第1章 操作系統(tǒng)概述

《操作系統(tǒng)》李新榮姓名：李新榮Qq：42658795E_mail:l_xinrong@電話公室：圖書(shū)館5樓，計(jì)算機(jī)教師辦公室答疑：課前或者周三下午4：00辦公室聯(lián)系方式課程的特點(diǎn)概念多，理論性強(qiáng)，實(shí)踐性強(qiáng)方法：古代哲人：聽(tīng)而易忘，見(jiàn)而易記，做而易懂。多做實(shí)驗(yàn)：沒(méi)有聽(tīng)會(huì)的，沒(méi)有看會(huì)的，只有做會(huì)的復(fù)習(xí)C語(yǔ)言，熟練掌握C編程學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的方法第1章操作系統(tǒng)概述本章內(nèi)容1.1操作系統(tǒng)的基本概念1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展1.3操作系統(tǒng)的功能和特征1.4Linux操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目標(biāo)掌握操作系統(tǒng)的基本概念掌握操作系統(tǒng)的功能掌握操作系統(tǒng)的特征了解Linux操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史掌握Linux操作系統(tǒng)的安裝方法71.1操作系統(tǒng)的基本概念從不同角度觀察操作系統(tǒng)（1）從底向上看，操作系統(tǒng)是對(duì)裸機(jī)的第一層軟件，是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的封裝和擴(kuò)充，操作系統(tǒng)為用戶提供了一臺(tái)與實(shí)際硬件等價(jià)的虛擬機(jī)。（2）從資源管理角度看，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)資源的管理者，它有序地控制著處理器、存儲(chǔ)器以及其他I/O接口設(shè)備的分配，從而讓系統(tǒng)中的多個(gè)程序能夠正常的使用資源并順利運(yùn)行。81.1操作系統(tǒng)的基本概念從不同角度觀察操作系統(tǒng)（3）從軟件分類(lèi)角度看，操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件，它控制著計(jì)算機(jī)所有的資源并提供應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的接口。（4）從系統(tǒng)管理員角度看，操作系統(tǒng)合理地組織管理了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作流程，使之能為多個(gè)用戶提供安全高效的計(jì)算機(jī)資源共享。91.1操作系統(tǒng)的基本概念從不同角度觀察操作系統(tǒng)（5）從程序員角度看（即從操作系統(tǒng)產(chǎn)生的角度），操作系統(tǒng)將程序員從復(fù)雜的硬件控制中解脫出來(lái)，并為軟件開(kāi)發(fā)者提供了一個(gè)虛擬機(jī)，更方便地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。（6）從一般用戶角度看，操作系統(tǒng)為他們提供了一個(gè)良好的交互界面，使得他們不必了解有關(guān)硬件和系統(tǒng)軟件的細(xì)節(jié)，就能方便地使用計(jì)算機(jī)。101.1操作系統(tǒng)的基本概念從不同角度觀察操作系統(tǒng)(7)從硬件設(shè)計(jì)者看，操作系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能擴(kuò)展提供了支撐平臺(tái)，使硬件系統(tǒng)與應(yīng)用軟件產(chǎn)生了相對(duì)獨(dú)立性，可以在一定范圍內(nèi)對(duì)硬件模塊進(jìn)行升級(jí)和添加新硬件，而不會(huì)影響原先應(yīng)用軟件。1.1操作系統(tǒng)的基本概念操作系統(tǒng)的位置111.1操作系統(tǒng)的基本概念2.操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)軟件，它控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各種硬件和軟件資源，合理有效地組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作，并為用戶提供一個(gè)使用方便可擴(kuò)展的工作環(huán)境，從而起到連接計(jì)算機(jī)和用戶的接口作用。

12131.2操作系統(tǒng)的發(fā)展1.2.1人工操作方式1.2.2單道批處理操作系統(tǒng)1.2.3多道批處理操作系統(tǒng)1.2.4分時(shí)操作系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)1.2.6網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)1.2.7分布式操作系統(tǒng)1.2.8微機(jī)操作系統(tǒng)1.2.9嵌入式操作系統(tǒng)141.2.1人工操作方式工作方式缺點(diǎn)用戶獨(dú)占全機(jī)。CPU等待人工操作，產(chǎn)生人機(jī)矛盾。

用戶

紙帶、卡片

主機(jī)

輸入機(jī)151.2.2單道批處理操作系統(tǒng)定義系統(tǒng)把一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，并在監(jiān)督程序的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)處理，且在內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)。特點(diǎn)自動(dòng)性、順序性、單道性。161.2.2單道批處理操作系統(tǒng)缺點(diǎn)系統(tǒng)中的資源得不到充分地利用。171.2.3多道批處理操作系統(tǒng)一、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)定義指允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入內(nèi)存，同時(shí)運(yùn)行的技術(shù)

。181.2.3多道批處理操作系統(tǒng)一、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)舉例作業(yè)A（先執(zhí)行）：計(jì)算－打印－計(jì)算作業(yè)B（后執(zhí)行）：計(jì)算－顯示－計(jì)算CPU打印機(jī)T0T1T3T5A計(jì)算A打印A計(jì)算B計(jì)算顯示器B計(jì)算T2T4B顯示191.2.3多道批處理操作系統(tǒng)一、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)特征多道性。宏觀上并行。

微觀上串行。

201.2.3多道批處理操作系統(tǒng)二、多道批處理系統(tǒng)定義在該系統(tǒng)中，用戶所提交的作業(yè)先存放在外存上作為“后備隊(duì)列”，然后由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法，從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。211.2.3多道批處理操作系統(tǒng)二、多道批處理系統(tǒng)特征多道性：內(nèi)存中可駐留多道程序。無(wú)序性：多個(gè)作業(yè)完成的順序和它們進(jìn)入內(nèi)存的順序無(wú)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系。調(diào)度性：作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度。221.2.3多道批處理操作系統(tǒng)二、多道批處理系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)提高了CPU的利用率。提高了內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率。增加了吞吐量。231.2.4分時(shí)操作系統(tǒng)定義在一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤(pán)的終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶通過(guò)自己的終端，以交互方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。SC1C2C3241.2.4分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)技術(shù)時(shí)間片：一段很短的時(shí)間。處理過(guò)程：把處理機(jī)時(shí)間分成很短的時(shí)間片，這些時(shí)間片輪流地分配給各個(gè)聯(lián)機(jī)的各個(gè)作業(yè)使用。CPU時(shí)間（順序）ABCCPU時(shí)間（分時(shí)）ABCBCACBA251.2.4分時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)多路性：允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)聯(lián)接多臺(tái)聯(lián)機(jī)終端，系統(tǒng)按分時(shí)原則為每個(gè)用戶服務(wù)。獨(dú)立性：每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作，互不干擾。及時(shí)性：用戶的請(qǐng)求能在很短時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)。交互性：用戶可通過(guò)終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對(duì)話。261.2.4分時(shí)操作系統(tǒng)多路獨(dú)立及時(shí)交互271.2.5實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)定義“實(shí)時(shí)”就是“立即”、“及時(shí)”的意思，是指對(duì)隨機(jī)發(fā)生的外部事件做出及時(shí)的響應(yīng)并對(duì)其進(jìn)行處理。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是指能使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收到外部信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行處理，并且在嚴(yán)格的規(guī)定時(shí)間內(nèi)處理結(jié)束，再給出反饋信號(hào)的操作系統(tǒng)。281.2.5實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)圖1-5實(shí)時(shí)系統(tǒng)的實(shí)例291.2.5實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)溫度鍋爐氣泡壓力溫度壓力

Tp

Tp工業(yè)鍋爐壓力和溫度數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)示意圖301.2.5實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)類(lèi)型工業(yè)（武器）控制系統(tǒng)。信息查詢系統(tǒng)。特征及時(shí)性要求高。系統(tǒng)可靠性高。311.2.6網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)定義網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是在原有的操作系統(tǒng)中增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信模塊，它負(fù)責(zé)本機(jī)系統(tǒng)同網(wǎng)絡(luò)上其他系統(tǒng)之間的資源共享和負(fù)載均衡，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的信息和文件的傳輸。舉例NetWare、WindowsNT、Windows系列和Linux等

。321.2.7分布式操作系統(tǒng)定義一個(gè)分布式系統(tǒng)由若干臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)構(gòu)成，整個(gè)系統(tǒng)給用戶印象如同是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

分布式操作系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)全系統(tǒng)（包括每臺(tái)計(jì)算機(jī)）的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信息傳輸、控制協(xié)調(diào)等動(dòng)作，并為用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的界面、標(biāo)準(zhǔn)的接口。

舉例Amoeba、Mach、Chorus、DCE等。331.2.7分布式操作系統(tǒng)舉例Amoeba、Mach、Chorus、DCE等。341.2.8微機(jī)操作系統(tǒng)定義微機(jī)操作系統(tǒng)是配置在微型計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)。

舉例DOS、Windows、Unix/Xenix、Linux、OS/2等。351.2.9嵌入式操作系統(tǒng)定義手機(jī)、MP3、MP4、機(jī)頂盒等都是嵌入式系統(tǒng)。

嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件。

舉例Windows

CE、VxWorks、pSOS

、QNX

、Palm

OS

、LynxOS

等。361.3操作系統(tǒng)的功能和特征1.3.1操作系統(tǒng)的功能1.3.2操作系統(tǒng)的特征371.3.1操作系統(tǒng)的功能處理機(jī)管理存儲(chǔ)器管理設(shè)備管理文件管理用戶接口381.3.1操作系統(tǒng)的功能處理機(jī)管理（1）進(jìn)程控制（2）進(jìn)程調(diào)度（3）進(jìn)程同步（4）進(jìn)程通信391.3.1操作系統(tǒng)的功能-處理機(jī)管理（1）進(jìn)程控制進(jìn)程的概念正在運(yùn)行中的程序進(jìn)程控制的主要功能就是為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程、撤消（終止）已結(jié)束的進(jìn)程，以及控制進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。401.3.1操作系統(tǒng)的功能-處理機(jī)管理（2）進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度的任務(wù)就是從內(nèi)存中存在的多個(gè)進(jìn)程中選擇一個(gè)進(jìn)程讓其占用處理器而運(yùn)行。411.3.1操作系統(tǒng)的功能-處理機(jī)管理（3）進(jìn)程同步進(jìn)程互斥：指多進(jìn)程在對(duì)臨界資源進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)應(yīng)采用互斥方式。進(jìn)程同步：指在相互合作去完成共同任務(wù)的多進(jìn)程間，由同步機(jī)構(gòu)對(duì)它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。421.3.1操作系統(tǒng)的功能-處理機(jī)管理（4）進(jìn)程通信相互合作的進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)，相互之間往往要交換一定的信息，這種進(jìn)程間所進(jìn)行的信息交換稱(chēng)為進(jìn)程通信。431.3.1操作系統(tǒng)的功能存儲(chǔ)管理（1）內(nèi)存分配（2）內(nèi)存保護(hù)（3）地址映射（4）內(nèi)存擴(kuò)充441.3.1操作系統(tǒng)的功能-存儲(chǔ)管理（1）內(nèi)存分配為每道程序分配合適內(nèi)存空間，提高存儲(chǔ)器的利用率。允許正在運(yùn)行的程序申請(qǐng)附加的內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的需要。

451.3.1操作系統(tǒng)的功能-存儲(chǔ)管理（2）內(nèi)存保護(hù)目的確保每道用戶程序都僅在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運(yùn)行，彼此互不干擾。內(nèi)存保護(hù)的主要方法設(shè)置兩個(gè)界限寄存器，分別用于存放正在執(zhí)行程序的所占內(nèi)存空間的上界和下界，系統(tǒng)必須對(duì)每條指令所要訪問(wèn)的地址進(jìn)行檢查，如果發(fā)生越界，便發(fā)出越界中斷請(qǐng)求，終止該程序的執(zhí)行。

461.3.1操作系統(tǒng)的功能-存儲(chǔ)管理（3）地址映射將程序中指令或數(shù)據(jù)的邏輯地址轉(zhuǎn)換成其在內(nèi)存中的物理地址。（4）內(nèi)存擴(kuò)充內(nèi)存擴(kuò)充是借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容量，使用戶所感覺(jué)到的內(nèi)存容量比實(shí)際內(nèi)存容量大得多。471.3.1操作系統(tǒng)的功能設(shè)備管理任務(wù)完成用戶進(jìn)程提出的I/O請(qǐng)求；為用戶進(jìn)程分配其所需的I/O設(shè)備；提高CPU和I/O設(shè)備的利用率；提高I/O速度；方便用戶使用I/O設(shè)備。

481.3.1操作系統(tǒng)的功能-設(shè)備管理兩個(gè)主要功能提供了用戶和外設(shè)的接口。用戶只需通過(guò)鍵盤(pán)命令或程序向操作系統(tǒng)提出申請(qǐng)，設(shè)備管理程序?qū)崿F(xiàn)外部設(shè)備的分配、啟動(dòng)、回收和故障處理；提高設(shè)備的效率和利用率操作系統(tǒng)還采取了緩沖技術(shù)和虛擬設(shè)備技術(shù)，盡可能使外設(shè)與處理器并行工作，以解決快速CPU與慢速外設(shè)的矛盾。491.3.1操作系統(tǒng)的功能文件管理文件管理主要是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中軟件資源的管理。它將邏輯上有完整意義的信息資源（程序和數(shù)據(jù)）以文件的形式存放在外存儲(chǔ)器（磁盤(pán)、磁帶）上，并賦予一個(gè)名字，稱(chēng)為文件名，具有文件名的信息稱(chēng)為文件。文件管理有效地支持文件的存儲(chǔ)、檢索和修改等操作，解決文件的共享、保密和保護(hù)問(wèn)題，并提供方便的用戶界面，使用戶能實(shí)現(xiàn)按名存取，一方面，使得用戶不必考慮文件如何保存以及存放的位置，但同時(shí)也要求用戶按照操作系統(tǒng)規(guī)定的步驟使用文件。501.3.1操作系統(tǒng)的功能用戶接口命令接口圖形用戶接口程序接口（系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)）511.3.2操作系統(tǒng)的特征并發(fā)性并行：是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。并發(fā)：是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。521.3.2操作系統(tǒng)的特征虛擬性虛擬技術(shù)是指將一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物的技術(shù)。前者是實(shí)的，即實(shí)際存在的，而后者是虛的，是用戶感覺(jué)上的東西。如虛擬內(nèi)存、虛擬設(shè)備和共享處理器。531.3.2操作系統(tǒng)的特征共享性共享性指多個(gè)用戶一起共享計(jì)算機(jī)上有限的資源。541.3.2操作系統(tǒng)的特征異步性異步性指在多道程序的環(huán)境下，每個(gè)程序不知何時(shí)執(zhí)行、何時(shí)暫停，即它們以不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。551.4Linux操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.4.1Linux的誕生

1.4.2Linux的主要特點(diǎn)1.4.3Linux的內(nèi)核版本和發(fā)行版本

561.4.1Linux的誕生

1991年初芬蘭大學(xué)生Linus

Torvalds在開(kāi)始其Linux操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，在一臺(tái)Intel386微機(jī)上完成了一個(gè)類(lèi)似于Unix的操作系統(tǒng)，這就是最早的Linux版本。由于Linux具有結(jié)構(gòu)清晰、功能簡(jiǎn)捷等特點(diǎn)，許多大專(zhuān)院校的學(xué)生和科研機(jī)構(gòu)的研究人員紛紛把它作為學(xué)習(xí)和研究的對(duì)象。在眾多熱心者的努力下，Linux逐漸成為一個(gè)穩(wěn)定可靠、功能完善的操作系統(tǒng)。

571.4.2Linux的主要特點(diǎn)源代碼開(kāi)放：Linux內(nèi)核源代碼是完全開(kāi)放的，用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他途徑免費(fèi)獲得，并可以任意修改其源代碼。完全兼容POSIX1.0標(biāo)準(zhǔn)：POSIX1003.1標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)最小的Unix操作系統(tǒng)接口，任何操作系統(tǒng)只有符合這一標(biāo)準(zhǔn)，才有可能運(yùn)行Unix程序。多用戶、多任務(wù)：Linux是一個(gè)多用戶操作系統(tǒng)，它允許多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)系統(tǒng)而不會(huì)造成用戶之間的相互干擾。良好的界面：Linux同時(shí)具有字符界面和圖形界面。在字符界面用戶可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入相應(yīng)的命令進(jìn)行操作。

581.4.2Linux的主要特點(diǎn)豐富的網(wǎng)絡(luò)功能：在Linux中，用戶可以輕松實(shí)