操作系统原理PrinciplesofOperatingSystem-服务计算技术与系统优秀PPT.ppt

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1、操作系统原理操作系统原理 Principles of Operating System郑郑 然然华中科技高校计算机华中科技高校计算机学院学院 :/grid.hust.edu :/grid.hust.edu 探讨方向：探讨方向：探讨方向：探讨方向：高性能计算及应用高性能计算及应用高性能计算及应用高性能计算及应用（GPUGPU计算、网格计算、集群计算计算、网格计算、集群计算计算、网格计算、集群计算计算、网格计算、集群计算 医学图像处理、图像搜寻应用）医学图像处理、图像搜寻应用）医学图像处理、图像搜寻应用）医学图像处理、图像搜寻应用）计算系统虚拟化计算系统虚拟化计算系统虚拟化计算系统虚拟化联系方式：

2、联系方式：联系方式：联系方式：02787543529-8031 02787543529-8031 zhranerhust.edu zhranerhust.edu 集群与网格计算湖北省重点试验室集群与网格计算湖北省重点试验室服务计算技术与系统教化部重点试验室服务计算技术与系统教化部重点试验室运用过程中的问题运用过程中的问题n n遇到计算机运行或打开硬盘上的程序的速遇到计算机运行或打开硬盘上的程序的速度变慢，该怎么办？度变慢，该怎么办？缘由：硬盘上的卷可能有过多的碎片，缘由：硬盘上的卷可能有过多的碎片，可能是由于最近创建了大量的文件或文件可能是由于最近创建了大量的文件或文件夹，或安装了新软件。夹，

3、或安装了新软件。解决方案：假如必要，分析并整理硬盘解决方案：假如必要，分析并整理硬盘上的卷碎片。上的卷碎片。为什么要学习操作系统？为什么要学习操作系统？游戏中的现象游戏中的现象基本配置基本配置 举荐配置举荐配置CPUCPUPentium3 800MHzPentium3 800MHz以上以上 Pentium4 1GHzPentium4 1GHz以以上上内存内存 256M 256M以上以上 512M 512M以上以上显卡显卡GeForce2GeForce2以上以上3D3D加速卡加速卡Geforce4 TiGeforce4 Ti以上以上3D3D加速卡加速卡硬盘硬盘 3G 3G以上以上为什么要学习操作

4、系统？为什么要学习操作系统？操作系统做什么操作系统做什么#include int main(int argc,char*argv)puts(hello world);return 0;为什么要学习操作系统？为什么要学习操作系统？操作系统读程序（正文和数据地址）操作系统读程序（正文和数据地址）-创建子进程执行（程序映射为进程）创建子进程执行（程序映射为进程）-安排内存、从磁盘读页面安排内存、从磁盘读页面-系统调用、找寻字串、转换成像素系统调用、找寻字串、转换成像素-写入存储映像区写入存储映像区-模拟信号模拟信号-显示器放射电子束输出显示器放射电子束输出操作系统供应一系列服务：操作系统供应一系列服

5、务：多任务，内存爱护，内存管理，多任务，内存爱护，内存管理，网络，文件存取，设备限制，用户界面网络，文件存取，设备限制，用户界面错误检测及复原系统，硬件限制，平安错误检测及复原系统，硬件限制，平安操作系统是目前最困难的软件成分操作系统是目前最困难的软件成分n n涉及到计算机科学的很多领域涉及到计算机科学的很多领域n n计算机体系结构计算机体系结构/硬件硬件n n软件设计软件设计n n程序设计语言程序设计语言n n数据结构数据结构n n算法算法n n抽象抽象n n 无限的无限的CPUsCPUs、无限的内存、单一全球、无限的内存、单一全球计算实力计算实力 n n大型、困难系统的系统设计大型、困难系

6、统的系统设计n n 软件软件/硬件、性能、易用性、简洁性硬件、性能、易用性、简洁性n n 综合权衡综合权衡为什么要学习操作系统？为什么要学习操作系统？基本目的基本目的n n介绍操作系统的基本概念、基本结构及运行环境介绍操作系统的基本概念、基本结构及运行环境介绍操作系统的基本概念、基本结构及运行环境介绍操作系统的基本概念、基本结构及运行环境n n介绍操作系统原理、设计方法和实现技术介绍操作系统原理、设计方法和实现技术介绍操作系统原理、设计方法和实现技术介绍操作系统原理、设计方法和实现技术n n介绍操作系统的演化过程、发展探讨动向、新技术以及新介绍操作系统的演化过程、发展探讨动向、新技术以及新介绍

7、操作系统的演化过程、发展探讨动向、新技术以及新介绍操作系统的演化过程、发展探讨动向、新技术以及新思想思想思想思想n n介绍各种有代表性的、典型的操作系统实例介绍各种有代表性的、典型的操作系统实例介绍各种有代表性的、典型的操作系统实例介绍各种有代表性的、典型的操作系统实例n n驾驭操作系统的基本理论，具备开发核心系统软件的技能，驾驭操作系统的基本理论，具备开发核心系统软件的技能，驾驭操作系统的基本理论，具备开发核心系统软件的技能，驾驭操作系统的基本理论，具备开发核心系统软件的技能，设计操作系统或者修改现有的系统设计操作系统或者修改现有的系统设计操作系统或者修改现有的系统设计操作系统或者修改现有的

8、系统n n驾驭并行处理的思想方法，加深对运用的驾驭并行处理的思想方法，加深对运用的驾驭并行处理的思想方法，加深对运用的驾驭并行处理的思想方法，加深对运用的OSOSOSOS的理解，有利的理解，有利的理解，有利的理解，有利于深化编程于深化编程于深化编程于深化编程n n培育分析问题、解决问题的基本实力培育分析问题、解决问题的基本实力培育分析问题、解决问题的基本实力培育分析问题、解决问题的基本实力n n为后继课程打好基础为后继课程打好基础为后继课程打好基础为后继课程打好基础数据库、网络、分布式系统数据库、网络、分布式系统数据库、网络、分布式系统数据库、网络、分布式系统&教材：教材：操作系统原理操作系统

9、原理(第四版第四版)庞丽萍庞丽萍 华华中科技高校出版社中科技高校出版社&参考教材：参考教材：UNIXUNIX操作系统设计操作系统设计莫里斯莫里斯 贝奇贝奇 机械工业出版社机械工业出版社计算机操作系统计算机操作系统 汤子瀛等汤子瀛等 西安电子西安电子科技高校出版社科技高校出版社现代操作系统现代操作系统 陈向群等译陈向群等译 机械工机械工业出版社业出版社计算机操作系统教程计算机操作系统教程 张尧学张尧学 史美林史美林 清清华高校出版社华高校出版社操作系统基础操作系统基础 屠立德屠立德 屠祁屠祁 清华高清华高校出版社校出版社应用软件应用软件用户程序用户程序操作系统操作系统裸机裸机操作系统的工作：操作

10、系统的工作：（1 1）程序的执行）程序的执行（2 2）完成与硬件有关的工作）完成与硬件有关的工作（3 3）完成与应用无关的工作）完成与应用无关的工作（4 4）计算机系统的效率与平安问题）计算机系统的效率与平安问题n操作系统课程特点n涉及面广n错综困难n实践性强n怎样学习操作系统n深化理解教学内容n独立完成练习题n做好阶段复习n理论联系实际讲课学时支配讲课学时支配章节内容章节内容学时学时第一章第一章 绪绪 论论4 4第二章第二章 操作系统的逻辑结构操作系统的逻辑结构4 4第三章第三章 用户界面用户界面6 6第四章第四章 并发处理并发处理1414第五章第五章 资源分配与调度资源分配与调度2 2第六

11、章第六章 处理机调度处理机调度3 3第七章第七章 主存管理主存管理6 6第八章第八章 输入输入/输出管理输出管理4 4第九章第九章 文件系统文件系统5 5习习 题题 课课4 4525212+4/412+4/4成果评定成果评定n n教学方式：教学方式：n n多媒体讲授、作业、上机，课程设计多媒体讲授、作业、上机，课程设计n n考试方式：考试方式：闭卷闭卷 笔试笔试n n成果评定：成果评定：n n平常成果平常成果=作业作业+上机上机n n最终成果最终成果=平常平常30%+30%+考试考试70%70%第一章第一章 绪绪 论论（一）（一）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（二）（

12、二）操作系统的形成和发展操作系统的形成和发展（三）（三）操作系统的定义操作系统的定义（四）（四）操作系统的功能操作系统的功能（五）（五）操作系统的基本类型操作系统的基本类型计算机系统的组成计算机系统的组成计算机系统（层次结构）软件硬件及固件（裸机）应用软件系统软件编辑软件、编译软件操作系统计算机系计算机系统的基础统的基础提高系统效率提高系统效率便利用户运用便利用户运用裸机（硬件）是僵尸裸机（硬件）是僵尸软件是幽灵软件是幽灵管理信息系统、飞机订票系统、银行系统、地理信息系统、CAD系统、数字计算软件包用户应应用用软软件件系系统统软软件件支支撑撑软软件件用户用户用户与硬件的关系：与硬件的关系：限制

13、限制CPUCPU的工作、的工作、访问存储器、访问存储器、设备驱动、中断处理设备驱动、中断处理与用户及应用程序的关系：与用户及应用程序的关系：供应便利的用户界面、供应便利的用户界面、供应优质的服务供应优质的服务（二）操作系统的形成和发展（二）操作系统的形成和发展操作系统发展是随着计算机硬件技术的发展而发展的。操作系统发展是随着计算机硬件技术的发展而发展的。操作系统发展是随着计算机硬件技术的发展而发展的。操作系统发展是随着计算机硬件技术的发展而发展的。目标：目标：目标：目标：充分利用硬件，充分利用硬件，充分利用硬件，充分利用硬件，供应更好的服务供应更好的服务供应更好的服务供应更好的服务手工操手工操

14、作阶段作阶段批处理批处理联机联机批处理批处理脱机脱机批处理批处理执行执行系统系统操作系统形成操作系统形成多道程序系统多道程序系统多道批处多道批处理系统理系统分时分时系统系统实时系统实时系统个人计算机操作系统个人计算机操作系统网络操作系统网络操作系统分布式操作系统分布式操作系统第第 1 1 阶段阶段 手工操作阶段手工操作阶段 硬件特别昂贵，硬件特别昂贵，没有操作系统没有操作系统n n算题过程算题过程n n人工把源程序用穿孔机穿制在卡片或人工把源程序用穿孔机穿制在卡片或纸带上纸带上n n将准备好的汇编说明程序或编译系统将准备好的汇编说明程序或编译系统装入计算机装入计算机n n汇编程序或编译系统读入

15、人工装在输汇编程序或编译系统读入人工装在输入机上的穿孔卡或穿孔带入机上的穿孔卡或穿孔带n n执行汇编过程或编译过程，产生目标执行汇编过程或编译过程，产生目标程序，并输出目标卡片迭或纸带程序，并输出目标卡片迭或纸带n n通过引导程序把装在输入机上的目标通过引导程序把装在输入机上的目标程序读入计算机程序读入计算机n n启动目标程序执行，从输入机上读入启动目标程序执行，从输入机上读入人工装好的数据卡或数据带人工装好的数据卡或数据带n n产生计算结果，执行结果从打印机上产生计算结果，执行结果从打印机上或卡片机上输出或卡片机上输出第第 1 1 阶段阶段 手工操作阶段手工操作阶段 硬件特别昂贵，没硬件特别

16、昂贵，没有操作系统有操作系统n n特点：特点：特点：特点：n n工工工工作作作作效效效效率率率率极极极极低低低低：手手手手工工工工操操操操作作作作的的的的慢慢慢慢速速速速度度度度与与与与机机机机器器器器处处处处理理理理的的的的高速度高速度高速度高速度n n 每一用户都要自行编写涉及到硬件的源代码每一用户都要自行编写涉及到硬件的源代码每一用户都要自行编写涉及到硬件的源代码每一用户都要自行编写涉及到硬件的源代码n n 工工工工作作作作量量量量大大大大，难难难难度度度度高高高高，易易易易出出出出错错错错，须须须须要要要要大大大大量量量量人人人人力力力力和和和和物物物物力力力力n n独占性、串行性独占

17、性、串行性独占性、串行性独占性、串行性n n问题：问题：问题：问题：人机冲突人机冲突人机冲突人机冲突n n机机机机器器器器速速速速度度度度 计计计计算算算算所所所所需需需需时时时时间间间间 人人人人工工工工操操操操作作作作时时时时间间间间 操操操操作时间作时间作时间作时间:机器运行时间机器运行时间机器运行时间机器运行时间n n1 1万次万次万次万次/秒秒秒秒1 1小时小时小时小时3 3分钟分钟分钟分钟1:201:20n n6060万次万次万次万次/秒秒秒秒1 1分钟分钟分钟分钟3 3分钟分钟分钟分钟3:13:1第第2 2阶段阶段 单道批处理阶段单道批处理阶段 硬件昂贵，人力便宜，单任务自动批处

18、理硬件昂贵，人力便宜，单任务自动批处理n n简洁批处理：简洁批处理：简洁批处理：简洁批处理：n n装入程序、运行、打印结果、撤出、再重复装入程序、运行、打印结果、撤出、再重复装入程序、运行、打印结果、撤出、再重复装入程序、运行、打印结果、撤出、再重复n n 用户把作业（卡片或磁带）交给负责调度的操作员用户把作业（卡片或磁带）交给负责调度的操作员用户把作业（卡片或磁带）交给负责调度的操作员用户把作业（卡片或磁带）交给负责调度的操作员（系统管理员），由操作员按作业类型分类编成一（系统管理员），由操作员按作业类型分类编成一（系统管理员），由操作员按作业类型分类编成一（系统管理员），由操作员按作业类型

19、分类编成一个作业序列，送到输入设备上。个作业序列，送到输入设备上。个作业序列，送到输入设备上。个作业序列，送到输入设备上。n n 常驻监督程序自动地装入程序、运行、撤出作业常驻监督程序自动地装入程序、运行、撤出作业常驻监督程序自动地装入程序、运行、撤出作业常驻监督程序自动地装入程序、运行、撤出作业n n（1 1）联机批处理）联机批处理）联机批处理）联机批处理n n（2 2）脱机批处理）脱机批处理）脱机批处理）脱机批处理n n（3 3）执行系统）执行系统）执行系统）执行系统批批 处处 理理1.1.联机批处理联机批处理联机批处理联机批处理特特特特点点点点：有有有有监监监监督督督督程程程程序序序序，

20、作作作作业业业业自自自自动动动动过过过过渡渡渡渡问题：问题：问题：问题：CPUCPU高速与高速与高速与高速与IOIO慢速的冲突慢速的冲突慢速的冲突慢速的冲突解决：由卫星机负责解决：由卫星机负责解决：由卫星机负责解决：由卫星机负责IOIO2.2.脱机批处理脱机批处理脱机批处理脱机批处理特点：主机与卫星机并行操作特点：主机与卫星机并行操作特点：主机与卫星机并行操作特点：主机与卫星机并行操作问题：调度不敏捷，爱护问题问题：调度不敏捷，爱护问题问题：调度不敏捷，爱护问题问题：调度不敏捷，爱护问题解决：硬件技术的发展解决：硬件技术的发展解决：硬件技术的发展解决：硬件技术的发展通道技术、中断技术通道技术、

21、中断技术通道技术、中断技术通道技术、中断技术3.3.执行系统：执行系统：执行系统：执行系统：定义：定义：定义：定义：借助于通道与中断技术，由主机限制借助于通道与中断技术，由主机限制借助于通道与中断技术，由主机限制借助于通道与中断技术，由主机限制I/OI/O工作。工作。工作。工作。原有的监督程序不仅要负责调度作业自动的运原有的监督程序不仅要负责调度作业自动的运原有的监督程序不仅要负责调度作业自动的运原有的监督程序不仅要负责调度作业自动的运行，而且还要供应行，而且还要供应行，而且还要供应行，而且还要供应I/OI/O限制功能。它常驻内存，限制功能。它常驻内存，限制功能。它常驻内存，限制功能。它常驻内

22、存，称为执行系统。称为执行系统。称为执行系统。称为执行系统。特点：主机、外设并行操作；增加了爱护实力特点：主机、外设并行操作；增加了爱护实力特点：主机、外设并行操作；增加了爱护实力特点：主机、外设并行操作；增加了爱护实力问题：处理机仍有空闲等待现象问题：处理机仍有空闲等待现象问题：处理机仍有空闲等待现象问题：处理机仍有空闲等待现象硬件基础：60年头计算机硬件获得两个重大的进展I/O中断:由I/O部件操作完成后通知处理机运行相应的处理程序.通道:能够自主限制外设可与处理机并行工作的、交换数据的I/O装置(限制器).磁盘磁盘通道通道主机主机通道通道通道通道卡片机卡片机打印机打印机SPOOLingS

23、POOLing系统图示用磁盘设备作为主机的干脆输入输出设备用磁盘设备作为主机的干脆输入输出设备,即主机从磁盘选取即主机从磁盘选取作业运行作业运行,结果也存在磁盘中结果也存在磁盘中.相应的通道则负责磁盘与慢速相应的通道则负责磁盘与慢速外设的传输外设的传输.利用通道和中断机制利用通道和中断机制,作业的输入输出与作业在作业的输入输出与作业在处理机上的运行可很好并行起来处理机上的运行可很好并行起来作业1作业n预输入程序作业调度程序缓 输 出 程序井管理读程序井管理写程序作业的执行作业1结果作业n结果打印机输入机作业1信息作业n信息 :作业1结果作业n结果 :输入井输出井磁盘:SPOOLing系统结构虚

24、拟设备第第 3 3 阶段阶段 多道批处理阶段多道批处理阶段 硬件较以前便宜，人力昂贵硬件较以前便宜，人力昂贵n n处理过程处理过程n n 在内存中同时存放几道相互独立的程序在内存中同时存放几道相互独立的程序n n 在管理程序限制之下，相互穿插地运行，处理机在管理程序限制之下，相互穿插地运行，处理机和外设尽量处于劳碌状态和外设尽量处于劳碌状态n n交互式分时处理交互式分时处理n n一台计算机，多个便宜终端一台计算机，多个便宜终端n n全部用户可与系统马上交互全部用户可与系统马上交互n n调试比较便利调试比较便利多道程序设计技术多道程序设计技术多道程序设计技术多道程序设计技术多道程序设计技术是在计

25、算机内存中同时存放多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，在管理程序的限制下相互穿插几道相互独立的程序，在管理程序的限制下相互穿插地运行。当某道程序因某种缘由不能接着运行下去时地运行。当某道程序因某种缘由不能接着运行下去时（如等待外部设备传输数据），管理程序便将另一道（如等待外部设备传输数据），管理程序便将另一道程序投入运行。程序投入运行。多道运行的特征多道运行的特征多道运行的特征多道运行的特征:多道 宏观上并行 微观上串行 n n效果效果n n提高效率：增长了单位时间的提高效率：增长了单位时间的算题量，但对每道程序来说，算题量，但对每道程序来说，却延长了计算时间却延长了计

26、算时间n n提高资源利用率和系统吞吐率：提高资源利用率和系统吞吐率：以牺牲用户的响应时间为代价以牺牲用户的响应时间为代价多道程序设计技术多道程序设计技术n n甲甲、乙乙两两道道程程序序，独独占占计计算算机机单单道道运运行行时时每每道道花花一一个个小小时时，若若此此时时处处理理器器利利用用率率为为3030，粗粗略略地地说说，甲甲(或或乙乙)程程序序执执行时所须要的处理器时间为：行时所须要的处理器时间为：1 1小时小时30301818分钟分钟n n假假如如按按多多道道程程序序设设计计方方法法运运行行，处处理理器器的的利利用用率率将将达达5050，即即供供应应3636分分钟钟的的CPUCPU时时间间

27、，约约要要运运行行7272分分钟钟。加加上上系系统统开开销，若共花销，若共花8080分钟。分钟。n n 比比较较单单道道和和接接受受多多道道程程序序设设计计技技术术分分别别运运行行两两道道程程序序的的效率和响应时间。效率和响应时间。n n接受多道程序设计方法后可以提高效率：接受多道程序设计方法后可以提高效率：n n (120-80)(120-80)1203312033 n n单道运行，花单道运行，花6060分钟就可得到结果分钟就可得到结果;多道运行时，却要花多道运行时，却要花8080分钟分钟才有结果，延长了才有结果，延长了2020分钟，即延长了分钟，即延长了3333的时间。的时间。(80-60

28、)/60=33%(80-60)/60=33%分时技术与分时处理分时技术与分时处理分时技术：分时技术：分时技术：分时技术：把把把把处处处处理理理理机机机机的的的的响响响响应应应应时时时时间间间间分分分分成成成成若若若若干干干干个个个个大大大大小小小小相相相相等等等等（或或或或不不不不相相相相等等等等）的的的的时时时时间间间间单单单单位位位位，称称称称为为为为时时时时间间间间片片片片，每每每每个个个个终终终终端端端端用用用用户户户户获获获获得得得得CPUCPU，就就就就等等等等于于于于获获获获得得得得一一一一个个个个时时时时间间间间片片片片，该该该该用用用用户户户户程程程程序序序序起起起起先先先先

29、运运运运行行行行，当当当当时时时时间间间间片片片片到到到到（用用用用完完完完），用户程序暂停运行，等待下一次运行。用户程序暂停运行，等待下一次运行。用户程序暂停运行，等待下一次运行。用户程序暂停运行，等待下一次运行。分时计算机系统：分时计算机系统：分时计算机系统：分时计算机系统：由由由由于于于于中中中中断断断断技技技技术术术术的的的的运运运运用用用用，使使使使得得得得一一一一台台台台计计计计算算算算机机机机能能能能连连连连接接接接多多多多个个个个用用用用户户户户终终终终端端端端，用用用用户户户户可可可可通通通通过过过过各各各各自自自自的的的的终终终终端端端端运运运运用用用用和和和和限限限限制制

30、制制计计计计算算算算机机机机，我我我我们们们们把把把把一一一一台台台台计计计计算算算算机机机机连连连连接接接接多多多多个个个个终终终终端端端端的的的的计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统称称称称为为为为分分分分时时时时计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统，或或或或称称称称分分分分时系统。时系统。时系统。时系统。实时处理实时处理n n什么是什么是什么是什么是“实时实时实时实时”n n计算机对外来的信息能够以足够快的速度进行处理，计算机对外来的信息能够以足够快的速度进行处理，并且在被控对象允许的时间范围内作出快速反应。并且在被控对象允许的时间范围内作出快速反应。n n实时处理实时处理实时处

31、理实时处理n n以快速反应为特征，对实时信号能在截止期限之内处以快速反应为特征，对实时信号能在截止期限之内处理并作出反应。理并作出反应。第第 4 4 阶段阶段 操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展硬件特别便宜、人力昂贵硬件特别便宜、人力昂贵n n嵌入式操作系统嵌入式操作系统n n实时操作系统实时操作系统n n并行操作系统并行操作系统n n分布式操作系统分布式操作系统（三）操作系统的定义（三）操作系统的定义 操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合些

32、程序模块的集合些程序模块的集合些程序模块的集合 以尽量有效合理方式组织和管理计算机的软硬件以尽量有效合理方式组织和管理计算机的软硬件以尽量有效合理方式组织和管理计算机的软硬件以尽量有效合理方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理的组织计算机的工作流程，限制程序资源，合理的组织计算机的工作流程，限制程序资源，合理的组织计算机的工作流程，限制程序资源，合理的组织计算机的工作流程，限制程序的执行并向用户供应各种服务功能，使得用户能的执行并向用户供应各种服务功能，使得用户能的执行并向用户供应各种服务功能，使得用户能的执行并向用户供应各种服务功能，使得用户能够敏捷，便利，有效的运用计算机，使整个计算够敏捷

33、，便利，有效的运用计算机，使整个计算够敏捷，便利，有效的运用计算机，使整个计算够敏捷，便利，有效的运用计算机，使整个计算机系统能高效的运行。机系统能高效的运行。机系统能高效的运行。机系统能高效的运行。资源共享：多个计算任务对计算机系统资源的共同资源共享：多个计算任务对计算机系统资源的共同资源共享：多个计算任务对计算机系统资源的共同资源共享：多个计算任务对计算机系统资源的共同享用。享用。享用。享用。资源竞争：多个计算任务对计算机系统资源的争夺。资源竞争：多个计算任务对计算机系统资源的争夺。资源竞争：多个计算任务对计算机系统资源的争夺。资源竞争：多个计算任务对计算机系统资源的争夺。操作系统做什么操

34、作系统做什么n n仲裁者（协调者）仲裁者（协调者）仲裁者（协调者）仲裁者（协调者）n n使多个应用程序使多个应用程序使多个应用程序使多个应用程序/用户高效，公允地一起工作用户高效，公允地一起工作用户高效，公允地一起工作用户高效，公允地一起工作n n爱护用户不相互干扰爱护用户不相互干扰爱护用户不相互干扰爱护用户不相互干扰n n管理程序管理程序管理程序管理程序n n硬件平台扩展为运行平台硬件平台扩展为运行平台硬件平台扩展为运行平台硬件平台扩展为运行平台n n运行平台是承载应用程序的载体运行平台是承载应用程序的载体运行平台是承载应用程序的载体运行平台是承载应用程序的载体n n幻觉制造者幻觉制造者幻觉

35、制造者幻觉制造者n n供应硬件的高层界面，取消硬件限制供应硬件的高层界面，取消硬件限制供应硬件的高层界面，取消硬件限制供应硬件的高层界面，取消硬件限制n n操作系统供应无限的内存、无限的操作系统供应无限的内存、无限的操作系统供应无限的内存、无限的操作系统供应无限的内存、无限的CPUCPUn n管理者管理者管理者管理者n n有效合理地安排资源，爱护用户不受侵扰有效合理地安排资源，爱护用户不受侵扰有效合理地安排资源，爱护用户不受侵扰有效合理地安排资源，爱护用户不受侵扰n n供应平安、保密措施供应平安、保密措施供应平安、保密措施供应平安、保密措施n n标准服务供应者标准服务供应者标准服务供应者标准服

36、务供应者n n供应每个用户须要的标准工具供应每个用户须要的标准工具供应每个用户须要的标准工具供应每个用户须要的标准工具n n如标准库、窗口系统如标准库、窗口系统如标准库、窗口系统如标准库、窗口系统操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的安排、调度工作，限制并协调并发活动，实现信息的存取和爱护。它供应用户接口，运用户获得良好的工作环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化。操作系统是整个计算机系统的核心。操作系统的定义操作系统的定义操作系统的特征操作系统的特征n n并发：系统中同时存在多个程序处理多个同时性并发：系统中同时存在多个程序处理多个同时性并发：系统中同

37、时存在多个程序处理多个同时性并发：系统中同时存在多个程序处理多个同时性活动活动活动活动n n宏观上：这些程序是同时在执行的宏观上：这些程序是同时在执行的宏观上：这些程序是同时在执行的宏观上：这些程序是同时在执行的n n微观上：任何时刻只有一个程序在执行，即微观微观上：任何时刻只有一个程序在执行，即微观微观上：任何时刻只有一个程序在执行，即微观微观上：任何时刻只有一个程序在执行，即微观上这些程序在上这些程序在上这些程序在上这些程序在CPUCPU上轮番执行上轮番执行上轮番执行上轮番执行n n共享：多个计算任务对系统资源的共同享用共享：多个计算任务对系统资源的共同享用共享：多个计算任务对系统资源的共

38、同享用共享：多个计算任务对系统资源的共同享用n n操作系统与多个用户的程序共同运用计算机系统操作系统与多个用户的程序共同运用计算机系统操作系统与多个用户的程序共同运用计算机系统操作系统与多个用户的程序共同运用计算机系统中的资源（共享有限的系统资源）中的资源（共享有限的系统资源）中的资源（共享有限的系统资源）中的资源（共享有限的系统资源）n n操作系统要对系统资源进行合理安排和运用操作系统要对系统资源进行合理安排和运用操作系统要对系统资源进行合理安排和运用操作系统要对系统资源进行合理安排和运用 n n资源在一个时间段内交替被多个进程所用资源在一个时间段内交替被多个进程所用资源在一个时间段内交替被

39、多个进程所用资源在一个时间段内交替被多个进程所用n n不确定性：操作系统能处理大量的、随机的事务不确定性：操作系统能处理大量的、随机的事务不确定性：操作系统能处理大量的、随机的事务不确定性：操作系统能处理大量的、随机的事务序列，使各用户的计算任务正确地完成。序列，使各用户的计算任务正确地完成。序列，使各用户的计算任务正确地完成。序列，使各用户的计算任务正确地完成。虚拟性虚拟性n n虚拟性：操作系统的一种管理技术，把物理上的虚拟性：操作系统的一种管理技术，把物理上的一个实体变成逻辑上的多个对应物，或把物理上一个实体变成逻辑上的多个对应物，或把物理上的多个实体变成逻辑上的一个对应物的技术的多个实体

40、变成逻辑上的一个对应物的技术n n通过多道程序和分时技术，将物理上的一个通过多道程序和分时技术，将物理上的一个CPUCPU变成逻变成逻辑上的多个辑上的多个CPUCPUn n通过通过SpoolingSpooling技术把物理上的一台独占设备变成逻辑上技术把物理上的一台独占设备变成逻辑上的多台虚拟设备的多台虚拟设备n n通过窗口技术把物理上的一个屏幕变成逻辑上的多个通过窗口技术把物理上的一个屏幕变成逻辑上的多个虚拟屏幕虚拟屏幕n n虚拟存储器把物理上的多个存储器虚拟存储器把物理上的多个存储器(主存和辅存主存和辅存)变成变成逻辑上的一个虚存逻辑上的一个虚存（四）操作系统的功能（四）操作系统的功能虚拟

41、机观点虚拟机观点裸裸裸裸 机机机机 ：没有装配任何没有装配任何软件的计算机称为裸机。软件的计算机称为裸机。虚拟机虚拟机虚拟机虚拟机：装配有相应软装配有相应软件的机器称为虚拟机。件的机器称为虚拟机。命令解释、图形用户界面、命令解释、图形用户界面、用户程序用户程序系统调用文件系统处理机调度、内存管理设备驱动，中断处理裸机操作系统的资源管理功能操作系统的资源管理功能处理机处理机存储器存储器I/OI/O设备设备软件资源软件资源处理机处理机管管 理理存储器存储器管管 理理设设 备备管管 理理文文 件件系系 统统系统系统资源资源操作系统操作系统功能模块功能模块 把操作系统看成一个资源管理器。换句话说，从资

42、源管理的角度看操作系统有如下四个功能：操作系统的资源管理功能操作系统的资源管理功能一一 处理机安排处理机安排 1.1.制制定定调调度度策策略（调度原则）略（调度原则）2.2.给给出出调调度度算算法法 3.3.具具体体的的实实施施处理机分派处理机分派二二 存储器管理存储器管理 1.1.存存储储安安排排和和存储无关性存储无关性 2.2.存储爱护存储爱护 3.3.存储扩充存储扩充三三 设备管理设备管理 1.1.设备无关性设备无关性 2.2.设备安排设备安排 3.3.设备的传输限设备的传输限制制四四 软件资源管理软件资源管理 为用户供应一种简为用户供应一种简便、统一的存取和管便、统一的存取和管理信息的

43、方法，解决理信息的方法，解决信息的共享、数据的信息的共享、数据的存取限制和保密等问存取限制和保密等问题。题。（五）操作系统的类型（五）操作系统的类型n n 批处理操作系统n n 分时操作系统n n 实时操作系统n n个人计算机操作系统n n 网络操作系统n n 分布式操作系统n n 嵌入式操作系统多道批处理系统多道批处理系统n n在在批批处处理理系系统统中中接接受受多多道道程程序序设设计计技技术术，就就形形成成了了批批量操作系统。量操作系统。n n该该系系统统把把用用户户提提交交的的作作业业成成批批地地送送入入计计算算机机内内存存，然然后由作业调度程序自动地选择作业运行。后由作业调度程序自动地

44、选择作业运行。n n优点：优点：n n缩缩短短作作业业之之间间的的交交接接时时间间，削削减减处处理理机机的的空空闲闲等等待待时时间，提高系统的吞吐量间，提高系统的吞吐量n n缺点：缺点：n n用用户户响响应应时时间间较较长长。用用户户既既不不能能了了解解自自己己程程序序的的运运行行状况，也不能限制计算机。状况，也不能限制计算机。批处理系统批处理系统 VS.VS.多核系统多核系统?特点：特点：多路调制性：众多联机用户可同时运用同一台计算机多路调制性：众多联机用户可同时运用同一台计算机 独占性：各终端用户感觉到自己独占了计算机独占性：各终端用户感觉到自己独占了计算机 交互性：用户与计算机之间可进行

45、交互性：用户与计算机之间可进行“会话会话”分时操作系统分时操作系统批处理操作系统批处理操作系统vs.vs.分时操作系统分时操作系统n目标不同 n适应作业的性质不同 n资源运用率不同 n作业限制方式不同实时操作系统实时操作系统n n实实实实时时时时操操操操作作作作系系系系统统统统：对对对对用用用用户户户户（外外外外部部部部）的的的的恳恳恳恳求求求求，实实实实时时时时操操操操作作作作系系系系统统统统能能能能在在在在规定的时间内处理完毕。规定的时间内处理完毕。规定的时间内处理完毕。规定的时间内处理完毕。n n实时操作系统的类型：实时操作系统的类型：实时操作系统的类型：实时操作系统的类型：n n实时限

46、制：实时限制：实时限制：实时限制：工业过程限制、防空系统等工业过程限制、防空系统等工业过程限制、防空系统等工业过程限制、防空系统等n n实时信息处理：情报检索和查询、飞机订票系统实时信息处理：情报检索和查询、飞机订票系统实时信息处理：情报检索和查询、飞机订票系统实时信息处理：情报检索和查询、飞机订票系统n n实时操作系统特点：实时操作系统特点：实时操作系统特点：实时操作系统特点：n n系统对外部的信号必需能刚好响应系统对外部的信号必需能刚好响应系统对外部的信号必需能刚好响应系统对外部的信号必需能刚好响应n n要求高牢靠性和平安性，效率则放在其次位要求高牢靠性和平安性，效率则放在其次位要求高牢靠

47、性和平安性，效率则放在其次位要求高牢靠性和平安性，效率则放在其次位n n系统整体性强系统整体性强系统整体性强系统整体性强n n不要求很强的不要求很强的不要求很强的不要求很强的“会话会话会话会话”实力实力实力实力网络操作系统网络操作系统 n n计算机网络计算机网络:计计算算机机技技术术与与通通信信技技术术相相结结合合的的产产物物,是是互互连连起起来来的的计计算算机机的的集合。集合。网络操作系统：网络操作系统：基于计算机网络、在各种计算机操作系基于计算机网络、在各种计算机操作系统上、按网络体系结构协议标准开发的软件统上、按网络体系结构协议标准开发的软件,包括网络管理、通讯、平安、资源共享和各包括网

48、络管理、通讯、平安、资源共享和各种网络应用。种网络应用。目标：相互通讯及资源共享目标：相互通讯及资源共享分布式系统分布式系统n n分布式系统是网络操作系统更高级的形式分布式系统是网络操作系统更高级的形式,它保持了网络它保持了网络操作系统的全部功能。操作系统的全部功能。n n硬件上与计算机局域网没有任何区分。关键是软件。硬件上与计算机局域网没有任何区分。关键是软件。n n特征特征:n n1.1.统一性：统一性：一个统一的操作系统一个统一的操作系统n n2.2.共享性：共享性：资源进一步共享资源进一步共享n n3.3.透亮性透亮性:在用户眼中分布式计算机就是一台计算在用户眼中分布式计算机就是一台计

49、算机机n n4.4.自治性自治性:处于分布式系统的多个主机处于同等地处于分布式系统的多个主机处于同等地位位n n网络操作系统与分布式操作系统的主要区分网络操作系统与分布式操作系统的主要区分:网络操作系网络操作系n n 统可构架于不同的操作系统之上统可构架于不同的操作系统之上,即在异构系统上通过即在异构系统上通过网网n n 络协议实现网络资源的统一配置络协议实现网络资源的统一配置,并不要求透亮访问。并不要求透亮访问。n n集群（集群（Cluster）由高速局域网连接多台计算机组成的分布式计算机系统由高速局域网连接多台计算机组成的分布式计算机系统由高速局域网连接多台计算机组成的分布式计算机系统由高

50、速局域网连接多台计算机组成的分布式计算机系统（虚拟计算机系统）。（虚拟计算机系统）。（虚拟计算机系统）。（虚拟计算机系统）。嵌入式操作系统嵌入式操作系统什么是嵌入式系统？n n在各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬在各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬件系统件系统n n它们是一个大设备、装置或系统中的一部分，这个它们是一个大设备、装置或系统中的一部分，这个大设备、装置或系统可以不是大设备、装置或系统可以不是“计算机计算机”n n通常工作在反应式或对处理时间有较严格要求环境通常工作在反应式或对处理时间有较严格要求环境中中n n由于它们被嵌入在各种设备、装置或系统中，因此由于它们被嵌入