计算机操作系统课件.ppt

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1、计算机操作系统Operating System信息科学与技术学院课程说明数据结构计算机导论C和 pascal 语言微机原理宏汇编语言电子技术计算机通讯计算机网络数据库及语言软件工程(信息系统分析)人工智能编译原理OS信息管理系统开发计算机应用教材：教材：计算机操作系统计算机操作系统 汤子瀛等汤子瀛等 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社课程主要内容课程主要内容操作系统引论（1章）进程管理（2-3章）存储管理（4章）设备管理（5章）文件管理（6章）操作系统接口（7章）系统安全性（9章）参考书：参考书：n操作系统原理操作系统原理DOS篇篇 张昆苍张昆苍 清华大学出版社清华大学出版社n计算机

2、操作系统教程计算机操作系统教程 张尧学等张尧学等 清华大学出版社清华大学出版社nOPERATING SYSTEM Design and Implementation Andrew S.Tanenbaum等等 清华大学出版社清华大学出版社nModernOperating Systssencond Edition Andrew s. Tanenbaum 机械工业出版社机械工业出版社1、平时表现、平时表现 30% 2、期未考试、期未考试 70% 最后成绩评定最后成绩评定第第1 1章章 操作系统引论操作系统引论n操作系统的目标和操作系统的目标和作用作用n操作系统的发展过程操作系统的发展过程n操作系统的

3、基本特征操作系统的基本特征n操作系统的主要功能操作系统的主要功能n操作系统的结构设计操作系统的结构设计n*UNIX系统简介系统简介n本章作业本章作业冯.诺依曼n约翰冯诺依曼 （ John von Neumann，19031957），美籍匈牙利人 .n最简单的来说 他的精髓贡献是2点：2进制思想与程序内存思想.n1946年，冯诺依曼开始研究程序编制问题，他是现代数值分析计算数学的缔造者之一，.哈佛结构计算机硬件计算机硬件BootLoader nPC 机中的引导加载程序由 BIOS（其本质就是一段固件程序）和位于硬盘 MBR 中的 OSBoot Loader（比如，LILO 和 GRUB 等）一起

4、组成。BIOS 在完成硬件检测和资源分配后，将硬盘 MBR 中的 Boot Loader 读到系统的 RAM 中，然后将控制权交给 OS Boot Load 核的入口点去运行，也即开始启动操作系统。 BootLoader n系统加电或复位后，所有的 CPU 通常都从某个由 CPU 制造商预先安排的地址上取指令。比如，基于 ARM7TDMI core 的 CPU 在复位时通常都从地址 0 x00000000 取它的第一条指令。 计算机系统结构计算机系统结构计算机硬件操作系统系统工具应用软件应用用户应用开发人员操作系统开发人员操作系统的地位操作系统的地位：紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其紧

5、贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他软件的共同环境）他软件的共同环境）虚机器1.1OS引论CPU1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用OS引论 一、一、操作系统目的操作系统目的/ /目标目标 二、二、计算机系统组成计算机系统组成 三、三、 操作系统的作用操作系统的作用 返回目录返回目录一、一、操作系统目的操作系统目的/ /目标目标执行用户程序并使用户问题更易解决。执行用户程序并使用户问题更易解决。 使计算机系统更易于使用（使计算机系统更易于使用（方便性方便性 Convenience）。）。以一种效率的方式使用资源（以一种效率的方式使用资源（有效性有效性 Efficienc

6、y）.采用模块化结构采用模块化结构,易于增、删、改易于增、删、改（可扩充性（可扩充性 Ability to Evolve/Extend）。）。要求统一开放的环境，能通过网络集成化并正确、有效地协要求统一开放的环境，能通过网络集成化并正确、有效地协同工作，实现应用程序的移植（同工作，实现应用程序的移植（开放性开放性 Opening）1.1OS引论三、操作系统的作用三、操作系统的作用 nOs作为用户与计算机硬件系统之间的接口。作为用户与计算机硬件系统之间的接口。nOS作为计算机系统资源的管理者。作为计算机系统资源的管理者。nOS用作扩充机器用作扩充机器 1.1OS引论1.3 1.3 操作系统的基本

7、特征操作系统的基本特征n并发并发(concurrence)n共享共享(sharing)n虚拟虚拟(virtual)n异步性异步性(asynchronism)Characteristic:返回目录返回目录并发并发(concurrence)(concurrence)P并发：并发：指在计算机系统中同时存在着多道运行的程序（进程） 宏观上：多道程序同时在执行 微观上：任何时刻只有一道程序在执行，即微观上多道程序在CPU上轮流（交替）执行（单机）P并行并行(parallel)： 与并发相似，指多道程序在同一时刻执行， 但需多个硬件支持。 注：注：1、程序的并发执行能有效改善系统资源的利用率，但使系统复杂

8、化，因此操作系统必须对并发活动进行控制和管理。 2、并发是操作系统最重要的特征，其它特征均以并发为前提。特征共享共享(sharing)(sharing)F并发和共享是操作系统的两个最基本的特征 二者互为存在条件： 资源的共享是以程序的并发执行为条件。 程序的并发执行也以资源的共享为条件。P指系统中的资源不再为某道程序所独占，而 是供多道程序共同使用。资源共享方式：互斥共享式、同时访问式特征虚拟虚拟(virtual)(virtual)H把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。H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。如：虚拟处理机、虚拟存储器、虚拟设备特征异步性异步

9、性(asynchronism)(asynchronism)S也称不确定性，指进程在执行中，其执行时间、顺序、向前推进的速度和完成的时间等都是不可预知的。特征1.4 1.4 操作系统的功能操作系统的功能处理机管理存储器管理设备管理文件管理用户接口返回目录返回目录一、处理机管理的功能一、处理机管理的功能n处理机管理的主要任务处理机管理的主要任务：n是对处理机进行分配分配n对处理机运行进行有效的控制和管理运行进行有效的控制和管理注：注：处理机的分配和运行以进程为基本单位，因此对处理机的管理可归结为对进程的管理n处理机管理的功能处理机管理的功能n进程控制n进程同步n进程通信n调度功能二、存储器管理的功

10、能二、存储器管理的功能n主要任务主要任务n为多道程序的运行提供良好的环境n方便用户使用存储器n提高存储器的利用率n从逻辑上扩充内存n功能功能n内存分配n内存保护n地址映射n内存扩充功能三、设备管理的功能三、设备管理的功能n主要任务主要任务n完成用户提出的I/O请求n为用户分配I/O设备n提高I/O设备的利用率及速度n方便用户使用I/O设备n功能功能n缓冲管理n设备分配n设备处理n虚拟设备功能四、文件管理的功能四、文件管理的功能n主要任务主要任务n对用户文件和系统文件进行管理n方便用户使用文件n保证文件的安全性n功能功能n文件存储空间的管理n目录管理n文件的读、写管理n文件的共享与保护功能五、用

11、户接口管理的功能五、用户接口管理的功能n主要任务主要任务n方便用户使用操作系统方便用户使用操作系统n功能功能n命令接口命令接口n程序接口（系统调用）程序接口（系统调用）n图形接口图形接口功能1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程无操作系统的计算机系统n 人工操作方式n 脱机输入输出方式批处理系统n单道批处理系统n多道批处理系统分时系统实时系统微机操作系统多处理机操作系统网络操作系统分布式操作系统嵌入式操作系统智能卡操作系统推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力 返回目录返回目录1.2.1 1.2.1 推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力q 不断提高计

12、算机资源利用率的需要不断提高计算机资源利用率的需要q 方便用户方便用户q 器件的不断更新换代器件的不断更新换代q 计算机体系结构的不断发展计算机体系结构的不断发展 返回返回（1 1）人工操作方式）人工操作方式n工作流程：（1）由程序员事先穿孔（对应程序和数据）（2）将穿孔的纸带（卡片）装入纸带（卡片)输入机（3）再启动输入机将程序和数据输入计算机，（4）然后启动计算机运行。（5）运行完毕取走计算机结果。（6）下一位用户OS-Introduction人工操作方式带来的矛盾及解决方法人工操作方式带来的矛盾及解决方法n缺点：（1）用户独占全机（资源浪费） （2）CPU等待人工操作：装入时、取走时CP

13、U及内存等资源是空闲。CPU即负责计算，又要负责传输。（即属于单控制方式）n矛盾n人机矛盾即人工操作方式与机器利用率的矛盾nCPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾n解决方法n通道技术、缓冲技术n脱机输入输出方式返回返回（2 2）脱机输入）脱机输入/ /输出方式输出方式(off-Line I/O(off-Line I/O）n工作流程：（示意图)n优点：（1）减少了CPU的空闲时间。 （2）提高了I/O速度（与高速的磁盘打交道）输入设备外围机外存输出设备主机外存外存外存外围机OS-Introduction高速高速返回返回1.2.3 1.2.3 单道批处理系统单道批处理系统1、工作流程、工作流程：

14、（1）作业作业合成一批输入到外存上，同时在系统中配上监控程序。合成一批输入到外存上，同时在系统中配上监控程序。 （2）monitor将作业逐个送入内存并运行。将作业逐个送入内存并运行。2、特征：、特征：（1）自动性）自动性 （2）顺序性）顺序性 （3）单道性）单道性3、优点：、优点：减少了人工操作的时间，提高机器的利用率和系统吞吐量。减少了人工操作的时间，提高机器的利用率和系统吞吐量。4、缺点：、缺点：对某些作业来说，当它发出输入对某些作业来说，当它发出输入/输出请求后，输出请求后，CPU必须必须等待等待I/O的完成，特别因为的完成，特别因为I/O设备的低速性，从而使机器的利用率设备的低速性，

15、从而使机器的利用率很低。很低。 OS-Introduction用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计算机系统所做的全部工作。返回返回1.2.4 1.2.4 多道批处理系统多道批处理系统n特征：特征：（1 1）调度性）调度性 （2 2）无序性）无序性 （3 3）多道性）多道性n优点：优点：（1 1）资源的利用率高）资源的利用率高 （2 2）系统吞吐量大）系统吞吐量大n缺点：缺点：（1 1）平均周转周期长）平均周转周期长 （2 2）无交互能力）无交互能力n需解决问题需解决问题 处理机管理、内存管理、处理机管理、内存管理、I/OI/O设备管理、文件及作业管理问题设备管理、文件及作业管理问题n操作系

16、统的形成操作系统的形成 为解决上述问题，在多道程序系统中增设一组软件以有效为解决上述问题，在多道程序系统中增设一组软件以有效加以解决，同时增设方便用户使用计算机的软件，这样便形成加以解决，同时增设方便用户使用计算机的软件，这样便形成了操作系统。了操作系统。操作系统：操作系统：是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算工作流程，以及方便用户使用的程序集合。织计算工作流程，以及方便用户使用的程序集合。OS-Introduction卡片卡片早期批处理系统早期批处理系统IBM1401IBM7094IBM1401输入磁带输入磁带磁带机磁带机卡片阅读机卡片阅读机输出磁带输出磁带打印机打印机OS-Introduction批处理操作系统优缺点批处理操作系统优缺点l优点：l作业流程自动化; l效率高l吞吐量高l缺点：l无交互手段l调试程序困难返回返回三、分时系统三、分时系统OS-Introductionn见图n实现方法实现方法 单道分时、前台和后台及多道分时n分时系统的特征分时系统的特征 人机交互性好人机交互性好 共享主机（多路性、同时性）共享主机