操作系統(tǒng)概述

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程課程安排：第一章操作系統(tǒng)引論〔4學(xué)時(shí)〕第二章進(jìn)程管理〔8學(xué)時(shí)〕第三章處理機(jī)調(diào)度與死鎖〔10學(xué)時(shí)〕第四章存儲(chǔ)管理〔10學(xué)時(shí)〕第五章設(shè)備管理〔6學(xué)時(shí)〕第六章文件管理〔6學(xué)時(shí)〕第七章操作系統(tǒng)接口〔1學(xué)時(shí)〕第九章系統(tǒng)平安性〔1學(xué)時(shí)〕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(dòng)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(gè)系統(tǒng)中的各種資源硬件資源和軟件資源D．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率與平安問題協(xié)調(diào)各個(gè)部件和進(jìn)程運(yùn)行，保證互不干擾三、操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)：OperatingSystem，有時(shí)簡記為OS，是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件與軟件資源，合理地對各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序的集合。主要功能：實(shí)現(xiàn)處理機(jī)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(jì)算機(jī)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(chǔ)器設(shè)備驅(qū)動(dòng)、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(yùn)行根底;限制了OS的功能實(shí)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(diǎn)多任務(wù)的例子：(1)計(jì)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(shí)刻注意：操作系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)多任務(wù)P1P2P3P4P5計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)/硬件軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)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(diǎn)： 實(shí)踐性強(qiáng) 涉及面廣 錯(cuò)綜復(fù)雜七、操作系統(tǒng)課程地位及特點(diǎn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)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)?，其中每一層都代表一組功能并提供相應(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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)硬件上配置的OS，其目標(biāo)有以下幾點(diǎn)： 方便性 有效性 可擴(kuò)充性 開放性

2.操作系統(tǒng)的目標(biāo)

OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口

OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者

OS用作擴(kuò)充機(jī)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(jī)文件管理軟件I/O管理軟件裸機(jī)物理實(shí)體裸機(jī)數(shù)據(jù)輸入和打印輸出I/O管理軟件實(shí)現(xiàn)對文件操作的細(xì)節(jié)文件管理軟件方便操作計(jì)算機(jī)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(diǎn)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(diǎn)用戶獨(dú)占全機(jī)

CPU等待人工操作嚴(yán)重浪費(fèi)系統(tǒng)資源人機(jī)矛盾指在慢速的手工操作和高速的計(jì)算機(jī)運(yùn)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)脫機(jī)輸入/輸出(Off-LineI/O)方式

在外圍計(jì)算機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的自動(dòng)輸入輸出。圖1-3脫機(jī)I/O示意圖CPU磁盤磁盤磁盤優(yōu)點(diǎn)減少了CPU的空閑時(shí)間提高I/O速度

缺點(diǎn)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(dòng)進(jìn)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(jī)方式輸入到磁盤上的作業(yè)進(jìn)行處理。特征自動(dòng)性順序性單道性缺點(diǎn)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(jì)技術(shù)指在內(nèi)存中同時(shí)存放假設(shè)干個(gè)作業(yè)，由CPU以切換的方式，使它們同時(shí)運(yùn)行的一種程序設(shè)計(jì)技術(shù)。多道批處理系統(tǒng)采用多道程序設(shè)計(jì)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(yùn)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大缺點(diǎn)：平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長、無交互能力是指系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)所完成的總工作量。指作業(yè)從進(jìn)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(shí)間。習(xí)題假設(shè)在多道批處理系統(tǒng)中，某時(shí)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(shí)間比在單道批處理系統(tǒng)中節(jié)省多少時(shí)間？〔忽略系統(tǒng)開銷〕A：計(jì)算20s——I/O40s——計(jì)算40sB：計(jì)算10s——I/O80sC：計(jì)算50s——I/O20s——計(jì)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(jī)輸入/輸出方式以及單道批處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行程序都是一個(gè)接一個(gè)的方式，那這三種類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在執(zhí)行程序的過程到底有什么樣實(shí)質(zhì)性的區(qū)別呢？思考分時(shí)系統(tǒng)在一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶通過自己的終端，以交互方式使用主機(jī)，共享主機(jī)中的資源。圖分時(shí)系統(tǒng)示意圖主機(jī)響應(yīng)時(shí)間分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題及時(shí)接收〔多路卡、緩沖區(qū)〕及時(shí)處理〔直接進(jìn)入內(nèi)存、分配時(shí)間片〕主機(jī)……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(diǎn)多路性及時(shí)性交互性獨(dú)占性用戶感覺不到計(jì)算機(jī)為其他人效勞〔OS作為虛機(jī)器使各個(gè)用戶的工作互不干擾〕系統(tǒng)對用戶提出的請求及時(shí)響應(yīng)同時(shí)有多個(gè)用戶使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)宏觀上：多人同時(shí)使用一個(gè)CPU微觀上：多個(gè)人在交替使用CPU用戶根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)果進(jìn)一步提出新請求(用戶直接干預(yù)每一步)實(shí)時(shí)系統(tǒng)

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

系統(tǒng)要對外部請求在嚴(yán)格時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)系統(tǒng)可靠性較高實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的分類實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)是指以計(jì)算機(jī)為中心的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，又稱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。以計(jì)算機(jī)為中心的實(shí)時(shí)信息查詢系統(tǒng)和實(shí)時(shí)事務(wù)處理系統(tǒng)，如機(jī)票訂購系統(tǒng)。實(shí)時(shí)任務(wù)⑴按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來劃分①周期性實(shí)時(shí)任務(wù)如溫室控制系統(tǒng)②非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)開始截至?xí)r間、完成截止時(shí)間⑵根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃分①硬實(shí)時(shí)任務(wù)：須滿足任務(wù)對截止時(shí)間的要求②軟實(shí)時(shí)任務(wù)：也有截止時(shí)間，但可不嚴(yán)格遵守實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較實(shí)時(shí)系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)有著一定的相似性，可以從以下五個(gè)方面對其加以比較。 多路性 獨(dú)立性 及時(shí)性 交互性 可靠性〔實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的相同〕〔實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的相同〕〔實(shí)時(shí)系統(tǒng)比分時(shí)系統(tǒng)要求的高〕〔實(shí)時(shí)系統(tǒng)比分時(shí)系統(tǒng)的弱〕〔實(shí)時(shí)系統(tǒng)比分時(shí)系統(tǒng)要求的高〕批處理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(diǎn)

小結(jié)操作系統(tǒng)的進(jìn)一步開展操作系統(tǒng)成為獨(dú)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(shí)期，到80年代雖已趨于成熟，但它仍繼續(xù)沿著兩個(gè)方向繼續(xù)向前開展：一個(gè)是隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開展，形成多處理機(jī)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(gè)那么是把操作系統(tǒng)應(yīng)用于微機(jī)，形成微機(jī)操作系統(tǒng)。多處理機(jī)操作系統(tǒng)在1975年前后，打破了以單處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)為主的局面，形成由多臺(tái)處理機(jī)通過互連網(wǎng)連接在一起的計(jì)算機(jī)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(jī)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(jī)上任務(wù)地運(yùn)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(gè)計(jì)算機(jī)可相互協(xié)作共同完成一項(xiàng)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(gè)計(jì)算機(jī)間相互通訊，無主從關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)有主從關(guān)系微型機(jī)〔個(gè)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(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生的。并發(fā)性：是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)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(gè)事件〔進(jìn)程〕在同一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生并開展著；微觀上，多個(gè)事件〔進(jìn)程〕以交替方式向前推進(jìn)，而且各自的推進(jìn)速度都不可預(yù)知。2.引入進(jìn)程進(jìn)程：是指在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的根本單位，它是由一組機(jī)器指令、數(shù)據(jù)和堆棧等組成的，是一個(gè)活動(dòng)的實(shí)體。進(jìn)程和程序的區(qū)別與關(guān)系：⑴進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，而程序是靜態(tài)的；⑵進(jìn)程有一定的生命期，是暫時(shí)存在的；程序是指令的集合，永遠(yuǎn)存在，本身無“運(yùn)動(dòng)”的含義；⑶程序和進(jìn)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(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程〔線程〕共同使用。由于資源屬性的不同，因此進(jìn)程能夠?qū)Y源共享的方式也會(huì)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(gè)程序(進(jìn)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(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源，有時(shí)也稱為獨(dú)占資源。2.同時(shí)訪問方式同時(shí)共享：指允許在一段時(shí)間內(nèi)，多個(gè)程序〔進(jìn)程〕同時(shí)對某一資源進(jìn)行訪問。注：這里的“同時(shí)”是在宏觀上來說的，而在微觀上，這些進(jìn)程可能是交替的對該資源進(jìn)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(gè)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(gè)物理實(shí)體變?yōu)榧僭O(shè)干個(gè)邏輯上的對應(yīng)物。物理實(shí)體是實(shí)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(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱為是虛擬技術(shù)。注：在OS中，虛擬的實(shí)現(xiàn)可以通過時(shí)分復(fù)用技術(shù)和空分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)。異步性異步性：并發(fā)進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間具有不確定性，進(jìn)程以不可預(yù)測的速度向前推進(jìn)。如：進(jìn)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?！薄?。雖然系統(tǒng)允許程序異步執(zhí)行，但是只要運(yùn)行環(huán)境相同，程序無論運(yùn)行多少次，都可以得到相同的結(jié)果。這也是OS的一個(gè)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(jī)管理功能進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信、調(diào)度 存儲(chǔ)器管理功能內(nèi)存分配、內(nèi)存保護(hù)、地址映射、內(nèi)存擴(kuò)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(chǔ)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(hù)

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)