，而且还要提供I/O控 制功能。它常驻主存，称为执行系统。 l特点 主机、外设并行操作；增强了保护能力。 l基本功能 I/O控制功能 调度 l问题 绪论操作系统的形成与发展 20 l多道程序设计技术 单道程序程序的工作情况 用户程序 监督程序 I/O操作 计算 请求输入 启动I/O I/O完成 继续计算 结束中断 绪论操作系统的形成与发展 4. 操作系统的形成 21 l多道程序设计技术 多道程序程序的工作情况 中央处理机 外部设备 输入 结束 程序B 打印 输出 输入 绘图 输出 输出结束 输出结束 程序A 输入结束 程序A 程序B 输入 外部设备 绪论操作系统的形成与发展 22

10、什么是多道程序程序设计技术 在计算机主存中同时存放几道相互独立的程序。这些程 序在管理程序控制之下，相互穿插地运行。当某道程序 因某种原因不能继续运行下去时(如等待外部设备传输 数据)，管理程序便将另一道程序投入运行。 多道运行的特征 多道 宏观上并行 微观上串行 绪论操作系统的形成与发展 23 l分时技术 什么是分时技术 所谓分时技术，是把处理机时间划分成很短的时间片(如几百毫秒) 轮流地分配给各个联机作业使用，如果某个作业在分配的时间片 用完之前计算还未完成，该作业就暂时中断，等待下一轮继续计算 。 分时处理 一台计算机与许多终端设备连接，终端用户以联机方式使用计算机。 主机 终端 1 终

11、端 2 终端 n 绪论操作系统的形成与发展 24 l实时处理 什么是实时 计算机对于外来信息能够在被控对象允许的截止期限 (deadline)内作出反应。 实时处理 以快速反应为特征，对实时信号能在截止期限之内处 理并作出反应。 实时处理具有实时性和可预测性。 绪论操作系统的形成与发展 25 l计算机体系结构与操作系统的关系 单CPU计算机 批量操作系统 分时操作系统 实时操作系统 个人计算机操作系统 具有并行结构的计算机系统 网络操作系统 (计算机网络，松耦合) 多处理机操作系统 (多处理机系统，紧耦合) 集群操作系统 (分布存储的多计算机系统 ) 具有并行结构的计算机系统 并行分布式系统

12、(分布存储的多计算机系统，支持高性能计算) 分布式系统 (具有单一用户界面，支持分布式数据处理 ) 分布式实时系统 绪论操作系统的形成与发展 26 1. 资源共享与资源竞争 绪论操作系统定义 l资源共享 多个计算任务对计算机系统资源的共同享用。 l资源竞争 多个计算任务对计算机系统资源的争夺。 操作系统操作系统 中央 处理机 打印机 用 户1 用 户n 操作命令 操作命令 应用程序1 系统调用 系统调用 应用程序n 显示器 Modem 应 用 程 序 存储器 绘图仪 键 盘 网 卡 文 件 27 2. 操作系统的定义与特征 绪论操作系统定义 l操作系统的定义 操作系统是一个大型的程序系统，它负

13、责计算机系统软 、硬件资源的分配；控制和协调并发活动；提供用户接 口，使用户获得良好的工作环境。 l操作系统的特征 并发：能处理多个同时性活动的能力 共享：多个计算任务对系统资源的共同享用 不确定性：操作系统能处理大量的、随机的事件序列 ，使各用户的计算任务正确地完成。 28 绪论操作系统的资源管理功能 1. 处理机管理 l提出进程调度策略 确决将CPU先分给哪个用户程序，它占用多长时间，下 一个又该轮到哪个程序运行等问题。 l给出进程调度算法 l进行处理机的分派 在调度时机到来时，进行处理机分派。 29 绪论操作系统的资源管理功能 2. 存储器管理 l存储分配和存储无关性 确定各应用程序在主

14、存中的位置及所占区域的大小；应 用程序无需关系存储细节，由存储管理模块提供地址重 定位能力。 l存储保护 系统提供基址、界限寄存器等存储保护方法，使各应用 程序相互隔离。 l存储扩充 系统提供虚拟存储技术，扩大逻辑主存。 30 绪论操作系统的资源管理功能 3. 设备管理 l设备无关性 用户向系统申请和使用的设备与实际操作的设备无关， 以达到方便用户、提高设备利用率的目的。 l设备分配 为各应用程序和运行实体分配各种设备。设备分配通常 采用三种基本技术：独享、共享及虚拟技术。 l设备的传输控制 启动设备、中断处理、结束处理 31 绪论操作系统的资源管理功能 4. 信息管理(文件系统) 为用户提供

15、一种简便的、统一的存取和管理信息的方法 ，并要解决信息的共享、数据的存取控制和保密等问题 。 l信息组织 l存取方法 l文件共享 l文件安全 l文件完整性 l磁盘空间分配 32 绪论操作系统的资源管理功能 操作系统的资源管理观点 操作系统 功能模块 处理机 管 理 存储器 管 理 设 备 管 理 文 件 系 统 系 统 资 源 处理机 I/O 设备 软件 资源 存储器 1. 批量操作系统 一般用于处理商业和科学应用。 什么是批量操作系统 批量操作系统是操作系统的一种类型。该系统把用户 提交的作业成批送入计算机，然后由作业调度程序自动选 择作业，在系统内多道运行。 特点 系统吞吐率高 脱机操作 多道运行 合理搭配作业 作业周转时间长，用户使用不方便。 绪论现代操作系统类型 33 2. 分时操作系统 什么是分时操作系统 分时操作系统是操作系统的另一种类型。它一般采用时 间片轮转的办法，使一台计算机同时为多个终端用户服务 。该系统对每个用户都能保证足够快的响应时间，并提供 交互会话功能。 特点 并行性 独占性 交互性