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1、操作系统操作系统http:/ 教材教材教材教材 史杏荣、杨寿保史杏荣、杨寿保史杏荣、杨寿保史杏荣、杨寿保 编著，编著，编著，编著，操作系统原理与实现技术操作系统原理与实现技术操作系统原理与实现技术操作系统原理与实现技术，中国科学技术大学出版社，中国科学技术大学出版社，中国科学技术大学出版社，中国科学技术大学出版社，1997199719971997 参考书参考书参考书参考书 汤子瀛等著，汤子瀛等著，汤子瀛等著，汤子瀛等著，计算机操作系统计算机操作系统计算机操作系统计算机操作系统，西安电子科技大，西安电子科技大，西安电子科技大，西安电子科技大学出版社，学出版社，学出版社，学出版社，19961996
2、19961996 张尧学张尧学张尧学张尧学 史美林史美林史美林史美林，计算机操作系统教程计算机操作系统教程计算机操作系统教程计算机操作系统教程，清华大学出版清华大学出版清华大学出版清华大学出版社社社社 周长林周长林周长林周长林 左万历左万历左万历左万历，计算机操作系统教程计算机操作系统教程计算机操作系统教程计算机操作系统教程，高等教育出版高等教育出版高等教育出版高等教育出版社社社社 作业作业作业作业 统一闭卷笔试统一闭卷笔试统一闭卷笔试统一闭卷笔试http:/ n1.1 什么是操作系统什么是操作系统n n1.2 操作系统发展史操作系统发展史n n1.3 操作系统的分类操作系统的分类n n1.4
3、 研究操作系统的几种观点研究操作系统的几种观点http:/ 1.1 什么是操作系统什么是操作系统 操作系统的地位和目标操作系统的地位和目标http:/ OS是计算机硬件、软件资源的管理者。管理的对象：管理的对象：CPU、存储器、外部设备、信息（数据和软件）；管理的内容：管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况）、资源的分配、回收和访问操作，相应管理策略。 操作系统的作用操作系统的作用 OS是用户使用系统硬件、软件的接口。系统命令系统命令（命令行、菜单式、命令脚本式、图形用户接口GUI）；系统调用系统调用（形式上类似于过程调用，在应用编程中使用）。http:/ OS是扩展机(extended
4、machine)/虚拟机(virtual machine)。http:/ OS: MS DOS, MS Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, Windows 2000UNIX: BSD, SRV4, OSF1, SCO UNIX, AIX, Solaris, LinuxNOS: Novell Netware 操作系统举例操作系统举例http:/ 1.2 操作系统的发展史操作系统的发展史手工操作手工操作批处理系统批处理系统( batch processing)多道程序系统多道程序系统(multiprogramming system)分时系统分时系统(time-
5、sharing system)实时系统实时系统(real-time system)http:/ 手工操作手工操作http:/ 批处理系统批处理系统( batch processingm)( batch processingm)http:/ 两种批处理方式两种批处理方式 (1)(1)联机批处理（早期）（解决人机矛盾）联机批处理（早期）（解决人机矛盾）用户提交作业用户提交作业 操作员合成批作业操作员合成批作业 批作业处理：对批作业中的每个作业进行批作业处理：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，生成可执链接程序，
6、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。行程序；启动执行；执行结果输出。问题问题：慢速的输入输出处理仍直接由主机：慢速的输入输出处理仍直接由主机来完成。来完成。输入输出时，输入输出时，CPUCPU处于等待状态处于等待状态。http:/ 两种批处理方式两种批处理方式(2)(2)脱机批处理脱机批处理（解决（解决cpucpu与与I/OI/O设备速度不匹配的矛盾）设备速度不匹配的矛盾）http:/ CPUCPU和和I/OI/O设备使用忙闲不均（取决于当前设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）。作业的特性）。内存仅放一道运行程序内存仅放一道运行程序对计算为主的作业，外设空闲；对计算为
7、主的作业，外设空闲；对对I/OI/O为主的作业，为主的作业，CPUCPU空闲；空闲； 单道批处理的主要问题单道批处理的主要问题http:/ 通道和中断技术通道和中断技术http:/ 多道程序系统多道程序系统 (multiprogramming system)(multiprogramming system)http:/ system)(file system)http:/ 多道批处理系统的资源利用效率特征多道批处理系统的资源利用效率特征多道批处理系统的资源利用效率特征是基于各作业对系统资多道批处理系统的资源利用效率特征是基于各作业对系统资源的需求差异得到的。源的需求差异得到的。例如：有例如：有
8、3 3个作业个作业A A、B B、C C，分别为计算、检索和打印作业，分别为计算、检索和打印作业，单道运行时间分别为单道运行时间分别为5 5分、分、1515分和分和1010分钟。它们可并行在分钟。它们可并行在1515分钟内完成分钟内完成3 3个作业。各资源的利用效率为：个作业。各资源的利用效率为：http:/ slice)(time slice)分配：各个程序在分配：各个程序在CPUCPU上执行的轮换时间。上执行的轮换时间。设计目标：设计目标：对用户的请求及时响应，并在可能条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。件下尽量提高系统资源的利用率。适合适合办公自动化、教学及事
9、务处理等要求人机会办公自动化、教学及事务处理等要求人机会话的场合。话的场合。7070年代中期至今年代中期至今 分时系统分时系统(time-sharing system)(time-sharing system)http:/ “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) )用户感觉不到计算机为其他人服务用户感觉不
10、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http:/ system)(real-time system)http:/ 虚处理机虚处理机 存储器每个进程都占有的地址空间（指令存储器每个进程都占有的地址空间（指令数据堆栈）数据堆栈）显示设备多窗口或虚拟终端显示设备多窗口或虚拟终端(virtual (virtual terminal)terminal)一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体分时或分空间。虚拟是操作系统管理系统资源的分时或分空间
11、。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率。重要手段，可提高资源利用率。http:/ 时走时停时走时停 ，不可预知每个进程的运行，不可预知每个进程的运行推进快慢推进快慢判据：无论快慢，应该结果相同通过进程互斥判据：无论快慢，应该结果相同通过进程互斥和同步手段来保证和同步手段来保证难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行中难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行中的错误）的错误）也称不确定性，指进程的执行顺序和执行时间的不确定性；也称不确定性，指进程的执行顺序和执行时间的不确定性；http:/ 1.3 操作系统的分类操作系统的分类操作系统分类主要讨论操作系统的功能特征。操作系统
12、分类主要讨论操作系统的功能特征。 1.3.1 批处理操作系统批处理操作系统 1.3.2 分时操作系统分时操作系统 1.3.3 实时操作系统实时操作系统 1.3.4 网络操作系统网络操作系统 1.3.5 分布式操作系统分布式操作系统http:/ 作业的处理流程作业的处理流程作业提交：作业的输入；作业提交：作业的输入；作业执行作业执行作业完成：作业的输出；作业完成：作业的输出；1.3.1 批处理操作系统批处理操作系统(Batch Processing Operation System) 批处理的主要特征批处理的主要特征用户脱机使用计算机用户脱机使用计算机作业成批处理作业成批处理多道程序并行多道程序
13、并行 三种批处理类型三种批处理类型单道批处理操作系统；单道批处理操作系统；多道批处理操作系统；多道批处理操作系统；远程批处理系统远程批处理系统http:/ slicetime slice），每），每个用户依次轮流使用时间片。个用户依次轮流使用时间片。1.3.2 分时操作系统分时操作系统(Time Sharing Operating System) 分时的定义分时的定义分时系统的特征分时系统的特征多路性：多路性：多个用户同时工作。多个用户同时工作。独立性：独立性：各用户独立操作，互不干扰。各用户独立操作，互不干扰。交互性：交互性：系统能及时对用户的操作进行响应，系统能及时对用户的操作进行响应，显
14、著提高调试和修改程序的效率：缩短了周转显著提高调试和修改程序的效率：缩短了周转时间。时间。http:/ 实时系统的特征实时系统的特征实时时钟管理实时时钟管理：提供系统日期和时间、定时和：提供系统日期和时间、定时和延时等时钟管理功能；延时等时钟管理功能；及时性及时性：响应时间的要求：响应时间的要求；多任务管理多任务管理：系统的并发性和随机性；系统的并发性和随机性；高度可靠性和安全性高度可靠性和安全性：容错能力（如故障自动：容错能力（如故障自动复位）和冗余备份（双机，关键部件）；复位）和冗余备份（双机，关键部件）；实时操作系统主要用于过程控制、事务处理等有实时要求的实时操作系统主要用于过程控制、事
15、务处理等有实时要求的领域，其主要特征是领域，其主要特征是实时性实时性和和可靠性可靠性。1.3.3 实时操作系统实时操作系统(Real Time Operating System)http:/ 网络操作系统网络操作系统(NOS, Network Operating System)http:/ 分布式操作系统分布式操作系统(Distributed Operating System)多机合作：多机合作：自动的任务分配和协调自动的任务分配和协调坚强性：坚强性：计算机或通路发生故障时，其它部分可计算机或通路发生故障时，其它部分可自动重构成一个新的系统，继续工作自动重构成一个新的系统，继续工作http:/
16、 1.4研究操作系统的几种观点研究操作系统的几种观点http:/ 操作系统是由一些可同时独立运行的进程和一操作系统是由一些可同时独立运行的进程和一个对这些进程进行协调的核心组成。个对这些进程进行协调的核心组成。 进程的观点进程的观点进程（任务）：进程（任务）：完成某一特定功能的程序完成某一特定功能的程序是程序的一次执行过程是程序的一次执行过程是动态有生命的，当它执行时存在，否则消亡是动态有生命的，当它执行时存在，否则消亡进程是并发程序的执行，是独立运行的基本单进程是并发程序的执行，是独立运行的基本单位，是资源分配的基本单位。位，是资源分配的基本单位。http:/ 硬件资源：硬件资源：CPU,C
17、PU,内存内存, ,外部设备外部设备(I/O(I/O设备，外存等设备，外存等) ) 软件资源：软件资源：硬盘上的文件硬盘上的文件, ,信息信息 资源管理的观点资源管理的观点 操作系统的主要功能：操作系统的主要功能： 处理机管理处理机管理 存储器管理存储器管理 I/OI/O设备管理设备管理 文件管理文件管理http:/ 如如 哪些资源空闲，好坏与否，被谁使用哪些资源空闲，好坏与否，被谁使用, ,使用多长时间等使用多长时间等合理的分配资源合理的分配资源静态分配策略静态分配策略 ( (在程序运行前分配，但效率不高在程序运行前分配，但效率不高) )动态分配策略动态分配策略 ( (在程序运行过程中何时用
18、资源，何时分配。其缺点是会在程序运行过程中何时用资源，何时分配。其缺点是会出现死锁出现死锁) )具体完成分配具体完成分配回收资源回收资源资源管理的目的资源管理的目的实现资源共享实现资源共享提高资源利用率提高资源利用率http:/ 设计思想：设计思想： a.a.按功能划分成若干模块按功能划分成若干模块 b.b.规定模块间的接口规定模块间的接口 c.c.分别对各模块独立设计、研制分别对各模块独立设计、研制 结构的观点结构的观点 模块结构法：模块结构法：缺点：缺点：a.接口规定困难接口规定困难b.无序性：模块间调用关系复杂无序性：模块间调用关系复杂http:/ 设计思想：设计思想： a.a.将功能按
19、功能流图的调用次序排成若干层将功能按功能流图的调用次序排成若干层 b.b.各层之间的模块只能单向调用各层之间的模块只能单向调用 层次层次结构法（有序分层法）：结构法（有序分层法）：优点：优点：a.无序改为有序：减少设计的返工现象无序改为有序：减少设计的返工现象b. 提高系统的可读性、可适应性、可靠性：方提高系统的可读性、可适应性、可靠性：方便系统的调试和维护便系统的调试和维护全序的层次关系：同层模块间不存在相互调用全序的层次关系：同层模块间不存在相互调用半序的层次关系：同层模块间可以相互调用半序的层次关系：同层模块间可以相互调用http:/ 用户观点用户观点http:/ 研究操作系统的几种观点研究操作系统的几种观点http:/
