操作系統(tǒng)課程ppt1

1、第一章 操作系統(tǒng)引論一、操作系統(tǒng)的概念 操作系統(tǒng)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，它是一組有效控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源、合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程以及方便用戶的程序集合。有效：系統(tǒng)效率，資源利用率（如：CPU的充分利用；內(nèi)存、外部設(shè)備是否忙碌）合理：是否公平、是否合理，如果不合理則會(huì)產(chǎn)生“死鎖”或 “饑餓”方便：用戶界面、工作環(huán)境、接口二、操作系統(tǒng)作用1、從資源管理觀點(diǎn)上看 操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源管理者（ Operating System as a Resource Manager）操作系統(tǒng)是資源管理程序，它用于控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源： 操作系統(tǒng)：

2、 軟件、數(shù)據(jù) - 文件系統(tǒng) 硬件（IO設(shè)備）- 設(shè)備管理 存儲(chǔ)器 - 存儲(chǔ)器管理 處理器 - 處理器（進(jìn)程）管理2、從軟件分層、擴(kuò)允機(jī)器的觀點(diǎn)上看 操作系統(tǒng)是擴(kuò)充裸機(jī)的第一層系統(tǒng)軟件 窗口軟件 虛擬機(jī)3 語言處理程序等 虛擬機(jī)2 操作系統(tǒng) 虛擬機(jī)1 硬件（裸機(jī)） 操作系統(tǒng)是擴(kuò)展的機(jī)器，是虛擬機(jī)，是功能更強(qiáng)大、使用更方便的機(jī)器。3、從服務(wù)用戶的觀點(diǎn)上看操作系統(tǒng)是用戶與裸機(jī)之間接口用 戶 應(yīng)用程序系統(tǒng)調(diào)用 命令 圖標(biāo)、窗口操作系統(tǒng)裸 機(jī)三、 操作系統(tǒng)的歷史1.第0代（40年代未50年代初）無操作系統(tǒng) 由程序員采用人工操作方式直接使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。先把程序紙帶(或卡片)裝上輸入機(jī)，然后啟動(dòng)輸入機(jī)把

3、程序和數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，接著通過控制臺(tái)開關(guān)啟動(dòng)程序運(yùn)行。計(jì)算完畢，打印機(jī)輸出計(jì)算結(jié)果，用戶取走并卸下紙帶(或卡片)。2.第一代（50年代中50年代未）早期單道批處理系統(tǒng)它是為了減少人工操作時(shí)間和作業(yè)轉(zhuǎn)換時(shí)間提高CPU利用率而設(shè)計(jì)的.系統(tǒng)自動(dòng)依次處理作業(yè)。早期單道批處理系統(tǒng)包括：聯(lián)機(jī)批處理和脫機(jī)批處理兩種方式。早期聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)作業(yè)的執(zhí)行過程為:(1) 用戶提交作業(yè)：作業(yè)程序、數(shù)據(jù)，用作業(yè)控制語言編寫的作業(yè)說明書;(2) 作業(yè)被作成穿孔紙帶或卡片;(3) 操作員有選擇地把若干作業(yè)合成一批，通過輸入設(shè)備(紙帶輸入機(jī)或讀卡機(jī)) 把它們存入磁帶;(4) 監(jiān)督程序（管理作業(yè)的運(yùn)行-負(fù)責(zé)裝入和運(yùn)行各種系統(tǒng)處

4、理程序，如匯編程序、編譯程序、連接裝配程序、程序庫(如輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)程序等);完成作業(yè)的自動(dòng)過渡）讀入一個(gè)作業(yè)(若系統(tǒng)資源能滿足該作業(yè)要求);(5)從磁帶調(diào)入?yún)R編程序或編譯程序，將用戶作業(yè)源程序翻譯成目標(biāo)代碼;(6)連接裝配程序把編譯后的目標(biāo)代碼及所需的子程序裝配成一個(gè)可執(zhí)行程序;(7)啟動(dòng)執(zhí)行;(8)執(zhí)行完畢，由善后處理程序輸出計(jì)算結(jié)果;(9)再讀入一個(gè)作業(yè)，重復(fù)(5)(9)各步；(10)一批作業(yè)完成，返回到(3)，處理下一批作業(yè)。特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了作業(yè)自動(dòng)轉(zhuǎn)接，從而減少作業(yè)建立和人工操作時(shí)間。但是在作業(yè)的輸入和執(zhí)行結(jié)果的輸出過程中，主機(jī)CPU仍處在停止等待狀態(tài)。解決辦法：脫機(jī)批處理早期脫機(jī)批處理系

5、統(tǒng)3.第二代（50年代末60年代中）多道程序系統(tǒng) 單道程序工作示例多道程序工作示例多道程序運(yùn)行的特點(diǎn)是:(1) 多道：計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序。(2) 宏觀上并行：同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的幾道程序都處于運(yùn)行過程中，即它們先后開始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢。(3) 微觀上串行：實(shí)際上，各道程序輪流使用CPU，交替執(zhí)行。4.第三代（60年代中70年代中）通用操作系統(tǒng)這一代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是通用系統(tǒng)，這一代操作系統(tǒng)是多模式系統(tǒng)，即一個(gè)系統(tǒng)同時(shí)支持多道批處理、分時(shí)處理、實(shí)時(shí)處理等功能。5.第四代（70年代中 ）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行信息交換、資源共享和互操作等功

6、能。分布式操作系統(tǒng)將地域上分散的各系統(tǒng)互連成一個(gè)具有整體功能的系統(tǒng)，并可將一個(gè)任務(wù)分布地在各系統(tǒng)上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)分布式處理。四、操作系統(tǒng)基本類型1、批處理系統(tǒng)（Batch Processing System) 1） 多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)：它是在計(jì)算機(jī)內(nèi)存同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序，這幾道程序都處于運(yùn)行過程中，它們先后開始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢。多道程序在宏觀上并行執(zhí)行，而在微觀上多道程序在某個(gè)部件上（如CPU、IO）是串行，即多道程序輪流地使用部件，交替執(zhí)行。返72）多道批處理系統(tǒng)的主要特征（1）用戶脫機(jī)使用計(jì)算機(jī)（2）成批處理（3）多道程序運(yùn)行（4）無交互性2、分時(shí)系統(tǒng)（ Time Shari

7、ng System）1）分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理 分時(shí)系統(tǒng)是指在一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端，它同時(shí)允許許多用戶通過終端以交互方式使用計(jì)算機(jī)共享主機(jī)中的資源。所謂分時(shí)是指多個(gè)用戶分時(shí)共享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，也就是說把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時(shí)間）進(jìn)行時(shí)間上分割，即將整個(gè)工作時(shí)間分成一個(gè)個(gè)的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分給一個(gè)用戶使用，這樣將CPU工作時(shí)間分別提供給多個(gè)用戶使用，每個(gè)用戶依次地輪流使用一個(gè)時(shí)間片。2）分時(shí)系統(tǒng)的特征（1）多用戶同時(shí)性： 允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)聯(lián)接多臺(tái)聯(lián)機(jī)終端，系統(tǒng)按分時(shí)原則為每個(gè)用戶服務(wù)。宏觀上是多個(gè)用戶同時(shí)工作，共享系統(tǒng)資源，而微觀上則是每個(gè)用戶作業(yè)輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)

8、間片。（2）獨(dú)立性： 每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作，互不干擾。（3）交互性： 用戶可通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對(duì)話。（4）及時(shí)性： 用戶的請(qǐng)求能在很短時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)，此時(shí)間間隔是以人們所能接受的等待時(shí)間來確定的。3、實(shí)時(shí)系統(tǒng)（ Real Time System ）目標(biāo)：為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，對(duì)隨機(jī)發(fā)生的外部事件作出及時(shí)響應(yīng)并對(duì)其進(jìn)行處理。1）實(shí)時(shí)系統(tǒng)分類（1）實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 主要用于生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，火炮自動(dòng)控制、飛機(jī)自動(dòng)駕駛、導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)等。（2）實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng) 主要用于實(shí)時(shí)信息處理，象飛機(jī)訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)等。2）實(shí)時(shí)系統(tǒng)特征（1）快速的響應(yīng)時(shí)間 實(shí)時(shí)系

9、統(tǒng)是為了提高系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間而設(shè)計(jì)的OS，特別是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，對(duì)外部事件的響應(yīng)要十分及時(shí)迅速。外部事件往往以中斷方式通知系統(tǒng)，系統(tǒng)有較強(qiáng)的中斷處理能力，實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也以“事件驅(qū)動(dòng)”方式來設(shè)計(jì)。（2）有限的交互能力 實(shí)時(shí)系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，它能提供人機(jī)交互方式，但用戶只能訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序，不能象分時(shí)系統(tǒng)一般向終端用戶提供多方面服務(wù)。（3）高可靠性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度可靠。因此實(shí)時(shí)系統(tǒng)中往都采用雙機(jī)系統(tǒng)，多級(jí)容錯(cuò)措施來保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。4、微機(jī)操作系統(tǒng)（Desktop Systems） 配置在微機(jī)上的OS稱為微機(jī)操作系統(tǒng)。常用的微機(jī)OS有MS-DOS、MS Windows、O

10、S/2、SCO UNIX、 Linux等。 1）單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)MS-DOS MS-DOS是微軟公司開發(fā)的在PC機(jī)上使用的16位微機(jī)單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)。 2）多任務(wù)操作系統(tǒng)MS WindowsWindows98/2000是微軟公司開發(fā)的圖形用戶界面的多任務(wù)、多線程、全32位的操作系統(tǒng)。3）多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng) SCO UNIX SCO公司將運(yùn)行于大、中、小型機(jī)上UNIX操作系統(tǒng)移植到微機(jī)上，UNIX是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)。4）Linux Linux是遵循標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)界面的免費(fèi)操作系統(tǒng)，具有UNIX BSD和UNIX SYS 的擴(kuò)展特性。5、多處理機(jī)操作系統(tǒng) (Multiprocessor

11、 Operating Systems) 提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的主要途徑有兩條：一是提高構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的元器件的運(yùn)行速度；二是改進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，如： 70年代出現(xiàn)的多處理機(jī)系統(tǒng)MPS。 引入多處理機(jī)系統(tǒng)的原因有以下三點(diǎn)：增加系統(tǒng)的吞吐量、節(jié)省投資、 提高系統(tǒng)的可靠性。 1）多處理機(jī)系統(tǒng)的類型（結(jié)構(gòu)）（1）緊密耦合MPS 通過高速總線或高速交叉開關(guān)來實(shí)現(xiàn)多個(gè)處理機(jī)之間的互連，各處理機(jī)共享存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備。 （2）松散耦合MPS 通過通道或通信線路來實(shí)現(xiàn)多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間互連。 2）多處理機(jī)OS的類型（模式）：（1）非對(duì)稱多處理模式 又稱主-從模式即把處理機(jī)分主、從兩類。 （2）對(duì)稱多處理模式6

12、、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（Network Operating System , NOS）1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一些互連的自主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合，所謂自主計(jì)算機(jī)是指計(jì)算機(jī)具有獨(dú)立處理能力，而互連則表示計(jì)算機(jī)之間能夠?qū)崿F(xiàn)通信和相互合作。 按網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍大小可把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分成廣域網(wǎng)WAN和局域網(wǎng)LAN兩類。2）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)定義 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是使網(wǎng)絡(luò)上各計(jì)算機(jī)能方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信、有效地共享網(wǎng)絡(luò)資源，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供所需各種服務(wù)的軟件和有關(guān)規(guī)程的集合。3）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)功能 （1）高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信 （2）對(duì)網(wǎng)絡(luò)中共享資源有效的管理 （3）提供電子郵件、文件傳輸、共享硬盤、打印機(jī)等服務(wù) （4）

13、網(wǎng)絡(luò)安全管理 （5）提供互操作能力3）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的模式 1）客戶服務(wù)器模式 服務(wù)器:是網(wǎng)絡(luò)的控制中心，其任務(wù)是向客戶提供一種或多種服務(wù)，服務(wù)器可有多種類型，如提供文件打印服務(wù)的文件服務(wù)器等。 客戶：是用于本地處理和訪問服務(wù)器的計(jì)算機(jī)。 2）對(duì)等模式模式 采用這種模式的操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)站點(diǎn)是對(duì)等的它既可作為客戶去訪問其它站點(diǎn)，又可作為服務(wù)器向其它站點(diǎn)提供服務(wù)。 4）現(xiàn)代操作系統(tǒng)特點(diǎn)內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)代操作系統(tǒng)已把網(wǎng)絡(luò)功能包含到操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，作為操作系統(tǒng)核心功能的一個(gè)組成部分。微軟公司的Windows NT，AT & T公司的UNIX System V、Sun公司的SunOS、Linux等都已

14、把TCPIP網(wǎng)絡(luò)功能包含在內(nèi)核中。 7、分布式操作系統(tǒng)（ Distributed Operating Systems ） 1）分布式操作系統(tǒng)的定義 分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是為分散處理、協(xié)同完成任務(wù)而將多個(gè)分散的計(jì)算機(jī)經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 分布式操作系統(tǒng)是在它上配置的操作系統(tǒng)。分布式操作系統(tǒng)是能直接對(duì)系統(tǒng)中各類資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配和管理，有效控制和協(xié)調(diào)諸任務(wù)的并行執(zhí)行，允許系統(tǒng)中的處理單元無主、次之分，并向系統(tǒng)提供統(tǒng)一的、有效的接口的軟件集合。分布式操作系統(tǒng)基于兩種環(huán)境:多處理器(CPU)系統(tǒng)或多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)），它是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級(jí)的形式，它保持了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的全部功能。 2） 分布式

15、操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的區(qū)別（1）分布性 處理上的分布性是分布式操作系統(tǒng)的最基本特征。網(wǎng)絡(luò)雖有分布處理的功能，但網(wǎng)絡(luò)的控制功能，則大多集中在某個(gè)主機(jī)或服務(wù)器上，它的控制方式集中的，分布式系統(tǒng)的處理分布是資源、功能、任務(wù)和控制都是分布的。（2）透明性 分布操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信息傳輸協(xié)調(diào)工作，并為用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的界面，標(biāo)準(zhǔn)的接口，用戶通過這一界面實(shí)現(xiàn)所需要的操作和使用系統(tǒng)資源。分布式OS能很好地隱藏系統(tǒng)內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。（3）統(tǒng)一性分布式系統(tǒng)要求一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作的統(tǒng)一性，而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般是在各自操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上加上負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)訪問功能模塊，網(wǎng)絡(luò)各系統(tǒng)操作不一致。

16、（4）健壯性由于分布式系統(tǒng)的處理和控制功能是分布的，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可通過容錯(cuò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，從而仍保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因而系統(tǒng)具有鍵壯性，即具有較好的可用性和可靠性。而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)其控制功能大多集中在主機(jī)和服務(wù)器中，使系統(tǒng)具有潛在的不可靠性。五、操作系統(tǒng)特征和功能 1、操作系統(tǒng)特征 1）并發(fā)性并行性和并發(fā)性是既相似又有區(qū)別的兩個(gè)概念。并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生，而并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)有多道程序在同時(shí)執(zhí)行。但在單處理機(jī)系統(tǒng)中，每一個(gè)時(shí)刻僅能執(zhí)行一道程序，故微觀上，這些程序是在交互執(zhí)行。2）共享性 共享是指系統(tǒng)中的所有

17、資源不再為一個(gè)程序所獨(dú)占，而是供同時(shí)存在于系統(tǒng)中的多道程序所共同使用。根據(jù)資源屬性不同，可有互斥共享和同時(shí)共享兩種不同的共享方式。 并發(fā)和共享關(guān)系：并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特性，它們又是互為存在條件。一方面資源共享是以程序（進(jìn)程）的并發(fā)性執(zhí)行為條件的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題。另一方面若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效管理，則也必將影響到程序并發(fā)執(zhí)行。 3）虛擬性 虛擬是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變成若干個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。例如在單CPU多道分時(shí)系統(tǒng)中，通過多道程序和分時(shí)技術(shù)可把一個(gè)物理CPU虛擬為多臺(tái)邏輯上的CPU，使每個(gè)終端用戶都認(rèn)為有一臺(tái)“獨(dú)立”的CPU為它運(yùn)

18、行。 4）異步性和不確定性 在多道程序環(huán)境下，允許多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，但由于資源等因素的限制，程序的執(zhí)行并非“一氣呵成”，而是以“走走停?！钡姆绞竭\(yùn)行，即程序是以異步方式運(yùn)行的。每個(gè)程序（進(jìn)程）執(zhí)行的速度和時(shí)間不確定，各程序（進(jìn)程）之間推進(jìn)的序列也不確定，即是不可預(yù)測的。2、操作系統(tǒng)的功能 1）處理機(jī)（進(jìn)程）管理 2）存儲(chǔ)器的管理 3）I/O設(shè)備管理 4）信息管理（文件系統(tǒng)管理） 5）用戶接口 六、操作系統(tǒng)科目有關(guān)課程的關(guān)系 高級(jí)(分布式)操作系統(tǒng)（linux）操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（分析） 操作系統(tǒng)原理Windows 操作系統(tǒng)使用linux本章例題在有一臺(tái)處理機(jī)CPU和兩臺(tái)輸入輸出設(shè)備IO1和IO2，且能夠?qū)崿F(xiàn)搶先式多任務(wù)并行工作的多道程序環(huán)境內(nèi)，投入運(yùn)行優(yōu)行級(jí)由高到低的P、P2、P3 三個(gè)作業(yè)。它們使用設(shè)備的先后順序和占用設(shè)備時(shí)間分別是：作業(yè)P1: IO2(30ms)、CPU(10ms)、IO1(30ms)、CPU(10ms)作業(yè)P2: IO1(20ms)、CPU(