操作系统概论课件

《操作系统概论课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统概论课件（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、操作系统,教师：徐银霞 ,教材： 庞丽萍. 操作系统原理(第四版). 华中科技大学出版社 参考书： 汤小丹等.计算机操作系统(第三版).西安电子科技大学出版社 操作系统设计与实现 (上册) (第三版). A. S.Tanenbaum等著, 陈渝等译.电子工业出版社 莫里斯 贝奇. UNIX操作系统设计.北京大学出版社,课程地位,专业核心课程 考研核心课程 技术开发的理论基础,学习方法,抽象 宏观,课堂：只讲原理,不讲实现 课外：,课程内容,第一章 操作系统概论 第二章 进程管理 第三章 处理机调度与死锁 第四章 主存管理 第五章 输入/输出管理 第六章 文件系统,第一章 操作系统概论,1.1

2、操作系统是什么 1.2 操作系统的目标和作用 1.3 操作系统的发展历史 1.4 操作系统的基本类型 1.5 操作系统的基本特性 1.6 操作系统的主要功能 1.7 操作系统的运行环境 1.8 用户界面 1.9 UNIX操作系统,你知道下列哪些是操作系统吗? 极品飞车 、 DOS 、 LINUX 、 WINDOWS 、TURBO-C 、 WORD FOXPRO 、 UNIX 、 TURBO-ASM 、 一个C语言源程序,1.1 操作系统是什么,目前常见操作系统,微软：Windows系列（以前MS-DOS） UNIX：Solaris, AIX, HP UX, SVR4, BSD, ULTRIX

3、自由软件：Linux, freeBSD, Minix IBM: AIX, zOS(OS/390), OS/2, OS/4000, PC DOS 其他：Mac OS, NetWare,你用过的操作系统能做什么?,各种命令：dir copy del format 启动、结束用户程序 系统功能调用：例如分配内存、读写文件 WINDOWS、UNIX 等提供多任务或多用户环境,你知道操作系统不能做什么?,不做天气预报 不做房屋设计 不是编译程序 总之，操作系统不直接解决最终具体应用问题，也不负责编译源程序.,操作系统是什么,操作系统为你完成所有 “硬件相关、应用无关”的工作 以给你方便、效率、安全,计算

4、机系统组成,中央处理机（CPU） 内存 I/O设备（键盘、显示器、打字机、鼠标） 外部设备 存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带） 其它设备（MODEM、通信口） 系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统） 应用软件 （CAD、MIS、用户自己开发的系统等） 工具软件（软、硬件检测疹断程序）,裸机（硬件）是僵尸，软件是幽灵.,操作系统定义,1、科普的观点 操作系统是计算机系统的管理和控制中心，它依照设计者制定的各种调度策略组织和管理计算机系统资源，使之能高效地运行。 2、功能的观点 操作系统是一个计算机资源管理系统，它负责计算机系统的全部资源的分配、控制、调度和回收。 3、用户的观点 操作系

5、统是计算机与用户之间的接口，用户通过这种接口使用计算机。 4、软件的观点 操作系统是程序和数据结构的集合。 5、管理的观点 操作系统是计算机硬件和软件资源的合理而协调的管理者。,操作系统的定义,操作系统（operating system，简称OS）是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调多个任务的活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。,1.2 操作系统的目标和作用,操作系统的目标,有效性：提高系统资源的利用率和吞吐量 方便性：使计算机易学易用 可扩充性：能适应硬件的发展，容易升级 开放性：使应用程序具备可移植性和互操作性,

6、(1) OS作为计算机系统的资源管理者,管理的对象：CPU、存储器、外部I/O设备、信息（数据和软件）； 管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况）、资源的分配、回收和访问操作，相应管理策略（包括用户权限）。,操作系统的作用（1/3）,资源管理者的举例,例1，用户想把一批信息存储到某个设备上 用户自己处理：必须首先了解设备的物理细节，如存储格式、读写指令、各种情况下的中断处理步骤（十分困难，束手无策） 操作系统代劳：用户只需发出读写操作要求,例2，内存中装入两道程序并同时启动运行 充分利用内存资源 高效的工作方式：当一道程序等待I/O完成时，可让另一道程序占有CPU运行，使得I/O设备和CP

7、U同时保持忙碌 控制复杂，只有靠操作系统来解决许多技术问题。,资源管理者的举例,(2)OS作为用户与计算机硬件之间的接口,系统命令 命令行、菜单式、命令脚本式、图形用户接口GUI 系统调用 形式上类似于过程调用，在应用编程中使用,操作系统的作用（2/3）,图 1-1 OS作为接口的示意图,(3)OS作为虚拟机、扩展机,操作系统将裸机改造成为功能更强，使用更为方便的机器 在裸机上添加：设备管理、文件管理、存储管理、处理机管理 合理组织工作流程：作业管理、进程管理,操作系统的作用（3/3）,裸机（Bare machine） 虚拟机（Virtual machine）、 扩展机（Extended ma

8、chine）,1.3操作系统的发展历史,1. 手工操作阶段 2. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System) 3. 多道批处理系统/多道程序设计系统(Multiprogrammed Batch Processing System/Multiprogramming System) 4. 分时系统(Time-sharing System) 5. 实时系统(Real-time System) 6. OS的进一步发展,1. 手工操作阶段,1946 50年代末（电子管）计算机资源昂贵；集中计算（计算中心） 所有的运行管理和操作都由用户承担,工作方式 用户：既是程序员，

9、又是操作员（计算机专业人员） 编程语言：机器语言 输入输出：纸带或卡片 计算机的工作特点 资源利用率低：用户独占全机 CPU利用率低：CPU等待手工操作 运算速度很慢：几千几万次/秒 没有操作系统，及任何其他软件,主要矛盾 手工操作的慢速度和计算机运算的高速度形成了一对矛盾 （50年代后期计算机处理能力不断提高，人机矛盾日益尖锐） 机器速度 计算所需时间 人工操作时间 操作时间:机器运行时间 1万次/秒 1小时 3分钟 1 : 20 60万次/秒 1分钟 3分钟 3 : 1 用户独占全机的所有资源，不能实现计算机资源的共享 提高效率的途径（缩短建立作业和人工操作的时间） 专门的操作员 批处理（

10、实现作业的自动过渡）,2. 单道批处理系统,两种方式： 联机批处理 脱机批处理,50年代末 60年代中期（晶体管） 早期批处理 操作员把用户提交的作业分类，编成作业执行序列。 批作业由一个专门的监督程序（Monitor）自动依次处理，完成从一个作业到下一个作业的自动转换。 （一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成，在处理中使用一组相同的系统软件/系统带 ）,(1)联机批处理,操作员有选择地把若干作业合为一批，由监督程序先把它们输入到磁带上，之后在监督程序的控制下，使这批作业能一个接一个地连续执行。,系统中，作业处理是成批进行的，作业的输入和调入内存以及结果输出都是在CPU直接控制下进行。

11、 优点：实现作业的自动转接（减少了人工操作时间） 缺点：CPU的速度得不到发挥（在进行I/O时，CPU处于空闲状态） 快速的主机慢速的I/O设备的矛盾,用户提交作业：以纸带/卡片为介质 操作员合成批作业：通过纸带输入机/读卡机存入磁带 批作业处理：从磁带读入用户作业和编译链接程序 编译链接用户作业，生成可执行程序 启动执行，执行结果输出,(2)脱机批处理,卫星机：负责输入/输出工作（I/O不受主机直接控制，所以称为“脱机”批处理） 监督程序(monitor)：管理作业的运行，完成如装入程序、编译、运行等操作。,在主机之外另设一台卫星机，也叫外围计算机。利用卫星机完成输入输出功能。主机与卫星机分

12、工明确，并行工作。,优点：改善了主机CPU和I/O设备的使用效率，提高了吞吐量 缺点： 磁带或磁盘需要人工装卸，作业需要人工分类 监督程序和系统程序易遭到用户程序的破坏 （三者之间是一种调用关系）,通道和中断技术,通道：用于控制I/O设备与主存间的数据传输 是一种专用处理部件（I/O处理器） 启动后可独立于CPU运行，从而实现CPU与通道、CPU与I/O的并行 可实现 I/O联机处理（由主机控制下的通道完成） 中断：CPU在收到外部中断信号后，停止原来工作，转去处 理该中断事件，处理完毕后回到原来断点继续工作 中断处理过程：中断请求，中断响应，中断点（暂停当前任务并保存现场），中断处理例程，中

13、断返回（恢复中断点的现场并继续原有任务） 如：I/O中断、算术溢出和非法操作码中断（克服错误停机）、时钟中断（克服死循环）,60年代初，通道和中断技术的出现，使监督程序发展为执行系统(executive system)，常驻内存，负责作业运行调度的同时提供I/O控制功能。,单道批处理的主要问题,单道批处理系统：单道顺序地处理作业 自动性 顺序性 单道性 （每次只有一个用户作业程序调入内存并运行） 主要问题：系统资源的利用率不高 CPU和I/O设备的使用忙闲不均（取决于当前作业的特性） 对计算为主的作业，外设空闲 对I/O为主的作业，CPU空闲 解决方法 单道运行 多道运行,3.多道批处理系统/

14、多道程序设计系统,多道程序设计的基本思想：在内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替执行，这些作业共享CPU和系统其他资源。 多道程序运行的特点 多道：内存中同时存放几道独立的程序 宏观上并行：多道程序都处于运行状态，但都未运行完 微观上串行：多道程序交替使用CPU,60年代中期 70年代中期（集成电路）为了提高资源利用率和系统吞吐量，引入多道程序设计技术。,多道批处理系统,在批处理系统中，引入多道程序设计技术，就形成了多道批处理系统。 用户提交的作业都先存放在外存上，并排成一个 “作业队列”，等待调度 作业调度程序按一定的调度原则从作业队列中选择 若干个作业进入内存，使它们交替运行，并

15、共享CPU和系统各种资源 多道批处理系统的特征 多道性 无序性 调度性,单道和多道批处理的比较,多道程序系统和多处理系统的区别： 前者指多个程序同时在内存中交替运行 后者指系统配置多个CPU处理器,单道和多道程序工作过程比较,多道批处理系统的优缺点,优点： 资源利用率高：CPU、内存、 I/O设备的利用率提高 作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量加大 缺点： 用户交互性差：用户以脱机操作方式使用计算机（需在整批作业完成后，才能进行交互，不利于调试和修改） 作业周转时间长 （作业周转时间：作业从提交到结束处理的时间）,4. 分时系统,多个用户分时：一台计算机同时连接多个用户终端，每个用户在自己

16、的终端上联机使用计算机，好像独占机器一样 原理：把处理机的运行时间分成时间片(time slice) ，按时间片轮转的方式，把处理机分配给各联机作业使用。,70年代中期今 为了满足用户需求（如：人机联机交互、 共享主机等）形成的新型OS。“分时”是指多个用户分享使用同一台计算机或多个程序分时共享硬件和软件资源。,5. 实时系统 (Real-time System),要求 响应时间短（在被控对象允许的时间范围内作出响应） 系统可靠性、安全性高,用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域,操作系统的进一步发展,目前的操作系统，通常兼有批处理、分时、实时的多种功能，又称作通用操作系统。能运行在多种硬件平台上，适用于计算、事务处理等多种领域，如 UNIX系统、Windows NT等。 近些年来又发展出了个人机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统、智能化操作系统等。,1.4 操作系统的分类,1. 批处理操作系统 2. 分时操作系统 3. 实时操作系统