計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)第四版ppt課件

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng),ComputerOperatingSystem,.,課程簡介Howmany?,.,DOS（DiskOperatingSystem）DOS是個(gè)人計(jì)算機(jī)上的一類操作系統(tǒng)。1980年，IBM公司選微軟為其新PC機(jī)編寫關(guān)鍵的操作系統(tǒng)。微軟從帕特森手中買下操作系統(tǒng)QDOS的使用權(quán)，部分改寫后給IBM，命名為MicrosoftDOS。IBM-PC機(jī)的普及使MS-DOS取得了巨大成功。,我們所熟知的操作系統(tǒng),.,2001年10月25日，微軟推出WindowsXP操作系統(tǒng)，比爾.蓋茨宣布：“DOS時(shí)代到此結(jié)束。”,.,Windows系列,.,.,Unix,Unix是一個(gè)強(qiáng)大的多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)。它用C語言編寫，支持多種處理器架構(gòu)，按照操作系統(tǒng)的分類，屬于分時(shí)操作系統(tǒng)，最早由1969年在ATreturn0;,.,用戶告訴操作系統(tǒng)執(zhí)行hello程序操作系統(tǒng)找到該程序，檢查其類型檢查程序首部，找出正文和數(shù)據(jù)的地址文件系統(tǒng)找到第一個(gè)磁盤塊父進(jìn)程需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的子進(jìn)程，執(zhí)行hello程序操作系統(tǒng)需要將執(zhí)行文件映射到進(jìn)程結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)設(shè)置CPU上下文環(huán)境，并跳到程序開始處程序的第一條指令執(zhí)行，失敗，缺頁中斷發(fā)生操作系統(tǒng)分配一頁內(nèi)存，并將代碼從磁盤讀入，繼續(xù)執(zhí)行更多的缺頁中斷，讀入更多的頁面,.,程序執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，在文件描述符中寫一字符串操作系統(tǒng)檢查字符串的位置是否正確操作系統(tǒng)找到字符串被送往的設(shè)備設(shè)備是一個(gè)偽終端，由一個(gè)進(jìn)程控制操作系統(tǒng)將字符串送給該進(jìn)程該進(jìn)程告訴窗口系統(tǒng)它要顯示字符串窗口系統(tǒng)確定這是一個(gè)合法的操作，然后將字符串轉(zhuǎn)換成像素,.,窗口系統(tǒng)將像素寫入存儲映像區(qū)視頻硬件將像素表示轉(zhuǎn)換成一組模擬信號控制顯示器（重畫屏幕）顯示器發(fā)射電子束你在屏幕上看到helloworld,.,與硬件的關(guān)系：控制CPU的工作訪問存儲器設(shè)備驅(qū)動、中斷處理。,與用戶及應(yīng)用程序的關(guān)系：提供方便的用戶界面、提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。,1.OS與各層的關(guān)系,操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中的位置,.,下層硬件環(huán)境：提供OS運(yùn)行基礎(chǔ);限制了OS的功能實(shí)現(xiàn),2.各層對操作系統(tǒng)的制約,上層軟件:對OS提出要求良好的用戶界面,.,與開發(fā)者的關(guān)系,.,1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特性1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第一章操作系統(tǒng)引論,.,本章學(xué)習(xí)目標(biāo),掌握什么是操作系統(tǒng)掌握操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用了解操作系統(tǒng)的發(fā)展過程，掌握不同種類操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)理解操作系統(tǒng)的基本特性掌握操作系統(tǒng)的主要功能了解常用的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,.,1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用,有效性改善資源利用率，提高系統(tǒng)吞吐量方便性使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用起來更方便可擴(kuò)充性能夠不斷適應(yīng)發(fā)展的要求開放性使來自不同廠家的計(jì)算機(jī)和設(shè)備能夠有效地協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的可移植性和互操作性,操作系統(tǒng)的目標(biāo),.,操作系統(tǒng)的作用,OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口OS處于用戶和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間，用戶通過OS使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用戶可以通過命令方式、系統(tǒng)調(diào)用方式和圖形、窗口方式使用計(jì)算機(jī),用戶,應(yīng)用程序,系統(tǒng)調(diào)用命令圖標(biāo)、窗口操作系統(tǒng),計(jì)算機(jī)硬件,.,OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者硬件資源：處理器、存儲器、I/O設(shè)備信息資源：程序和數(shù)據(jù),.,OS實(shí)現(xiàn)了對計(jì)算機(jī)資源的抽象當(dāng)計(jì)算機(jī)上覆蓋了操作系統(tǒng)后，便為用戶提供了一臺功能顯著增強(qiáng)，使用更加方便，效率明顯提高的虛擬計(jì)算機(jī),用戶,物理接口,硬件,用戶需了解物理接口的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；利用機(jī)器指令進(jìn)行編程,用戶無需了解物理接口的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；在窗口環(huán)境下使用計(jì)算機(jī),.,不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率計(jì)算機(jī)價(jià)格昂貴！從單個(gè)作業(yè)到批處理作業(yè)，從單道程序到多道程序，以及SPOOLing，虛擬存儲器和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下允許所有網(wǎng)絡(luò)用戶訪問文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)方便用戶改善用戶上機(jī)、調(diào)試程序時(shí)的環(huán)境器件的不斷更新?lián)Q代微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，推動著計(jì)算機(jī)器件的更新?lián)Q代。如芯片從8位16位32位64位。存儲設(shè)備從磁盤移動硬盤閃存盤掃描儀等。計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展單處理機(jī)系統(tǒng)到多處理系統(tǒng)，支持網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),OS在短短50年中取得了很大的發(fā)展。規(guī)模由原來的數(shù)十KB發(fā)展到如今的數(shù)千萬行代碼，其發(fā)展的主要?jiǎng)恿w結(jié)為如下所述的四個(gè)方面：,操作系統(tǒng)的發(fā)展動力,.,不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率方便用戶器件的不斷更新?lián)Q代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展,操作系統(tǒng),操作系統(tǒng),.,1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程,無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（第一代計(jì)算機(jī)）,人工操作穿孔卡片用于輸入數(shù)據(jù)和程序，F(xiàn)ortan程序表達(dá)式Z(1)=Y+W(1),.,穿孔紙帶既用來輸入數(shù)據(jù)，輸出同樣也在穿孔紙帶上。每一行代表一個(gè)字符。,.,脫機(jī)輸入輸出,.,單道批處理系統(tǒng)（第二代計(jì)算機(jī)）一批作業(yè)存到磁帶，由監(jiān)督程序控制逐個(gè)運(yùn)行。自動、順序、單道。,.,在t2t3、t6t7時(shí)間間隔內(nèi)CPU空閑,.,多道批處理系統(tǒng)（第三代計(jì)算機(jī)）一批作業(yè)存到外存，由調(diào)度程序選擇若干個(gè)作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存，共享CPU。多道批處理系統(tǒng)的特征：多道性、無序性、調(diào)度性。優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大。缺點(diǎn)：平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長、無交互能力。多道批處理系統(tǒng)必須解決下列問題：(1)處理機(jī)管理問題。(2)內(nèi)存管理問題。(3)I/O設(shè)備管理問題。(4)文件管理問題。(5)作業(yè)管理問題。,.,.,分時(shí)系統(tǒng)將一臺計(jì)算機(jī)提供給多個(gè)用戶同時(shí)使用。每個(gè)作業(yè)只運(yùn)行一個(gè)很短的時(shí)間片，然后暫停該作業(yè)的運(yùn)行，并立即調(diào)度下一個(gè)程序運(yùn)行。在不長的時(shí)間(如3秒)內(nèi)能使所有的用戶作業(yè)都執(zhí)行一次。特征：多路、獨(dú)立、及時(shí)、交互。,.,實(shí)時(shí)系統(tǒng)系統(tǒng)能及時(shí)(或即時(shí))響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。特征：多路、獨(dú)立、及時(shí)、交互、可靠,.,微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展（第四代計(jì)算機(jī)）單用戶單任務(wù)微機(jī)操作系統(tǒng)：CP/M和MS-DOS。單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，微軟公司推出的Windows。多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，UNIXOS。最有影響的兩個(gè)能運(yùn)行在微機(jī)上的UNIX操作系統(tǒng)的變型是SolarisOS和LinuxOS。,.,1.3操作系統(tǒng)的基本特性,并發(fā)性在計(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（即微觀上這些程序在CPU上輪流執(zhí)行）思考：并發(fā)與并行的區(qū)別？并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；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。,.,共享性共享指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源可被多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的用戶程序和系統(tǒng)程序共同使用。在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源稱為臨界資源或獨(dú)占資源，如：打印機(jī)?？晒┒鄠€(gè)進(jìn)程“同時(shí)”訪問的資源，如磁盤。,.,虛擬技術(shù)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。虛擬處理機(jī)虛擬設(shè)備虛擬磁盤虛擬存儲器,.,異步性多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，由于資源等因素的限制，進(jìn)程的執(zhí)行通常都不是“一氣呵成”，而是以“停停走走”的方式運(yùn)行。進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，此即進(jìn)程的異步性。,.,1.4操作系統(tǒng)的主要功能,處理機(jī)管理功能2、3章存儲器管理功能4章設(shè)備管理功能5章文件管理功能6章操作系統(tǒng)與用戶之間的接口7章,.,1.5OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)OS,.,分層式結(jié)構(gòu)OS從裸機(jī)A0開始，在它上面添加一層軟件，形成了一臺功能比原來機(jī)器要強(qiáng)的虛擬機(jī)A1。又從A1出發(fā)，在它上面添加一層新的軟件，把A1改造成功能更強(qiáng)的虛擬機(jī)A2。就這樣“添加擴(kuò)充再添加”，最終實(shí)現(xiàn)一臺具有所需操作系統(tǒng)各項(xiàng)功能的虛擬機(jī)。,.,客戶/服務(wù)器模式客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的思想如下：將操作系統(tǒng)分成兩大部分，一是運(yùn)行在用戶態(tài)并以客戶/服務(wù)器方式活動的進(jìn)程；二是運(yùn)行在核心態(tài)的內(nèi)核。,.,面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)OS中的各類實(shí)體如進(jìn)程、線程、消息、存儲器和文件等，都使用對象的概念，相應(yīng)地，便有了進(jìn)程對象、線程對象、存儲器對象和文件對象等。通過“重用”提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，系統(tǒng)具有更好的易修改性和易擴(kuò)展性，保證系統(tǒng)的“正確性”和“可靠性”。,.,微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)