第1章Web技术简介.ppt

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1、操作系统原理,信息科学技术学院 计算机科学系 主讲：郝振明 Email： ftp:/:8021 作业上传：(upload, zysc) 资料下载：(download, zlxz),本课程介绍,课程特点： 概念多 算法多 理论深（个别） 实验难 应用广 -计算机专业核心课程,教材及参考书：,教材：计算机操作系统（第4版）+习题集 汤小丹 梁红兵 哲凤屏 汤子赢 西安电子科技大学出版社 主要参考书： 1.现代操作系统 Andrew S.Tanenbaum 著 陈向群 马洪兵 译 机械工业出版社 2.操作系统 (美) Gary Nutt 著 孟祥山 晏益慧 译 西安电子科技大学出版社 3. Unix

2、/Linux应用、编程与管理(第3版) Sumitabha Das著 贾洪峰 李莉 译 人民邮电出版社 4.操作系统基础 （第3版） 屠祁 屠立德 清华大学出版社,课程要求与考试：,学习态度认真 70%以上的出勤率（10-15%总评） 课后练习习题集(做一编)（10-15%总评） 听课、回答问题（5%总评） 期末考试（70%总评） 实验：独立课程，实验报告 80%，出勤率（20%） 实验内容：见ftp:/:8021“资料下载”,本科实验报告（封面）,课程名称：操作系统原理实验 课程编号：08060157 学生姓名：李XX 学号：2013XXXXXX 学院：信息科学技术学院 系：计算机科学系 专

3、业：软件工程 指导教师：郝振明 教师单位：计算机科学系 开课时间： 20142015学年第二学期 暨南大学教务处 2014年 6 月 5 日,操作系统原理实验实验项目目录 (首页),学生姓名： XXX 学号： 2013XXXXXX .,第一章 操作系统引论,1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统的结构设计,关于操作系统,为什么需要操作系统？ 计算机系统组成：CPU、主存、磁盘、打印机、键盘、鼠标、显示器、网络接口等。 系统特点：复杂、难掌握、难使用，对用户要求太高。 解决办法：安装一层软件(操作系统)来

4、解决上述问题。 操作系统的主要任务： 为用户提供一个更好、更简单、更清晰的计算机模型，并管理这些硬件或设备。 常见的OS: Windows、IOS、Linux等。,1.1 操作系统的目标和作用,1.1.1 操作系统的目标,目前存在着多种类型的OS，不同类型的OS，其目标各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS，其目标有以下几点： 1. 方便性（Windows兴盛的一个重要特性） 2. 有效性 （本书主要的一个讨论内容） 3. 可扩充性 （键盘-鼠标-移动或U盘-光笔-网络OS等 ） 4. 开放性（Windows与Linux出发点不同）,1.1.2 操作系统的作用,1. OS作为用户与计算机硬件

5、系统之间的接口 含义是：OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。或者说，用户在OS帮助下，能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。应注意，OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接口。,图 1-1 OS作为接口的示意图,操作系统,(1) 命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语言、程序)， 用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算机系统，这个程序通常叫shell。 (2) 图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序，这个程序通常叫图形用户界面(GUI)。Shell与GUI都不是OS的一部分，它们只是使用了OS。 (

6、3) 系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵计算机。,3种OS的使用方式,计算机的两种状态,多种计算机有两种运行状态：内核态(管态、核心态)和用户态。 OS运行在内核态，(1) 它具有对所有硬件的完全访问权；(2) 可以执行机器能够运行的任何指令。 模型中的其它软件运行在用户态，它只使用了机器指令中的一个子集。对机器控制或进行I/O操作的指令都不允许出现在该状态中。 Shell与GUI处于用户程序中的最低层，允许用户运行更高层次的应用程序(Web)。,2. OS作为计算机系统资源的管理者 在一个计算机系统中，资源分为四类：处理器、存储器、 I/

7、O设备以及信息(数据和程序)。相应地，OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理，即：处理机管理， 用于分配和控制处理机；存储器管理，主要负责内存的分配与回收；I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵；文件管理，负责文件的存取、共享和保护。可见，OS确是计算机系统资源的管理者。事实上，关于OS作用的观点，正是把OS作为计算机系统的资源管理者。,3. OS用作扩充机器 一台完全无软件的计算机即裸机，是难于使用的。如果在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件，便可利用它所提供的I/O命令，来进行数据输入和输出。通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚机器。如果再覆盖上一层文件管理软件，则可利用该

8、软件提供的文件存取命令，来进行文件的存取。如果再覆盖一层面向用户的窗口软件，则用户便可在窗口环境下方便地使用计算机，形成一台功能更强的虚机器。,1.1.3 推动操作系统发展的主要动力,不断提高计算机资源利用率 2. 方便用户 3. 器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展,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,1. 人工操作方式（1个作业/次，人工） 从第一台计算机诞生(1945年)到50年代中期的计算机，属于第一代，这时还未出现OS。计算机操作是由用户(即程序员)采用人工方式直接使用计算机硬件系统。这种人工操作方式有以下两方面的缺点： (1) 用户独占全机

9、。 (2) CPU等待人工操作。 还有：一组人专门设计、建造、编程、操作并维护一台机器，使用机器语言，预约机时，等待正常结果。,2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式（1个作业/次，自动）,这种脱机I/O方式的主要优点如下： 减少了CPU的空闲时间。 (2) 提高I/O速度。,图 1-2 脱机I/O示意图,1.2.2 单道批处理系统（一批/次，自动，一道）,单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程 一批卡片作业(一个或一组程序)被读入到磁带-将它作为输入磁带装机-计算-将结果写到输出磁带-统一打印一批作业,图 1-3 单道批处理系统

10、的处理流程,2. 单道批处理系统的特征 单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地说，它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解的OS。尽管如此，该系统比起人工操作方式的系统已有很大进步。 该系统的主要特征如下： (1) 自动性。 (2) 顺序性。 (3) 单道性。,1.2.3 多道批处理系统 （一批/次，自动，多道）,1. 多道程序设计的基本概念 在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，它无法充分利用系统中的所有资源，致使系统性能较差。为了进一步提高资源的利用率和系统吞吐量，引入了多道程序设计技术，由此而形成了多道批处理系统(Multiprogrammed Batch Processing

11、 System)。在该系统中， 用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。,在OS中引入多道程序设计技术可带来以下好处： 提高CPU的利用率（效率-CPU）,当内存中仅有一道程序时，每逢该程序在运行中发出I/O请求后，CPU空闲，必须在其I/O完成后才继续运行；尤其因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。图 1-4(a)示出了单道程序的运行情况，从图可以看出：在t2t3、 t6t7时间间隔内CPU空闲。在引入多道程序设计技术后， 由于同时在内存中装有若干道程

12、序，并使它们交替地运行， 这样，当正在运行的程序因I/O而暂停执行时，系统可调度另一道程序运行，从而保持了CPU处于忙碌状态。,图 1-4 单道和多道程序运行情况,(2) 可提高内存和I/O设备利用率（效率-内存和I/O设备） 为了能运行较大的作业，通常内存都具有较大容量，但由于80%以上的作业都属于中小型，因此在单道程序环境下，也必定造成内存的浪费。类似地，对于系统中所配置的多种类型的I/O设备， 在单道程序环境下也不能充分利用。如果允许在内存中装入多道程序， 并允许它们并发执行，则无疑会大大提高内存和I/O设备的利用率。 (3) 增加系统吞吐量（效率-减少机时、节省费用） 在保持CPU、I

13、/O设备不断忙碌的同时，也必然会大幅度地提高系统的吞吐量，从而降低作业加工所需的费用。,2. 多道批处理系统的特征,多道性。 (2) 无序性。 (3) 调度性。,3. 多道批处理系统的优缺点,资源利用率高（优点）。 (2) 系统吞吐量大（优点） 。 (3) 平均周转时间长（缺点） 。 (4) 无交互能力（缺点） 。,4. 多道批处理系统需要解决的问题,处理机管理问题。 (2) 内存管理问题。 (3) I/O设备管理问题。 (4) 文件管理问题。 (5) 作业管理问题。,1.2.4 分时系统（效率-人）,1. 分时系统(Time-Sharing System)的产生 如果说， 推动多道批处理系统

14、形成和发展的主要动力，是提高资源利用率和系统吞吐量，那么，推动分时系统形成和发展的主要动力，则是用户的需求。或者说， 分时系统是为了满足用户需求所形成的一种新型OS。用户的需求具体表现在以下几个方面： (1) 人机交互。 (2) 共享主机。 (3) 便于用户上机。,2. 分时系统实现中的关键问题,为实现分时系统，其中，最关键的问题是如何使用户能与自己的作业进行交互，即当用户在自己的终端上键入命令时， 系统应能及时接收并及时处理该命令，再将结果返回给用户。 此后， 用户可继续键入下一条命令，此即人机交互。应强调指出，即使有多个用户同时通过自己的键盘键入命令，系统也应能全部地及时接收并处理,(1)

15、 及时接收。,(2) 及时处理。,3. 分时系统的特征,多路性。 (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。,1.2.5 实时系统,所谓“实时”，是表示“及时”，而实时系统(Real-Time System)是指系统能及时(或即时)响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。,1. 应用需求,实时控制。 (2) 实时信息处理。,2. 实时任务,1) 按任务执行时是否呈现周期性来划分 周期性实时任务。 (2) 非周期性实时任务。,外部设备所发出的激励信号并无明显的周期性，但都必须联系着一个截止时间(Deadline)。它又可分为： 开始截止时

16、间任务在某时间以前必须开始执行； 完成截止时间任务在某时间以前必须完成。,2) 根据对截止时间的要求来划分 (1) 硬实时任务(hard real-time task)。系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。 (2) 软实时任务(Soft real-time task)。它也联系着一个截止时间， 但并不严格，若偶尔错过了任务的截止时间， 对系统产生的影响也不会太大。,3. 实时系统与分时系统特征的比较 多路性。 (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。 (5) 可靠性。,1.3 操作系统的基本特性,1.3.1 并发(Concurrence),并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；而并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系