第1章 操作系統(tǒng)概論.ppt

1、1,第1章 操作系統(tǒng)概論,本章知識點： 1.1 操作系統(tǒng)的作用 1.2 操作系統(tǒng)的演變 1.3 操作系統(tǒng)的主要成就 1.4 操作系統(tǒng)舉例(略) 1.5 操作系統(tǒng)的主要研究課題,2,1.1 操作系統(tǒng)的作用,操作系統(tǒng)是計算機用戶和計算機硬件之間的接口程序模塊，它是計算機系統(tǒng)的核心控制軟件， 其職能是控制和管理系統(tǒng)內(nèi)各種資源，有效地組織多道程序的運行，從而為用戶提供良好的工作環(huán)境，達到使用方便、資源分配合理、安全可靠等目的。 操作系統(tǒng)是現(xiàn)有軟件系統(tǒng)中最復雜的軟件之一。Denning認為，到目前為止，在操作系統(tǒng)的研究開發(fā)方面主要取得了進程、內(nèi)存管理、信息保護與安全、調(diào)度與資源管理和系統(tǒng)結構等五項成就。

2、,3,1.1.1 硬件系統(tǒng)和應用程序間的界面,由操作系統(tǒng)定義的軟、硬件和數(shù)據(jù)，給程序員提供了方便的界面，使程序員和應用程序更容易獲取和使用計算機系統(tǒng)中的資源、工具和服務。,4,1.1.1 硬件系統(tǒng)和應用程序間的界面,OS具有如下功能： 程序創(chuàng)建。 程序執(zhí)行。 I/O設備的訪問。 控制對文件的訪問。 系統(tǒng)訪問。 查錯和糾錯。 簿記。,5,1.1.2 作為資源管理者,作為資源管理器的操作系統(tǒng)：,6,1.1.3 推動操作系統(tǒng)發(fā)展的因素,操作系統(tǒng)的演變主要基于以下因素： 硬件升級以及新的硬件類型； 新服務； 修補；,7,1.2 操作系統(tǒng)的演變,操作系統(tǒng)發(fā)展至今已有三十多年。設計操作系統(tǒng)主要有兩個目的：

3、第一，為程序的開發(fā)和執(zhí)行提供一個方便的環(huán)境；第二，為保證計算機系統(tǒng)順利執(zhí)行，操作系統(tǒng)對各個計算活動進行調(diào)度。,8,1.2.1 串行處理系統(tǒng),最早的計算機，從20世紀40年代末到50年代中期，程序員直接與硬件接觸，根本沒有OS。計算機運行在一個集成了指示器、各種開關、一些輸入設備以及一個打印機的控制臺之上。早期的這種系統(tǒng)存在兩個問題： (1)上機安排 (2)啟動時間,9,1.2.2 簡單批處理系統(tǒng),簡單批處理系統(tǒng)是專業(yè)計算機操作員（或機器）按作業(yè)的性質(zhì)將作業(yè)按類分成若干組，然后一組一組地來運行作業(yè)。 在早期計算機系統(tǒng)中，引進簡單批處理系統(tǒng)可以減少安裝磁帶、裝入程序和返繞磁帶等有關的工序浪費的時間

4、，因此，也就減少了計算機的空閑時間。 批處理系統(tǒng)實質(zhì)上不提供用戶和程序之間的交互功能。程序中的所有問題必須事先安排好，也不能進行聯(lián)機修改。 。,10,1.2.2 簡單批處理系統(tǒng),簡單批處理系統(tǒng)的中心思想是，通過應用一種被稱為監(jiān)控器的軟件，使用戶不必再直接接觸機器，而是先通過卡片機和紙帶機向計算機控制器提交作業(yè)，由監(jiān)控器將作業(yè)組織在一起構成一批作業(yè)，然后將整批作業(yè)放入由監(jiān)控器管理的輸入設備上，每當一個程序執(zhí)行完畢返回監(jiān)控器時，監(jiān)控器已自動裝入下一個程序。,11,1.2.2 簡單批處理系統(tǒng),批處理系統(tǒng)存在很多不方便之處，主要有：用戶不能與其作業(yè)交互以捕捉程序中的問題。用戶程序中的所有問題必須事先安

5、排好，否則程序的排錯就可能在轉儲信息上盲目地進行。此外，對一個用戶作業(yè)而言，可能需要較長的周轉時間。 在批處理系統(tǒng)中，為了避免有意或無意地讀取他人的卡片，必須建立監(jiān)控和用戶兩種操作態(tài)，使其只有在監(jiān)控態(tài)下才能讀控制卡。通過建立一組僅能在監(jiān)控態(tài)下執(zhí)行的特權指令，操作系統(tǒng)就能保證在任何時候都能控制整個系統(tǒng)。,12,1.2.3 多道程序批處理系統(tǒng),多道程序設計技術就是在內(nèi)存中同時保持若干道程序，系統(tǒng)按某種調(diào)度策略交替執(zhí)行這些程序，使CPU保持最少的空閑時間。 多道程序設計的主要優(yōu)點是通過將用戶的CPU請求和I/O請求重疊起來的辦法來有效地使用CPU。它設法讓CPU總有事情可做，以此來提高CPU的利用率

6、。,13,1.2.3 多道程序批處理系統(tǒng),設想一臺電腦配備256KB的可用內(nèi)存空間(未被OS占用的)，一個磁盤，一個終端和一臺打印機。3個程序JOB1、JOB2和JOB3，同時被提交執(zhí)行，如下表所列。,14,1.2.3 多道程序批處理系統(tǒng),多道程序設計在提高資源利用率方面產(chǎn)生的效果,15,1.2.4 分時系統(tǒng),分時系統(tǒng)是一種由調(diào)度策略和多道程序設計技術所構成的、同時供兩個或多個用戶使用的一種經(jīng)濟實惠的系統(tǒng)。 分時系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：當程序正在執(zhí)行時，允許用戶與計算機交互，從而大大縮短了系統(tǒng)的響應時間，增加了用戶調(diào)試程序和控制程序運行的靈活性。,16,1.2.4 分時系統(tǒng),分時系統(tǒng)通常采用的實現(xiàn)方

7、法是：先對每一用戶作業(yè)分定一個時間片，再按輪轉方式來執(zhí)行這些作業(yè)。用戶作業(yè)可以繼續(xù)運行直至其時間片執(zhí)行完或發(fā)生一個（I/O）中斷，才暫停此作業(yè)的運行而讓另一作業(yè)運行，暫停的作業(yè)則等到再次輪到它時又可繼續(xù)運行下去，系統(tǒng)中的作業(yè)都用這種方式輪轉執(zhí)行。,17,1.2.5 實時系統(tǒng),實時系統(tǒng)是在響應時間方面有嚴格制約的專用系統(tǒng)。實時系統(tǒng)與其他普通的系統(tǒng)之間的最大不同之處就是要滿足處理與時間的關系。 實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的區(qū)別在于：在分時系統(tǒng)中，快速響應是需要的，但不是必需的；在實時系統(tǒng)中，處理事務必須在適合于此系統(tǒng)的特定時間限額內(nèi)完成。,18,1.2.5 實時系統(tǒng),實時操作系統(tǒng)主要是為聯(lián)機實時任務服務的

8、，相比分時系統(tǒng)它有其自身的特點： (1)與分時系統(tǒng)一樣具有多路性和獨立性。 (2)對外部實時信號必須能及時響應，響應的時間間隔要足以控制發(fā)出實時信號的那個環(huán)境。 (3)整體性強。 (4)有交互性，但這里人與系統(tǒng)的交互僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務程序。 (5)要求有高可靠性和安全性，系統(tǒng)的效率則放在第二位。,19,1.3 操作系統(tǒng)的主要成就,操作系統(tǒng)是現(xiàn)有軟件系統(tǒng)中最復雜的系統(tǒng)軟件之一。到目前為止，操作系統(tǒng)已取得了5項主要成就：進程、內(nèi)存管理、信息的保護與安全性、調(diào)度與資源管理、系統(tǒng)結構。 。,20,1.3.1 進程,進程是操作系統(tǒng)結構的基礎。進程就是：可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運

9、行過程。進程由以下3部分組成： 一個可執(zhí)行的程序； 該程序所需的相關數(shù)據(jù)(變量、工作空間，緩沖區(qū)等)； 該程序的執(zhí)行上下文(Context)。,21,1.3.1 進程,典型的進程實現(xiàn),22,1.3.2 存儲管理,操作系統(tǒng)的5條存儲管理原則： 進程隔離。 自動分配和管理。 支持組件編程。 長時間存儲。 保護和存取控制。,23,1.3.2 存儲管理,看待存儲系統(tǒng)的兩種不同觀點,(b) 操作系統(tǒng)設計者觀點,(a) 用戶觀點,24,1.3.3 信息保護和安全性,同計算機系統(tǒng)和存儲在其中的信息的存取控制有關的4種保護策略： 不共享。 共享原始程序或數(shù)據(jù)文件。 無存儲子系統(tǒng)。 控制信息的分布。,25,1.3.3 信息保護和安全性,同操作系統(tǒng)有關的安全和保護工作可分為以下3類： 訪問控制。 信息流控制。 確認。,26,1.3.4 調(diào)度和資源管理,操作系統(tǒng)的核心任務之一就是管理各種可獲得的資源以及合理地調(diào)度它們。任何資源分配和調(diào)度策略都必須考慮公平性、不同敏感性以及效率。,27,1.3.5 系統(tǒng)結構,隨著操作系統(tǒng)性能的增強，以及基礎硬件復雜性的增加，