操作系统引论.

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1、操作系统引论 计算机操作系统 任课教师:常志玲 联系电话：13526948096 办公地点：逸夫楼A603 洛阳师范学院信息技术学院 1 操作系统引论 计算机系统组成 2 操作系统引论 计算机系统由“谁”来控制、指挥？ 3 操作系统引论 u从用户角度来看，计算机系统应该是一个稳定的、 对用户友好、便于操作的平台。 对计算机我一窍不通，如 何进行操作！？ n但是，实际上用户对硬件直接进行操作是极其困难 、甚至是不可能的。 n怎么办？ 4 操作系统引论 用户：我要打印这 份报告。 裸机：听不懂！ 打印机：没反应！ 5 操作系统引论 我要打印这份报告 。 用户 接收用户输入的文档内 容；驱动打印机；

2、将文 档放入缓冲；文档送至 打印机！ 安装了操作系统的计算机 工作！打印！ 打印机 6 操作系统引论 操作系统提供一系列服务： 多任务、用户界面、内存管理、内存保护、 文件存取、网络、设备控制、硬件控制 、错 误检测及恢复系统、安全 操作系统能做什么 ? 7 操作系统引论 教材与参考书 u教材:汤小丹.计算机操作系统（第三版）.西安电 子科技大学出版社 u参考书: uAbraham Silberschatz 著,郑扣根译.操作系统概念 (第六版).高等教育出版社 u孙钟秀编.操作系统教程(第三版).高等教育出版社 u梁红兵编.计算机操作系统学习指导与题解.西安 电子科技大学出版社 8 操作系统

3、引论 考核方法 uu1.1.考核内容：考核内容： 考勤考勤：平：平时时时时出勤情况出勤情况( (含含实验课实验课实验课实验课 表表现现现现)10)10分分 作作业业业业：1010分或分或2020分。分。 期未考期未考试试试试：闭闭闭闭卷卷测试测试测试测试 ，占，占总总总总成成绩绩绩绩的的70%70%或或80%80%，考，考试试试试试试试试 卷按卷按 照考照考 试试试试的要求的要求进进进进行。行。 uu2.2.考核方案考核方案 成成绩总绩总绩总绩总 成成绩绩绩绩由由平平时时时时成成绩绩绩绩、作、作业业业业成成绩绩绩绩、闭闭闭闭卷考卷考试试试试三部分内容三部分内容 构构 成。成。 考勤成考勤成绩绩

4、绩绩占占总总总总成成绩绩绩绩的的10%10%，作作业业业业成成绩绩绩绩占占总总总总成成绩绩绩绩的的10%10%或或20%20% ，期，期 未未测试测试测试测试 占占总总总总成成绩绩绩绩的的70%70%或或80%80%。 9 操作系统引论 课程内容 u第一章 操作系统引论 u第二章 进程管理 u第三章 处理机调度与死锁 u第四章 存储器管理 u第五章 设备管理 u第六章 文件管理 u第七章 操作系统接口 10 操作系统引论 第1章 操作系统引论 11 操作系统引论 主要内容 u操作系统的目标、作用和模型 u操作系统的发展过程 u操作系统的基本特征 uOS（Operating Systems)的主

5、要功能 uOS的结构设计 12 操作系统引论 1. 方便性（用户的观点） 2. 有效性（系统管理人员的观点） 3. 可扩充性 4. 开放性 1.1.1 操作系统的目标 1.1 操作系统的目标、作用和模型 13 操作系统引论 1.1.2 操作系统的作用 u作为用户与计算机硬件系统之间的接 口 图11 OS作为接口的示意图 计算机硬件 系统调用，命令，图标，窗口 操作系统 应用程序 系统设计者 程序员用户 14 操作系统引论 1.1.2 操作系统的作用 u作为计算机系统资源的管理者 处理机管理：分配和控制处理机 存储器管理：分配及回收内存 I/O(Input/Output)设备管理：I/O分配与操

6、作 文件管理：文件存取、共享和保护 u作为扩充机器 通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器（Extended Machine ） 或虚机器（Virtual Machine）。 15 操作系统引论 u不断提高计算机资源的利用率（批处理系统） u方便用户（分时系统） u器件的不断更新换代（8位16位32位） u计算机体系结构的不断发展（单处理机多处 理机） 1.1.3 操作系统发展的主要动 力 16 操作系统引论 1.2 操作系统的发展过程 计算机系统简单的工作原理计算机系统简单的工作原理 17 操作系统引论 1.2 操作系统的发展过程 1.2.1无操作系统的计算机系统 u人工操作方式：1946-50

7、年代中期（电子管），集 中计算（计算中心），计算机资源昂贵； 18 操作系统引论 50年代早期出现穿孔卡片程序写在卡上然后 读入计算机 19 操作系统引论 运算速度：5000次/每秒, 18000个真空管, 占地182平方米，重量130吨，功耗140kW 程序员提前预约一段时间,然后到机房运行程序，期盼着在接下来的时 间中几万个真空管不会烧断从而可以计算完自己的题目 20 操作系统引论 u来自美国密歇根大学研究人员开发的“世界上最小的计 算机”，其体积只有1立方毫米，包括一个超级节能的微 型处理器、一个压力传感器、一枚记忆卡、一块太阳能 电池、一片薄薄的蓄电池和一个无线收发装置。 世界上最小的

8、计算机 体积只有1立方毫米 21 操作系统引论 1.2 操作系统的发展过程 1.2.1无操作系统的计算机系统 u人工操作方式： 缺点： 用户独占全机 CPU等待人工操作 矛盾： 人机矛盾：人工操作方式与机器利用率的矛盾 CPU 和I/O设备速度不匹配的矛盾 22 操作系统引论 u脱机输入/输出方式 优点优点 减少了减少了CPUCPU的的空闲时间 提高提高I/OI/O速度速度 图1-2脱机I/O示意图 外围机 主机 外围机 磁盘 磁盘磁盘 磁盘 输入设备 输出设备 23 操作系统引论 1.2.2 单道批处理系统 50年代末 60年代中（晶体管）：利用磁带把若 干个作业分类编成作业执行序列，每个批

9、作业由 一个专门的监督程序（Monitor）自动依次处理- 操作系统的雏形。并非真正意义上的OS。 24 操作系统引论 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 否 停止 是 否 单道批处理系统处理过程 25 操作系统引论 1.2.2 单道批处理系统 uu特征特征 自动性、顺序性、单道性自动性、顺序性、单道性 26 操作系统引论 用户程序 监督程序 I/O操作 I/O中断请求 启动I/OI/O完成 结束中断 I/O中断请求 启动I/OI/O完成 结束中断 t1t2t3t4t5t6t7t8 单道程序运行情况 ？下图中资源利用率

10、能否提高 27 操作系统引论 1.2.3 多道批处理系统 60年代中 70年代中（集成电路），利用多道 批处理提高资源的利用率。-现代意义上的操 作系统的出现 28 操作系统引论 1.2.3 多道批处理系统 四道程序运行情况 程序A 调度程序 I/O请求 程序B 程序C 程序D I/O请求 I/O请求 I/O请求 I/O完成 I/O完成 I/O完成 A完成 表示获得CPU C再运行 29 操作系统引论 举例 u例：计算某个数据处理问题，输入500个字 符(花费78ms)，经CPU处理52ms后，将结果 2000个字符存到磁带上(花费20ms) ，重复 进行，直至输入数据全部处理完毕 磁带机 3

11、78 单道算题运行时处理器的使用效率 78 输入机 处理器 130 150228280300430450 时 间 处理器利用率：52 /（78十52十20） 35% 30 操作系统引论 u计算机在接受上述算题时还接受了另一算 题：从另一台磁带机上输入2000个字符， 经42毫秒的处理后，从行式打印机上输出 两行(约花费 88ms) 输入机 处理器 磁带机1 280 时 间 磁带机2 打印机 228378450 P2P2 两道算题运行时处理器的使用效率 处理器利用率：（52+42）/ 150 63 7820130 P1 150 62 P2P1 300430 31 操作系统引论 1.2.3 多道批

12、处理系统 uu主机中作业合理搭配主机中作业合理搭配 目标目标1 1：提高资源利用率（计算型）：提高资源利用率（计算型）I/OI/O型）型） 目标目标2 2：提高吞吐量：提高吞吐量 uu特征特征 多道性、无序性、调度性（作业调度、进程调多道性、无序性、调度性（作业调度、进程调 度度 uu缺点缺点 平均周转时间长、无交互能力平均周转时间长、无交互能力 32 操作系统引论 1.2.3 多道批处理系统 u多道批处理系统需解决的问题 处理机管理问题处理机管理问题 内存管理问题内存管理问题 I/OI/O管理问题管理问题 文件管理问题文件管理问题 作业管理问题作业管理问题 33 操作系统引论 操作系统概念

13、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的程序集 合。 34 操作系统引论 操作系统的定义（说明） 操作系统是软件，是系统软件，是由一整套程序 组成。 基本职能：控制和管理系统内各种资源，有效地 组织多道程序地运行 提供众多服务，方便用户使用，扩充硬件功能。 操作系统的地位：其他软件的支撑环境 35 操作系统引论 1.2.4 分时系统 u分时系统的产生（70年代中期至今-操 作系统进入实用化） 人机交互性 共享主机 便于用户上机 u概念：在一台主机上连接了多个带 有显示器和键盘的终端，同时允许 多个用户通过自己的终端以交互方 式使用计算机，共享主机

14、中的资源 。 36 操作系统引论 主机 终 端 37 操作系统引论 1.2.4 分时系统 u分时系统在实现中的关键问 题 及时接收 多路卡 输入缓冲区 及时处理 作业直接进入内存 分时间片运行 38 操作系统引论 1.2.4 分时系统 u分时系统的实例 CTSS(Compatibale Time Sharing System):1962年开发的第一个分时系统， 成功运行在IBM7094机上，支持32个交互 式用户同时工作。 MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service):运行在GE635、 GE645计算机上使用高级语言PL/1编

15、程。 引入了许多现代操作系统的概念雏形。 39 操作系统引论 3. 分时系统的特征 (1) 多路性。(宏观：多用户同时工作，共享 系统资源；微观：用户作业轮流运行 ) (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。 同时有多个用户使用一台计算机 宏观上：是多个人同时使用一个CPU 微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU 用户根据系统响应结果进一步 提出新请求(用户直接干预每一步) 用户感觉不到计算机为其他人服务 （OS提供虚机器，各个用户的虚 机器互不干扰） 系统对用户提出的请求及时响应 1.2.4 分时系统 40 操作系统引论 分时操作系统和批处理操作系统的 异同 u相同点：都基于多道

16、程序设计 u不同点： 目标不同。批处理系统以提高资源利用率和作 业吞吐率为目标；分时系统要满足多个联机用 户立即型命令的快速响应。 适应作业的性质不同 。批处理适应已经调试 好的大型作业，分时系统适应正在调试的小作 业。 资源利用率不同。批处理操作系统可合理安排 不同负载的作业，使各种资源利用率最佳；分 时操作系统中，多个终端作业使用相同类型编 译系统、运行系统和公共子系统时，系统调用 它们的开销较小。 作业控制方式不同。批处理通过JCL控制作业 ，交互型作业通过操作命令控制。 41 操作系统引论 u 如何设置时间片 根据机器的速度、用户的多少、响 应的要求、系统的开销折中考虑， 选择合理的时间片长度。 42 操作系统