操作系统原理与实例分析PPT课件第一章操作系统概述.ppt

《操作系统原理与实例分析PPT课件第一章操作系统概述.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统原理与实例分析PPT课件第一章操作系统概述.ppt（110页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、操作系统原理与实例分析操作系统原理与实例分析目目 录录 第一章第一章 操作系统概述操作系统概述 第二章第二章 进程管理进程管理 第三章第三章 存储器管理存储器管理 第四章第四章 设备管理设备管理 第五章第五章 文件管理文件管理 引例引例1 1：在在Window或或DOS下用汇编语言编程时，如何打印下用汇编语言编程时，如何打印5个字符？有两种方法：个字符？有两种方法：一种是用一种是用INT指令调用指令调用Window/DOS的功能来完成；的功能来完成；另一种是不调用另一种是不调用Window/DOS功能，而用功能，而用IN/OUT机器指令直接读写打印机的接口寄存器。这两种方法所机器指令直接读写打

2、印机的接口寄存器。这两种方法所对应的程序段如下：对应的程序段如下：程序段程序段1 1：使用使用INT语句打印语句打印 MOV AH，O5H MOV DL，Char INT 21H Char DB 1程序段程序段2 2：使用使用IN/OUT语句打印语句打印 MOV I，0 ；本段程序打印；本段程序打印12345 ；这；这5个字符个字符 L1：MOV I，I+1 CMP I，5 JNC L3 ；打完；打完5个字符个字符 MOV A，I L2：IN ADDR1，B ；ADDR1为状态寄为状态寄 ；存器地址；存器地址 OR B，BS ；BS为状态位选择码为状态位选择码 JNC L2 ；未准备好；未准备

3、好 OUT ADDR2，A ；输出字符，；输出字符，ADDR1为状态为状态 ；寄存器地址；寄存器地址 JMP L1 L3：RET 两种方法的分析比较：两种方法的分析比较：方法方法2 2中使用中使用IN/OUTIN/OUT机器指令机器指令来完成打印过程需要涉及到打印机来完成打印过程需要涉及到打印机接口寄存器，包括打印机的接口寄存器，包括打印机的数据接数据接口寄存器、状态与控制接口寄存器口寄存器、状态与控制接口寄存器。访问其它设备的输入、输出过程也访问其它设备的输入、输出过程也是类似的是类似的。方法方法1 1中使用中使用INTINT的程序很简单，的程序很简单，程序员不再需要与接口寄存器打交道，程序

4、员不再需要与接口寄存器打交道，只需要一个简单的调用即可。实际的只需要一个简单的调用即可。实际的打印工作就通过打印工作就通过INTINT命令调用交给命令调用交给Window/DOSWindow/DOS操作系统来完成，即由操作系统来完成，即由Window/DOSWindow/DOS来实际读写打印机接口寄来实际读写打印机接口寄存器，也就是说，存器，也就是说，Window/DOSWindow/DOS中包中包含着程序段含着程序段2 2。第一章第一章 操作系统概述操作系统概述内容提要：内容提要：*计算机系统资源计算机系统资源 *什么是操作系统什么是操作系统 *操作系统的形成和发展操作系统的形成和发展 *操

5、作系统的功能操作系统的功能 *现代操作系统的特征及基本概念现代操作系统的特征及基本概念 *操作系统的分类操作系统的分类 *现代主流操作系统简介现代主流操作系统简介 一、计算机系统资源一、计算机系统资源 计算机系统组成：计算机系统组成：硬件硬件+软件软件硬件：计算机物理装置。指计算机硬件：计算机物理装置。指计算机系统中那些系统中那些 “硬的硬的”物理设施，即物理设施，即各种处理机，存储器，输入输出设备各种处理机，存储器，输入输出设备和通信设备等。和通信设备等。软件：指由计算机硬件执行以完成软件：指由计算机硬件执行以完成一定任务的所有一定任务的所有程序及数据程序及数据。计算机硬件组织计算机硬件组织

6、微微 型型 机：机：处理机处理机+存储器存储器+输入输入/输出设备输出设备。总线结构总线结构（各部分通过总线交（各部分通过总线交换信息）。换信息）。大，小型机：大，小型机：中央处理机中央处理机，I/OI/O处理机处理机（通道）（通道），存储器存储器，I/OI/O设备设备。非总线结构非总线结构（存储器成为其中（存储器成为其中心部分心部分）计算机软件组织计算机软件组织计算机软件包括计算机软件包括系统软件系统软件和和应用软件应用软件系统软件：系统软件：操作系统操作系统，语言处理系统，语言处理系统，和常用的例行服务程序。和常用的例行服务程序。应用软件：指那些为了某一类的应用需应用软件：指那些为了某一类

7、的应用需 要而设计的程序，或用户为要而设计的程序，或用户为 解决某的特定的问题而编制解决某的特定的问题而编制 的程序或程序系统，如航空的程序或程序系统，如航空 定票系统。定票系统。计算机系统层次关系计算机系统层次关系二、什么是操作系统二、什么是操作系统 对于现代操作系统中，人们常对于现代操作系统中，人们常用四种观点来描述操作系统：用四种观点来描述操作系统：*用户环境的观点用户环境的观点 计算机用户分为三类：计算机用户分为三类：终端用户终端用户 程序员程序员 系统设计者系统设计者 操作系统为计算机用户提供了操作系统为计算机用户提供了两种接口：两种接口：用户接口用户接口（User Interfac

8、eUser Interface）编程接口编程接口 (Application Programming(Application Programming Interface,Interface,简称简称API)API)通过操作系统为计算机用户提通过操作系统为计算机用户提供了两种接口，用户可以通过三种方供了两种接口，用户可以通过三种方式使用操作系统：式使用操作系统：使用键盘命令或使用键盘命令或ShellShell命令语言命令语言 利用鼠标器等点击窗口中的图标利用鼠标器等点击窗口中的图标 调用操作系统内部功能模块，即调用操作系统内部功能模块，即系统调用接口系统调用接口 操作系统为计算机用户提供了操作系统

9、为计算机用户提供了两种的接口的发展方向：两种的接口的发展方向：简单简单 友好友好 使用方便使用方便*虚拟机的观点虚拟机的观点 软件与硬件的关系软件与硬件的关系：软件是在：软件是在硬件基础上对硬件的性能加以硬件基础上对硬件的性能加以扩充扩充和和完善完善。软件之间的关系软件之间的关系：一部分软件：一部分软件运行要以另一部分软件的存在并为运行要以另一部分软件的存在并为其提供一定的运行条件为基础；新其提供一定的运行条件为基础；新添加的软件可以看作是在原来那部添加的软件可以看作是在原来那部分软件基础上的分软件基础上的扩充扩充与与完善完善。“虚拟机虚拟机”：一个裸机在每加：一个裸机在每加上一层软件后，就变

10、成了一个功能上一层软件后，就变成了一个功能更强的机器，把这更强的机器，把这“新的更强功能新的更强功能的机器的机器”称作虚拟机。称作虚拟机。OSOS的地位的地位：紧挨硬件层的：紧挨硬件层的第一第一层层软件，对硬件进行软件，对硬件进行首次扩充首次扩充，同，同时又是其他软件运行的基础。时又是其他软件运行的基础。*资源管理的观点资源管理的观点 资源管理的观点是目前对操作系统资源管理的观点是目前对操作系统描述的主要观点，操作系统资源管理的主描述的主要观点，操作系统资源管理的主要功能如下：要功能如下：(1)(1)跟踪资源状态跟踪资源状态 (2)(2)分配资源分配资源 (3)(3)回收资源回收资源 (4)(

11、4)保护资源。保护资源。*作业组织的观点作业组织的观点 在个人计算机上，作业这个概在个人计算机上，作业这个概念已经不存在，主要存在于巨型和念已经不存在，主要存在于巨型和大型机，引入作业是为了有效利用大型机，引入作业是为了有效利用高性能强大的主机资源高性能强大的主机资源作业：作业：是用户在一次解题或一个事务处是用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计算机系统所做工理过程中要求计算机系统所做工作的集合。作的集合。它包括用户程序、所需要的数据它包括用户程序、所需要的数据及控制命令等。作业是由一系列及控制命令等。作业是由一系列有序的作业步组成的。有序的作业步组成的。综上所述，我们可以得出操作系综上所述

12、，我们可以得出操作系统的概念：统的概念：操作系统是计算机系统中的一操作系统是计算机系统中的一个个系统软件系统软件，管理和控制管理和控制计算机系计算机系统中的统中的硬件和软件资源硬件和软件资源，合理地，合理地组组织计算机的工作流程织计算机的工作流程，以便有效利，以便有效利用这些资源为用户用这些资源为用户提供一个功能强提供一个功能强大、使用方便的工作环境大、使用方便的工作环境，从而在，从而在计算机与用户之间计算机与用户之间起接口的作用起接口的作用二、操作系统的形成和发展二、操作系统的形成和发展 *推动操作系统发展的关键因素推动操作系统发展的关键因素 计算机硬件升级和新硬件的出现计算机硬件升级和新硬

13、件的出现 提供新的服务、方便用户使用提供新的服务、方便用户使用 提高计算机资源利用率提高计算机资源利用率 更正软件错误更正软件错误 计算机体系结构的发展计算机体系结构的发展*操作系统发展历程操作系统发展历程手工操作阶段手工操作阶段早期批处理早期批处理多道程序系统多道程序系统分时系统分时系统实时操作系统实时操作系统操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展*手工操作阶段手工操作阶段 没有操作系统没有操作系统程序员编程准备程序带程序员预约机时程序员将程序（带或卡片）与数据装入输入装置（带机或卡机）按下控制台面板上的装入按钮程序装入内存面板指示灯亮按下启动按钮程序开始运行程序执行完后，面板指示灯亮，控

14、制台终端打印或输出结果在控制台上修改程序卸带卸带（程序和数据（输入和结果）正确否预约时间到否结束汇编语言出现后手工交互阶段汇编语言出现后手工交互阶段编程、穿孔、预约安装汇编带或汇编源程序带装入与启动汇编程序汇编程序运行完产生目标程序带卸下汇编、源程序、目标程序带成功否安装连接带产生、卸下连接、目标、可执行汇编目标程序带卸下汇编、源程序、目标程序带成功否安装用户可执行目标程序和数据带安装启动该用户程序运行完毕、产生结果数据卸下程序、数据、结果带下机联机或下机修改成功否下机修改源程序手工批处理阶段手工批处理阶段编程、并输入到纸带、卡式磁带上准备关于运行步骤与各步程序带、输入数据带输出数据带的说明，

15、运行步骤还包括运行不成功处理，运行次数将作业申请（带及说明）提交给系统操作员操作员分批。系统操作员待接到一批作业申请后进行分批：将运行同一程序的放在一起，例如把要需要汇编的源程序带放在一起程序员取结果装入与运行。凡是运行同一程序的都尽可能一次装入与多次运行，每次运行都需要系统操作员判断结果与手工装卸数据带成功了吗修改程序结束*第一代操作系统：单道批第一代操作系统：单道批处理系统处理系统 第一个操作系统就是一第一个操作系统就是一个监控程序个监控程序单道批处理系统的操作过程单道批处理系统的操作过程硬件自动装入监控程序，进入内存约定地址并运行结束开机程序员取结果关机卸带运行装带操作员分批（方法同手工

16、批处理）程序员编程、输入、提交（卡片叠）成功否FMS 的JOB结构监控程序工作过程监控程序工作过程开机自举运行完毕回到监控程序（用户程序的最后一条指令为返回监控程序）作业结束处理作业结束卡读卡启动内存指定其始地址的程序开始运行读入内存当前地址控制卡哪一种作业开始卡运行程序卡作业启动处理单任务自动批处理阶段的内存分配情况单任务自动批处理阶段的内存分配情况装入程序作业自动转换程序控制卡解释程序用户程序区监控程序*多道批处理系统多道批处理系统 引入多道批处理系统是为引入多道批处理系统是为了提高系统资源利用率和系了提高系统资源利用率和系统吞吐量统吞吐量 多道程序系统内存中的三个作业（job）*分时系统

17、和实时系统分时系统和实时系统 分时操作系统分时操作系统分时操作系统的特点：分时操作系统的特点：1.多多路路调调制制性性：即即众众多多联联机机用用户户可可以以同同时时使使用用同同一一台台计计算算机；机；2.独独占占性性：各各终终端端用用户户感感觉觉到到自己独占了计算机；自己独占了计算机；3.交交互互性性：用用户户与与计计算算机机之之间间可进行可进行“会话会话”。实时操作系统实时操作系统 到了60年代初，计算机开始应用到生产过程控制、工业控制、防空系统、信息处理等，在这些应用中不但要解决计算间题，还要求在规定的时间内完成计算，即实时处理。在实时处理中的一个核心的问题就是响应时间问题。响应时间：响应

18、时间：指用户发出命令，到系统完成用指用户发出命令，到系统完成用户命令所需的时间。户命令所需的时间。批处理操作系统批处理操作系统 没有没有分时操作系统分时操作系统 秒级秒级(一般情况）一般情况）实实时时操操作作系系统统 微微秒秒级级 甚甚至至更更小小（经经典典说说法法）系系统统满满足足用用户户时时限限（deadline)的要求的要求 (现代）现代）实时：实时：指指计计算算机机对对于于用用户户请请求求能能足足够够快快地地进进行行处处理理，并并做做出反映。要求毫秒、微秒级。出反映。要求毫秒、微秒级。实时操作系统特点：实时操作系统特点：1、系系统统对对外外部部的的信信号号必必须须能能及及时时响响应应，

19、(在在规规定定的的时时间间内内（deadline)；2、要要求求高高可可靠靠性性和和安安全全性性，效率则放在第二位；效率则放在第二位；3、系统整体性强；、系统整体性强；4、不不要要求求很很强强的的“会会话话”能能力。力。实时操作系统的应用：实时操作系统的应用：实时控制：实时控制：工工业业过过程程控控制制、防防空空系系统统等等等等实时信息处理：实时信息处理：情情报报检检索索和和查查询询、飞飞机机订订票系统、银行信用卡系统等等。票系统、银行信用卡系统等等。*操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展 随着计算机网络的发展，随着计算机网络的发展，网络操作系统和分布市操作网络操作系统和分布市操作系统得到

20、了广泛的应用系统得到了广泛的应用网络操作系统网络操作系统:在在通通常常的的操操作作系系统统中中增增加加了了实实现现网网络络低低层层协协议议（一一般般到到传传送送层层）功功能能和和网网络络设设备备管管理理功功能能的的操操作作系系统统。如如UNIXUNIX、LINUX,LINUX,WINDOWS WINDOWS NTNT都都是网络操作系统。是网络操作系统。分布式操作系统分布式操作系统 在在各各处处理理机机之之间间采采用用无无主主从从关关系系来来设设计计的的操操作作系系统统，除除了了最最低低级级的的输输入入输输出出支支援援外外，所所有有的的系系统统任任务务可可以以在在系系统统中中任任何何处处理理机机

21、上上运运行行。系系统统有有高高度的并行性和有效的同步方法。度的并行性和有效的同步方法。*操作系统的功能操作系统的功能功能示意图功能示意图*接口功能接口功能 操作系统为用户提供的人操作系统为用户提供的人机交互界面，称为接口。机交互界面，称为接口。计算机为用户提供了三类计算机为用户提供了三类接口。接口。1 1、命令接口、命令接口 命令接口通过在用户和操命令接口通过在用户和操作系统之间提供高级通信控作系统之间提供高级通信控制程序运行，用户通过输入制程序运行，用户通过输入设备（键盘、鼠标、触摸屏设备（键盘、鼠标、触摸屏等）发出一系列命令告诉操等）发出一系列命令告诉操作系统执行所需功能。作系统执行所需功

22、能。命令分为两类：命令分为两类：联机命令联机命令 联机命令接口有一组键盘命联机命令接口有一组键盘命令及命令解释器组成。令及命令解释器组成。脱机命令脱机命令 脱机命令又称批处理用户接脱机命令又称批处理用户接口，由一组作业控制语言口，由一组作业控制语言JCLJCL组组成，控制批处理作业的运行。成，控制批处理作业的运行。2 2、程序接口、程序接口 程序接口也称为系统调用，程序接口也称为系统调用，是操作系统对运行程序提供是操作系统对运行程序提供服务并与之通信的一种机构。服务并与之通信的一种机构。3 3、图形用户接口、图形用户接口 图形用户接口产生的背景图形用户接口产生的背景是联机命令用户接口提供的是联

23、机命令用户接口提供的各种命令的名字和格式，并各种命令的名字和格式，并严格按照规定的格式输入命严格按照规定的格式输入命令，难于记忆，使用不方便，令，难于记忆，使用不方便，效率很低，所以出现了图形效率很低，所以出现了图形用户接口。用户接口。操作系统提供的界面的操作系统提供的界面的友好性和易用性成为操作系友好性和易用性成为操作系统中的重要部分，用户在相统中的重要部分，用户在相当的程度上以这两个标准来当的程度上以这两个标准来判断一个系统的优劣。判断一个系统的优劣。*处理机管理处理机管理 处理机管理主要包括进程处理机管理主要包括进程控制、进程同步、进程通信控制、进程同步、进程通信和进程调度。和进程调度。

24、1 1、进程控制、进程控制 进程控制的基本功能是创进程控制的基本功能是创建和撤消进程以及控制进程建和撤消进程以及控制进程的状态转换。的状态转换。2 2、进程同步、进程同步 进程同步是指系统对并进程同步是指系统对并发执行的进程进行协调发执行的进程进行协调 包括一互斥的方式访问包括一互斥的方式访问临界资源和对合作进程之间临界资源和对合作进程之间进行的协调。进行的协调。3 3、进程通信、进程通信 我们把进程间所进行的信我们把进程间所进行的信息交换成为进程通信。息交换成为进程通信。4 4、进程调度、进程调度 进程调度是指按照一定的进程调度是指按照一定的调度算法，例如：先来先服调度算法，例如：先来先服务

25、的算法，从进程的就绪队务的算法，从进程的就绪队列中选出一个进程，把处理列中选出一个进程，把处理机分配给它，为该进程设置机分配给它，为该进程设置运行现场，并运行之。运行现场，并运行之。*存储器管理存储器管理 存储器管理的主要任务存储器管理的主要任务有：有：1 1、为多道程序的并发执行提、为多道程序的并发执行提供良好的环境。供良好的环境。2 2、便于用户使用存储器、便于用户使用存储器3 3、提高存储器的利用率。、提高存储器的利用率。4 4、为尽量多的用户提供足够、为尽量多的用户提供足够大的存储空间。大的存储空间。为实现上述任务，存储为实现上述任务，存储器管理应具有以下器管理应具有以下4 4中功能：

26、中功能：1 1、内存分配、内存分配 多道程序能并发运行的多道程序能并发运行的基本条件是，各个程序都要基本条件是，各个程序都要有自己的内存空间，因此，有自己的内存空间，因此，内存分配是存储管理的基本内存分配是存储管理的基本功能。功能。对内存的分配可按照两对内存的分配可按照两种方式进行：种方式进行：一种是静态分配。一种是静态分配。另一种是动态分配。另一种是动态分配。2 2、内存保护、内存保护 为保证各道程序都能在自为保证各道程序都能在自己的内存空间运行而互不干己的内存空间运行而互不干扰，要求每道程序在执行时扰，要求每道程序在执行时能随时检查对内存的所有访能随时检查对内存的所有访问是否合法。因此，需

27、要内问是否合法。因此，需要内存保护功能。存保护功能。3 3、地址映射、地址映射 逻辑地址逻辑地址：是指由目标：是指由目标程序所限定的地址范围称为程序所限定的地址范围称为该程序的地址空间，该地址该程序的地址空间，该地址空间中的地址成为逻辑地址。空间中的地址成为逻辑地址。物理地址物理地址：是指描述内：是指描述内存空间的地址。存空间的地址。地址映射地址映射：程序要装载程序要装载到内存空间中才能运行，因到内存空间中才能运行，因此，必须将逻辑地址映射到此，必须将逻辑地址映射到内存的物理地址。将逻辑地内存的物理地址。将逻辑地址映射成物理地址称为地址址映射成物理地址称为地址映射。映射。4 4、内存扩充、内存

28、扩充 由于物理内存的大小可能由于物理内存的大小可能不能满足大型作业或多个作业不能满足大型作业或多个作业的并发运行（超出了物理内存的并发运行（超出了物理内存的大小），为了满足用户的要的大小），为了满足用户的要求并改善系统的性能，必须对求并改善系统的性能，必须对内存加以扩充。内存加以扩充。这种扩充是利用虚拟存储这种扩充是利用虚拟存储技术。技术。*设备管理设备管理 设备器管理的主要任务有：设备器管理的主要任务有：1 1、为用户程序分配、为用户程序分配I/OI/O设备；设备；2 2、完成用户程序的、完成用户程序的I/OI/O请求；请求；3 3、提高处理机和、提高处理机和I/OI/O设备的利设备的利 用

29、率；用率；4 4、改善人机界面。、改善人机界面。为实现上述任务，设备为实现上述任务，设备管理应具有以下管理应具有以下4 4中功能：中功能：1 1、缓冲管理、缓冲管理 由于外围设备和处理机由于外围设备和处理机交换信息时，会出现速度不交换信息时，会出现速度不匹配的矛盾，为了提高处理匹配的矛盾，为了提高处理机和外设的利用率，引入了机和外设的利用率，引入了缓冲管理。缓冲管理。2 2、设备分配、设备分配 操作系统根据用户所请操作系统根据用户所请求的设备类型和所采用的分求的设备类型和所采用的分配算法对设备进行分配，并配算法对设备进行分配，并将为获得所需设备的进程放将为获得所需设备的进程放进相应设备的等待队

30、列。进相应设备的等待队列。3 3、设备处理、设备处理 启动指定的启动指定的I/OI/O设备，完设备，完成用户规定的成用户规定的I/OI/O操作，并对操作，并对由设备发来的中断请求进行由设备发来的中断请求进行及时响应，根据中断类型进及时响应，根据中断类型进行相应的处理。行相应的处理。4 4、虚拟设备功能、虚拟设备功能 独占设备独占设备：一次仅允许一：一次仅允许一个进程使用的设备称为独占设个进程使用的设备称为独占设备。备。为了提高设备利用率及其为了提高设备利用率及其加快程序的执行过程，让用户加快程序的执行过程，让用户感觉到自己独占设备，采用了感觉到自己独占设备，采用了将设备虚拟化，虚拟化后的设将设

31、备虚拟化，虚拟化后的设备叫虚拟设备或逻辑设备。备叫虚拟设备或逻辑设备。一台物理设备虚拟成多台一台物理设备虚拟成多台虚拟设备。虚拟设备。*文件管理文件管理 计算机必须永久化数据，计算机必须永久化数据，操作系统永久化数据是将数操作系统永久化数据是将数据放在文件里面，存储在可据放在文件里面，存储在可以永久化的设备上。以永久化的设备上。为了对文件进行管理，为了对文件进行管理，引入了文件系统。其主要功引入了文件系统。其主要功能包括：能包括：1 1、文件目录管理、文件目录管理 文件目录是联系用户和外文件目录是联系用户和外存中文件数据之间的纽带，使存中文件数据之间的纽带，使文件系统向用户提供按名存取文件系统

32、向用户提供按名存取 的功能。使用户不关心文件存的功能。使用户不关心文件存储的细节，从而方便用户使用储的细节，从而方便用户使用文件。文件。2 2、文件的逻辑组织与文件访、文件的逻辑组织与文件访 问方式问方式 文件的逻辑组织结构决文件的逻辑组织结构决定了文件的访问方式，典型定了文件的访问方式，典型的结构有：的结构有：堆文件堆文件 顺序文件顺序文件 索引顺序文件索引顺序文件 索引文件索引文件 直接访问文件（哈希文件）直接访问文件（哈希文件）3 3、文件存储空间的管理、文件存储空间的管理 文件存储空间的管理的文件存储空间的管理的功能有如何组织管理磁盘上功能有如何组织管理磁盘上的大量文件和空闲空间、有的

33、大量文件和空闲空间、有效利用磁盘空间和如何快速效利用磁盘空间和如何快速检索磁盘上的文件等等。检索磁盘上的文件等等。4 4、文件共享与安全、文件共享与安全 资源共享是不可以避开资源共享是不可以避开的功能，这样才能使资源充的功能，这样才能使资源充分利用。分利用。共享带来了一个副作用，共享带来了一个副作用，就是安全问题，比如数据丢就是安全问题，比如数据丢失、非法侵入。因此，文件失、非法侵入。因此，文件安全也是文件系统的重要功安全也是文件系统的重要功能。能。*现代操作系统的特征及基本概念现代操作系统的特征及基本概念*现代操作系统的特征现代操作系统的特征 现代操作系统一般都具有现代操作系统一般都具有四个

34、基本特征：四个基本特征：1 1、任务共行性、任务共行性 任务共行有两层含义：任务共行有两层含义：从宏观上看从宏观上看，任务共行是，任务共行是指系统中有多个任务同时运行。指系统中有多个任务同时运行。从微观上看从微观上看，任务共行是，任务共行是指但处理机系统中的任务并发，指但处理机系统中的任务并发，即多个任务在即多个任务在单个处理机上单个处理机上交交替运行替运行，或多处理机系统中的，或多处理机系统中的任务并行，即多个任务在多个任务并行，即多个任务在多个处理机上同时运行。处理机上同时运行。2 2、资源共享性、资源共享性 资源共享性有两层含义：资源共享性有两层含义：从宏观上看从宏观上看，资源共享性是，

35、资源共享性是指系统中有多个任务可以同时指系统中有多个任务可以同时使用系统中的软硬件资源。使用系统中的软硬件资源。从微观上看从微观上看，资源共享性是，资源共享性是指多个任务可以交替互斥地使指多个任务可以交替互斥地使用系统的中某个资源。用系统的中某个资源。资源共享：资源共享：系统资源被多个并发执行的进系统资源被多个并发执行的进 程共同使用。程共同使用。资源共享的两种方式：资源共享的两种方式：*互斥共享互斥共享 指多个进程使用资源时，在一段时指多个进程使用资源时，在一段时间内只允许一个进程访问。比如：打印间内只允许一个进程访问。比如：打印机、绘图仪等等机、绘图仪等等*同时共享同时共享 指系统资源允许

36、在一段时间内由多指系统资源允许在一段时间内由多个进程同时访问。这里的同时是宏观的，个进程同时访问。这里的同时是宏观的，微观上还是交替访问系统资源，比如：微观上还是交替访问系统资源，比如：硬盘等硬盘等 资源共享与并发的关系：资源共享与并发的关系：资源共享是以并发执行为条件，资源共享是以并发执行为条件，即：没有并发就不存在共享。即：没有并发就不存在共享。资源共享也影响程序的并发执资源共享也影响程序的并发执行，若资源共享不当，并发会减弱，行，若资源共享不当，并发会减弱，甚至无法实现。甚至无法实现。资源共享和并发互为存在条件，资源共享和并发互为存在条件，是操作系统的两个最基本的特征是操作系统的两个最基

37、本的特征3 3、虚拟性、虚拟性 虚拟是指将一个物理上的虚拟是指将一个物理上的实体变为（映射为）若干个逻实体变为（映射为）若干个逻辑上的对应物。辑上的对应物。前者是实际存在的，后者前者是实际存在的，后者是虚拟的，是一种感觉性的存是虚拟的，是一种感觉性的存在。在。4 4、不确定性、不确定性 操作系统中不确定性有两层含义：操作系统中不确定性有两层含义：*程序执行结果的不确定性，程程序执行结果的不确定性，程序不可再现（不允许出现这种情形）序不可再现（不允许出现这种情形）。*多道程序环境下进程以异步方多道程序环境下进程以异步方式执行，每个进程的开始执行时间、式执行，每个进程的开始执行时间、进程的执行顺序

38、、运行所需时间都进程的执行顺序、运行所需时间都是不可预知的。是不可预知的。*基本概念基本概念1 1、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指系统中多道程序设计技术是指系统中允许多道程序同时准备运行，当正允许多道程序同时准备运行，当正在运行的那道程序因为某种原因在运行的那道程序因为某种原因（比如：等待从磁盘输入数据等等）（比如：等待从磁盘输入数据等等）暂时不能继续运行时，系统将自动暂时不能继续运行时，系统将自动地启动另一道程序运行；一旦原因地启动另一道程序运行；一旦原因消除（比如：数据已经从磁盘里输消除（比如：数据已经从磁盘里输入到了内存），暂时停止运行的那入到了内存），暂时停止

39、运行的那道程序在将来某个时候还可以被系道程序在将来某个时候还可以被系统继续运行。统继续运行。多道程序设计技术是现代操作多道程序设计技术是现代操作系统的关键技术，系统的关键技术，是现代操作系统是现代操作系统的最重要的特征之一的最重要的特征之一，它将现代操它将现代操作系统和早期操作系统区别开来作系统和早期操作系统区别开来。多道程序设计技术给操作系统多道程序设计技术给操作系统带来巨大变化的同时，也伴随着操带来巨大变化的同时，也伴随着操作系统设计的复杂性。由此，给操作系统设计的复杂性。由此，给操作系统带来了如下一些作系统带来了如下一些必须必须解决的解决的问题：问题：*多个用户作业共享处理机和输入多个用

40、户作业共享处理机和输入/输出设备，协调因争夺处理机或输输出设备，协调因争夺处理机或输入入/输出设备而产生的冲突，解决输出设备而产生的冲突，解决个道程序之间的同步互斥和进程的个道程序之间的同步互斥和进程的死锁问题，有效地分配这些资源。死锁问题，有效地分配这些资源。*既要有较大容量的存储器，以便装既要有较大容量的存储器，以便装入尽可能多的用户作业，有必须采入尽可能多的用户作业，有必须采取措施防止各道程序之间的交叉冲取措施防止各道程序之间的交叉冲突，防止作业被有意或无意地破坏。突，防止作业被有意或无意地破坏。*必须建立高效、可靠和方便的文件必须建立高效、可靠和方便的文件系统，有效地管理和存取系统中的

41、系统，有效地管理和存取系统中的软件资源和辅助空间软件资源和辅助空间2 2、进程和线程、进程和线程 进程进程是操作系统的核心概念：是操作系统的核心概念：按照一些观点，将进程描述为：按照一些观点，将进程描述为：进程是进程是“执行中的程序执行中的程序”或者或者“程序的一次执行程序的一次执行”。线程线程是操作系统内部机制在发是操作系统内部机制在发展过程中，对进程的有效细化，目展过程中，对进程的有效细化，目的是为了减少对进程处理的开销，的是为了减少对进程处理的开销，将进程的执行环境减少至最少。将进程的执行环境减少至最少。3 3、作业、作业 作业是指用户要求计算机系统作业是指用户要求计算机系统所做的工作的

42、集合。所做的工作的集合。作业的构成：程序、数据和作作业的构成：程序、数据和作业说明书。业说明书。4 4、任务、任务 任务和进程在经典的多任务操任务和进程在经典的多任务操作系统环境下，没有什么区别。作系统环境下，没有什么区别。任务是从系统资源分配的角度任务是从系统资源分配的角度描述程序在系统中的运行。描述程序在系统中的运行。进程是从处理器利用和工作流进程是从处理器利用和工作流程控制的角度描述程序的执行。程控制的角度描述程序的执行。5 5、系统调用、系统调用 系统调用就是操作系统提供的最系统调用就是操作系统提供的最基本的一级服务，供用户程序使用。基本的一级服务，供用户程序使用。6 6、接口、接口

43、接口多用于描述系统硬件之间接口多用于描述系统硬件之间的连接关系，以及软件和程序模块的连接关系，以及软件和程序模块间的调用关系。间的调用关系。7 7、虚拟内存、虚拟内存 引入虚拟内存的原因：引入虚拟内存的原因：*解决有限的内存空间无法装入尺寸解决有限的内存空间无法装入尺寸超过其大小的程序；超过其大小的程序；*解决驻留内存的进程数受到物理内解决驻留内存的进程数受到物理内存空间的限制。存空间的限制。虚拟内存虚拟内存：就是将磁盘空间虚拟为逻辑：就是将磁盘空间虚拟为逻辑内存，使用户感觉到一个比物理内存空内存，使用户感觉到一个比物理内存空间大得多的逻辑内存空间，即实际物理间大得多的逻辑内存空间，即实际物理

44、内存空间与虚拟的那部分逻辑内存空间内存空间与虚拟的那部分逻辑内存空间的总和，统称为虚拟内存空间。的总和，统称为虚拟内存空间。8 8、文件、文件 文件文件就是命名了的字节流，它就是命名了的字节流，它是现代操作系统对计算机系统中种是现代操作系统对计算机系统中种类繁多的外围设备进行高度抽象的类繁多的外围设备进行高度抽象的结果。结果。*操作系统分类操作系统分类 操作系统分类的原则：操作系统分类的原则：按照硬件平台系统结构的不同按照硬件平台系统结构的不同可分为单机操作系统、嵌入式操作可分为单机操作系统、嵌入式操作系统和多机操作系统。系统和多机操作系统。按照操作系统在用户界面的使按照操作系统在用户界面的使

45、用环境和功能特征的不同，可分为用环境和功能特征的不同，可分为批处理操作系统、分时操作系统和批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。实时操作系统。现代操作系统通常兼有分时和现代操作系统通常兼有分时和批处理功能批处理功能。1 1、批处理操作系统、批处理操作系统 批处理操作系统的工作方式：批处理操作系统的工作方式：一批用户作业提交后首先在外存一批用户作业提交后首先在外存上排成一个队列；然后由作业调度上排成一个队列；然后由作业调度程序负责从该队列中选取一个或多程序负责从该队列中选取一个或多个作业进入内存，并分别为它们建个作业进入内存，并分别为它们建立进程，使若干进程共享包括处理立进程，使若干进程共

46、享包括处理机、内存空间在内的系统资源，以机、内存空间在内的系统资源，以提高资源利用率提高资源利用率和和系统吞吐量系统吞吐量。批处理操作系统的优点：批处理操作系统的优点：*多道程序由操作系统自动调度多道程序由操作系统自动调度执行，大大降低了人工干预对系统执行，大大降低了人工干预对系统性能的影响；性能的影响；*资源利用率高；资源利用率高；*系统吞吐量大。系统吞吐量大。批处理操作系统的优点：批处理操作系统的优点：*系统交互性差，修改和调试程序系统交互性差，修改和调试程序及其困难；及其困难；*增加了作业的平均周转时间。增加了作业的平均周转时间。周转时间：作业从进入系统到执周转时间：作业从进入系统到执行

47、完成退出系统所经历的时间。行完成退出系统所经历的时间。2 2、分时操作系统、分时操作系统 分时操作系统的工作方式：分时操作系统的工作方式：一台主机连接若干台终端，每台一台主机连接若干台终端，每台终端供一个用户使用，用户交互地终端供一个用户使用，用户交互地向系统提出联机命令请求，系统接向系统提出联机命令请求，系统接受所有用户的命令，采用分式原则受所有用户的命令，采用分式原则处理服务请求，在通过交互终端显处理服务请求，在通过交互终端显示执行结果。示执行结果。3 3、实时操作系统、实时操作系统 实时操作系统的工作方式：实时操作系统的工作方式：及时响应外部事件的请求，在及时响应外部事件的请求，在规定的

48、时间内完成对该事件的处理，规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运并控制所有实时任务协调一致地运行的操作系统。行的操作系统。实时操作系统设计的目标：实时操作系统设计的目标：对外部请求必须及时响应，在对外部请求必须及时响应，在规定的时间内完成某事件，要求系规定的时间内完成某事件，要求系统具有极高的可靠性和完整性。统具有极高的可靠性和完整性。4 4、网络操作系统、网络操作系统 计算机网络：指利用通信线路计算机网络：指利用通信线路将位于不同地点、不同类型的计算将位于不同地点、不同类型的计算机连接起来，使各台计算机之间可机连接起来，使各台计算机之间可以共享资源，计算机用户之间可以

49、以共享资源，计算机用户之间可以相互通信、共同合作的一种计算机相互通信、共同合作的一种计算机系统。系统。网络操作系统：指在计算机网网络操作系统：指在计算机网络环境中提供网络管理、通信、安络环境中提供网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用等功全、资源共享和各种网络应用等功能的操作系统。能的操作系统。网络操作系统目标：实现网络网络操作系统目标：实现网络中各计算机之间的通信和网络资源中各计算机之间的通信和网络资源共享，提高网络资源的利用率和网共享，提高网络资源的利用率和网络的吞吐量。络的吞吐量。5 5、分布式操作系统、分布式操作系统 分布式系统：指多个处理器通分布式系统：指多个处理器通过通信线路

50、互连而构成的系统，系过通信线路互连而构成的系统，系统的处理和控制功能分布在各个处统的处理和控制功能分布在各个处理机上。理机上。分布式操作系统：指配置在分分布式操作系统：指配置在分布式系统上的操作系统。布式系统上的操作系统。分布式系统和计算机网络的区分布式系统和计算机网络的区别：别：分布式系统的所有资源是共享分布式系统的所有资源是共享的，由分布式操作系统进行集中、的，由分布式操作系统进行集中、统一管理。整个系统对用户是透明统一管理。整个系统对用户是透明的。的。计算机网络中允许每台计算机计算机网络中允许每台计算机配置自己的操作系统，通过网络协配置自己的操作系统，通过网络协议实现网络资源的统一管理。