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会计学1绪论操作系统绪论操作系统06:47:2326个问题个问题n n什么是操作系统？什么是操作系统？n n为什么需要操作系统？（地位）为什么需要操作系统？（地位）n n为什么要学操作系统？为什么要学操作系统？n n这门课学什么？这门课学什么？n n这门课如何学？这门课如何学？n n操作系统如何工作？操作系统如何工作？第1页/共48页06:47:233第第1 1章章 绪论绪论1.1 1.1 操作系统概念操作系统概念1.2 1.2 操作系统的历史操作系统的历史1.3 1.3 操作系统的基本类型操作系统的基本类型1.4 1.4 操作系统功能操作系统功能1.5 1.5 计算机硬件简介计算机硬件简介1.6 1.6 算法的描述算法的描述1.7 1.7 研究操作系统的几种观点研究操作系统的几种观点第2页/共48页06:47:234一、一、一、一、计算机系统计算机系统计算机系统计算机系统：是按用户要求接收和存储信息、是按用户要求接收和存储信息、是按用户要求接收和存储信息、是按用户要求接收和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。自动进行数据处理并输出结果信息的系统。自动进行数据处理并输出结果信息的系统。自动进行数据处理并输出结果信息的系统。1.1 1.1 1.1 1.1 操作系统概念操作系统概念操作系统概念操作系统概念应用软件硬件 裸机操作系统其它系统软件图1.1 操作系统与硬件软件的关系硬件系统：由中央处理器（运算器和控制器）、存储器、输入设备和输出设备等组成。软件系统：包括应用软件和系统软件。计算机系统第3页/共48页06:47:235三、虚拟机虚拟机：经过操作系统提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能把裸机改造成为功能更强、使用更为方便的机器。二、裸机：没有任何软件支持的计算机。它仅仅构成了计算机系统的物质基础，而实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件改造的计算机。第4页/共48页06:47:236四、操作系统操作系统定义定义 2、操作系统的定义：是计算机系统中的一个系统软件，由它管理和控制计算机系统的硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与用户之间起到接口的作用。1、引入操作系统的目的：（1）为用户提供良好的界面 （2）资源的管理者 （3）便于扩展新的服务和功能 第5页/共48页06:47:237 1.2 1.2 1.2 1.2 操作系统的历史操作系统的历史操作系统的历史操作系统的历史 四个阶段：四个阶段：四个阶段：四个阶段：n n19461946年年年年5050年代末：电子管时代，年代末：电子管时代，年代末：电子管时代，年代末：电子管时代，无操作系统无操作系统无操作系统无操作系统60年代中期70年代中期：集成电路，多道程序设计50年代末60年代中期：晶体管，批处理系统70年代中期今：大（超大）规模集成电路，分时系统、实时系统、通用操作系统、网络操作系统。其它如嵌入式系统、分布式系统（网格计算、云计算）等。手工（无）单道批处理（有）多道（批处理、分时、实时）通用本课程主要内容：单机（CPU）多道系统原理第6页/共48页06:47:2381.2.1 1.2.1 1.2.1 1.2.1 手工操作阶段手工操作阶段手工操作阶段手工操作阶段 19461946年年年年5050年代末：电子管时代，无操作系年代末：电子管时代，无操作系年代末：电子管时代，无操作系年代末：电子管时代，无操作系统，用户既是程序员，又是操作员。上机完统，用户既是程序员，又是操作员。上机完统，用户既是程序员，又是操作员。上机完统，用户既是程序员，又是操作员。上机完全是手工操作。全是手工操作。全是手工操作。全是手工操作。特点：（特点：（特点：（特点：（1 1）计算机运算速度慢）计算机运算速度慢）计算机运算速度慢）计算机运算速度慢 （2 2）一个程序独占机器）一个程序独占机器）一个程序独占机器）一个程序独占机器 （3 3）机器（）机器（）机器（）机器（CPUCPU）等待手工操作）等待手工操作）等待手工操作）等待手工操作 （4 4）机器语言、纸带或卡片）机器语言、纸带或卡片）机器语言、纸带或卡片）机器语言、纸带或卡片 5050年代后期，手工操作的漫速度与计算机年代后期，手工操作的漫速度与计算机年代后期，手工操作的漫速度与计算机年代后期，手工操作的漫速度与计算机的高速度之间的矛盾越来越突出的高速度之间的矛盾越来越突出的高速度之间的矛盾越来越突出的高速度之间的矛盾越来越突出,解决矛盾的解决矛盾的解决矛盾的解决矛盾的唯一办法是实现作业的自动过渡唯一办法是实现作业的自动过渡唯一办法是实现作业的自动过渡唯一办法是实现作业的自动过渡,因而出现了因而出现了因而出现了因而出现了批处理。批处理。批处理。批处理。第7页/共48页06:47:2391.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 早期批处理（早期批处理（早期批处理（早期批处理（batch processingbatch processingbatch processingbatch processing）批处理：批处理：操作员把用户提交的作业分类，把一批中的作业编成一个作业执行序列。每一批作业将有专门编制的监督程序（monitor）自动依次处理。作业的组成：作业的组成：包括用户程序、数据和作业说明书（作业控制语言）。批：批：供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装而成，在处理中使用一组相同的系统软件（系统带）。第8页/共48页06:47:2310早期批处理分为两种：早期批处理分为两种：早期批处理分为两种：早期批处理分为两种：联机批处理和脱机批处理联机批处理和脱机批处理联机批处理和脱机批处理联机批处理和脱机批处理 1 1 1 1、联机批处理、联机批处理、联机批处理、联机批处理 慢慢慢慢速速速速的的的的输输输输入入入入输输输输出出出出设设设设备备备备是是是是和和和和主主主主机机机机直直直直接接接接相相相相连连连连，在输入输出过程中在输入输出过程中在输入输出过程中在输入输出过程中CPUCPUCPUCPU处于等待状态。处于等待状态。处于等待状态。处于等待状态。主机输入机打印机监 督 程序系 统 程序用 户 作业磁带机第9页/共48页06:47:2311图1.3 监督程序管理下的解题过程第10页/共48页06:47:2312联机批处理主要优点：解决了作业自动转接，减少了作业建立和手工操作时间。联机批处理存在问题：CPU 与I/O串行操作，输入输出时，CPU处于等待状态，CPU的时间仍有很大的浪费。第11页/共48页06:47:23132 2 2 2、脱机批处理、脱机批处理、脱机批处理、脱机批处理 增增增增加加加加一一一一台台台台或或或或多多多多台台台台不不不不与与与与主主主主机机机机直直直直接接接接连连连连接接接接而而而而专专专专门门门门用用用用于于于于与与与与输输输输入入入入输输输输出出出出设设设设备备备备打打打打交交交交道道道道的的的的卫卫卫卫星星星星机机机机。主主主主机机机机与卫星机可并行工作。与卫星机可并行工作。与卫星机可并行工作。与卫星机可并行工作。卫卫星星机机：完完完完成成成成面面面面向向向向用用用用户户户户的的的的输输输输入入入入输输输输出出出出（纸纸纸纸带带带带或或或或卡片），中间结果暂存在磁带或磁盘上。卡片），中间结果暂存在磁带或磁盘上。卡片），中间结果暂存在磁带或磁盘上。卡片），中间结果暂存在磁带或磁盘上。多个手工手工图1.2 早期脱机批处理模型 第12页/共48页06:47:2314 （1 1）由监督程序自动依次装入作业，不需人工）由监督程序自动依次装入作业，不需人工）由监督程序自动依次装入作业，不需人工）由监督程序自动依次装入作业，不需人工干预。干预。干预。干预。（2 2）用户除提交程序和数据，还需提交作业说）用户除提交程序和数据，还需提交作业说）用户除提交程序和数据，还需提交作业说）用户除提交程序和数据，还需提交作业说明书。明书。明书。明书。（3 3）用汇编语言编写程序，需汇编程序或编译）用汇编语言编写程序，需汇编程序或编译）用汇编语言编写程序，需汇编程序或编译）用汇编语言编写程序，需汇编程序或编译程序及连接装配程序。程序及连接装配程序。程序及连接装配程序。程序及连接装配程序。（4 4）用磁带存储作业。）用磁带存储作业。）用磁带存储作业。）用磁带存储作业。新问题：新问题：新问题：新问题：监督程序、系统程序和用户程序之间存监督程序、系统程序和用户程序之间存监督程序、系统程序和用户程序之间存监督程序、系统程序和用户程序之间存在着调用关系，任何一个环节出问题，整个在着调用关系，任何一个环节出问题，整个在着调用关系，任何一个环节出问题，整个在着调用关系，任何一个环节出问题，整个系统都会停顿，用户程序也可能破坏系统程系统都会停顿，用户程序也可能破坏系统程系统都会停顿，用户程序也可能破坏系统程系统都会停顿，用户程序也可能破坏系统程序，系统安全与保护成为最重要的问题。序，系统安全与保护成为最重要的问题。序，系统安全与保护成为最重要的问题。序，系统安全与保护成为最重要的问题。问题的解决：问题的解决：问题的解决：问题的解决：硬件的发展（通道和中断技术），硬件的发展（通道和中断技术），硬件的发展（通道和中断技术），硬件的发展（通道和中断技术），导致操作系统进入执行系统阶段。导致操作系统进入执行系统阶段。导致操作系统进入执行系统阶段。导致操作系统进入执行系统阶段。批处理特点：第13页/共48页06:47:2315中断：中断：是指当主机（是指当主机（是指当主机（是指当主机（CPUCPU）接到外部信号时，）接到外部信号时，）接到外部信号时，）接到外部信号时，马上停止原来工作，转去处理这一事件，处马上停止原来工作，转去处理这一事件，处马上停止原来工作，转去处理这一事件，处马上停止原来工作，转去处理这一事件，处理完毕后，主机回到原来的断点继续工作。理完毕后，主机回到原来的断点继续工作。理完毕后，主机回到原来的断点继续工作。理完毕后，主机回到原来的断点继续工作。执行系统：执行系统：监督程序借助于通道、中断技监督程序借助于通道、中断技监督程序借助于通道、中断技监督程序借助于通道、中断技术和输入输出在主机控制下完成批处理。这术和输入输出在主机控制下完成批处理。这术和输入输出在主机控制下完成批处理。这术和输入输出在主机控制下完成批处理。这个功能增强的监督程序常驻内存，称为执行个功能增强的监督程序常驻内存，称为执行个功能增强的监督程序常驻内存，称为执行个功能增强的监督程序常驻内存，称为执行系统。系统。系统。系统。通道：是一种专用处理部件，它能控制一台或多台输入输出设备工作，负责输入输出设备与主存之间的信息传输。它一旦被启动就能独立于CPU运行，这样可使CPU和通道并行操作，而且CPU和多种输入输出设备也能并行操作。第14页/共48页06:47:24161.2.3 1.2.3 1.2.3 1.2.3 多道程序系统多道程序系统多道程序系统多道程序系统 早期批处理系统是单道顺早期批处理系统是单道顺序的处理作业，即每次只调用序的处理作业，即每次只调用一个用户作业程序进入内存并一个用户作业程序进入内存并运行，称为单道运行（单道程运行，称为单道运行（单道程序系统）序系统）问题：问题：I/O量大的作业，量大的作业，CPU利利用率降低，而计算量大的作业，用率降低，而计算量大的作业，I/O设备空闲。因而计算机资设备空闲。因而计算机资源使用效率仍然不高。源使用效率仍然不高。问题的解决：问题的解决：同时装入多道程同时装入多道程序，合理搭配交替运行，充分序，合理搭配交替运行，充分利用资源，提高效率。利用资源，提高效率。第15页/共48页图1.4 程序工作示例第16页/共48页06:47:2418n n特点：特点：特点：特点：（1 1）多道：计算机内存中同时存放几道相互独）多道：计算机内存中同时存放几道相互独）多道：计算机内存中同时存放几道相互独）多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。立的程序。立的程序。立的程序。（2 2）宏观上并行：）宏观上并行：）宏观上并行：）宏观上并行：（3 3）微观上串行：）微观上串行：）微观上串行：）微观上串行：在批处理系统中采用多道程序设计技术，在批处理系统中采用多道程序设计技术，在批处理系统中采用多道程序设计技术，在批处理系统中采用多道程序设计技术，就形成了就形成了就形成了就形成了多道批处理系统多道批处理系统多道批处理系统多道批处理系统。n n要解决的技术问题：要解决的技术问题：要解决的技术问题：要解决的技术问题：（1 1）同步与互斥机制）同步与互斥机制）同步与互斥机制）同步与互斥机制 （2 2）内存管理）内存管理）内存管理）内存管理 （3 3）内存保护）内存保护）内存保护）内存保护第17页/共48页06:47:24191.2.4 1.2.4 1.2.4 1.2.4 分时操作系统分时操作系统分时操作系统分时操作系统问题：问题：问题：问题：批处理方式交互性差，中间不需人工干预批处理方式交互性差，中间不需人工干预批处理方式交互性差，中间不需人工干预批处理方式交互性差，中间不需人工干预虽然效率高，但有时很不方便，处理出错、虽然效率高，但有时很不方便，处理出错、虽然效率高，但有时很不方便，处理出错、虽然效率高，但有时很不方便，处理出错、中间结果等。中间结果等。中间结果等。中间结果等。问题的解决：问题的解决：问题的解决：问题的解决：随着软硬件技术发展，采用分时技随着软硬件技术发展，采用分时技随着软硬件技术发展，采用分时技随着软硬件技术发展，采用分时技术。既能保证计算机效率，又能方便用户使术。既能保证计算机效率，又能方便用户使术。既能保证计算机效率，又能方便用户使术。既能保证计算机效率，又能方便用户使用。用。用。用。分时技术：分时技术：分时技术：分时技术：把处理机的运行时间分成很短的时间把处理机的运行时间分成很短的时间把处理机的运行时间分成很短的时间把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给联机作业片，按时间片轮流把处理机分配给联机作业片，按时间片轮流把处理机分配给联机作业片，按时间片轮流把处理机分配给联机作业使用。使用。使用。使用。分时系统：分时系统：分时系统：分时系统：采用分时技术，用时间片轮转的方式，采用分时技术，用时间片轮转的方式，采用分时技术，用时间片轮转的方式，采用分时技术，用时间片轮转的方式，使一台计算机为多个终端用户服务。使一台计算机为多个终端用户服务。使一台计算机为多个终端用户服务。使一台计算机为多个终端用户服务。第18页/共48页06:47:2420(1)人机交互性好：人机交互性好：在调试和运在调试和运行程序时由用户自己操作。行程序时由用户自己操作。(2)多用户同时性：多用户同时性：多个用户同多个用户同时使用。时使用。(3)用户独立性：用户独立性：对每个用户而对每个用户而言，好象独占主机。言，好象独占主机。多用户分时操作系统是当多用户分时操作系统是当今计算机操作系统中使用最普今计算机操作系统中使用最普遍的一类操作系统。遍的一类操作系统。分时系统的特点：分时系统的特点：分时系统的特点：分时系统的特点：第19页/共48页06:47:24211.2.5 1.2.5 1.2.5 1.2.5 实时操作系统实时操作系统实时操作系统实时操作系统问题：问题：随着计算机应用领域的随着计算机应用领域的不断扩大，计算机用于工业过不断扩大，计算机用于工业过程控制、军事实时控制，需对程控制、军事实时控制，需对外部信息作出快速响应，要求外部信息作出快速响应，要求高可靠性。高可靠性。问题的解决：问题的解决：专用的各种实时专用的各种实时处理系统，要求计算机对外来处理系统，要求计算机对外来信息能以足够快的速度进行处信息能以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许时间范理，并在被控对象允许时间范围内作出快速响应。响应时间围内作出快速响应。响应时间要求在秒级、毫秒级甚至微秒要求在秒级、毫秒级甚至微秒级或更小。级或更小。第20页/共48页06:47:24221.2.6 1.2.6 1.2.6 1.2.6 通用操作系统通用操作系统通用操作系统通用操作系统 通用操作系统是在批处理系统、分时系通用操作系统是在批处理系统、分时系通用操作系统是在批处理系统、分时系通用操作系统是在批处理系统、分时系统和实时系统基础上发展而来的，同时具备了统和实时系统基础上发展而来的，同时具备了统和实时系统基础上发展而来的，同时具备了统和实时系统基础上发展而来的，同时具备了批处理、分时、实时处理和多重处理的功能或批处理、分时、实时处理和多重处理的功能或批处理、分时、实时处理和多重处理的功能或批处理、分时、实时处理和多重处理的功能或其中两种以上的功能。其中两种以上的功能。其中两种以上的功能。其中两种以上的功能。UNIXUNIX是一个通用的多用户分时交互型的操是一个通用的多用户分时交互型的操是一个通用的多用户分时交互型的操是一个通用的多用户分时交互型的操作系统，应用非常广泛，对现代操作系统有着作系统，应用非常广泛，对现代操作系统有着作系统，应用非常广泛，对现代操作系统有着作系统，应用非常广泛，对现代操作系统有着重大的影响。重大的影响。重大的影响。重大的影响。WindowsWindows系列是通用操作系统，主要原理也系列是通用操作系统，主要原理也系列是通用操作系统，主要原理也系列是通用操作系统，主要原理也是基于是基于是基于是基于UNIXUNIX系统，而系统，而系统，而系统，而LinuxLinux系列是从系列是从系列是从系列是从UNIXUNIX演演演演变而成的。变而成的。变而成的。变而成的。第21页/共48页06:47:24231.2.7 1.2.7 1.2.7 1.2.7 操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展 l l个人计算机上的操作系个人计算机上的操作系统（统（DOS）l l嵌入式操作系统嵌入式操作系统l l网络操作系统网络操作系统l l分布式操作系统分布式操作系统l l智能化操作系统智能化操作系统第22页/共48页06:47:2424 1.3 1.3 1.3 1.3 操作系统的基本类型操作系统的基本类型操作系统的基本类型操作系统的基本类型操作系统的基本类型操作系统的基本类型操作系统的基本类型操作系统的基本类型：(1)(1)批处理操作系统批处理操作系统批处理操作系统批处理操作系统 (2)(2)分时操作系统分时操作系统分时操作系统分时操作系统 (3)(3)实时操作系统实时操作系统实时操作系统实时操作系统 (4)(4)个人计算机操作系统个人计算机操作系统个人计算机操作系统个人计算机操作系统 (5)(5)网络操作系统网络操作系统网络操作系统网络操作系统 (6)(6)分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统 可从硬件平台、硬件数量、资源共享、交可从硬件平台、硬件数量、资源共享、交可从硬件平台、硬件数量、资源共享、交可从硬件平台、硬件数量、资源共享、交互与响应、通用专用、传统现代、多媒体、互与响应、通用专用、传统现代、多媒体、互与响应、通用专用、传统现代、多媒体、互与响应、通用专用、传统现代、多媒体、人工智能等角度给操作系统分类。人工智能等角度给操作系统分类。人工智能等角度给操作系统分类。人工智能等角度给操作系统分类。第23页/共48页06:47:24251.3.1 1.3.1 1.3.1 1.3.1 批处理操作系统批处理操作系统批处理操作系统批处理操作系统 是是早早期期的的大大型型机机用用操操作作系系统统，但但现现代代操操作作系系统统大大都都具具有有批批处理功能。处理功能。图1.5 批处理系统中作业处理及状态第24页/共48页06:47:2426 主要特征主要特征：（1 1）用户脱机使用计算机。用户脱机使用计算机。（2 2）成批处理。成批处理。（3）多道程序运行。）多道程序运行。优点优点：作业之间自动调度执行，：作业之间自动调度执行，资源利用率高，吞吐量大。资源利用率高，吞吐量大。缺点：缺点：无交互性，作业周转时无交互性，作业周转时间长，使用不方便。间长，使用不方便。多道程序系统和多重处理系统多道程序系统和多重处理系统的区别的区别第25页/共48页06:47:24271.3.2 1.3.2 1.3.2 1.3.2 分时系统分时系统分时系统分时系统 分分时时系系统统一一般般采采用用时时间间片片轮轮转转的的方方式式，使使一一台台计计算算机机为为多多个个终端用户服务。终端用户服务。主要特征主要特征：（1）交互性。）交互性。（2）多用户同时性。）多用户同时性。（3）独立性。）独立性。分时操作系统是一个联机的分时操作系统是一个联机的多用户交互式的操作系统。多用户交互式的操作系统。UNIX是最典型最流行的分时系是最典型最流行的分时系统。统。第26页/共48页06:47:24281.3.3 1.3.3 1.3.3 1.3.3 实时系统实时系统实时系统实时系统 它它它它用用用用于于于于实实实实时时时时控控控控制制制制和和和和实实实实时时时时信信信信息息息息处处处处理理理理领领领领域域域域中中中中，主主主主要特点是提供即时响应和高可靠性。要特点是提供即时响应和高可靠性。要特点是提供即时响应和高可靠性。要特点是提供即时响应和高可靠性。设计实时操作系统要考虑的因素设计实时操作系统要考虑的因素：（1 1）实时时钟管理）实时时钟管理）实时时钟管理）实时时钟管理 （2 2）连续的人）连续的人）连续的人）连续的人机对话机对话机对话机对话 （3 3）过载保护）过载保护）过载保护）过载保护 （4 4）高可靠性和安全性）高可靠性和安全性）高可靠性和安全性）高可靠性和安全性 1.3.41.3.4 通用操作系统通用操作系统 它它它它是是是是在在在在批批批批处处处处理理理理系系系系统统统统、分分分分时时时时系系系系统统统统和和和和实实实实时时时时系系系系统统统统基基基基础础础础上上上上发发发发展展展展而而而而来来来来的的的的，同同同同时时时时具具具具备备备备了了了了批批批批处处处处理理理理、分分分分时时时时、实实实实时处理和多重处理的功能或其中两种以上的功能。时处理和多重处理的功能或其中两种以上的功能。时处理和多重处理的功能或其中两种以上的功能。时处理和多重处理的功能或其中两种以上的功能。第27页/共48页06:47:24291.3.5 1.3.5 1.3.5 1.3.5 个人计算机上的操作系统个人计算机上的操作系统个人计算机上的操作系统个人计算机上的操作系统 是是一一联联机机的的交交互互式式的的单单用用户户操操作作系系统统，它它提提供供的的联联机机交交互互功功能能与与通通用用分分时时系系统统所所提提供供的的很很相似。相似。多媒体技术多媒体技术 Windows系列系列 Linux系统系统第28页/共48页06:47:24301.3.6 1.3.6 1.3.6 1.3.6 网络操作系统网络操作系统网络操作系统网络操作系统 计计计计算算算算机机机机网网网网络络络络是是是是通通通通过过过过通通通通信信信信设设设设施施施施将将将将物物物物理理理理上上上上分分分分散散散散的的的的具具具具有有有有自自自自治治治治功功功功能能能能的的的的多多多多个个个个计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统互互互互连连连连起起起起来来来来的的的的，实实实实现现现现信信信信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。特征特征:（1 1）互连的计算机系统的群体）互连的计算机系统的群体）互连的计算机系统的群体）互连的计算机系统的群体 （2 2）既独立工作）既独立工作）既独立工作）既独立工作,又可在网络协议控制下协同工作又可在网络协议控制下协同工作又可在网络协议控制下协同工作又可在网络协议控制下协同工作 （3 3）系统互连通过通讯设施（硬件、软件）来实现）系统互连通过通讯设施（硬件、软件）来实现）系统互连通过通讯设施（硬件、软件）来实现）系统互连通过通讯设施（硬件、软件）来实现 （4 4）通通通通过过过过通通通通讯讯讯讯设设设设施施施施执执执执行行行行信信信信息息息息交交交交换换换换、资资资资源源源源共共共共享享享享、互互互互操操操操作和协作处理作和协作处理作和协作处理作和协作处理 NovellNovell的的的的NetWareNetWare、MicrosoftMicrosoft的的的的Windows NTWindows NT第29页/共48页06:47:24311.3.7 1.3.7 1.3.7 1.3.7 分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统 可可定定义义为为：通通通通过过过过通通通通信信信信网网网网络络络络将将将将物物物物理理理理上上上上分分分分布布布布的的的的具具具具有有有有自自自自治治治治功功功功能能能能的的的的计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统互互互互连连连连起起起起来来来来，实实实实现现现现信信信信息交换和资源共享，协作完成任务。息交换和资源共享，协作完成任务。息交换和资源共享，协作完成任务。息交换和资源共享，协作完成任务。分布式系统与网络系统的区别：分布式系统与网络系统的区别：分布式系统与网络系统的区别：分布式系统与网络系统的区别：（1 1）网网网网络络络络已已已已制制制制定定定定了了了了明明明明确确确确的的的的通通通通信信信信网网网网络络络络协协协协议议议议体体体体系系系系结结结结构构构构及及及及一一一一系系系系列列列列协协协协议议议议族族族族，而而而而各各各各种种种种分分分分布布布布式式式式系系系系统统统统并并并并没没没没有有有有制制制制定定定定标标标标准的协议。准的协议。准的协议。准的协议。（2 2）分分分分布布布布式式式式系系系系统统统统要要要要求求求求一一一一个个个个统统统统一一一一的的的的操操操操作作作作系系系系统统统统，实实实实现现现现系系系系统操作的统一性。统操作的统一性。统操作的统一性。统操作的统一性。（3 3）分布式系统具有透明性，而网络系统不具备。）分布式系统具有透明性，而网络系统不具备。）分布式系统具有透明性，而网络系统不具备。）分布式系统具有透明性，而网络系统不具备。（4 4）分布式系统的基础是网络。）分布式系统的基础是网络。）分布式系统的基础是网络。）分布式系统的基础是网络。（5 5）分分分分布布布布式式式式系系系系统统统统还还还还处处处处在在在在研研研研究究究究阶阶阶阶段段段段，而而而而网网网网络络络络已已已已得得得得到到到到广广广广泛应用。泛应用。泛应用。泛应用。第30页/共48页06:47:2432 1.4 1.4 1.4 1.4 操作系统功能操作系统功能操作系统功能操作系统功能1.4.1 1.4.1 处理机管理处理机管理 为为为为用用用用户户户户合合合合理理理理地地地地分分分分配配配配处处处处理理理理机机机机时时时时间间间间，尽尽尽尽可可可可能能能能地地地地使处理机处于忙状态，提高处理机的工作效率。使处理机处于忙状态，提高处理机的工作效率。使处理机处于忙状态，提高处理机的工作效率。使处理机处于忙状态，提高处理机的工作效率。1.4.2 1.4.2 存储管理存储管理 实实实实现现现现对对对对主主主主存存存存储储储储器器器器的的的的管管管管理理理理，为为为为用用用用户户户户分分分分配配配配主主主主存存存存空空空空间间间间，保保保保护护护护主主主主存存存存中中中中的的的的程程程程序序序序和和和和数数数数据据据据不不不不被被被被破破破破坏坏坏坏，提提提提高主存空间的利用率以及内存扩充。高主存空间的利用率以及内存扩充。高主存空间的利用率以及内存扩充。高主存空间的利用率以及内存扩充。1.4.3 1.4.3 设备管理设备管理 （1 1）通道、控制器、）通道、控制器、）通道、控制器、）通道、控制器、I/OI/O设备的分配和管理。设备的分配和管理。设备的分配和管理。设备的分配和管理。（2 2）设备独立性。）设备独立性。）设备独立性。）设备独立性。第31页/共48页06:47:24331.4.4 1.4.4 信息管理（文件管理）信息管理（文件管理）程序和数据统称为信息或文件。程序和数据统称为信息或文件。程序和数据统称为信息或文件。程序和数据统称为信息或文件。面面面面向向向向用用用用户户户户实实实实现现现现按按按按文文文文件件件件名名名名存存存存取取取取文文文文件件件件，管管管管理理理理用用用用户户户户信信信信息息息息的的的的存存存存储储储储、检检检检索索索索、共共共共享享享享和和和和保保保保护护护护，合合合合理理理理地地地地分分分分配和使用文件的存储空间。配和使用文件的存储空间。配和使用文件的存储空间。配和使用文件的存储空间。1.4.5 1.4.5 用户接口用户接口 为用户提供使用计算机方便灵活的手段。为用户提供使用计算机方便灵活的手段。为用户提供使用计算机方便灵活的手段。为用户提供使用计算机方便灵活的手段。程序级接口程序级接口：用户程序通过系统提：用户程序通过系统提：用户程序通过系统提：用户程序通过系统提供的系统功能调用完成数据传输、文件操作等供的系统功能调用完成数据传输、文件操作等供的系统功能调用完成数据传输、文件操作等供的系统功能调用完成数据传输、文件操作等功能。功能。功能。功能。作业控制级接口作业控制级接口：提供一组控制：提供一组控制：提供一组控制：提供一组控制操作命令，用户编写作业说明书。联机和脱机操作命令，用户编写作业说明书。联机和脱机操作命令，用户编写作业说明书。联机和脱机操作命令，用户编写作业说明书。联机和脱机量大类。量大类。量大类。量大类。第32页/共48页06:47:2434 1.5 1.5 1.5 1.5 计算机硬件简介计算机硬件简介计算机硬件简介计算机硬件简介1.5.1 1.5.1 计算机的基本硬件元素计算机的基本硬件元素 四四种种：处处理理器器、存存储储器器、I/O控制与总线、控制与总线、I/O设备。设备。图1.6 计算机的基本硬件元素第33页/共48页06:47:25351.5.2 1.5.2 1.5.2 1.5.2 与操作系统相关的几种主要寄存器与操作系统相关的几种主要寄存器与操作系统相关的几种主要寄存器与操作系统相关的几种主要寄存器 典型的用户可编程寄存器典型的用户可编程寄存器典型的用户可编程寄存器典型的用户可编程寄存器：1 1、数据寄存器、数据寄存器、数据寄存器、数据寄存器 2 2、地址寄存器、地址寄存器、地址寄存器、地址寄存器 3 3、条件码寄存器、条件码寄存器、条件码寄存器、条件码寄存器 典型的控制与状态寄存器典型的控制与状态寄存器典型的控制与状态寄存器典型的控制与状态寄存器：4 4、程序计数器、程序计数器、程序计数器、程序计数器PCPC 5 5、指令寄存器、指令寄存器、指令寄存器、指令寄存器IRIR 6 6、程序状态字、程序状态字、程序状态字、程序状态字PSWPSW 7 7、中断现场保护寄存器、中断现场保护寄存器、中断现场保护寄存器、中断现场保护寄存器 8 8、堆栈（过程调用）、堆栈（过程调用）、堆栈（过程调用）、堆栈（过程调用）第34页/共48页06:47:25361.5.3 1.5.3 存储器的访问速度存储器的访问速度 寄寄存存器器、高高速速缓缓存存、内内存存、硬盘缓冲、硬盘、光盘、磁盘。硬盘缓冲、硬盘、光盘、磁盘。图1.7 存储介质的访问速度第35页/共48页06:47:2537多级存储层次速度高低容量低高位价格高低第36页/共48页06:47:2538 用多级存储器把要用的程序和数据，按其使用的急迫程度分段调入存储容量不同、运行速度不同的存储器中，并由软硬件系统统一调度管理。具体方案：如果使CPU大部分时间访问高速缓存CACHE，则速度最快；仅在从缓存中读不到数据时才去读主存，那么速度略慢但容量更大；当从主存中还读不到时才去成批量读虚存，结果速度很慢，但是容量极大；这样做就能很好地同时解决了对速度、容量、成本三个方面的需求。第37页/共48页06:47:25391.5.4 1.5.4 指令的执行与中断指令的执行与中断 执执行行周周期期：一一条条指指令令的的读读入入和和执行过程称为一个执行周期执行过程称为一个执行周期图1.8指令的执行周期第38页/共48页06:47:2540图1.9 中断执行过程图1.10 中断处理时的指令执行周期第39页/共48页06:47:25411.5.5 1.5.5 1.5.5 1.5.5 操作系统的启动操作系统的启动操作系统的启动操作系统的启动 加加加加电电电电后后后后，CPUCPU（Intel Intel x86x86为为为为例例例例）所所所所有有有有的的的的寄寄寄寄存存存存器器器器值值值值为为为为1 1，程程程程序序序序计计计计数数数数器器器器为为为为0 0，既既既既CS=FFFFCS=FFFF、PC=0000PC=0000。这这这这时时时时CPUCPU根根根根据据据据CSCS和和和和PC PC 的的的的值值值值执执执执行行行行FFFF0HFFFF0H处处处处的的的的指指指指令令令令。由由由由于于于于FFFF0HFFFF0H已已已已经经经经到到到到了了了了基基基基本本本本内内内内存存存存的的的的高高高高地地地地址址址址顶顶顶顶端端端端，所所所所以以以以，FFFF0HFFFF0H处处处处的的的的指指指指令令令令一一一一般般般般总总总总是是是是一一一一个个个个JMPJMP指指指指令令令令，跳跳跳跳到到到到位位位位于于于于ROM ROM BIOSBIOS中中中中的的的的特特特特定定定定位位位位置置置置，执执执执行行行行BIOSBIOS中中中中的的的的系系系系统统统统测测测测试试试试代代代代码码码码，负负负负责责责责开开开开机机机机自自自自检检检检。如如如如检检检检查查查查内内内内存存存存，键键键键盘盘盘盘等等等等。如如如如发发发发现现现现外外外外部部部部存存存存储储储储设设设设备备备备（如如如如启启启启动动动动磁磁磁磁盘盘盘盘），控控控控制制制制权权权权会会会会转转转转移移移移给给给给ROMROM中中中中的的的的启启启启动动动动程程程程序序序序(ROM(ROM bootstrap bootstrap routine)routine)，这这这这个个个个程程程程序序序序会会会会将将将将磁磁磁磁盘盘盘盘上上上上的的的的第第第第0 0轨轨轨轨0 0扇扇扇扇区区区区读读读读入入入入内内内内存存存存中中中中（boot boot sectorsector），并并并并开开开开始始始始执执执执行行行行，他他他他负负负负责责责责装装装装载载载载其其其其他他他他的的的的系系系系统统统统程程程程序序序序，经经经经过过过过一一一一系系系系列列列列复复复复杂杂杂杂操操操操作作作作（多多多多次次次次加加加加载载载载、执执执执行行行行，完完完完成成成成初初初初始始始始化化化化相相相相关关关关硬硬硬硬件件件件和和和和系系系系统统统统所所所所需需需需的的的的数数数数据据据据结结结结构构构构）后后后后，最最最最后后后后将将将将控控控控制制制制权权权权转转转转移移移移给给给给操操操操作作作作系统。系统。系统。系统。第40页/共48页06:47:2542 1.6 1.6 1.6 1.6 算法的描述算法的描述算法的描述算法的描述类类PascalPascal语言语言过程的开头和结尾过程的开头和结尾过程的开头和结尾过程的开头和结尾：beginbeginendend直到条件成立结束直到条件成立结束直到条件成立结束直到条件成立结束“操作操作操作操作”：RepeatRepeat操作操作操作操作Until Until 条件条件条件条件第41页/共48页06:47:2543条件成立，就执行条件成立，就执行条件成立，就执行条件成立，就执行“操作操作操作操作”：While While 条件条件条件条件 do do 操作操作操作操作 odod分支（选择）：分支（选择）：分支（选择）：分支（选择）：if