操作系统第一章PPT课件

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1、1,计算机操作系统,2,第一讲要达到的目标,明确本课整体安排 观念的转变：从操作系统的使用者到操作系统的开发者 了解操作系统的基本类型 掌握操作系统基本概念,3,OS课程教学目标,通过学习应达到如下效果： 1、掌握并发程序设计方法(使用进程) 2、掌握操作系统的设计原理 进程设计、虚拟技术、资源管理技术 3、具有分析和设计操作系统的能力,4,教学计划,第一章 概述 （4学时） 第二章 操作系统用户接口（8学时） 第三章 进程与并发程序设计 （14学时） 第四章 存储管理（6学时） 第五章 输入输出系统（8学时） 第六章 文件系统（8学时） 第七章 磁盘存储管理（2学时） 第八章 多机系统概述（

2、2学时） 系统安全（ 2学时） 总复习 (2学时）,5,教材与参考书,学时：56 教材： 任爱华等，“操作系统实用教程”(第二版)，清华大学出版社,2004 参考书： Operating System Concepts SILBERSCHATZ,GALVIN,GAGNE, 2005 Operating Systems Design and Implementation Andrew S. Tanenbaum等, 清华大学出版社，1997年9月 Operating Systems Internals and Design Principles William Stallings,电子工业出版社

3、计算机操作系统教程 张尧学，史美林，清华大学出版社，1993年9月 操作系统实验指导 任爱华等，清华大学出版社,2004 操作系统辅导与提高 任爱华，清华大学出版社，2004 成绩评定方式： 平时作业 30 出勤 作业 实验 考试 70，考期学校统一安排时间,6,第一章 概论,计算机与操作系统 计算机与操作系统的发展 存储程序式计算机的结构和特点 操作系统的基本概念 操作系统的定义及其在计算机系统中的地位 操作系统的功能、特性及其应解决的基本问题 操作系统接口 系统调用与交互命令 分析和设计操作系统的几种观点 用户观点、资源观点、进程观点、分层观点,F,7,第一章 概论,计算机与操作系统 计算

4、机与操作系统的发展 存储程序式计算机的结构和特点,F,8,计算机的发展,机械计算机时代 始于1614，有三百多年的探索历史。 二进制代数学 1848年英国数学家George Boole创立的二进制代数学， 在一个世纪前就为现代二进制计算机铺平了道路。 电子计算机时代 1946-1958 ，1959-1964， 1965-1970， 1971年至今 (VLSI, ULSI) 摩尔定理仍然适用 计算机技术的影响 互联网技术、多媒体技术 普适计算 未来的计算机将与各种新技术相结合 与光电子学相结合，人们正在研究光子计算机； 与生物科学相结合，人们正在研究用生物材料进行运算的生物计算机， 用意识驱动计

5、算机等技术。,9,第一代计算机,10,第三代计算机：PDP-7小型机,11,第四代计算机：国产曙光5000巨型机,12,现代计算机系统,13,存储设备的层次,14,整数A从磁盘到寄存器的移植过程,15,单进程输出情况的中断时间线,16,现代计算机系统怎样工作,17,对称多处理机体系结构,18,专用系统影响着OS,实时嵌入式系统 汽车发动机、制造业的机器人、录像机、手机、微波炉，等等进行监控和管理 整个房间可以计算机化，控制取暖、照明、警报系统、电饭锅煮饭等等，通过web访问通知房间加热 多媒体系统 MP3、MP4 DVD 电影/网上电影 帧的视频必须按照时间限制分流（30帧/秒） 手持式系统

6、PDA个人数据助理 Personal digital assistant Pocket-PC 智能手机,19,操作系统的发展,批量处理 多道程序设计 分时系统 实时系统 网络系统 分布式系统,把用户提交的作业成批送入计算机 由作业调度程序自动选择作业运行 目的： 缩短作业之间的交接时间 减少处理机的空闲等待，提高系统效率 批处理os例子：IBM公司为IBM360机器配置的操作系统OS/360,批处理,多道程序工作示例,22,多道程序系统的存储布局,23,从用户模式到内核模式的转换,目态,管态,24,分时系统的特点,多路性 独占性 交互性 及时性,25,实时系统特点,及时响应 高可靠性和安全性

7、系统的整体性强 交互会话活动较弱 专用系统 种类：实时信息处理、实时控制,26,局域网间的连接,微型机,网关,局域网,27,客户-服务器系统的一般结构,28,分布式系统,分布式系统 是一个一体化的系统 在整个系统中有一个全局的操作系统称为分布式操作系统 有网络作为底层支持 具有模块性 并行性 常规网络中的并行性仅仅意味着独立性 而分布式系统中的并行性还意味着合作 原因在于，分布式系统 是一个物理上的松散耦合系统 又是一个逻辑上的紧密耦合的系统 自治性 通信性等特点 分布式系统和计算机网络的区别 前者具有多机合作和健壮性。,29,存储程序式计算机的结构和特点,著名数学家Von Neumann总结

8、了 手工操作的规律 前人研究计算机的经验教训，提出了 “存储程序式计算机”方案 一个顺序计算模型,30,第一章 概论,操作系统的基本概念 操作系统的定义及其在计算机系统中的地位 操作系统的功能、特性及其应解决的基本问题,F,31,操作系统的定义及其在计算机系统中的地位,操作系统是搭在硬件平台上的第一层软件，它负责把系统资源管理起来以便充分发挥它们的作用。 操作系统是计算机资源的管理软件，是并发程序,编译程序 汇编程序 正文编辑程序 数据库系统,操作系统,裸机,用户1,用户2,用户3,用户n,计算机系统的组成与软件的层次关系,32,计算机系统构件的抽象视图,33,操作系统的表述,从使用者的角度表

9、述： 提供计算机用户与计算机硬件系统之间的接口，使计算机系统更易于使用。 从管理计算机资源的角度表述： 有效地控制和管理计算机系统中的各种硬件和软件资源，使之得到更有效的利用。 计算机资源管理者 合理地组织计算机系统的工作流程，以改善系统性能 如：响应时间、系统吞吐量 虚拟机概念 操作系统是一直运行在计算机上的程序，通常称为内核 计算机的掌控者,34,操作系统的功能、特性及其应解决的基本问题,功能 ：管理系统的软、硬件资源 处理机管理、存储器管理、设备管理和信息管理程序 特性： 并发性、共享性、不确定性、虚拟性 解决的基本问题： 提供解决各种冲突的策略 比如：处理机调度、进程调度、内存分配、设

10、备分配等 协调并发活动的关系 比如：进程之间的通信，同步与互斥 保证数据的一致性 比如： 读写数据时，数据结构中的内容是否真实地记录了数据的实际情况 在分布式处理时的共享数据的不同副本是否一致 实现数据的存取控制 共享程度、隐私程度、安全程度的控制,35,第一章 概论,操作系统接口 系统调用与交互命令,F,36,系统调用与交互命令,交互式界面,用户,图1-12 操作系统接口,系统调用 Linux: fork(); exit(); Dos: int 21h 交互命令 Linux: ps kill mail Dos: dir,copy,type ping 211.71.12.145,37,用户应用

11、程序调用open的处理,38,第一章 概论,分析和设计操作系统的几种观点 用户观点、资源观点、进程观点、分层观点,F,39,分析和设计操作系统的几种观点 (一),用户观点 这种观点主要是为刻画操作系统的功能而引入的，从用户的角度来观察操作系统，操作系统是个黑盒子，配置了操作系统的计算机与原来真实的物理计算机迥然不同，因为它提供了用户使用计算机的更方便手段,构造了一台虚拟机，提供的操作命令决定了虚拟机的功能。 资源管理观点 资源观点是从现代计算机系统角度考虑问题。计算机系统由硬件和软件两大部分组成，即：硬件和软件资源，这些资源都是非常宝贵的，按其性质可归为四大类： 处理机 存储器 外部设备 文件

12、(程序和数据) 这四类资源构成了操作系统本身和用户作业赖以活动的物质基础和工作环境。,40,分析和设计操作系统的几种观点(二),进程观点 通常我们把程序的一次执行过程叫做一个进程 进程被创建、运行直至被撤消完成其使命 从进程角度来分析操作系统，则所有进程的活动就构成了操作系统的当前行为 在每一个瞬间都有一棵进程家族树，它展示着操作系统行为主体的一个快照。 模块分层观点 如何形成操作系统的构架，用模块分层观点讨论模块之间的关系，讨论如何安排连结这些程序模块才能构造一个结构简单清晰、逻辑正确、便于分析和实现的操作系统。 资源管理观点回答了整个操作系统是由哪几部分组成的，并且利用进程观点指明了这些资

13、源管理程序在什么时候开始起作用，以及它们在执行过程中是如何相互联系的。,41,操作系统中的进程,42,分层操作系统,43,DOS操作系统的层次结构,44,MS-DOS操作系统的层次结构,45,简化的Windows体系结构,46,Linux 内核体系结构示意,47,UNIX 系统结构,48,Solaris可加载模块,49,苹果公司麦金塔操作系统X结构 Darwin,50,VMS系统模块：非虚拟机/虚拟机,51,VMware 体系结构,52,Java 虚拟机,53,.NET框架的CLR体系结构,54,操作系统内核分类,Monolithic Kernels整体内核 含有全部操作系统功能和驱动程序 U

14、nix-like,如：Linux 设计者：Linus Torvalds Microkenel微内核 仅提供最低限度的服务，如：定义内存地址空间，IPC，进程管理。所有其他功能以进程方式独立于内核运行。 MINIX,Mach 设计者：Andrew Tanenbaum Hybrid Kernels混核 类似于微内核，但包括了一些附加程序，主要为了改进微内核性能 Windows Exokernels外核 本身很小，附带库操作系统。以API的形式提供开发者使用 可以同时有几个不同的库操作系统,55,第一章小结,计算机历史与操作系统发展过程 存储程序式计算机与操作系统计算模式 操作系统类型 现代操作系统

15、的基本特征 分析操作系统的几种观点 操作系统的用户界面 操作系统的发展体现了计算机硬件技术与软件技术的发展 课外思考题： 普适计算 针对普适计算，操作系统应如何发展,56,PC机结构图一,57,PC机结构图二,58,系统软件和操作系统,59,现代操作系统的发展,60,进程与资源管理,文件管理,存储管理,设备管理,处理机,主存,设备,操作系统,计算机硬件,后继课程的任务和地位,61,内容提纲,安全操作系统的重要性 安全评价准则 常用操作系统与安全级别的对应举例 安全模型 B-LP 小结,62,安全操作系统的重要性,操作系统是应用软件同系统硬件的接口，其目标是： 高效地、最大限度地、合理地使用计算

16、机资源 若没有安全操作系统的支持，会导致： 数据库不安全 不可能具有存取控制的安全可信性 网络系统不安全 就不可能有网络系统的安全性 应用软件不安全 不可能有应用软件信息处理的安全性 安全操作系统是整个信息系统安全的基础 网络系统的安全性依赖于网络中各主机系统的安全性 主机系统的安全性决定于其操作系统的安全性 安全可靠地运行用户软件, 依赖于操作系统的安全性 安全的操作系统依赖于安全的CPU芯片,63,可信计算机系统安全评价标准,第一个计算机安全评价标准 TCSEC (Trusted Computer System Evaluation Criteria)， “可信计算机系统安全评价标准” 又称橙皮书，美国国防部于1983年提出并于1985年批准 人们以TCSEC 为蓝本研制安全操作系统 TCSEC 为安全系统指定的是一个统一的系统安全策略如： 自主访问控制策略 强制访问控制策略 这些子策略紧密地结合在一起形成一个单一的系统安全策略 不同的安全环境有不同的安全需求 需要制定不同的安全策略 采用不同的安