操作系統(tǒng)課件(1.1 基本概述)VIP

1、徐小龍/WindowsUNIXMac OSOpenStackAndroidLinux操作系統(tǒng)概念本講內容1. 操作系統(tǒng)的地位和作用 2. 操作系統(tǒng)的定義 3. 操作系統(tǒng)的功能 4. 操作系統(tǒng)的特性 5. 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的地位和作用地位地位1計算機系統(tǒng)由硬件和軟件組成OS是硬件之上的第一層軟件OS是其他軟件和硬件之間的接口操作系統(tǒng)的地位和作用操作系統(tǒng)的地位和作用作用作用2從一般用戶的觀點從一般用戶的觀點 從資源管理觀點從資源管理觀點 把操作系統(tǒng)視為計算機系統(tǒng)資源的管理者。 把操作系統(tǒng)看作是用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口 操作系統(tǒng)的地位和作用操作系統(tǒng)的設計目標操作系統(tǒng)的設計目標 3 操作

2、系統(tǒng)為用戶提供友好的用戶接口，用戶輸入命令，操作系統(tǒng)按命令控制程序的執(zhí)行； 用戶可以在程序中調用操作系統(tǒng)的功能模塊完成相應任務，而不必了解硬件的物理特性。 操作系統(tǒng)的地位和作用有效地管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織計算機的工作流程，提高系統(tǒng)工作效率。 可以滿足計算機硬件與體系結構的發(fā)展以及應用不斷擴大的要求，能方便地擴展新的功能。 操作系統(tǒng)的地位和作用 開放性指的是產(chǎn)品和技術之間相互連接和協(xié)作的能力。無論是硬件還是軟件，開放性接口都已作為一種明確、實際的行業(yè)標準廣泛應用在公開發(fā)行的文檔中。 操作系統(tǒng)概念本講內容1. 操作系統(tǒng)的地位和作用 2. 操作系統(tǒng)的定義 3. 操作系統(tǒng)的功能 4. 操

3、作系統(tǒng)的特性 5. 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的最基本的一種系統(tǒng)軟件，是一些程序模塊的集合能以盡量有效、合理的方式組織和管理計算機的軟、硬件資源，合理的組織計算機的工作流程；控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務功能 ，使整個計算機系統(tǒng)能高效地運行；改善人機界面，使用戶能夠靈活、方便、有效的使用計算機。操作系統(tǒng)概念本講內容1. 操作系統(tǒng)的地位和作用 2. 操作系統(tǒng)的定義 3. 操作系統(tǒng)的功能 4. 操作系統(tǒng)的特性 5. 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的資源管理者。在計算機系統(tǒng)中，能分配給用戶使用的各種硬件和軟件設施總稱為資源。資源類型：資源類型：處理器

4、、存儲器、I/O設備等；硬件資源硬件資源信息資源信息資源程序、文件和數(shù)據(jù)等。 操作系統(tǒng)的功能實現(xiàn)資源共享實現(xiàn)資源共享提高資源利用率提高資源利用率操作系統(tǒng)的功能資源管理的觀點資源管理的觀點資源管理者資源管理者記錄資源使用狀況記錄資源使用狀況哪些資源空閑好壞與否被誰使用使用多長時間操作系統(tǒng)的功能合理的分配資源合理的分配資源具體完成分配具體完成分配回收資源回收資源靜態(tài)分配策略靜態(tài)分配策略 (在程序運行前分配，但效率不高)動態(tài)分配策略動態(tài)分配策略 (在程序運行過程中何時用資源，何時分配。 其缺點是會出現(xiàn)死鎖)操作系統(tǒng)的功能從資源管理和面向用戶的角度看，操作系統(tǒng)的從資源管理和面向用戶的角度看，操作系統(tǒng)的

5、功能主要包括：功能主要包括：處理機管理處理機管理存儲管理存儲管理設備管理設備管理文件管理文件管理網(wǎng)絡管理網(wǎng)絡管理用戶接口用戶接口操作系統(tǒng)的功能處理機管理處理機管理1完成處理機資源的分配調度等功能（調度的單位可為進程或線程） 進程控制和管理 進程同步和互斥 進程通信 進程死鎖 線程控制和管理 處理器調度 高級調度 中級調度 低級調度操作系統(tǒng)的功能存儲管理存儲管理2管理存儲資源，為多道程序運行提供有力的支撐；便于用戶使用存儲資源，提高存儲空間的利用率。操作系統(tǒng)的功能（1）存儲分配）存儲分配根據(jù)用戶程序的需要分配給它存儲器資源，程序運行結束時，需回收存儲資源。（2）存儲共享）存儲共享實現(xiàn)多個進程對存

6、儲資源的共享，以提高存儲器的利用率。操作系統(tǒng)的功能（3）地址轉換與存儲保護）地址轉換與存儲保護把用戶的邏輯地址轉換成物理地址，同時保證各個用戶程序相互隔離起來互不干擾，保護系統(tǒng)和用戶存放在存儲器中的信息不被破壞。（4）存儲擴充）存儲擴充從邏輯上來擴充內存儲器，把內存和外存融合起來使用，為用戶提供一個比實際內存容量大得多的邏輯空間，操作系統(tǒng)的功能設備管理設備管理3管理各類外圍設備，完成用戶提出的I/O請求；提高I/O設備的利用率；提供每種設備的設備驅動程序和中斷處理程序；隱蔽硬件細節(jié)，提供方便簡單的設備使用方法。 操作系統(tǒng)的功能（1）提供I/O設備的控制與處理；（2）提供緩沖區(qū)的管理；（3）提供

7、設備獨立性；（4）實現(xiàn)外圍設備的分配和去配；（5）實現(xiàn)共享型I/O設備的驅動調度；（6）實現(xiàn)虛擬設備。操作系統(tǒng)的功能文件管理文件管理4是對系統(tǒng)中信息資源的管理程序程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)的功能對用戶文件和系統(tǒng)文件進行有效管理，實現(xiàn)按名存取；實現(xiàn)文件的共享、保護和保密，保證文件的安全性；提供用戶一整套能方便使用文件的操作和命令。 操作系統(tǒng)的功能（1）提供文件的邏輯組織方法；（2）提供文件的物理組織方法；（3）提供文件的存取方法；（4）提供文件的使用方法；（5）實現(xiàn)文件的目錄管理；（6）實現(xiàn)文件的共享和存取控制；（7）實現(xiàn)文件的存儲空間管理。 操作系統(tǒng)的功能網(wǎng)絡管理網(wǎng)絡管理5（1）網(wǎng)上資源管理功能）網(wǎng)

8、上資源管理功能實現(xiàn)網(wǎng)上資源的共享；管理用戶對資源的訪問；保證信息資源的安全性和完整性。操作系統(tǒng)的功能（2）數(shù)據(jù)通信管理功能）數(shù)據(jù)通信管理功能按照通信協(xié)議的規(guī)定，完成網(wǎng)絡計算機間的信息傳送。（3）網(wǎng)絡管理功能）網(wǎng)絡管理功能故障管理安全管理性能管理配置管理操作系統(tǒng)的功能用戶接口用戶接口6為了使用戶能靈活、方便地使用計算機和系統(tǒng)功能，操作系統(tǒng)提供了一組使用其功能的手段稱用戶接口。操作系統(tǒng)的功能程序接口程序接口操作接口操作接口 用戶通過這些接口能方便地調用操作系統(tǒng)功能，有效地組織作業(yè)及其工作和處理流程，并使整個系統(tǒng)能高效地運行。 操作系統(tǒng)概念本講內容1. 操作系統(tǒng)的地位和作用 2. 操作系統(tǒng)的定義 3

9、. 操作系統(tǒng)的功能 4. 操作系統(tǒng)的特性 5. 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的特性 并發(fā)性（并發(fā)性（concurrence）1在計算機系統(tǒng)中存在多個程序在運行：在計算機系統(tǒng)中存在多個程序在運行：宏觀上：宏觀上：多個程序同時在執(zhí)行微觀上：微觀上：任何時刻只有一個程序在執(zhí)行操作系統(tǒng)的特性 并發(fā)性是指兩個或兩個以上的事件或活動在同一時間間隔內發(fā)生。好處：使CPU與外設同時并行執(zhí)行，提高了資源的利用率。問題：帶來諸如多道程序執(zhí)行過程的中斷、同一程序在不同硬件上的調度轉換、同一CPU上不同程序的現(xiàn)場切換、存儲保護以及合作進程如何同步等問題。 操作系統(tǒng)的特性 共享性共享性 2順序性共享順序性共享 競爭性共享競

10、爭性共享 共享指計算機系統(tǒng)中的資源可被多個并發(fā)執(zhí)行的用戶程序和系統(tǒng)程序共同使用。 操作系統(tǒng)的特性 共享性和并發(fā)性是操作系統(tǒng)兩個共享性和并發(fā)性是操作系統(tǒng)兩個最基本的特性，它們互為依存。最基本的特性，它們互為依存。資源的共享是因為程序的并發(fā)執(zhí)行而引起的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然就不存在資源共享問題。若系統(tǒng)不能對資源共享實施有效管理，必然會影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至程序無法并發(fā)執(zhí)行，操作系統(tǒng)也就失去了并發(fā)性。 操作系統(tǒng)的特性 不確定性不確定性 3不確定性也稱異步性。不確定性也稱異步性。 在多道程序并發(fā)執(zhí)行的環(huán)境中，各程序之間存在著直接或間接的聯(lián)系，程序的推進速度會受到運行環(huán)境的影響 。系統(tǒng)事件

11、的發(fā)生是具有隨機性和不確定性。系統(tǒng)事件的發(fā)生是具有隨機性和不確定性。 操作系統(tǒng)的特性 操作系統(tǒng)的不確定性是并發(fā)與共享的必然結果。為了實現(xiàn)并發(fā)與共享，操作系統(tǒng)必須有能力隨時響應和正確處理各種隨機事件。共享性、并發(fā)性與不確定性的關系：共享性、并發(fā)性與不確定性的關系：操作系統(tǒng)的特性 虛擬性虛擬性 4虛擬是指物理上沒有提供，但是邏輯上卻具備的功能；在用戶看來好像是物理上原來就具有的功能一樣；采用虛擬技術的目的是為了提高資源利用率和為用戶提供易于使用、方便高效的操作環(huán)境。 操作系統(tǒng)的特性 操作系統(tǒng)虛擬機操作系統(tǒng)虛擬機 對系統(tǒng)硬件和軟件資源的虛擬對系統(tǒng)硬件和軟件資源的虛擬 （如虛擬處理機、虛擬內存、虛擬設

12、備、虛擬文件系統(tǒng)）（如虛擬處理機、虛擬內存、虛擬設備、虛擬文件系統(tǒng)） 操作系統(tǒng)的特性 操作系統(tǒng)的并發(fā)性、共享性、不確定性、虛擬性操作系統(tǒng)的并發(fā)性、共享性、不確定性、虛擬性四個特征不是相互獨立的，而具有密切的關系：四個特征不是相互獨立的，而具有密切的關系： 并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個最基本的特征，它們又是互為存在的條件。 虛擬技術為共享提供了更好的條件，而并發(fā)與共享是導致不確定性的根本原因。 操作系統(tǒng)概念本講內容1. 操作系統(tǒng)的地位和作用 2. 操作系統(tǒng)的定義 3. 操作系統(tǒng)的功能 4. 操作系統(tǒng)的特性 5. 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的性能 操作系統(tǒng)的性能如何，直接影響計算機系統(tǒng)的總體性能。操作系統(tǒng)要能有效地使用系統(tǒng)資源，盡可能快地響應用戶請求，方便用戶使用計算機。 系統(tǒng)效率 系統(tǒng)可靠性與安全性 系統(tǒng)可維護性 易用性 可擴充性 開放性操作系統(tǒng)的性能 系統(tǒng)效率系統(tǒng)效率資源的利用率，內存利用率，外部設備利用均衡性；用戶的周轉時間，吞吐量，響應時間。 系統(tǒng)可靠性與安全性系統(tǒng)可靠性與安全性操作系統(tǒng)是整個計算機系統(tǒng)的所有硬件與軟件資源 的管理者，它的可靠性與安全性，直接影響著整個計算機系統(tǒng)的運行可靠性與安全性。 操作系統(tǒng)的性能 系統(tǒng)可維護性系統(tǒng)可維護性在軟件的生命期中，其維護成本已占軟件成本的70%。操作系統(tǒng)是否具有較好的維護性是決定操作系