操作系統(tǒng)概述

計算機操作系統(tǒng)計算機專業(yè)課程課程安排：第一章操作系統(tǒng)引論〔4學(xué)時〕第二章進程管理〔8學(xué)時〕第三章處理機調(diào)度與死鎖〔10學(xué)時〕第四章存儲管理〔10學(xué)時〕第五章設(shè)備管理〔6學(xué)時〕第六章文件管理〔6學(xué)時〕第七章操作系統(tǒng)接口〔1學(xué)時〕第九章系統(tǒng)平安性〔1學(xué)時〕一、常見的操作系統(tǒng)類型?UNIX常見的發(fā)行版本?Linux常見的發(fā)行版本二、操作系統(tǒng)的主要工作A．執(zhí)行程序啟動和結(jié)束B．為用戶提供良好的界面普通用戶和系統(tǒng)用戶C．管理整個系統(tǒng)中的各種資源硬件資源和軟件資源D．計算機系統(tǒng)的效率與平安問題協(xié)調(diào)各個部件和進程運行，保證互不干擾三、操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)：OperatingSystem，有時簡記為OS，是一組控制和管理計算機硬件與軟件資源，合理地對各類作業(yè)進行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序的集合。主要功能：實現(xiàn)處理機管理、內(nèi)存管理、I/O設(shè)備管理、文件管理以及作業(yè)管理。四、OS在計算機中的位置1、OS與各層的關(guān)系與硬件的關(guān)系：控制CPU的工作訪問存儲器設(shè)備驅(qū)動、中斷處理與用戶及應(yīng)用程序的關(guān)系：提供方便的用戶界面提供高效的系統(tǒng)管理能力2、各層對操作系統(tǒng)的制約下層硬件環(huán)境提供OS運行根底;限制了OS的功能實現(xiàn)上層軟件對OS提出要求良好的用戶界面OS與硬件相關(guān)，與應(yīng)用無關(guān)五、現(xiàn)代操作系統(tǒng)的主要特點多任務(wù)的例子：(1)計算x=(a＋b)＊(c＋d)/(e＋f)

子任務(wù)P1、P3、P5可并行執(zhí)行；(2)聽音樂、上網(wǎng)看小說 CPU、接口、顯卡、顯示存放器，聲卡學(xué)習(xí)過程中應(yīng)時刻注意：操作系統(tǒng)是如何實現(xiàn)多任務(wù)P1P2P3P4P5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)六、操作系統(tǒng)涉及的學(xué)科領(lǐng)域地位： 專業(yè)核心課程 考研核心課程 技術(shù)開發(fā)的理論根底特點： 實踐性強 涉及面廣 錯綜復(fù)雜七、操作系統(tǒng)課程地位及特點第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用

操作系統(tǒng)的開展過程操作系統(tǒng)的根本特性操作系統(tǒng)的主要功能41231.計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

計算機系統(tǒng)由四層組成，分別是硬件層、操作系統(tǒng)層、語言處理程序?qū)雍蛻?yīng)用程序?qū)樱渲忻恳粚佣即硪唤M功能并提供相應(yīng)的接口。用戶1用戶2用戶N……應(yīng)用程序語言處理程序操作系統(tǒng)硬件圖1-1計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

目前存在著多種類型的OS，不同類型的OS，其目標(biāo)各有所側(cè)重。通常在計算機硬件上配置的OS，其目標(biāo)有以下幾點： 方便性 有效性 可擴充性 開放性

2.操作系統(tǒng)的目標(biāo)

OS作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口

OS作為計算機系統(tǒng)資源的管理者

OS用作擴充機器3.操作系統(tǒng)的作用圖1-2OS作為接口示意圖窗口軟件虛擬機文件管理軟件I/O管理軟件裸機物理實體裸機數(shù)據(jù)輸入和打印輸出I/O管理軟件實現(xiàn)對文件操作的細(xì)節(jié)文件管理軟件方便操作計算機窗口軟件第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用

操作系統(tǒng)的開展過程操作系統(tǒng)的根本特性操作系統(tǒng)的主要功能4123人工操作方式特點無任何軟件、沒有“源程序”的概念用物理地址編程、絕對裝入缺點用戶獨占全機

CPU等待人工操作嚴(yán)重浪費系統(tǒng)資源人機矛盾指在慢速的手工操作和高速的計算機運算之間形成的一種矛盾。CPU-I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾1.無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)脫機輸入/輸出(Off-LineI/O)方式

在外圍計算機的控制下，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的自動輸入輸出。圖1-3脫機I/O示意圖CPU磁盤磁盤磁盤優(yōu)點減少了CPU的空閑時間提高I/O速度

缺點磁盤上的程序不能被連續(xù)地處理批處理技術(shù)指在管理程序的控制下，對一批作業(yè)自動進行處理而不需要人工干預(yù)的一種技術(shù)。該技術(shù)旨在提高系統(tǒng)的吞吐量和資源利用率。單道批處理系統(tǒng)在系統(tǒng)中的監(jiān)督程序的控制下，將一批以脫機方式輸入到磁盤上的作業(yè)進行處理。特征自動性順序性單道性缺點內(nèi)存僅有一道作業(yè)，系統(tǒng)資源不能被好地利用。多道程序設(shè)計技術(shù)指在內(nèi)存中同時存放假設(shè)干個作業(yè)，由CPU以切換的方式，使它們同時運行的一種程序設(shè)計技術(shù)。多道批處理系統(tǒng)采用多道程序設(shè)計技術(shù)的操作系統(tǒng)稱為是多道批處理系統(tǒng)。圖多道批處理系統(tǒng)處理批作業(yè)過程示意圖圖1-4單道和多道程序運行情況

CPU監(jiān)督程序I/O設(shè)備特征多道性無序性調(diào)度性優(yōu)缺點優(yōu)點：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大缺點：平均周轉(zhuǎn)時間長、無交互能力是指系統(tǒng)在單位時間內(nèi)所完成的總工作量。指作業(yè)從進入系統(tǒng)開始，直至其完成并退出系統(tǒng)為止所經(jīng)歷的時間。習(xí)題假設(shè)在多道批處理系統(tǒng)中，某時刻有A、B、C三道作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，按A、B、C的先后順序執(zhí)行，問三道作業(yè)全部完成所用時間比在單道批處理系統(tǒng)中節(jié)省多少時間？〔忽略系統(tǒng)開銷〕A：計算20s——I/O40s——計算40sB：計算10s——I/O80sC：計算50s——I/O20s——計算10s1、操作系統(tǒng)中單用戶和多用戶、單任務(wù)和多任務(wù)分別指的是什么意思，列舉常見的單用戶單任務(wù)、單用戶多任務(wù)、多用戶單任務(wù)、多用戶多任務(wù)的操作系統(tǒng)。2、人工操作方式、脫機輸入/輸出方式以及單道批處理的計算機系統(tǒng)中執(zhí)行程序都是一個接一個的方式，那這三種類型的計算機系統(tǒng)在執(zhí)行程序的過程到底有什么樣實質(zhì)性的區(qū)別呢？思考分時系統(tǒng)在一臺主機上連接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，同時允許多個用戶通過自己的終端，以交互方式使用主機，共享主機中的資源。圖分時系統(tǒng)示意圖主機響應(yīng)時間分時系統(tǒng)實現(xiàn)中的關(guān)鍵問題及時接收〔多路卡、緩沖區(qū)〕及時處理〔直接進入內(nèi)存、分配時間片〕主機……緩沖區(qū)1緩沖區(qū)2緩沖區(qū)n……終端1終端2終端n多路卡圖多路卡配置示意圖特點多路性及時性交互性獨占性用戶感覺不到計算機為其他人效勞〔OS作為虛機器使各個用戶的工作互不干擾〕系統(tǒng)對用戶提出的請求及時響應(yīng)同時有多個用戶使用一臺計算機宏觀上：多人同時使用一個CPU微觀上：多個人在交替使用CPU用戶根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)果進一步提出新請求(用戶直接干預(yù)每一步)實時系統(tǒng)

實時系統(tǒng)(Real-TimeSystem)是指系統(tǒng)能及時響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運行。主要特點

系統(tǒng)要對外部請求在嚴(yán)格時間內(nèi)做出響應(yīng)系統(tǒng)可靠性較高實時操作系統(tǒng)的分類實時控制系統(tǒng)實時信息處理系統(tǒng)是指以計算機為中心的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，又稱計算機控制系統(tǒng)。以計算機為中心的實時信息查詢系統(tǒng)和實時事務(wù)處理系統(tǒng)，如機票訂購系統(tǒng)。實時任務(wù)⑴按任務(wù)執(zhí)行時是否呈現(xiàn)周期性來劃分①周期性實時任務(wù)如溫室控制系統(tǒng)②非周期性實時任務(wù)開始截至?xí)r間、完成截止時間⑵根據(jù)對截止時間的要求來劃分①硬實時任務(wù)：須滿足任務(wù)對截止時間的要求②軟實時任務(wù)：也有截止時間，但可不嚴(yán)格遵守實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)特征的比較實時系統(tǒng)和分時系統(tǒng)有著一定的相似性，可以從以下五個方面對其加以比較。 多路性 獨立性 及時性 交互性 可靠性〔實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的相同〕〔實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的相同〕〔實時系統(tǒng)比分時系統(tǒng)要求的高〕〔實時系統(tǒng)比分時系統(tǒng)的弱〕〔實時系統(tǒng)比分時系統(tǒng)要求的高〕批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)工作方式采用的技術(shù)系統(tǒng)的局限性系統(tǒng)的顯著特點

小結(jié)操作系統(tǒng)的進一步開展操作系統(tǒng)成為獨立的程序，已有40年的歷史，它經(jīng)過60和70年代的大開展時期，到80年代雖已趨于成熟，但它仍繼續(xù)沿著兩個方向繼續(xù)向前開展：一個是隨著計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開展，形成多處理機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)；一個那么是把操作系統(tǒng)應(yīng)用于微機，形成微機操作系統(tǒng)。多處理機操作系統(tǒng)在1975年前后，打破了以單處理機體系結(jié)構(gòu)為主的局面，形成由多臺處理機通過互連網(wǎng)連接在一起的計算機系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是建立在主機操作系統(tǒng)根底上，用于管理網(wǎng)絡(luò)通信和共享資源，協(xié)調(diào)各主機上任務(wù)地運行，并向用戶提供統(tǒng)一的、有效的網(wǎng)絡(luò)接口的軟件集合。分布式操作系統(tǒng)分布式系統(tǒng)中假設(shè)干個計算機可相互協(xié)作共同完成一項任務(wù)分布式系統(tǒng)資源為所有用戶共享；而網(wǎng)絡(luò)有限制地共享各個計算機間相互通訊，無主從關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)有主從關(guān)系微型機〔個人〕操作系統(tǒng)DOSMicrosoftWindowsUNIXLinuxOS/2典型操作系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用

操作系統(tǒng)的開展過程操作系統(tǒng)的根本特性操作系統(tǒng)的主要功能4123并發(fā)性共享性虛擬性異步性

并發(fā)性〔Concurrency〕1.并行與并發(fā)并行性：是指兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生的。并發(fā)性：是指兩個或多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生的。并發(fā)性特性的主要表現(xiàn)：宏觀上，系統(tǒng)內(nèi)有多個事件〔進程〕在同一個時間間隔內(nèi)發(fā)生并開展著；微觀上，多個事件〔進程〕以交替方式向前推進，而且各自的推進速度都不可預(yù)知。2.引入進程進程：是指在系統(tǒng)中能獨立運行并作為資源分配的根本單位，它是由一組機器指令、數(shù)據(jù)和堆棧等組成的，是一個活動的實體。進程和程序的區(qū)別與關(guān)系：⑴進程是動態(tài)的，而程序是靜態(tài)的；⑵進程有一定的生命期，是暫時存在的；程序是指令的集合，永遠(yuǎn)存在，本身無“運動”的含義；⑶程序和進程無一一對應(yīng)關(guān)系。共享〔Sharing〕共享：是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的進程〔線程〕共同使用。由于資源屬性的不同，因此進程能夠?qū)Y源共享的方式也會就有所不同。一般有兩種不同的共享方式：1.互斥共享方式互斥共享：是指僅當(dāng)一個程序(進程)使用完某資源并釋放后，其它程序才能使用，這種共享資源的方式稱為是互斥共享。臨界資源：是指在一段時間內(nèi)只允許一個進程訪問的資源，有時也稱為獨占資源。2.同時訪問方式同時共享：指允許在一段時間內(nèi)，多個程序〔進程〕同時對某一資源進行訪問。注：這里的“同時”是在宏觀上來說的，而在微觀上，這些進程可能是交替的對該資源進行訪問，類似于并發(fā)執(zhí)行的特性。并發(fā)和共享是OS的兩個最根本的特征，它們是互為存在的條件。虛擬技術(shù)虛擬：是指通過某種技術(shù)把一個物理實體變?yōu)榧僭O(shè)干個邏輯上的對應(yīng)物。物理實體是實際存在的，而邏輯上的對應(yīng)物是虛擬的，只是讓用戶感覺存在的東西。相應(yīng)地，用于實現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱為是虛擬技術(shù)。注：在OS中，虛擬的實現(xiàn)可以通過時分復(fù)用技術(shù)和空分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)。異步性異步性：并發(fā)進程的執(zhí)行時間具有不確定性，進程以不可預(yù)測的速度向前推進。如：進程執(zhí)行期間屢次提出打印請求的過程〔不是“一氣呵成”，而是“走走停停”〕。雖然系統(tǒng)允許程序異步執(zhí)行，但是只要運行環(huán)境相同，程序無論運行多少次，都可以得到相同的結(jié)果。這也是OS的一個重要的特征。第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用

操作系統(tǒng)的開展過程操作系統(tǒng)的根本特性操作系統(tǒng)的主要功能4123

處理機管理功能進程控制、進程同步、進程通信、調(diào)度 存儲器管理功能內(nèi)存分配、內(nèi)存保護、地址映射、內(nèi)存擴充

設(shè)備管理功能緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理、虛擬設(shè)備

文件管理功能文件存儲空間的管理、目錄管理、文件的讀/寫管理以及文件的共享與保護

操作系統(tǒng)與用戶間的接口操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用三種根本類型操作系統(tǒng)各自的特征操作系統(tǒng)的根本特性

本章總結(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)