操作系統(tǒng)電子教案第一章課件

1、操 作 系 統(tǒng)操 作 系 統(tǒng)第一章 操作系統(tǒng)引論一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件 兩大部分組成的：硬件：計(jì)算機(jī)物理裝置本身。軟件：計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序。操作系統(tǒng)： 配置在計(jì)算機(jī)硬件之上的第一層軟件。 第一章 操作系統(tǒng)引論一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件1.1 操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展1.1.1 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種硬件和軟件資源、有效地組織多道程序運(yùn)行的系統(tǒng)軟件（或程序集合），是用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口。1.1 操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展1.1.1 什么是操作系統(tǒng)1.1.2 操作系統(tǒng)的主要功能存儲(chǔ)器管理功能內(nèi)存分配地址映射：把所用的相對地址（邏輯地址） 轉(zhuǎn)換成內(nèi)存的物理地址

2、。3. 內(nèi)存保護(hù)4. 內(nèi)存擴(kuò)充 : 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)。 1.1.2 操作系統(tǒng)的主要功能處理機(jī)管理功能作業(yè)和進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程控制：創(chuàng)建、撤消、封鎖、喚醒。進(jìn)程通信 設(shè)備管理功能 緩沖區(qū)管理 設(shè)備分配 設(shè)備驅(qū)動(dòng) 設(shè)備無關(guān)性(設(shè)備獨(dú)立性) 處理機(jī)管理功能文件管理功能文件存儲(chǔ)空間的管理文件操作的一般管理: 創(chuàng)建、刪除、打開、關(guān)閉。目錄管理文件的讀寫管理和存取控制用戶接口 命令界面程序界面(系統(tǒng)調(diào)用界面)圖形界面文件管理功能1.1.3 操作系統(tǒng)的地位 硬件是軟件建立與活動(dòng)的基礎(chǔ)，而軟件是對硬件功能的擴(kuò)充。軟件分為：應(yīng)用軟件，支撐軟件，系統(tǒng)軟件。 操作系統(tǒng)是裸機(jī)之上的第一層軟件。它是整個(gè) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制管理中心

3、，即管硬件，又管 軟件，它為其他軟件提供運(yùn)行環(huán)境。 1.1.3 操作系統(tǒng)的地位1.1.4 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程手工操作階段早期批處理階段早期聯(lián)機(jī)批處理：內(nèi)存中總是只保留一道作業(yè)（單道批處理）早期脫機(jī)批處理： I/O不受主機(jī)直接控制多道批處理階段 多道程序設(shè)計(jì)的基本思想：在內(nèi)存中同時(shí)存放多道程序，在管理程序的控制下交替地執(zhí)行。1.1.4 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程用戶程序監(jiān)督程序I/O請求啟動(dòng)I/O中斷處理I/O操作I/O結(jié)束中斷I/O請求啟動(dòng)I/O中斷處理I/O結(jié)束中斷（a)單道程序運(yùn)行情況T用戶程序A監(jiān)督程序請求盤輸入啟動(dòng)盤結(jié)束中斷中斷處理結(jié)束中斷（b）兩道程序運(yùn)行情況T用戶程序B調(diào)度B啟動(dòng)帶請求帶輸

4、入調(diào)度A中斷處理調(diào)度B磁盤操作磁帶操作用戶程序監(jiān)督程序I/O請求啟動(dòng)I/O中斷處理I/O操作I/O 多道批處理系統(tǒng)中允許多道程序并發(fā)執(zhí)行與單道批處理系統(tǒng)相比有質(zhì)的飛躍。它提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。 系統(tǒng)吞吐量：在一段給定的時(shí)間內(nèi)，計(jì)算機(jī)所能完成的總工作量。 多道批處理系統(tǒng)具備操作系統(tǒng)的基本功能：內(nèi)存的分配和保護(hù)、處理機(jī)的調(diào)度和作業(yè)的合理搭配、I/O設(shè)備的共享和方便使用、文件的存放和讀寫操作及安全性等。 多道批處理系統(tǒng)中允許多道程序并發(fā)執(zhí)行與單道 4. 操作系統(tǒng)的發(fā)展 分時(shí)操作系統(tǒng)：具備人機(jī)交互能力。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：具有專用性，與分時(shí)系統(tǒng)相比，要求有更高的可靠性和更嚴(yán)格的及時(shí)性。 個(gè)人機(jī)系統(tǒng)

5、、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)、多處理機(jī)系統(tǒng)等。 4. 操作系統(tǒng)的發(fā)展1.2 操作系統(tǒng)的特征和體系結(jié)構(gòu)1.2.1 操作系統(tǒng)的特征 并發(fā)：兩個(gè)或多個(gè)活動(dòng)在同一給定的時(shí)間 間隔中進(jìn)行。 共享：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源被多個(gè)任務(wù)所共用。 異步性：在多道程序環(huán)境中，各程序的執(zhí)行過 程有著“走走停?！钡男再|(zhì)。同一程序 在相同的初始數(shù)據(jù)下，無論何時(shí)運(yùn)行 都應(yīng)獲得同樣的結(jié)果。1.2 操作系統(tǒng)的特征和體系結(jié)構(gòu)1.2.1 操作系統(tǒng)的特1.2.1 操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 單塊式結(jié)構(gòu)：耦合緊密，實(shí)現(xiàn)效率高。 層次結(jié)構(gòu)：基本思想是按照操作系統(tǒng)各模塊的功能和相互關(guān)系，把系統(tǒng)中的模塊分為若干層，其中任一層模塊都建立在它下面一層的基礎(chǔ)上

6、。例如著名的UNIX系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)清晰，可靠性、可移植性和維護(hù)性高。 操作系統(tǒng)的內(nèi)核：處于下層的程序模塊。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)：基本思想是把所有操作系統(tǒng)基本上都具有的那些操作放在內(nèi)核中，而操作系統(tǒng)的其它功能由內(nèi)核之外的服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。1.2.1 操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 硬 件 硬 件 控 制 緩沖區(qū)管理 文 件 系 統(tǒng) 系 統(tǒng) 調(diào) 用 接 口 程 序 庫 硬件層核心層用戶層核心層進(jìn)程通信 調(diào)度 內(nèi)存管理 用戶程序trapUNIX S_5 系統(tǒng)核心框圖 1.3 操作系統(tǒng)的類型和主要產(chǎn)品操作系統(tǒng)可分為：多道批處理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)個(gè)人機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)1.3 操作系統(tǒng)的類型和主要產(chǎn)品操作系統(tǒng)可分為

7、：1.3.1 多道批處理系統(tǒng) 特點(diǎn)：多道：內(nèi)存中存放多個(gè)作業(yè)，并在外存上存放大量 的后 備作業(yè)。成批：系統(tǒng)運(yùn)行過程中不允許用戶和機(jī)器之間發(fā)生 交互作用。 優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)資源利用率高；系統(tǒng)吞吐量大。 缺點(diǎn)：用戶作業(yè)等待時(shí)間長；沒有交互能力。1.3.1 多道批處理系統(tǒng)后備作業(yè)打印機(jī)讀卡機(jī)完成作業(yè) 磁盤(輸入井) 磁盤(輸出井)CPU多道批處理系統(tǒng)中作業(yè)的流程后備打印機(jī)讀卡機(jī)完成 磁盤 磁盤CPU多道批處理系統(tǒng)1.3.2 分時(shí)系統(tǒng) 分時(shí)概念和分時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法分時(shí)，就是對時(shí)間的共享。在分時(shí)系統(tǒng)中，分時(shí)主要是指若干并發(fā)程序?qū)PU時(shí)間的共享。它是通過系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的。共享的時(shí)間單位稱為時(shí)間片。 2. 分時(shí)系

8、統(tǒng)的特征和優(yōu)點(diǎn) 分時(shí)系統(tǒng)的基本特征： 同時(shí)性：若干用戶可同時(shí)上機(jī)使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 交互性：用戶能方便地與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對話； 1.3.2 分時(shí)系統(tǒng) 獨(dú)立性：系統(tǒng)中各用戶可以彼此獨(dú)立地操作，互不干擾或破壞； 及時(shí)性：用戶能在很短時(shí)間內(nèi)得到系統(tǒng)的響應(yīng)。 分時(shí)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 響應(yīng)快，界面友好； 多用戶，便于普及； 便于資源共享。 獨(dú)立性：系統(tǒng)中各用戶可以彼此獨(dú)立地操作，互不干擾1.3.3 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的引入實(shí)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間很快，可以在毫秒甚至微秒級立即處理。實(shí)時(shí)系統(tǒng)有三種典型應(yīng)用形式：過程控制系統(tǒng) 信息查詢系統(tǒng) 事務(wù)處理系統(tǒng)1.3.3 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 2. 實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別實(shí)時(shí)系統(tǒng)的交互能力相

9、對較弱，一般是具有特殊用途的專用系統(tǒng)；實(shí)時(shí)系統(tǒng)對響應(yīng)時(shí)間更嚴(yán)格、及時(shí)；實(shí)時(shí)系統(tǒng)對可靠性的要求更高。 2. 實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別1.3.4 個(gè)人機(jī)系統(tǒng) 個(gè)人機(jī)系統(tǒng)主要有兩類： 單用戶操作系統(tǒng) 多用戶操作系統(tǒng)1. 單用戶操作系統(tǒng) 單用戶操作系統(tǒng)主要有：MS DOS , OS/2 , Windows 系列，這類系統(tǒng)具有以下特征： 個(gè)人使用 界面友好 管理方便 適于普及1.3.4 個(gè)人機(jī)系統(tǒng) 單用戶操作系統(tǒng)主要有：M 2. 多用戶操作系統(tǒng) 多用戶操作系統(tǒng)最主要的是UNIX系統(tǒng)以及各種類 UNIX系統(tǒng)（例如 Linux 系統(tǒng)）。 多用戶系統(tǒng)除了界面友好、管理方便和適于普及 等特征外，還具有多用戶使用

10、、可移植性好、功 能強(qiáng)大、通信能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 2. 多用戶操作系統(tǒng)1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：將分布在各處的計(jì)算機(jī)和終端設(shè)備通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)聯(lián)結(jié)在一起，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特征： 分布性 自治性 互連性 可見性網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施管理，并為用戶提供統(tǒng)一的、方便的網(wǎng)絡(luò)接口。1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的功能：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信 資源共享和保護(hù)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的功能：1.3.6 分布式操作系統(tǒng) 分布式系統(tǒng)把大量的計(jì)算機(jī)組織在一起，彼此通過高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接 分布式系統(tǒng)的特征： 分布式處理。 模塊化結(jié)構(gòu)。 利用信息通信。 實(shí)施整體控制。分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)：透明性 靈活性 可靠性 高性能 可擴(kuò)充性1.3.6 分布式操作系統(tǒng) 1.3.7 操作系統(tǒng)的主要產(chǎn)品系列 DOS 單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng) MS Windows 單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng) 圖形用戶界面 多任務(wù)處理 設(shè)備無關(guān)性 OS/2 UNIX 多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng) Linux 操作系統(tǒng)1.3.7 操作系統(tǒng)的主要產(chǎn)品系列 1.4 操作系統(tǒng)的用戶界面1.4.1 命令界面 注冊和退出系統(tǒng)UNIX命令的格式命令名 選項(xiàng) 參數(shù) 簡單命令 who date cal pwd ls cal1.4 操作系統(tǒng)的用戶界面1.4.1 命令界面