操作系統(tǒng)課件(1.1 基本概述)

1、徐小龍/WindowsUNIXMac OSOpenStackAndroidLinux操作系統(tǒng)概念本講內(nèi)容1. 操作系統(tǒng)的地位和作用 2. 操作系統(tǒng)的定義 3. 操作系統(tǒng)的功能 4. 操作系統(tǒng)的特性 5. 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的地位和作用地位地位1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成OS是硬件之上的第一層軟件OS是其他軟件和硬件之間的接口操作系統(tǒng)的地位和作用操作系統(tǒng)的地位和作用作用作用2從一般用戶的觀點(diǎn)從一般用戶的觀點(diǎn) 從資源管理觀點(diǎn)從資源管理觀點(diǎn) 把操作系統(tǒng)視為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者。 把操作系統(tǒng)看作是用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口 操作系統(tǒng)的地位和作用操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo) 3 操作

2、系統(tǒng)為用戶提供友好的用戶接口，用戶輸入命令，操作系統(tǒng)按命令控制程序的執(zhí)行； 用戶可以在程序中調(diào)用操作系統(tǒng)的功能模塊完成相應(yīng)任務(wù)，而不必了解硬件的物理特性。 操作系統(tǒng)的地位和作用有效地管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，提高系統(tǒng)工作效率。 可以滿足計(jì)算機(jī)硬件與體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展以及應(yīng)用不斷擴(kuò)大的要求，能方便地?cái)U(kuò)展新的功能。 操作系統(tǒng)的地位和作用 開放性指的是產(chǎn)品和技術(shù)之間相互連接和協(xié)作的能力。無(wú)論是硬件還是軟件，開放性接口都已作為一種明確、實(shí)際的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用在公開發(fā)行的文檔中。 操作系統(tǒng)概念本講內(nèi)容1. 操作系統(tǒng)的地位和作用 2. 操作系統(tǒng)的定義 3. 操作系統(tǒng)的功能 4. 操

3、作系統(tǒng)的特性 5. 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的最基本的一種系統(tǒng)軟件，是一些程序模塊的集合能以盡量有效、合理的方式組織和管理計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，合理的組織計(jì)算機(jī)的工作流程；控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務(wù)功能 ，使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行；改善人機(jī)界面，使用戶能夠靈活、方便、有效的使用計(jì)算機(jī)。操作系統(tǒng)概念本講內(nèi)容1. 操作系統(tǒng)的地位和作用 2. 操作系統(tǒng)的定義 3. 操作系統(tǒng)的功能 4. 操作系統(tǒng)的特性 5. 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，能分配給用戶使用的各種硬件和軟件設(shè)施總稱為資源。資源類型：資源類型：處理器

4、、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備等；硬件資源硬件資源信息資源信息資源程序、文件和數(shù)據(jù)等。 操作系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)資源共享實(shí)現(xiàn)資源共享提高資源利用率提高資源利用率操作系統(tǒng)的功能資源管理的觀點(diǎn)資源管理的觀點(diǎn)資源管理者資源管理者記錄資源使用狀況記錄資源使用狀況哪些資源空閑好壞與否被誰(shuí)使用使用多長(zhǎng)時(shí)間操作系統(tǒng)的功能合理的分配資源合理的分配資源具體完成分配具體完成分配回收資源回收資源靜態(tài)分配策略靜態(tài)分配策略 (在程序運(yùn)行前分配，但效率不高)動(dòng)態(tài)分配策略動(dòng)態(tài)分配策略 (在程序運(yùn)行過(guò)程中何時(shí)用資源，何時(shí)分配。 其缺點(diǎn)是會(huì)出現(xiàn)死鎖)操作系統(tǒng)的功能從資源管理和面向用戶的角度看，操作系統(tǒng)的從資源管理和面向用戶的角度看，操作系統(tǒng)的

5、功能主要包括：功能主要包括：處理機(jī)管理處理機(jī)管理存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理設(shè)備管理設(shè)備管理文件管理文件管理網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理用戶接口用戶接口操作系統(tǒng)的功能處理機(jī)管理處理機(jī)管理1完成處理機(jī)資源的分配調(diào)度等功能（調(diào)度的單位可為進(jìn)程或線程） 進(jìn)程控制和管理 進(jìn)程同步和互斥 進(jìn)程通信 進(jìn)程死鎖 線程控制和管理 處理器調(diào)度 高級(jí)調(diào)度 中級(jí)調(diào)度 低級(jí)調(diào)度操作系統(tǒng)的功能存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理2管理存儲(chǔ)資源，為多道程序運(yùn)行提供有力的支撐；便于用戶使用存儲(chǔ)資源，提高存儲(chǔ)空間的利用率。操作系統(tǒng)的功能（1）存儲(chǔ)分配）存儲(chǔ)分配根據(jù)用戶程序的需要分配給它存儲(chǔ)器資源，程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，需回收存儲(chǔ)資源。（2）存儲(chǔ)共享）存儲(chǔ)共享實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程對(duì)存

6、儲(chǔ)資源的共享，以提高存儲(chǔ)器的利用率。操作系統(tǒng)的功能（3）地址轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)保護(hù)）地址轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)保護(hù)把用戶的邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址，同時(shí)保證各個(gè)用戶程序相互隔離起來(lái)互不干擾，保護(hù)系統(tǒng)和用戶存放在存儲(chǔ)器中的信息不被破壞。（4）存儲(chǔ)擴(kuò)充）存儲(chǔ)擴(kuò)充從邏輯上來(lái)擴(kuò)充內(nèi)存儲(chǔ)器，把內(nèi)存和外存融合起來(lái)使用，為用戶提供一個(gè)比實(shí)際內(nèi)存容量大得多的邏輯空間，操作系統(tǒng)的功能設(shè)備管理設(shè)備管理3管理各類外圍設(shè)備，完成用戶提出的I/O請(qǐng)求；提高I/O設(shè)備的利用率；提供每種設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和中斷處理程序；隱蔽硬件細(xì)節(jié)，提供方便簡(jiǎn)單的設(shè)備使用方法。 操作系統(tǒng)的功能（1）提供I/O設(shè)備的控制與處理；（2）提供緩沖區(qū)的管理；（3）提供

7、設(shè)備獨(dú)立性；（4）實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備的分配和去配；（5）實(shí)現(xiàn)共享型I/O設(shè)備的驅(qū)動(dòng)調(diào)度；（6）實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備。操作系統(tǒng)的功能文件管理文件管理4是對(duì)系統(tǒng)中信息資源的管理程序程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)的功能對(duì)用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行有效管理，實(shí)現(xiàn)按名存??；實(shí)現(xiàn)文件的共享、保護(hù)和保密，保證文件的安全性；提供用戶一整套能方便使用文件的操作和命令。 操作系統(tǒng)的功能（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）提供文件的存取方法；（4）提供文件的使用方法；（5）實(shí)現(xiàn)文件的目錄管理；（6）實(shí)現(xiàn)文件的共享和存取控制；（7）實(shí)現(xiàn)文件的存儲(chǔ)空間管理。 操作系統(tǒng)的功能網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理5（1）網(wǎng)上資源管理功能）網(wǎng)

8、上資源管理功能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上資源的共享；管理用戶對(duì)資源的訪問；保證信息資源的安全性和完整性。操作系統(tǒng)的功能（2）數(shù)據(jù)通信管理功能）數(shù)據(jù)通信管理功能按照通信協(xié)議的規(guī)定，完成網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)間的信息傳送。（3）網(wǎng)絡(luò)管理功能）網(wǎng)絡(luò)管理功能故障管理安全管理性能管理配置管理操作系統(tǒng)的功能用戶接口用戶接口6為了使用戶能靈活、方便地使用計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)功能，操作系統(tǒng)提供了一組使用其功能的手段稱用戶接口。操作系統(tǒng)的功能程序接口程序接口操作接口操作接口 用戶通過(guò)這些接口能方便地調(diào)用操作系統(tǒng)功能，有效地組織作業(yè)及其工作和處理流程，并使整個(gè)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行。 操作系統(tǒng)概念本講內(nèi)容1. 操作系統(tǒng)的地位和作用 2. 操作系統(tǒng)的定義 3

9、. 操作系統(tǒng)的功能 4. 操作系統(tǒng)的特性 5. 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的特性 并發(fā)性（并發(fā)性（concurrence）1在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存在多個(gè)程序在運(yùn)行：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存在多個(gè)程序在運(yùn)行：宏觀上：宏觀上：多個(gè)程序同時(shí)在執(zhí)行微觀上：微觀上：任何時(shí)刻只有一個(gè)程序在執(zhí)行操作系統(tǒng)的特性 并發(fā)性是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件或活動(dòng)在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。好處：使CPU與外設(shè)同時(shí)并行執(zhí)行，提高了資源的利用率。問題：帶來(lái)諸如多道程序執(zhí)行過(guò)程的中斷、同一程序在不同硬件上的調(diào)度轉(zhuǎn)換、同一CPU上不同程序的現(xiàn)場(chǎng)切換、存儲(chǔ)保護(hù)以及合作進(jìn)程如何同步等問題。 操作系統(tǒng)的特性 共享性共享性 2順序性共享順序性共享 競(jìng)爭(zhēng)性共享競(jìng)

10、爭(zhēng)性共享 共享指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源可被多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的用戶程序和系統(tǒng)程序共同使用。 操作系統(tǒng)的特性 共享性和并發(fā)性是操作系統(tǒng)兩個(gè)共享性和并發(fā)性是操作系統(tǒng)兩個(gè)最基本的特性，它們互為依存。最基本的特性，它們互為依存。資源的共享是因?yàn)槌绦虻牟l(fā)執(zhí)行而引起的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然就不存在資源共享問題。若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效管理，必然會(huì)影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至程序無(wú)法并發(fā)執(zhí)行，操作系統(tǒng)也就失去了并發(fā)性。 操作系統(tǒng)的特性 不確定性不確定性 3不確定性也稱異步性。不確定性也稱異步性。 在多道程序并發(fā)執(zhí)行的環(huán)境中，各程序之間存在著直接或間接的聯(lián)系，程序的推進(jìn)速度會(huì)受到運(yùn)行環(huán)境的影響 。系統(tǒng)事件

11、的發(fā)生是具有隨機(jī)性和不確定性。系統(tǒng)事件的發(fā)生是具有隨機(jī)性和不確定性。 操作系統(tǒng)的特性 操作系統(tǒng)的不確定性是并發(fā)與共享的必然結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)并發(fā)與共享，操作系統(tǒng)必須有能力隨時(shí)響應(yīng)和正確處理各種隨機(jī)事件。共享性、并發(fā)性與不確定性的關(guān)系：共享性、并發(fā)性與不確定性的關(guān)系：操作系統(tǒng)的特性 虛擬性虛擬性 4虛擬是指物理上沒有提供，但是邏輯上卻具備的功能；在用戶看來(lái)好像是物理上原來(lái)就具有的功能一樣；采用虛擬技術(shù)的目的是為了提高資源利用率和為用戶提供易于使用、方便高效的操作環(huán)境。 操作系統(tǒng)的特性 操作系統(tǒng)虛擬機(jī)操作系統(tǒng)虛擬機(jī) 對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件資源的虛擬對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件資源的虛擬 （如虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、虛擬設(shè)

12、備、虛擬文件系統(tǒng)）（如虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、虛擬設(shè)備、虛擬文件系統(tǒng)） 操作系統(tǒng)的特性 操作系統(tǒng)的并發(fā)性、共享性、不確定性、虛擬性操作系統(tǒng)的并發(fā)性、共享性、不確定性、虛擬性四個(gè)特征不是相互獨(dú)立的，而具有密切的關(guān)系：四個(gè)特征不是相互獨(dú)立的，而具有密切的關(guān)系： 并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征，它們又是互為存在的條件。 虛擬技術(shù)為共享提供了更好的條件，而并發(fā)與共享是導(dǎo)致不確定性的根本原因。 操作系統(tǒng)概念本講內(nèi)容1. 操作系統(tǒng)的地位和作用 2. 操作系統(tǒng)的定義 3. 操作系統(tǒng)的功能 4. 操作系統(tǒng)的特性 5. 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的性能如何，直接影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的總體性能。操作系統(tǒng)要能有效地使用系統(tǒng)資源，盡可能快地響應(yīng)用戶請(qǐng)求，方便用戶使用計(jì)算機(jī)。 系統(tǒng)效率 系統(tǒng)可靠性與安全性 系統(tǒng)可維護(hù)性 易用性 可擴(kuò)充性 開放性操作系統(tǒng)的性能 系統(tǒng)效率系統(tǒng)效率資源的利用率，內(nèi)存利用率，外部設(shè)備利用均衡性；用戶的周轉(zhuǎn)時(shí)間，吞吐量，響應(yīng)時(shí)間。 系統(tǒng)可靠性與安全性系統(tǒng)可靠性與安全性操作系統(tǒng)是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有硬件與軟件資源 的管理者，它的可靠性與安全性，直接影響著整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性與安全性。 操作系統(tǒng)的性能 系統(tǒng)可維護(hù)性系統(tǒng)可維護(hù)性在軟件的生命期中，其維護(hù)成本已占軟件成本的70%。操作系統(tǒng)是否具有較好的維護(hù)性是決定操作系