c++_操作系統(tǒng)緒論

1、操作系統(tǒng)緒論操作系統(tǒng)緒論 東南大學(xué)電氣工程學(xué)院東南大學(xué)電氣工程學(xué)院 School of Electrical Engineering, Southeast University 目的與要求 課程目的：課程目的： 基本要求：基本要求： 你知道那些操作系統(tǒng)？ School of Electrical Engineering, Southeast University 功能與任務(wù) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) (層次結(jié)構(gòu)) 軟件 硬件及固件（裸機(jī)） 應(yīng)用軟件 系統(tǒng)軟件 編輯軟件，編譯軟件 操作系統(tǒng) 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 School of Electri

2、cal Engineering, Southeast University 功能與任務(wù) OS是計(jì)算機(jī)硬件、軟件資源的管理者是計(jì)算機(jī)硬件、軟件資源的管理者 管理的對(duì)象：CPU、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備、信息（數(shù)據(jù)和 軟件）； 管理的內(nèi)容：資源的當(dāng)前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況）、資 源的分配、回收和訪問操作，相應(yīng)管理策略。 OS是用戶使用系統(tǒng)硬件、軟件的接口是用戶使用系統(tǒng)硬件、軟件的接口 系統(tǒng)命令系統(tǒng)命令（命令行、菜單式、命令腳本式、圖形用戶 接口GUI）； 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用（形式上類似于過程調(diào)用，在應(yīng)用編程中使 用）。 School of Electrical Engineering, Southeast U

3、niversity 功能與任務(wù) 在裸機(jī)上添加：設(shè)備管理、文件管理、存儲(chǔ)管理（針 對(duì)內(nèi)存和外存）、處理機(jī)管理（針對(duì)CPU）； 合理組織工作流程：作業(yè)管理、進(jìn)程管理。 操作系統(tǒng)的非形式化定義（關(guān)鍵點(diǎn)）：操作系統(tǒng)的非形式化定義（關(guān)鍵點(diǎn)）：系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)軟件， 程序模塊的集合，資源管理和用戶接口功能程序模塊的集合，資源管理和用戶接口功能 OS是擴(kuò)展機(jī)是擴(kuò)展機(jī)(extended machine)/虛擬機(jī)虛擬機(jī)(virtual machine) School of Electrical Engineering, Southeast University 發(fā)展過程 手工操作手工操作 批處理系統(tǒng)批處理系統(tǒng)(

4、batch processing) 多道程序系統(tǒng)多道程序系統(tǒng)(multiprogramming system) 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)(time-sharing system) 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)(real-time system) School of Electrical Engineering, Southeast University 發(fā)展過程 工作方式工作方式 用戶：用戶既是程序員，又是操作員；用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè)用戶：用戶既是程序員，又是操作員；用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè) 人員；人員； 編程語言：為機(jī)器語言；編程語言：為機(jī)器語言； 輸入輸出：紙帶或卡片；輸入輸出：紙帶或卡片； 194619465858年（

5、電子管）：集中計(jì)算（計(jì)算中心），計(jì)算機(jī)年（電子管）：集中計(jì)算（計(jì)算中心），計(jì)算機(jī) 資源昂貴；資源昂貴； School of Electrical Engineering, Southeast University 發(fā)展過程 主要矛盾主要矛盾 計(jì)算機(jī)處理能力的提高，手工操作的低效率（造成計(jì)算機(jī)處理能力的提高，手工操作的低效率（造成 浪費(fèi)）；浪費(fèi)）； 用戶獨(dú)占全機(jī)的所有資源；用戶獨(dú)占全機(jī)的所有資源； 提高效率的途徑提高效率的途徑 專門的操作員，批處理專門的操作員，批處理 工作特點(diǎn)工作特點(diǎn) 用戶獨(dú)占全機(jī)用戶獨(dú)占全機(jī) CPUCPU等待用戶等待用戶 School of Electrical Engine

6、ering, Southeast University 發(fā)展過程 批處理中的作業(yè)的組成：批處理中的作業(yè)的組成： 用戶程序用戶程序 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言）作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言） 5858年年6464年（晶體管）：利用磁帶把若干個(gè)作業(yè)分類編成作年（晶體管）：利用磁帶把若干個(gè)作業(yè)分類編成作 業(yè)執(zhí)行序列，每個(gè)批作業(yè)由一個(gè)專門的監(jiān)督程序（業(yè)執(zhí)行序列，每個(gè)批作業(yè)由一個(gè)專門的監(jiān)督程序（MonitorMonitor） 自動(dòng)依次處理?？墒褂脜R編語言開發(fā)自動(dòng)依次處理?？墒褂脜R編語言開發(fā)。 School of Electrical Engineering, Southeast University

7、 發(fā)展過程 兩種批處理方式兩種批處理方式 (1)(1)聯(lián)機(jī)批處理（早期）（解決人機(jī)矛盾）聯(lián)機(jī)批處理（早期）（解決人機(jī)矛盾） 用戶提交作業(yè)用戶提交作業(yè) 操作員合成批作業(yè)操作員合成批作業(yè) 批作業(yè)處理：對(duì)批作業(yè)中的每個(gè)作業(yè)進(jìn)行相同的處理：批作業(yè)處理：對(duì)批作業(yè)中的每個(gè)作業(yè)進(jìn)行相同的處理： 從磁帶讀入用戶作業(yè)和編譯鏈接程序，編譯鏈接用戶作從磁帶讀入用戶作業(yè)和編譯鏈接程序，編譯鏈接用戶作 業(yè)，生成可執(zhí)行程序；啟動(dòng)執(zhí)行；執(zhí)行結(jié)果輸出。業(yè)，生成可執(zhí)行程序；啟動(dòng)執(zhí)行；執(zhí)行結(jié)果輸出。 問題問題：慢速的輸入輸出處理仍直接由主機(jī)來完成。：慢速的輸入輸出處理仍直接由主機(jī)來完成。輸入輸入 輸出時(shí)，輸出時(shí)，CPUCPU處于

8、等待狀態(tài)處于等待狀態(tài)。 School of Electrical Engineering, Southeast University 發(fā)展過程 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：同一批內(nèi)各作業(yè)的自動(dòng)依次更替，改善了主機(jī)同一批內(nèi)各作業(yè)的自動(dòng)依次更替，改善了主機(jī)CPUCPU和和 I/OI/O設(shè)備的使用效率，設(shè)備的使用效率，提高了吞吐量提高了吞吐量。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：磁帶或磁盤：磁帶或磁盤需要人工裝卸，作業(yè)需要人工分類需要人工裝卸，作業(yè)需要人工分類，監(jiān)督，監(jiān)督 程序易遭到用戶程序的破壞（由人工干預(yù)才可恢復(fù)）。程序易遭到用戶程序的破壞（由人工干預(yù)才可恢復(fù)）。 利用衛(wèi)星機(jī)完成輸入輸出功能。主機(jī)與衛(wèi)星機(jī)可并行工作。利用衛(wèi)星機(jī)完成輸入

9、輸出功能。主機(jī)與衛(wèi)星機(jī)可并行工作。 (2)(2)脫機(jī)批處理脫機(jī)批處理 （解決（解決cpucpu與與I/OI/O設(shè)備速度不匹配的矛盾）設(shè)備速度不匹配的矛盾） School of Electrical Engineering, Southeast University 發(fā)展過程 CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備使用忙閑不均（取決于當(dāng)前作業(yè)的特性）設(shè)備使用忙閑不均（取決于當(dāng)前作業(yè)的特性） 內(nèi)存僅放一道運(yùn)行程序內(nèi)存僅放一道運(yùn)行程序 對(duì)計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑；對(duì)計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑； 對(duì)對(duì)I/OI/O為主的作業(yè)，為主的作業(yè)，CPUCPU空閑；空閑； 主要問題主要問題 通道：通道：用于控制用于控制I

10、/OI/O設(shè)備與內(nèi)存間的數(shù)據(jù)傳輸。啟動(dòng)后可設(shè)備與內(nèi)存間的數(shù)據(jù)傳輸。啟動(dòng)后可 獨(dú)立于獨(dú)立于CPUCPU運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)CPUCPU與與I/OI/O的并行。的并行。 中斷中斷是指是指CPUCPU在收到外部中斷信號(hào)后，停止原來工作，轉(zhuǎn)在收到外部中斷信號(hào)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(diǎn)繼續(xù)工作。去處理該中斷事件，完畢后回到原來斷點(diǎn)繼續(xù)工作。 引進(jìn)緩沖技術(shù)，減少引進(jìn)緩沖技術(shù)，減少cpucpu和外設(shè)的等待時(shí)間，提高和外設(shè)的等待時(shí)間，提高cpucpu和外和外 設(shè)并行工作的程度。設(shè)并行工作的程度。 解決措施解決措施 School of Electrical Engineering

11、, Southeast University 發(fā)展過程 多道程序技術(shù)運(yùn)行特征多道程序技術(shù)運(yùn)行特征 多道：內(nèi)存中同時(shí)存放幾個(gè)作業(yè)；多道：內(nèi)存中同時(shí)存放幾個(gè)作業(yè)； 宏觀上并行運(yùn)行：都處于運(yùn)行狀態(tài)，但都未運(yùn)行完；宏觀上并行運(yùn)行：都處于運(yùn)行狀態(tài)，但都未運(yùn)行完； 微觀上串行運(yùn)行：各作業(yè)交替使用微觀上串行運(yùn)行：各作業(yè)交替使用CPUCPU；由；由OSOS根據(jù)作業(yè)情根據(jù)作業(yè)情 況來決定，某作業(yè)無法運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)而運(yùn)行另一個(gè)作業(yè)況來決定，某作業(yè)無法運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)而運(yùn)行另一個(gè)作業(yè) 6464年年7070年（集成電路）：利用多道批處理提高資源的利用率。年（集成電路）：利用多道批處理提高資源的利用率。 作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度 資源共享資

12、源共享 內(nèi)存使用內(nèi)存使用 內(nèi)存保護(hù)內(nèi)存保護(hù) 文件非順序存放、隨機(jī)存取文件非順序存放、隨機(jī)存取 School of Electrical Engineering, Southeast University 發(fā)展過程 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 資源利用率高：資源利用率高：CPUCPU和內(nèi)存利用率較高；和內(nèi)存利用率較高； 作業(yè)吞吐量大：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的工作總量大。作業(yè)吞吐量大：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的工作總量大。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 用戶交互性差：不利于調(diào)試和修改；用戶交互性差：不利于調(diào)試和修改； 作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)：短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長(zhǎng)。作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)：短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長(zhǎng)。 School of Electri

13、cal Engineering, Southeast University 發(fā)展過程 “分時(shí)分時(shí)”的含義分時(shí)是指多個(gè)用戶分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)。的含義分時(shí)是指多個(gè)用戶分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)。 多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源。多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源。 多個(gè)用戶分時(shí)多個(gè)用戶分時(shí) 通常按時(shí)間片通常按時(shí)間片(time slice)(time slice)分配：各個(gè)程序在分配：各個(gè)程序在CPUCPU上執(zhí)行上執(zhí)行 的輪換時(shí)間的輪換時(shí)間 設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)目標(biāo)：對(duì)用戶的請(qǐng)求及時(shí)響應(yīng)，并在可能條件下盡量對(duì)用戶的請(qǐng)求及時(shí)響應(yīng)，并在可能條件下盡量 提高系統(tǒng)資源的利用率提高系統(tǒng)資源的利用率 適合適合辦公自動(dòng)化、教學(xué)

14、及事務(wù)處理等要求人機(jī)會(huì)話的場(chǎng)合辦公自動(dòng)化、教學(xué)及事務(wù)處理等要求人機(jī)會(huì)話的場(chǎng)合 7070年代中期至今年代中期至今 同時(shí)性、獨(dú)立性同時(shí)性、獨(dú)立性、交互性、交互性、及時(shí)性、及時(shí)性 School of Electrical Engineering, Southeast University 發(fā)展過程 要求：要求：響應(yīng)時(shí)間短，在一定范圍系統(tǒng)可靠性高響應(yīng)時(shí)間短，在一定范圍系統(tǒng)可靠性高 任務(wù)的類型：任務(wù)的類型： 周期性實(shí)時(shí)任務(wù)周期性實(shí)時(shí)任務(wù) 非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)非周期性實(shí)時(shí)任務(wù) 用于工業(yè)過程控制、軍事實(shí)時(shí)控制、金融等領(lǐng)域用于工業(yè)過程控制、軍事實(shí)時(shí)控制、金融等領(lǐng)域 School of Electrical Eng

15、ineering, Southeast University 分類 批處理操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng) 分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng) School of Electrical Engineering, Southeast University 分類 作業(yè)的處理流程作業(yè)的處理流程 作業(yè)提交：作業(yè)的輸入；作業(yè)提交：作業(yè)的輸入； 作業(yè)執(zhí)行作業(yè)執(zhí)行 作業(yè)完成：作業(yè)的輸出；作業(yè)完成：作業(yè)的輸出； 批處理操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)(Batch Processing Operation System) 批處理的主要特征批處理的主要特征 用戶

16、脫機(jī)使用計(jì)算機(jī)用戶脫機(jī)使用計(jì)算機(jī) 作業(yè)成批處理作業(yè)成批處理 多道程序并行多道程序并行 三種批處理類型三種批處理類型 單道批處理操作系統(tǒng)；單道批處理操作系統(tǒng)； 多道批處理操作系統(tǒng)；多道批處理操作系統(tǒng)； 遠(yuǎn)程批處理系統(tǒng)遠(yuǎn)程批處理系統(tǒng) School of Electrical Engineering, Southeast University 分類 把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源（尤其是把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源（尤其是CPUCPU時(shí)間）進(jìn)行時(shí)間上的時(shí)間）進(jìn)行時(shí)間上的 分割，每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)時(shí)間片（分割，每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)時(shí)間片（time slicetime slice），每），每 個(gè)用戶依次輪流使用時(shí)間片。個(gè)用戶依

17、次輪流使用時(shí)間片。 分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)(Time Sharing Operating System) 分時(shí)的定義分時(shí)的定義 分時(shí)系統(tǒng)的特征分時(shí)系統(tǒng)的特征 多路性：多路性：多個(gè)用戶同時(shí)工作。多個(gè)用戶同時(shí)工作。 獨(dú)立性：獨(dú)立性：各用戶獨(dú)立操作，互不干擾。各用戶獨(dú)立操作，互不干擾。 交互性：交互性：系統(tǒng)能及時(shí)對(duì)用戶的操作進(jìn)行響應(yīng)，顯著提系統(tǒng)能及時(shí)對(duì)用戶的操作進(jìn)行響應(yīng)，顯著提 高調(diào)試和修改程序的效率：縮短了周轉(zhuǎn)時(shí)間。高調(diào)試和修改程序的效率：縮短了周轉(zhuǎn)時(shí)間。 School of Electrical Engineering, Southeast University 分類 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征實(shí)時(shí)系統(tǒng)的

18、特征 實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理：提供系統(tǒng)日期和時(shí)間、定時(shí)和延時(shí)等：提供系統(tǒng)日期和時(shí)間、定時(shí)和延時(shí)等 時(shí)鐘管理功能；時(shí)鐘管理功能； 及時(shí)性及時(shí)性：響應(yīng)時(shí)間的要求；：響應(yīng)時(shí)間的要求； 多任務(wù)管理多任務(wù)管理：系統(tǒng)的并發(fā)性和隨機(jī)性；：系統(tǒng)的并發(fā)性和隨機(jī)性； 高度可靠性和安全性高度可靠性和安全性：容錯(cuò)能力（如故障自動(dòng)復(fù)位）：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）；和冗余備份（雙機(jī)，關(guān)鍵部件）； 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要用于過程控制、事務(wù)處理等有實(shí)時(shí)要求的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要用于過程控制、事務(wù)處理等有實(shí)時(shí)要求的 領(lǐng)域，其主要特征是領(lǐng)域，其主要特征是實(shí)時(shí)性實(shí)時(shí)性和和可靠性可靠性。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Real Time Operating System) School of Electrical Engineering, Southeast University 分類 通常操作系統(tǒng)的功能通常操作系統(tǒng)的功能：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè) 備管理、文件管理等；備管理、文件管理等； 網(wǎng)絡(luò)通信功能網(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)：通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行高效、可靠的數(shù)據(jù) 傳輸；傳輸； 網(wǎng)絡(luò)資源管理網(wǎng)絡(luò)資源管理：協(xié)調(diào)各用戶使用；：協(xié)調(diào)各用戶使用； 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：文件和設(shè)備共享，信息發(fā)布；：文件和設(shè)備共享，信息發(fā)布； 提供網(wǎng)絡(luò)接口提供網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)操作