操作系统课件一

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1、 操作系统Operating System(OS)主讲人:王妍*1第一章 操作系统引论前前 言言信息技术已经成为21世纪经济发展的驱动力。 而软件是人类知识的固化，是知识经济的基本表征 ，它已成为信息时代的新型“物理设施”。计算机 操作系统正是软件技术含量大 ，附加值高的部分 ，是软件系统的核心，是软件基础运行平台的主要 成分。操作系统是计算机系统中各种资源管理者，指 挥者，它将使整个计算机系统协调一致工作。操作 系统课程的学习主要告诉你：操作系统要做什么? 怎么做?为什么要这么做?操作系统是一个创新的软件，操作系统是电脑 的核心和灵魂。前言Date2第一章 操作系统引论操作系统计划安排总课时

2、：80 学时其中：理论教学64学时，上机 实验16学时。Date3第一章 操作系统引论操作系统计划进度n第一章：操作系统引论 4学时n第二章：进程管理 18学 时n第三章：处理机调度与死锁 8学 时n第四章：存储器管理 13学时n第五章：设备管理 9学 时n第六章：文件管理 10学时n第七章：操作系统接口 2学时Date4第一章 操作系统引论第一章 操作系统引论n 操作系统-Operating System （OS ）计算机系统的组成:1.硬件子系统:(1)中央处理器：CPU(2)存储器：内存、外存(3)输入/输出设备( I/O)：键盘、显示器、打印机、 磁盘。2.软件子系统:(1)系统软件

3、: 操作系统、编译系统。(2)支撑软件: 编辑软件、数据库管理系统等。(3)应用软件：根据用户需要而设计的软件。 Date5第一章 操作系统引论计算机系统的抽象视图:用户1用户n用户2编译程序编辑程序 数据库系统操作系统硬件Date6第一章 操作系统引论1.1 操作系统的目标和作用n无论大型，还是中型，微型机都必须配置操作 系统，它是计算机系统的总指挥，控制硬件和 软件协调一致的工作。n对于配置在不同类型计算机上的操作系统，都 有不同的要求。对于配置在大、中型计算机系 统中的操作系统，都有较高的要求，且要求有 较强的功能，而对于配置在微型计算机系统中 的操作系统主要侧重于使用的方便性。Date

4、7第一章 操作系统引论1.1.1 操作系统的目标1.方便性:操作系统使计算机系统更易于使用。 2.有效性:对资源管理，使其充分提高工作效率 。 3.可扩充性:OS能适应硬件、软件发展的需要 。 4.开放性:是指系统能遵循世界标准规范，特别 是遵循开放系统互连OSI国际标准，凡是遵 循标准开发的硬件、软件，能彼此兼容，可 方便地实现互连。开放性已成为90年代计算 机技术的核心问题。Date8第一章 操作系统引论1.1.2 操作系统的作用从用户观点上看:操作系统是用户与裸机之间的 接口。 从资源管理观点上看：OS是一组资源管理软件 。 1.OS作为用户与裸机之间接口 用户可通过三种方式使用计算机：

5、 (1)命令方式：人机交互 ， 如UNIX 系统、Dos 系统，Linux系统等。 (2)系统调用方式：在程序中通过调用OS子功能 请 求系统服务。用户使用系统调用命令调os子功能 。 (3)图形窗口方式：如windows操作系统。Date9第一章 操作系统引论图11 OS 作为接口的示意图用 户应用程序系统调用 命令 图标 窗口操作系统计算机硬件Date10第一章 操作系统引论2.OS作为计算机系统资源的管理者OS要对系统内的所有资源进行管理，目的是 使资源得到充分利用，解决资源竞争。3.OS用作扩充机器裸机:未配置任何软件的计算机，用户无法使 用。在裸机之上配置软件，特别是OS这一软 件，

6、用户看到的是一台比裸机功能更强，使 用更方便的虚拟机。另外从数量上也进行扩 充。Date11第一章 操作系统引论1.1.3 推动OS发展的主要动力OS发展与四个因素有关: 1.器件的不断更新换代 使计算机的性能不断提高，规模扩大 ，从8位，发展到16位，32位，推动 OS功能和性能迅速增强和提高。 2.计算机体系结构的不断发展OS从单机OS发展到多机OS、网络OS 。Date12第一章 操作系统引论3.是不断提高计算机资源利用率的需要计算机发展初期，由于计算机系统特别昂贵， 所以人们非常重视计算机系统的资源利用率 。 4.方便用户为用户改善上机，调试程序的条件，出现分 时系统，人机交互，多用户

7、系统。OS提供图 形界面，菜单。Date13第一章 操作系统引论1.2 操作系统的发展过程1.2.1 无OS的计算机系统 1.人工操作方式输入主机打印Date14第一章 操作系统引论缺点：1.用户独占全机资源，利用率低。2.CPU等待人工操作，人机矛盾突出 。 2.脱机输入/出（offline I/o)方式20世纪50年代末，出现脱机输入/出技术输入设备外围机 输出设备 主机磁带磁带磁带磁带Date15第一章 操作系统引论出现磁盘设备，产生脱机输入输出系统：卡片输入 输入井/ 输出井主机输出外 围 机Date16第一章 操作系统引论优点：1.减少了CPU的空闲时间，缓和人机矛盾 。2.提高了I

8、/O速度，CPU从快速设备读取数据。1.2.2 单道批处理系统作业：用户提交系统完成的一个计算任务。单道：指内存中只存放一道作业。系统配置监督程序，它的功能：将磁带上的作 业按顺序，每次调入内存一个，处理完再调下 一个，形成自动处理。单道批处理形成，是在解决人机矛盾和CPU与 I/O设备速度不匹配矛盾的过程中形成的。 特征：(1)自动性 (2)顺序性 (3)单道性Date17第一章 操作系统引论图 13 单道批处理系统的处理流程还有下个作业 ？把作业的源程序转为目标运行目标程序装配目标程序源程序有错？否是是否开始停止Date18第一章 操作系统引论1.2.3 多道批处理系统 1.多道程序设计的

9、基本概念在内存中同时存放多个用户程序，它们共享系统资源。引入多道程序设计的好处： (1)提高CPU的利用率:当某道程序什么原因执行不下去 时，CPU立即转交另一个程序，让CPU总处于忙碌状 态。 (2)可改善内存利用率:内存减少空闲，得到充分利用。 (3)提高输入/输出设备的利用率:多道程序可使设备均 衡使用，设备与设备之间并行操作。 (4)增加系统吞吐量：增加在单位时间内输入/出信息量 。Date19第一章 操作系统引论图 1-4 (a) 单道程序运行情况： 监督程序用户程序I/O操作Date20第一章 操作系统引论图1-4(b) 多道程序运行情况:（两道为例）监督程序程序A 程序BI/O

10、A I/O B Date21第一章 操作系统引论2.多道批处理特征 (1)多道性:在内存中可同时驻留多个程序。 (2)无序性:作业执行顺序与进入内存顺序可以不一致。 (3)调度性:一个作业经两级调度，才能完成。 3.多道批处理系统的优缺点 优点： (1)资源利用率高：资源处于忙碌状态。 (2)系统吞吐量大：系统在单位时间内所完成的 总工作量。 缺点： (1)平均周转时间长。 (2)无交互能力。Date22第一章 操作系统引论n思考题：采用多道程序设计应注意的问题？采用多道程序设计能改善资源使用情况，提 高系统效率。但是，应注意如下两个问题： (1)可能延长某个程序执行时间 (2)并行工作道数与

11、系统效率不成正比Date23第一章 操作系统引论4.多道批处理系统需解决的问题资源的管理包括(1)资源竞争(2)提高资源使用效率 为此OS功能应包括:处理器管理、内存储器管理 、I/O设备管理、文件管理及作业管理。n操作系统定义：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件 资源，合理地对各类作业进行调度，以及方 便用户使用的程序的集合。Date24第一章 操作系统引论推动多道批处理系统形成和发展的主要动力 是提高资源利用率和系统吞吐量。另外，引入多道程序设计技术，在硬件方 面应给予支持，有通道技术和中断系统。主机输入井/输出井缓冲区缓冲区输入输出伪 脱 机 输 入 / 输 出 系 统Date25

12、第一章 操作系统引论1.2.4分时系统1.分时系统的产生 (1)人机交互的需要 (2)多用户共享一台主机(3)方便用户上机n分时系统是指:在一台主机上连接多个终 端设备，同时允许多个用户通过自己的终 端，以交互方式使用主机中的资源。 Date26第一章 操作系统引论分时系统的组成终端1终端2终端nDate27第一章 操作系统引论n2.分时系统实现中的关键问题 (1) 及时接收：配置多用户卡，每个终端配置 一个缓冲区，存放用户键入的命令 。(2)及时处理：作业直接进入内存，CPU轮流使用。n3.分时系统的特征(1)多路性：一台主机同时联接多台终端。(2)独立性：用户独立操作，互不干扰。(3)及时

13、性：用户能在很短时间内获得服务。(4)交互性：用户可以通过终端与系统进行广泛的 人机对话。UNIX系统就是著名的多用户/多任务分时系统。 （Linux系统）Date28第一章 操作系统引论1.2.5 实时系统1.应用的需要专用系统:. 实时控制：卫星发射，生产过程控制等。. 实时信息处理：航空售票系统等。 2.实时任务 实时任务分类： 1）按任务执行时是否呈现周期性来划分 （1）周期性实时任务 （2）非周期性实时任务 2）根据对截止时间的要求来划分 （1）硬实时任务 （2）软实时任务Date29第一章 操作系统引论3.实时系统与分时系统特征的比较(1)多路性：按分时原则为多个终端用户服务。对多

14、路现场信息采集 。(2)独立性：对信息采集和对对象控制，彼此互不干扰。(3)及时性:比分时系统要求还要强。(4)交互性：比分时系统要求要弱。(5)可靠性:要求系统高度可靠，从硬件 和软件上都必须保证高的可靠性。Date30第一章 操作系统引论例：化学反应堆的控制传感装置计算机系统AB控制信号反应堆阀门C测量信号记录仪Date31第一章 操作系统引论关于微型机操作系统介绍： 1.MSDOS：是单用户单任务联机交互式操 作系统，16位微机的典型系统，拥有相当多 的用户。命令使用方式。 2.OS/2 :是单用户多任务系统，是32位机的 典型系统，用户较少。采用图形界面。 3.XENIX OS : 是

15、UNIX家族的一员。 UNIX操 作系统是多用户/多任务分时系统，在小型机 上实现。被微软公司移植到微机上，取名为 XENIX。目前流行的Linux，也是UNIX的 变种产品。4.Windows OS：是单用户/多任务系统。采 用图形界面。 UNIX和Windows是单机操作系统的两大主流 。Date32第一章 操作系统引论1.3 操作系统的基本特征 1.3.1 并发性(concurrence)并行性:是指两个或多个事件在同一 时刻发生.。 并发性:是指两个或多个事件在同一 时 间间隔内发生。 现代计算机系统，CPU与设备间并 行操作，单CPU环境下，多道程序 并发执行。Date33第一章 操

16、作系统引论1.3.2 共享性(sharing)是指系统中的资源可供内存中多个进程共同使 用1.互斥共享方式:在一段时间内只允许一个进 程访问该资源。2.同时共享方式:在一段时间内允许多个进程 访问该资源。 1.3.3 虚拟性(virtual) 是指通过某种技术(spooling)把一个物理实体变 为若干个逻辑上的对应物。 1.3.4 异步性（Asynchronism)进程以不可预知的速度向前推进。 Date34第一章 操作系统引论操作系统的设计目标:(1)可靠性（正确性、健壮性）；(2)高效性；(3)易维护性；(4)可移植性(5)安全性；(6)可适应性。设一个系统，在一段时间内，目态下运行 程序用时间