操作系統(tǒng)課件第1章 緒論

操作系統(tǒng),第一章緒論,本章總體綱要,1.1什么是操作系統(tǒng)？1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.3操作系統(tǒng)的分類1.4操作系統(tǒng)的功能1.5計算機硬件1.7研究操作系統(tǒng)的幾種觀點,你所用過的操作系統(tǒng),計算機系統(tǒng)組成,1.1操作系統(tǒng)概念,1.1操作系統(tǒng)的概念,什么是操作系統(tǒng)？計算機硬件與用戶軟件之間的中間件程序集合OS是一個資源管理程序OS是一個控制調(diào)度程序OS一般有一個內(nèi)核（kernel)程序，開機后一直運行提供用戶和計算機之間的接口,引入操作系統(tǒng)的目的,用戶觀點：計算機為用戶提供最好的服務，構(gòu)建用戶與計算機間和諧交互環(huán)境。系統(tǒng)管理觀點：合理組織計算機工作流程，管理和分配計算機系統(tǒng)硬件及軟件資源，使之能為多個用戶高效率共享。發(fā)展觀點：給計算機系統(tǒng)的功能擴展提供支撐平臺，使之在追加新的服務和功能時更容易而不影響原有服務與功能。,操作系統(tǒng)的定義,操作系統(tǒng)（operatingsystem，簡稱OS）是計算機系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件，它是這樣一些程序模塊的集合它們管理和控制計算機系統(tǒng)中的軟件和硬件資源，合理地組織計算機工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個功能強大、使用方便和可擴展的工作環(huán)境，從而在計算機與其用戶之間起到接口的作用。,本章總體綱要,1.1什么是操作系統(tǒng)？1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.3操作系統(tǒng)的分類1.4操作系統(tǒng)的功能1.5計算機硬件1.7研究操作系統(tǒng)的幾種觀點,1.2操作系統(tǒng)發(fā)展歷史操作系統(tǒng)因由客觀的需要而產(chǎn)生，它伴隨著計算機技術(shù)及其應用的發(fā)展而逐漸發(fā)展和不斷完善，它與運行其上的計算機組成與體系結(jié)構(gòu)休戚與共，它的功能由弱到強，在計算機系統(tǒng)中的地位不斷提高，至今，它已成為計算機系統(tǒng)的核心。,計算機發(fā)展分為四個階段：194650年代末：第一代，電子管時代，無操作系統(tǒng)。50年代末60年代中：第二代，晶體管時代，批處理系統(tǒng)。60年代中70年代中：第三代：集成電路時代，多道程序設(shè)計。70年代中期至今：第四代：大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路時代，分時系統(tǒng)?，F(xiàn)代計算機正向著普適計算、網(wǎng)格計算以及巨型、微型、并行、分布、網(wǎng)絡化、智能化和生物信息化幾方面發(fā)展。,1.2.1手工操作階段電子管計算機，無操作系統(tǒng)，由手工控制作業(yè)的輸入輸出,通過控制臺開關(guān)啟動程序運行。用戶使用計算機的過程大致如下：先把程序紙帶裝上輸入機，啟動輸入機把程序和數(shù)據(jù)送入計算機，然后通過控制臺開關(guān)啟動程序運行，計算完畢后，用戶拿走打印結(jié)果，并卸下紙帶。,手工交互方式的缺點手工裝卸、人工判斷、手工修改與調(diào)試內(nèi)存指令等造成CPU空閑；提前完成造成剩余預約時間內(nèi)的CPU完全空閑；I/O設(shè)備的慢速與CPU的速度不匹配造成的CPU空閑等待時間。,1.2.2早期批處理(batchprocessing)晶體管計算機，操作系統(tǒng)的雛形，稱為監(jiān)督程序。把若干個作業(yè)合成一批，調(diào)入計算機執(zhí)行，完成后再調(diào)入下一批作業(yè)。早期的批處理：聯(lián)機批處理,脫機批處理,批處理系統(tǒng)的工作過程用戶將作業(yè)交到機房，操作員將一批作業(yè)輸入到輔存（如磁帶）上，形成一個作業(yè)隊列。當需要調(diào)入作業(yè)時，監(jiān)督程序從這一批中選一道作業(yè)調(diào)入內(nèi)存運行。當這一作業(yè)完成時，監(jiān)督程序調(diào)入另一道程序，直到這一批作業(yè)全部完成。,批處理系統(tǒng)的分類聯(lián)機批處理：由CPU直接控制作業(yè)輸入輸出。脫機批處理：由外圍機控制作業(yè)輸入輸出。,聯(lián)機批處理和脫機批處理,通道和中斷技術(shù)60年代初，發(fā)展了通道技術(shù)和中斷技術(shù)，這些技術(shù)的出現(xiàn)使監(jiān)督程序在負責作業(yè)運行的同時提供I/O控制功能。通道：用于控制I/O設(shè)備與內(nèi)存間的數(shù)據(jù)傳輸。啟動后可獨立于CPU運行，實現(xiàn)CPU與I/O的并行。中斷：是指CPU在收到外部中斷信號后，停止原來工作，轉(zhuǎn)去處理該中斷事件，完畢后回到原來斷點繼續(xù)工作。監(jiān)督程序發(fā)展為執(zhí)行系統(tǒng)(executivesystem)，常駐內(nèi)存。,對批處理階段的評價作業(yè)轉(zhuǎn)換時間大大減小，系統(tǒng)運行效果提高（自動性、順序性）。存在I/O慢造成的CPU空閑等待時間（單道）。程序員（和非編程用戶）無法同計算機交互。一個操作系統(tǒng)被設(shè)計成只能在一種機器上運行。,1.2.3多道程序系統(tǒng)操作系統(tǒng)發(fā)展史上革命性變革。多道程序設(shè)計技術(shù)：在內(nèi)存中放多道程序,使它們在管理程序的控制下相互穿插地運行。,單道和多道程序工作過程比較,多道程序運行的特點多道。宏觀上并行：同時有多道程序在內(nèi)存運行，某一時間段上，各道程序不同程度地向前推進。微觀上串行：任一時刻最多只有一道作業(yè)占用CPU，多道程序交替使用CPU。,1.2.4分時系統(tǒng)推動多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的動力是提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。推動分時系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力是用戶的需要：交互、共享主機、方便上機。分時系統(tǒng)是指在一臺主機上連接多個帶有顯示器和鍵盤的終端，同時允許多個用戶通過自己的鍵盤，以交互的方式使用計算機，共享主機中的資源。,分時系統(tǒng)的特征多路性：允許同一主機聯(lián)接多臺終端。獨立性：每一用戶獨占一個終端。及時性：用戶請求能及時響應。交互性：可進行廣泛的人機對話。,1.2.5實時操作系統(tǒng)實時系統(tǒng)（RealTimeSystem）是指系統(tǒng)能及時響應外部事件的請求，在規(guī)定的時間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實時任務協(xié)調(diào)一致地運行。實時控制：如工業(yè)控制、武器的控制等。實時信息處理：如聯(lián)網(wǎng)訂票系統(tǒng)。,實時系統(tǒng)的特征：多路性獨立性及時性交互性可靠性,1.2.6通用操作系統(tǒng)各種操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，致使操作系統(tǒng)日益完善，出現(xiàn)了通用操作系統(tǒng)。通用操作系統(tǒng)兼有多道批處理、分時、實時處理的功能。,操作系統(tǒng)的發(fā)展概述,本章總體綱要,1.1什么是操作系統(tǒng)？1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.3操作系統(tǒng)的分類1.4操作系統(tǒng)的功能1.5計算機硬件1.7研究操作系統(tǒng)的幾種觀點,1.3操作系統(tǒng)的基本類型,批處理系統(tǒng)個人計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)分布式系統(tǒng)實時系統(tǒng)分時系統(tǒng),脫機使用,批處理，多道程序設(shè)計,價格便宜，CPU利用率低，聯(lián)網(wǎng)，安全保護,多媒體,Novell公司的NetWare,按照網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的操作系統(tǒng),基礎(chǔ)是網(wǎng)絡以及相關(guān)網(wǎng)絡協(xié)議,用于實時控制以及實時數(shù)據(jù)處理,交互性、多用戶、獨占性,多道程序設(shè)計與多重處理系統(tǒng)的區(qū)別,多道批處理系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的區(qū)別,本章總體綱要,1.1什么是操作系統(tǒng)？1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.3操作系統(tǒng)的分類1.4操作系統(tǒng)的功能1.5計算機硬件1.7研究操作系統(tǒng)的幾種觀點,處理機管理,處理機是最重要的資源，現(xiàn)代操作系統(tǒng)允許多個程序共享處理機，按照某種算法（分時、優(yōu)先級）交替地使用處理機。處理機管理包括以下幾方面：進程控制、進程同步、進程通信、調(diào)度。,存儲管理,第二重要資源。存儲器管理要具備下列功能：內(nèi)存分配。地址映射：把程序中的邏輯地址映射為物理地址。存儲保護：使多道程序間互不干擾。存儲擴充：用輔存擴充主存，實現(xiàn)“虛擬存儲器”。,設(shè)備管理,最龐大、瑣碎的部分，因為：物理設(shè)備品種繁多、用法各異。各種外設(shè)能和主機并行工作。主機與各類外設(shè)速度極不匹配，級差很大。,設(shè)備管理主要任務,完成用戶進程提出的I/O請求為用戶進程分配其所需的I/O設(shè)備提高CPU和I/O設(shè)備的利用率提高I/O速度方便用戶使用I/O設(shè)備,設(shè)備管理的功能,緩沖管理：為設(shè)備提供緩沖區(qū)以緩和CPU與設(shè)備的I/O速度不匹配的矛盾。設(shè)備分配。設(shè)備驅(qū)動：為設(shè)備提供驅(qū)動程序。設(shè)備獨立性和虛擬設(shè)備。,文件系統(tǒng)管理,文件系統(tǒng)管理的功能：文件存儲空間管理。目錄管理：為了用戶方便找到他所需的文件。文件的讀寫管理和存取控制：存取控制就是防止文件被非法使用。,用戶接口,作業(yè)一級接口：為了便于用戶直接或間接地控制自己的作業(yè)。（聯(lián)機用戶接口與脫機用戶接口）程序一級接口：為用戶程序在執(zhí)行中訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置的。由一組系統(tǒng)調(diào)用組成。,本章總體綱要,1.1什么是操作系統(tǒng)？1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.3操作系統(tǒng)的分類1.4操作系統(tǒng)的功能1.5計算機硬件1.7研究操作系統(tǒng)的幾種觀點,1.5計算機硬件簡介,計算機基本的硬件元素處理器、存儲器、輸入輸出控制、總線、外部設(shè)備處理器單個處理器，稱之為單機系統(tǒng)多個處理器，稱之為多機系統(tǒng),1.5.1計算機基本的硬件元素,存儲器內(nèi)存外存：光盤、磁盤、硬盤高速緩存（cache）輸入輸出控制器與緩沖主要用來控制和暫時存儲外部設(shè)備與計算機內(nèi)存之間交換的數(shù)據(jù)和程序。,外部設(shè)備是獲取和輸出數(shù)據(jù)程序的基本單位，包括數(shù)字設(shè)備和模擬設(shè)備?？偩€總線是連接計算機各部件的通信線路。單總線：處理機、外設(shè)、存儲器都連接在一起。多總線：CPU與內(nèi)存分開連接，外設(shè)與外存也分開連接。,1.5.2與操作系統(tǒng)有關(guān)的幾種寄存器,寄存器與操作系統(tǒng)密切相關(guān)，在處理機中交換數(shù)據(jù)的速度比內(nèi)存更快、體積更小，而價格又更貴的暫存器件。處理機中寄存的功能分為二類用戶可編程存器控制與狀態(tài)寄存器：被用來對處理機的優(yōu)先級、保護模式或用戶程序執(zhí)行時的調(diào)用關(guān)系等進行控制和操作,典型的用戶可編程寄存器包括以下幾種：數(shù)據(jù)寄存器地址寄存器條件碼寄存器典型的控制與狀態(tài)寄存器包括以下幾種：程序計數(shù)器PC指令寄存器程序狀態(tài)字PSW中斷現(xiàn)場保護寄存器過程調(diào)用堆棧,指令的執(zhí)行與中斷應用程序必須通過指令執(zhí)行才能完成。執(zhí)行指令的基本過程分為兩步：處理機從內(nèi)存把指令讀入的過程和執(zhí)行的過程。讀指令是根據(jù)程序計數(shù)器PC所指的地址讀入，而執(zhí)行的指令則是指令寄存器IR中的指令。我們把指令的讀入和執(zhí)行過程稱為一個執(zhí)行周期。,本章總體綱要,1.1什么是操作系統(tǒng)？1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史1.3操作系統(tǒng)的分類1.4操作系統(tǒng)的功能1.5計算機硬件1.7研究操作系統(tǒng)的幾種觀點&小結(jié),1.7研究操作系統(tǒng)的幾種觀點,操作系統(tǒng)是計算機資源的管理者用戶界面的觀點進程管理的觀點,總結(jié),什么是操作系統(tǒng)？引入操作系統(tǒng)的目的操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史操作