操作系統(tǒng)概論-操作系統(tǒng)概論-chap1-11-操作系統(tǒng)概觀課件

操作系統(tǒng)概論

操作系統(tǒng)概論

教材：《操作系統(tǒng)教程》（第5版）

高等教育出版社；費翔林駱斌編著

實驗教材：《嵌入式實時操作系統(tǒng)uC/OS原理與實踐》

電子工業(yè)出版社；盧友亮編著

參考書：《操作系統(tǒng)概念》

高等教育出版社；（美國）西爾伯查茨

1.教材與參考書

教材：《操作系統(tǒng)教程》（第5版）

2.本課程主要內(nèi)容(1)概念與原理；(2)接口和服務(wù)；

(3)結(jié)構(gòu)、設(shè)計與實例；(4)進程和線程；

(5)處理器管理和調(diào)度；(6)同步、通信和死鎖；(7)存儲管理與虛擬存儲器；(8)設(shè)備管理；

(9)文件管理與虛擬文件系統(tǒng)；(10)安全與保護。2.本課程主要內(nèi)容(1)概念與原理；3.學(xué)習(xí)目標掌握操作系統(tǒng)的基本概念、原理、技術(shù)和方法;具有剖析實際操作系統(tǒng)、及設(shè)計、開發(fā)和構(gòu)造現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本能力；深入了解操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位及作用,以及它與硬件和其他軟件之間的關(guān)系;熟悉操作系統(tǒng)控制和管理整個計算機系統(tǒng)執(zhí)行的全過程,具有以操作系統(tǒng)為中心的計算機系統(tǒng)的全局和整體的概念。3.學(xué)習(xí)目標掌握操作系統(tǒng)的基本概念、原理、技術(shù)和方法;2023/10/754.為什么學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)?

設(shè)計操作系統(tǒng)或者修改現(xiàn)有的系統(tǒng)

存在人們意識不到的大量“操作系統(tǒng)”嵌入式系統(tǒng)(EmbeddedOS）智能手機操作系統(tǒng)加深對使用的多種OS的理解，有利于深入編程

用戶為了開發(fā)應(yīng)用程序必須與操作系統(tǒng)打交道編程時借鑒操作系統(tǒng)的設(shè)計思想和算法

操作系統(tǒng)中所用的許多概念和技巧可以推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域選擇購買操作系統(tǒng)

我們并不總使用Win95/NT/2000/XP/windows7,8常見的操作系統(tǒng)還有：各種UNIX,Linux，UC-OS等等2023/7/2954.為什么學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)?設(shè)計操作系統(tǒng)2023/10/764.為什么學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)?操作系統(tǒng)涉及到計算機科學(xué)的很多領(lǐng)域：計算機體系結(jié)構(gòu)/硬件軟件設(shè)計程序設(shè)計語言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫可以把多門課程內(nèi)容綜合起來學(xué)習(xí)核心技術(shù)并能在其他地方應(yīng)用之。2023/7/2964.為什么學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)?操作系統(tǒng)涉及到計2023/10/775.課程內(nèi)容學(xué)時安排考查課。理論課32學(xué)時，實驗課8學(xué)時理論課：理解操作的基本概念、原理、技術(shù)和方法實驗課：模擬實現(xiàn)OS功能；熟悉多種OS的特點及操作；網(wǎng)上查詢有關(guān)知識。

課前必須做好實驗準備，編寫代碼。2023/7/2975.課程內(nèi)容學(xué)時安排考查課。理論課32學(xué)2023/10/786.考核方法平時成績包括（考勤、作業(yè)、實驗、測驗（期中考試））占40%。期末考試。占60%理論課：無故缺勤三次以上則為零分；實驗課：只有四次，無故缺勤則為零分；可事先請假。需要辦理請假手續(xù)。所有作業(yè)、實驗、測驗不許抄襲。平時成績拿到50%及以上的分數(shù)才能參加期末考試2023/7/2986.考核方法平時成績包括（考勤、作業(yè)、實2023/10/797.學(xué)習(xí)方法知識：需要記憶、積累

聯(lián)想、對比抓重點技能：需要訓(xùn)練、經(jīng)驗

方法、技巧抓特點思路：邏輯思維 形象思維 把計算機方面的課程內(nèi)容綜合起來掌握基本原理，拓展知識，延伸視野，提高分析問題和解決問題的能力2023/7/2997.學(xué)習(xí)方法知識：需要記憶、積累第1章操作系統(tǒng)概論1.1操作系統(tǒng)概觀1.2操作系統(tǒng)形成和發(fā)展1.3操作系統(tǒng)基本服務(wù)和用戶接口1.4操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行模型

1.5流行操作系統(tǒng)簡介第1章操作系統(tǒng)概論1.1操作系統(tǒng)概觀1.1操作系統(tǒng)概觀

1.1.1操作系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)1.1.2操作系統(tǒng)資源管理技術(shù)1.1.3操作系統(tǒng)定義和作用1.1.4操作系統(tǒng)功能和特性1.1操作系統(tǒng)概觀

1.1.1操作系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)1.1.1操作系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)

計算機系統(tǒng)(層次結(jié)構(gòu))軟件硬件及固件（裸機）應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件編輯軟件，編譯軟件操作系統(tǒng)圖1.1 計算機系統(tǒng)的組成1.1.1操作系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)

計算機系統(tǒng)軟件硬件及固件（2023/10/713操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位2023/7/2913操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位2023/10/714操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)的地位：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）計算機硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用，命令，圖標，窗口應(yīng)用程序及實用程序系統(tǒng)設(shè)計者程序員用戶14操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)的地位：緊貼系統(tǒng)硬件2023/10/715引入操作系統(tǒng)的目標有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點）：管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織計算機的工作流程方便性（用戶的觀點）：提供良好的、一致的用戶接口，彌補硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別可擴充性（開放的觀點）：硬件的類型和規(guī)模的擴充、操作系統(tǒng)本身的功能和管理策略的擴充、多個系統(tǒng)之間的資源共享和互操作開放性：兼容、互聯(lián)2023/7/2915引入操作系統(tǒng)的目標有效性（系統(tǒng)管理人員操作系統(tǒng)的主要目標方便用戶使用擴大機器功能管理系統(tǒng)資源提高系統(tǒng)效率構(gòu)筑開放環(huán)境操作系統(tǒng)的主要目標方便用戶使用操作系統(tǒng)與其它軟件的區(qū)別

程序意圖不同，各有不同任務(wù)，解決不同問題；具有控制與被控制的關(guān)系；操作系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的核心，是各種軟件的基礎(chǔ)運行平臺；通用操作系統(tǒng)提供共性功能支持，與硬件相關(guān)但和應(yīng)用領(lǐng)域無關(guān)；支撐軟件及應(yīng)用軟件不能直接而只能通過操作系統(tǒng)來使用計算機系統(tǒng)的物理資源。操作系統(tǒng)與其它軟件的區(qū)別程序意圖不同，各有不同任務(wù)，解決不1.1.2操作系統(tǒng)資源管理技術(shù)資源復(fù)用(解決物理資源數(shù)量不足

)資源虛擬(解決物理資源數(shù)量不足

，提高服務(wù)的能力和水平)資源抽象(處理系統(tǒng)的復(fù)雜性，解決資源的易用性)

資源管理技術(shù)1.1.2操作系統(tǒng)資源管理技術(shù)資源復(fù)用資源虛擬資源抽象資源1.資源管理

(1)復(fù)用(1)空分復(fù)用共享--該資源可進一步分割成更多和更小的單位供進程使用。(2)時分復(fù)用共享--并不把資源進一步分割成更小的單位，進程可在一個時間段內(nèi)獨占使用整個物理資源。1.資源管理

(1)復(fù)用(1)空分復(fù)用共享--該資源可進時分復(fù)用共享分類時分獨占式--進程獲得時分獨占式資源后，對資源執(zhí)行多個操作，通常使用一個完整的周期后才會釋放(如磁帶)。時分共享式--時分共享式資源指進程占用該類資源使用后，很可能隨時被剝奪，被另一個進程掄占使用(如處理器、磁盤機)。時分復(fù)用共享分類時分獨占式--進程獲得時分獨占式資源后，對資(2)虛擬

是對資源進行轉(zhuǎn)化、模擬或整合，把物理上的一個資源變成邏輯上的多個對應(yīng)物(或物理上多個變成邏輯上一個)的一類技術(shù)。空分復(fù)用分割實際存在的物理資源，虛擬實現(xiàn)虛構(gòu)假想的虛擬同類資源。資源虛擬的例子—虛擬設(shè)備、虛擬主存、虛擬文件、虛擬屏幕(終端)、虛擬信道。(2)虛擬是對資源進行轉(zhuǎn)化、模擬或整合，把物理上的一個資(3)抽象資源抽象用于處理系統(tǒng)的復(fù)雜性，重點解決資源的易用性。資源抽象指通過創(chuàng)建軟件來屏蔽硬件資源物理特性和接口細節(jié)，簡化對硬件資源的操作、控制和使用的一類技術(shù)。單級資源抽象與多級資源抽象。(3)抽象資源抽象用于處理系統(tǒng)的復(fù)雜性，重點解決資源的易用設(shè)備抽象接口(隱蔽I/O操作實現(xiàn)細節(jié))

物理接口設(shè)備

用戶I/O機器指令I(lǐng)/O系統(tǒng)調(diào)用read(),write()I/O軟件及設(shè)備驅(qū)動程序

用戶物理接口設(shè)備設(shè)備抽象接口(隱蔽I/O操作實現(xiàn)細節(jié))

物理接口用戶單級資源抽象例子

一個簡單抽象，可用系統(tǒng)調(diào)用write()打包：voidwrite(char*block,intlen,intdevice,inttrack,intsector){

load(block,length,device);

seek(device,track);

out(device,sector);};單級資源抽象例子一個簡單抽象，可用系統(tǒng)調(diào)用write(多級資源抽象例子intfprintf(fileID,”%s”,datum){…write();…};多級資源抽象例子intfprintf(fileID,”%s(4)組合使用資源管理技術(shù)對于一類資源，操作系統(tǒng)往往同時實施幾種資源管理技術(shù)。例1--虛擬設(shè)備--抽象+虛擬。例2--虛擬主存--復(fù)用+虛擬。例3--虛擬屏幕--抽象+虛擬。(4)組合使用資源管理技術(shù)對于一類資源，操作系統(tǒng)往往同時實2.操作系統(tǒng)中三個基礎(chǔ)抽象進程是對于進入內(nèi)存的執(zhí)行程序在處理器上操作的狀態(tài)集的一個抽象。進程抽象的效果是讓用戶感覺到有自己獨享的處理器，從而，可為用戶提供多任務(wù)操作系統(tǒng)和分時操作系統(tǒng)。2.操作系統(tǒng)中三個基礎(chǔ)抽象進程是對于進入內(nèi)存的執(zhí)行程序在處理操作系統(tǒng)中三個基礎(chǔ)抽象

虛存(virtualmemory)（虛存是內(nèi)存的一種抽象）用戶：運行應(yīng)用程序，使用邏輯地址

虛擬機界面

虛擬地址OS:虛存及其管理

物理機界面

物理地址

硬件:主存+輔存虛存抽象的效果是給用戶造成假象，感覺獨占了一個連續(xù)地址空間，編寫應(yīng)用程序的長度不受物理內(nèi)存大小限制。虛存是通過結(jié)合對內(nèi)存和外存的管理來實現(xiàn)的，把一個進程的虛存中的內(nèi)容存儲在磁盤上，用內(nèi)存作為磁盤的高速緩存，以此為用戶提供比物理內(nèi)存空間大得多的虛擬內(nèi)存空間。操作系統(tǒng)中三個基礎(chǔ)抽象虛存(vi2.操作系統(tǒng)中三個基礎(chǔ)抽象文件是通過將文件中的字節(jié)映射到存儲設(shè)備的物理塊中來實現(xiàn)文件抽象。文件抽象的效果是讓用戶感覺到總能滿足自己對設(shè)備上信息的存取需求，而且使用十分方便。2.操作系統(tǒng)中三個基礎(chǔ)抽象文件是通過將文件中的字節(jié)映射到存儲基礎(chǔ)抽象的包含關(guān)系

文件抽象虛存抽象進程抽象

處理器

內(nèi)存

設(shè)備

基礎(chǔ)抽象的包含關(guān)系文件抽象虛存抽象3操作系統(tǒng)虛擬機什么是操作系統(tǒng)虛擬機?操作系統(tǒng)虛擬機的組成：

1)虛擬處理器

2)虛擬內(nèi)存

3)虛擬輔存

4)虛擬設(shè)備3操作系統(tǒng)虛擬機什么是操作系統(tǒng)虛擬機?操作系統(tǒng)虛擬機進程P1虛虛虛

虛處內(nèi)輔設(shè)理

存存?zhèn)淦?/p>

虛擬機1…進程Pn操作系統(tǒng)資源管理技術(shù)(復(fù)用、虛擬、抽象)虛

虛虛虛處內(nèi)輔設(shè)理存存?zhèn)淦?/p>

虛擬機n處內(nèi)輔設(shè)理器存存?zhèn)?/p>

物理計算機操作系統(tǒng)虛擬機進程P1虛虛虛

1.1.3操作系統(tǒng)定義和作用

OS是計算機硬件、軟件資源的管理者。管理對象包括：CPU、存儲器、外部設(shè)備、信息（數(shù)據(jù)和軟件）；管理的內(nèi)容：資源的當(dāng)前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況）、資源的分配、回收和訪問操作，相應(yīng)管理策略（包括用戶權(quán)限）。

1.1.3操作系統(tǒng)定義和作用

OS是計算機硬件、軟件資2023/10/734

OS是用戶使用系統(tǒng)硬件、軟件的接口。系統(tǒng)命令方式（命令行、菜單式、命令腳本式）；供一般用戶使用。圖形窗口方式系統(tǒng)調(diào)用方式（形式上類似于過程調(diào)用，在應(yīng)用編程中使用）；供程序員使用。

1.1.3操作系統(tǒng)定義和作用

2023/7/2934

OS是用戶使用系統(tǒng)硬件、軟件的接口。2023/10/735OS是擴展機(extendedmachine)/虛擬機(virtualmachine)。在裸機上添加功能：設(shè)備管理、文件管理、存儲管理（針對內(nèi)存和外存）、處理機管理（針對CPU）,讓用戶使用更加方便；另外，為合理組織工作流程：作業(yè)管理、進程管理。操作系統(tǒng)的非形式化定義（關(guān)鍵點）：系統(tǒng)軟件，程序模塊的集合，資源管理和用戶接口功能

1.1.3操作系統(tǒng)定義和作用

2023/7/2935OS是擴展機(extendedmac2023/10/736裸機I/O設(shè)備管理軟件文件管理軟件窗口軟件OS能把一臺“裸機”改造成功能更強大、用戶使用更方便靈活、更安全可靠的虛擬機

1.1.3操作系統(tǒng)定義和作用

2023/7/2936裸機I/O設(shè)備管理軟件文件管理軟件窗口ch1(os定義、功能、作用、接口和服務(wù))系統(tǒng)實現(xiàn)觀點進程交互觀點資源管理觀點OS是資源管理者ch2(處理器管理)、ch4(存儲管理)、ch5(設(shè)備管理)、ch6(文件管理)OS是虛擬機ch1(os虛擬機、os結(jié)構(gòu)、os運行模型)、

ch7(安全與保護)ch2(進程、線程、調(diào)度)、ch3(同步、通信、死鎖)

系統(tǒng)角度動態(tài)觀察方法靜態(tài)觀察方法OS是程序執(zhí)行的控制者

用戶角度OS是服務(wù)提供者服務(wù)用戶觀點

研究和觀察操作系統(tǒng)

觀察和研究操作系統(tǒng)總綱

ch1(os定義、功能、作用、接口和服務(wù))系統(tǒng)實現(xiàn)進程交互1.1.4操作系統(tǒng)功能和特性

操作系統(tǒng)中，資源包括兩類：硬件資源和信息資源。硬件資源又分：處理器、存儲器、I/O設(shè)備等；信息資源又分：程序和數(shù)據(jù)等。操作系統(tǒng)也可定義為：是能使諸用戶有效、方便地共享一套計算機系統(tǒng)資源的一種系統(tǒng)軟件。1.1.4操作系統(tǒng)功能和特性

操作系統(tǒng)中，資源包括

操作系統(tǒng)主要功能

處理機管理存儲管理設(shè)備管理文件管理網(wǎng)絡(luò)與通信管理

操作系統(tǒng)主要功能

處理機管理處理機管理

(1)進程控制和管理；(2)進程同步和互斥；(3)進程通信；(4)進程死鎖；(5)線程控制和管理；(6)處理器調(diào)度，又分高級調(diào)度，中級調(diào)度和低級調(diào)度。處理機管理

(1)進程控制和管理；存儲管理

(1)內(nèi)存分配；(2)地址轉(zhuǎn)換；(3)存儲保護；(4)內(nèi)存共享；(5)存儲擴充。存儲管理

(1)內(nèi)存分配；設(shè)備管理(1)提供設(shè)備中斷處理；(2)提供緩沖區(qū)管理；(3)提供設(shè)備獨立性，實現(xiàn)邏輯設(shè)備到物理設(shè)備之間的映射；(4)設(shè)備的分配和回收；(5)實現(xiàn)共享型設(shè)備的驅(qū)動調(diào)度；(6)實現(xiàn)虛擬設(shè)備。設(shè)備管理(1)提供設(shè)備中斷處理；文件管理(1)提供文件的邏輯組織方法；(2)提供文件的物理組織方法；(3)提供文件的存取和使用方法；(4)實現(xiàn)文件的目錄管理；(5)實現(xiàn)文件的共享和安全性控制；(6)實現(xiàn)文件的存儲空間管理。文件管理(1)提供文件的邏輯組織方法；網(wǎng)絡(luò)與通信管理(1)網(wǎng)絡(luò)資源管理；(2)數(shù)據(jù)通信管理；(3)應(yīng)用服務(wù);(4)網(wǎng)絡(luò)管理。網(wǎng)絡(luò)與通信管理(1)網(wǎng)絡(luò)資源管理；1.1.4操作系統(tǒng)主要特性

第一個特性--并發(fā)性第二個特性--共享性第三個特性--異步性

1.1.4操作系統(tǒng)主要特性

第一個特性--并發(fā)性第一個特性--并發(fā)性(1)

并發(fā)性--指兩個或兩個以上的事件或活動在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。發(fā)揮并發(fā)性能夠消除系統(tǒng)中部件和部件之間的相互等待，有效地改善系統(tǒng)資源的利用率，改進系統(tǒng)的吞吐率，提高系統(tǒng)效率。第一個特性--并發(fā)性(1)并發(fā)性--指兩個或

并發(fā)性使系統(tǒng)變得復(fù)雜化

如何從一個活動切換到另一個活動？怎樣將各個活動隔離開來，使之互不干擾，免遭對方破壞？怎樣讓多個活動協(xié)作完成任務(wù)？怎樣協(xié)調(diào)多個活動對資源的競爭？如何保證每個活動的資源不被其它進程侵犯?多個活動共享文件數(shù)據(jù)時，如何保證數(shù)據(jù)的一致性？第一個特性--并發(fā)性(2)

并發(fā)性使系統(tǒng)變得復(fù)雜化第一個特性--第一個特性--并發(fā)性(3)采用并發(fā)技術(shù)的系統(tǒng)稱多任務(wù)系統(tǒng)。并發(fā)的實質(zhì)是一個物理CPU(也可以多個物理CPU)在若