操作系統(tǒng)OSppt_01

1、計算機操作系統(tǒng)計算機操作系統(tǒng)任課老師：楊瑞敏TELmail:書名：計算機操作系統(tǒng)（第三版）書名：計算機操作系統(tǒng)（第三版）編者：湯小丹編者：湯小丹 梁紅兵梁紅兵 哲風屏哲風屏 湯子瀛湯子瀛出版社：西安電子科技大學出版社出版社：西安電子科技大學出版社操作系統(tǒng)計算機系統(tǒng)：計算機系統(tǒng)：l硬件：硬件：CPU、存儲器、存儲器、I/O設備設備l軟件：系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、編譯程序、匯軟件：系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、編譯程序、匯編程序、編程序、DBMS）和）和 應用軟件應用軟件對操作系統(tǒng)的對操作系統(tǒng)的描述描述：l是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對硬件

2、系統(tǒng)的首次擴充。硬件系統(tǒng)的首次擴充。l用戶（應用程序）與計算機硬件之間的用戶（應用程序）與計算機硬件之間的接口接口。OS的目標的目標l有效性：提高系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量有效性：提高系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量l方便性：使計算機易學易用方便性：使計算機易學易用l可擴充性：能適應硬件的發(fā)展，容易升級可擴充性：能適應硬件的發(fā)展，容易升級l開放性：遵循世界標準規(guī)范開放性：遵循世界標準規(guī)范第一節(jié)第一節(jié) 操作系統(tǒng)的目標和作用操作系統(tǒng)的目標和作用OS的作用的作用l用戶與計算機硬件之間的接口用戶與計算機硬件之間的接口計算機硬件計算機硬件系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用 命令命令 圖形窗口方式圖形窗口方式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)應用程序

3、應用程序用戶用戶l計算機系統(tǒng)資源的管理者計算機系統(tǒng)資源的管理者l四類資源：處理器、存儲器、四類資源：處理器、存儲器、I/O設備、信設備、信息（數(shù)據(jù)和程序）息（數(shù)據(jù)和程序）l四種功能：處理機管理、存儲器管理、四種功能：處理機管理、存儲器管理、I/O設備管理、文件管理設備管理、文件管理lOS用作擴充機器用作擴充機器l通常把覆蓋了軟件的機器稱為擴充機器或通常把覆蓋了軟件的機器稱為擴充機器或虛機器。虛機器。I/O設備設備文件管理文件管理面向用戶的窗口軟件面向用戶的窗口軟件裸機裸機第二節(jié)第二節(jié) 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多

4、道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)1 1、無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)、無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)人工操作方式人工操作方式 缺點缺點人機速度矛盾人機速度矛盾 用戶獨占全機、用戶獨占全機、CPUCPU等待人工操作等待人工操作 聯(lián)機輸入輸出（聯(lián)機輸入輸出（On-Line I/OOn-Line I/O）方式）方式脫機輸入輸出脫機輸入輸出（Off-Line I/OOff-Line I/O）方式方式 關鍵設備：外圍機、磁帶關鍵設備：外圍機、磁帶 輸入設備輸入設備外圍機外圍機磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤外圍機外圍機主機主機輸出設備輸出設備脫機脫機I/O示意圖示意圖優(yōu)點：減少優(yōu)點：減少CP

5、U的空閑時間、提高的空閑時間、提高I/O速度速度2、單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)把一批作業(yè)脫機輸入到磁帶上；把一批作業(yè)脫機輸入到磁帶上；系統(tǒng)配上系統(tǒng)配上監(jiān)督程序監(jiān)督程序（OSOS的雛形）；的雛形）；在監(jiān)督程序的控制下使這批作業(yè)能一個接一個的在監(jiān)督程序的控制下使這批作業(yè)能一個接一個的連續(xù)得到處理；連續(xù)得到處理；處理機使用權在監(jiān)督程序和用戶程序間轉換。處理機使用權在監(jiān)督程序和用戶程序間轉換。系統(tǒng)對作業(yè)的處理是成批進行的，且在內存中始系統(tǒng)對作業(yè)的處理是成批進行的，且在內存中始終只保持一道作業(yè)，故稱為單道批處理系統(tǒng)。終只保持一道作業(yè)，故稱為單道批處理系統(tǒng)。特征：特征：自動性、順序性、單道性自動性、順序

6、性、單道性3、多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)內存中允許同時有多個用戶程序存在內存中允許同時有多個用戶程序存在后備作業(yè)隊列、作業(yè)調度程序調度運行后備作業(yè)隊列、作業(yè)調度程序調度運行有有I/OI/O操作或完成作業(yè)時，調入另一個作業(yè)操作或完成作業(yè)時，調入另一個作業(yè)形成源源不斷的作業(yè)流形成源源不斷的作業(yè)流t1t2t3t4t5t6t7t8結束中斷I/O 完成啟動 I/OI/O 中斷請求I/O 完成啟動 I/OI/O 中斷請求用戶程序監(jiān)督程序I/O 操作(a) 單道程序運行情況程序A程序A I/O 請求程序A I/O 完成程序B程序B I/O 請求程序C程序C I/O 請求程序D程序D I/O 請求C I/O

7、 完成C 再被調度程序B I/O 完成程序A再被調度程序A程序B程序C程序D調度程序(b) 四道程序運行情況A完成結束中斷圖 1-4 單道和多道程序運行情況 特點：多道性、無序性、調度性特點：多道性、無序性、調度性l優(yōu)點：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大優(yōu)點：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大l缺點：無交互能力、作業(yè)平均周轉時間較缺點：無交互能力、作業(yè)平均周轉時間較長長操作系統(tǒng)的定義：操作系統(tǒng)的定義： 操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理的對各類作業(yè)進硬件和軟件資源，合理的對各類作業(yè)進行調度，以及方便用戶使用的程序集合。行調度，以及方便用戶使用的程序集合。多道批處

8、理系統(tǒng)需要解決的問題：多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題：（1）處理機管理問題）處理機管理問題（2）內存管理問題）內存管理問題（3）I/O設備管理問題設備管理問題（4）文件管理問題）文件管理問題（5）作業(yè)管理問題）作業(yè)管理問題4、分時系統(tǒng)分時系統(tǒng)分時系統(tǒng)的產(chǎn)生原因分時系統(tǒng)的產(chǎn)生原因l人機交互能力的需求、共享主機、方便用戶上機人機交互能力的需求、共享主機、方便用戶上機分時系統(tǒng)：分時系統(tǒng)：是指一臺主機上連接了多個終端，是指一臺主機上連接了多個終端，同時允許多個用戶通過自己的終端，以交互的同時允許多個用戶通過自己的終端，以交互的方式使用計算機，共享主機中的資源。方式使用計算機，共享主機中的資源。分時系統(tǒng)實

9、現(xiàn)中的關鍵問題：分時系統(tǒng)實現(xiàn)中的關鍵問題：l及時接收多路卡及時接收多路卡l及時處理作業(yè)直接進內存、時間片輪轉及時處理作業(yè)直接進內存、時間片輪轉分時系統(tǒng)的特征分時系統(tǒng)的特征l多路性、獨占性、及時性、交互性多路性、獨占性、及時性、交互性5、實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)l系統(tǒng)能及時（或即時）響應外部事件的請求，系統(tǒng)能及時（或即時）響應外部事件的請求，在規(guī)定的時間內完成對該事件的處理，并控在規(guī)定的時間內完成對該事件的處理，并控制所有實時任務協(xié)調一致的運行。制所有實時任務協(xié)調一致的運行。實時系統(tǒng)的類型：實時系統(tǒng)的類型：l實時控制系統(tǒng)實時控制系統(tǒng)l實時信息處理系統(tǒng)實時信息處理系統(tǒng)2. 實時任務實時任務

10、 1) 按任務執(zhí)行時是否呈現(xiàn)周期性來劃分(1) 周期性實時任務。 (2) 非周期性實時任務。 外部設備所發(fā)出的激勵信號并無明顯的周期性，但都必須聯(lián)系著一個截止時間(Deadline)。它又可分為： 開始截止時間任務在某時間以前必須開始執(zhí)行； 完成截止時間任務在某時間以前必須完成。 實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)特征的比較：實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)特征的比較：多路性、獨占性、及時性、交互性、可靠性多路性、獨占性、及時性、交互性、可靠性 2) 根據(jù)對截止時間的要求來劃分 (1) 硬實時任務(hard real-time task)。 (2) 軟實時任務(Soft real-time task)。第三節(jié) 操作系統(tǒng)的特

11、征并發(fā)并發(fā)（Concurrence）共享共享（Sharing）虛擬虛擬（Virtual）異步性異步性（Asynchronism）1、并發(fā)（Concurrence）并行與并發(fā)：并行與并發(fā)：l并行性：多個事件在同一時刻同時發(fā)生并行性：多個事件在同一時刻同時發(fā)生l并發(fā)性：宏觀上在同一時間段內同時運行并發(fā)性：宏觀上在同一時間段內同時運行 微觀上交替執(zhí)行微觀上交替執(zhí)行并發(fā)特征是并發(fā)特征是OS最重要的特征。最重要的特征。2、共享（Sharing）共享：共享：是指系統(tǒng)中的資源可供內存中多個并發(fā)執(zhí)是指系統(tǒng)中的資源可供內存中多個并發(fā)執(zhí)行的進程共同使用。行的進程共同使用。互斥共享方式互斥共享方式l互斥就是排他性互

12、斥就是排他性l臨界資源（獨占資源）：在一段時間內只允許一個進程臨界資源（獨占資源）：在一段時間內只允許一個進程訪問的資源（如打印機）訪問的資源（如打印機）同時訪問方式同時訪問方式l宏觀上在一段時間內允許多個進程宏觀上在一段時間內允許多個進程“同時同時”訪問某些資訪問某些資源源l微觀上微觀上“輪流輪流”（交替訪問）（交替訪問）l處理機、內存、磁盤處理機、內存、磁盤3、虛擬（Virtual）虛擬：虛擬：是指通過某種技術把一個物理設備實體是指通過某種技術把一個物理設備實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應物。變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應物。虛擬對象類型：虛擬對象類型：l虛擬處理機：通過多道程序設計技術實現(xiàn)虛擬處理機：

13、通過多道程序設計技術實現(xiàn)l虛擬內存：虛擬存儲器技術虛擬內存：虛擬存儲器技術l虛擬外部設備：虛擬設備技術虛擬外部設備：虛擬設備技術4、異步性（Asynchronism）異步性異步性：進程是以人們不可預知的速度向前推：進程是以人們不可預知的速度向前推進的。進的。導致的原因導致的原因：l多道環(huán)境的復雜性多道環(huán)境的復雜性l進程的動態(tài)性進程的動態(tài)性l每個進程的運行過程是不可預測的每個進程的運行過程是不可預測的第四節(jié)操作系統(tǒng)的主要功能從資源管理和用戶接口兩方面說明從資源管理和用戶接口兩方面說明OS的功的功能：能： 資源管理資源管理 硬件資源硬件資源(處理機、內存、外設處理機、內存、外設) 軟件資源軟件資源

14、(信息、數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)) 用戶接口用戶接口處理機管理處理機管理l對處理機進行分配對處理機進行分配進程控制、同步，進程控制、同步，通信和調度通信和調度存儲器管理存儲器管理l對內存進行分配、保護、地址映射和擴充對內存進行分配、保護、地址映射和擴充設備管理設備管理l緩沖管理，分配設備，設備處理緩沖管理，分配設備，設備處理文件管理文件管理l文件的存儲、信息的共享、信息的保密與文件的存儲、信息的共享、信息的保密與保護保護用戶接口用戶接口 1、命令接口命令接口：用戶與：用戶與OS的接口的接口l聯(lián)機用戶接口：由一組鍵盤操作命令及命聯(lián)機用戶接口：由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序組成。令解釋程序組成。l脫機用戶

15、接口：由一組作業(yè)控制語言組成脫機用戶接口：由一組作業(yè)控制語言組成 2、程序接口程序接口 應用程序與應用程序與OS的接口，在應用程序中使用的接口，在應用程序中使用系統(tǒng)調用。系統(tǒng)調用。 3、圖形接口圖形接口第五節(jié) 操作系統(tǒng)的結構設計無結構無結構OS模塊化模塊化OS結構結構分層式分層式OS結構結構微內核微內核OS結構結構1、無結構無結構OSOS無結構無結構OS設計重點：功能的實現(xiàn)和高效率設計重點：功能的實現(xiàn)和高效率缺點：缺乏清晰的程序結構缺點：缺乏清晰的程序結構 錯誤多、難以維護錯誤多、難以維護2、模塊化OS結構原理原理以功能來劃分模塊以功能來劃分模塊操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)進程管理進程管理模塊存儲管理存儲

16、管理文件管理文件管理進程進程控制控制進程進程調度調度進程進程控制控制進程進程調度調度進程進程控制控制進程進程調度調度子模塊優(yōu)點：優(yōu)點： 提高了設計的正確性、可維護性；提高了設計的正確性、可維護性； 增強了增強了OS的可適應性；的可適應性； 加速了加速了OS的開發(fā)過程；的開發(fā)過程；缺點：缺點： 對模塊的劃分不精確，易存在錯誤；對模塊的劃分不精確，易存在錯誤； 未將資源加以區(qū)別；未將資源加以區(qū)別； 模塊間存在著復雜的依賴關系，使模塊間存在著復雜的依賴關系，使OS結結構不清。構不清。3、分層式OS結構各層模塊間只能是單向調用關系用戶態(tài)核心態(tài)1）有序分層的基本概念 A1和高層軟件無關2）層次的設置（1

17、）程序嵌套 作業(yè)調度模塊、進程控制模塊、內存管理模塊（2）運行頻率 時鐘管理、進程調度（3）公用模塊 wait,signal（4）用戶接口 放置在最高層，直接提供給用戶使用1.5.3 面向對象的程序設計1.面向對象技術的基本概念 對象指現(xiàn)實世界中具有相同屬性、服從相同規(guī)則的一系列事物（事物可以是一個物理試題、一個概念或一個軟件模塊等）的抽象，而把其中的具體事物稱為對象的實例。在OS中有進程對象、線程對象、存儲器對象和文件對象等。1）對象在面向對象的技術中，是利用被封裝的數(shù)據(jù)結構（變量）和一組對它進行操作的過程（方法），來表示系統(tǒng)中的某個對象的。 如文件管理數(shù)據(jù)結構數(shù)據(jù)結構過程1過程2過程32）對象類 類名 屬性操作（文件）文件A圖表20KX用戶創(chuàng)建打開（）讀（）寫（）關閉（）（類名 ）對象名屬性值操作圖1-8 類和