操作系統(tǒng)四版課件1操作系統(tǒng)概述

1、 1.11.21.3本章講述內(nèi)容：本章講述內(nèi)容： 存儲程序和數(shù)據(jù)，它由一組順序編號的存儲單元組成，編號為存儲單元的地址。每個單元可以存放一個二進制數(shù)，被解釋成是一個指令或數(shù)據(jù)。 控制計算機的操作，執(zhí)行數(shù)據(jù)處理的功能。在計算機系統(tǒng)只有一個處理器時，通常就是指中央處理器（CPU），也稱中央處理機。 .1. 硬件 一臺計算機由處理器（CPU）、內(nèi)存儲器和輸入/輸出三大部件組成，它們之間按一定的方式通過系統(tǒng)總線進行互聯(lián)，從而實現(xiàn)執(zhí)行程序、完成用戶需求的各項任務(wù)。 處理器 內(nèi)存儲器輸入/輸出模塊 CPU磁盤控制器打印機控制器磁帶驅(qū)動器控制器主存系統(tǒng)總線磁盤打印機磁帶驅(qū)動器 實行計算機與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)

2、傳輸。外部設(shè)備有打印機、顯示器、終端、輔助存儲器（硬盤）、通信設(shè)備等。 2. 軟件.計算機軟件是指程序和與程序相關(guān)的文檔的集合，分系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩種。系統(tǒng)軟件 指由計算機生產(chǎn)廠家提供、具有通用功能的軟件，比如：操作系統(tǒng)、語言處理程序（如C語言編譯程序）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及各種完成服務(wù)功能的程序。. 指為解決實際問題而研制的軟件，涉及計算機應(yīng)用的各個領(lǐng)域，比如：各種管理軟件、用于工程計算的軟件包，輔助設(shè)計軟件以及過程控制軟件等。應(yīng)用軟件 未配置任何軟件的計算機稱為“裸機”。若用戶直接面對裸機，他們的精力就不能集中在如何用計算機解決自己的問題上，計算機的效率也不能充分發(fā)揮出來。1. 裸機的概念

3、2. 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史 19461958年：第一臺電子管計算機剛出現(xiàn)幾年，計算機上沒有名為“操作系統(tǒng)”的軟件。那時計算機運行速度慢，外部設(shè)備少，程序的裝入、調(diào)試以及控制程序的運行等工作，全由上機人員通過控制臺上的開關(guān)和按鈕來實現(xiàn)。這一時代的特點是人工完成上、下機操作，一臺計算機被一個用戶所獨占。.提高計算機資源利用率的需要 19581964年，計算機進入晶體管時代。隨著計算機速度、存儲容量、外部設(shè)備的功能和種類的發(fā)展，產(chǎn)生了“人-機矛盾”，向人們提出了“讓計算機自動控制用戶作業(yè)的運行，廢除上、下機手工交接”的要求。從而產(chǎn)生了批處理系統(tǒng)，其管理程序就是現(xiàn)今操作系統(tǒng)的雛形。 1964年后，計算機

4、進入集成電路和大規(guī)模集成電路時代，這時，不僅硬件有了長足發(fā)展，也要求進一步發(fā)展和擴大管理程序的功能，希望它能夠最大限度地挖掘計算機系統(tǒng)本身的潛在能力。提出多道程序設(shè)計技術(shù)，操作系統(tǒng)開始出現(xiàn)，并逐漸成為計算機系統(tǒng)中必不可少的一種系統(tǒng)軟件。.1.2.方便用戶使用計算機的需要3.硬件技術(shù)不斷發(fā)展的需要 4.計算機體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的需要 CPU、存儲器、外部設(shè)備及各種軟件都是計算機系統(tǒng)的“資源”，要想把計算機技術(shù)應(yīng)用到各領(lǐng)域，必須提高系統(tǒng)中各種資源的利用率，以降低整個系統(tǒng)成本。 各種新的元、器件以及設(shè)備的出現(xiàn)，使計算機的性能不斷提高，也就促使操作系統(tǒng)性能和功能的不斷改進。 . 操作系統(tǒng)是在裸機上加載的第一

5、層軟件，是對計算機硬件系統(tǒng)功能的首次擴充。從用戶的角度看，計算機系統(tǒng)配置了操作系統(tǒng)后，由于操作系統(tǒng)隱蔽了硬件的復(fù)雜細節(jié)，用戶會感到機器使用起來更簡單、更容易了。 . 配置了操作系統(tǒng)后，隱蔽了硬件的復(fù)雜細節(jié)，用戶會感到計算機使用起來更簡單、更方便了。就說操作系統(tǒng)為用戶提供了一臺功能經(jīng)過擴展了的機器，稱這臺機器為“虛擬機”，因為現(xiàn)實生活中并不存在有這種功能的真實機器，它只是用戶的一種感覺而已。 . 把操作系統(tǒng)定義為：“操作系統(tǒng)是控制和管理計算機硬件和軟件資源、合理地組織計算機工作流程、以及方便用戶使用計算機的一個大型程序”。 R裸機操作系統(tǒng)我的機器有復(fù)制功能虛擬機R裸機復(fù)制一個文件真難！ 記住系統(tǒng)

6、中當前每個作業(yè)程序的狀態(tài)，在需要對CPU重新進行分配的時候，就在侯選的程序中選取。 1. 指定處理機調(diào)度策略，它是在侯選程序中進行挑選時應(yīng)遵循的原則。 .實施CPU分配（即處理機調(diào)度），以便讓獲得CPU的作業(yè)程序真正投入運行。 中央處理機（CPU）是計算機系統(tǒng)中一個舉足輕重的資源。用戶程序進入內(nèi)存后，只有獲得CPU，才能運行。為提高CPU的利用率，系統(tǒng)必須采用多道程序設(shè)計技術(shù)，使內(nèi)存中同時有幾個用戶作業(yè)程序存在，當一個程序因等待某事件 的完成而暫時放棄使用CPU時，操作系統(tǒng)就把CPU分配給其他可運行的作業(yè)程序使用，從而提高它的利用率。 2.記住提交給系統(tǒng)諸作業(yè)（一般存放在磁盤）的狀態(tài)，及對系統(tǒng)

7、資源的需求信息。. 制定作業(yè)調(diào)度策略，需要時從磁盤的侯選作業(yè)中選擇作業(yè)進入內(nèi)存，參與對CPU的競爭。 為用戶提供一個使用系統(tǒng)的良好環(huán)境，以便有效地組織自己的工作流程。 在有的操作系統(tǒng)中，實行處理機的兩級調(diào)度：第一級是作業(yè)調(diào)度，涉及作業(yè)管理；第二級才是處理機調(diào)度，屬于處理機管理。3.記住內(nèi)存各部分的使用情況，即哪些已經(jīng)分配，哪些為空閑待分配。 .制定內(nèi)存的分配策略，實施內(nèi)存的具體分配和回收。 .保證內(nèi)存中各獨立作業(yè)程序的安全，互不侵擾。 .解決“作業(yè)程序比內(nèi)存大時，也能得到正確的運行”的存儲擴充問題。 4.記住各類設(shè)備的使用狀態(tài)，按各自不同的性能特點進行分配和回收。 . 為各類設(shè)備提供相應(yīng)的設(shè)備

8、驅(qū)動程序、啟動程序、初始化程序以及控制程序等，保證輸入輸出操作的順利完成。 存儲器是計算機的記憶裝置?？煞譃閮?nèi)存儲器和外存儲器兩種。操作系統(tǒng)中的存儲管理是針對內(nèi)存而言的。也就是說，存儲管理的對象是內(nèi)存。 計算機系統(tǒng)中，除處理機和內(nèi)存外，都是設(shè)備管理的對象，主要是一些輸入/輸出設(shè)備和外存。設(shè)備管理是操作系統(tǒng)中最為復(fù)雜、龐大的部分。. 利用中斷、通道等技術(shù)，盡可能地使CPU與外部設(shè)備、外部設(shè)備與外部設(shè)備之間并行工作，以提高整個系統(tǒng)的工作效率。 .根據(jù)不同的設(shè)備特點，采用優(yōu)化策略，使對具體設(shè)備的使用更趨合理和有效。 由于文件存放在外存，因此要隨時記住外存上文件存儲空間的使用情況，哪些已經(jīng)分配，哪些為

9、空閑待分配。 維持一個目錄表，里面登記有每一個文件的名稱和有關(guān)信息（這就是該文件的目錄項）。當用戶通過文件名來訪問某文件時，可以通過查目錄表找到它的目錄項，從而完成所需的讀/寫操作。 5.制定文件存儲空間的分配策略，實施具體的分配和回收。 .確保存放在外存上文件的安全、保密和共享。 .提供一系列文件使用命令，以便用戶能對文件進行存取、檢索、更新等操作。 程序與數(shù)據(jù)以文件的形式存放在外存（如硬盤、軟盤）上，是計算機系統(tǒng)的軟件資源。用戶是通過文件的名稱來訪問所需要的文件的，這就是所謂的“按名存取”方式。 要求系統(tǒng)配置管理程序，以保證一個個作業(yè)程序能自動地進入內(nèi)存處理，此時人工不得干預(yù)。這就是“單道

10、批處理操作系統(tǒng)”?！皢蔚馈钡囊馑际侵敢淮沃蛔屢粋€作業(yè)程序進入系統(tǒng)內(nèi)存加以運行，也可以說它是一個單用戶操作系統(tǒng)。 .1. 用戶為作業(yè)編寫程序和準備數(shù)據(jù)，同時編寫控制作業(yè)運行的作業(yè)說明書。然后將它們一并交給操作員。 .操作員將收到的一批作業(yè)信息存入輔助存儲器中等待處理。 . 單道批處理操作系統(tǒng)從輔存中依次選擇作業(yè)，按作業(yè)說明書的規(guī)定自動控制作業(yè)的運行，并將運行結(jié)果存入輔助存儲器。 .操作員將該批作業(yè)的運行結(jié)果打印輸出，并分發(fā)給用戶。 2.：每次只允許一個用戶程序進入內(nèi)存。 .：整個系統(tǒng)資源被進入內(nèi)存的一個程序獨占使用，因此資源利用率不高。 .：作業(yè)順序地自動接受處理，期間任何用戶不得對系統(tǒng)的工作進

11、行干預(yù)。 . ：在一批作業(yè)處理過程中，用戶不得干預(yù)系統(tǒng)的工作。即便是某個程序執(zhí)行中出現(xiàn)很小的錯誤，也只能等到這一批作業(yè)全部處理完畢后，才能進行修改。這給用戶帶來不便。 用戶為自己的作業(yè)編寫程序和準備數(shù)據(jù)，同時編寫控制作業(yè)運行的作業(yè)說明書。然后將它們一并交給操作員。3. 在單道批處理的基礎(chǔ)上，引入多道程序設(shè)計技術(shù)，允許若干個作業(yè)程序同時裝入內(nèi)存，造成對系統(tǒng)資源共享與競爭的態(tài)勢，就產(chǎn)生了多道批處理操作系統(tǒng)。 用戶為自己的作業(yè)編寫程序和準備數(shù)據(jù)，同時編寫控制作業(yè)運行的作業(yè)說明書。然后將它們一并交給操作員。 .操作員將收到的一批作業(yè)信息存入輔助存儲器中等待處理。 . 作業(yè)調(diào)度程序從輔助存儲器里的該批作

12、業(yè)中選出若干合適的作業(yè)裝入內(nèi)存，使它們不斷地輪流占用CPU執(zhí)行，并同時使用各自所需的外部設(shè)備。 .操作員將該批作業(yè)的運行結(jié)果打印輸出，分發(fā)給用戶。 4. 多路性：每次允許多個用戶程序進入內(nèi)存，它們輪流交替地使用CPU，提高了內(nèi)存儲器和CPU的利用率。 . 共享性：整個系統(tǒng)資源被進入內(nèi)存的多個程序共享使用，因此整個系統(tǒng)資源的利用率較高。 . 自動性：作業(yè)處理期間任何用戶不得對系統(tǒng)的工作進行干預(yù)。 . 封閉性：在一批作業(yè)處理過程中，用戶不得干預(yù)系統(tǒng)的工作。即便是某個程序執(zhí)行中出現(xiàn)很小的錯誤，也只能等這一批作業(yè)全部處理完畢后，才能進行修改。這給用戶帶來不便。 工程設(shè)計科學(xué)計算市場調(diào)查文本編輯圖書管理

13、1. 將多道程序設(shè)計技術(shù)與分時技術(shù)結(jié)合在一起，就產(chǎn)生了分時操作系統(tǒng)。配有分時操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)稱為分時系統(tǒng)。. 所謂“分時系統(tǒng)”，即一臺計算機與多個終端連接，用戶通過終端向系統(tǒng)發(fā)命令，請求完成某項工作。系統(tǒng)完成任務(wù)后，把執(zhí)行結(jié)果返回用戶。用戶重復(fù)這種交互會話過程，直至實現(xiàn)預(yù)定目標。 2. 多路性：從宏觀上看，多個用戶在同時工作，共享系統(tǒng)的資源；從微觀上看，各終端程序是輪流地運行一個時間片。多路性提高了系統(tǒng)資源的整體利用率。 . 交互性：用戶在終端上能隨時通過鍵盤與計算機進行“會話”，從而獲得系統(tǒng)的各種服務(wù)，并控制作業(yè)程序的運行。 獨立性：每個用戶在自己的終端上彼此獨立操作，互不干擾，感覺不到

14、其他用戶的存在，就如同自己“獨占”該系統(tǒng)在使用似的。 . 及時性：用戶程序輪流執(zhí)行一個 CPU 的時間片，由計算機的高速處理能力，能保證在較短和可容忍的時間內(nèi)給予用戶請求進行響應(yīng)和完成處理。 高及時性：對外部事件信號的接收、分析處理、以及給出反饋信號進行控制，都必須在嚴格的時間限度內(nèi)完成。否則可能會引起爆炸、火災(zāi)等事故，給人身安全和國家財產(chǎn)造成無法挽回的損失。 “實時操作系統(tǒng) ”是能對來自外部的請求和信號在限定的時間范圍內(nèi)做出及時響應(yīng)的一種操作系統(tǒng)。傳感裝置ABC反應(yīng)堆閥門閥門計算機系統(tǒng)記錄儀圖 例：控制信號測量信號1. 所謂“實時實時”，是指能及時響應(yīng)隨機發(fā)生的外部事件、并對事件做出快速處理

15、的能力。而“外部事件外部事件”，是指與計算機相連接的設(shè)備向計算機發(fā)出的各種服務(wù)請求。 .2.高可靠性：無論是實時控制系統(tǒng)還是實時信息處理系統(tǒng)，都必須有高可靠性。 . 用于控制飛機飛行、導(dǎo)彈發(fā)射以及冶煉軋鋼等生產(chǎn)過程，被稱為“實時控制系統(tǒng)”；用于飛機訂票、銀行業(yè)務(wù)部門，被稱為 “實時信息處理系統(tǒng)”。 網(wǎng)絡(luò)通信：為通信雙方建立和拆除通信通路，實施數(shù)據(jù)傳輸，對傳輸過程中的數(shù)據(jù)進行檢查和校正。 主機因特網(wǎng)各種網(wǎng)絡(luò)主機因特網(wǎng)1. 所謂“計算機網(wǎng)絡(luò)”，是指把地理上分散的、具有獨立功能的多個計算機和終端設(shè)備，經(jīng)通信線路加以連接，達到數(shù)據(jù)通信和資源共享目的的計算機系統(tǒng)。. 在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，用于管理網(wǎng)絡(luò)通信和共享

16、資源，協(xié)調(diào)各計算機上任務(wù)的運行，并向用戶提供統(tǒng)一的、有效方便的網(wǎng)絡(luò)接口的程序集合，稱為“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)”。 2. 資源管理：采用統(tǒng)一、有效的策略，協(xié)調(diào)諸用戶對共享資源的使用，用戶使用遠地資源如同使用本地資源似的。 . 提供網(wǎng)絡(luò)接口：向網(wǎng)絡(luò)用戶提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)使用接口，以便用戶能方便地上網(wǎng)，方便地使用共享資源，方便地獲得網(wǎng)絡(luò)提供的各種服務(wù)。 自治性：在網(wǎng)絡(luò)中的每臺計算機都有自己的內(nèi)存儲器、I/O設(shè)備，安裝有自己的操作系統(tǒng)，因此具有很強的自治性，能獨立承擔分配給它的任務(wù)。 3.分散性：系統(tǒng)中的計算機分布在不同的地域，有各自的任務(wù)。 互聯(lián)性：網(wǎng)絡(luò)中分散的計算機及各種資源，通過通信線路實現(xiàn)物理上的連接，進

17、行信息傳輸和資源共享。 .統(tǒng)一性：網(wǎng)絡(luò)中的諸計算機，使用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)命令。 提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：向用戶提供多項網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如電子郵件服務(wù)，它為各用戶間發(fā)送與接收信息，提供快捷、簡便、廉價的現(xiàn)代化通信手段；如遠程登錄服務(wù)，它使一臺計算機能登錄到另一臺計算機上，使自己的計算機就像一臺與遠程計算機直接相連的終端一樣進行工作，獲取與共享所需要的各種信息；再如文件傳輸服務(wù)，他允許用戶把自己的計算機連接到遠程計算機上，查看那里有哪些文件，然后將所需文件從遠程計算機復(fù)制到本地計算機，或?qū)⒈镜赜嬎銠C中的文件復(fù)制到遠程計算機中。 . 如果一個計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其處理和控制功能被分散在系統(tǒng)的各個計算機上，系統(tǒng)中的所有任務(wù)可動

18、態(tài)地分配到各個計算機中，使它們并行執(zhí)行，實現(xiàn)分布處理。這樣的系統(tǒng)被稱為“分布式系統(tǒng)”，其上配置的操作系統(tǒng)，被稱為“分布式操作系統(tǒng)”。.1. 在分布式操作系統(tǒng)管理下，用戶只需提出需要什么，不必具體指出需要的資源在哪里。這是高水平的資源共享。 . 在分布式系統(tǒng)里，操作系統(tǒng)是以全局方式來管理系統(tǒng)的。用戶把自己的作業(yè)交付給系統(tǒng)后，分布式操作系統(tǒng)會根據(jù)需要，在系統(tǒng)里選擇最適合的若干計算機去并行地完成該任務(wù)；在完成任務(wù)過程中，分布式操作系統(tǒng)會隨意調(diào)度使用網(wǎng)絡(luò)中的各種資源；在完成任務(wù)后，分布式操作系統(tǒng)會自動把結(jié)果傳送給用戶。2. 健壯性：任何站點發(fā)生的故障都不會給整個系統(tǒng)造成太大的影響。當系統(tǒng)中的設(shè)備出現(xiàn)故

19、障時，可通過容錯技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的重構(gòu)，以保證系統(tǒng)的正常運行。 并行性：一方面，系統(tǒng)內(nèi)有多個實施處理的部件（比如計算機），可以進行真正的并行操作；另一方面，分布式操作系統(tǒng)的功能也被分解成多個任務(wù)，分配到系統(tǒng)的多個處理部件中同時執(zhí)行。這樣，提高了系統(tǒng)的吞吐量，縮短了響應(yīng)時間。. 擴展性：分布式系統(tǒng)可方便地增加新的部件或新的功能模塊。比如，公司業(yè)務(wù)增加到一定程度時，原先的計算機系統(tǒng)可能不再勝任。采用分布式系統(tǒng)，只需為系統(tǒng)增加一些處理機就可以解決問題。. 可靠性：分布式系統(tǒng)把工作分散到眾多機器上，單個部件的故障，最多只會影響到一臺機器，其他機器不會受到干擾。. 共享性：分布式系統(tǒng)在全系統(tǒng)范圍內(nèi)實現(xiàn)資源的動態(tài)分配，平衡負載，用戶只需提出需要什么，無需知道他所使用的資源在何處。. 所謂“嵌入式系統(tǒng)”，是指“用于控