操作系统课件01绪论

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1、地点：信电大楼426 手机短号：662679Email: ,操作系统原理 Principles of Operating System,授课教师：时 磊,课程目的,不是 如何使用操作系统而是 理解操作系统如何工作,涉及到计算机科学的很多领域 计算机体系结构/硬件 软件设计 程序设计语言 数据结构 算法 网络学技术并能在其他地方应用之,为什么学习操作系统?,大型、复杂系统的系统设计 性能 与 方便使用 性能 与 简单性 硬件 与 软件 操作系统是目前最复杂的软件成分 应聘工作(编程语言（C语言）、数据结构、 操作系统),为什么学习操作系统?,教材 庞丽萍.计算机操作系统.北京:人民邮电出版社,2

2、010,参考教材 美Abraham Silberschatz等.操作系统概念(第六版). 北京: 高等教育出版社 荷Andrew S. Tanenbaum 陈向群 马洪兵等译. 现代操作系统. 机械工业出版社 美W.Richard Stevens Stephen A. Rago 尤晋元等译.UNIX环境高级编程(第二版). 人民邮电出版社 陈健等译. Linux程序设计（第4版）. 人民邮电出版社 陈莉君等译.深入理解Linux内核（第三版）. 中国电力出版社 鸟哥.鸟哥的LINUX私房菜（第三版）：基础学习篇. 人民邮电出版社,课程形式,学习要求： 按时上课，认真听讲 阅读参考书 整理笔记

3、思考，讨论，提问,理论（33学时）+实验（4次，12学时）,辅导答疑时间：周一周五 （除了周一和周三上午） 地点：信电大楼426,讲课学时安排,第一章 绪论,（一） 操作系统在计算机系统中的地位 （二） 操作系统的形成和发展 （三） 操作系统的基本概念 （四） 操作系统的基本类型 （五） Linux系统概述,学习内容,熟悉冯诺依曼计算机体系结构及原理掌握操作系统的定义，功能及基本特征掌握批处理操作系统、实时操作系统与 分时操作系统的主要特点及区别,学习重点,（一）操作系统在计算机系统中的地位,裸机,（一）操作系统在计算机系统中的地位,裸 机 ：没有装配任何软件的计算机称为裸机。虚拟机：装配有相

4、应软件的机器称为虚拟机。,管理信息系统、飞机订票系统、 银行系统、地理信息系统、 CAD系统、数字计算软件包,语言编译程序、连接装配程序、 数据库管理系统、网络软件,操 作 系 统,计算机硬件（裸机）,系统软件,应用软件,用户,用户,用户,用户,是在硬件基础上的第一层软件是其它软件和硬件的接口,ENIAC计算机(1946年，美国宾夕法尼亚大学),（二）冯诺依曼结构,美籍匈牙利数学家冯诺依曼于1946 年提出了计算机设计的3个基本思想。 计算机由运算器（ALU）、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本部分组成。 采用二进制形式表示计算机的指令和数据。 程序存储，将程序（由一系列指令组成）和数

5、据存放在存储器中，计算机依次自动地顺序执行程序。,（二）冯诺依曼结构,计算机硬件基本组成,（外）存储器,（内）存储器,中央处理器（CPU）,控制器,输入 设备,输出 设备,运算器,（二）冯诺依曼结构,2018/9/27,18,（三）操作系统的基本概念,操作系统的定义： 操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化。操作系统是整个计算机系统的核心。 操作系统的宗旨是提高计算机系统的效率，方便用户使用,2018/9/27,19,（三）

6、操作系统的基本概念,（处理机）CPU,内存（主存储器）,I/O设备,软件资源,处理机 管 理,存储器 管 理,设 备 管 理,文 件 系统,系统资源,操作系统功能模块,操作系统的资源管理功能：操作系统看成一个资源管理器。换句话说，从资源管理的角度看操作系统有如下四个功能：,一 处理机管理1. 制定调度策略2. 给出调度算法3. 处理机分派二 存储器管理1. 存储分配和存储无关性2. 存储保护3. 存储扩充,三 设备管理1. 设备无关性2. 设备分配3. 设备的传输控制四 文件系统解决软件资源的存储、共享、保密和保护等,（三）操作系统的基本概念,（四）操作系统的形成和发展,操作系统发展是随着计算

7、机硬件技术的发展而发展的。驱动力：充分利用硬件，提供更好的服务,手工操 作阶段,批处理,联机 批处理,脱机 批处理,执行 系统,操作系统形成,多道程序系统,多道批处理系统,分时系统,实时系统,个人计算机操作系统,网络操作系统,分布式操作系统,初级阶段,第1阶段 手工操作阶段,ENIAC计算机(1946年，美国宾夕法尼亚大学),初级阶段手工操作阶段 硬件非常昂贵，没有操作系统,1、人工把一道作业用穿孔机穿制在卡片或纸带上 2、把卡片或只带装上输入机 3、启动输入机把程序和数据送入计算机 4、通过控制开关启动程序执行 5、产生计算结果，执行结果从打印机上或卡片机上输出,缺点：工作效率极低 独占性问

8、题： 人机矛盾机器速度 计算所需时间 人工操作时间 操作时间 : 机器运行时间1万次/秒 1小时 3分钟 1 : 2060万次/秒 1分钟 3分钟 3 : 1,初级阶段手工操作阶段,初级阶段早期批处理,用户把作业（卡片或磁带）交给负责调度的操作员（系统管理员）,由操作员按作业类型分类编成一个作业队列，送到输入设备上。常驻监督程序自动地装入程序、运行、撤出作业,批处理中的作业（Job）概念： “作业”是指用户提交给计算机系统的一个独立的处理单位用户程序 + 数据 + 作业控制语言,初级阶段早期批处理,优点： 节省了人工干预时间，提高了CPU利用率,问题： 处理机（CPU）高速与IO慢速的矛盾,解

9、决： 由卫星机负责IO,初级阶段早期批处理（联机批处理）,初级阶段脱机批处理,脱机批处理 特点：主机与卫星机并行操作 问题：调度不灵活，保护问题 解决：硬件技术的发展通道技术、中断技术,定义：借助于通道与中断技术，由主机控制I/O工作。原有的监督程序不仅要负责调度作业自动的运行，而且还要提供I/O控制功能。它常驻内存，称为执行系统。,通道：一种专用部件，负责外部设备与内存之间信息的传输。 中断： 主机接到信号（来自CPU外部或内部）时，立即中止原来的工作，转去处理这一事件，处理完后，主机又回到原来工作点继续工作。,初级阶段执行系统,初级阶段执行系统,特点：主机、外设并行操作；增加了保护能力问题

10、：处理机仍有空闲等待现象,早期批处理 、脱机批处理、执行系统都属于单道批处理系统,手工操 作阶段,批处理,联机 批处理,脱机 批处理,执行 系统,初级阶段,操作系统系统的形成多道批处理,多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，在管理程序的控制下相互穿插地运行。当某道程序因某种原因不能继续运行下去时（如等待外部设备传输数据），管理程序便将另一道程序投入运行。,多道运行的特征：多道、宏观上并行、微观上串行,操作系统系统的形成多道批处理,分时技术：把处理机的响应时间分成若于个大小相等（或不相等）的时间单位，称为时间片，每个终端用户获得CPU，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运

11、行，当时间片到（用完），用户程序暂停运行，等待下一次运行。,操作系统系统的形成分时技术,实时处理,什么是“实时” 计算机对外来的信息能够在被控对象允许的时间范围内作出反应。实时处理 对实时信号能在截止期限之内处理并作出反应。,操作系统系统的形成实时处理,操作系统的进一步发展,向小型化、微型化计算机发展 个人计算机操作系统 向网络化发展 网络操作系统 向具有并行结构的计算机系统多处理机操作系统集群系统分布式操作系统,（五）操作系统的特征,并发：系统中同时存在多个程序处理多个同时性活动 宏观上：这些程序是同时在执行的 微观上：任何时刻只有一个程序在执行，即微观上这些程序在CPU上轮流执行共享：多个

12、计算任务对系统资源的共同享用 操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源（共享有限的系统资源） 操作系统要对系统资源进行合理分配和使用 资源在一个时间段内交替被多个进程所用不确定性（异步性）：操作系统能处理大量的、随机的事件序列，使各用户的计算任务正确地完成。,（六）操作系统类型,批处理操作系统分时操作系统实时操作系统 个人计算机操作系统网络操作系统分布式操作系统自由软件和LINUX操作系统,操作系统类型网络操作系统,定义：在通常的操作系统中增加了实现网络低层协议功能和网络设备管理功能的操作系统称为网络操作系统。目标：相互通信，资源共享,操作系统类型分布式操作系统,分布式操作系统是网络

13、操作系统的更高级的形式,它保持了网络操作系统的全部功能。除了具有网络操作系统的功能外，还能够将一个大的任务划分成许多可以并行执行的子任务，并按照一定的调度策略将他们动态分布给系统中的各个计算机。,作为一个分布式操作系统为用户提供一个统一的界面、标准接口，用户通过这个界面使用整个系统的资源。当用户在计算机系统上进行某些操作的时候，用户并不知道自己的操作在哪一台计算机上执行或者使用了哪个计算机的资源。计算机系统对计算机的用户来说是透明的。,操作系统类型分布式操作系统,操作系统类型分布式操作系统,分布式操作系统云计算,操作系统类型分布式操作系统,集群是分布式系统的一种。集群（Cluster）：由高速

14、局域网连接多台计算机组成的虚拟计算机系统。,操作系统类型Linux操作系统,“Linux”这个单词根据 Linus Torvalds 本人的发音应该是“哩呐克斯” ， 音标是 li:nks 重音在“哩”上。 “哩呐克斯”只是根据发音翻译的，正确的发音应该按照li:nks这个音标读。,Linux的起源,UNIX发展简史 1970年，AT&T贝尔实验室Ken Tompson、Dennis Ritchie在PDP-7小型机上开发出Unix系统；,操作系统类型Linux操作系统,1986年，Andrew Tanenbaum开发Minix系统； 1991年，芬兰赫尔辛基大学的学生Linus Torval

15、ds开发Linux系统，并将源代码放在Internet上； 随着Internet的发展，Linux系统迅速普及开来； 1994年，发布Linux 1.0内核；同年Red Hat公司成立；,Red Hat Linux SUSE Linux Mandrake Linux Gentoo Linux Slackware Linux Debian Linux RedFlag Linux Ubuntu Linux,Unix的发行版本,Sun SolarisIBM AIXSCO UnixWareHP HP-UXFreeBSD,什么是GNU,GNU是“GNUs Not Unix”的递归缩写 GNU项目开始于1984年，由Richard Stallman创建，旨在开发一个类似Unix的，并且是自由软件的完整操作系统：GNU系统 大多数GNU软件是免费分发的,什么是GPL,GPL（General Public Licence，通用公共许可证）具有以下特点：GPL赋予使用者复制、传播和修改自由软件的权利GPL是自由软件社区和国际上公认的契约 GPL要求使用者原封不动地将GPL连同GPL代码一并进行拷贝、传播 GPL严格限定自由软件变成“专有权”的可能性，对自由软件可能受到专有权的威胁进行了约定,