操作系统（第四版）第一章课件

《操作系统（第四版）第一章课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统（第四版）第一章课件（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、共56页,1,操作系统课件,Operating System(OS) （48学时）,共56页,第2页,操作系统教材与参考书,操作系统原理教程，张丽芬，电子工业出版社，2010.11 操作系统概念第7版 高教版 深入理解Linux内核，第3版，陈莉君等译，中国电力出版社 Windows Internals5th，深入解析Windows操作系统（5版）潘爱民译，电子工业出版社 Windows内核原理与实现，潘爱民，电子工业出版社,共56页,第3页,第1章 操作系统概论,1.1 操作系统的定义 1.2 操作系统的形成与发展 1.3 操作系统功能、服务和特性 1.4 操作系统的进一步发展 1.5 用户

2、与操作系统接口 1.6 操作系统的运行环境 1.7 操作系统的设计规范和结构设计,共56页,第4页,1.1 操作系统的定义,计算机系统从下到上划分为四个层次。 单向调用关系：外层的软件必须以事先约定的方式调用内层软件或硬件提供的服务。称这种约定为接口。,计算机系统的组成,共56页,第5页,操作系统：是紧挨着硬件的第一层软件，为其他软件提供基础的运行环境。 实用程序：支持其他软件编制和维护的软件。如编译程序、编辑程序、命令解释器 应用程序：特定应用领域专用的软件。由用户或专门的软件公司编制，用于解决用户的实际问题，如数据库管理软件、计算机辅助设计、航空订票系统、银行管理系统。,共56页,第6页,

3、操作系统的定义,OS是由一系列程序模块组成的一个大程序。对计算机的软、硬件资源进行统一的管理和调度，合理地组织计算机的工作流程，以提高资源的利用率。 操作系统只包含操作系统内核。如Windows系统的Ntoskrnl.exe。,共56页,第7页,操作系统的设计目标,方便性：方便用户使用计算机。用户通过操作系统来使用计算机。 有效性：使计算机系统能高效可靠地运转，提高系统资源的利用率。 还要便于操作系统的设计、实现和维护。,共56页,第8页,1.2 操作系统的形成与发展,1.2.1 顺序处理(手工操作阶段) 1.2.2 简单的批处理系统 1.2.3 多道成批处理系统 1.2.4 分时系统 1.2

4、.5 实时系统 1.2.6 嵌入式系统,共56页,第9页,1.2.1 顺序处理(手工操作),20世纪40年代50年代中期 没有操作系统。 程序员直接使用计算机硬件系统，效率低下。 其特点：手工操作、独占方式。,共56页,第10页,1.2.2 简单的批处理系统,20世纪50年代后期60年代中期 有一个监控程序软件常驻内存 操作员将多个作业按序成批地放在一个输入设备上。 监控程序自动控制输入设备一次装入内存一道作业，并启动运行，运行完毕，再装入下一道作业。,共56页,第11页,1.2.3 多道成批处理系统,随着硬件通道、中断、缓冲技术等的出现，使得计算机在组织结构上发生了重大变革。使原先以CPU为

5、中心的体系结构，转变为以主存为中心。,共56页,第12页,通道：独立于CPU，专门用来控制输入/输出设备的I/O处理机，比CPU便宜。连接着主存和外设。使CPU和外设并行操作。 中断：当I/O设备完成传输后，通过中断机构向CPU报告完成情况。 缓冲技术：在主存设置缓冲区，来缓存用户的输入和输出，改善I/O设备和CPU之间速度不匹配的问题。,共56页,第13页,多道程序设计：是指在主存同时存放若干道程序，使它们在系统中交叉运行，共享系统中的各种资源。当一道程序暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序。 在单处理机系统中。宏观上，多道程序并行运行；微观上，在任何特定时刻，只有一道程序在处理机上运行

6、，即各程序交叉地在CPU上运行。,共56页,第14页,引入多道程序设计技术的根本目的是提高CPU的利用率，充分发挥系统设备的并行性。这包括程序之间、CPU与设备之间、设备与设备之间的并行操作。,共56页,第15页,共56页,第16页,资源利用率：指在给定时间内，系统中某一资源（如CPU、存储器、外部设备等）实际使用时间所占比率。 吞吐量(Throughput)：指单位时间内系统所处理的信息量。它通常是用每小时或每天所处理的作业个数来度量。 周转时间：指从作业进入系统到作业退出系统所用的时间。而平均周转时间是指系统运行的几个作业周转时间的平均值。,衡量批处理系统的性能指标,共56页,第17页,作

7、业编号 JOB1 JOB2 JOB3 作业类型 计算型I/O型 I/O型 占用主存 50k 100k 80k 需磁盘情况 NO NO Yes 需终端情况 NO Yes NO 需打印机情况 NO NO Yes 运行所需时间 5分钟 15分钟10分钟,例 设一个计算机系统有256K主存，一个磁盘、一个终端和一台打印机。三个作业：JOB1、JOB2、JOB3。,共56页,第18页,简单批处理 作业1运行5分钟；作业2等待5分钟运行15分钟；作业3等待20分钟运行10分钟。,多道批处理 三个作业同时装入主存，由于几乎不同时使用同类资源，在15分钟内将全部完成。,共56页,第19页,表1.2 单道运行与

8、多道运行资源利用率对比 单道 多道(3) 处理机利用率 5/30=17% 5/15=33% 存储器利用率 30% 平均 230/256=90% 磁盘利用率 33%=10/30 67%=10/15 打印机利用率 33% 67% 完成所需时间 30分钟 15分钟 吞吐量 6jobs/小时 12jobs/小时 平均周转时间 18分钟 10分钟,共56页,第20页,批处理系统特点,优点: 系统吞吐量大，资源利用率高。 适合计算量大、自动化程度高的成熟作业。 缺点: 用户与作业无法交互，作业平均周转时间较长。,共56页,第21页,1.2.4 分时系统,工作方式：一台主机连接有若干个终端。用户交互式地向系

9、统提出命令请求，系统接受命令，采用时间片轮转方式处理请求，并在终端上显示结果。如在大型数据库上的查询。 分时：多用户分时使用CPU。将CPU的单位时间(如1秒钟)划分成若干个时间片。,共56页,第22页,分时系统的特点,同时性：若干用户同时使用一台计算机。 独立性：每个用户占有一台终端，独立操作，感觉不到别的用户存在。 交互性：用户可通过终端与系统进行人机对话。 及时性：用户的请求能在较短时间内得到响应。（响应时间：从用户发出请求到系统开始响应所需的时间）。,共56页,第23页,作业处理系统,批处理系统： 目标是提高系统资源的利用率。 适用于比较成熟的大型作业。 可在后台执行。不需要用户频繁干

10、预。 分时系统： 目标是对用户请求的快速响应。 适用于短小作业。 终端键入命令。,共56页,第24页,1.2.5 实时系统,是指计算机能对随机发生的外部事件做出及时的响应和处理。是一个专用系统。 不以作业为处理对象，只有几个由外部事件触发的任务。 实时过程控制：工业生产中的自动控制，飞机导航、导弹发射等。 实时信息处理：民航机票的预订、查询，银行系统的借贷，情报信息检索等系统。,共56页,第25页,实时系统特点,（1）实时性。其响应时间由被控制对象所能承受的延迟来确定。 （2）可靠性。要具有容错能力，可采用双工机制：一台主机；一台后备机。 （3）确定性。是指系统按照固定的、预先确定的时间执行指

11、定的操作。其可确定性取决于系统响应中断的速度和处理能力。,共56页,第26页,1.2.6 嵌入式系统,以实际应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪的专用计算机系统。 软件要求固化存储。 通常是一个多任务可抢占式的实时操作系统，只有满足实际需要的有限功能，如任务调度、同步与通信、主存管理、时钟管理等。 嵌入式Linux，Windows CE。,共56页,第27页,1.3 功能、服务和特性,三种基本类型：批处理系统；分时系统；实时系统。 通用操作系统：兼有批处理、分时和实时三者或其中两者的功能。 如分时和批处理相结合，将分时任务作为前台任务，将批处理作业作为后台任务，便是分时批处理系统。,共

12、56页,第28页,操作系统的功能,(1)处理机管理：进程管理。处理机如何调度的问题：FCFS、优先级、时间片轮转？ (2)存储器管理：主存管理。存储分配、存储保护、主存扩充。 (3)设备管理：涉及对系统中各种输入、输出设备的管理和控制。分配设备，控制设备传输数据。 (4)文件管理：将程序、数据、操作系统软件等组织成文件，存放在磁盘或磁带上，方便用户访问。,共56页,第29页,为了管理系统资源，操作系统必须掌握系统资源的当前状态信息。 进程-进程表 存储器-存储表 I/O设备-I/O设备表 文件-文件表,共56页,第30页,操作系统提供的服务,用户接口：用户通过OS来使用计算机 程序执行：装入内

13、存执行，能结束执行 I/O操作：可能涉及到文件或I/O设备 文件系统操作：向用户提供按名存取文件 通信服务：进程之间（共享内存/消息传递） 错误检测和处理：能检测和处理错误 资源分配：多进程并发，资源共享 记帐：统计用户对系统资源的使用情况 保护：控制用户有限制地存取系统资源,共56页,第31页,操作系统的特性,(1)并发性：并发是指系统中存在着若干个逻辑上相互独立的程序，它们都已被启动执行，都还没有执行完，并竞争系统资源。 (2)共享性：是指系统中的资源可供系统中多个并发执行的进程共同使用。如打印机、磁带机、磁盘等。 支持系统并发性的物质基础是资源共享,共56页,第32页,操作系统的特性,(

14、3)虚拟性：把共享资源的一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。如，CPU的分时共享；虚拟存储器技术。 (4)异步性（随机性）：有限的资源共享使并发进程之间产生相互制约关系。各个进程何时执行、何时暂停、以怎样的速度向前推进、什么时候完成等都是不可预知的。,共56页,第33页,1.4 操作系统的进一步发展,个人计算机操作系统 多处理机操作系统 网络操作系统 分布式操作系统,共56页,第34页,个人计算机操作系统,单用户单任务OS：只允许一个用户上机、只允许用户程序作为一个任务运行。如 MS-DOS。 单用户多任务OS：只允许一个用户上机，但允许用户有多个任务，并发执行。如Windows XP 多用

15、户多任务OS：允许多个用户通过各自的终端，使用同一台主机，共享系统资源，每个用户又可有多个任务，并发执行。如UNIX、Linux。,共56页,第35页,多处理机操作系统,多处理机采用紧耦合方式进行连接，共享主存 非对称多处理(ASMP)：主处理机运行操作系统，其他处理机运行用户作业，主处理机为其他处理机分配和调度任务，主从模式。 对称多处理(SMP)：操作系统和用户程序可安排在任何一个处理机上运行，各处理机共享主存和各种I/O设备。,共56页,第36页,网络中的各台计算机都配有各自独立的操作系统，网络操作系统把它们联系起来，并为它们提供通信和网络资源共享。 Windows的自上而下的网络栈：网

16、络应用程序、网络API、网络API驱动程序netbios.sys、协议驱动程序tcpip.sys 等。与I/O系统和标准API紧密地集成在一起。,网络操作系统,共56页,第37页,网络操作系统的模式： 客户/服务器（Client/Server)模式。服务器是一个瓶颈。 对等模式（Peer-to-peer)：系统内的节点机（nodes）是对等的，既可作为客户机，又可作为服务器。在网络中既无服务处理中心，也无控制中心。,共56页,第38页,分布式操作系统,分布式系统：是由多个分散的计算机通过网络连接而成的一个统一的计算机系统。可以获得极高的运算能力和广泛的数据共享。 要求连网的多机有一个统一的操作系统 没有标准协议。 完全分布式系统仍在研究中。,共56页,第39页,集群(cluster)是一种分布式系统。集群节点私有OS。有一层集群软件运行在集群节点之上。,单一 入口点,节点机,节点机,节点机,站点服务器,共56页,第40页,智能卡操作系统,智能卡中隐藏着一个微型操作系统