操作系统第一章清华版课件

《操作系统第一章清华版课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统第一章清华版课件（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、操作系统原理,徐伶伶 Email: qq:5705341,课程简介,计算机操作系统是计算机及其相关专业的一门重要的专业基础课，是计算机及其相关专业主干课程之一。 操作系统是计算机系统不可缺少的重要组成部分，是计算机硬件功能的首次扩充，任何计算机的使用都离不开操作系统。 操作系统对计算机系统资源实施全面管理，是所有其他软件与计算机硬件的唯一接口，所有用户都要在操作系统上使用计算机，都要得到操作系统提供的服务。,学习目的,本课程的教学目的是培养学生理解和掌握计算机操作系统的基本工作原理、设计技术及设计方法。 通过本课程的学习，要求学生理解操作系统的基本概念和主要功能，掌握常用操作系统（如Windo

2、ws、Unix、Linux）的使用和一般管理方法，理解它是如何组织和运作的，从而为以后的学习和工作打下坚实的基础。, 教材 计算机操作系统教程 张尧学 史美林 清华大学出版社参考教材 计算机操作系统教程 徐甲同 西安电子科技大学出版社 计算机操作系统 许曰滨 北京邮电学院出版社 操作系统基础 屠祁 清华大学出版社 计算机操作系统 汤子瀛 西安电子科技大学出版社考核：平日（30%）+ 期末（70%）,第一章 绪论,1.1 操作系统概念 1.2 操作系统的历史 1.3 操作系统的基本类型 1.4 操作系统功能 1.5 计算机硬件简介 1.6 算法的描述 1.7 研究操作系统的几种观点,本章学习目标

3、,掌握操作系统的概念 了解操作系统的发展 掌握操作系统的类型和功能 了解计算机硬件 掌握算法的描述 了解研究操作系统的意义,1.1 操作系统概念,1.计算机系统 2.操作系统的定义 3.操作系统和硬件软件的关系 4.引入操作系统的目的,1.计算机系统,一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。计算机硬件：各种物理设备的总称，是完成工作任务的物质基础。计算机软件：程序和与程序相关的文档的集合，按功能划分，可分为系统软件和应用软件。,2. 操作系统的定义,通常，把未配置任何软件计算机叫做“裸机”。 操作系统是在裸机上加载的第一层软件，是对计算机硬件系统功能的首次扩充。 操作系统是控制和

4、管理计算机系统的硬件和软件资源，合理的组织计算机工作流程以及方便用户使用的程序和数据的集合。,3.操作系统和硬件软件的的关系,4. 引入操作系统的目的,用户：提供良好的界面，使得用户和计算机之间和谐交互；提供可靠安全的服务管理。 系统管理者：合理组织计算机工作流程，管理和分配系统硬件及软件资源。 发展：为计算机系统的功能扩展提供支撑平台，追加新的功能和服务时不影响原有功能和服务。,1.2 操作系统的历史,1.2.1 手工操作阶段 1.2.2 早期批处理 1.2.3 多道程序系统 1.2.4 分时操作系统 1.2.5 实时操作系统 1.2.6 通用操作系统 1.2.7 操作系统的进一步发展,1.

5、2.1 手工操作阶段,从第一代计算机诞生到20世纪50年代中期还未出现操作系统，这时的计算机采用人工操作方式。其过程是：,1.2.1 手工操作阶段,【工作方式】： 用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员；编程语言：为机器语言；输入输出：纸带或卡片； 【计算机的工作特点】： 用户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低； CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低； 【主要矛盾】： 计算机处理能力的提高，手工操作的低效率 用户独占全机的所有资源；,1.2.2 早期批处理联机批处理,所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统软件，在它

6、的控制下，计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的作业。 首先出现的是联机批处理系统。如下图所示。,1.2.2 早期批处理联机批处理,用户提交作业：以纸带或卡片为介质； 操作员合成批作业：结果为磁带介质； 批作业处理：对批作业中的每个作业进行相同的处理：从磁带读入用户作业和编译链接程序，编译链接用户作业，生成可执行程序；启动执行；执行结果输出。 【存在的问题】：慢速的输入输出处理仍直接由主机来完成。输入输出时，CPU处于等待状态。,1.2.2 早期批处理脱机批处理,在外设处理数据时，主机处理“忙等”状态，这样高速的主机与慢速的外设矛盾就显现出来。为了克服与缓解主机与外设的矛盾。我们引入脱机批

7、处理系统，即脱离主机控制的输入/输出批处理系统。,1.2.2 早期批处理脱机批处理,利用卫星机完成输入输出功能。主机与卫星机可并行工作。 卫星机：完成面向用户的输入输出（纸带或卡片），中间结果暂存在磁带或磁盘上。 作业控制命令由监督程序(monitor)来执行，完成如装入程序、编译、运行等操作。 【优点】：同一批内各作业的自动依次更替，改善了主机CPU和I/O设备的使用效率，提高了吞吐量。 【缺点】：磁带或磁盘需要人工装卸，作业需要人工分类，监督程序易遭到用户程序的破坏（由人工干预才可恢复）。,回顾,操作系统的概念 控制和管理计算机系统的硬件和软件资源，合理的组织计算机工作流程以及方便用户使用

8、的程序和数据的集合。 操作系统的历史 手工操作阶段 早期批处理阶段,60年代计算机硬件获得两个重大的进展：通道技术和中断技术。 通道:是一种专用部件，负责外部设备与内存之间信息的传输。 中断:指主机接到外界的信号（来自CPU外部或内部）时，立即中止原来的工作，转去处理这一外来事件，处理完后，主机又回到原来工作点继续工作。 借助通道、中断技术和输入输出可在主机控制下完成批处理。,1.2.2 执行系统,执行系统中的监督程序常驻内存。 执行系统不仅负责调度作业自动地运行，而且还要控制I/O，通道完成，主机和通道、主机和输入输出设备都可以并行操作。 和早期批处理系统不同的是:输入输出工作在主机控制下的

9、虽然批处理系统能调度作业自动地运行，但存在如下缺点： 系统没有任何保护自己的措施； 程序进入死循环必须要程序员干预。 上述批处理系统，每次只调用一个用户作业程序进入内存并运行，成为单道运行。,1.2.3 多道程序系统,多道程序设计技术：在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。宏观上并行，微观上串行。 多道批处理系统：在批处理系统的中采用多道程序设计技术就形成了多道批处理系统。该系统把用户提交的作业成批地送入计算机内存，然后由作业调度程序自动地选择作业运行。,1.2.3 多道程序系统,1.2.3 多道程序系统,这种处理方式，在内存中总是同时存在几道程序，系

10、统资源得到比较充分的利用。 【优点】：缩短作业之间的交接时间，减少处理机的空闲等待时间，提高系统的吞吐量。 【缺点】：用户响应时间较长。用户既不能了解自己程序的运行情况，也不能控制计算机。 【技术问题】：同步和互斥机制；提高内存的使用率；内存保护。,1.2.4 分时操作系统概念,分时技术是把处理机的时间分成很短的时间片，这些时间片轮流地分配给各个联机的各作业使用。如果某作业在分配给它的时间片用完时仍未完成，则该作业就暂时中断，等待下一轮运行，并把处理机的控制权让给另一个作业使用。这样在一个相对较短的时间间隔内，每个用户作业都能得到快速响应，以实现人机交互。,1.2.4 分时操作系统 特性,多路

11、性：在一台主机上连接多个用户终端。从宏观上看，多个用户同时工作，共享系统的资源；从微观上看，各终端程序是轮流使用一个时间片。多路性提高了系统资源的整体利用率。 交互性：用户在终端上能随时通过键盘与计算机进行“会话”，从而获得系统的各种服务，并控制作业程序的运行。 独立性：每个用户在自己的终端上独立操作，互不干扰，感觉不到其他用户的存在，就如同自己“独占”该系统似的。 及时性：用户程序是轮流执行CPU的一个时间片，但由于计算机的高速处理能力，能保证在较短和可容忍的时间内响应和完成处理用户请求。,1.2.5 实时操作系统概念,所谓“实时”，是指能够及时响应随机发生的外部事件并对事件做出快速处理的一

12、种能力。而“外部事件”，是指与计算机相连接的设备向计算机发出的各种服务请求。 实时操作系统是能对来自外部的请求和信号在限定的时间范围内做出及时响应的操作系统。,1.2.5 实时操作系统分类,实时控制：要求与被控制的变化速度相比，其反应速度足够快；工作安全；需要人工干预时，操作简便。如生产过程控制，宇航自动控制等。 实时信息处理系统：要求计算机能够在容许的延迟时间内，相应外部的事件请求，完成对该事件的处理，并控制所有的实时设备和实时任务协调运行。如飞机订票系统, 期货、股票交易系统等。,1.2.5 实时操作系统特性,系统对外部的信号必须能及时响应，(在规定的时间内（deadlin）)； 要求高可

13、靠性和安全性，效率则放在第二位； 系统整体性强； 不要求很强的“会话”能力。,1.2.6 通用操作系统,目前的操作系统，通常具有分时、实时和批处理功能，又称作通用操作系统。可适用于计算、事务处理等多种领域，能运行在多种硬件平台上，如 UNIX系统、Windows NT等。通用化、小型化,1.2.7 操作系统的进一步发展,随着微处理器的出现和发展，操作系统有了进一步的发展：1.个人计算机上的操作系统；2.嵌入式操作系统；3.网络操作系统；4.分布式操作系统；5.智能化操作系统。,1.3 操作系统的基本类型,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

14、统,基本类型,1.3.5 个人计算机上的操作系统,联机的交互式单用户操作系统。 多媒体技术的发展要求计算机具有高速信号处理、大容量内存等能力。 目前个人计算机上使用的操作系统以Windows系列和Linux系统为主。,1.3.6 网络操作系统概念,计算机网络：通过通信设施将物理上分散的具有自治功能的多个计算机系统互联起来的，实现信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。简言之，是计算机技术与通信技术相结合的产物,是互连起来的计算机的集合。 网络操作系统：在通常操作系统功能的基础上提供网络通信和网络服务功能的操作系统。如UNIX、LINUX, WINDOWS NT都是网络操作系统。,1.3.

15、6 网络操作系统功能,高效、可靠的网络通信 对网络中共享资源（在LAN中有硬盘、打印机等）有效的管理 提供电子邮件、文件传输、共享硬盘、打印机等服务 网络安全管理 提供互操作能力,1.3.7 分布式操作系统概念,分布式计算机系统：以计算机网络为基础的计算机系统，包含多台处理机，每台处理机完成系统中指定的一部分功能。 从硬件上讲，它与计算机局域网没有任何区别，关键是软件。计算机网络也可认为是一种分布式系统。 分布式操作系统：在各处理机之间采用无主从关系来设计的操作系统。除了最低级的输入输出支援外，所有的系统任务可以在系统中任何处理机上运行。系统有高度的并行性和有效的同步方法。,1.3.7 分布式

16、操作系统功能,进程迁移 分布式同步 任务分配 资源管理,网络和分布式的区别,1) 分布式系统的各个计算机之间处于平等地位无主从关系；网络有一些主从关系 2) 分布式系统资源为所有用户共享；而网络有限制地共享。 3) 分布式系统中一项任务可分给若干处理单元相互协作共同完成，而网络往往是各司其责,现代操作系统的主要特征,现代操作系统的主要特征设置操作系统的目的就是提高计算机系统的效率，增强系统的处理能力，充分发挥系统的利用率，方便用户使用。因此现代操作系统普遍采用以多道程序设计为基础的并行操作技术。主要特征如下：1）并发性(concurrency)2）共享性(sharing)3）虚拟性(virtual)4）异步性(asynchronism),1.并发性,并发性(concurrency)多个事件在同一时间段内发生。操作系统是一个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的并发。操作系统要完成这些并发过程的管理。并行(parallel)是指在同一时刻发生。 在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替执行（在单处理器情况下） 。 程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是进程（或称作任务），并发指的是进程。 并行（parallel）：指多个事件在同一时刻发生。,