操作系統(tǒng)課件第一章緒論

計算機操作系統(tǒng)教程考核方法平時：考勤、作業(yè)、提問、實驗所占比率30%期末考試：卷面100分所占比率70%課程主要內(nèi)容第一部分：緒論第二部分：操作系統(tǒng)用戶界面第三部分：進程管理第四部分：處理機調(diào)度第五部分：存儲管理第六部分：文件管理第七部分：設備管理教材第一章教材第二章教材第三章教材第四章教材第五章教材第八章教材第九章第二章（操作系統(tǒng)用戶界面）管理資源的觀點進程交互的觀點系統(tǒng)實現(xiàn)的觀點操作系統(tǒng)是虛擬機第一章（緒論）操作系統(tǒng)是資源管理者第四章（處理機調(diào)度）第五章（存儲管理）第六章（文件系統(tǒng)）第七章（設備管理）第三章（進程管理）系統(tǒng)角度操作系統(tǒng)是程序執(zhí)行的控制者用戶角度操作系統(tǒng)是服務提供者服務用戶的觀點研究和觀察操作系統(tǒng)第一章

緒論

主要內(nèi)容操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)歷史操作系統(tǒng)的基本類型操作系統(tǒng)功能廚師是如何工作的廚師從灶臺上取得原料，炒菜當灶臺上原料用完時，從冰箱補充到灶臺當冰箱里的原料用完時，從市場購買補充到冰箱廚師通過前臺服務員與顧客交流顧客通過菜譜來控制廚師炒菜過程一個廚師可能同時為多個顧客同時服務計算機是如何工作的CPU——廚師寄存器、高速緩存——灶臺內(nèi)存——冰箱外存——市場人機界面——前臺服務員程序——菜譜處理機調(diào)度——為多個顧客服務的原則計算機系統(tǒng)組成計算機系統(tǒng)(層次結(jié)構(gòu))軟件硬件及固件（裸機）應用軟件系統(tǒng)軟件編譯、連接裝配程序操作系統(tǒng)

計算機系統(tǒng)的組成操作系統(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）

操作系統(tǒng)位于硬件和用戶之間一方面：向用戶提供接口，方便用戶使用計算機另一方面：管理計算機軟硬件資源，合理充分利用操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件，是一些程序模塊的集合——它們能以盡量有效、合理的方式組織和管理計算機的軟硬件資源，合理的組織計算機的工作流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務功能，使得用戶能夠靈活、方便、有效的使用計算機，使整個計算機系統(tǒng)能高效地運行，是計算機與用戶之間的接口。主要內(nèi)容操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)歷史操作系統(tǒng)的基本類型操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)歷史計算機元件發(fā)展第一代：電子管時代第二代：晶體管時代第三代：集成電路時代第四代：大規(guī)模和超大規(guī)模電路時代相應操作系統(tǒng)發(fā)展手工操作（無OS）時代單道批處理時代多道批處理時代分時、實時系統(tǒng)時代（通用OS，網(wǎng)絡OS，分布式OS）操作系統(tǒng)的歷史——手工操作階段工作方式：用戶：用戶既是程序員，又是操作員；編程語言：為機器語言；輸入輸出：紙帶或卡片

用戶紙帶或卡片輸入機程序和數(shù)據(jù)計算機計算結(jié)果打印機操作系統(tǒng)的歷史——手工操作階段50年代早期出現(xiàn)了穿孔卡片程序?qū)懺诳ㄆ先缓笞x入計算機操作系統(tǒng)的歷史——手工操作階段計算機的工作特點：用戶獨占全機：不出現(xiàn)資源被其他用戶占用，資源利用率低；

CPU等待用戶：計算前，手工裝入紙帶或卡片；計算完成后，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低；

操作系統(tǒng)的歷史——手工操作階段主要矛盾計算機處理能力的提高與手工操作的低效率（造成浪費）；用戶獨占全機的所有資源；任何一個步驟出現(xiàn)故障都將導致該作業(yè)需從頭開始執(zhí)行。操作系統(tǒng)的歷史——單道批處理單道：每次只調(diào)用一個用戶作業(yè)進入內(nèi)存并運行工作方式：配備專門的計算機操作員，程序員和操作員分工合作操作員把程序員提交的作業(yè)分類，每一批作業(yè)由監(jiān)督程序（monitor)自動依次處理。操作系統(tǒng)的歷史——單道批處理1）聯(lián)機批處理：慢速I/O設備和主機直接相連

卡片機……打印機主機紙帶機操作系統(tǒng)的歷史——單道批處理2）脫機批處理：增加一臺專門用于與I/O設備相連的衛(wèi)星機

卡片機……打印機衛(wèi)星機紙帶機輸入磁帶輸出磁帶主機操作系統(tǒng)的歷史——多道批處理多道：每次調(diào)用多個用戶作業(yè)進入內(nèi)存運行多道運行：CPUI/O設備A計算A的I/O操作B計算A計算B的I/O操作計算單道運行：CPUI/O設備I/O操作計算操作系統(tǒng)的歷史——多道批處理特點：

?多道：內(nèi)存中同時存放幾個作業(yè)；

?宏觀上并行運行：都處于運行狀態(tài)，但都未運行完；

?微觀上串行運行：各作業(yè)交替使用CPU；操作系統(tǒng)的歷史——多道批處理多道程序系統(tǒng)和多重處理系統(tǒng)的比較

多道：多個程序同時在內(nèi)存中交替運行多重：多個處理器。單道和多道批處理的比較單道多道內(nèi)存使用每次一個作業(yè)每次多個作業(yè)（充分利用內(nèi)存）作業(yè)次序順序，先進先出無確定次序現(xiàn)代操作系統(tǒng)——分時操作系統(tǒng)允許多個聯(lián)機用戶同時使用一臺計算機系統(tǒng)進行計算的操作系統(tǒng)稱分時操作系統(tǒng)（TimeSharingOperatingSystem）現(xiàn)代操作系統(tǒng)——分時操作系統(tǒng)分時技術：

將處理機的運行時間分成很短的時間片，按時間片輪流將處理機分配給各聯(lián)機作業(yè)使用,多個用戶分享使用同一臺計算機。分時操作系統(tǒng)的特點：每個用戶都認為自己獨占了一臺計算機，可以通過自己終端向系統(tǒng)發(fā)出各種命令。例：UNIX操作系統(tǒng)CPU時間ABCABCAB現(xiàn)代操作系統(tǒng)——實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)（RealTimeOperatingSystem)是指系統(tǒng)能及時響應外部事件的請求，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協(xié)調(diào)一致地運行的操作系統(tǒng)。C閥門AB反應堆閥門計算機系統(tǒng)記錄儀傳感裝置圖例：控制信號測量信號現(xiàn)代操作系統(tǒng)——實時操作系統(tǒng)實時系統(tǒng)用于工業(yè)控制、軍事控制等領域?qū)崟r操作系統(tǒng)的特點：系統(tǒng)必須在允許的時間范圍內(nèi)作出響應，何時產(chǎn)生結(jié)果與產(chǎn)生何種結(jié)果同樣重要實時系統(tǒng)工作原理：傳感器外設執(zhí)行機構(gòu)計算機現(xiàn)代操作系統(tǒng)——實時操作系統(tǒng)實時系統(tǒng)的分類：硬實時系統(tǒng)：響應時間一定不能超過時限.如工業(yè)過程控制、防空系統(tǒng)、導彈尋航系統(tǒng)等軟實時系統(tǒng)：響應時間偶爾可以超過時限.如情報檢索和查詢、飛機訂票系統(tǒng)、銀行信用卡系統(tǒng)實時系統(tǒng)的設計：事件觸發(fā)：事件發(fā)生時觸發(fā)系統(tǒng)時間觸發(fā)：每隔一定時間觸發(fā)系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)例：RT-Linux,VxWorks各種操作系統(tǒng)的比較系統(tǒng)資源利用率高，吞吐量大交互性好在有限時間內(nèi)快速響應并可靠適用于程序開發(fā)適用于工業(yè)控制、軍事控制適用于科學計算批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)批處理系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng)——通用操作系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)同時兼有多道批處理、分時、實時處理的功能，或其中兩種以上的功能。

特點：功能齊全，適應范圍較廣，系統(tǒng)本身龐大、復雜例：UNIX操作系統(tǒng)，Windows操作系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng)——操作系統(tǒng)的發(fā)展個人PC操作系統(tǒng)例：DOS，Windows，Linux嵌入式操作系統(tǒng)例：WindowsCE網(wǎng)絡操作系統(tǒng)例：Netware分布式操作系統(tǒng)例：Amoeba,Mach,Chorus,DCE智能化操作系統(tǒng)主要內(nèi)容操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)歷史操作系統(tǒng)的基本類型操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)基本類型批處理操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)個人計算機操作系統(tǒng)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)類型——批處理操作系統(tǒng)一種早期大型機用操作系統(tǒng)，現(xiàn)代操作系統(tǒng)大都具有此功能操作系統(tǒng)類型——批處理操作系統(tǒng)特點：

1）脫機使用：用戶提交了作業(yè)后就象脫離了計算機，不必直接控制計算機

2）高效：操作系統(tǒng)可以從輸入作業(yè)中選擇適當?shù)囊慌鳂I(yè)運行，達到系統(tǒng)資源的最大利用率和最大的吞吐能力。多道運行更為高效。使用：大型科學計算或事務處理操作系統(tǒng)類型——分時操作系統(tǒng)分時技術：把計算機的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時間）進行時間上的分割，每個時間段稱為一個時間片（timeslice），每個用戶依次輪流使用時間片，使一臺計算機為多個終端用戶服務。分時操作系統(tǒng)一般采用時間片輪轉(zhuǎn)法分配計算機的CPUCPU時間ABCABCAB操作系統(tǒng)類型——分時操作系統(tǒng)特點：

1）交互性：用戶通過終端向主機發(fā)出請求，主機響應結(jié)果

2）同時性：宏觀上多個用戶同時使用計算機，微觀上計算機輪流為每個用戶服務

3）獨立性：每個用戶使用各自終端與計算機交互，感覺不到其他用戶的存在，好象獨立使用計算機使用：軟件開發(fā)，運行較小的程序操作系統(tǒng)類型——實時操作系統(tǒng)實時可理解為立即、及時的意思實時系統(tǒng)需要解決的問題：1）實時時鐘管理：系統(tǒng)日期和時間、定時和延時等；2）過載保護：緩沖區(qū)排隊，丟棄某些任務；（過載是指進入系統(tǒng)的任務數(shù)目超出系統(tǒng)的處理能力）3）高度可靠性和安全性：容錯能力（如故障自動復位）和冗余備份（雙機，關鍵部件）操作系統(tǒng)類型——實時操作系統(tǒng)特點：1）及時性：及時地響應外部請求，并在嚴格規(guī)定的時間內(nèi)完成對請求的處理2）連續(xù)的人機對話3）高可靠性：要求安全可靠，可通過冗余策略來容錯4）較強的過載保護能力使用：工業(yè)控制、軍事控制操作系統(tǒng)類型——個人操作系統(tǒng)一種聯(lián)機的交互式的單用戶操作系統(tǒng)特點：1）個人專用2）方便友好的用戶接口3）高速數(shù)據(jù)處理能力4）實時多任務使用：個人多媒體計算機操作系統(tǒng)類型——網(wǎng)絡操作系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡：是通過通信設施將物理上分散的具有自治功能的多個計算機系統(tǒng)互聯(lián)起來的，實現(xiàn)信息交換、資源共享和協(xié)作處理的系統(tǒng)。網(wǎng)絡模式Client/Server(C/S)PeertoPeer(P2P)操作系統(tǒng)類型——網(wǎng)絡操作系統(tǒng)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)在通常操作系統(tǒng)功能的基礎上提供網(wǎng)絡通信和網(wǎng)絡服務功能的操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)為網(wǎng)上計算機進行方便而有效的網(wǎng)絡資源共享，提供網(wǎng)絡用戶所需各種服務的軟件和相關規(guī)程的集合。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是運行在松散耦合硬件上的松散偶合軟件操作系統(tǒng)類型——網(wǎng)絡操作系統(tǒng)特點：1）互連在物理上是分散的計算機2）每臺計算機自治，各自具有操作系統(tǒng)，各自獨立工作3）通過通信設施實現(xiàn)互連4）實現(xiàn)信息交換、資源共享、互操作、協(xié)作處理操作系統(tǒng)類型——網(wǎng)絡操作系統(tǒng)功能：網(wǎng)絡通信功能：通過網(wǎng)絡協(xié)議進行高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸；網(wǎng)絡資源管理：協(xié)調(diào)各用戶使用；網(wǎng)絡服務：文件和設備共享，信息發(fā)布；網(wǎng)絡管理：安全管理、故障管理、性能管理等操作系統(tǒng)類型——分布式操作系統(tǒng)分布式計算機系統(tǒng)由多臺分散的計算機經(jīng)互連網(wǎng)絡連接而成，滿足如下條件：系統(tǒng)中任意兩臺計算機可以通過系統(tǒng)的安全通信機制來交換信息。系統(tǒng)中的資源為所有用戶共享，用戶只要考慮系統(tǒng)中是否有所需資源，而無需考慮資源在哪臺計算機上。系統(tǒng)中的若干臺機器可互相協(xié)作完成同一個任務，分布式系統(tǒng)是一種特殊的計算機網(wǎng)絡。系統(tǒng)中的一個結(jié)點出錯不影響其它結(jié)點運行、即具有較好的容錯性和健壯性。操作系統(tǒng)類型——分布式操作系統(tǒng)分布式系統(tǒng)是以計算機網(wǎng)絡為基礎的，它的基本特征是處理上的分布，即功能和任務的分布。分布式操作系統(tǒng)的所有系統(tǒng)任務可在系統(tǒng)中任何處理機上運行，自動實現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的任務分配并自動調(diào)度各處理機的工作負載。分布式操作系統(tǒng)是運行在松散耦合硬件上的緊耦合軟件操作系統(tǒng)類型——分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)已制定通信網(wǎng)絡協(xié)議每臺計算機有自己的操作系統(tǒng)對用戶不透明松散耦合硬件上運行松散耦合軟件已在現(xiàn)實中廣泛應用分布式操作系統(tǒng)無標準協(xié)議系統(tǒng)有一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)對用戶透明松散耦合硬件上運行緊耦合軟件還處于研究階段主要內(nèi)容操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)歷史操作系統(tǒng)的基本類型操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)的功能處理機管理存儲管理設備管理信息管理提供用戶接口操作系統(tǒng)功能資源管理軟件資源硬件資源內(nèi)存CPU外設程序數(shù)據(jù)方便用戶操作系統(tǒng)的五大功能文件系統(tǒng)管理處理機管理內(nèi)存管理設備管理用戶接口操作系統(tǒng)功能——處理機管理組織多個作業(yè)同時運行，解決對處理機分配調(diào)度策略（例如FCFS，SJF），分配實施和資源