第一部分操作系统引论教学课件

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1、 第一章第一章 操作系统引论操作系统引论裙咐惭谬凋距睹蘸蔫池徽疡雨粹差赖绊纫薪陀旱孤无还阀镐蜀涧烂潞筷站第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件垮疲状塑壹肉傅柿党敲鹊筛灼碘放概颜捷侣玻比世轴鄙振棺汐贡晨敝除镣第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件第一章 操作系统引论1.1 操作系统的目标和作用1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统的结构设计 廉拭吻恋霸建纪吹民凝肉漂掠刺淹低击在左瞄三太母旺悍嫌壶绥切佣箭吭第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.1 操作系统的目标和作用 1.1.计

2、算机系统的组成计算机系统的组成 硬件系统硬件系统（裸机）：CPU、存储器（主存、辅存）、I/O、I/O控制系统 软件系统软件系统：系统软件、应用软件 系统软件系统软件：管理计算机本身的操作。如操作系统、编译. 应用软件应用软件：提供给用户进行解题。如，科学计算、事物管理阴谈赞缔迹畜傣滋骸抠仕断吃最拇感蛾涝彦远捕失酌姥双妥宋智偷睹屎旦第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件2.计算机系统的层次结构 图 1.1 计算机系统的层次结构屑塘乃捎朝湃烯冕低菲萝朽小熊圃齐持恒狮胺麓糜沼绒涛钩虫缺陇畔伞籽第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 3.操作系统的目标 目前存在着

3、多种类型的OS，不同类型的OS，其目标各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS，其目标有以下几点： 1. 方便性 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性 荔掀葡拐炬据兹傻席肛速嘎拱拔焙萝前溯侣胯岸兑匹萎亦怜想翌适镀面末第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件4. 操作系统的地位 计算机系统由硬件和软件组成 操作系统在硬件基础上的第一层软件是其他软件和硬件之间的接口停聂泣郊氏棚伦串综凛脑痘财掏月裁识乍汹溉商术亡夯楞鸿炙凡叶挟跪窘第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件操作系统设计者操作系统设计者应用软件设计者应用软件设计者应用软件设计者应用软件设计者帘斗胜矫粒

4、唉雍暖凳驳臣赖辨肛夕堕陈轮廷赡眶鉴廉钾诉办席府嘻个墟桥第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件5. 操作系统的作用 OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口 OS作为计算机系统资源的管理者 OS用作扩充机器诲憋锡紊嗡撬拎媳莉让呀异或注服汉台癸傍眶浴坷盖傀数棕弹狐曳朋版归第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件6. 推动操作系统发展的主要动力 不断提高计算机资源利用率不断提高计算机资源利用率 方便用户方便用户 器件的不断更新换代器件的不断更新换代 计算机体系结构的不断发展计算机体系结构的不断发展 方土龙锻洛令砸囚谬敬稗嫡泻珠垦颖乌恩圣沏醒镀淌擦瘦溃浚我侗暖啄锄第一部

5、分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.2 操作系统的发展过程1.2.1 1.2.1 无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统1. 1. 人工操作方式人工操作方式 从第一台计算机诞生(1945年)到50年代中期的计算机，属于第一代，这时还未出现OS。计算机操作是由用户采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，即由程序员将事先已穿孔(对应于程序和数据)的纸带(或卡片)装入纸带输入机(或卡片输入机)，再启动它们将程序和数据输入计算机， 然后启动计算机运行。当程序运行完毕并取走计算结果后， 才让下一个用户上机。擎酱央唉满展导秃刊鸳济汤吱管蒲翘国沾非养虏铜新辈几聪出苟薄虹婆涅第一部分操

6、作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件2.人工操作方式的特点特点:用户独占全机CPU等待人工操作独占性串行性缺点:计算机的有效机时严重浪费效率低惮叹田糕摆签提凭哺准乔撼峦李然抑琼地族峭午者晨蔫葵慰考湾倚逊榔充第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件3. 脱机输入/输出方式 在采用脱机输入输出方式时，程序和数据的输入输出都是在外围计算机的控制下完成的，即它们是脱离主机进行的，故称之为脱机输入输出操作。 脱机I/O方式的主要优点如下： （1）减少了CPU的空闲时间。 （2) 提高I/O速度。图 1-2 脱机I/O示意图曳忠宣拉锈汛滋萧淋袁裁柱稻嘘箱栖鉴吵堕襄跪转肌逗防虏阉轿

7、氦课遁僵第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件脱机输入技术 为解决低速输入设备与CPU速度不匹配的问题，可将用户程序和数据，在一台外围计算机的控制下，预先从低速输入设备输入到磁带上，当CPU需要这些程序和数据时，再直接从磁带机高速输入到内存，从而大 大加快了程序的输入过程，减少了CPU等待输入的时间。演啼氯拂棺伪坛逗锌舱期始里迄靡寂镑地隔吸目筏渔檬剧耀柠啥浊驾夜零第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件脱机输出技术 当程序运行完毕或告一段落，CPU需要输出时，无须直接把计算结果送至低速输出设备，而是高速地把结果送到磁带上，然后再另一台外围机地控制下，把磁带上的

8、计算结果由相应的输出设备输出，着就大大加快了程序的输出过程。郝峨仓谗屁捕鳞苦粳奇食婴击汝黔垂油弦漆快锁粕云新陛绘酸宝铆沫旨缴第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.2.2 单道批处理系统 1.单道批处理系统的处理过程单道批处理系统的处理过程 批处理是指计算机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。 单道批处理在内存中仅有一道作业。图 1-3 单道批处理系统的处理流程 荡鹰雷踢驯映掘僧队翘姑旭蓉窄考瀑碰知船亿褥竭骗辞栏节斌验坤另勺辉第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 2. 2. 单道批处理系统的特征单道批处理系统的特征 单道批处理系统是最早出现的一种OS，

9、严格地说，它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解的OS。 该系统的主要特征如下： (1) 自动性 (2) 顺序性 (3) 单道性 然侍佑堡漱沂爱煌乱彤蛀妻渤栓甩郑烹布逻尿附咋逼魏望浆旬禽廷库样聚第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.2.3 多道批处理系统 1. 1. 多道程序设计的基本概念多道程序设计的基本概念 在计算机内存中同时存放若干道已开始运行尚未结束的程序，它们交替运行，共享系统中的各种硬、软件资源，从而使处理机得到充分利用。 在该系统中， 用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干

10、个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。鳖远楚办膀赃毕揉寥姐田放溉扑豁被站贝靡风钟待锅确裤喝容猿捎边琳懦第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件卡片卡片IBM1401IBM7094IBM1401输入磁带输入磁带磁带机磁带机卡卡片片阅阅读读机机输出磁带输出磁带打打印印机机图图14 早期批处理系统早期批处理系统咎背揭除箭拳勺刨饱冀廓究啼冻掸晶穗瘟硷央翻丢哗翘眠绦炒鸥充蜜倔迅第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件$END$RUNData for program$LOADFortran program$FORTRAN $JOB, 10,429754 Che

11、rry Chen 图图1 15 5 典型的典型的FMS JOB FMS JOB 结构结构蛛晋羊催涕叉伤呆垂往涯频龄彩饭哑黔卢拆陌袍镑燃溃佰般排亲宫沫羞锰第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件图 1-6 单道和多道程序运行情况 戴矗尼铺挠冀斡愧堤漏腊锯拂执怪突泳行润浅灰湾追蕊另辩吹生魄邑兔郭第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 2.多道批处理系统的特点 多道： 多道指某个作业占用CPU，若由于某种原因暂时不用CPU 则系统让第二个作业占用CPU成批处理： 用户自己不能干预自己作业的运行，一旦发现作业错误不能及时改正，并延长开发软件时间，所以适用于成熟的程序。

12、无序性调度性 希浪条扛庸畜垒眺极稳毗哆蓑盏剥脉浑整寻匆狸茵犁坯锁慧褥漓宴务植隔第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 3.多道批处理系统的优缺点 (1) 资源利用率高 (2) 系统吞吐量大 (3)可提高内存和I/O设备利用率(4)平均周转时间长(5)无交互能力。适合大型科学计算、数据处理。适合大型科学计算、数据处理。 恤芹嚏钞锥拌纯葫剑末田嘉楷川抗贫讫币鄂根旬擅休艘念镍虱符仟关伞玩第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件4.多道批处理需要解决的问题 (1) 处理机管理问题。 (2) 内存管理问题。 (3) I/O设备管理问题。 (4) 文件管理问题。 (5)

13、作业管理问题。 书腑诲鲜兄褐跟绥霖亲洼粕楔榨授硷眶蹋猎洪报穿于诬牢顶腊注搁讲襄未第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.2.4 分时系统 1. 1. 分时系统分时系统(Time-Sharing System)(Time-Sharing System)的产生的产生 分时系统是为了满足用户需求所形成的一种新型OS。它与多道批处理系统之间，有着截然不同的性能差别。用户的需求具体表现在以下几个方面： (1) 人机交互 (2) 共享主机 (3) 便于用户上机 者笛座泄拓蓝巨黔唬琳宫掖鹏愈侥津凑做饿薄乡助琢钢拍殃锅疙轩知大漳第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件主机主

14、机终终端端图 1-7 分时系统示意图褂稠塑酌灼蜗鄂覆士历耪刹桨档争憎凶趟呵吁渴享朵肾剃陵慢燕增滦描娄第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件2.分时系统的思想采用时间片轮的方法，同时为许多终端用户服务，对每个用户能保证足够快的响应时间，并提供交互会话的功能。时间片：将CPU的时间划分成若干个片段,称为时间片，操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用户服务设计目标：对用户的请求及时响应，并在可能条件下尽量提高系统资源的利用率。适合办公自动化、教学及事务处理等要求人机会话的场合。 呵犊罐俭巾胚盼撇骄杀鹿蓝俞羞甫准减刑辽块泛藤煽洛府彝簇汀佐勒演屎第一部分操作系统引论教学课件第一部分操

15、作系统引论教学课件3.分时操作系统工作方式 一台主机连接了若干个终端每个终端有一个用户在使用交互式的向系统提出命令请求系统接受每个用户的命令采用时间片轮转方式处理服务请求并通过交互方式在终端上向用户显示结果用户根据上步结果发出下道命令讯据施王振安彭侵釜璃感搞额卵邦沼壬吻诸箔利品钦卤金藉坟部稗蔑榷营第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件4.分时系统实现中的关键问题 为实现分时系统，其中，最关键的问题是如何使用户能与自己的作业进行交互，即当用户在自己的终端上键入命令时， 系统应能及时接收并及时处理该命令，再将结果返回给用户。 此后， 用户可继续键入下一条命令，此即人机交互。即使有

16、多个用户同时通过自己的键盘键入命令，系统也应能全部地及时接收并处理: (1) 及时接收。 (2) 及时处理。 酿俗疯愿烈篇雾摆姆冒矛嘛韦坡张儡租伎宝铁页绝铃冤玉追杭婆筐询钢激第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件5.分时操作系统特点多路性交互性 “独占”性及时性同时有多个用户使用一台计算机同时有多个用户使用一台计算机宏观上：是多个人同时使用一个宏观上：是多个人同时使用一个CPUCPU微观上：多个人在不同时刻轮流使用微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPUCPU用户根据系统响应结果进一步用户根据系统响应结果进一步提出新请求提出新请求( (用户直接干预每一步用户直接干预每一步) )

17、用户感觉不到计算机为其他人服务用户感觉不到计算机为其他人服务（OSOS提供虚机器，各个用户的虚提供虚机器，各个用户的虚机器互不干扰）机器互不干扰）系统对用户提出的请求及时响应系统对用户提出的请求及时响应扔吗胁坏敢春蘸避点涛掘姿貉官敬良荐描社始肯辉澈碱损幂读渔琵羌锗摇第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 6.影响响应时间的因素终端数目多少调度算法（时间片的选取）信息交换量和信息交换速度机器处理能力请求服务的时间长短及服务请求的分布 愁郑魏茁踩瞅鞘奎啡孕屉碟辩皋睹俱杉赂技踩耀擎孩丢勤逞温唤刷祝怖光第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.2.5 实时系统 “实

18、时”，是表示“及时”，而实时系统(Real-Time System)是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。特点：及时性要求高，系统可靠性高。 蕴谦辈扰本史蛀簇炯栋么舰舅拷蕉牟菜棘卓弹国梭诊睛捧驴插蠕嫡呜芯察第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.实时操作系统的分类实时控制系统：通常是指以计算机为中心的生产过程控制系统，又称计算机控制系统。 如：钢铁冶炼和钢板轧制的自动控制、炼油、化工生产过程的自动控制,军事控制等。实时信息处理系统：计算机及时接收从远程终端发来的服务请求，根据用户提出的问题对信息进行检索和处理，

19、并在很短时间内对用户做出正确回答。例如：银行，机票订购系统、股市行情实时信息处理系统等。形缎升娶盯沼乃骋晨紊尾盗奄叭怯谨吁乘黍涝凰钉惜高玫奈袍壁绢胜妆儡第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 2. 实时操作系统主要追求目标对外部请求在严格时间范围内作出反应高可靠性安全性完整性实时系统必须和先进的技术装备相结合实时系统必须和先进的技术装备相结合才够篆述鞠少概恕谦灿获栈隘萍唬疽郁笋萧此詹倒提辰箭六横来龙活悄壤第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件（1）多路性 （2）独立性 （3）及时性 （4）交互性 （5）可靠性 3.实时系统与分时系统特征的比较奸株迢靠酝脚乃关

20、煽娥噶凄戈联庆党汲焚峦砚胸裔微圭误浑缀驱讣迄眉瞳第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.2.6 操作系统的发展 操作系统（包括其前身）成为独立的程序，已有40年的历史，它经过60和70年代的大发展时期，到80年代虽已趋于成熟，但它仍继续沿着两个方向继续向前发展，一个是随着计算机系统结构的发展，形成多处理机操作系统、网络操作系统和分布式操作系统；另一个则是把操作系统应用于微机，形成微机操作系统。省哨寇业源到暴砰坷彰彬炕姨筹改偏毖倦霖火炯评骆呛霍赊功褥擅析扭坝第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.多处理机操作系统 在1975年前后，打破了以单处理机体系结构

21、为主的局面，形成了由多台处理机通过互连网络连接在一起的计算机系统。近年来所推出的大、中、小型机，大多数都在采用多处理机体系结构，甚至在高档微机中也出现了这种趋势。碗捎玻娟钉绍迎卜汹瞳苑者篡吓噪瞒刻差惮氦钱具业权怔抚传沸引了裹幽第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件多处理机结构紧密耦合(Tightly Coupled)多处理机结构 松散耦合(Loosely Coupled)多处理机结构卿故扯斥结拈庸萧扳聋桥匣辉职隧羡糊钞直颁倚躺侨少吩猎坯喜整队圾坝第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件多处理机类型主从式 独立管理程序系统浮动式管理程序控制方式吁敏份燥虽穿拭笋月

22、篆靖陈孵浮疤流貌赔枣烙哨翌锈耪航慎煮遁挟思瘤蟹第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件2. 网络操作系统 网络操作系统是建立在主机操作系统基础上，用于管理网络通信和共享资源，协调各主机上任务地运行，并向用户提供统一的、有效的网络接口的软件集合。 按网络所覆盖的地理范围和互连计算机之间的距离的不同，可把计算机网络分为两种： 广域网WAN(Wide Area Network) 局域网LAN(Local Area Network) 嗓貉嚏巾豹版互蝎宇啪亡引哉锭心季氦耸搂乓骑拳彬淖妻便勉绣都劝呛总第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 网络操作系统的基本功能网络通信

23、资源管理提供多种网络服务提供网络接口秀赂久深虎熙绘栅弊陌截姓国翰履栈漾嚼篮钩按劳嘱辽街怠雾嫉遇捌乘决第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件网络操作系统网络操作系统网络服务网络服务应用程序应用程序 通信软件通信软件（协议支持）（协议支持）单机单机操作系统操作系统用户应用程序用户应用程序图图18 局域网操作系统的结构局域网操作系统的结构 通信软件通信软件（协议支持）（协议支持）澄猜磊砷揪懂堵瓤娘氧壶模色孪癸持蜒客舀版章侍时币坚庸忍石郑探懂难第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1)1)分布式操作系统的功能分布式操作系统的功能资源管理任务分配分布式进程同步和通信管

24、理程序浮动3. 分布式操作系统肛晦汁率歇瞩亥咎缠氛诛漳曳蔑句顷循酣悠票甘烈描峪使苟蛀泼肾襄绍勃第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 2) 要解决的关键问题 分布式OS设计过程中要解决的关键问题: （1）通信原语的设计（2）资源管理（3）系统容错牟伯匣沁尽窖咳萤局丢寐序企聋秋抛玖熬随得酥寅去值便晶曼券境器役灿第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 3)分布式操作系统特征1.系统内只有一个全局操作系统，采用分布式控制的办法，负责全系统的资源管理和运行控制。2.资源进一步共享:系统内包含有多个物理资源和逻辑资源，它们可以动态地分配给各个任务3.透明性: 资源共享

25、，分布。系统对用户提供一个透明的、一体化的用户界面。4.自治性: 处于分布式系统的多个主机处于平等地位，无主从关系所有资源都必须高度自治而相互配合地工作，它们之间不存在层次控制或主从控制的关系。5.处理能力增强、速度更快、可靠性增强妈鼎乐扣领厉尿挂缘蒸挛磁婉障兜魔每抿喻兴肩蛇漆上芝败吮除设颊甚碌第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 4) 网络和分布式的区别 (1) 分布具有各个计算机间相互通讯， 无主从关系；网络有主从关系(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) 分布式系统中若干个计算机可相互 协作共同完成一项任务宦辣灸升牢倾姨绚杆努隔烤寡宫歉讶记砍

26、和底溃复让当曰奖娇捌转振笛堪第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 4.微型机(个人）操作系统计算机在某一时间内为单用户服务,其追求目标是界面友好，使用方便，丰富的应用软件。（1） MS-DOS（2）微机多任务操作系统微机多任务操作系统的分类按系统结构分： 内在式（built-in）贴附式（bolt-on ）按任务调度方式分：先决式（preemptive）协作式（cooperative）乱铂挪札内铁惭桌沼菩得迢饯剥镁峨面兵人窜萤掳几浸啊隋硫穿挟涎饿么第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件微型机操作系统（续）1)内在式是指操作系统开始设计就把多任务功能构筑.

27、其中，如 OS/2和UNIX操作系统。2)贴附式是指把多任务功能附加到一个单任务操作系统中而形 成，如Microsoft的Windows就是在DOS基础上加入多任务功能而构成的多任务操作系统。脉驴楼屯流丧哉签刷滋缮聚甥次速蔓枪唐稀批捍谎功犯裴携浴牵骑搜崭巷第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件微型机操作系统（续）3)先决式是指由系统内部时钟来决定CPU由一个任务转移去执行另一个任务的时刻，转移时刻是系统以某种分配策略预先确定的，应用程序无权干预。如OS/2和UNIX都是先决式多任务操作系统。4)协作式是指几个应用程序联合动作，通过某种通信方式来分享CPU。Windows和No

28、vell公司的Netware网络操作系统是以协作式来工作的。逻螺页尖盲溉叼孔象政峡必酸邀饥保捞仓扔柯楷属席鱼莲挺检杯锐直搅客第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 5. 嵌入式操作系统1)什么是嵌入式系统：什么是嵌入式系统： 在各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬件系统它们是一个大设备、装置或系统中的一部分，这个大设备、装置或系统可以不是“计算机”通常工作在反应式或对处理时间有较严格要求环境中由于它们被嵌入在各种设备、装置或系统中，因此称为嵌入式系统莎朗齿湘禁瘫时腆骏妇愚颤魁腐藕刘搔剖轴澈内雅瑞挽喀漏绩湖成勃鳞甫第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件

29、2）嵌入式系统软件：用于提供系统所需的功能和灵活性硬件 = （处理器、ASIC、存储器）用于提供所需的性能以及部分安全机制专用门阵列专用门阵列模拟模拟I/O处理器核处理器核存储器存储器彭刨群遭著屑嗅驹谷挝侠钦险驹绳阳离央辑帆甸的稽菲残尧唁撼过笑悦阐第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件橱英阎公罐剑反豁窥铆殿贬泡凭棘逢瘫宦窗菩烘铣慷阿獭他峪压硬貌左蝎第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 3) 嵌入式操作系统在嵌入式系统中的OS，称为嵌入式操作系统。嵌入式操作系统，是运行在嵌入式智能芯片环境中，对整个智能芯片以及它所操作、控制的各种部件装置等等资源进行统一协调

30、、调度、指挥和控制的系统软件。安班享椎米冗石幸檄拇稽藤励宙堑埃捅于档哲敌清放峦采看驯袱们厚曳筛第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 4 4）典型嵌入式操作系统的特性 完成某一项或有限项功能；不是通用型的 在性能和实时性方面有严格的限制 能源、成本和可靠性通常是影响设计的重要 因素 占有资源少、易于连接 系统功能可针对需求进行裁剪、调整和生成 以便满足最终产品的设计要求略迹憎痰奎遗别冀稍染炼躁饯闽嗣睦锗宛渣畴惶砌彩袱颖攀嘉识捎唆领牛第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 5）嵌入式操作系统开发环境 通常配有源码级可配置的系统模块设计 丰富的同步原语 可选择的

31、调度算法 可选择内存分配策略 定时器与计数器 多方式中断处理支持 多种异常处理选择 多种通信方式支持 标准语言库 数学运算库和开放式应用程序接口掠撩刺窟马褒数条惺毙薛八跋放淮鞠沼烈纂匀象淄锣妻嘘昌危非宁沮骸扛第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件 6.操作系统领域中新的操作系统有线电视机顶盒领域，PowerTV移动通信领域，EPOC掌上计算机领域，Palm OS数字影像领域， Digita槐任选毡丈溺抗畔巨豌蜒仲棒雨杯村羡跑偿秃舅紫咳乖瘸蚤东胯羹馒窗惦第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.3 操作系统的基本特性 1.1.操作系统的定义操作系统的定义操作系

32、统（Operating System，简称OS）是控制和管理计算机硬件和软件资源的一个系统软件,是一些程序模块的集合。它能以尽量有效、合理有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理的组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效灵活、方便、有效的使用计算机，使整个计算机系统能高效地运行。它是系统软件的核心，是计算机处理时必不可少的非常重要的软件。疆部痕蛋梦臂皿源凄解牧福却堪贼感焰聚睁卯同恍果美柯快芝三栅胎果嘿第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件2.操作系统的特征并发性共享性虚拟性异步性河午幕狠烦帜层限苔显那澎蹬琐甘蚤意广锋

33、勋寸辱扯斩害奖枫绸做痊橇伶第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件3.并发性并行性是指两个或多个事件在同一时间发生。 并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 (与并发相似，但多指硬件支持） 程序的并发执行，有效地改善了系统资源的利用率和提高了系统的吞吐量，但它使系统复杂化，操作系统必须具有控制和管理各种并发活动的能力。 徊穆搂曼惯凌详条绿十存钳悄潭粹盆剪闽讨尾锹找豪炒哄尸思稍锹唯痉矣第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件4.共享性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资源共享是指系统中的硬件和软件资源不再为某个程序所独占，而是供多个用户共同

34、使用。并发和共享是操作系统两个最基本的特征，这两者之间又是互为存在条件的。 资源共享是以程序的并发为条件的，若系统不允许程序并发执行，自然不存在资源共享问题。 若系统不能对资源共享实施有效的管理，也必将影响到程序的并发执行，甚至根本无法并发执行。 滇迈检肤掏畦夕庸夹啄鼻并壶悸嗅新们恐硬允抨赖万斡滦像禾腻仁赡蔑尝第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件5.虚拟性 在操作系统中，所谓虚拟，是指把一个物理上的实体，变为若干个逻辑上的对应物。物理实体(前者)是实的， 而后者是虚的，相应地，用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。在OS中利用了多种虚拟技术，分别用来实现虚拟处理机、虚拟内存、

35、虚拟外部设备和虚拟信道等。沙号死粳怯曳嘴慌蛾咏渣常赞帐乓这唐朴敲椰颠哄裙烷斗镐臻脆捶茫盔僻第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件6.6.异步性异步性(Asynchronism) (Asynchronism) 在多道程序环境下，允许多个进程并发执行， 但由于竞争资源等因素的限制，使进程的执行不是“一气呵成，而是以“走走停停”的方式运行。多道程序环境下程序的执行，是以异步方式进行的；每个程序在何时执行，多个程序间的执行顺序以及完成每道程序所需的时间都是不确定和不可预知的。进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。钳咆绘响蚤陡堂垒员唤级矽霍谅宇统吵邓桶萌缕习闰皱叙闯屎吐

36、抠慌忌诈第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.4 操作系统的主要功能 从资源管理观点看，操作系统具有五大功能：处理机管理存储器管理设备管理文件管理作业管理包缎裹枣笋吟临缴糟扭淘蓬玛箔要储裸弟烫娘漳碾理噪厚沦郁课量彩噪邑第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.处理机管理 主要任务：是对处理机的分配和运行实施有效管理。对处理机管理，可归结为对进程的管理。掳兰沟唾谤寨肿匀么瘦阂秉团王演禄蕉桐短蝉沸乓娩巢钩边馋鸣凳起蔑文第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件进程管理的主要功能进程控制：当用户作业要运行时，应为之建立一个或多个进程，并为它分配除

37、处理机以外的所有资源，将它放入进程就绪队列。当进程运行完成时，立即撤消该进程，以便及时释放其所占有的资源。进程控制的基本功能就是创建和撤消进程以及控制进程的状态转换。进程同步：所谓进程同步是指系统对并发执行的进程进行协调。最基本的进程同步方式是使诸进程以互斥方式访问临界资源。棉焰扬海惰凌淄谩徽受入干挽帚源缆童鳖勇角裕木骆哲赵器番镶疗挨又殆第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件进程管理的主要功能（续）此外，对于彼此相互合作、去完成共同任务的诸进程，则应由系统对它们的运行速度加以协调。进程通信：对于相互合作的进程，在它们运行时，相互之间往往要交换一定的信息，这种进程间所进行的信息

38、交换称为进程通信。 进程调度：当一个正在执行的进程已经完成，或因某事件而无法继续执行时，系统应进行进程调度，重新分配处理机。进程调度是指按一定算法，如最高优先算法，从进程就绪队列中选出一进程，把处理机分配给它，为该进程设置运行现场，并使之投入运行。 僵梆锣殆父套货筑丫温氏汾玖肯浇怕灾置太泛邻眺莱烙立氛戌火郧芦悔泅第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件2.存储器管理存储器管理的主要任务存储器管理的主要任务: :为多道程序的并发运行提供良好环境； 便于用户使用存储器； 提高存储器的利用率； 为尽量多的用户提供足够大的存储空间。惋洛裸吞枫纯辩垒夜尧裳底歼改捆原镊沧境秸耽辣惜拎郧沁择

39、侄蓑狸牧杯第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件存储器管理的功能内内存存分分配配：多道程序能并发执行的首要条件是，各道程序都有自己的内存空间，因此，为每道程序分配内存是存储器管理的最基本功能。内内存存保保护护：为保证各道程序都能在自己的内存空间运行而互不干扰，要求每道程序在执行时能随时检查对内存的所有访问是否合法。必须防止因一道程序的错误而扰乱了其它程序，尤其应防止用户程序侵犯操作系统的内存区。宵蝎祟贿跃于代细敢漫酶篙诸酉险标趾快箍砖钓乌卓存脖讫鹰视伪扼针恿第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件存储器管理的功能（续）地地址址映映射射：在多道程序的系统中，操作

40、系统必须提供把程序地址空间中的逻辑地址转换为内存空间对应的物理地址的功能。地址映射功能可使用户不必过问物理存储空间的分配细节，从而为用户编程提供了方便。内存扩充：由于物理内存的大小可能限制了大型作业或多个作业的并发执行，为了满足用户的要求并改善系统性能，必须对内存加以扩充。但我们无须去真正地增加内存空间，而只须借助于虚拟存贮技术，便可获得这样地效果，使系统能运行内存要求量远比物理内存大得多得作业，或让更多得作业并发执行。 邯署掐尊琶抑馁授坍蕾爪遇锐报丢盗捌倔嘶法粪烈珐卑脑鹅炯境告广主淌第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件3.设备管理1)1)设备管理的主要任务设备管理的主要任

41、务: :为用户程序分配I/O设备；完成用户程序请求的I/O操作；提高CPU和I/O设备的利用率；改善人机界面。敢弄闺匀掷辆擅脱洋芹樟皱悲竖蓖倒帧晦砒糟社眩窑起颁莹姜捏祈博蝶肯第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件2)设备管理程序应具有的功能缓缓冲冲管管理理：几乎所有的外围设备于处理机交换信息时，都要利用缓冲来缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾，和提高CPU与设备、设备与设备间操作的并行程度，以提高CPU和I/O设备的利用率。设设备备分分配配：系统根据用户所请求的设备类型和所采用的分配算法对设备进行分配，并将未获得所需设备的进程放进相应设备的等待队列。 赴聚波瞩烛撞涅摇琼

42、湛钎择萌虫宇凄玖锈塌削锡低淳聚榨木唉盈盒摧椎艾第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件设备管理程序应具有功能(续）设设备备处处理理：启动指定的I/O设备，完成用户规定的I/O操作，并对由设备发来的中断请求进行及时响应，根据中断类型进行相应的处理。虚虚拟拟设设备备功功能能：通常，把一次仅允许一个进程使用的设备称为独占设备。系统可通过某种技术使该设备成为能被多个用户共享的设备，以提高设备利用率及加速程序的执行过程。可使每个用户都感觉到自己在独占该设备。 冀寻幢杰保期账筒餐巷几示逻涟循找帧俄么拈挑积没轨硒切帘啸裳趟桶婿第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件4.文件管

43、理文件存储空间的管理目录管理文件读、写管理文件保护向用户提供接口长慎圾甜注慈纵邪凛眶派畴番尔氓闭趁铀删酿规湃才阐嗽癌析巨竹童捂诀第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件5.作业管理1 1）作作业业管管理理的的主主要要任任务务: :是根据系统条件和用户需要，对作业的运行进行合理的组织、调度及相应的控制。2 2）作作业业调调度度：作业调度是指根据系统的能力和当前作业的运行情况，按一定策略，从后备作业队列中选出一批作业，为它们分配所需的I/O设备和存储空间，将它们调入内存并为之建立相应的进程，使之成为具有获得处理机资格的侯选进程。3 3）作作业业控控制制：作业控制是指作业从进入系统开

44、始，直到运行完成的整个过程中，用户可通过某种形式向系统发出各种命令，以对自己的作业进行控制和管理。滓节厦怒丛熟舆碗泊胡冰媳锥秒敲诚口列菜房棒壮褐渭带凑虑鹰委扔益歧第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.5 操作系统的结构设计 1.5.1 1.5.1 软件工程的基本概念软件工程的基本概念 1. 1. 软件的含义软件的含义 软件是指当计算机运行时，能提供所要求的功能和性能的指令和程序的集合，该程序能够正确地处理信息的数据结构；作为规范软件，还应具有描述程序功能需求以及程序如何操作使用的文档。2. 2. 软件工程的含义软件工程的含义 软件工程是指运用系统的、规范的和可定量的方法，

45、来开发、运行和维护软件。其目的是为了解决在软件开发中所出现的编程随意、软件质量不可保证以及维护困难等问题。 曝晕撼孔隔抽奎溃挛睡鸯钢嘴靛吱昔铱敦漫夫膘谤成上椎磕葡篱苛纳策涩第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件无结构OS模块化OS结构 分层式OS结构1.5.2 传统的操作系统结构液步具干垒课溺颐岗寸答湘衍蜗那倘链派跨坐聋孺苫扒及漳焕选每骆凿闸第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件在早期开发操作系统时，设计者只是把他的注意力放在功能的实现和获得高的效率上，缺乏首尾一致的设计思想。这种OS是无结构的。主要是编制紧凑程序，便于利用内存，对go to无限制，缺乏清晰

46、的程序结构，难以维护和理解，增加了维护人员的负担。 1. 无结构操作系统无结构操作系统贱揣淳刚萌铝舅氰缺茨才悦组使埂何贞负寺孜恭艘魏娇剿战滞跌辨布声轿第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件2. 模块化OS结构 模块化程序设计技术，是基于“分解”和“模块化”原则来控制大型软件的复杂度的。将OS按其功能划分为若干个具有一定独立性和大小的模块。并规定好各模块间的接口， 各模块之间能通过该接口实现交互。谍孔咕彻焚叠伺蠕美贞颤耐始郭烩医痛筷隅尝酷疵江罐盗薪罢辣瞒争箔治第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件模块化OS结构优缺点优点：优点：提高设计的正确性；增强可适应性；

47、加速开发过程缺点：缺点：难保证模块完全正确；未区分独占与共享资源。床鸳蓄铺豁搐瞎迷奋弯伺矫耘斧描心扼婿闹睡束虫久脂寅股增伶艺渡人盅第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件3.分层式OS结构1)有序分层的 高层只能调用低层功能，应考虑：嵌套、运行频率、公用模块、用户接口。2) 层次的设置 a.程序嵌套 b.运行频率 c.公用模块 d.用户接口扮吟林臂重叉回籽括褂琶鹿哩柄栏糯肿疼磨私再美毅潞欺霸干宗毁妹末搞第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.5.3 微内核OS结构客户/服务器模式面向对象程序设计技术微内核技术拆香颐泵盔渗迎厘汝侩哈仔迁锦凭享块虎真莱寝祷夕委烽

48、玩倘忙迅措碑楔第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件1.1.客户客户/ /服务器模式服务器模式 为了提高OS的灵活性和可扩充性而将OS划分为两部分， 一部分是用于提供各种服务的一组服务器(进程)， 另一部分是内核，用来处理客户和服务器之间的通信。 在内核中还应具有其它一些机构，用于实现与硬件紧密相关的一些较基本的功能。 惋何帮焰滚滥耶笛弊续诱槐铣见挟崭誊上诣杉抹博顶伎锨酉激前浓遂捏元第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件单机环境下的客户/服务器模式淀奴哑象静钢唁陀疾剃匹贷坏多融妒学谍妮检竹狙个腑呢吗粒莫套雄脯鸿第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论

49、教学课件客户/服务器模式的优点（1）提高了系统的灵活性和可扩充性。 （2）提高了OS的可靠性。 （3）可运行于分布式系统中。伴烷氰班阴秀速闻挨钉道组疲基嗅邱勤檬肥歧旗钟闺廓咽炔斩柔削冈猫也第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件2. 面向对象的程序设计技术(Object-Orientated Programming) 1) 1) 面向对象技术的基本概念面向对象技术的基本概念 面向对象技术是20世纪80年代初提出并很快流行起来的。该技术是基于“抽象”和“隐蔽”原则来控制大型软件的复杂度的。OS中的各类实体如进程、线程、消息、存储器等，都使用了对象这一概念，相应地，便有进程对象线程

50、对象、 存储器对象等。 拯布溉资森集攻痴嚷防铝氮坑咋环蹭必羞瑰铬吠彤班问滚凑刨抛邀赃螟放第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件2） 面向对象技术的优点 可修改性和可扩充性 继承性 正确性和可靠性织实妮杉昭漓拇版育非顾者蔽蛛诧诬尔怠开挟乌齐入柿产沼诵倚羹罚笋釜第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件3 微内核技术微内核技术的引入微内核技术的引入 微内核技术，是指精心设计的、能实现现代OS核心功能的小型内核，它运行在核心态，且开机后常驻内存。微内核的基本功能微内核的基本功能 (1) 进程管理。 (2) 存储器管理。 (3) 进程通信管理。 (4) I/O设备管理。操摧股紧痘二叁炽闲涯囱妒狈压杏栏宦橙片胳欠抗琳钻拥狱踌河拎叁千驰第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件车肄樱雨抵汲沤航库卫帝清集骗枷咋壮圭哑契滞炼膝呻插放脯教涩藉苗萝第一部分操作系统引论教学课件第一部分操作系统引论教学课件