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1、00:41:25,信电学院康振华制作,1,操作系统概论,00:41:25,信电学院康振华制作,2,1.1 操作系统的概念 1.2 操作系统的历史回顾 1.3 操作系统的类型 1.4 操作系统的特征 1.5 操作系统与用户的接口 1.6 操作系统的结构 1.7 操作系统的硬件环境,第一章 引言,00:41:25,信电学院康振华制作,3,1.1操作系统的概念,一、操作系统的地位 裸机（Bare Machine）:没有任何的软机支持的 计算机。它仅仅构成了计算机系统的物质基础。 一个完整的计算机系统由两大部分组成： 计算机硬件和计算机软件。,00:41:25,信电学院康振华制作,4,(一)计算机的硬
2、件,1.硬件的概念 指计算机系统中由电子、机械和光电元件 等组成的各种计算机部件和计算机设备。,2. 计算机硬件系统的基本组成,运算器 控制器 存储器,中央处理器,输入设备 输出设备,00:41:25,信电学院康振华制作,5,(二)计算机的软件,1.软件的概念,软件是由计算机硬件执行以完成一定任务的所有程序及其数据 。,2.软件的分类,分为系统软件和应用软件,00:41:25,信电学院康振华制作,6,其中,系统软件由操作系统、程序设计语言、 语言处理程序、数据库管理系统、网络系统 和常用服务系统等组成。,应用软件是指专门为某一应用目的而 用系统软件编制的软件系统。,00:41:25,信电学院康
3、振华制作,7,计算机系统的层次结构,用 户,应用软件,其他系统软件,裸机,操作系统,操作系统-系统软件的核心,将文件存到磁盘上,遵命！,遵命,文件正确保存,00:41:25,信电学院康振华制作,10,二、操作系统的目标：,公司的管理部门，要提高经济效益，至少需要实现三个管理目标： (1)为客户提供种种方便，以争取接到尽量多的订单； (2)制定生产计划，组织加工流程，提高生产效率，保证 产品质量； (3)及时获取并管理好所需各种资源，充分发挥资源作用， 尽量消除浪费资源现象。,举例,00:41:25,信电学院康振华制作,11,操作系统的目标是：,1.方便性（用户的观点）： 提供良好的、一致的用户
4、接口，弥补硬件系统的类型和数量差别 2.有效性（系统管理人员的观点）： 管理和分配硬件、软 件资源，合理地组织计算机的工作流程. 3. 可扩充性 随着VLSI技术和计算机技术的迅速发展，计算机硬件和体系结构也随之发展，对OS提出了更高的功能和性能要求。 4.开放性：各种类型的计算机硬件系统，出自不同的厂家，要使之通过网络加以集成化并能协调工作，实现应用程序的可移植性和互操作性。要求具有同一的开放环境。,00:41:25,信电学院康振华制作,12,操作系统的五大管理功能：,处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和 作业管理。,打开一个word处理程序，OS需要作什么？ 系统需要为word处理
5、程序进行存储资源的分配 进程的管理将结果输出到外部设备 系统还需要有极强的容错性和稳定性，能够避免由于应用程序的不稳定，而影响整个应用程序的不稳定,00:41:25,信电学院康振华制作,13,操作系统的定义,操作系统是合理组织计算机的工作流程，有效控制和管理计算机系统的各类资源，并方便用户使用计算机的程序集合。 （补充：是用户和计算机的接口）,00:41:25,信电学院康振华制作,14,1.2 操作系统的历史回顾,“需求推动发展”,(1) 提高资源的利用率和系统性能 (2)方便用户：用户上机、调试程序 (3) 分散计算时的事务处理和非专业用户 （商业和办公、家庭） (4) 器件的发展,00:4
6、1:25,信电学院康振华制作,15,1946年到50年代 第一代电子管计算机,工作方式：用户既是程序员，又是操作员； 编程语言：为机器语言； 输入输出：纸带或卡片； 工作特点：用户独占全机, 资源不共享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 （造成浪费）； 提高效率的途径：专门的操作员，批处理,00:41:25,信电学院康振华制作,16,50年代末 60年代中 单道批处理系统 (simple batch processing) （晶体管）,利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门的监督程序（Monitor）自动依次处理。 可使用汇编语言开发。
7、存在问题： CPU和I/O设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）。对计算为主的作业，外设空闲；对I/O为主的作业，CPU空闲。人机矛盾仍然存在。,00:41:25,信电学院康振华制作,17,操作系统的完善,通道技术和中断技术的出现使监督程序在负责作业运行的同时提供I/O控制功能。 通道：专用的I/O处理器，可与CPU并行工作，使 I/O联机处理。 中断：是指CPU在收到外部中断信号后，停止原来工作，转去处理该中断事件，完毕后回到原来断点继续工作。,00:41:25,信电学院康振华制作,18,60年代中 多道程序批处理系统：,为进一步提高资源的利用率和系统的吞吐量，引入多道程序批处理系统操作系
8、统终于代替人工成了计算机系统的“管家”，其发展进入了成熟期，UNIX是这个时期的典型代表。,00:41:25,信电学院康振华制作,19,操作系统的发展 从1980年至今,建立在大规模集成电路基础上的第四代计算机蓬勃发展。从个人计算机到并行机，再到网络，计算机体系结构也不断发展变化。 微机操作系统、并行操作系统、分布式操作系统、网络操作系统和嵌入式操作系统等相继产生。 操作系统的使用界面也从字符界面变成了图形界面。操作系统的结构除了有序分层的模块化结构外，还出现了虚拟机结构和客户/服务器加微内核结构等。 DOS、OS/2、Windows和Linux等是这一时期的典型代表。,00:41:25,信电
9、学院康振华制作,20,1.3 操作系统的类型*,按机器硬件的结构与规模可分为： 大型机操作系统、中型机操作系统、小型机操作系统、 微型机操作系统、网络操作系统、嵌入式操作系统 按系统能同时响应的用户与任务个数分为： 单用户单任务操作系统、单用户多任务操作系统 多用户多任务操作系统等 按系统处理任务的方式分为： 多道批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、 分布式操作系统,00:41:25,信电学院康振华制作,21,一、 批处理操作系统(OS/360 MVT),多道批处理系统(multiprogramming system) 多道：内存中同时存放几个作业 1。运行方式： 宏观上并行运行：都处
10、于运行状态，但都未运行完； 微观上串行运行：各作业交替使用CPU；,00:41:25,信电学院康振华制作,22,2。多道批处理系统的特征：,优点：（1）资源利用率高 （2）作业吞吐量大 （3）系统开销小 缺点： （1）用户交互性差 （2）作业平均周转时间长,00:41:25,信电学院康振华制作,23,二、 分时操作系统 (Time-sharing Operating System),分时系统示意图,00:41:25,信电学院康振华制作,24,1分时的概念与实现,分时：指若干并发程序对CPU时间的共享，通过系统软件实现。 指多个用户分享使用同一台计算机。两个或多个事件按时间划分轮流使用计算机系统
11、中的某一资源。 实现分时的基本方法是设立一个时间分享单位时间片(time slice)。它是系统规定进程一次使用处理机的最长时间。时间片的长短可以因不同系统而异，通常100ms左右。,00:41:25,信电学院康振华制作,25,实现思想如下：,每个用户在各自的终端上以问答方式控制程序运行，系统把中央处理器的时间划分成时间片，轮流分配给各个联机终端用户，每个用户只能在极短时间内执行，若时间片用完，而程序还未做完，则挂起等待下次分得时间片。,00:41:25,信电学院康振华制作,26,2分时系统的引入,分时系统的产生则是为了满足用户的需求 在批处理系统中，用户不能干预自己程序的运行，无法得知程序运
12、行情况，对程序的调试和排错不利。 CTSS是最早的分时操作系统，Unix是目前广泛使用的一个分时操作系统,00:41:25,信电学院康振华制作,27,3分时系统的特征,（1）交互性。有人把分时系统称为交互系统。 （2）及时性。终端用户的请求能在很短的时间内获得 响应，通常为23秒钟。 （3）独占性。每个用户各占一个终端，彼此独立操作， 互不干扰，感觉好象自己独占主机一样。 （4）同时性（也叫多路性）提高了系统资源利用率， 节省了开支 。,00:41:25,信电学院康振华制作,28,三、 实时操作系统 (Real Time Operating System),实时系统则是指系统对特定输入做出反应
13、的速度足以控制发出实时信号的对象，或者说计算机能够实时地响应外部事件的请求，在规定的短时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地运行。,00:41:25,信电学院康振华制作,29,1实时系统的类型,实时控制系统和实时信息处理系统 (信息查询系统和事务处理系统)。,导弹制导系统，飞机自动驾驶系统，火炮自动控制系统 ？ 气象预报系统、飞机订票系统和股票交易系统 情报检索系统 ？,00:41:25,信电学院康振华制作,30,2实时系统的特征,除了多路性，独占性外，还有下面的特征 （1）稍弱的交互性 它仅允许操作人员访问系统中某些特定的专用服务程序，一般不许写入或修改现有程序，不
14、象分时系统那样能向终端用户提供数据处理和资源共享等服务。 （2）实时性 对及时性的要求比分时系统要高，常以控制对象所能接受的延迟时间来确定，可以是秒级，也可以是毫秒级，甚至是微秒级。 （3）可靠性 常采用多级容错措施，以保证系统的安全可靠。,00:41:25,信电学院康振华制作,31,说明：,批处理系统、分时系统和实时系统是三种基本的操作系统类型。而一个实际的操作系统，可能兼有三者或其中两者的功能。 例如，在VAX11系列机上所配置的VMS操作系统，便是一个兼有分时、实时和批处理功能的操作系统。,00:41:25,信电学院康振华制作,32,四、 单用户操作系统,单用户单任务操作系统： 在同一段
15、时间内仅为一个用户提供服务。由于一个用户独占整个计算机系统，操作系统资源管理的任务变得不重要，为用户提供良好的工作环境成了这类操作系统最主要的目标。如MS-DOS、CP/M等。 单用户多任务操作系统： 只允许一个用户上机，但允许将一个用户程序分为若干任务，使他们并发执行。Windows9x就是图形用户界面的单用户多任务操作系统的典型代表。,00:41:25,信电学院康振华制作,33,五、 网络操作系统,将地理上分散的自主计算机通过通信系统的线路互连而成计算机网络。 网络操作系统是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。网络操作系统为网上计算机进行方便而有效的网络资源共享
16、，提供网络用户所需各种服务的软件和相关规程的集合。 三大阵营：UNIX、Windows NT 、Netware 等,00:41:25,信电学院康振华制作,34,六、分布式操作系统*,集中式计算机系统： 以往的计算机系统中，其处理和控制功能都高度地集中在一台计算机上，所有的任务都由它完成 分布式计算机系统 指由多台分散的计算机，经互连网络连接而成的系统。每台计算机高度自治，又相互协同，能在系统范围内实现资源管理，任务分配、能并行地运行分布式程序。,00:41:25,信电学院康振华制作,35,1分布式操作系统与网络操作系统比较,（1）分布性：系统中的若干台机器可以互相协作来完成同一个任务 （2）并行性：它的任务分配程序可将多个任务甚至单一应用分配到多个处理单元并行执行 （3）统一性： 每个计算机共享一个统一的
