《操作系统》PPT课件.ppt
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1、Operating SystemOperating System10/26/20221Operating SystemOperating Systemq课程性质与教学目的课程性质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学分及学时分配学分及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介10/26/20222Operating SystemOperating System 操作系统是现代计算机最重要的大型系统软件操作系统是现代计算机最重要的大型系统软件之一之一q作用作用v对计算机系统进行统一的调度和管
2、理对计算机系统进行统一的调度和管理v提供各种强有力的系统服务提供各种强有力的系统服务v为用户创造灵活而又方便的使用环境为用户创造灵活而又方便的使用环境 操作系统这门课程主要讲述操作系统和系统软操作系统这门课程主要讲述操作系统和系统软件的件的工作原理工作原理,包括,包括进程管理进程管理、存储管理存储管理、I/O设设备管理备管理、文件管理文件管理。通过本课程的学习,使学生了。通过本课程的学习,使学生了解并掌握计算机系统中的解并掌握计算机系统中的五大类型五大类型,资源管理的,资源管理的基基本技术、方法本技术、方法,从而更好地,从而更好地理解理解操作系统和系统软操作系统和系统软件的工作原理。件的工作原
3、理。课程性质与教学目的课程性质与教学目的10/26/20223Operating SystemOperating Systemq课程性质与教学目的课程性质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学分及学时分配学分及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介10/26/20224Operating SystemOperating System 通过本课程学习,学生应在知识和技能两方面通过本课程学习,学生应在知识和技能两方面达到要求:达到要求:q知识方面知识方面掌握操作系统,主要包括:计算机掌握操
4、作系统,主要包括:计算机资源管理的总体思路、进程管理、存储管理、资源管理的总体思路、进程管理、存储管理、I/O设备管理、文件管理。要求学生掌握资源管理系统设备管理、文件管理。要求学生掌握资源管理系统软件的综合性能评价的方法,理解不同资源管理的软件的综合性能评价的方法,理解不同资源管理的基本功能、方法。基本功能、方法。q技能方面技能方面根据掌握的操作系统知识对系统软根据掌握的操作系统知识对系统软件进行分析,并进行进程调度、存储管理、件进行分析,并进行进程调度、存储管理、I/O设设备调度等相应算法的设计及实现。备调度等相应算法的设计及实现。基本要求基本要求10/26/20225Operating
5、SystemOperating Systemq课程性质与教学目的课程性质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学分及学时分配学分及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介10/26/20226Operating SystemOperating System课程主要内容课程主要内容q操作系统引论操作系统引论q进程管理进程管理q处理机调度与死锁处理机调度与死锁q存储器管理存储器管理q设备管理设备管理q文件系统文件系统q操作系统接口(略讲)操作系统接口(略讲)操作系统的功能操作系统的功能管理系统
6、软硬件资源管理系统软硬件资源扩展计算机的功能扩展计算机的功能向用户提供服务向用户提供服务10/26/20227Operating SystemOperating Systemq课程性质与教学目的课程性质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学时及学时分配学时及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介10/26/20228Operating SystemOperating System学分及学时分配学分及学时分配学时:课程讲授学时学时:课程讲授学时64合计:合计:64学时学时10/26/20
7、229Operating SystemOperating Systemq课程性质与教学目的课程性质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学时及学时分配学时及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介10/26/202210Operating SystemOperating System参考书目参考书目q操作系统原理,苏开根等,武汉大学出版社操作系统原理,苏开根等,武汉大学出版社 q操作系统,冯耀霖,杜舜国,西安电子科技操作系统,冯耀霖,杜舜国,西安电子科技大学出版社大学出版社q操作系统与习题
8、解析,李春保,清华大学出操作系统与习题解析,李春保,清华大学出版社版社q操作系统概念,操作系统概念,美美Abraham Silberschatz,Peter Baer Galvin,Greg Gagne著,郑扣根译,高等教育出版社郑扣根译,高等教育出版社10/26/202211Operating SystemOperating Systemq课程性质与教学目的课程性质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学时及学时分配学时及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介操作系统课程简介10/26/202212O
9、perating SystemOperating System前期课程及后续课程前期课程及后续课程q前期课程前期课程高级语言程序设计高级语言程序设计数据结构数据结构10/26/202213Operating SystemOperating System10/26/202214Operating SystemOperating System第一章第一章第一章第一章 操作系统引论操作系统引论操作系统引论操作系统引论q提出问题:提出问题:计算机系统资源由谁来管理?计算机系统资源由谁来管理?计算机系统如何执行程序?计算机系统如何执行程序?计算机系统如何为用户提供服务?计算机系统如何为用户提供服务?计算
10、机操作系统是什么?计算机操作系统是什么?如果让你设计操作系统,你如何设计?如果让你设计操作系统,你如何设计?OS的地位和作用的地位和作用简单的说,操作系统是计算机简单的说,操作系统是计算机系统的核心,是唯一的控制和管理整个计算机系统系统的核心,是唯一的控制和管理整个计算机系统硬件的软件硬件的软件10/26/202215Operating SystemOperating System第一章第一章第一章第一章 操作系统引论操作系统引论操作系统引论操作系统引论q操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用q操作系统的发展过程操作系统的发展过程q操作系统的基本特征操作系统的基本特征q操作系统的主要功能操作
11、系统的主要功能q操作系统的结构设计操作系统的结构设计10/26/202216Operating SystemOperating System操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用q操作系统的目标操作系统的目标q操作系统的作用操作系统的作用q推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力10/26/202217Operating SystemOperating System计算机系统层次结构计算机系统层次结构计算机系统层次结构计算机系统层次结构计算机系统计算机系统(层次结构层次结构)软件软件硬件及固件(裸机)硬件及固件(裸机)应用软件应用软件系统软
12、件系统软件编辑软件,编译软件编辑软件,编译软件操作系统操作系统计算机系统的组成计算机系统的组成10/26/202218Operating SystemOperating System操作系统的地位操作系统的地位操作系统的地位操作系统的地位紧贴系统硬件之上,所有其他软件之下(是其他软件的共同环境)10/26/202219Operating SystemOperating System操作系统的目标操作系统的目标操作系统的目标操作系统的目标q方便性(用户的观点)方便性(用户的观点)v提供提供良好良好的、的、一致一致的用户的用户接口接口,弥补硬件系统的类型,弥补硬件系统的类型和数量差别,使计算机更容
13、易使用和数量差别,使计算机更容易使用q有效性(系统管理人员的观点)有效性(系统管理人员的观点)v使使CPU、I/O设备和存储空间得到设备和存储空间得到有效利用有效利用;管理和;管理和分配硬件、软件分配硬件、软件资源资源,合理地组织计算机的工作流程,合理地组织计算机的工作流程q可扩充性可扩充性vOS应采用层次化结构,以便于增加新的功能层次和模应采用层次化结构,以便于增加新的功能层次和模块,并能修改老的功能层次和模块块,并能修改老的功能层次和模块q开放性开放性v遵循标准规范,方便地实现互连,实现应用的可移植遵循标准规范,方便地实现互连,实现应用的可移植性和互操作性性和互操作性10/26/20222
14、0Operating SystemOperating System操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用q操作系统的目标操作系统的目标q操作系统的作用操作系统的作用q推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力10/26/202221Operating SystemOperating SystemOSOS作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口qOS处于用户与计算机硬件系统之间,用户通过处于用户与计算机硬件系统之间,用户通过OS来使用计算机系统来使用
15、计算机系统q系统方式系统方式v命令行命令行v菜单式菜单式v命令脚本式命令脚本式q系统调用系统调用v形式上类似于过程形式上类似于过程 OS作为接口的示意图 调用,在应用编程中使用调用,在应用编程中使用q图形用户接口图形用户接口v图形、窗口等图形、窗口等10/26/202222Operating SystemOperating SystemOSOS作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者q计算机的硬件资源包括处理机、存储器、计算机的硬件资源包括处理机、存储器、I/O设设备及数据和程序等备及数据和程序等q管理的内容:资源的当前状态(数量
16、和使用情况)管理的内容:资源的当前状态(数量和使用情况)、资源的分配、回收和访问操作,相应管理策略、资源的分配、回收和访问操作,相应管理策略(包括用户权限)(包括用户权限)v处理机管理处理机管理v存储器管理存储器管理vI/O设备管理设备管理v文件管理文件管理10/26/202223Operating SystemOperating System 2.OS作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者 在在一一个个计计算算机机系系统统中中,通通常常都都含含有有各各种种各各样样的的硬硬件件和和软软件件资资源源。归归纳纳起起来来可可将将资资源源分分为为四四类类:_、_、_以以及及_。相相应应地
17、地,OS的的主主要要功功能能也正是针对这四类资源进行有效的管理,即:也正是针对这四类资源进行有效的管理,即:1.处理机管理,处理机管理,用于分配和控制处理机;用于分配和控制处理机;2.存储器管理,主要负责内存的分配与回收;存储器管理,主要负责内存的分配与回收;3.I/O设备管理,负责设备管理,负责I/O设备的分配与操纵;设备的分配与操纵;4.文件管理,负责文件的存取、共享和保护。文件管理,负责文件的存取、共享和保护。处理器处理器存储器存储器I/O设备设备信息信息(数据和程序数据和程序)10/26/202224Operating SystemOperating SystemOSOS用作扩充机器用
18、作扩充机器用作扩充机器用作扩充机器qOS是扩展机是扩展机(extended machine)/虚拟机虚拟机(virtual machine)v将覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机将覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机q在裸机上添加:设备管理、文件管理、存储管理在裸机上添加:设备管理、文件管理、存储管理(针对内存和外存)、处理机管理(针对(针对内存和外存)、处理机管理(针对CPU)q合理组织工作流程:作业管理、进程管理合理组织工作流程:作业管理、进程管理操作系统的非形式化定义(关键点):系统软件,程序模块的集合,资源管理和用户接口功能OS能把一台能把一台“裸裸机机”改造成功能更改造成功能更强大
19、、用户使用更强大、用户使用更方便灵活、更安全方便灵活、更安全可靠的虚拟机可靠的虚拟机裸机裸机I/O设备管理软件设备管理软件文件管理软件文件管理软件窗口软件窗口软件10/26/202225Operating SystemOperating System操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用q操作系统的目标操作系统的目标q操作系统的作用操作系统的作用q推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力10/26/202226Operating SystemOperating System推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展
20、的主要动力推动操作系统发展的主要动力q提高资源的利用率和系统性能提高资源的利用率和系统性能v计算机发展的初期,计算机系统昂贵,用作集中计计算机发展的初期,计算机系统昂贵,用作集中计算算q方便用户方便用户v用户上机、调试程序,分散计算时的事务处理和非用户上机、调试程序,分散计算时的事务处理和非专业用户(商业和办公、家庭)专业用户(商业和办公、家庭)q器件的发展器件的发展vCPU的位宽度(指令和数据)、快速外存的位宽度(指令和数据)、快速外存q计算机体系结构的发展计算机体系结构的发展v从单处理机到多处理机;从单机到网络从单处理机到多处理机;从单机到网络10/26/202227Operating S
21、ystemOperating System操作系统举例操作系统举例操作系统举例操作系统举例qMS OS:MS DOS,MS Windows 3.x,Windows 95,Windows NT,Windows 98,Windows 2000,Windows Me,Windows XP,Windows 2003,Windows Vista,Windows 7qUNIX:BSD,SRV4,OSF1,SCO UNIX,AIX,Solaris,LinuxqNOS:Novell NetwareqRTOS:VxWorks,pSoS,Nucleus10/26/202228Operating SystemOpe
22、rating System操作系统举例操作系统举例操作系统举例操作系统举例qUNIX家族及类家族及类UNIX系统系统qBSD qFreeBSDNetBSDOpenBSDqSun SolarisSCO UNIXDarwinMINIXLinux10/26/202229Operating SystemOperating System操作系统举例操作系统举例操作系统举例操作系统举例qUNIX家族及类家族及类UNIX系统系统q1969年,在年,在AT&T的的Bell Labs,Ken Thompson和和Dennis Ritchie(他们曾是大型操(他们曾是大型操作系统作系统Multics的两名开发者,
23、的两名开发者,Multics太庞大了太庞大了最终没有成功)为了一项名为太空旅游的实验计最终没有成功)为了一项名为太空旅游的实验计划,需要一个操作系统。划,需要一个操作系统。q他们找了一台闲置的他们找了一台闲置的PDP-7机器,在上面写了个机器,在上面写了个Multics的改编版,的改编版,1971年正式发布。这个东东年正式发布。这个东东就是后来名扬天下的就是后来名扬天下的UNIX了。了。10/26/202230Operating SystemOperating System操作系统举例操作系统举例操作系统举例操作系统举例qUNIX家族及类家族及类UNIX系统系统q1973年,年,Dennis
24、Ritchie用他自己开发的用他自己开发的C语言语言重写了一遍重写了一遍UNIX,奠定了,奠定了UNIX普及化的基础。普及化的基础。1976年他们首次将第六版的年他们首次将第六版的UNIX流传到流传到AT&T以外的地方。以外的地方。qUC Berkeley的人以为基础,发表了称作的人以为基础,发表了称作BSD的的系统,并且开发到系统,并且开发到1992年的版;而年的版;而AT&T也不断也不断改进他们的系统,发表了商业化的改进他们的系统,发表了商业化的System 直直到到System。以后。以后UNIX的发展都是围绕这两的发展都是围绕这两大主流展开的。大主流展开的。10/26/202231Op
25、erating SystemOperating System操作系统举例操作系统举例操作系统举例操作系统举例qUNIX家族及类家族及类UNIX系统系统qUNIX的设计目标是小而美:希望能在任何小系的设计目标是小而美:希望能在任何小系统上执行,而核心只提供必不可少的一些功能,统上执行,而核心只提供必不可少的一些功能,其他的则根据需要加上去。这已经成为操作系统其他的则根据需要加上去。这已经成为操作系统的一种设计哲学。的一种设计哲学。q现在许多公司有了自己的现在许多公司有了自己的UNIX版本,但它们基版本,但它们基本特性是一致的:开放性、多用户、多任务、功本特性是一致的:开放性、多用户、多任务、功能
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