[工学]操作系统第1章 绪论

《[工学]操作系统第1章 绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[工学]操作系统第1章 绪论（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第1章绪论,10,1.1操作系统在计算机系统中的地位 1.1.1存储式计算机的结构和特点,1.存储程序计算机,五大部件： 运算器、控制器、存储器、输入/输出设备。 寄存器是中央处理器内的组成部分，暂存指令、数据和位址。 总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,1.存储程序计算机,计 算 机 系 统,软件,硬件,系统软件,用户软件,OS系统,编译软件 编译系统,2 操作系统与各层的关系,与硬件的关系 控制CPU的工作 访问存储器 设备 驱动、中断处理,下层硬件环境的制约 提供OS运行基础 限制了OS的功能实现,2 操作系统与各层的关系,与用户及其他软件的关系 控制、管理，用

2、户需求 提供方便的用户界面 提供优质的服务,1.2操作系统的形成和发展,操作系统的形成和发展,操作系统的发展是与计算机硬件的发展紧密相关的。,1.2操作系统的形成和发展 1.2.1 操作系统发展的初级阶段,1. 手工操作阶段,1. 手工操作阶段,Three views of paper tape,1. 手工操作阶段,特点 无任何软件 有人工干预 独占性 串行性 问题 当CPU速度提高时，出现了 机器 作业在机器上 人工操 操作时间与机器 速度 计算所需时间 作时间 有效运行时间之比 1万次/秒 1小时 3分钟 1 ：20 60万次/秒 1分钟 3分钟 3 ：1,人 机矛盾,1. 手工操作阶段,

3、联机批处理 纸带（卡片）-输入机-输入磁带-内存-输出磁带-输出设备 特点： 问题： CPU与I/O设备串行，CPU高速与I/O慢速的矛盾， 解决办法：由卫星机负责I/O,监督程序,作业自动过渡,顾名思义，批处理就是对某对象进行批量的处理。,2. 批处理阶段,脱机批处理 特点：主机与卫星机并行操作， 主机摆脱了 I/O操作 问题：磁带需要拆卸；保护问题 解决办法：执行系统,*卫星机的功能： 输入设备通过它把作业输入到输入磁带。 输出磁带将作业执行结果输出到输出设备。,2. 批处理阶段,早期批处理系统是最早出现的一种OS，严格地说，它只能算作是OS的前身而非人们现在所理解的OS，但它仍比人工操作

4、方式的系统有很大的进步。,2. 批处理阶段,20世纪的60年代，硬件的技术发展出现了通道和中断。 通道是一种专用的处理器，它能控制一台或多台外设工作，负责外部设备与主存之间的数据传输。它受CPU控制，但是启动后能独立于CPU运行，这样CPU和通道能并行操作。,3. 执行系统,中断，是指主机接收到某种信号时，马上停止原来的工作，转去处理另一件事情，当时间处理完毕，主机又回到原来的工作点工作。,3. 执行系统,什么是执行系统 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地运行，而且还要提供I/O控制功能。它常驻主存，称为执行系统。 基本功能 I/O控制功能 调度

5、 特点 主机、外设并行操作；增强了保护能力。,3. 执行系统,3. 执行系统,问题 程序执行仍是单道,CPU和和外设的并行程度有限，不能完全消除CPU的等待 。,1.2操作系统的形成和发展 1.2.2操作系统的形成,单道程序程序的工作情况,1.多道程序设计技术,什么是多道程序程序设计技术 在计算机主存中同时存放几道相互独立的程序。这些程序在管理程序控制之下，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。,1.多道程序设计技术,多道程序的工作情况,中央处理机,外部设备,输入 结束,程序B,打印 输出,输入,绘图 输出,输出结束,

6、输出结束,程序A,输入结束,程序A,程序B,输入,外部设备,1.多道程序设计技术,1.多道程序设计技术,多道运行的特征 多道 宏观上并行 微观上串行,什么是分时技术 所谓分时技术，是把处理机时间划分成很短的时间片(如几百毫秒)轮流地分配给各个联机作业使用，如果某个作业在分配的时间片用完之前计算还未完成，该作业就暂时中断，等待下一轮继续计算。,2.分时技术,分时处理 一台计算机与许多终端设备连接，终端用户以联机方式使用计算机。,实时处理 什么是实时 计算机对于外来信息能够在被控对象允许的截止期限(deadline)内作出反应。 实时处理 以快速反应为特征，对实时信号能在截止期限之内处理并作出反应

7、。,2.分时技术,个人计算机上的操作系统 嵌入式操作系统 网络操作系统 分布式操作系统 智能化操作系统,1.2.3操作系统进一步发展,操作系统形成与发展过程,1.3操作系统的基本概念 1.3.1操作系统的定义和特性,1. 资源共享与资源竞争,资源共享 多个计算任务对计算机系统资源的共同享用。 资源竞争 多个计算任务对计算机系统资源的争夺。,并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 并行性：指两个或多个事件在同一时刻发生 程序的并发执行是为了改善系统资源的利用率并可提高系统的吞吐量，但同时也会使系统的管理更加复杂化。,2. 并发和并行,3. 操作系统的定义与特征,操作系统的定义 操作系统是

8、一个大型的程序系统（系统软件），它负责计算机系统软、硬件资源的分配；控制和协调并发活动；提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。,3. 操作系统的定义与特征,操作系统的特征 并发：能处理多个同时性活动的能力 共享：多个计算任务对系统资源的共同享用 不确定性：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。,1.3操作系统的基本概念 1.3.2操作系统的资源管理功能,1. 处理机管理 提出进程调度策略 确决将CPU先分给哪个用户程序，它占用多长时间，下一个又该轮到哪个程序运行等问题。 给出进程调度算法 进行处理机的分派 在调度时机到来时，进行处理机分派。,2. 存储器管理 存

9、储分配和存储无关性 确定各应用程序在主存中的位置及所占区域的大小；应用程序无需关系存储细节，由存储管理模块提供地址重定位能力。 存储保护 系统提供基址、界限寄存器等存储保护方法，使各应用程序相互隔离。 存储扩充 系统提供虚拟存储技术，扩大逻辑主存。,3. 设备管理 设备无关性 用户向系统申请和使用的设备与实际操作的设备无关，以达到方便用户、提高设备利用率的目的。 设备分配 为各应用程序和运行实体分配各种设备。设备分配通常采用三种基本技术：独享、共享及虚拟技术。 设备的传输控制 启动设备、中断处理、结束处理,31,4. 信息管理(文件系统) 信息组织 存取方法 文件共享 文件安全 文件完整性 磁

10、盘空间分配,5. 用户接口,为用户提供操作接口和程序接口,操作系统的资源管理观点,1.4操作系统的基本类型,1. 批量操作系统 一般用于处理商业和科学应用。 什么是批量操作系统 批量操作系统是操作系统的一种类型。该系统把用户提交的作业成批送入计算机，然后由作业调度程序自动选择作业，在系统内多道运行。 特点 系统吞吐率高脱机操作 多道运行 合理搭配作业 作业周转时间长，用户使用不方便。,2. 分时操作系统 什么是分时操作系统 分时操作系统是操作系统的另一种类型。它一般采用时间片轮转的办法，使一台计算机同时为多个终端用户服务。该系统对每个用户都能保证足够快的响应时间，并提供交互会话功能。 特点 并

11、行性 独占性 交互性,3. 实时系统 什么是实时系统 实时操作系统对外部输入的信息，能够在规定的时间内处理完毕并作出反应。 实时系统的分类 硬实时系统 系统必须满足应用程序对截止期限(deadline)的要求，若错过了截止期限，将导致灾难性后果。,3. 实时系统,软实时系统 系统中截止期限被错过的情况下，只造成系统性能下降而不会带来严重后果。 配置实时操作系统，可以对科学实验、医学成像系统、工业控制系统、武器装备控制系统和特定显示系统进行实时控制的系统。,特点 及时响应 高可靠性和安全性 实时操作系统的类型 实时控制 生产过程控制、作战指挥 实时信息处理 订购机票、情报检索,3. 实时系统,4

12、. 桌面系统（个人计算机） 个人计算机出现于20世纪70年代 随着微电子技术的发展，操作系统的目标 不再是最大化CPU和外设的利用率 而是最大化用户方便性和响应速度 各种类型的Windows替代MS-DOS； IBM公司将MS-DOS升级为多任务OS/2； UNIX运行在个人计算机上； 出现了Linux个人计算机操作系统(类似于UNIX),5. 计算机网络 定义 利用通信线路将一些独立自治的计算机相互连接形成的一个集合体称为计算机网络。 特点 多个处理部件； 无公共内存； 具备消息通信 机制,网络操作系统 网络操作系统除了具备一般操作系统应具有的功能模块之外（如处理器管理、设备管理、存储管理、

13、文件系统等），还要增加一个网络通信模块。该模块由通信接口中断处理程序、通信控制程序以及各级网络协议软件组成。,41,网络操作系统,计算机网络的局限性 不能支持透明的资源存取 不能对网络资源进行有效、统一的管理 协作能力差,分布式系统 分布式操作系统的基础是网络 系统中的各台计算机无主次之分，既没有控制整个系统的主机，也没有受控制的从机。系统中的每个节点都是一个完整的处理系统。 系统中所有的资源共享，高层的操作系统对资源进行统一的控制。,42,6. 分布式系统 系统中的硬件，软件，数据库资源冗余配置。 系统中若干台计算机可以协作完成一个共同的任务。 系统的透明性：用户发出使用请求，不需要指定哪些

14、资源为他服务，而只需要指明需要哪些服务。,42,1.6 Linux系统概述,Linux系统简介 Linux系统是一个类UNIX的操作系统，与UNIX在操作系统功能、使用方法等方面极为相似。Linux是一个多用户、多任务操作系统。由于它开放源代码，功能强大，受到广大用户的欢迎。,43,1.Linux系统简介,Linux的第一个内核版本（0.01）在1991年9月被发布在Internet上，随后在10月份第二个版本就发布了。 1994年3月14日发布了第一个正式版本Linux 1.0,Linus Torvalds（2002）,Linux Logo,vs.,GNU是一个OSS（Open Source

15、 System）计划的社区组织。自由软件运动的思想核心：“思想共享，源码共享”。 Richard Stallman他于1984年创立了GNU，1985年创建了FSF（自由软件基金会），1991年公布了GPL2.0版（General Public License，普遍公用许可）。,1.Linux系统简介,1.Linux系统简介,从1983年开始的GNU计划致力于开发一个自由并且完整的类Unix操作系统，包括软件开发工具和各种应用程序。到1991年Linux内核发布的时候，GNU已经几乎完成了除了系统内核之外的各种必备软件的开发。在Linus Torvalds和其他开发人员的努力下，GNU组件可以

16、运行于Linux内核之上。 Linux实际上指的GNU/Linux,2.Linux操作系统的组成,2.1 Linux内核,Linux内核版本的命名一直遵从以下规则：即核心版本号由形如x.x.xx的三组数字组成，例如：2.2.30、2.3.121、2.4.0等等。 主版本号.次版本号.修正序列号 次版本号是偶数的表示是稳定版，是奇数表示是测试版 内核源代码可以在：http:/ftp.kernel.org/ 下载,Linux shell是系统提供的操作接口。,45,2.2Linux shell,2.3X-windows,可视化的命令输入接口X-windows图形用户界面，包括窗口、图标和菜单，所有的管理都通过鼠标控制。,2.4 Linux 实用工具,编辑器、浏览器、媒体播放器等。 Linux系统的编辑器主要有Ed、 Ex、Vi、和Emacs。Ed和Ex是行编辑器，Vi、和E