计算机科学导论第4章操作系统.ppt

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1、 2计算机科学导论本章要点：本章要点：操作系统概念操作系统概念 操作系统的发展历史操作系统的发展历史 操作系统的功能操作系统的功能 操作系统的分类操作系统的分类 操作系统的一些基本概念及组成操作系统的一些基本概念及组成 操作系统的体系结构操作系统的体系结构 常用主流操作系统常用主流操作系统 操作系统的新发展操作系统的新发展 3计算机科学导论4.1 4.1 操作系统概念操作系统概念 1.1.操作系统概念操作系统概念 “操作系统就是合理管理并控制计算机系统内各种软、操作系统就是合理管理并控制计算机系统内各种软、硬件资源，并能够合理组织工作流程、方便用户使用的程硬件资源，并能够合理组织工作流程、方便

2、用户使用的程序的集合序的集合”。例如：例如：Windows,Unix,LinuxWindows,Unix,Linux等等 4计算机科学导论4.1 4.1 操作系统概念操作系统概念 2.2.操作系统在计算机系统中的地位操作系统在计算机系统中的地位 5计算机科学导论4.1 4.1 操作系统概念操作系统概念 3.3.操作系统的启动操作系统的启动(1)(1)系统加电，处理器复位，查找含有启动指令的系统加电，处理器复位，查找含有启动指令的BIOSBIOS。(2)BIOS(2)BIOS执行加电自检。执行加电自检。(3)(3)将自检结果与系统中配置信息相比较。将自检结果与系统中配置信息相比较。(4)(4)如

3、果自检成功，如果自检成功，BIOSBIOS就会到外存中读取分区引导就会到外存中读取分区引导块进入内存，并执行引导块程序对操作系统核心进行块进入内存，并执行引导块程序对操作系统核心进行引导，操作系统核心进入内存后即接管系统，继续系引导，操作系统核心进入内存后即接管系统，继续系统的初始化等工作。统的初始化等工作。(5)(5)操作系统根据系统配置信息，执行并启动一些系操作系统根据系统配置信息，执行并启动一些系统程序，完成整个系统的启动。统程序，完成整个系统的启动。6计算机科学导论4.2 4.2 操作系统的历史操作系统的历史 1.1.手工操作阶段手工操作阶段 2.2.批处理系统阶段批处理系统阶段 3.

4、3.多道程序系统阶段多道程序系统阶段 4.4.现代操作系统现代操作系统 7计算机科学导论4.3 4.3 操作系统的功能操作系统的功能 1.1.资源管理资源管理 处理机管理处理机管理 存储管理存储管理 I/O设备管理设备管理 文件管理文件管理2.2.扩展的虚拟机扩展的虚拟机交互式接口：交互式接口：命令接口，命令接口，GUI程序级接口：程序级接口：系统调用系统调用 8计算机科学导论4.4 4.4 操作系统的分类操作系统的分类 1.1.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 3.3.实时操作系统实时操作系统4.4.网络操作系统网络操作系统5.5.嵌入式操作系统嵌入式操作系统

5、9计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基本概念及组成 1.1.一些基本概念一些基本概念 并发并发：并发通常指多个任务可以在同一个时并发通常指多个任务可以在同一个时间段内同时执行，即允许多个任务在宏观上间段内同时执行，即允许多个任务在宏观上并行，微观上仍然串行并行，微观上仍然串行 操作系统内核操作系统内核(1)处理机的工作状态：用户态，核心态处理机的工作状态：用户态，核心态(2)操作系统内核操作系统内核：操作系统在核心态下运行的操作系统在核心态下运行的部分部分 10计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基本概念及组成 进程与线程进程与线程 (1)进程进程：正在执行中

6、的程序。正在执行中的程序。(2)线程线程：也称为轻量级进程，它是进程内更小的执行单也称为轻量级进程，它是进程内更小的执行单位。位。死锁：多个进程同时处于永久的相互等待的状态。死锁：多个进程同时处于永久的相互等待的状态。地址空间地址空间(1)物理空间物理空间：物理内存的连续的物理单元隔成物理地址，物理内存的连续的物理单元隔成物理地址，物理地址的集合即为物理空间物理地址的集合即为物理空间。(2)逻辑空间逻辑空间：进程的逻辑地址的集合，这个地址的开始进程的逻辑地址的集合，这个地址的开始值通常为值通常为0，一直到某个最大值。，一直到某个最大值。11计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基

7、本概念及组成 I/OI/O设备设备(1)字符设备字符设备：以字符为单位发送或接收一个字符流。以字符为单位发送或接收一个字符流。(2)块设备块设备：信息存放在固定大小的块中，这些块有自己信息存放在固定大小的块中，这些块有自己的地址的地址。文件文件(1)文件：文件：可以长期保存在外存中的、被赋名了的、信息可以长期保存在外存中的、被赋名了的、信息单元的集合单元的集合(2)目录：目录是一些目录项的列表，每个目录项一般含目录：目录是一些目录项的列表，每个目录项一般含有文件名，以及文件控制说明信息有文件名，以及文件控制说明信息(或文件的索引节或文件的索引节点号点号)。12计算机科学导论4.5 4.5 一些

8、基本概念及组成一些基本概念及组成 2.2.操作系统的基本组成操作系统的基本组成 操作系统存储管理进程管理设备管理文件系统用户接口 13计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基本概念及组成 用户接口用户接口(1)命令接口命令接口：在终端提示符的命令行输入命令，并在终端提示符的命令行输入命令，并在提示符下返回命令的响应在提示符下返回命令的响应。(2)系统调用系统调用：信息存放在固定大小的块中，这些块信息存放在固定大小的块中，这些块有自己的地址有自己的地址。系统调用陷入用户空间核心空间 14计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基本概念及组成 进程管理进程管理(1)进程的

9、描述进程的描述：用进程控制块用进程控制块(Process Control Block：PCB)来描述一个进程来描述一个进程。(2)进程的状态进程的状态：三个最基本的状态：运行态、就绪态、阻三个最基本的状态：运行态、就绪态、阻塞态。塞态。运行态就绪态阻塞态 15计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基本概念及组成(3)进程调度进程调度：不同的系统会采用不同的调度算法不同的系统会采用不同的调度算法。(4)进程通信进程通信：包括进程的同步与互斥、管道通信、包括进程的同步与互斥、管道通信、共享内存、消息队列共享内存、消息队列、网络通信。网络通信。16计算机科学导论4.5 4.5 一些基本

10、概念及组成一些基本概念及组成 存储管理存储管理(1)单一分区单一分区：整个内存除了操作系统外，另外的内存整个内存除了操作系统外，另外的内存空间只分配给一个进程使用空间只分配给一个进程使用。(2)多分区多分区：内存除操作系统之外的空间划分成多个分内存除操作系统之外的空间划分成多个分区区。用户进程3用户进程操作系统操作系统用户进程1用户进程2单一分区多分区 17计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基本概念及组成(3)分页存储管理分页存储管理 ：将用户进程空间划分为一些大小相将用户进程空间划分为一些大小相同的称之为同的称之为“页页”的单位，物理内存也划分为与的单位，物理内存也划分为与

11、“页页”的大小相同的一些的大小相同的一些“块块”。3210进程空间物理空间 18计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基本概念及组成(4)分段分段：进程的虚空间按照逻辑性来加以划分，可以进程的虚空间按照逻辑性来加以划分，可以分为程序段、数据段、堆栈段等，然后利用动态多分为程序段、数据段、堆栈段等，然后利用动态多分区存储管理的方式进行内存管理。分区存储管理的方式进行内存管理。(5)段页段页：分页与分段方式结合分页与分段方式结合。进程划分成固定的段，。进程划分成固定的段，在段内再分页，这样，最小的逻辑空间单位仍然是在段内再分页，这样，最小的逻辑空间单位仍然是页；而对于物理空间的管理则

12、就采用分页管理方式页；而对于物理空间的管理则就采用分页管理方式中的中的“块块”管理即可。管理即可。19计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基本概念及组成 I/OI/O设备管理设备管理(1)中断中断：设备完成输入设备完成输入/输出后，如何通知系统、以便输出后，如何通知系统、以便于进程的下一步执行呢？这就要借助于中断。于进程的下一步执行呢？这就要借助于中断。外设产生中断 20计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基本概念及组成(2)I/O软件软件：I/O软件通常组织成如图所示软件通常组织成如图所示的层次结构。的层次结构。中断处理程序驱动程序设备无关软件层用户层I/O软

13、件 21计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基本概念及组成 文件系统文件系统(1)文件命名文件命名：对文件的访问都是通过文件名进行对文件的访问都是通过文件名进行。(2)文件属性文件属性：常见的文件属性有：文件创建者、创建时间、文件大小、常见的文件属性有：文件创建者、创建时间、文件大小、最近一次修改时间、最近一次存取时间、口令、各种文件最近一次修改时间、最近一次存取时间、口令、各种文件 标志等等。标志等等。(3)文件操作文件操作：创建、删除、打开、关闭、读、写、文件定位、重命名创建、删除、打开、关闭、读、写、文件定位、重命名。(4)文件逻辑结构文件逻辑结构：无结构的字节序列无结构

14、的字节序列、有结构的记录式文件、有结构的记录式文件。(5)文件的存取方式文件的存取方式：顺序存取、随机存取顺序存取、随机存取。(6)文件的物理结构文件的物理结构：连续文件、链接文件、索引文件连续文件、链接文件、索引文件。22计算机科学导论4.5 4.5 一些基本概念及组成一些基本概念及组成 文件目录管理文件目录管理(1)路径名路径名：绝对路径名绝对路径名，它由经过根目录到文件所在的子目录的所，它由经过根目录到文件所在的子目录的所有的目录名的组合再加上文件名本身构成，各个目录或文件间用有的目录名的组合再加上文件名本身构成，各个目录或文件间用“/”或或“”分隔。如分隔。如/或或。相对路径相对路径，

15、它常与工作目录一起使用。工作目录可以由用户它常与工作目录一起使用。工作目录可以由用户指定，如果未指定，通常就指的就是当前目录。指定，如果未指定，通常就指的就是当前目录。(2)目录的操作目录的操作：创建、删除、打开、关闭、读、重命名、链接、取：创建、删除、打开、关闭、读、重命名、链接、取消链接。消链接。23计算机科学导论4.6 4.6 操作系统体系结构操作系统体系结构 整体结构整体结构分层结构分层结构虚拟机结构虚拟机结构微内核结构微内核结构 24计算机科学导论4.7 4.7 主流操作系统简介主流操作系统简介 WindowsWindows操作系统操作系统(1)发展历史发展历史(2)特点：统一的窗口

16、和操作风格特点：统一的窗口和操作风格、丰富的应用程序与应用开发工具、丰富的应用程序与应用开发工具、事、事件驱动程序的运行方式件驱动程序的运行方式、多任务的图形化用户界面、多任务的图形化用户界面、支持网络及多媒、支持网络及多媒体技术体技术，提供丰富的应用程序接口，提供丰富的应用程序接口、广泛的硬件支持、广泛的硬件支持。25计算机科学导论4.7 4.7 主流操作系统简介主流操作系统简介 UNIXUNIX操作系统操作系统(1)发展历史发展历史(2)特点：多用户、多任务、分时，友好的用户接口特点：多用户、多任务、分时，友好的用户接口，可装卸的树型结构文，可装卸的树型结构文件系统件系统，设备文件化，设备文件化，较强的可移植性，较强的可移植性。26计算机科学导论4.7 4.7 主流操作系统简介主流操作系统简介 LinuxLinux操作系统操作系统(1)发展历史发展历史(2)特点：友好的用户接口特点：友好的用户接口，超强的可移植性，超强的可移植性，模块化设计的开源软件模块化设计的开源软件，强，强大的通信及网络功能大的通信及网络功能，强大的健壮性，强大的健壮性。27计算机科学导论4.8 4.8 操作系统的新发展操作系统的新发展 多媒体操作系统多媒体操作系统分布式操作系统分布式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统