操作系统第一章.ppt

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1、1,操作系统原理 Principles of Operating System,2,为什么学习操作系统?, 掌握操作系统的基本理论，具备开发核心系统软件的技能，设计操作系统或者修改现有的系统 掌握并行处理的思想方法，加深对使用的OS的理解，有利于深入编程 用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道 操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他领域,3,为什么学习操作系统 ?, 掌握操作系统的基本理论，具备开发核心系统软件的技能，设计操作系统或者修改现有的系统 为后继课程打好基础 数据库、网络、分布式系统 了解当前流行的实际操作系统的使用方法与实现技术 UNIX，Linux, Windows,

2、4,操作系统提供一系列服务： 多任务、用户界面、 内存管理、内存保护、 文件存取、网络、 设备控制、硬件控制 错误检测及恢复系统、安全,操作系统能做什么 ?,5,操作系统特点, 内容庞杂、涉及面广 负责全部资源管理。与计算机软、硬件及用户都有着密切的交互 实践性强 与实际运行着的各类操作系统有着密切的联系 技术发展快,6,操作系统的学习环节, 课堂、作业 实验 课程设计,7,基本目的, 介绍操作系统的基本概念、基本结构及运行环境 介绍操作系统原理、设计方法和实现技术 介绍操作系统的演化过程、发展研究动向、新技术以及新思想 介绍各种有代表性的、典型的操作系统实例 培养学生分析问题、解决问题的基本

3、能力，培养创造型人才,8,学习收获, 使学生对操作系统的基本概念、基本结构及运行环境有深入的认识 使学生深入到操作系统内部，理解并掌握操作系统的基本原理、设计方法和实现技术 使学生了解操作系统的演化过程、发展研究动向、新技术以及新思想， 使学生具有透过变化看趋势、透过技术抓原理、把握学科发展脉搏的基本素质，为其今后在相关领域开展工作打下坚实的基础,9,学时安排,第一章 绪论（4学时） 第二章 操作系统逻辑设计（4学时） 第三章 用户界面（6学时） 第四章 并发处理（14学时） 第五章 资源分配与调度（2学时） 第六章 处理机调度（3学时） 第七章 主存管理（6学时） 第八章 输入/输出管理（4

4、学时） 第九章 文件系统（5学时） 习题课 4学时,10, 参考教材, 计算机操作系统 ，汤子瀛等，西安电子科技大学出版社 Modern Operating System ，Andrew S.Tanenbaum 现代操作系统，陈向群等译，机械工业出版社 Operating System Concept ，Abrahan Silberschatz,etc Applied Operating System Concept ， Abrahan Silberschatz,etc,11,(一) 操作系统与计算机结构的关系 (二) 操作系统的形成和发展 (三) 操作系统的定义 (四) 操作系统的功能 (五

5、) 操作系统的基本类型,第一章 绪论,12,一. os与其他各层的关系 对下与硬件交互 控制CPU的工作、访问存储器、 设备驱动、中断处理。 对上与用户及各种应用程序交互 提供方便的用户界面、 提供优质的服务。 操作系统的宗旨 提高计算机的使用效率 方便用户的使用,(一) 操作系统与计算机结构的关系,13,二. 存储程序式计算机的结构和特点 存储程序式计算机(Von Neumann计算机) 1. 基本部件 CPU、主存储器、I/O设备、控制台 2. 特点 集中顺序过程控制 集中控制：由CPU集中管理 顺序性：程序计数器控制 过程性：模拟人们手工操作过程,14,3. 计算机系统结构与操作系统的关

6、系 顺序计算模型 并行计算模型 如何解决矛盾 ? OS采用了一系列软件技术- 多道程序设计技术、分时技术、 资源分配与调度等,15,(二) 操作系统的形成和发展,16,一. 手工操作阶段 集中顺序过程控制 集中控制：由CPU集中管理 顺序性：程序计数器控制 过程性：模拟人们手工操作过程,17,二. 批处理阶段 1. 联机批处理 特点：有监督程序；作业自动过渡 问题：CPU高速与I/O慢速的矛盾 解决：由卫星机负责I/O,18,2. 脱机批处理 特点：有监督程序；作业自动过渡 问题：CPU高速与I/O慢速的矛盾 解决：由卫星机负责I/O,19,3. 执行系统 (1) 什么是执行系统 借助于通道与

7、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。 (2) 特点 主机、外设并行操作；增强了保护能力。 (3) 操作系统基本功能 I/O控制功能 调度 (4) 问题?,处理机仍有空闲等待现象,20,三. 操作系统的形成 1. 多道程序设计技术与多道成批处理 (1) 单道程序程序的工作情况,21,(2) 多道程序程序的工作情况,22,(3) 什么是多道程序设计技术 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

8、理程序便将另一道程序投入运行。 (4) 多道运行的特征 多道 宏观上并行 微观上串行,23,2. 分时技术与分时处理 (1) 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。,24,3. 实时处理 (1) 什么是”实时” 计算机对外来的信息能够以足够快的速度进行处理，并且在被控对象允许的时间范围内作出快速反应。 (2) 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

9、作出反应。,25,四. 操作系统的进一步发展 单CPU计算机上的 批量操作系统、分时系统 向小型化、微型化计算机发展 个人计算机操作系统 向网络化发展 网络操作系统 向具有并行结构的计算机系统 多处理机操作系统 集群系统 分布式操作系统,26,一. 资源共享与资源竞争 1. 资源共享 指多个计算任务对计算机系统资源的共同享用。 2. 资源竞争 多个计算任务对计算机系统资源的争夺。,(三) 操作系统的定义,27,二. 什么是操作系统,28,操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬资源的分配、调度工作，控制和协调并发活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境

10、。 操作系统使整个计算机系统实现 高度自动化 高效率 高利用率 高可靠性 操作系统是整个计算机系统的核心。,29,三. 操作系统的特征 1. 并发 并发性是指能处理多个同时性活动的能力。 2. 共享 并享是指多个计算任务对系统资源的共同享用。 3. 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。,30,一. 处理机管理 1. 制订调度策略 (调度原则) 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。 2. 给出调度算法 3. 具体的实施处理机分派 在调度时机到来时，进行处理机分派,(四) 操作系统的资源管理功能,31,二. 存

11、储器管理 1. 存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。 2. 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。 3. 存储扩充 系统提供虚拟存储技术，扩大逻辑主存。,32,三. 设备管理 1. 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。 2. 设备分配 向个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。 3. 设备的传输控制 启动设备、中断处理、结束处理等。,33,四. 软件资源管理 为

12、用户提供一种简便的、统一的存取和管理信息的方法，并要解决信息的共享、数据的存取控制和保密等问题。 信息组织 存取方法 文件共享 文件安全 文件完整性 磁盘空间分配,34,操作系统的资源管理功能,35,一. 大型计算机系统 大型计算机系统是最早的计算机系统，用于处理许多商业和科学应用。 1. 批量操作系统 (1) 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。,(五) 操作系统的基本类型,36,(2) 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。,37,2.

13、分时操作系统,38,(1) 分时操作系统的定义 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。 (2) 分时操作系统的特点 多路调制性 独占性 交互性,39,二. 实时系统 1. 实时系统的定义 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控制的系统称为实时系统。 2. 实时系统的分类 (1) 硬实时系统 系统中所有的截止期限(deadline)必须被严格的保证，否则将导致灾难性后果。 (2) 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

14、来严重后果。,40,3. 实时操作系统 (1) 实时操作系统的定义 实时操作系统是操作系统的一种类型。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。 (2) 实时操作系统的特点 及时响应 高可靠性和安全性 (3) 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。,41,三. 桌面系统 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 Linux个人计算机操作系统(类似于UNIX) 个人计

15、算机操作系统得益于大型机操作系统的研制成果。另一方面，微型计算机硬件费用很低，有些技术实现可简单。,42,个人计算机操作系统的代表： 1. 磁盘操作系统MSDOS 设备管理、文件系统功能 2. Windows系统 图形用户界面 多任务、多线程 可剥夺式调度 段页式虚拟存储管理技术 动态连接,43,四. 多处理机系统 也称并行系统(parallel system)或紧耦合系统。 1. 定义 包含两个或多个功能相当的处理器； 所有处理器共享一个公共内存； 所有处理器共享I/O通道、控制器和外围设备； 由一个操作系统控制。 2. 结构 共享存储器的多处理机通常称为SMP(symmetric mult

16、iprocessor)对称多处理机。,44,3. 特点 紧耦合 增加计算量 增加可靠性 缺点： 存在瓶颈 可扩展性差 不支持大规模并行计算；不支持分布处理,45,五. 计算机网络与网络操作系统,1. 什么是计算机网络 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。,46,2. 计算机网络的特点 多个处理部件 无公共内存 具备消息通信机制 3. 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（如系统核心、设备管理、存储管理、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。 计算机网络的局限

17、性,47,1. 定义 包含多个通用资源部件； 这些资源是分布的，并经过通信网络相互作用； 有一个分布式操作系统对资源进行全局和动态的管理和控制； 系统对用户是透明的； 所有资源高度自治地工作，而又相互配合。 2. 特点 可扩展性 增加性能 高可靠性,六. 分布式系统,48,手持系统(handheld system)包括个人数字助理(personaldigital assistant,PDA) 如Palm或可与网络(因特网)相连的手机。 特点：内存少，处理机速度慢，且屏幕小。 为了减少手持设备尺寸，使用耗电更小、体积更小、速度更慢的处理器； 操作系统和应用程序的设计不能加重处理器的负担。 有些手

18、持设备可使用无线技术，允许远程访问电子邮件和浏览网页，,七. 手持系统,49,一. 传统计算 传统计算环境随着计算的不断发展,也在不断变化。 1. 典型办公环境 由联网的个人计算机组成，提供文件和打印服务。 远程访问不方便； 移动功能：通过笔记本电脑的移动而实现,(六) 计算环境,50,2. 发展趋势 提供更多方法访问这些环境 网络技术正在扩展计算机边界 企业（或公司）实现了入口(portal)，以访问内部服务器 网络计算机基于网络计算的终端 手持计算机移动使用 家庭内部可以联网,51,二. 基于Web的计算 1. 什么是Web (1) 超文本 一种全局性的信息结构，它支持文档中的不同部分通过

19、关键字建立链接，使信息得以用交互方式搜索，它是超级文本的简称。 (2) 超媒体 超媒体是超文本和多媒体在信息浏览环境下的结合，它是超级媒体的简称。 (3) Web Web是一种超文本信息系统，它的一个主要概念就是超文本链接。这种多链接称为Web。,52,2. Web计算 计算机网络将分布的计算机连接起来，组织成计算能力强大的超级计算机，联合服务于人类的生产和科研工作，由此产生了网络计算。 Web计算是网络计算的一种形式。 网络技术和WWW服务的不断进步，使得以浏览器作为用户界面进行分布式计算成为可能。 (1) 什么是Web计算 基于网络浏览器的分布式计算方式称为Web计算。,53,(2) 基于

20、Web计算的设备 个人计算机 工作站 (高端面向图形的个人计算机) 新设备的出现： 如负载平衡机,54,三. 嵌入式计算 利用嵌入式系统进行应用处理称为嵌入式计算。 1. 什么是嵌入式系统 定义： 控制、监视或者辅助设备、机器进行的装置。 定义2： 嵌入式系统是计算机软件和硬件的综合体，它是以应用为中心，以计算技术为基础，软硬件可裁减、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机。,55,定义3： 嵌入到对象体系中的专用计算机。 2. 嵌入式系统的基本要素 专用性、嵌入性、计算机系统 3. 嵌入式操作系统 嵌入式系统中配置的操作系统一般为实时操作系统。该操作系统的功能比较简单，没有高级功能(如虚拟内存和磁盘)。 操作系统提供有限功能，只有少量或没有用户接口，它们将时间花费在监视和管理硬件设备上。,56,第一章 小结 1. 存储程序式计算机的结构与特点 2. 操作系统在计算机系统中的地位 3. 操作系统的基本概念：定义、特征 4. 操作系统的基本功能 5. 操作系统的基本技术：多道程序设计技术、分时技术 6. 操作系统的基本类型,