操作系統(tǒng)課件第一章緒論

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程考核方法平時(shí)：考勤、作業(yè)、提問、實(shí)驗(yàn)所占比率30%期末考試：卷面100分所占比率70%課程主要內(nèi)容第一部分：緒論第二部分：操作系統(tǒng)用戶界面第三部分：進(jìn)程管理第四部分：處理機(jī)調(diào)度第五部分：存儲(chǔ)管理第六部分：文件管理第七部分：設(shè)備管理教材第一章教材第二章教材第三章教材第四章教材第五章教材第八章教材第九章第二章（操作系統(tǒng)用戶界面）管理資源的觀點(diǎn)進(jìn)程交互的觀點(diǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的觀點(diǎn)操作系統(tǒng)是虛擬機(jī)第一章（緒論）操作系統(tǒng)是資源管理者第四章（處理機(jī)調(diào)度）第五章（存儲(chǔ)管理）第六章（文件系統(tǒng)）第七章（設(shè)備管理）第三章（進(jìn)程管理）系統(tǒng)角度操作系統(tǒng)是程序執(zhí)行的控制者用戶角度操作系統(tǒng)是服務(wù)提供者服務(wù)用戶的觀點(diǎn)研究和觀察操作系統(tǒng)第一章

緒論

主要內(nèi)容操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)歷史操作系統(tǒng)的基本類型操作系統(tǒng)功能廚師是如何工作的廚師從灶臺(tái)上取得原料，炒菜當(dāng)灶臺(tái)上原料用完時(shí)，從冰箱補(bǔ)充到灶臺(tái)當(dāng)冰箱里的原料用完時(shí)，從市場(chǎng)購買補(bǔ)充到冰箱廚師通過前臺(tái)服務(wù)員與顧客交流顧客通過菜譜來控制廚師炒菜過程一個(gè)廚師可能同時(shí)為多個(gè)顧客同時(shí)服務(wù)計(jì)算機(jī)是如何工作的CPU——廚師寄存器、高速緩存——灶臺(tái)內(nèi)存——冰箱外存——市場(chǎng)人機(jī)界面——前臺(tái)服務(wù)員程序——菜譜處理機(jī)調(diào)度——為多個(gè)顧客服務(wù)的原則計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(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)軟件編譯、連接裝配程序操作系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成操作系統(tǒng)的地位緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下（是其他軟件的共同環(huán)境）

操作系統(tǒng)位于硬件和用戶之間一方面：向用戶提供接口，方便用戶使用計(jì)算機(jī)另一方面：管理計(jì)算機(jī)軟硬件資源，合理充分利用操作系統(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，是一些程序模塊的集合——它們能以盡量有效、合理的方式組織和管理計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，合理的組織計(jì)算機(jī)的工作流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務(wù)功能，使得用戶能夠靈活、方便、有效的使用計(jì)算機(jī)，使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行，是計(jì)算機(jī)與用戶之間的接口。主要內(nèi)容操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)歷史操作系統(tǒng)的基本類型操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)歷史計(jì)算機(jī)元件發(fā)展第一代：電子管時(shí)代第二代：晶體管時(shí)代第三代：集成電路時(shí)代第四代：大規(guī)模和超大規(guī)模電路時(shí)代相應(yīng)操作系統(tǒng)發(fā)展手工操作（無OS）時(shí)代單道批處理時(shí)代多道批處理時(shí)代分時(shí)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)代（通用OS，網(wǎng)絡(luò)OS，分布式OS）操作系統(tǒng)的歷史——手工操作階段工作方式：用戶：用戶既是程序員，又是操作員；編程語言：為機(jī)器語言；輸入輸出：紙帶或卡片

用戶紙帶或卡片輸入機(jī)程序和數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果打印機(jī)操作系統(tǒng)的歷史——手工操作階段50年代早期出現(xiàn)了穿孔卡片程序?qū)懺诳ㄆ先缓笞x入計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的歷史——手工操作階段計(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；

操作系統(tǒng)的歷史——手工操作階段主要矛盾計(jì)算機(jī)處理能力的提高與手工操作的低效率（造成浪費(fèi)）；用戶獨(dú)占全機(jī)的所有資源；任何一個(gè)步驟出現(xiàn)故障都將導(dǎo)致該作業(yè)需從頭開始執(zhí)行。操作系統(tǒng)的歷史——單道批處理單道：每次只調(diào)用一個(gè)用戶作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存并運(yùn)行工作方式：配備專門的計(jì)算機(jī)操作員，程序員和操作員分工合作操作員把程序員提交的作業(yè)分類，每一批作業(yè)由監(jiān)督程序（monitor)自動(dòng)依次處理。操作系統(tǒng)的歷史——單道批處理1）聯(lián)機(jī)批處理：慢速I/O設(shè)備和主機(jī)直接相連

卡片機(jī)……打印機(jī)主機(jī)紙帶機(jī)操作系統(tǒng)的歷史——單道批處理2）脫機(jī)批處理：增加一臺(tái)專門用于與I/O設(shè)備相連的衛(wèi)星機(jī)

卡片機(jī)……打印機(jī)衛(wèi)星機(jī)紙帶機(jī)輸入磁帶輸出磁帶主機(jī)操作系統(tǒng)的歷史——多道批處理多道：每次調(diào)用多個(gè)用戶作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行多道運(yùn)行：CPUI/O設(shè)備A計(jì)算A的I/O操作B計(jì)算A計(jì)算B的I/O操作計(jì)算單道運(yùn)行：CPUI/O設(shè)備I/O操作計(jì)算操作系統(tǒng)的歷史——多道批處理特點(diǎn)：

?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；操作系統(tǒng)的歷史——多道批處理多道程序系統(tǒng)和多重處理系統(tǒng)的比較

多道：多個(gè)程序同時(shí)在內(nèi)存中交替運(yùn)行多重：多個(gè)處理器。單道和多道批處理的比較單道多道內(nèi)存使用每次一個(gè)作業(yè)每次多個(gè)作業(yè)（充分利用內(nèi)存）作業(yè)次序順序，先進(jìn)先出無確定次序現(xiàn)代操作系統(tǒng)——分時(shí)操作系統(tǒng)允許多個(gè)聯(lián)機(jī)用戶同時(shí)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算的操作系統(tǒng)稱分時(shí)操作系統(tǒng)（TimeSharingOperatingSystem）現(xiàn)代操作系統(tǒng)——分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)技術(shù)：

將處理機(jī)的運(yùn)行時(shí)間分成很短的時(shí)間片，按時(shí)間片輪流將處理機(jī)分配給各聯(lián)機(jī)作業(yè)使用,多個(gè)用戶分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)。分時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：每個(gè)用戶都認(rèn)為自己獨(dú)占了一臺(tái)計(jì)算機(jī)，可以通過自己終端向系統(tǒng)發(fā)出各種命令。例：UNIX操作系統(tǒng)CPU時(shí)間ABCABCAB現(xiàn)代操作系統(tǒng)——實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RealTimeOperatingSystem)是指系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成對(duì)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)行的操作系統(tǒng)。C閥門AB反應(yīng)堆閥門計(jì)算機(jī)系統(tǒng)記錄儀傳感裝置圖例：控制信號(hào)測(cè)量信號(hào)現(xiàn)代操作系統(tǒng)——實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于工業(yè)控制、軍事控制等領(lǐng)域?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)必須在允許的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)，何時(shí)產(chǎn)生結(jié)果與產(chǎn)生何種結(jié)果同樣重要實(shí)時(shí)系統(tǒng)工作原理：傳感器外設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)現(xiàn)代操作系統(tǒng)——實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的分類：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)：響應(yīng)時(shí)間一定不能超過時(shí)限.如工業(yè)過程控制、防空系統(tǒng)、導(dǎo)彈尋航系統(tǒng)等軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)：響應(yīng)時(shí)間偶爾可以超過時(shí)限.如情報(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)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：事件觸發(fā)：事件發(fā)生時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)時(shí)間觸發(fā)：每隔一定時(shí)間觸發(fā)系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)例：RT-Linux,VxWorks各種操作系統(tǒng)的比較系統(tǒng)資源利用率高，吞吐量大交互性好在有限時(shí)間內(nèi)快速響應(yīng)并可靠適用于程序開發(fā)適用于工業(yè)控制、軍事控制適用于科學(xué)計(jì)算批處理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)批處理系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng)——通用操作系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)同時(shí)兼有多道批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)處理的功能，或其中兩種以上的功能。

特點(diǎn)：功能齊全，適應(yīng)范圍較廣，系統(tǒng)本身龐大、復(fù)雜例：UNIX操作系統(tǒng)，Windows操作系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng)——操作系統(tǒng)的發(fā)展個(gè)人PC操作系統(tǒng)例：DOS，Windows，Linux嵌入式操作系統(tǒng)例：WindowsCE網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)例：Netware分布式操作系統(tǒng)例：Amoeba,Mach,Chorus,DCE智能化操作系統(tǒng)主要內(nèi)容操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)歷史操作系統(tǒng)的基本類型操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)基本類型批處理操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)類型——批處理操作系統(tǒng)一種早期大型機(jī)用操作系統(tǒng)，現(xiàn)代操作系統(tǒng)大都具有此功能操作系統(tǒng)類型——批處理操作系統(tǒng)特點(diǎn)：

1）脫機(jī)使用：用戶提交了作業(yè)后就象脫離了計(jì)算機(jī)，不必直接控制計(jì)算機(jī)

2）高效：操作系統(tǒng)可以從輸入作業(yè)中選擇適當(dāng)?shù)囊慌鳂I(yè)運(yùn)行，達(dá)到系統(tǒng)資源的最大利用率和最大的吞吐能力。多道運(yùn)行更為高效。使用：大型科學(xué)計(jì)算或事務(wù)處理操作系統(tǒng)類型——分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)技術(shù)：把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時(shí)間）進(jìn)行時(shí)間上的分割，每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)時(shí)間片（timeslice），每個(gè)用戶依次輪流使用時(shí)間片，使一臺(tái)計(jì)算機(jī)為多個(gè)終端用戶服務(wù)。分時(shí)操作系統(tǒng)一般采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法分配計(jì)算機(jī)的CPUCPU時(shí)間ABCABCAB操作系統(tǒng)類型——分時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)：

1）交互性：用戶通過終端向主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求，主機(jī)響應(yīng)結(jié)果

2）同時(shí)性：宏觀上多個(gè)用戶同時(shí)使用計(jì)算機(jī)，微觀上計(jì)算機(jī)輪流為每個(gè)用戶服務(wù)

3）獨(dú)立性：每個(gè)用戶使用各自終端與計(jì)算機(jī)交互，感覺不到其他用戶的存在，好象獨(dú)立使用計(jì)算機(jī)使用：軟件開發(fā)，運(yùn)行較小的程序操作系統(tǒng)類型——實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)可理解為立即、及時(shí)的意思實(shí)時(shí)系統(tǒng)需要解決的問題：1）實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理：系統(tǒng)日期和時(shí)間、定時(shí)和延時(shí)等；2）過載保護(hù)：緩沖區(qū)排隊(duì)，丟棄某些任務(wù)；（過載是指進(jìn)入系統(tǒng)的任務(wù)數(shù)目超出系統(tǒng)的處理能力）3）高度可靠性和安全性：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）操作系統(tǒng)類型——實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)：1）及時(shí)性：及時(shí)地響應(yīng)外部請(qǐng)求，并在嚴(yán)格規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)請(qǐng)求的處理2）連續(xù)的人機(jī)對(duì)話3）高可靠性：要求安全可靠，可通過冗余策略來容錯(cuò)4）較強(qiáng)的過載保護(hù)能力使用：工業(yè)控制、軍事控制操作系統(tǒng)類型——個(gè)人操作系統(tǒng)一種聯(lián)機(jī)的交互式的單用戶操作系統(tǒng)特點(diǎn)：1）個(gè)人專用2）方便友好的用戶接口3）高速數(shù)據(jù)處理能力4）實(shí)時(shí)多任務(wù)使用：個(gè)人多媒體計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)類型——網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：是通過通信設(shè)施將物理上分散的具有自治功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)起來的，實(shí)現(xiàn)信息交換、資源共享和協(xié)作處理的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)模式Client/Server(C/S)PeertoPeer(P2P)操作系統(tǒng)類型——網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)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)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為網(wǎng)上計(jì)算機(jī)進(jìn)行方便而有效的網(wǎng)絡(luò)資源共享，提供網(wǎng)絡(luò)用戶所需各種服務(wù)的軟件和相關(guān)規(guī)程的集合。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是運(yùn)行在松散耦合硬件上的松散偶合軟件操作系統(tǒng)類型——網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)特點(diǎn)：1）互連在物理上是分散的計(jì)算機(jī)2）每臺(tái)計(jì)算機(jī)自治，各自具有操作系統(tǒng)，各自獨(dú)立工作3）通過通信設(shè)施實(shí)現(xiàn)互連4）實(shí)現(xiàn)信息交換、資源共享、互操作、協(xié)作處理操作系統(tǒng)類型——網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)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)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、性能管理等操作系統(tǒng)類型——分布式操作系統(tǒng)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由多臺(tái)分散的計(jì)算機(jī)經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而成，滿足如下條件：系統(tǒng)中任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)可以通過系統(tǒng)的安全通信機(jī)制來交換信息。系統(tǒng)中的資源為所有用戶共享，用戶只要考慮系統(tǒng)中是否有所需資源，而無需考慮資源在哪臺(tái)計(jì)算機(jī)上。系統(tǒng)中的若干臺(tái)機(jī)器可互相協(xié)作完成同一個(gè)任務(wù)，分布式系統(tǒng)是一種特殊的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)出錯(cuò)不影響其它結(jié)點(diǎn)運(yùn)行、即具有較好的容錯(cuò)性和健壯性。操作系統(tǒng)類型——分布式操作系統(tǒng)分布式系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，它的基本特征是處理上的分布，即功能和任務(wù)的分布。分布式操作系統(tǒng)的所有系統(tǒng)任務(wù)可在系統(tǒng)中任何處理機(jī)上運(yùn)行，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的任務(wù)分配并自動(dòng)調(diào)度各處理機(jī)的工作負(fù)載。分布式操作系統(tǒng)是運(yùn)行在松散耦合硬件上的緊耦合軟件操作系統(tǒng)類型——分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)已制定通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議每臺(tái)計(jì)算機(jī)有自己的操作系統(tǒng)對(duì)用戶不透明松散耦合硬件上運(yùn)行松散耦合軟件已在現(xiàn)實(shí)中廣泛應(yīng)用分布式操作系統(tǒng)無標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議系統(tǒng)有一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng)對(duì)用戶透明松散耦合硬件上運(yùn)行緊耦合軟件還處于研究階段主要內(nèi)容操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)歷史操作系統(tǒng)的基本類型操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)的功能處理機(jī)管理存儲(chǔ)管理設(shè)備管理信息管理提供用戶接口操作系統(tǒng)功能資源管理軟件資源硬件資源內(nèi)存CPU外設(shè)程序數(shù)據(jù)方便用戶操作系統(tǒng)的五大功能文件系統(tǒng)管理處理機(jī)管理內(nèi)存管理設(shè)備管理用戶接口操作系統(tǒng)功能——處理機(jī)管理組織多個(gè)作業(yè)同時(shí)運(yùn)行，解決對(duì)處理機(jī)分配調(diào)度策略（例如FCFS，SJF），分配實(shí)施和資源