第一章-操作系统引论课件.ppt
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1、操操 作作 系系 统统(信息信息08)教材:n 计算机操作系统(修订版)计算机操作系统(修订版)汤子瀛汤子瀛 等等 西安电子科技大学西安电子科技大学出版社出版社 参考书:参考书:n张尧学张尧学,史美林史美林.计算机操作系统教程第二版计算机操作系统教程第二版.清华大学出版社清华大学出版社.n孟庆昌孟庆昌.操作系统教程操作系统教程.西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社.成绩评定方式成绩评定方式:总成绩(总成绩(100100分)分)期末考试(期末考试(7070)平时成绩()平时成绩(3030)课内教学:课内教学:3030学时学时 机动机动:2 2学时。学时。操作系统在计算机中的地位操作系统在
2、计算机中的地位n操操作作系系统统是是现现代代计计算算机机系系统统中中不不可可缺缺少少的的基基本本系系统软件统软件,它在整个计算机系统软件中占有中心地位。它在整个计算机系统软件中占有中心地位。n操操作作系系统统的的一一个个主主要要作作用用就就是是:对对计计算算机机系系统统资资源源进进行行统统一一的的调调度度和和管管理理,并并为为用用户户创创造造灵灵活活方方便便的的使使用用环境。环境。n操操作作系系统统是是计计算算机机软软/硬硬件件之之间间的的唯唯一一接接口口,所所有有用用户在使用计算机时都要得到操作系统提供的服务。户在使用计算机时都要得到操作系统提供的服务。2023/1/63第一章 绪论n为专门
3、用途为专门用途,人们设计、修改、扩充操作系统。,人们设计、修改、扩充操作系统。例如操作系统汉化、中文操作系统环境、嵌入式例如操作系统汉化、中文操作系统环境、嵌入式操作系统开发。操作系统开发。n有利于深入编程有利于深入编程。用户为了开发应用程序必须与。用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道。要了解操作系统提供的人操作系统打交道。要了解操作系统提供的人-机接机接口,在编程中灵活应用进程(线程)。口,在编程中灵活应用进程(线程)。n编程时借鉴操作系统的设计思想和算法。编程时借鉴操作系统的设计思想和算法。操作系操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他
4、领域。领域。n计算机的应用。计算机的应用。n。学习操作系统的目的学习操作系统的目的2023/1/64第一章 绪论 本课程内容本课程内容n第一章第一章 操作系统引论操作系统引论(4学时)学时)n第二章第二章 进程管理进程管理 (8)n第三章第三章 处理机调度与死锁处理机调度与死锁 (4)n第四章第四章 存储器管理存储器管理 (4)n第五章第五章 设备管理设备管理 (4)n第六章第六章 文件管理文件管理 (4)n嵌入式操作系统讲座嵌入式操作系统讲座(2)机动:机动:2学时学时2023/1/65第一章 绪论第一章第一章 概论概论 计算机发展到今天,从个人计算机到巨计算机发展到今天,从个人计算机到巨型
5、计算机系统,毫无例外都配置一种或多种型计算机系统,毫无例外都配置一种或多种操作系统。操作系统。什么是操作系统?什么是操作系统?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?它具有什么样的功能?它具有什么样的功能?2023/1/66第一章 绪论1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用1.计算机系统的组成计算机系统的组成n硬件系统(裸机):硬件系统(裸机):CPU、存储器(主存、辅存)、存储器(主存、辅存)、I/O设备、设备、I/O控制系统。控制系统。n 软件系统:软件系统:系统软件、应用软件。系统软件、应用软件。u 系统软件系统软件:管理计算机本身的操作。如操作系统、管理计
6、算机本身的操作。如操作系统、编译编译.u 应用软件应用软件:提供给用户进行解题。如,科学计算、:提供给用户进行解题。如,科学计算、事物管理。事物管理。2023/1/67第一章 绪论2.计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构 硬件硬件 操作系统操作系统2023/1/68第一章 绪论 3.操作系统的作用操作系统的作用 操作系统是一种在计算机上运行的软件,操作系统是一种在计算机上运行的软件,是一组程序的集合。是一组程序的集合。它控制和管理计算机的各种硬件和软件资它控制和管理计算机的各种硬件和软件资源,并合理地对作业进行调度。是计算机的源,并合理地对作业进行调度。是计算机的核心。核心。2023/1/
7、69第一章 绪论 操作系统操作系统(系统调用)(命令)(图标、窗口)(系统调用)(命令)(图标、窗口)操操 作作 系系 统统 计算机硬件计算机硬件主要任务:主要任务:管理系统资源管理系统资源,提高计算机的各种资源的利用,提高计算机的各种资源的利用率(如率(如CPU、内存、磁盘、文件等等)。、内存、磁盘、文件等等)。提供使用接口提供使用接口,提高计算机系统的可用性,提高计算机系统的可用性.2023/1/610第一章 绪论操作系统种类繁多:操作系统种类繁多:小至资源开销很少的嵌入式处理器专用的操作系小至资源开销很少的嵌入式处理器专用的操作系统统,如如IC卡操作系统,卡操作系统,大到功能强大的巨型机
8、所用的操作系统。大到功能强大的巨型机所用的操作系统。2023/1/611第一章 绪论1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程1.1.无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统 (采用人工操作方式采用人工操作方式)1946年年50年代末年代末.缺点缺点:计算机的有效机时严重浪费计算机的有效机时严重浪费,效率低效率低.2023/1/612第一章 绪论 2.单道批处理系统单道批处理系统 (操作系统的雏形,称为监控程序)操作系统的雏形,称为监控程序)缺点:缺点:内存中仅有一道作业,资源的利用率低。内存中仅有一道作业,资源的利用率低。2023/1/613第一章 绪论 3.多道批处理系统多道
9、批处理系统 (操作系统发展史上革命性变革操作系统发展史上革命性变革)1 1)“多道多道”程序设计技术程序设计技术 在内存中放多道程序在内存中放多道程序,它它们们在在管管理理程程序序的的控控制制下下相相互互穿穿插插地地运运行行,充充分分利利用资源,提高效率。用资源,提高效率。2023/1/614第一章 绪论 CPU例:例:操作系统控制操作系统控制用户程序用户程序A和和用户程序用户程序B交替地使用交替地使用CPU、外设等资源。、外设等资源。2023/1/615第一章 绪论多道运行的特点:多道运行的特点:内存中同时存放几道相互独立的程序。内存中同时存放几道相互独立的程序。宏观上并行宏观上并行 内存中
10、的几道程序在一段时间内都处于运内存中的几道程序在一段时间内都处于运行过程中,行过程中,(即它们先后开始了各自的运行,即它们先后开始了各自的运行,但都未运行完毕但都未运行完毕)。微观上串行微观上串行 任一时刻最多只有一道程序占用任一时刻最多只有一道程序占用CPUCPU,多道程多道程序交替使用序交替使用CPU CPU。2023/1/616第一章 绪论多道的优点多道的优点n资源利用率高。资源利用率高。n系统吞吐量大。系统吞吐量大。适合大型科学计算、数据处理。适合大型科学计算、数据处理。2023/1/617第一章 绪论多道程序系统中要解决的技术问题多道程序系统中要解决的技术问题?(1)同步与互斥问题同
11、步与互斥问题 并行运行的程序,可能既有对计算机资源的竞争,并行运行的程序,可能既有对计算机资源的竞争,又需要相互协作。因此,又需要相互协作。因此,同步与互斥机制成为操作系统设计中的重要问题。同步与互斥机制成为操作系统设计中的重要问题。(2)提高内存的使用效率提高内存的使用效率 随着多道程序的增加随着多道程序的增加 内存不够用。因此,内存不够用。因此,出现了诸如出现了诸如覆盖覆盖、虚拟存储虚拟存储等内存管理技术。等内存管理技术。(3)内存保护内存保护 为了保证为了保证“系统程序存储区系统程序存储区”和和”各用户程序存储区各用户程序存储区”安全可靠安全可靠,不相互干扰,提出了内存保护的要求。不相互
12、干扰,提出了内存保护的要求。2023/1/618第一章 绪论 所以,多道程序的运行,要求操作系统必须具备如下所以,多道程序的运行,要求操作系统必须具备如下的功能:的功能:n处理机管理处理机管理 解决解决同步与互斥同步与互斥机制问题机制问题。n内存管理内存管理 提高提高内存利用率内存利用率,内存,内存保护保护。nI/O设备管理设备管理 合理合理分配分配I/O设备,提高其利用率。设备,提高其利用率。n文件管理文件管理 有效利用和管理有效利用和管理外存空间外存空间。n作业调度管理作业调度管理 合理地合理地对各类作业对各类作业进行调度。进行调度。2023/1/619第一章 绪论2)多道批处理系统的)多
13、道批处理系统的特点特点及及优缺点优缺点特点:特点:多道性,无序性,调度性。多道性,无序性,调度性。优点:优点:资源利用率高,系统吞吐量大;资源利用率高,系统吞吐量大;缺点:缺点:平均周转时间长,无交互能力。平均周转时间长,无交互能力。2023/1/620第一章 绪论 为了解决批处理系统无法进行人机交互的为了解决批处理系统无法进行人机交互的问题,问题,又引入了又引入了分时的概念。分时的概念。2023/1/621第一章 绪论4.分时系统分时系统 在一台主机上连接有多个带显示器和键盘在一台主机上连接有多个带显示器和键盘的终端,的终端,允许多个用户通过自己的终端以交互式方允许多个用户通过自己的终端以交
14、互式方式同时使用计算机,共享主机中的资源。式同时使用计算机,共享主机中的资源。2023/1/622第一章 绪论主机主机终终端端怎样实现分时?怎样实现分时?2023/1/623第一章 绪论分时技术:分时技术:把处理机的运行时间分成很短的时间片把处理机的运行时间分成很短的时间片(如几百毫秒),按时间片轮流把处理机分(如几百毫秒),按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。配给各联机作业使用。问:问:若某个作业在分配给它的时间片内不能若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算,怎么办?完成其计算,怎么办?2023/1/624第一章 绪论分时系统的特征:分时系统的特征:n多路性:允许同一主机联接多台
15、终端。多路性:允许同一主机联接多台终端。宏观上并行,微观上串行。宏观上并行,微观上串行。n独立性:每一用户独占一个终端。独立性:每一用户独占一个终端。n及时性:用户请求能及时响应。及时性:用户请求能及时响应。n交互性:可人机对话。交互性:可人机对话。多用户分时操作系统是当今计算机操作系多用户分时操作系统是当今计算机操作系统中最普遍使用的一类操作系统。统中最普遍使用的一类操作系统。2023/1/625第一章 绪论 常见的通用操作系统是常见的通用操作系统是分时系统与批处理分时系统与批处理系统的结合系统的结合。其原则是:其原则是:分时优先,批处理在后。分时优先,批处理在后。“前台前台”响应需响应需频
16、繁交互的作业,如终端的要求;频繁交互的作业,如终端的要求;“后台后台”处理时间性要求不强的作业。处理时间性要求不强的作业。如:如:UNIX,Linux,Windows NT/2000/XP 2023/1/626第一章 绪论5.5.实时操作系统实时操作系统 虽然多道批处理系统和分时系统可以获得较为令虽然多道批处理系统和分时系统可以获得较为令人满意的资源利用率和响应时间,但仍然不能满足人满意的资源利用率和响应时间,但仍然不能满足某些应用领域某些应用领域的需求,的需求,如:如:实时控制实时控制,如:工业控制。如:工业控制。实时信息处理实时信息处理,所以,又出现了实时操作系统。所以,又出现了实时操作系
17、统。2023/1/627第一章 绪论实时任务实时任务,如:,如:周期性的按指定周期循环执行。周期性的按指定周期循环执行。非周期性的联非周期性的联系着一个截止时间。系着一个截止时间。(开始截止时间,或完成截止时间)(开始截止时间,或完成截止时间)问:问:windows是实时操作系统吗?是实时操作系统吗?linux是实时操作系统吗?是实时操作系统吗?答:答:都不是。都不是。它们属于通用型的多用户、多任务操作系统,更它们属于通用型的多用户、多任务操作系统,更注重数据吞吐量而不是系统响应时间。注重数据吞吐量而不是系统响应时间。2023/1/628第一章 绪论多道多道批处理、分时、实时系统批处理、分时、
18、实时系统是三种基本是三种基本的操作系统类型。的操作系统类型。一个实际的操作系统可能兼有三者或其中一个实际的操作系统可能兼有三者或其中两者的功能。两者的功能。2023/1/629第一章 绪论常用的个人计算机操作系统常用的个人计算机操作系统:单用户单任务:单用户单任务:MS DOS 单用户多任务单用户多任务:OS/2,MS Windows 3.x,Windows 95,多用户多任务多用户多任务:Windows NT,Windows 2000,Windows XP,UNIX,Linux.2023/1/630第一章 绪论 在过去的几十年中在过去的几十年中,随着计算机、网络技术的发,随着计算机、网络技术
19、的发展,操作系统一直处于不断发展和改进之中。展,操作系统一直处于不断发展和改进之中。现在的操作系统现在的操作系统:追求追求功能强大功能强大、完备和可靠完备和可靠、界面友好和方便界面友好和方便、加入越来越多的功能。加入越来越多的功能。随着应用领域的扩大和增加随着应用领域的扩大和增加,为了适应不同的应,为了适应不同的应用场合,还需要考虑系统的用场合,还需要考虑系统的网络功能、灵活性网络功能、灵活性、可可伸缩性伸缩性以及以及可裁减性可裁减性等等。等等。1.2.2 操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展2023/1/631第一章 绪论 计算机网络是通过通信设施将物理上分散计算机网络是通过通信设施将物
20、理上分散的具有自治功能的多个计算机系统互连起来的具有自治功能的多个计算机系统互连起来的,实现信息交换、资源共享、可互操作和的,实现信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。协作处理的系统。1.网络操作系统网络操作系统2023/1/632第一章 绪论网络操作系统网络操作系统的特征:的特征:(1)计算机网络计算机网络是一个互连的计算机系统的群体。是一个互连的计算机系统的群体。(2)这些计算机是自治的,每台计算机有自己的操作系这些计算机是自治的,每台计算机有自己的操作系统,各自独立工作,它们在网络协议控制下协同工统,各自独立工作,它们在网络协议控制下协同工作。作。(3)系统互连要通过通信设施系统
21、互连要通过通信设施(硬件、软件硬件、软件)来实现。来实现。(4)系统通过通信设施执行信息交换、资源共享、互操系统通过通信设施执行信息交换、资源共享、互操作和协作处理,作和协作处理,实现多种应用要求。实现多种应用要求。必须有网络操作系统的支持!必须有网络操作系统的支持!网络操作系统网络操作系统的特征?的特征?2023/1/633第一章 绪论现代操作系统的主要特征之一就是具有上网功现代操作系统的主要特征之一就是具有上网功能。(能。(支持支持TCP/IP协议协议)如:如:20世纪世纪90年代初期的年代初期的Novell公司的公司的Netware,现在的现在的WindosWindos NT/2000/
22、XP NT/2000/XP等,等,均均属于属于网络操作系统网络操作系统。2023/1/634第一章 绪论 嵌入式系统:嵌入式系统:隐藏在各种装置、产品和系统中的非标准形式的隐藏在各种装置、产品和系统中的非标准形式的微型计算机系统。具有小巧、高度自动化、响应速微型计算机系统。具有小巧、高度自动化、响应速度快等特点。度快等特点。嵌入式操作系统:嵌入式操作系统:是一种是一种运行在嵌入式系统中运行在嵌入式系统中,对对嵌入式系统嵌入式系统以及以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的调、调度、指挥和控制的系统软件系统软件。2.嵌入式
23、操作系统嵌入式操作系统2023/1/635第一章 绪论 商品化的嵌入式操作系统:商品化的嵌入式操作系统:目前,目前,国内外已有几十种国内外已有几十种商业操作系统可供选商业操作系统可供选择择,如,如VxWorks、WindowsCE、Neculeus、PalmOS等等。等等。这些操作系统均属于商品化产品,这些操作系统均属于商品化产品,价格昂贵价格昂贵且由且由于于源泉代码不公开源泉代码不公开导致了诸如对设备的支持、应用导致了诸如对设备的支持、应用软件的移植等一系列的问题。软件的移植等一系列的问题。2023/1/636第一章 绪论 嵌入式嵌入式Linux:商业化的商业化的嵌入式操作系统嵌入式操作系统
24、价格昂贵,且难以移植价格昂贵,且难以移植和源代码封闭性。和源代码封闭性。在这种需求下,在这种需求下,嵌入式嵌入式LinuxLinux以其独特的优势引起以其独特的优势引起了人们的极大重视。了人们的极大重视。LinuxLinux从从19911991年问世到现在的短短十几年时间内,年问世到现在的短短十几年时间内,已经发展成为功能强大、设计完善的操作系统之一。已经发展成为功能强大、设计完善的操作系统之一。2023/1/637第一章 绪论 所谓的嵌入式所谓的嵌入式Linux,是是对对Linux经过经过小型化裁剪小型化裁剪后,能够固化在容量只有几十万字节或几十亿字节后,能够固化在容量只有几十万字节或几十亿
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