操作系統(tǒng)課件第一章緒論

1、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程考核方法n平時(shí)：考勤、作業(yè)、提問、實(shí)驗(yàn) n 所占比率30%n期末考試：卷面100分n 所占比率70%課程主要內(nèi)容n第一部分：緒論n第二部分：操作系統(tǒng)用戶界面n第三部分：進(jìn)程管理n第四部分：處理機(jī)調(diào)度n第五部分：存儲管理n第六部分：文件管理n第七部分：設(shè)備管理n教材第一章n教材第二章n教材第三章n教材第四章n教材第五章n教材第八章n教材第九章第二章（操作系統(tǒng)用戶界面）管理資源的觀點(diǎn)進(jìn)程交互的觀點(diǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)操作系統(tǒng)是虛擬機(jī)第一章（緒論）操作系統(tǒng)是資源管理者第四章（處理機(jī)調(diào)度）第五章（存儲管理）第六章（文件系統(tǒng)）第七章（設(shè)備管理）第三章（進(jìn)程管理）系統(tǒng)角度操作系統(tǒng)是程序執(zhí)行的控

2、制者用戶角度操作系統(tǒng)是服務(wù)提供者服務(wù)用戶的觀點(diǎn)研究和觀察操作系統(tǒng)第一章第一章 緒論緒論 主要內(nèi)容n操作系統(tǒng)概念n操作系統(tǒng)歷史n操作系統(tǒng)的基本類型n操作系統(tǒng)功能廚師是如何工作的n廚師從灶臺上取得原料，炒菜n當(dāng)灶臺上原料用完時(shí)，從冰箱補(bǔ)充到灶臺n當(dāng)冰箱里的原料用完時(shí)，從市場購買補(bǔ)充到冰箱n廚師通過前臺服務(wù)員與顧客交流n顧客通過菜譜來控制廚師炒菜過程n一個(gè)廚師可能同時(shí)為多個(gè)顧客同時(shí)服務(wù)計(jì)算機(jī)是如何工作的nCPU廚師n寄存器、高速緩存灶臺n內(nèi)存冰箱n外存市場n人機(jī)界面前臺服務(wù)員n程序菜譜n處理機(jī)調(diào)度為多個(gè)顧客服務(wù)的原則計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu))軟件軟件硬件及固

3、件（裸機(jī)）硬件及固件（裸機(jī)）應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件編譯、連接裝配程序編譯、連接裝配程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成操作系統(tǒng)的地位操作系統(tǒng)的地位n緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下（是其他軟件的共同環(huán)境） 計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具應(yīng)用軟件應(yīng)用用戶應(yīng)用開發(fā)人員操作系統(tǒng)開發(fā)人員操作系統(tǒng)位于硬件和用戶之間一方面：向用戶提供接口，方便用戶使用計(jì)算機(jī)另一方面：管理計(jì)算機(jī)軟硬件資源，合理充分利用操作系統(tǒng)定義n操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，是一些程序模塊的集合它們能以盡量有效、合理的方式組織和管理計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，合理的組織計(jì)算機(jī)的工作流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務(wù)功能，使

4、得用戶能夠靈活、方便、有效的使用計(jì)算機(jī)，使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行，是計(jì)算機(jī)與用戶之間的接口。主要內(nèi)容n操作系統(tǒng)概念n操作系統(tǒng)歷史n操作系統(tǒng)的基本類型n操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)歷史計(jì)算機(jī)元件發(fā)展n第一代：電子管時(shí)代n第二代：晶體管時(shí)代n第三代：集成電路時(shí)代n第四代：大規(guī)模和超大規(guī)模電路時(shí)代相應(yīng)操作系統(tǒng)發(fā)展n手工操作（無OS）時(shí)代n單道批處理時(shí)代n多道批處理時(shí)代n分時(shí)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)代（通用OS，網(wǎng)絡(luò)OS，分布式OS）操作系統(tǒng)的歷史手工操作階段n工作方式：n 用戶：用戶既是程序員，又是操作員；n 編程語言：為機(jī)器語言；n 輸入輸出：紙帶或卡片 用戶用戶紙帶或卡片紙帶或卡片輸入機(jī)輸入機(jī)程序和數(shù)據(jù)程序和數(shù)

5、據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果打印機(jī)打印機(jī)操作系統(tǒng)的歷史手工操作階段50年代早期出現(xiàn)了穿孔卡片程序?qū)懺诳ㄆ先缓笞x入計(jì)算機(jī)年代早期出現(xiàn)了穿孔卡片程序?qū)懺诳ㄆ先缓笞x入計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的歷史手工操作階段n計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)：n 用戶獨(dú)占全機(jī)：不出現(xiàn)資源被其他用戶占用，資源利用率低；n CPU等待用戶：計(jì)算前，手工裝入紙帶或卡片；計(jì)算完成后，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低； 操作系統(tǒng)的歷史手工操作階段n主要矛盾n計(jì)算機(jī)處理能力的提高與手工操作的低效率（造成浪費(fèi)）；n用戶獨(dú)占全機(jī)的所有資源；n任何一個(gè)步驟出現(xiàn)故障都將導(dǎo)致該作業(yè)需從頭開始執(zhí)行。操作系統(tǒng)的歷史單道批處理n單道：每次只調(diào)用一個(gè)用戶作業(yè)進(jìn)入

6、內(nèi)存并運(yùn)行n工作方式：n 配備專門的計(jì)算機(jī)操作員，程序員和操作員分工合作n 操作員把程序員提交的作業(yè)分類，每一批作業(yè)由監(jiān)督程序（monitor)自動依次處理。操作系統(tǒng)的歷史單道批處理n1）聯(lián)機(jī)批處理：慢速I/O設(shè)備和主機(jī)直接相連 卡片機(jī)卡片機(jī)打印機(jī)打印機(jī)主機(jī)主機(jī)紙帶機(jī)紙帶機(jī)操作系統(tǒng)的歷史單道批處理n2）脫機(jī)批處理：增加一臺專門用于與I/O設(shè)備相連的衛(wèi)星機(jī) 卡片機(jī)卡片機(jī)打印機(jī)打印機(jī)衛(wèi)星機(jī)衛(wèi)星機(jī)紙帶機(jī)紙帶機(jī)輸入磁帶輸入磁帶輸出磁帶輸出磁帶主機(jī)主機(jī)操作系統(tǒng)的歷史多道批處理n多道：每次調(diào)用多個(gè)用戶作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行多道運(yùn)行：CPUI/O設(shè)備設(shè)備A計(jì)算計(jì)算A的的I/O操作操作B計(jì)算計(jì)算A計(jì)算計(jì)算B的的I/

7、O操作操作計(jì)算計(jì)算單道運(yùn)行：CPUI/O設(shè)備設(shè)備I/O操作操作計(jì)算計(jì)算操作系統(tǒng)的歷史多道批處理n特點(diǎn)：n 多道：內(nèi)存中同時(shí)存放幾個(gè)作業(yè)；n 宏觀上并行運(yùn)行：都處于運(yùn)行狀態(tài)，但都未運(yùn)行完；n 微觀上串行運(yùn)行：各作業(yè)交替使用CPU；操作系統(tǒng)的歷史多道批處理 多道程序系統(tǒng)和多重處理系統(tǒng)的比較 n多道：多個(gè)程序同時(shí)在內(nèi)存中交替運(yùn)行n多重：多個(gè)處理器。單道和多道批處理的比較單道多道內(nèi)存使用每次一個(gè)作業(yè)每次多個(gè)作業(yè)（充分利用內(nèi)存）作業(yè)次序順序，先進(jìn)先出無確定次序現(xiàn)代操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)允許多個(gè)聯(lián)機(jī)用戶同時(shí)使用一臺計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算的操作系統(tǒng)稱分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng) （Time Sharing Opera

8、ting System）現(xiàn)代操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)n分時(shí)技術(shù)：n 將處理機(jī)的運(yùn)行時(shí)間分成很短的時(shí)間片，按時(shí)間片輪流將處理機(jī)分配給各聯(lián)機(jī)作業(yè)使用,多個(gè)用戶分享使用同一臺計(jì)算機(jī)。n分時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：n 每個(gè)用戶都認(rèn)為自己獨(dú)占了一臺計(jì)算機(jī)，可以通過自己終端向系統(tǒng)發(fā)出各種命令。n例：UNIX操作系統(tǒng)CPU時(shí)間時(shí)間ABCABCAB現(xiàn)代操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real Time Operating System) 是指系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成對該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行的操作系統(tǒng)。C閥門AB反應(yīng)堆閥門計(jì)算機(jī)系統(tǒng)記錄儀傳感裝置圖 例：控制信號測量信號現(xiàn)

9、代操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)n實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于工業(yè)控制、軍事控制等領(lǐng)域n實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：n 系統(tǒng)必須在允許的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)，何時(shí)產(chǎn)生結(jié)果與產(chǎn)生何種結(jié)果同樣重要n實(shí)時(shí)系統(tǒng)工作原理：傳感器傳感器外設(shè)外設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)現(xiàn)代操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)n實(shí)時(shí)系統(tǒng)的分類：n 硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)：響應(yīng)時(shí)間一定不能超過時(shí)限.如工業(yè)過程控制、防空系統(tǒng)、導(dǎo)彈尋航系統(tǒng)等n 軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)：響應(yīng)時(shí)間偶爾可以超過時(shí)限.如情報(bào)檢索和查詢、飛機(jī)訂票系統(tǒng)、銀行信用卡系統(tǒng)n實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：n 事件觸發(fā)：事件發(fā)生時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)n 時(shí)間觸發(fā)：每隔一定時(shí)間觸發(fā)系統(tǒng)n實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 例：RT-Linux, VxWorks各種操作系統(tǒng)的比較系統(tǒng)資源

10、利用率高，吞吐量大系統(tǒng)資源利用率高，吞吐量大交互性好交互性好在有限時(shí)間內(nèi)快速響應(yīng)并可靠在有限時(shí)間內(nèi)快速響應(yīng)并可靠適用于程序開發(fā)適用于程序開發(fā)適用于工業(yè)控制、軍事控制適用于工業(yè)控制、軍事控制適用于科學(xué)計(jì)算適用于科學(xué)計(jì)算批處理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)批處理系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)n通用操作系統(tǒng)同時(shí)兼有多道批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)處理的功能，或其中兩種以上的功能。 n特點(diǎn)：功能齊全，適應(yīng)范圍較廣，系統(tǒng)本身龐大、復(fù)雜n例：UNIX操作系統(tǒng)，Windows操作系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的發(fā)展n個(gè)人PC操作系統(tǒng) 例：DOS，Windows，Linuxn嵌入式操作系統(tǒng) 例：Windows CEn網(wǎng)絡(luò)

11、操作系統(tǒng) 例：Netwaren分布式操作系統(tǒng) 例：Amoeba, Mach, Chorus, DCEn智能化操作系統(tǒng)主要內(nèi)容n操作系統(tǒng)概念n操作系統(tǒng)歷史n操作系統(tǒng)的基本類型n操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)基本類型n批處理操作系統(tǒng)n分時(shí)操作系統(tǒng)n實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)n個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)n網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)n分布式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)類型批處理操作系統(tǒng)n一種早期大型機(jī)用操作系統(tǒng)，現(xiàn)代操作系統(tǒng)大都具有此功能用戶作業(yè)錄入提交收容完成運(yùn)行就緒等待作業(yè)調(diào)度執(zhí)行作業(yè)調(diào)度操作系統(tǒng)類型批處理操作系統(tǒng)n特點(diǎn)：n 1）脫機(jī)使用：用戶提交了作業(yè)后就象脫離了計(jì)算機(jī)，不必直接控制計(jì)算機(jī)n 2）高效：操作系統(tǒng)可以從輸入作業(yè)中選擇適當(dāng)?shù)囊慌鳂I(yè)運(yùn)行，達(dá)

12、到系統(tǒng)資源的最大利用率和最大的吞吐能力。多道運(yùn)行更為高效。n使用：大型科學(xué)計(jì)算或事務(wù)處理操作系統(tǒng)類型分時(shí)操作系統(tǒng)n分時(shí)技術(shù)：n把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時(shí)間）進(jìn)行時(shí)間上的分割，每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)時(shí)間片（time slice），每個(gè)用戶依次輪流使用時(shí)間片，使一臺計(jì)算機(jī)為多個(gè)終端用戶服務(wù)。n分時(shí)操作系統(tǒng)一般采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法分配計(jì)算機(jī)的CPUCPU時(shí)間ABCABCAB操作系統(tǒng)類型分時(shí)操作系統(tǒng)n特點(diǎn)：n 1）交互性：用戶通過終端向主機(jī)發(fā)出請求，主機(jī)響應(yīng)結(jié)果n 2）同時(shí)性：宏觀上多個(gè)用戶同時(shí)使用計(jì)算機(jī)，微觀上計(jì)算機(jī)輪流為每個(gè)用戶服務(wù)n 3）獨(dú)立性：每個(gè)用戶使用各自終端與計(jì)算機(jī)交互，感覺不到其他用戶

13、的存在，好象獨(dú)立使用計(jì)算機(jī)n使用：軟件開發(fā)，運(yùn)行較小的程序操作系統(tǒng)類型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)n實(shí)時(shí)可理解為立即、及時(shí)的意思n實(shí)時(shí)系統(tǒng)需要解決的問題：n1）實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理：系統(tǒng)日期和時(shí)間、定時(shí)和延時(shí)等；n2）過載保護(hù)：緩沖區(qū)排隊(duì)，丟棄某些任務(wù)；（過載是指進(jìn)入系統(tǒng)的任務(wù)數(shù)目超出系統(tǒng)的處理能力）n3）高度可靠性和安全性：容錯(cuò)能力（如故障自動復(fù)位）和冗余備份（雙機(jī)，關(guān)鍵部件）操作系統(tǒng)類型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)n特點(diǎn)：n1）及時(shí)性：及時(shí)地響應(yīng)外部請求，并在嚴(yán)格規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對請求的處理n2）連續(xù)的人機(jī)對話n3）高可靠性：要求安全可靠，可通過冗余策略來容錯(cuò)n4）較強(qiáng)的過載保護(hù)能力n使用：工業(yè)控制、軍事控制操作系統(tǒng)類型個(gè)人操作

14、系統(tǒng)n一種聯(lián)機(jī)的交互式的單用戶操作系統(tǒng)n特點(diǎn)：n1）個(gè)人專用n2）方便友好的用戶接口n3）高速數(shù)據(jù)處理能力n4）實(shí)時(shí)多任務(wù)n使用：個(gè)人多媒體計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)類型網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：是通過通信設(shè)施將物理上分散的具有自治功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)起來的，實(shí)現(xiàn)信息交換、資源共享和協(xié)作處理的系統(tǒng)。n網(wǎng)絡(luò)模式nClient/Server(C/S)nPeer to Peer(P2P)操作系統(tǒng)類型網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)n網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)在通常操作系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上提供網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的操作系統(tǒng)。n網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為網(wǎng)上計(jì)算機(jī)進(jìn)行方便而有效的網(wǎng)絡(luò)資源共享，提供網(wǎng)絡(luò)用戶所需各種服務(wù)的軟件和相關(guān)規(guī)程的集合。n網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是運(yùn)行

15、在松散耦合硬件上的松散偶合軟件操作系統(tǒng)類型網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)n特點(diǎn)：n1）互連在物理上是分散的計(jì)算機(jī)n2）每臺計(jì)算機(jī)自治，各自具有操作系統(tǒng)，各自獨(dú)立工作n3）通過通信設(shè)施實(shí)現(xiàn)互連n4）實(shí)現(xiàn)信息交換、資源共享、互操作、協(xié)作處理操作系統(tǒng)類型網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)n功能：n網(wǎng)絡(luò)通信功能：通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸；n網(wǎng)絡(luò)資源管理：協(xié)調(diào)各用戶使用；n網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：文件和設(shè)備共享，信息發(fā)布；n網(wǎng)絡(luò)管理：安全管理、故障管理、性能管理等操作系統(tǒng)類型分布式操作系統(tǒng)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由多臺分散的計(jì)算機(jī)經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而成，滿足如下條件：n系統(tǒng)中任意兩臺計(jì)算機(jī)可以通過系統(tǒng)的安全通信機(jī)制來 交換信息。n系統(tǒng)中的資源為所有用戶共享

16、，用戶只要考慮系統(tǒng)中是 否有所需資源，而無需考慮資源在哪臺計(jì)算機(jī)上。n系統(tǒng)中的若干臺機(jī)器可互相協(xié)作完成同一個(gè)任務(wù)，分布 式系統(tǒng)是一種特殊的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。n系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)出錯(cuò)不影響其它結(jié)點(diǎn)運(yùn)行、即具有較 好的容錯(cuò)性和健壯性。操作系統(tǒng)類型分布式操作系統(tǒng)n分布式系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，它的基本特征是處理上的分布，即功能和任務(wù)的分布。n分布式操作系統(tǒng)的所有系統(tǒng)任務(wù)可在系統(tǒng)中任何處理機(jī)上運(yùn)行，自動實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的任務(wù)分配并自動調(diào)度各處理機(jī)的工作負(fù)載。n分布式操作系統(tǒng)是運(yùn)行在松散耦合硬件上的緊耦合軟件操作系統(tǒng)類型分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)n已制定通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議n每臺計(jì)算機(jī)有自己的操作系統(tǒng)n對用戶不透明

17、n松散耦合硬件上運(yùn)行松散耦合軟件n已在現(xiàn)實(shí)中廣泛應(yīng)用分布式操作系統(tǒng)n無標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議n系統(tǒng)有一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng)n對用戶透明n松散耦合硬件上運(yùn)行緊耦合軟件n還處于研究階段主要內(nèi)容n操作系統(tǒng)概念n操作系統(tǒng)歷史n操作系統(tǒng)的基本類型n操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)的功能n處理機(jī)管理n存儲管理n設(shè)備管理n信息管理n提供用戶接口操作系統(tǒng)功能資源管理軟件資源硬件資源內(nèi)存CPU外設(shè)程序數(shù)據(jù)方便用戶操作系統(tǒng)的五大功能文件系統(tǒng)管理文件系統(tǒng)管理處理機(jī)管理處理機(jī)管理內(nèi)存管理內(nèi)存管理設(shè)備管理設(shè)備管理用戶接口用戶接口操作系統(tǒng)功能處理機(jī)管理n組織多個(gè)作業(yè)同時(shí)運(yùn)行，解決對處理機(jī)分配調(diào)度策略（例如FCFS，SJF），分配實(shí)施和資源回收等n1）作業(yè)管理：對作業(yè)進(jìn)行調(diào)度與控制n2）進(jìn)程管理：按照某種原則為進(jìn)程分配資源操作系統(tǒng)功能存儲管理n對內(nèi)存進(jìn)行分配、保護(hù)和擴(kuò)充n1）內(nèi)存分配：保證系統(tǒng)及各用戶程序的存儲區(qū)互不沖突n2）內(nèi)存保護(hù)：保證各用戶進(jìn)程不會互相破壞，保證用戶程序不會破壞系統(tǒng)程序n3）內(nèi)存擴(kuò)充：將內(nèi)存和外存結(jié)合起來管理，為用戶提供一個(gè)容量比實(shí)際大得多的虛擬存儲器操作系統(tǒng)功能設(shè)備管理n對計(jì)算機(jī)輸入輸出系統(tǒng)的管理n1）對通道、控制器、I/O設(shè)備的分配和管理。（通道：一個(gè)獨(dú)立于CPU的專管I/O控制的處理機(jī)，控制設(shè)備和內(nèi)存直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換）n2）實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性。設(shè)備管理為用戶提供一個(gè)良好的界面，不必