操作系统原理(ch1)课件

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1、2020/8/12,1,操作系统原理与UNIX,张德海 E-mail: 2011年3月2日,云南大学软件学院,2020/8/12,2,操作系统原理与UNIX,教 材 1张尧学、史美林编著：计算机操作系统教程（第2版），清华大学出版社出版，2002年。 2Amir Afzal编著：UNIX Unbounded A Beginning Approach（Fourth Edition)，Prentice Hall出版，2002年。,2020/8/12,3,第一章 绪论,1.1 计算机和计算机软件的诞生 1、 Aristotle(前384-322)：古希腊伟大的哲学 家、思想家，Plato的学生。为形

2、式逻辑奠定了基础，成为一切推理活动的基础和出发点。 2、 Schichard:1624年在海德堡大学研制成功了可进行+、-、*、/的计算钟，类似于今天的钟表。,2020/8/12,4,计算机和计算机软件的诞(续),3、 Pascal: 1642年，机械手动计算器，可做+、-法。 4、 Leibnitz（1646-1716）：德国数学家、哲学家，把形式逻辑符号化，提出了数理逻辑和二进制。1673年还建造了一台能进行四则运算的机械计算机器。,2020/8/12,5,计算机和计算机软件的诞(续),5、 Boole（1815-1864）：英国数学家、逻辑学家，提出了布尔代数，传统代数能解决的问题布尔代

3、数也能解决，反之则极为困难。 6、Babbage:1822年发明了能自动完成四则运算的自动机械计算机器差分机器，利用穿孔卡片来编制程序进行自动控制。Ada为其编制程序，成为人类历史上的第一个程序员。 上述机器停留在手动机械。,2020/8/12,6,计算机和计算机软件的诞(续),7、 Holleoith:德国数学家。1884年制造了第一台电动计算机。 8、Godel(1906-1978):奥地利数学家。研究了数理逻辑中一些根本性的问题，即形式系统的完备性和可判定问题，他让人们知道有些事情是做不到的。 8、 Turing(1912-1954):英国数学家。30年代提出了理想计算机的数学模型（计算

4、模型）：图灵机，为存储程序式电子数字计算机提供了重要思想。,2020/8/12,7,计算机和计算机软件的诞(续),9、 Zuse:1941年完成了完成了一台完全控制的机电式计算机，全部使用继电器。 10、 1946年：人类第一台电子数字式计算机Eniac在宾夕法尼亚大学诞生。Von Neumann的存储程序式计算机的思想在其中发挥了关键作用。,2020/8/12,8,计算机语言发展历程,语言 1GL：机器语言 2GL：汇编语言 3GL：高级语言 4GL：非过程化语言 5GL：智能语言,2020/8/12,9,计算机系统组成,中央处理机（CPU） 内存 I/O设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）

5、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、硬件检测诊断程序）,2020/8/12,10,软件与硬件的关系,硬件是计算机系统的基础， 软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机的程序， 它们二者相互依赖、相互促进 、 共同发展。 裸机（硬件）是僵尸，软件是幽灵.,2020/8/12,11,1.1什么是操作系统,操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合-它们管理和控制计算机系统中的软件及硬件资源，合理地组织计算机工作流程，

6、以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强，使用方便的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。,2020/8/12,12,1.1.1 操作系统作为虚拟机,2020/8/12,13,1.1.2 操作系统作为资源管理器,第二种观点是把操作系统看成一个资源管理器。换句话说，从资源管理的角度看操作系统有如下四个功能： 处理机分配 内存管理（主存管理、存储器管理） 设备管理 软件资源管理,2020/8/12,14,1.2 操作系统的发展,2020/8/12,15,1.2.1手工阶段,用户在计算机上算题的所有工作都要用户人工干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。 随着计算机速度的加快，人机矛盾

7、越来越大，直至无法容忍。必须寻求新的办法。 例如：上机操作要1 分钟 ，运行时间20分钟（10万次/sec） 上机操作要 1分钟 ，运行时间0.2分钟（1000万次/sec）,2020/8/12,16,1.2.2 批处理,批处理是指系统中有一个监控程序，它负责完成用户程序的调人、启动运行、输出运行结果等工作。 （1） 联机批处理 （2） 脱机批处理 （3） 执行系统,2020/8/12,17,1.2.3. 多道程序系统,多道程序设计技术 定义 多道程序设计技术是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。 特征: 多道 宏观上并行 微观上串行,2020/8/

8、12,18,1.2.3 多道程序系统,2020/8/12,19,分时计算机系统：由于中断技术的使用，使得一台计算机能连接多个用户终端，用户可通过各自的终端使用和控制计算机，我们把一台计算机连接多个终端的计算机系统称为分时计算机系统，或称分时系统。 分时技术：把处理机的响应时间分成若于个大小相等（或不相等）的时间单位，称为时间片（如100毫秒），每个终端用户获得CPU，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运行，当时间片到（用完），用户程序暂停运行，等待下一次运行。例如：我们上课。,1.2.4. 分时操作系统(Time Sharing OS),2020/8/12,20,1.2.4. 分时操作系统(

9、Time Sharing OS),2020/8/12,21,分时操作系统的特点 1. 多路调制性：即众多联机用户可以同时使用同一台计算机； 2. 独占性：各终端用户感觉到自己独占了计算机； 3. 交互性：用户与计算机之间可进行“会话”。,1.2.4. 分时操作系统(Time Sharing OS),2020/8/12,22,1.2.5. 实时操作系统(real-time OS),早期计算机系统是用于科学与工程的数值计算，如第一台计算机（1944年）产生的原因就是解决大口径火炮设计中的计算问题：弹道轨迹、弹着点和材料的各种应力分布的计算。还有原子弹设计和实验中大量的计算问题，用当时的计算工具已经

10、解决不了。 到了60年代初，计算机开始应用到生产过程控制、工业控制、防空系统、信息处理等，在这些应用中不但要解决计算间题，还要求在规定的时间内完成计算，即实时处理。在实时处理中的一个核心的问题就是响应时间问题。,2020/8/12,23,响应时间： 指用户发出命令，到系统完成用户命令所需的时间。 批处理操作系统 没有 分时操作系统 秒级(一般情况） 实时操作系统 微秒级 甚至更小（经典说法） 系统满足用户时限（deadline)的要求 (现代）,1.2.5. 实时操作系统(real-time OS),2020/8/12,24,实时： 指计算机对于用户请求能足够快地进行处理，并做出反映。要求毫秒

11、、微秒级。 实时操作系统的应用： 实时控制： 工业过程控制、防空系统等 实时信息处理：情报检索和查询、飞机订票系统、银行信用卡系统。,1.2.5. 实时操作系统(real-time OS),2020/8/12,25,1.2.5. 实时操作系统(real-time OS),实时操作系统特点： 1、系统对外部的信号必须能及时响应，(在规定的时间内（deadline）)； 2、要求高可靠性和安全性，效率则放在第二位； 3、系统整体性强； 4、不要求很强的“会话”能力。,2020/8/12,26,1.2.6.网络操作系统,2020/8/12,27,网络协议： 网络协议是网络中各主机（HOST）之间传递

12、信息的规则的集合。如国际标准化组织ISO/OSI七层网络结构协议、TCP/IP协议等。 网络操作系统: 在通常的操作系统中增加了实现网络低层协议（一般到传送层）功能和网络设备管理功能的操作系统。如UNIX、LINUX, WINDOWS NT都是网络操作系统。 注：现在上网使用的IE7 Netscape、Mail Server等属于网络应用程序，不属网络操作系统的范畴。,1.2.6.网络操作系统,2020/8/12,28,1.2.7.分布式操作系统,分布式系统是以计算机网络为基础的计算机系统，包含多台处理机，每台处理机完成系统中指定的一部分功能。 分布式计算机系统，可以是共享存储器，也可以是分布

13、式的存储器，即每台计算机都有自己的存储器。 从硬件上讲，它与计算机局域网没有任何区别。关键是软件。,2020/8/12,29,1.2.7.分布式操作系统,分布式操作系统（Distributed Operating System) 在各处理机之间采用无主从关系来设计的操作系统。除了最低级的输入输出支援外，所有的系统任务可以在系统中任何处理机上运行。系统有高度的并行性和有效的同步方法。 其特征是： （1）功能的分布 （2）坚强性 （3）高可靠性,2020/8/12,30,1.3 操作系统的分类,批处理操作系统 分时系统 实时系统 通用操作系统 PC操作系统 网络操作系统 分布式操作系统,2020/

14、8/12,31,MS-DOS （磁盘操作系统） Windows 3.1/95/98 Windows NT 4.0/2000/2003 Windows XP Unix Linux (Unix的微机版) OS/2 (由微软和IBM公司共同创造，后来由IBM单独开发的一套操作系统。) Solaris（SUN公司的网络操作系统） NetWare （Novell公司的网络操作系统） ZOS/MVS (IBM主机操作系统),主流操作系统,2020/8/12,32,1.4 操作系统的功能,处理机管理 存储管理 内存分配 存储保护 内存扩充 设备管理 设备分配 设备独立性 信息管理(文件系统) 用户接口 程序

15、接口 作业一级接口,2020/8/12,33,1.5 与操作系统有关的硬件资源,CPU与指令的长度及执行方式 内存、缓存和高速缓存等存储装置 各类寄存器 通用寄存器、控制寄存器、状态寄存器等 中断 外部设备与I/O控制装置 内部总线与外部总线 对硬件进行操作的指令集,2020/8/12,34,1.6 算法的描述,本书中采用类Pascal语言 Begin end Repeat 操作 until While do 操作 od if 条件 then 操作 else 操作 fi,2020/8/12,35,1.7 研究操作系统的几种观点,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

16、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。,2020/8/12,36,1.7 研究操作系统的几种观点,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。 6、 操作系统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，控制并协调并发活动，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。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化。,