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1、第 1 页,第一部分：操作系统基本概念,计算机系统 = 计算机硬件 + 计算机软件计算机硬件 是构成计算机系统的物理部件和设备的总称。硬件的核心是主机；主机的核心是CPU。计算机软件 是构成计算机系统的逻辑部件及文档资料的总称。软件的核心是系统软件；系统软件的核心是操作系统。,第 2 页,1. 操作系统的概念,Operating System （1）定义：操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源、合理组织计算机工作流程、方便用户使用计算机并提高计算机响应速度而设计的一套程序的集合。资源角度：是计算机资源管理系统，负责计算机系统的全部资源的分配、控制、调度和回收 用户角度：操作系统是计算机与用户
2、之间的接口 进程角度：是动态、合理地组织计算机工作流程的软件。评价（地位和作用）：操作系统是直接与硬件相邻的第一层软件，是其他软件运行的基础，是系统软件中最基本、最核心的部分。,第 3 页,（2）操作系统的两大基本职能,面向计算机： 管理和操控全部计算机资源(CPU、设备、存储器、文件)； 提高系统效率。 面向用户：提供人机界面；提供便捷的操作环境。,第 4 页,计算机资源,计算机 资源,硬件设备,文件,数据库,应用程序,内存单元,其他用户,远程用户,第 5 页,命令 翻译结果计算机识别机器语言，人识别高级语言；语言编译器充当人机之间的“翻译”。,操作 系统,人机接口,第 6 页,（3）操作系
3、统的五大功能,操作系统功能,文件管理,进程管理,存储器管理,作业管理,设备管理,第 7 页,2.操作系统的发展,OS是伴随计算机技术的发展而发展的。其发展大致经历了四个阶段。 早期阶段，从20世纪40年代末到50年代中期 无操作系统几乎无外部设备,软件只用机器语言，无操作系统。手工操作、系统资源利用率低 第 2阶段， 50年代中期 第1代操作系统把 “零散的单一程序处理” 变为 “集中的成批程序处理” 的处理方式。“批处理”操作系统（监管程序）由此而产生.程序员和操作员分工， 第 3阶段 第2代操作系统通道技术、缓冲技术、多道处理技术、中断技术等。由此产生了第二代操作系统。 CPU利用率低的矛
4、盾更加激化。现有处理技术和手段已不适应应用的实时处理需求 第 4阶段 第3代操作系统多用户操作系统、网络操作系统、多媒体技术、“客户机/服务器”模式,第 8 页,几种相关技术,多道处理 一个CPU同时处理多个程序；同时将多个程序装入内存、并同时运行的机制；大大提高了CPU的利用率； 通道技术 将I/O处理从CPU的控制下独立出来的一套处理机制，也称为“I/O处理机”；CPU不再直接控制I/O设备，而是通过通道去控制，从而实现了CPU和I/O设备之间的并行工作，缓解了CPU和I/O速度不匹配的矛盾； 中断技术 在程序运行中，出现了某种紧急事件，必须暂时中止现行程序，转去处理此事件，然后再恢复中断
5、程序的运行技术。,第 9 页,3. 操作系统的分类,1.按处理器特点分 分时OS 采用分配时间片的方法，一个CPU可为多个用户服务。 实时OS 在较短时间内即响应用户要求并完成处理的O S。 2.按适用面分 专用OS 为特定应用目的或特定机器环境而配备的OS。 通用OS 为通用计算机系统配备的OS。 3.按用户数量分 单用户OS 只能服务于单个用户的OS；如MS-DOS。 多用户OS 能为多个用户服务的OS；如UNIX、WINDOWS。 4.按任务处理方式分 交互式OS 能为用户提供交互式操作支持的OS。 批处理式OS 以批处理方式处理用户作业的OS。 5.按硬件环境和控制方式分 集中式OS
6、指驻留在一台计算机上或管理一台计算机的OS。 分布式OS 用于管理分布式计算机的OS。,第 10 页,4. 常用、主流OS简介,MS-DOSUNIXWINDOWS,第 11 页,MS-DOS,MS-DOS 16位机、基于字符（命令行）方式的OS 交互式、字符界面、批处理、单用户、集中式 MS-DOS操作系统的特点: 系统简单,层次性强 I/O重定位，如dira.txt 管道操作;把一个命令或程序的输出送到另一个命令或程序中去并依次形成一个连续的处理过程. 树形文件目录系统. dir|more 最早的版本DOS10，在1981年8月发布；它由4000行汇编代码组成，运行于8K内存中，使用Inte
7、l8086微处理器。以后，随着Intel不断推出功能越来越强大的CPU以及PC 领域各种新技术的发展，Microsoft不断推出新的DOS版本，直到7.0。但DOS并不能充分发挥一些新的CPU的强大功能。,第 12 页,UNIX,UNIX：交互式的分时操作系统，中、小型机的工业标准化的OS。 1969年 美国AT UNIX已成为通用的、交互式的、多用户、多任务应用领域中小型机的主流操作系统之一。 Linux是UNIX的一个版本。红旗Linux是中国产权的OS。,第 13 页,UNIX操作系统特点, 多用户、多任务、交互式、分时 功能强、但规模小（整个系统一万行代码） 灵活性（系统的90%用C编
8、写，便于维护、具有可扩充性、可移植性） 所有文件是没有内部结构的字符行序列，外部设备、目录和普通文件同样处理、对待。（普通文件、目录文件、特殊文件） 树状文件结构 模块性好，适应性强 为用户提供了功能完备、使用方便的命令程序语言Shell，且系统具有完备的网络功能。 可移植性好 系统安全（满足C2级安全标准，自主访问控制、对象重用、辨别与验证、审计）,第 14 页,WINDOWS,WINDOWS 32位以上高档微机的、单用户、多任务、基于图形界面的主流OS 1983年11月，MICROSOFT公司推出 WINDOWS1.0操作环境； 1992年，几经改版，推出WINDOWS 3.1(还不是一个
9、独立的OS); 1993年推出WINDOWS NT,网络版操作系统; 1995年推出WINDOWS95。 1998年推出WINDOWS98。,第 15 页,WINDOWS的特点,1、一致性的用户界面（图形界面、窗口、菜单、控件操作方式） 2、多任务操作 3、功能强大的、先进的内存管理 4、支持动态数据交换（DDE）和动态连接库（DLL） 5、设备无关性。对外部设备的管理都是通过设备驱动程序来实现的。更换设备只需安装相应的设备驱动程序即可。支持鼠标操作。 6、支持网络功能和多媒体技术（内置TCP/IP协议、Windows网络登录等功能，使各种资源可在网上共享）。 7、支持GBK大字符集（2万多汉
10、字字符）及多种字库。 8、系统庞大、开销大，启动、关机慢。,第 16 页,三种操作系统的比较,操作系统 多生产 硬件要求 多用户 多任务 市场 用户 编程界面 网络 安全性厂商 支持 支持 界面 功能MS-DOS MS PC机及 否 否 PC机 字符 静态 差 一般 IBM 兼容机 界面 类库Windows MS PC机及 否 是 PC机 字符界 静态类库兼容机 面及图 多种API 强 较强形界面 VXD编程接口UNIX IMB 各种机器 是 是 小型机 字符界 静态类库HP 工作站 面及图 多种API 很强 很强Sun等 服务器 形界面,共同点： 程序执行、资源分配、I/O操作、文件系统管理
11、、 出错检测、中断处理、统计、保护等。,第 17 页,第二部分：进程管理,教学内容： 进程、程序的关系和区别 进程的类型、性质和状态 进程调度的策略和常用算法静、动态优先数法、轮转法 进程的控制与管理 进程控制块 PCB,第 18 页,一、基本概念,包括： 程序 单道程序、多道程序、顺序程序、并发程序 顺序程序与并发程序的特征 进程 进程的特征、性质、状态及转换、线程,第 19 页,1. 程序的有关概念,程序 （ Program）是为解决某个问题用计算机语言或命令设计、 编写的一系列指令的有序集合。 程序的顺序执行一个程序通常分为若干个具有一定独立性的程序段，这些程序段是按逻辑步骤编排的，只有
12、当当前程序段执行完成后，才将控制权转交到下一个程序段并执行下一个程序段。,第 20 页,单道程序处理及特性,一次只处理一个程序。 该程序独享系统资源。 单个程序的特性： 顺序性 操作按程序规定的顺序执行。 封闭性 程序在执行过程中独享系统资源，不受外界因素的干扰和影响。 可再现性 只要初始条件相同，无论以何种方式、速度、重复执行多少次，结果是相同的。,第 21 页,多道程序处理及特性,同时将多个程序装入内存，并同时处理它们，整个系统资源为多个程序共享。由于多道程序具有并发的特点，在任一时刻，系统内部（内存）同时运行着多个程序；受系统资源的制约，每个程序处理过程的行为是不确定的（系统内部状态因此
13、而不同）。 例如，第Ii 个程序的Ci ，这次是在时刻Ti 开始的，那么，下一次运行同样的程序组时，第Ii个程序的Ci 就不一定是在Ti 时刻开始。 集体活动，过程和结果不受个体完全控制,第 22 页,程序并发执行举例,设有三个程序，它们的执行步骤和顺序相同，都是Ii（输入）、Ci（计算）、Pi（输出）。 当第1个程序的输入操作I1执行完、执行C1时，输入机空闲，这时候可以执行第2个程序的输入操作I2；在时间上，操作C1和I2是重叠的。 当C1执行完、执行P1时，处理机空闲，若这时I2已完成，就可以执行C2，与此同时，输入机又空闲，可以执行第3个程序的I3。这样一来，在时间上，P1、C2和I3
14、是重叠操作的。,第 23 页,程序并发执行举例示意图,程序1： I1 C1 P1 程序2： I2 C2 P2 程序3： I3 C3 P3从示意图中可以看出，C1和I2、P1、C2和I3、P2和C3在时间上都是重叠操作的。,T,t1,t3,t2,输入 计算 输出,第 24 页,单道和多道程序处理的区别,在单道程序处理环境下，各逻辑步骤之间的关系是确定的、不受外界影响而改变的。 在多道程序处理环境下，并发处理机制中必然存在着直接或间接的相互依赖和相互制约的关系，从而使被处理的多道程序失去了程序固有的特性：封闭性、可再现性。,第 25 页,程序并发处理特征,程序与执行过程不再一一对应 在并发执行时，一个共享程序可为多个用户作业调度，而使程序处于多个执行中，从而形成了多个“计算”。 程序并发执行时的相互制约 例如，Ii，Ci和Pi分别共享同一个输入机、处理机和打印机，因此，一旦C2占用处理机，在它未完成之前，C3就无法启动。由此可见，程序并发执行时是相互制约的，将导致并发程序具有“执行暂停执行”这样的活动规律。 失去了程序的封闭性 若A和B为两个程序，共享数据段，由于程序A和程序B都是以各自独立的速度运行，则因速度不同而结果不同。所以并发执行程序失去了顺序程序的封闭性。 如何表示并发程序的特性？,
