操作系統(tǒng)課件全集

華中科技大學(xué)操作系統(tǒng)課件全集華中科技大學(xué)操作系統(tǒng)課件全集華中科技大學(xué)操作系統(tǒng)課件全集操作系統(tǒng)原理華中科技大學(xué)操作系統(tǒng)課件全集華中科技大學(xué)操作系統(tǒng)課件全集華中1操作系統(tǒng)原理操作系統(tǒng)原理2教材：屠祁，屠立德，操作系統(tǒng)基礎(chǔ)(第三版)，清華大學(xué)出版社參考教材：王素華，操作系統(tǒng)教程，人民郵電出版社龐麗萍，操作系統(tǒng)原理，華中科技大學(xué)出版周長林，左萬歷，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程，高等教育出版社陳向群，楊芙清，操作系統(tǒng)教程，北京大學(xué)出版社尤晉元、史美林等，Windows操作系統(tǒng)原理，機(jī)械工業(yè)出版社教材：3課程要求作業(yè)和出勤：10%上機(jī)實(shí)驗(yàn)：10%考試：80%課程要求作業(yè)和出勤：10%4操作系統(tǒng)課程特點(diǎn)實(shí)踐性強(qiáng)（從實(shí)踐總結(jié)出原理）涉及面廣（并行程序，性能問題，結(jié)構(gòu)問題，程序方法論，軟件工程，等等）錯(cuò)綜復(fù)雜：縱橫交叉操作系統(tǒng)課程特點(diǎn)實(shí)踐性強(qiáng)（從實(shí)踐總結(jié)出原理）5注意學(xué)習(xí)方式的變換教師只指出要點(diǎn)

要通過自學(xué)、研讀參考書掌握內(nèi)容整理筆記相當(dāng)重要

不能只通過PowerPoint來復(fù)習(xí)課程善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題

要努力尋求問題的答案注意學(xué)習(xí)方式的變換教師只指出要點(diǎn)

要通過自學(xué)、研讀參6課程主要內(nèi)容介紹1、操作系統(tǒng)概述（包括第一章、第二章）2、進(jìn)程管理3、線程管理4、并行性：同步和互斥5、處理器管理6、死鎖7、存儲(chǔ)管理（包括實(shí)存和虛存管理）8、設(shè)備管理9、文件系統(tǒng)課程主要內(nèi)容介紹1、操作系統(tǒng)概述（包括第一章、第二章）7第一章緒論掌握：OS的定義、功能和作用；多道程序系統(tǒng)的特點(diǎn)；影響OS發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和思想:假脫機(jī)技術(shù)中斷技術(shù)和通道技術(shù)多道程序設(shè)計(jì)思想了解：OS的發(fā)展歷史、分類、常見的操作系統(tǒng)第一章緒論掌握：81.1什么是操作系統(tǒng)1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成1.1.2操作系統(tǒng)的定義1.1.3操作系統(tǒng)的功能和作用1.1.4操作系統(tǒng)的特性1.1什么是操作系統(tǒng)1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成91.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)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)硬件：指計(jì)算機(jī)物理裝置本身，可以是電子的、電的、磁的、機(jī)械的、光的元件或裝置。軟件：指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有軟件。1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件硬件及固件（裸機(jī)）應(yīng)用10計(jì)算機(jī)硬件中央處理器（運(yùn)算器和控制器）輸入輸出處理器存儲(chǔ)器輸入輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)硬件組織結(jié)構(gòu)早期以處理器為中心的組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)代以存儲(chǔ)器為中心的組織結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件11計(jì)算機(jī)典型組織（1）

（1）微型計(jì)算機(jī)的典型組織：包括CPU、I/O設(shè)備、存儲(chǔ)器。單總線結(jié)構(gòu)，以總線為紐帶。總線分為地址總線和數(shù)據(jù)總線，通過地址總線選設(shè)備，通過數(shù)據(jù)總線傳遞控制信息、狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)信息；同一時(shí)間，總線只能為一對(duì)設(shè)備所占用；由于CPU與I/O設(shè)備間的速度匹配問題，采用兩種數(shù)據(jù)流線路：直接：與低速I/O設(shè)備；經(jīng)由存儲(chǔ)器：與高速I/O設(shè)備，防止CPU處理不過來。計(jì)算機(jī)典型組織（1）（1）微型計(jì)算機(jī)的典型組織：12CPU存儲(chǔ)器I/O設(shè)備I/O設(shè)備以總線為核心CPU存儲(chǔ)器I/O設(shè)備I/O設(shè)備以總線為核心13操作系統(tǒng)課件全集14操作系統(tǒng)課件全集15計(jì)算機(jī)典型組織（2）

（2）大小型計(jì)算機(jī)的硬件組織：包括中央處理器、通道、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備；采用雙總線結(jié)構(gòu)（I/O總線、存儲(chǔ)總線）；以存儲(chǔ)器為中心。計(jì)算機(jī)典型組織（2）（2）大小型計(jì)算機(jī)的硬件組織16操作系統(tǒng)做什么？#include<stdio.h>intmain(intargc,char*argv[]){printf("helloworld");return0;}操作系統(tǒng)做什么？#include<stdi17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用戶告訴操作系統(tǒng)執(zhí)行hello程序18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(chǔ)映像區(qū)視頻硬件將像素表示轉(zhuǎn)換成一組模擬信號(hào)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操作系統(tǒng)課件全集19計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（1）大多數(shù)用戶并不歡迎裸機(jī)這種環(huán)境。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（1）大多數(shù)用戶并不歡迎裸機(jī)這種環(huán)境20計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（2）結(jié)論：下層是上層的基礎(chǔ)；上層是下層功能的擴(kuò)展；軟件是在硬件基礎(chǔ)上對(duì)硬件性能的擴(kuò)充和完善。操作系統(tǒng)是對(duì)硬件的第一次擴(kuò)充，是其他軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（2）結(jié)論：21計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（3）裸機(jī)＋軟件＝功能更強(qiáng)的機(jī)器＝虛擬機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（3）裸機(jī)＋軟件＝功能更強(qiáng)的機(jī)器＝虛221.1.2操作系統(tǒng)的定義沒有普遍接受的定義，由于:內(nèi)涵不斷變化；不同角度作用不一樣（資源管理者、一般用戶）。通常的定義：用以控制和管理系統(tǒng)資源，方便用戶使用計(jì)算機(jī)的程序集合。1.1.2操作系統(tǒng)的定義沒有普遍接受的定義，由于:231.1.3OS的功能和作用（1）1、作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)間的接口：操作系統(tǒng)提供兩種接口：系統(tǒng)命令：供用戶用于組織和控制自己的作業(yè)運(yùn)行。命令行、菜單式或GUI"聯(lián)機(jī)"；命令腳本"脫機(jī)"編程接口：供用戶程序和系統(tǒng)程序調(diào)用操作系統(tǒng)功能。系統(tǒng)調(diào)用和高級(jí)語言庫函數(shù)；通過這些接口，可達(dá)到：方便快捷：由于提供了便利的輸入輸出，用戶能方便快捷地使用計(jì)算機(jī)；安全可靠：由于規(guī)定了用戶的接口，能發(fā)現(xiàn)并處理各種錯(cuò)誤，使用戶能安全可靠地使用計(jì)算機(jī)。1.1.3OS的功能和作用（1）1、作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系24OS的功能和作用（1）2、作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者：資源：CPU、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備、信息（數(shù)據(jù)和程序）；主要管理以下資源：（1）CPU：分配、監(jiān)視和控制；（2）存儲(chǔ)器：內(nèi)存分配、監(jiān)視、回收和保護(hù)；（3）I/O設(shè)備：分配和回收，部分設(shè)備的共享；（4）信息：負(fù)責(zé)本地（和網(wǎng)絡(luò)）信息的組織、存取、共享和保護(hù)。OS的功能和作用（1）2、作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者：251.1.4操作系統(tǒng)的特性計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)為順序過程計(jì)算模型，為了提高系統(tǒng)資源利用率，采用多道程序思想，必然導(dǎo)致OS具有以下特性：（1）并行性：指兩個(gè)或多個(gè)程序同時(shí)在內(nèi)存中并處于運(yùn)行狀態(tài)。單處理器：宏觀上并行，指宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)有多道程序同時(shí)運(yùn)行，微觀上，每一時(shí)刻僅執(zhí)行一道程序，通常稱為并發(fā)。多處理器：真正意義上的并行。1.1.4操作系統(tǒng)的特性計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)為順序過程計(jì)算模型261.1.4操作系統(tǒng)的特性（續(xù)）（2）共享性：指主存中并行運(yùn)行的程序要求共享所有的系統(tǒng)資源。 由于多個(gè)進(jìn)程共享有限的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源。操作系統(tǒng)需要對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配和使用。資源在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)交替被多個(gè)進(jìn)程所用。1.1.4操作系統(tǒng)的特性（續(xù)）（2）共享性：指主存中并行271.1.5操作系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的可靠性系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)、診斷和恢復(fù)硬件、軟件故障的能力。系統(tǒng)吞吐率系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)所處理的信息量系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間從系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)到輸出結(jié)果的時(shí)間間隔系統(tǒng)資源利用率系統(tǒng)中各部件、各種設(shè)備的使用程度可移植性操作系統(tǒng)從一個(gè)硬件環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一個(gè)硬件環(huán)境仍能正常工作的能力1.1.5操作系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的可靠性281.2OS的發(fā)展歷史和趨勢(shì)1.2.1OS發(fā)展動(dòng)力1.2.2OS發(fā)展歷史1.2.3OS發(fā)展趨勢(shì)1.2OS的發(fā)展歷史和趨勢(shì)1.2.1OS發(fā)展動(dòng)力291.2.1OS發(fā)展動(dòng)力計(jì)算機(jī)器件的更新：電子管-〉晶體管-〉集成電路-〉大規(guī)模集成電路微機(jī)由8位-〉16位-〉32位-〉64位 OS由8位-〉16位-〉32位-〉64位新概念和新技術(shù)的發(fā)展：假脫機(jī)技術(shù)、中斷技術(shù)、虛存技術(shù)、通道技術(shù)等計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展：單處理機(jī)-〉多處理機(jī)用戶方便的需求：用戶上機(jī)、調(diào)試程序，分散計(jì)算時(shí)的事務(wù)處理和非專業(yè)用戶（商業(yè)和辦公、家庭）提高資源利用率和系統(tǒng)性能的需要：1.2.1OS發(fā)展動(dòng)力計(jì)算機(jī)器件的更新：301.2.2OS發(fā)展歷史1、“史前文明”——無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2、單道批處理系統(tǒng)——操作系統(tǒng)雛形3、多道批處理系統(tǒng)——現(xiàn)代意義的操作系統(tǒng)4、交互式分時(shí)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)——OS實(shí)用化階段5、現(xiàn)代通用操作系統(tǒng)1.2.2OS發(fā)展歷史1、“史前文明”——無操作系統(tǒng)的計(jì)算311、手工操作出現(xiàn)年代：1946~50年代（電子管）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) 人員；編程語言：為機(jī)器語言；輸入輸出：紙帶或卡片；計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)用戶獨(dú)占全機(jī)：不出現(xiàn)資源被其他用戶占用，資源利用率低；CPU等待用戶：計(jì)算前，手工裝入紙帶或卡片；計(jì)算完成后，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低；1、手工操作出現(xiàn)年代：1946~50年代（電子管）322、單道批處理系統(tǒng)出現(xiàn)年代：50年代末~60年代中（晶體管）關(guān)鍵技術(shù)：脫機(jī)輸入輸出技術(shù)工作方式： 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（Monitor）自動(dòng)依次處理。 可使用匯編語言開發(fā)。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)CPU和I/O設(shè)備的使用效率，提高了吞吐量。缺點(diǎn)：磁帶或磁盤需要人工裝卸，作業(yè)需要人工分類，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)）。2、單道批處理系統(tǒng)出現(xiàn)年代：50年代末~60年代中（晶體33卡片IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶磁帶機(jī)卡片閱讀機(jī)輸出磁帶打印機(jī)卡片IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶磁帶機(jī)34$END$RUNDataforprogram$LOADFortranprogram$FORTRAN

$JOB,10,429754

CherryChen

典型的FMSJOB結(jié)構(gòu)$END$RUNDataforprogram$LOADF353、多道批處理系統(tǒng)出現(xiàn)年代：60年代中~70年代中（集成電路）單道批處理的主要問題： CPU和I/O設(shè)備使用忙閑不均（取決于當(dāng)前作業(yè)的特性）：對(duì)計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑；對(duì)I/O為主的作業(yè)，CPU空閑；3、多道批處理系統(tǒng)出現(xiàn)年代：60年代中~70年代中（集36多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）關(guān)鍵技術(shù)：通道技術(shù)、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(fù)責(zé)作業(yè)運(yùn)行的同時(shí)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(dòng)后可獨(dú)立于CPU運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)CPU與I/O的并行。通道有專用的I/O處理器，可與CPU并行工作可實(shí)現(xiàn)I/O聯(lián)機(jī)處理中斷：是指CPU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。多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）關(guān)鍵技術(shù)：通道技術(shù)、中斷技術(shù)37多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）多道程序設(shè)計(jì)：指在主存（內(nèi)存）中存放一個(gè)以上用戶作業(yè)，使之同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，共享系統(tǒng)資源。起因：高速CPU與低速I/O設(shè)備不匹配。根本目的：提高CPU利用率；提高內(nèi)存利用率；提高I/O利用率；增加系統(tǒng)吞吐量。多道程序的運(yùn)行特征多道：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；微觀上串行運(yùn)行：各作業(yè)交替使用CPU；多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）多道程序設(shè)計(jì)：38多道程序系統(tǒng)的技術(shù)問題并行程序的運(yùn)行需要共享軟件硬件資源，需要同步和互斥機(jī)制。多道程序需要提高內(nèi)存的使用效率，需要覆蓋技術(shù)、交換技術(shù)、虛擬存儲(chǔ)等技術(shù)。多道程序在內(nèi)存中要保證系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)的安全可靠，需要內(nèi)存保護(hù)。多道程序系統(tǒng)的技術(shù)問題39單道作業(yè)運(yùn)行情況單道作業(yè)運(yùn)行情況40多道作業(yè)運(yùn)行情況多道作業(yè)運(yùn)行情況41多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征 多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征是基于各作業(yè)對(duì)系統(tǒng)資源的需求差異得到的。例如：有3個(gè)作業(yè)A、B、C，分別為計(jì)算、檢索和打印作業(yè)，單道運(yùn)行時(shí)間分別為5分、15分和10分鐘。它們可并行在15分鐘內(nèi)完成3個(gè)作業(yè)。各資源的利用效率為：多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征42多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高：CPU和內(nèi)存利用率較高；作業(yè)吞吐量大：單位時(shí)間內(nèi)完成的工作總量大；缺點(diǎn)：用戶交互性差：整個(gè)作業(yè)完成后或中間出錯(cuò)時(shí)，才與用戶交互，不利于調(diào)試和修改；作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長：短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長；多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）優(yōu)點(diǎn)：434、分時(shí)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：由于中斷技術(shù)的使用，使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)能連接多個(gè)用戶終端，用戶可通過各自的終端使用和控制計(jì)算機(jī)，我們把一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接多個(gè)終端的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?；蚍Q分時(shí)系統(tǒng)。分時(shí)技術(shù)：把處理機(jī)的響應(yīng)時(shí)間分成若于個(gè)大小相等（或不相等）的時(shí)間單位，稱為時(shí)間片（如100毫秒），每個(gè)終端用戶獲得CPU，就等于獲得一個(gè)時(shí)間片，該用戶程序開始運(yùn)行，當(dāng)時(shí)間片到（用完），用戶程序暫停運(yùn)行，等待下一次運(yùn)行?！胺謺r(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)。多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源。4、分時(shí)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：由于中斷技術(shù)的使用，使44分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)利用分時(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)的一種操作系統(tǒng)，它一般采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的辦法，使一臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)為多個(gè)終端用戶服務(wù)，對(duì)每個(gè)用戶都能保證足夠快的響應(yīng)時(shí)間，并提供交互會(huì)話功能。分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)操作系統(tǒng)45分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)的方式：多個(gè)用戶分時(shí)：單個(gè)用戶使用計(jì)算機(jī)的效率低，因而允許多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)在內(nèi)存中，分別服務(wù)于不同的用戶。有用戶輸入時(shí)由CPU執(zhí)行，處理完一次用戶輸入后程序暫停，等待下一次用戶輸入－－時(shí)走時(shí)停前臺(tái)和后臺(tái)程序(foreground&background)分時(shí)：后臺(tái)程序不占用終端輸入輸出，不與用戶交互－－現(xiàn)在的圖形用戶界面(GUI)，除當(dāng)前交互的程序(輸入焦點(diǎn))之外，其他程序均作為后臺(tái)。分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)的方式：46主機(jī)終端主機(jī)終端47分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)交互性：在調(diào)試和運(yùn)行程序時(shí)由用戶自己操作。多路性：多個(gè)用戶同時(shí)使用。獨(dú)占性：用戶感覺不到計(jì)算機(jī)為其他人服務(wù)，感覺到自己獨(dú)占了計(jì)算機(jī)；（OS提供虛機(jī)器，各個(gè)用戶的虛機(jī)器互不干擾）。 現(xiàn)在的許多操作系統(tǒng)都具有分時(shí)處理的功能，在分時(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，操作系統(tǒng)的發(fā)展開始分化，如實(shí)時(shí)系統(tǒng)、通用系統(tǒng)、個(gè)人系統(tǒng)等。分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)48實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是用于科學(xué)與工程的數(shù)值計(jì)算，如第一臺(tái)計(jì)算機(jī)（1944年）產(chǎn)生的原因就是解決大口徑火炮設(shè)計(jì)中的計(jì)算問題：彈道軌跡、彈著點(diǎn)和材料的各種應(yīng)力分布的計(jì)算。還有原子彈設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中大量的計(jì)算問題，用當(dāng)時(shí)的計(jì)算工具已經(jīng)解決不了。到了60年代初，計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用到生產(chǎn)過程控制、工業(yè)控制、防空系統(tǒng)、信息處理等，在這些應(yīng)用中不但要解決計(jì)算間題，還要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算，即實(shí)時(shí)處理。在實(shí)時(shí)處理中的一個(gè)核心的問題就是響應(yīng)時(shí)間問題。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是用于科學(xué)與工程的數(shù)值計(jì)算，如第一49實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）響應(yīng)時(shí)間：指用戶發(fā)出命令，到系統(tǒng)完成用戶命令所需的時(shí)間。批處理操作系統(tǒng)沒有分時(shí)操作系統(tǒng)秒級(jí)(一般情況）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)微秒級(jí)甚至更?。ń?jīng)典說法） 系統(tǒng)滿足用戶時(shí)限（deadline)的 要求(現(xiàn)代）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）響應(yīng)時(shí)間：指用戶發(fā)出命令，到系統(tǒng)完成用戶命50實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)： 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是又一種類型的操作系統(tǒng)，對(duì)外部的請(qǐng)求，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)處理完畢。實(shí)時(shí)： 指計(jì)算機(jī)對(duì)于用戶請(qǐng)求能足夠快地進(jìn)行處理，并做出反映。要求毫秒、微秒級(jí)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的應(yīng)用：實(shí)時(shí)控制：工業(yè)過程控制、防空系統(tǒng)等。實(shí)時(shí)信息處理：情報(bào)檢索和查詢、飛機(jī)訂票系統(tǒng)、銀行信用卡系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：515、現(xiàn)代通用操作系統(tǒng)通常具有分時(shí)、實(shí)時(shí)和批處理功能；可適用于計(jì)算、事務(wù)處理等多種領(lǐng)域，能運(yùn)行在多種硬件平臺(tái)上；通用化、小型化；常分為：個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（如MSDOS，Windows98、WindowsXP、WindowsVista，Windows7、linux）服務(wù)器操作系統(tǒng)（如UNIX、Windows2000等）。5、現(xiàn)代通用操作系統(tǒng)521.2.3OS發(fā)展趨勢(shì)主要有兩個(gè)方向：大型化： 分布式操作系統(tǒng)、機(jī)群操作系統(tǒng)小型化：嵌入式操作系統(tǒng)1.2.3OS發(fā)展趨勢(shì)主要有兩個(gè)方向：531.3操作系統(tǒng)的分類分類方式很多，比較典型的方式有兩種：（1）按計(jì)算機(jī)硬件組織： 大型機(jī)操作系統(tǒng)，小型機(jī)操作系統(tǒng)，微型機(jī)操作系統(tǒng)。（2）按OS在用戶前的使用環(huán)境及訪問方式：多道批處理系統(tǒng)；分時(shí)操作系統(tǒng)；實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)1.3操作系統(tǒng)的分類分類方式很多，比較典型的方式有兩種：54實(shí)時(shí)系統(tǒng)與批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別專用系統(tǒng)：許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)是專用系統(tǒng)，而批處理與分時(shí)系統(tǒng)通常是通用系統(tǒng)。實(shí)時(shí)控制：實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于控制實(shí)時(shí)過程，要求對(duì)外部事件的迅速響應(yīng)，具有較強(qiáng)的中斷處理機(jī)構(gòu)。高可靠性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于控制重要過程，要求高度可靠，具有較高冗余。如雙機(jī)系統(tǒng)。事件驅(qū)動(dòng)和隊(duì)列驅(qū)動(dòng)：實(shí)時(shí)系統(tǒng)的工作方式：接受外部消息，分析消息，調(diào)用相應(yīng)處理程序進(jìn)行處理?？膳c通用系統(tǒng)結(jié)合成通用實(shí)時(shí)系統(tǒng)：實(shí)時(shí)處理前臺(tái)作業(yè)，批處理為后臺(tái)作業(yè)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)與批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別專用系統(tǒng)：許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)是55網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

(NOS,NetworkOperatingSystem)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是在通常操作系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上提供網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的操作系統(tǒng)。與通常的OS內(nèi)有本質(zhì)上的區(qū)別，并沒有改變OS的基本結(jié)構(gòu)，只不過網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為網(wǎng)上計(jì)算機(jī)提供方便、有效的網(wǎng)絡(luò)資源共享。網(wǎng)絡(luò)功能與操作系統(tǒng)的結(jié)合程度是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。早期：是通常操作系統(tǒng)附加網(wǎng)絡(luò)軟件，目前：網(wǎng)絡(luò)功能成為操作系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。區(qū)別在于：網(wǎng)絡(luò)功能的強(qiáng)弱、使用是否方便等。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

(NOS,NetworkOperating56網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（續(xù)）

(NOS,NetworkOperatingSystem)網(wǎng)絡(luò)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)備管理、文件管理等；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)傳輸；網(wǎng)絡(luò)資源管理：協(xié)調(diào)各用戶使用；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：文件和設(shè)備共享，信息發(fā)布；網(wǎng)絡(luò)管理：安全管理、故障管理、性能管理等；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（續(xù)）

(NOS,NetworkOperat57嵌入式操作系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)？在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，完成特定功能的軟硬件系統(tǒng)。它們是一個(gè)大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中的一部分，這個(gè)大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)可以不是“計(jì)算機(jī)”通常工作在反應(yīng)式或?qū)μ幚頃r(shí)間有較嚴(yán)格要求環(huán)境中由于它們被嵌入在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，因此稱為嵌入式系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)什么是嵌入式系統(tǒng)？58嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用智能卡移動(dòng)通信計(jì)算機(jī)外設(shè)機(jī)頂盒零售設(shè)備印刷機(jī)復(fù)印機(jī)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器電話交換設(shè)備嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用智能卡移動(dòng)通信計(jì)算機(jī)外設(shè)機(jī)頂盒零售設(shè)備印591.5常見流行操作系統(tǒng)桌面操作系統(tǒng)MSDOS，MSWindows3.x，Windows95，MacOS，WindowsXP，WindowsVista，Windows7，Linux，服務(wù)器操作系統(tǒng)WindowsNT，Windows200X，UNIX，NovellNetware，OS/2，Linux嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE、PalmOS，UcLinux，UCOS2，VxWorks，pSOS，QNX，WindowsMobileSymbian,Andriod1.5常見流行操作系統(tǒng)桌面操作系統(tǒng)60小結(jié)掌握：OS的定義OS的特性：并行和共享OS功能和作用：資源管理者、用戶接口影響OS發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和思想:假脫機(jī)技術(shù)中斷技術(shù)和通道技術(shù)多道程序設(shè)計(jì)思想了解：OS的發(fā)展歷史和分類小結(jié)掌握：61ThankyouThankyou62華中科技大學(xué)操作系統(tǒng)課件全集華中科技大學(xué)操作系統(tǒng)課件全集華中科技大學(xué)操作系統(tǒng)課件全集操作系統(tǒng)原理華中科技大學(xué)操作系統(tǒng)課件全集華中科技大學(xué)操作系統(tǒng)課件全集華中63操作系統(tǒng)原理操作系統(tǒng)原理64教材：屠祁，屠立德，操作系統(tǒng)基礎(chǔ)(第三版)，清華大學(xué)出版社參考教材：王素華，操作系統(tǒng)教程，人民郵電出版社龐麗萍，操作系統(tǒng)原理，華中科技大學(xué)出版周長林，左萬歷，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程，高等教育出版社陳向群，楊芙清，操作系統(tǒng)教程，北京大學(xué)出版社尤晉元、史美林等，Windows操作系統(tǒng)原理，機(jī)械工業(yè)出版社教材：65課程要求作業(yè)和出勤：10%上機(jī)實(shí)驗(yàn)：10%考試：80%課程要求作業(yè)和出勤：10%66操作系統(tǒng)課程特點(diǎn)實(shí)踐性強(qiáng)（從實(shí)踐總結(jié)出原理）涉及面廣（并行程序，性能問題，結(jié)構(gòu)問題，程序方法論，軟件工程，等等）錯(cuò)綜復(fù)雜：縱橫交叉操作系統(tǒng)課程特點(diǎn)實(shí)踐性強(qiáng)（從實(shí)踐總結(jié)出原理）67注意學(xué)習(xí)方式的變換教師只指出要點(diǎn)

要通過自學(xué)、研讀參考書掌握內(nèi)容整理筆記相當(dāng)重要

不能只通過PowerPoint來復(fù)習(xí)課程善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題

要努力尋求問題的答案注意學(xué)習(xí)方式的變換教師只指出要點(diǎn)

要通過自學(xué)、研讀參68課程主要內(nèi)容介紹1、操作系統(tǒng)概述（包括第一章、第二章）2、進(jìn)程管理3、線程管理4、并行性：同步和互斥5、處理器管理6、死鎖7、存儲(chǔ)管理（包括實(shí)存和虛存管理）8、設(shè)備管理9、文件系統(tǒng)課程主要內(nèi)容介紹1、操作系統(tǒng)概述（包括第一章、第二章）69第一章緒論掌握：OS的定義、功能和作用；多道程序系統(tǒng)的特點(diǎn)；影響OS發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和思想:假脫機(jī)技術(shù)中斷技術(shù)和通道技術(shù)多道程序設(shè)計(jì)思想了解：OS的發(fā)展歷史、分類、常見的操作系統(tǒng)第一章緒論掌握：701.1什么是操作系統(tǒng)1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成1.1.2操作系統(tǒng)的定義1.1.3操作系統(tǒng)的功能和作用1.1.4操作系統(tǒng)的特性1.1什么是操作系統(tǒng)1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成711.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)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)硬件：指計(jì)算機(jī)物理裝置本身，可以是電子的、電的、磁的、機(jī)械的、光的元件或裝置。軟件：指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有軟件。1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件硬件及固件（裸機(jī)）應(yīng)用72計(jì)算機(jī)硬件中央處理器（運(yùn)算器和控制器）輸入輸出處理器存儲(chǔ)器輸入輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)硬件組織結(jié)構(gòu)早期以處理器為中心的組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)代以存儲(chǔ)器為中心的組織結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件73計(jì)算機(jī)典型組織（1）

（1）微型計(jì)算機(jī)的典型組織：包括CPU、I/O設(shè)備、存儲(chǔ)器。單總線結(jié)構(gòu)，以總線為紐帶?？偩€分為地址總線和數(shù)據(jù)總線，通過地址總線選設(shè)備，通過數(shù)據(jù)總線傳遞控制信息、狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)信息；同一時(shí)間，總線只能為一對(duì)設(shè)備所占用；由于CPU與I/O設(shè)備間的速度匹配問題，采用兩種數(shù)據(jù)流線路：直接：與低速I/O設(shè)備；經(jīng)由存儲(chǔ)器：與高速I/O設(shè)備，防止CPU處理不過來。計(jì)算機(jī)典型組織（1）（1）微型計(jì)算機(jī)的典型組織：74CPU存儲(chǔ)器I/O設(shè)備I/O設(shè)備以總線為核心CPU存儲(chǔ)器I/O設(shè)備I/O設(shè)備以總線為核心75操作系統(tǒng)課件全集76操作系統(tǒng)課件全集77計(jì)算機(jī)典型組織（2）

（2）大小型計(jì)算機(jī)的硬件組織：包括中央處理器、通道、存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備；采用雙總線結(jié)構(gòu)（I/O總線、存儲(chǔ)總線）；以存儲(chǔ)器為中心。計(jì)算機(jī)典型組織（2）（2）大小型計(jì)算機(jī)的硬件組織78操作系統(tǒng)做什么？#include<stdio.h>intmain(intargc,char*argv[]){printf("helloworld");return0;}操作系統(tǒng)做什么？#include<stdi79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用戶告訴操作系統(tǒng)執(zhí)行hello程序80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(chǔ)映像區(qū)視頻硬件將像素表示轉(zhuǎn)換成一組模擬信號(hào)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操作系統(tǒng)課件全集81計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（1）大多數(shù)用戶并不歡迎裸機(jī)這種環(huán)境。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（1）大多數(shù)用戶并不歡迎裸機(jī)這種環(huán)境82計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（2）結(jié)論：下層是上層的基礎(chǔ)；上層是下層功能的擴(kuò)展；軟件是在硬件基礎(chǔ)上對(duì)硬件性能的擴(kuò)充和完善。操作系統(tǒng)是對(duì)硬件的第一次擴(kuò)充，是其他軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（2）結(jié)論：83計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（3）裸機(jī)＋軟件＝功能更強(qiáng)的機(jī)器＝虛擬機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次與虛擬機(jī)（3）裸機(jī)＋軟件＝功能更強(qiáng)的機(jī)器＝虛841.1.2操作系統(tǒng)的定義沒有普遍接受的定義，由于:內(nèi)涵不斷變化；不同角度作用不一樣（資源管理者、一般用戶）。通常的定義：用以控制和管理系統(tǒng)資源，方便用戶使用計(jì)算機(jī)的程序集合。1.1.2操作系統(tǒng)的定義沒有普遍接受的定義，由于:851.1.3OS的功能和作用（1）1、作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)間的接口：操作系統(tǒng)提供兩種接口：系統(tǒng)命令：供用戶用于組織和控制自己的作業(yè)運(yùn)行。命令行、菜單式或GUI"聯(lián)機(jī)"；命令腳本"脫機(jī)"編程接口：供用戶程序和系統(tǒng)程序調(diào)用操作系統(tǒng)功能。系統(tǒng)調(diào)用和高級(jí)語言庫函數(shù)；通過這些接口，可達(dá)到：方便快捷：由于提供了便利的輸入輸出，用戶能方便快捷地使用計(jì)算機(jī)；安全可靠：由于規(guī)定了用戶的接口，能發(fā)現(xiàn)并處理各種錯(cuò)誤，使用戶能安全可靠地使用計(jì)算機(jī)。1.1.3OS的功能和作用（1）1、作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系86OS的功能和作用（1）2、作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者：資源：CPU、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備、信息（數(shù)據(jù)和程序）；主要管理以下資源：（1）CPU：分配、監(jiān)視和控制；（2）存儲(chǔ)器：內(nèi)存分配、監(jiān)視、回收和保護(hù)；（3）I/O設(shè)備：分配和回收，部分設(shè)備的共享；（4）信息：負(fù)責(zé)本地（和網(wǎng)絡(luò)）信息的組織、存取、共享和保護(hù)。OS的功能和作用（1）2、作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者：871.1.4操作系統(tǒng)的特性計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)為順序過程計(jì)算模型，為了提高系統(tǒng)資源利用率，采用多道程序思想，必然導(dǎo)致OS具有以下特性：（1）并行性：指兩個(gè)或多個(gè)程序同時(shí)在內(nèi)存中并處于運(yùn)行狀態(tài)。單處理器：宏觀上并行，指宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)有多道程序同時(shí)運(yùn)行，微觀上，每一時(shí)刻僅執(zhí)行一道程序，通常稱為并發(fā)。多處理器：真正意義上的并行。1.1.4操作系統(tǒng)的特性計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)為順序過程計(jì)算模型881.1.4操作系統(tǒng)的特性（續(xù)）（2）共享性：指主存中并行運(yùn)行的程序要求共享所有的系統(tǒng)資源。 由于多個(gè)進(jìn)程共享有限的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源。操作系統(tǒng)需要對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配和使用。資源在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)交替被多個(gè)進(jìn)程所用。1.1.4操作系統(tǒng)的特性（續(xù)）（2）共享性：指主存中并行891.1.5操作系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的可靠性系統(tǒng)能發(fā)現(xiàn)、診斷和恢復(fù)硬件、軟件故障的能力。系統(tǒng)吞吐率系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)所處理的信息量系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間從系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)到輸出結(jié)果的時(shí)間間隔系統(tǒng)資源利用率系統(tǒng)中各部件、各種設(shè)備的使用程度可移植性操作系統(tǒng)從一個(gè)硬件環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一個(gè)硬件環(huán)境仍能正常工作的能力1.1.5操作系統(tǒng)的性能指標(biāo)系統(tǒng)的可靠性901.2OS的發(fā)展歷史和趨勢(shì)1.2.1OS發(fā)展動(dòng)力1.2.2OS發(fā)展歷史1.2.3OS發(fā)展趨勢(shì)1.2OS的發(fā)展歷史和趨勢(shì)1.2.1OS發(fā)展動(dòng)力911.2.1OS發(fā)展動(dòng)力計(jì)算機(jī)器件的更新：電子管-〉晶體管-〉集成電路-〉大規(guī)模集成電路微機(jī)由8位-〉16位-〉32位-〉64位 OS由8位-〉16位-〉32位-〉64位新概念和新技術(shù)的發(fā)展：假脫機(jī)技術(shù)、中斷技術(shù)、虛存技術(shù)、通道技術(shù)等計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)展：單處理機(jī)-〉多處理機(jī)用戶方便的需求：用戶上機(jī)、調(diào)試程序，分散計(jì)算時(shí)的事務(wù)處理和非專業(yè)用戶（商業(yè)和辦公、家庭）提高資源利用率和系統(tǒng)性能的需要：1.2.1OS發(fā)展動(dòng)力計(jì)算機(jī)器件的更新：921.2.2OS發(fā)展歷史1、“史前文明”——無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2、單道批處理系統(tǒng)——操作系統(tǒng)雛形3、多道批處理系統(tǒng)——現(xiàn)代意義的操作系統(tǒng)4、交互式分時(shí)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)——OS實(shí)用化階段5、現(xiàn)代通用操作系統(tǒng)1.2.2OS發(fā)展歷史1、“史前文明”——無操作系統(tǒng)的計(jì)算931、手工操作出現(xiàn)年代：1946~50年代（電子管）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) 人員；編程語言：為機(jī)器語言；輸入輸出：紙帶或卡片；計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)用戶獨(dú)占全機(jī)：不出現(xiàn)資源被其他用戶占用，資源利用率低；CPU等待用戶：計(jì)算前，手工裝入紙帶或卡片；計(jì)算完成后，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低；1、手工操作出現(xiàn)年代：1946~50年代（電子管）942、單道批處理系統(tǒng)出現(xiàn)年代：50年代末~60年代中（晶體管）關(guān)鍵技術(shù)：脫機(jī)輸入輸出技術(shù)工作方式： 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（Monitor）自動(dòng)依次處理。 可使用匯編語言開發(fā)。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)CPU和I/O設(shè)備的使用效率，提高了吞吐量。缺點(diǎn)：磁帶或磁盤需要人工裝卸，作業(yè)需要人工分類，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)）。2、單道批處理系統(tǒng)出現(xiàn)年代：50年代末~60年代中（晶體95卡片IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶磁帶機(jī)卡片閱讀機(jī)輸出磁帶打印機(jī)卡片IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶磁帶機(jī)96$END$RUNDataforprogram$LOADFortranprogram$FORTRAN

$JOB,10,429754

CherryChen

典型的FMSJOB結(jié)構(gòu)$END$RUNDataforprogram$LOADF973、多道批處理系統(tǒng)出現(xiàn)年代：60年代中~70年代中（集成電路）單道批處理的主要問題： CPU和I/O設(shè)備使用忙閑不均（取決于當(dāng)前作業(yè)的特性）：對(duì)計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑；對(duì)I/O為主的作業(yè)，CPU空閑；3、多道批處理系統(tǒng)出現(xiàn)年代：60年代中~70年代中（集98多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）關(guān)鍵技術(shù)：通道技術(shù)、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(fù)責(zé)作業(yè)運(yùn)行的同時(shí)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(dòng)后可獨(dú)立于CPU運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)CPU與I/O的并行。通道有專用的I/O處理器，可與CPU并行工作可實(shí)現(xiàn)I/O聯(lián)機(jī)處理中斷：是指CPU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。多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）關(guān)鍵技術(shù)：通道技術(shù)、中斷技術(shù)99多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）多道程序設(shè)計(jì)：指在主存（內(nèi)存）中存放一個(gè)以上用戶作業(yè)，使之同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，共享系統(tǒng)資源。起因：高速CPU與低速I/O設(shè)備不匹配。根本目的：提高CPU利用率；提高內(nèi)存利用率；提高I/O利用率；增加系統(tǒng)吞吐量。多道程序的運(yùn)行特征多道：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；微觀上串行運(yùn)行：各作業(yè)交替使用CPU；多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）多道程序設(shè)計(jì)：100多道程序系統(tǒng)的技術(shù)問題并行程序的運(yùn)行需要共享軟件硬件資源，需要同步和互斥機(jī)制。多道程序需要提高內(nèi)存的使用效率，需要覆蓋技術(shù)、交換技術(shù)、虛擬存儲(chǔ)等技術(shù)。多道程序在內(nèi)存中要保證系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)的安全可靠，需要內(nèi)存保護(hù)。多道程序系統(tǒng)的技術(shù)問題101單道作業(yè)運(yùn)行情況單道作業(yè)運(yùn)行情況102多道作業(yè)運(yùn)行情況多道作業(yè)運(yùn)行情況103多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征 多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征是基于各作業(yè)對(duì)系統(tǒng)資源的需求差異得到的。例如：有3個(gè)作業(yè)A、B、C，分別為計(jì)算、檢索和打印作業(yè)，單道運(yùn)行時(shí)間分別為5分、15分和10分鐘。它們可并行在15分鐘內(nèi)完成3個(gè)作業(yè)。各資源的利用效率為：多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征104多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高：CPU和內(nèi)存利用率較高；作業(yè)吞吐量大：單位時(shí)間內(nèi)完成的工作總量大；缺點(diǎn)：用戶交互性差：整個(gè)作業(yè)完成后或中間出錯(cuò)時(shí)，才與用戶交互，不利于調(diào)試和修改；作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長：短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長；多道批處理系統(tǒng)（續(xù)）優(yōu)點(diǎn)：1054、分時(shí)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：由于中斷技術(shù)的使用，使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)能連接多個(gè)用戶終端，用戶可通過各自的終端使用和控制計(jì)算機(jī)，我們把一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接多個(gè)終端的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?；蚍Q分時(shí)系統(tǒng)。分時(shí)技術(shù)：把處理機(jī)的響應(yīng)時(shí)間分成若于個(gè)大小相等（或不相等）的時(shí)間單位，稱為時(shí)間片（如100毫秒），每個(gè)終端用戶獲得CPU，就等于獲得一個(gè)時(shí)間片，該用戶程序開始運(yùn)行，當(dāng)時(shí)間片到（用完），用戶程序暫停運(yùn)行，等待下一次運(yùn)行?！胺謺r(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)。多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源。4、分時(shí)與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：由于中斷技術(shù)的使用，使106分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)利用分時(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)的一種操作系統(tǒng)，它一般采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的辦法，使一臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)為多個(gè)終端用戶服務(wù)，對(duì)每個(gè)用戶都能保證足夠快的響應(yīng)時(shí)間，并提供交互會(huì)話功能。分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)操作系統(tǒng)107分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)的方式：多個(gè)用戶分時(shí)：單個(gè)用戶使用計(jì)算機(jī)的效率低，因而允許多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)在內(nèi)存中，分別服務(wù)于不同的用戶。有用戶輸入時(shí)由CPU執(zhí)行，處理完一次用戶輸入后程序暫停，等待下一次用戶輸入－－時(shí)走時(shí)停前臺(tái)和后臺(tái)程序(foreground&background)分時(shí)：后臺(tái)程序不占用終端輸入輸出，不與用戶交互－－現(xiàn)在的圖形用戶界面(GUI)，除當(dāng)前交互的程序(輸入焦點(diǎn))之外，其他程序均作為后臺(tái)。分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)的方式：108主機(jī)終端主機(jī)終端109分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)交互性：在調(diào)試和運(yùn)行程序時(shí)由用戶自己操作。多路性：多個(gè)用戶同時(shí)使用。獨(dú)占性：用戶感覺不到計(jì)算機(jī)為其他人服務(wù)，感覺到自己獨(dú)占了計(jì)算機(jī)；（OS提供虛機(jī)器，各個(gè)用戶的虛機(jī)器互不干擾）。 現(xiàn)在的許多操作系統(tǒng)都具有分時(shí)處理的功能，在分時(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，操作系統(tǒng)的發(fā)展開始分化，如實(shí)時(shí)系統(tǒng)、通用系統(tǒng)、個(gè)人系統(tǒng)等。分時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）分時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)110實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是用于科學(xué)與工程的數(shù)值計(jì)算，如第一臺(tái)計(jì)算機(jī)（1944年）產(chǎn)生的原因就是解決大口徑火炮設(shè)計(jì)中的計(jì)算問題：彈道軌跡、彈著點(diǎn)和材料的各種應(yīng)力分布的計(jì)算。還有原子彈設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中大量的計(jì)算問題，用當(dāng)時(shí)的計(jì)算工具已經(jīng)解決不了。到了60年代初，計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用到生產(chǎn)過程控制、工業(yè)控制、防空系統(tǒng)、信息處理等，在這些應(yīng)用中不但要解決計(jì)算間題，還要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算，即實(shí)時(shí)處理。在實(shí)時(shí)處理中的一個(gè)核心的問題就是響應(yīng)時(shí)間問題。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是用于科學(xué)與工程的數(shù)值計(jì)算，如第一111實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）響應(yīng)時(shí)間：指用戶發(fā)出命令，到系統(tǒng)完成用戶命令所需的時(shí)間。批處理操作系統(tǒng)沒有分時(shí)操作系統(tǒng)秒級(jí)(一般情況）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)微秒級(jí)甚至更?。ń?jīng)典說法） 系統(tǒng)滿足用戶時(shí)限（deadline)的 要求(現(xiàn)代）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）響應(yīng)時(shí)間：指用戶發(fā)出命令，到系統(tǒng)完成用戶命112實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)： 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是又一種類型的操作系統(tǒng)，對(duì)外部的請(qǐng)求，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)處理完畢。實(shí)時(shí)： 指計(jì)算機(jī)對(duì)于用戶請(qǐng)求能足夠快地進(jìn)行處理，并做出反映。要求毫秒、微秒級(jí)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的應(yīng)用：實(shí)時(shí)控制：工業(yè)過程控制、防空系統(tǒng)等。實(shí)時(shí)信息處理：情報(bào)檢索和查詢、飛機(jī)訂票系統(tǒng)、銀行信用卡系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（續(xù)）實(shí)時(shí)操作