《《操作系統(tǒng)原理》第一章概述.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《操作系統(tǒng)原理》第一章概述.ppt（81頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、操作系統(tǒng)原理Principle of Operating System,參考書目,操作系統(tǒng)原理教程（第2版），張麗芬 劉美華，電子工業(yè)出版社 操作系統(tǒng)實(shí)用教程，任愛華主編，清華大學(xué)出版社 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，湯子瀛等，西安電子科技大學(xué)出版社 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，胡志剛、譚長(zhǎng)庚，中南大學(xué)出版社 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程，張堯?qū)W等，清華大學(xué)出版社,課程目的,不是 如何使用操作系統(tǒng) 而是 理解操作系統(tǒng)如何工作 操作系統(tǒng)的工作方式 操作系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法 設(shè)計(jì)、開發(fā)操作系統(tǒng)過程中的問題、解決方案和折中權(quán)衡,課程內(nèi)容,第一章操作系統(tǒng)概論 第二章進(jìn)程管理 第三章進(jìn)程之間的并發(fā)控制和死鎖 第四章存儲(chǔ)器管理 第五章
2、文件系統(tǒng) 第六章設(shè)備管理,,,操作系統(tǒng)的作用,硬件,操作系統(tǒng),應(yīng)用軟件,軟件與硬件的關(guān)系,人的頭顱和思想的關(guān)系,文化思想,第一章 操作系統(tǒng)概論,計(jì)算機(jī)的發(fā)展 操作系統(tǒng)的發(fā)展 操作系統(tǒng)的基本概念 分析操作系統(tǒng)的幾種觀點(diǎn),計(jì)算機(jī)的發(fā)展機(jī)械計(jì)算機(jī)時(shí)代,機(jī)械計(jì)算機(jī)時(shí)代（1614-1946）：1614蘇格蘭人John Napier年提出的原始的自動(dòng)計(jì)算裝置標(biāo)志著計(jì)算機(jī)時(shí)代的來臨。 1840年英國(guó)人Charles Babbage設(shè)計(jì)了差分機(jī)和分析機(jī)，設(shè)計(jì)理論非常超前，提出了卡片輸入程序和數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)的發(fā)展電子計(jì)算機(jī)時(shí)代,電子計(jì)算機(jī)時(shí)代（1946-至今）： 第一代電子計(jì)算機(jī)（19461958），電子管制作開
3、關(guān)邏輯部件。代表機(jī)有“科洛薩斯”（英國(guó)），ENIAC(美國(guó)），10Hz 第二代電子計(jì)算機(jī)（19591964），晶體管制作開關(guān)邏輯部件。程序設(shè)計(jì)開始使用高級(jí)語(yǔ)言。代表機(jī)IBM-7094，幾十到幾百萬Hz 第三代電子計(jì)算機(jī)（19651970），使用集成電路制作開關(guān)邏輯部件，IBM360，幾百萬到幾千萬Hz 第四代電子計(jì)算機(jī)（1971至今），使用大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路制作開關(guān)邏輯部件，Pentium等,計(jì)算機(jī)發(fā)展史中的大事,1848年英國(guó)數(shù)學(xué)家George Boole創(chuàng)立了二進(jìn)制代數(shù)學(xué) 1937年Turing提出了一種抽象計(jì)算模型，用來精確定義可計(jì)算函數(shù)。圖靈機(jī)由一個(gè)控制器，一條無限延伸的帶子和一
4、個(gè)帶子上左右移動(dòng)的讀寫頭組成。這個(gè)在概念上如此簡(jiǎn)單的機(jī)器，理論上可以計(jì)算任何直觀可計(jì)算的函數(shù)。 1949年出現(xiàn)Von Neumann計(jì)算機(jī)。它的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)一致，由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，I/O設(shè)備等五個(gè)部分組成。,,Von Neumann計(jì)算機(jī),又叫“存儲(chǔ)程序式計(jì)算機(jī)” 主要特點(diǎn)：集中順序過程控制,處理器 （運(yùn)算器，控制器）,協(xié)處理器,總線,,內(nèi)存儲(chǔ)器,I/O設(shè)備,,,硬盤等,,計(jì)算機(jī)未來的發(fā)展,未來的計(jì)算機(jī)將與各種新技術(shù)相結(jié)合： 與光電子學(xué)相結(jié)合的光子計(jì)算機(jī) 與生物科學(xué)相結(jié)合，用生物材料進(jìn)行運(yùn)算的生物計(jì)算機(jī),第一章 操作系統(tǒng)概論,計(jì)算機(jī)的發(fā)展 操作系統(tǒng)的發(fā)展 操作系統(tǒng)的基本概念 分
5、析操作系統(tǒng)的幾種觀點(diǎn),為什么引入操作系統(tǒng)？,從計(jì)算機(jī)管理的角度來看,為了更加充分、有效地使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源， 合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程、有效地管理和 分配計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源。,從計(jì)算機(jī)使用的角度來看,為了給用戶操作計(jì)算機(jī)提供一個(gè)良好的界面， 以便用戶無須了解計(jì)算機(jī)硬件或系統(tǒng)軟件的有 關(guān)細(xì)節(jié)就能方便地使用計(jì)算機(jī)。,操作系統(tǒng)由哪些成分組成？,控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源的程序集合 合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程的程序集合 方便用戶使用的程序集合,操作系統(tǒng)的發(fā)展,操作系統(tǒng)發(fā)展是隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、應(yīng)用軟件的發(fā)展而發(fā)展的 目標(biāo)：充分利用硬件 提供更好的服務(wù),大型機(jī) PC機(jī) 后PC時(shí)代
6、,操作系統(tǒng)的發(fā)展--手工操作階段,操作員將紙帶/卡 片裝入輸入機(jī),,啟動(dòng)輸入機(jī)把程序 和數(shù)據(jù)裝入輸入機(jī),,通過控制臺(tái)開關(guān)使 程序運(yùn)行,,程序運(yùn)行結(jié)束將 結(jié)果在打印機(jī)上 輸出,,卸下紙帶/卡片， 將結(jié)果取走,手工操作方式具有以下兩個(gè)特點(diǎn): 串行工作方式 資源獨(dú)占方式,人機(jī)矛盾突出,,世界第一臺(tái)計(jì)算機(jī)（ENIAC）內(nèi)部工作情況,過程：將用戶提交的作業(yè)分批輸入到磁帶上，在監(jiān)督程序的控制下連續(xù)處理。 特征： 自動(dòng)性 ：無人工干預(yù)，提高計(jì)算機(jī)使用 順序性 ：按照進(jìn)入內(nèi)存的先后順序執(zhí)行 單道性：內(nèi)存中只保持一道作業(yè),操作系統(tǒng)的發(fā)展--批處理階段,聯(lián)機(jī)批處理：輸入過程、運(yùn)算和輸出過程全部都由CPU處理。輸入
7、輸出設(shè)備速度遠(yuǎn)比CPU低，在管理輸入輸出設(shè)備過程中大部分時(shí)間CPU都處于等待狀態(tài)。造成CPU資源的很大浪費(fèi) 脫機(jī)批處理：除主機(jī)外另設(shè)一臺(tái)外圍機(jī)，外圍機(jī)只與輸入輸出設(shè)備打交道，不與主機(jī)直接連接。,聯(lián)機(jī)批處理和脫機(jī)批處理,脫機(jī)批處理,紙帶機(jī),卡片機(jī),打印機(jī),外圍機(jī),,,,,,,,輸入帶,輸出帶,主機(jī),執(zhí)行管理帶,,,,單道批處理系統(tǒng)---評(píng)價(jià),解決了作業(yè)間的自動(dòng)轉(zhuǎn)接問題，減少了機(jī)器時(shí)間的浪費(fèi)。 不管作業(yè)大小，只要它一旦占用處理機(jī)開始執(zhí)行,則它必須一直占據(jù)處理機(jī)，直到運(yùn)行完畢。 資源利用率低。 對(duì)短作業(yè)不公平，因?yàn)樗鼈兊却龍?zhí)行的時(shí)間可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它們實(shí)際執(zhí)行的時(shí)間。 交互性差。作業(yè)由批處理程序控制運(yùn)行
8、，用戶無法實(shí)時(shí)控制，如果運(yùn)行中途出現(xiàn)故障，也只能停下來，重新運(yùn)行。,多道批處理系統(tǒng)現(xiàn)代意義的操作系統(tǒng) 引入的原因： 單道批處理系統(tǒng)中，任意時(shí)刻只允許一道作業(yè)在內(nèi)存中運(yùn)行，資源利用率低。 為了提高系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，形成了多道批處理系統(tǒng),操作系統(tǒng)的發(fā)展--多道批處理系統(tǒng),多道：內(nèi)存中同時(shí)存放多個(gè)相互獨(dú)立的程序，并按照某種原則分派處理機(jī)，逐個(gè)執(zhí)行這些程序。 批處理：用戶提交的作業(yè)首先存放在外存，并排成一個(gè)隊(duì)列。然后，由作業(yè)調(diào)度程序按照一定的算法從該隊(duì)列中一次選取一個(gè)或若干個(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存執(zhí)行。,多道批處理系統(tǒng),處理機(jī)自動(dòng)切換,當(dāng)某個(gè)程序占用處理機(jī)執(zhí)行過程中遇到了輸入/輸出語(yǔ)句，可以啟動(dòng)專門負(fù)
9、責(zé)輸入/輸出的系統(tǒng)服務(wù)程序完成輸入/輸出操作，而處理機(jī)切換到另一個(gè)程序執(zhí)行,,運(yùn)行,運(yùn)行,程序A,等待,等待,運(yùn)行,等待,等待,程序D,運(yùn)行,等待,等待,程序C,運(yùn)行,運(yùn)行,等待,等待,程序B,從處理機(jī)看,運(yùn)行 A,運(yùn)行 B,運(yùn)行 C,運(yùn)行 D,等待,運(yùn)行 A,運(yùn)行 B,等待,時(shí)間,,運(yùn)行,,運(yùn)行,程序A,等待,等待,運(yùn)行,,等待,等待,程序D,運(yùn)行,,等待,等待,程序C,運(yùn)行,運(yùn)行,,等待,等待,等待,程序B,從處理機(jī)看,運(yùn)行 A,運(yùn)行 B,運(yùn)行 C,運(yùn)行 D,等待,運(yùn)行 A,運(yùn)行 B,等待,,多道批處理特征,多道性：內(nèi)存中有多道程序，可以并發(fā)執(zhí)行 無序性：完成時(shí)間與進(jìn)入內(nèi)存先后無關(guān) 調(diào)度性
10、：作業(yè)從提交到完成經(jīng)兩次調(diào)度 作業(yè)調(diào)度 外存內(nèi)存（選多個(gè)） 進(jìn)程調(diào)度 分配處理機(jī)（選1個(gè)）,多道批處理優(yōu)缺點(diǎn),資源利用率高 系統(tǒng)吞吐量大 吞吐量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的總工作量 原因： 資源忙 完成或運(yùn)行不下去時(shí)才切換 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng) 作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間：從作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)開始到完成并退出系統(tǒng)經(jīng)歷的時(shí)間 通常幾小時(shí)，甚至幾天 無交互能力 修改和調(diào)試極不方便,操作系統(tǒng)的發(fā)展分時(shí)系統(tǒng),提供了一個(gè)多用戶工作環(huán)境，一臺(tái)主機(jī)連接若干臺(tái)終端，每臺(tái)終端供一個(gè)用戶使用。 用戶交互式地向系統(tǒng)提出聯(lián)機(jī)命令請(qǐng)求，系統(tǒng)接受所有用戶的命令，采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式處理服務(wù)請(qǐng)求，再通過交互式在終端顯示執(zhí)行結(jié)果。用戶根據(jù)上步結(jié)果發(fā)出下道命
11、令。,,,主機(jī),終端,,,,,,分時(shí)系統(tǒng),時(shí)間片 操作系統(tǒng)將CPU的時(shí)間劃分成若干個(gè)片段,稱為時(shí)間片 操作系統(tǒng)以時(shí)間片為單位,輪流為每個(gè)終端用戶服務(wù) 每次服務(wù)一個(gè)時(shí)間片 (其特點(diǎn)是利用人的錯(cuò)覺，使人感覺不到),分時(shí)系統(tǒng)的特征,多路性：同時(shí)有多個(gè)用戶使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)。宏觀上是多個(gè)人同時(shí)使用一個(gè)CPU。微觀上多個(gè)人在不同時(shí)刻輪流使用CPU 獨(dú)占性：用戶感覺不到計(jì)算機(jī)為其他人服務(wù)（OS提供虛機(jī)器，各個(gè)用戶的虛機(jī)器互不干擾） 交互性：用戶根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)果進(jìn)一步提出新請(qǐng)求(用戶直接干預(yù)每一步) 及時(shí)性：系統(tǒng)對(duì)用戶提出的請(qǐng)求響應(yīng)時(shí)間很短(23秒）,操作系統(tǒng)的發(fā)展實(shí)時(shí)系統(tǒng),是指使計(jì)算機(jī)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求
12、，在規(guī)定的嚴(yán)格時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)設(shè)備和實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地工作的操作系統(tǒng),實(shí)時(shí)系統(tǒng)的分類和特征,分類 第一類：實(shí)時(shí)過程控制 工業(yè)控制，軍事控制，... 第二類：實(shí)時(shí)通信（信息）處理 電訊（自動(dòng)交換），銀行，飛機(jī)訂票 股市行情 特征 及時(shí)性：系統(tǒng)對(duì)外部實(shí)時(shí)信號(hào)必須能及時(shí)響應(yīng)，響應(yīng)的時(shí)間間隔要滿足能夠控制發(fā)出實(shí)時(shí)信號(hào)的那個(gè)環(huán)境要求。 高可靠性和安全性：容錯(cuò)能力（如故障自動(dòng)復(fù)位）和冗余備份（雙機(jī)，關(guān)鍵部件）,實(shí)時(shí)系統(tǒng)與批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別,專用系統(tǒng)：許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)是專用系統(tǒng)，而批處理與分時(shí)系統(tǒng)通常是通用系統(tǒng) 實(shí)時(shí)控制：實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于控制實(shí)時(shí)過程，要求對(duì)外部事件的迅速響應(yīng)，
13、具有較強(qiáng)的中斷處理機(jī)構(gòu) 高可靠性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于控制重要過程，要求高度可靠，具有較高冗余（如雙機(jī)系統(tǒng)） 事件驅(qū)動(dòng)和隊(duì)列驅(qū)動(dòng)：實(shí)時(shí)系統(tǒng)的工作方式：接受外部消息，分析消息，調(diào)用相應(yīng)處理程序進(jìn)行處理。,網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 在各種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上 按網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的軟件 包括網(wǎng)絡(luò)管理，通信，安全，資源共享和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 目標(biāo)：相互通信，資源共享 NetWare系列，Windows系列，Linux系列,網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),通常操作系統(tǒng)的功能：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、文件管理等 網(wǎng)絡(luò)通信功能：通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸 網(wǎng)絡(luò)資源管理：協(xié)調(diào)各用戶使用 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：文件和設(shè)備
14、共享，信息發(fā)布 網(wǎng)絡(luò)管理：安全管理、故障管理、性能管理等 互操作：直接控制對(duì)方比交換數(shù)據(jù)更為困難,分布式操作系統(tǒng),分布式系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，由若干臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)構(gòu)成，它的基本特征是處理上的分布，即功能和任務(wù)的分布 分布式操作系統(tǒng)的所有系統(tǒng)任務(wù)可在系統(tǒng)中任何處理機(jī)上運(yùn)行，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的任務(wù)分配并自動(dòng)調(diào)度各處理機(jī)的工作負(fù)載,分布式操作系統(tǒng)特征,特征: 是一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng) 若干個(gè)計(jì)算機(jī)可相互協(xié)作共同完成一項(xiàng)任務(wù) 資源進(jìn)一步共享 透明性： 資源共享，分布對(duì)用戶來講是不知道的 自治性: 處于分布式系統(tǒng)的多個(gè)主機(jī)處于平等地位，無主從關(guān)系 處理能力增強(qiáng)、速度更快、可靠性增強(qiáng),網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)
15、和分布式操作系統(tǒng)的比較,耦合程度 分布式系統(tǒng)是緊密耦合系統(tǒng)，分布式操作系統(tǒng)是在各機(jī)上統(tǒng)一建立的，直接管理CPU、存儲(chǔ)器和外設(shè)；統(tǒng)一進(jìn)行全系統(tǒng)的管理；網(wǎng)絡(luò)通常容許異種操作系統(tǒng)互連，各機(jī)上各種服務(wù)程序需按不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議互操作 并行性 分布式操作系統(tǒng)可以將一個(gè)進(jìn)程分散在各機(jī)上并行執(zhí)行“進(jìn)程遷移”；網(wǎng)絡(luò)則各機(jī)上的進(jìn)程獨(dú)立 透明性 用戶是否知道或指定資源在哪個(gè)機(jī)器上 分布式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度對(duì)用戶透明，用戶不了解所占有資源的位置；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的使用要由用戶明確指定 健壯性 分布式系統(tǒng)要求更強(qiáng)的容錯(cuò)能力（工作時(shí)系統(tǒng)重構(gòu)）,PC機(jī)操作系統(tǒng),常用的個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 單用戶單任務(wù)：MS D
16、OS 單用戶多任務(wù)：OS/2, MS Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, Windows 2000 Professional 多用戶多任務(wù)：UNIX(SCO UNIX, Solaris x86, Linux, FreeBSD),DOS操作系統(tǒng),DOS操作系統(tǒng)，1981年問世，1.0版-7.0版 以字符為基礎(chǔ)的用戶接口，單用戶單任務(wù) MS-DOS(Microsoft), PC-DOS(IBM), DR DOS(Novell) 適用于16位機(jī)，最大的優(yōu)勢(shì)是支持眾多的通用軟件,Windows操作系統(tǒng),Windows操作系統(tǒng)，1985年問世，Windows1.0版
17、-Windows2000 以圖形為基礎(chǔ)的用戶接口，多窗口多任務(wù) Windows **, Windows NT(New Technology), Windows XP(Explore) 兼容16位軟件，32位操作系統(tǒng),OS/2操作系統(tǒng),OS/2操作系統(tǒng)，1987年由IBM公司推出 32位多任務(wù)操作系統(tǒng) 因缺乏應(yīng)用軟件的支持而失敗,UNIX操作系統(tǒng),1969年，Ken Thompson在一臺(tái)廢棄的PDP-7小型計(jì)算機(jī)上用匯編語(yǔ)言重寫一個(gè)簡(jiǎn)化的MULTICS操作系統(tǒng)，稱為UNICS，即為UNIX 1973年，Thompson和Ritchie一起用C重寫了UNIX 1973年到20世紀(jì)70年代末，UN
18、IX免費(fèi)擴(kuò)散 70年代中期到80年代中期，商用版本出現(xiàn) 80年代中期，UNIX已被廣泛應(yīng)用于各種型號(hào)的小型機(jī)和工作站上,第一版（1971）,第三版（1973）,第六版（1975）,第七版,第八版,SVR4（1989）,IBM AIX,SUN Solaris,HP UX,1BSD（1978）,2BSD（1978）,3BSD（1979）,4.xBSD(DARPA),4.4BSD（1993）,SYSTEM III（1982）,SYSTEM V（1983）,SVR2（1984）,SVR3（1987）,第九版,第十版 （1989）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Linux,Linus Torva
19、lds開發(fā)，以MINIX為基礎(chǔ)。是一個(gè)功能可與UNIX和Windows相媲美的操作系統(tǒng) 特點(diǎn)： 免費(fèi)軟件：可以自由安裝并任意修改軟件的源代碼 Linux操作系統(tǒng)與主流的UNIX系統(tǒng)兼容 支持幾乎所有的硬件平臺(tái)：Intel系列，Alpha系列，MIPS系列，并廣泛支持各種周邊設(shè)備,第一章 操作系統(tǒng)概論,計(jì)算機(jī)的發(fā)展 操作系統(tǒng)的發(fā)展 操作系統(tǒng)的基本概念 分析操作系統(tǒng)的幾種觀點(diǎn),操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成 操作系統(tǒng) 是在硬件基礎(chǔ)上的第一層軟件 是其他軟件和硬件之間的接口,組成計(jì)算機(jī)的任何機(jī)械的、磁性的、電子的裝置或部件,為了方便用戶和充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)效能的各種程序的總
20、稱。,,,,,計(jì)算機(jī)硬件,,,,操作系統(tǒng),,,,系統(tǒng)工具,,,,應(yīng)用軟件,,應(yīng)用用戶,,,,,應(yīng)用開發(fā)人員,,,,,操作系統(tǒng),開發(fā)人員,,,,,,,操作系統(tǒng)的地位：緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下（是其他軟件的共同環(huán)境）,軟件的分類,系統(tǒng)軟件：對(duì)用戶提出的功能，通過軟方法編制程序在硬件上實(shí)現(xiàn)。這類特殊程序稱之計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)、編譯程序等與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)的程序 應(yīng)用軟件：應(yīng)用程序、軟件包等 工具軟件：各種診斷、檢查程序、引導(dǎo)程序,操作系統(tǒng)的定義,操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件， 是一些程序模塊的集合,它們能以盡量有效、合理的方式組織和管理計(jì)算機(jī)的軟硬件資源 合理的組織計(jì)算機(jī)的工作
21、流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務(wù)功能 使得用戶能夠靈活、方便、有效的使用計(jì)算機(jī)，使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行,有效：系統(tǒng)效率，資源利用率 （如：CPU利用的充足與否，內(nèi)存、外部設(shè)備是否忙碌）,合理： 公平與否，如果不公平則會(huì)產(chǎn)生“死鎖”或“饑餓”,方便：兩種角度： 用戶界面 編程接口,操作系統(tǒng)的基本特征,并發(fā)性 共享性 虛擬性 異步性不確定性,操作系統(tǒng)的基本特征并發(fā)性,并發(fā) 處理多個(gè)同時(shí)性活動(dòng)的能力 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同時(shí)存在多個(gè)程序 宏觀上：這些程序是同時(shí)在執(zhí)行的 微觀上：任何時(shí)刻只有一個(gè)程序在執(zhí)行（單CPU），即微觀上這些程序在CPU上輪流執(zhí)行 并行：(與并發(fā)相似，但多指硬件支持）
22、 由并發(fā)引起的問題：活動(dòng)切換、保護(hù)、相互依賴的活動(dòng)間的同步,并發(fā)性和并行性的區(qū)別,操作系統(tǒng)中的并發(fā)性和并行性是既相似又有區(qū)別的兩個(gè)概念,并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間 間隔內(nèi)發(fā)生,并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻 發(fā)生,,,,,,,,,操作系統(tǒng)的基本特征共享性,共享 操作系統(tǒng)與多個(gè)用戶的程序共同使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源（共享有限的系統(tǒng)資源） 操作系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配和使用資源在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)交替被多個(gè)進(jìn)程所用 兩種資源的共享方式 互斥共享 對(duì)臨界資源的訪問 如：音頻設(shè)備、打印機(jī)等 同時(shí)訪問 多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問的資源 如：可重入代碼、磁盤文件,操作系統(tǒng)的基本特征虛擬性,虛擬 通過
23、某種技術(shù)（分時(shí)或分空間）把一個(gè)物理實(shí)體映射為若干個(gè)對(duì)應(yīng)的邏輯實(shí)體。虛擬是操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源的重要手段，可提高資源利用率 例如： 虛擬CPU、 虛擬內(nèi)存、多窗口或虛擬終端 虛擬化 是把計(jì)算機(jī)的資源，如運(yùn)算能力、存儲(chǔ)空間以及應(yīng)用程序抽離出來，讓資源的使用方式更具效率,操作系統(tǒng)的基本特征不確定性,不確定性 由共享和并發(fā)引起 在操作系統(tǒng)中可運(yùn)行多道用戶程序，而每個(gè)用戶程序的運(yùn)行時(shí)間、要使用哪些系統(tǒng)資源、使用多長(zhǎng)時(shí)間、使用的資源是共享還是獨(dú)占的，操作系統(tǒng)在程序運(yùn)行前是不知道的 要求操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要很好地解決并發(fā)和共享的問題，否則，將會(huì)產(chǎn)生不可重現(xiàn)的錯(cuò)誤，這種不可重現(xiàn)的錯(cuò)誤稱為不確定性,操作系統(tǒng)的功能,
24、處理機(jī)分配（硬件資源管理） 存儲(chǔ)器管理（硬件資源管理） 設(shè)備管理（硬件資源管理） 文件管理（軟件資源管理）,操作系統(tǒng)的功能--處理機(jī)管理,目標(biāo)：完成處理機(jī)資源的分配調(diào)度等功能 （處理機(jī)調(diào)度的單位可為進(jìn)程或線程） 進(jìn)程控制：創(chuàng)建、撤銷、掛起、改變運(yùn)行優(yōu)先級(jí)等主動(dòng)改變進(jìn)程的狀態(tài) 進(jìn)程同步：協(xié)調(diào)并發(fā)進(jìn)程之間的推進(jìn)步驟，以協(xié)調(diào)資源共享；交換信息能力弱 進(jìn)程通信：進(jìn)程之間傳送數(shù)據(jù)，以協(xié)調(diào)進(jìn)程間的協(xié)作；交換信息能力強(qiáng)，也可以用來協(xié)調(diào)進(jìn)程之間的推進(jìn) 進(jìn)程調(diào)度：作業(yè)和進(jìn)程的運(yùn)行切換，以充分利用處理機(jī)資源和提高系統(tǒng)性能；未必是進(jìn)程控制操作所引起（可能是時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、I/O操作） 同一類型內(nèi)的公平性、高效率（吞吐量
25、大）、作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間等,操作系統(tǒng)的功能--存儲(chǔ)器管理,存儲(chǔ)分配與回收 存儲(chǔ)保護(hù)：保證進(jìn)程間互不干擾、相互保密；如：訪問合法性檢查、甚至要防止從垃圾中竊取其他進(jìn)程的信息 地址映射（變換）：進(jìn)程邏輯地址到內(nèi)存物理地址的映射 內(nèi)存擴(kuò)充（覆蓋、交換和虛擬存儲(chǔ)）：提高內(nèi)存利用率、擴(kuò)大進(jìn)程的內(nèi)存空間,目標(biāo)：提高利用率、方便用戶使用、提供足夠的存儲(chǔ)空間、方便進(jìn)程并發(fā)運(yùn)行,操作系統(tǒng)的功能--設(shè)備管理,設(shè)備操作：利用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（通常在內(nèi)核中）完成對(duì)設(shè)備的操作。 設(shè)備獨(dú)立性：提供統(tǒng)一的I/O設(shè)備接口，使應(yīng)用程序獨(dú)立于物理設(shè)備，提高可適應(yīng)性；在同樣的接口和操作下完成不同的內(nèi)容（如FAX Modem作為Windows
26、上的打印機(jī)設(shè)備） 設(shè)備分配與回收：在多用戶間共享I/O設(shè)備資源 虛擬設(shè)備：設(shè)備由多個(gè)進(jìn)程共享，每個(gè)進(jìn)程如同獨(dú)占 緩沖區(qū)管理：匹配CPU和外設(shè)的速度，提高兩者的利用率（單緩沖區(qū)、雙緩沖區(qū)和公用緩沖區(qū)）,目標(biāo)：方便的設(shè)備使用、提高CPU與I/O設(shè)備利用率,操作系統(tǒng)的功能--文件管理,文件存儲(chǔ)空間管理：解決如何存放信息，以提高空間利用率和讀寫性能 目錄管理：解決信息檢索問題。文件的屬性（如文件名）、單一副本賦予多文件名 文件的讀寫管理和存取控制：解決信息安全問題。系統(tǒng)設(shè)口令、用戶分類、文件權(quán)限 軟件管理：軟件的版本、相互依賴關(guān)系、安裝和拆除等,目標(biāo)：解決軟件資源的存儲(chǔ)、共享、保密和保護(hù),操作系統(tǒng)的性
27、能指標(biāo)-RAS,,,,,,,,,OK,故障,OK,正常運(yùn)行,正在修理,平均無故障時(shí)間（MTBF）,平均故障修復(fù)時(shí)間（MTRF）,,時(shí)間,系統(tǒng)可靠行（Reliability)：在系統(tǒng)發(fā)生故障前正常運(yùn)行的平均時(shí)間，通常用MTBF(Mean Time Before Failure)表示 系統(tǒng)可維護(hù)性(Servicability)：系統(tǒng)發(fā)生故障后到正常運(yùn)行所需要的時(shí)間，用MTRF(Mean Time Repair a Fault)表示 系統(tǒng)可用性(Availability)：任何情況下系統(tǒng)能正常工作的可能性，表示為： A=MTBF/(MTBF+MTRF),其它性能參數(shù),系統(tǒng)吞吐率：系統(tǒng)在單位時(shí)
28、間內(nèi)完成的總工作量 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間：系統(tǒng)從接受數(shù)據(jù)到輸出結(jié)果之間的時(shí)間間隔。批處理中指提交作業(yè)到得到結(jié)果的時(shí)間，分時(shí)系統(tǒng)中指發(fā)出終端命令到得到回應(yīng)之間的時(shí)間 系統(tǒng)資源利用率：系統(tǒng)各種設(shè)備忙的時(shí)間 可移植性：操作系統(tǒng)在不同硬件環(huán)境之間的通用性，通常用工作量表示。,操作系統(tǒng)接口,操作系統(tǒng)是用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口，用戶通過操作系統(tǒng)的幫助，可以快速、有效和安全可靠地使用計(jì)算機(jī)的各類資源，以解決自己的問題。 命令接口：字符命令，圖形界面等 程序接口：系統(tǒng)調(diào)用 其它接口,操作系統(tǒng),系統(tǒng)調(diào)用,字符命令，圖形界面等,命令接口,命令接口允許用戶在終端上使用鍵盤命令、鼠標(biāo)單/雙擊圖符、語(yǔ)音輸入等直接交互方式 幾乎所
29、有計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)中都有 組成：命令+終端處理程序+命令解釋程序 過程： 用戶在鍵盤上輸入命令； 終端處理程序接收命令并顯示在屏幕上； 命令解釋程序解釋并執(zhí)行該命令；,命令舉例,UNIX：login；logout DOS：copy;format 命令解釋程序：操作系統(tǒng)的最高層，如 MS-DOS:COMMAND.com UNIX:shell,系統(tǒng)調(diào)用,系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給編程人員的唯一接口，編程人員用系統(tǒng)調(diào)用來請(qǐng)求操作系統(tǒng)提供服務(wù) 系統(tǒng)調(diào)用在源程序一級(jí)調(diào)用系統(tǒng)中已有的功能完成那些和機(jī)器硬件部分相關(guān)的工作，控制程序的執(zhí)行,系統(tǒng)調(diào)用過程,系統(tǒng)調(diào)用命令,,用戶程序,系統(tǒng)功能,,調(diào)用
30、,返回,系統(tǒng)調(diào)用的使用方法,只有用匯編語(yǔ)言或機(jī)器語(yǔ)言編程時(shí)才會(huì)直接使用系統(tǒng)調(diào)用 大部分高級(jí)語(yǔ)言中沒有系統(tǒng)調(diào)用這個(gè)概念，他們使用在操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用層之上的庫(kù)函數(shù)，如：write(*,*)(Fortran),printf()（C）等 有些高級(jí)語(yǔ)言中有系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)，其功能和系統(tǒng)調(diào)用完全等同，如：read(file,uffer,nbytes),其它接口,圖形界面和菜單接口，本質(zhì)上被轉(zhuǎn)化為命令接口，傳遞給系統(tǒng)內(nèi)核 智能化的用戶界面，利用多媒體技術(shù)和仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)交互，是發(fā)展中的接口技術(shù),單機(jī)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì),模塊化結(jié)構(gòu) 層次化結(jié)構(gòu) 客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)微內(nèi)核 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式,模塊化結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng)由可兼容
31、的基本模塊組成，各模塊功能獨(dú)立，模塊之間由規(guī)定的接口相互調(diào)用 優(yōu)點(diǎn)：各模塊可以單獨(dú)設(shè)計(jì)，縮短了開發(fā)周期 缺點(diǎn)：模塊之間相互依賴，調(diào)用關(guān)系復(fù)雜，給分析、移植和維護(hù)系統(tǒng)帶來困難,模塊化結(jié)構(gòu)圖,應(yīng)用程序,,用戶態(tài),核心態(tài),,,硬件,應(yīng)用程序,系統(tǒng)服務(wù),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,層次化結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng)也分成若干模塊，但這些模塊按照邏輯關(guān)系分層，各層之間的依賴關(guān)系、調(diào)用關(guān)系是單向的 優(yōu)點(diǎn)：避免了模塊化設(shè)計(jì)中調(diào)用關(guān)系復(fù)雜的缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化了接口設(shè)計(jì) 缺點(diǎn)：維護(hù)依然有難度，模塊之間依然相互依賴，局部錯(cuò)誤會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)。 DOS-模塊分層結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng),層次化結(jié)構(gòu)圖,應(yīng)用程序,,用戶態(tài),核心態(tài),,硬件,應(yīng)
32、用程序,系統(tǒng)服務(wù),文件服務(wù),內(nèi)存和I/O設(shè)備管理,處理器調(diào)度,,,,,,,客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng)中的各個(gè)服務(wù)交給單獨(dú)的服務(wù)器進(jìn)程，服務(wù)進(jìn)程運(yùn)行在用戶態(tài) 系統(tǒng)本身只負(fù)責(zé)服務(wù)進(jìn)程和調(diào)用者之間的消息傳遞等很少的任務(wù)，系統(tǒng)內(nèi)核很小，稱為微內(nèi)核 模塊化、層次化的操作系統(tǒng)為單內(nèi)核,客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)圖,文件服務(wù)器 進(jìn)程,目錄服務(wù)器 進(jìn)程,進(jìn)程服務(wù)器 進(jìn)程,微內(nèi)核,硬件,,用戶態(tài),核心態(tài),應(yīng)用程序,,面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式,面向?qū)ο箝_發(fā)的軟件易于修改、擴(kuò)充和維護(hù)。 進(jìn)程、內(nèi)存塊、文件等系統(tǒng)資源被當(dāng)作數(shù)據(jù)對(duì)象，用對(duì)象服務(wù)實(shí)施操作 Windows NT被稱為對(duì)象操作系統(tǒng),本章總結(jié),計(jì)算機(jī)的發(fā)展 操作系統(tǒng)的發(fā)展：?jiǎn)螜C(jī)、批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)、分布式 什么是操作系統(tǒng)；它的四大特征 操作系統(tǒng)的四大功能 操作系統(tǒng)的接口 操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀點(diǎn),
《操作系統(tǒng)原理》第一章概述.ppt
