計算機操作系統(tǒng)第一章

1計算機操作系統(tǒng)

李潔lijiesq@163.co/p>

答疑時間（每周三下午506辦公室）2教學安排學時分配考核標準總學時：56學時理論：40學時實踐：16學時平時成績(20%)+期中成績(10%)+期末考試(70%)注重學習的過程3引言課程特點：概念多、原理性強、較抽象課程學習目的：專業(yè)基礎核心課，有利于對計算機系統(tǒng)的理解和軟件的開發(fā)課程學習方法：問題驅動學習、理論聯系實際課程學習難點：概念、原理、算法、數據結構4計算機操作系統(tǒng)進程管理操作系統(tǒng)引論處理機調度與死鎖存儲器管理41235文件管理6設備管理35123操作系統(tǒng)的基本概念Textinhere操作系統(tǒng)的基本類型操作系統(tǒng)的特征和功能操作系統(tǒng)的主要產品45第一章操作系統(tǒng)引論6本章要點計算機系統(tǒng)結構：了解操作系統(tǒng)的地位理解什么是操作系統(tǒng)掌握現代操作系統(tǒng)的功能、特性、類型基本概念：批處理、多道程序、作業(yè)、進程、任務、虛擬技術、并發(fā)性、異步性第一章操作系統(tǒng)引論7計算機的組成計算機系統(tǒng)計算機硬件計算機軟件處理器存儲器輸出設備輸入設備總線系統(tǒng)軟件應用軟件操作系統(tǒng)數據庫管理系統(tǒng)程序語言處理系統(tǒng)文字處理通信···娛樂8應用程序系統(tǒng)調用，命令1.操作系統(tǒng)的目標和地位操作系統(tǒng)計算機硬件應用程序1.1操作系統(tǒng)的基本概念系統(tǒng)設計者程序員用戶9操作系統(tǒng)做什么

#include<stdio.h>intmain(){puts("helloworld");return0;}

10問題的提出？程序在計算機上是如何被執(zhí)行的？誰找到它在磁盤上的位置？誰把它從磁盤讀到內存中？誰控制CPU到正確的內存地址中取得指令？誰保證這個程序和此機器上運行的其他程序不相互干擾？誰控制顯示器輸出正確的字符串？1.1操作系統(tǒng)的基本概念11

1.1操作系統(tǒng)的基本概念有效性方便性可擴充性開放性操作系統(tǒng)的目標122.什么是操作系統(tǒng)系統(tǒng)軟件(資源管理角度）有效控制和管理計算機系統(tǒng)中的各種軟硬件資源；合理組織計算機系統(tǒng)的工作流程，以使這些資源得到有效利用；（用戶角度）提供用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口，使計算機系統(tǒng)更易于使用。1.1操作系統(tǒng)的基本概念2.操作系統(tǒng)的定義13操作系統(tǒng)是一個系統(tǒng)軟件，它能有效地管理和控制計算機系統(tǒng)中的各種硬件和軟件資源、合理組織計算機的工作流程，方便用戶使用的程序和數據的集合。14自世界上第一臺計算機ENIAC(1800平方英尺)于1946年問世以來，計算機在運算速度、存儲容量、外設功能、元件工藝及系統(tǒng)結構等方面都有了驚人的發(fā)展。電子管、晶體管、集成電路、大超大極大規(guī)模集成電路(46－58)(58－64)(64－74)(70年代中至今)巨型、微型、網絡化、智能化幾個方向發(fā)展15與硬件發(fā)展相似，可將OS的演變和發(fā)展過程劃分為四個時代：單道批處理時代多道批處理分時、實時系統(tǒng)時代同時具有多方面功能的多方式系統(tǒng)時代和分布式系統(tǒng)時代16操作系統(tǒng)的三種基本類型批處理操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)1.2操作系統(tǒng)基本類型171.批處理操作系統(tǒng)所謂“批處理”就是指計算機系統(tǒng)對一批作業(yè)自動進行處理的一種技術。單道批處理系統(tǒng)對作業(yè)的處理是成批進行，且在內存中始終保持一道作業(yè)特點：自動性、順序性、單道性1.2操作系統(tǒng)基本類型18多道批處理系統(tǒng)多道程序設計同時把多個作業(yè)放入內存并允許它交替執(zhí)行，共享系統(tǒng)中的各類資源。特點：多道、宏觀上并行、微觀上串行

19多道引入的優(yōu)點：提高CPU利用率提高內存和I/O設備利用率提高了系統(tǒng)吞吐量201.2操作系統(tǒng)基本類型多道批處理系統(tǒng)：批處理中引入多道程序設計技術特點：多道、無序性、調度性優(yōu)點：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大缺點：平均周轉時間長、無交互能力適用范圍：計算量大的成熟的作業(yè)。21所謂“分時”指將CPU的時間劃分成長短相同（或基本相同）的時間段，稱為“時間片”，通過操作系統(tǒng)的管理，把這些時間片依次輪流分配給各個用戶使用。1.2操作系統(tǒng)基本類型2.分時操作系統(tǒng)222.分時操作系統(tǒng)

指一臺主機上連接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，同時允許多個用戶共享主機中的資源，各個用戶都可通過自己的終端以交互方式使用計算機。1.2操作系統(tǒng)基本類型23分時操作系統(tǒng)（1）優(yōu)點：人機交互性共享主機便于用戶上機1.2操作系統(tǒng)基本類型24（2）分時系統(tǒng)特點：多路性：多個用戶同時工作。獨立性：各用戶獨立操作，互不干擾。及時性：短時間內響應用戶請求。交互性

用戶通過終端與系統(tǒng)交互。應用：這類系統(tǒng)支持多用戶，當今廣泛用于商業(yè)、金融領域，如UNIX操作系統(tǒng)。

1.2操作系統(tǒng)基本類型253.實時操作系統(tǒng)(RTOS:RealTimeOS)引入：要求及時處理的場合所謂“實時”是指能夠及時響應隨機發(fā)生的外部事件，并對該事件做出快速處理的一種能力。1.2操作系統(tǒng)基本類型26實時操作系統(tǒng)

指系統(tǒng)能及時響應外部事件的請求，在規(guī)定的時間內完成對該事件的處理，并控制所有實時任務協調一致地運行。1.2操作系統(tǒng)基本類型27特點：響應及時、可靠性高。應用：實時控制系統(tǒng)（自動控制、化工，煉油生產）

實時信息處理（機票定購系統(tǒng)，情報檢索系統(tǒng)）適用范圍：專用系統(tǒng)，其確切的功能由其應用的領域決定，不強調資源的利用效率。1.2操作系統(tǒng)基本類型28

嵌入式系統(tǒng)是指操作系統(tǒng)和功能軟件集成于計算機硬件系統(tǒng)之中。簡單的說就是系統(tǒng)的應用軟件與系統(tǒng)的硬件一體化，類似與BIOS的工作方式。具有軟件代碼小，高度自動化，響應速度快等特點。特別適合于要求實時的和多任務的體系。

RTOS的應用形式之一29基于RTOS的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

基于RTOS嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是嵌入式產品開發(fā)的發(fā)展方向，開發(fā)環(huán)境和工具主要包括：1）交叉編譯器，主要是C/C++編譯器。2）RTOS本身，RTOS是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎和平臺，包括實時內核和擴展功能庫，為嵌入式應用提供API調用和功能擴展接口。3）RTOS開發(fā)調試工具，提供基于RTOS應用的調試，幫助開發(fā)人員更好的完成系統(tǒng)功能。特別多任務實時應用系統(tǒng)，調試工具不可缺少。4）硬件仿真和模擬器，提供實時在線開發(fā)和調試，一般由處理器制造商提供，一些公司還提供類似仿真器和邏輯分析儀的硬件調試工具。30思考：實時系統(tǒng)和分時系統(tǒng)的相同點和不同點？1.2操作系統(tǒng)基本類型31實時、分時的比較多路性：相同獨立性：相同及時性：實時系統(tǒng)要求更高

分時系統(tǒng):秒級(一般情況） 實時系統(tǒng):微秒級甚至更小交互性：分時系統(tǒng)交互性更強可靠性：實時系統(tǒng)要求更高1.2操作系統(tǒng)基本類型321.3操作系統(tǒng)特征和功能并發(fā)性共享性虛擬性異步性并發(fā)：指兩個或多個事件在同一時間間隔內發(fā)生。并行：指兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生。系統(tǒng)中的資源可供內存中多少個并發(fā)執(zhí)行的進程共同使用。通過某種技術把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應物。多個并發(fā)進程共享資源、相互合作，使得每個進程的運行過程受到其他進程的制約，不再“一氣呵成”。1.操作系統(tǒng)的特征33內存分配，內存保護，地址映射，內存擴充文件存儲空間的管理，目錄管理，文件讀/寫管理和保護進程控制，進程同步，進程通信，調度緩沖管理，設備分配，設備處理處理機管理文件管理設備管理存儲器管理2.操作系統(tǒng)的功能1.3操作系統(tǒng)特征和功能341.4操作系統(tǒng)的主要產品DOS（DiskOperationSystem）單用戶、單任務,采用的是對計算機手動輸入命令行的方式下，對計算機進行操作和控制。

從1981年直到1995年的15年間，DOS在IBMPC兼容機市場中占有舉足輕重的地位。若是把部分以DOS為基礎的MicrosoftWindows版本，如Windows95、98和Me等都算進去的話，那么其商業(yè)壽命至少可以算到2000年。352.UNIX操作系統(tǒng)

美國AT&T公司于1971年在PDP-11上運行的操作系統(tǒng)。具有多用戶、多任務的特點，支持多種處理器架構，最早由KennethLaneThompson、DennisMacAlistairRitchie和DouglasMcIlroy于1969年在AT&T的貝爾實驗室開發(fā)。1.4操作系統(tǒng)的主要產品36Unix帶來的意義軟件開發(fā)的若干哲學和思想。全民參與推動軟件，代碼共享的模式。開啟了黑客文化和開源項目。免費和商業(yè)的完美結合的Linux。C語言，而后發(fā)展的C++，Java等等類C的語言和腳本TCP/IP，其的Socket編程已成為今天通用的網絡編程主流。37unix的實際應用在巨型機、大型機上作為網絡操作系統(tǒng)使用。目前許多UNIX大型主機和服務器在國外的大型企業(yè)中每天24小時，每年365天不間斷地運行。例如，不少大企業(yè)或政府部門，肩負關鍵使命的場合/部門將其整個企業(yè)/部門信息系統(tǒng)建立并運行在以UNIX為主服務器的Client/Server結構上。

經過裁剪后可用于嵌入式系統(tǒng)383.Linux操作系統(tǒng)屬于自由軟件(開源軟件)，原創(chuàng)者是芬蘭青年學者李努斯.托瓦爾茲(LinusTorvalds)是一種外觀和性能與UNIX相同或更好的操作系統(tǒng)，但不源于任何版本的UNIX的源代碼，而是一個類似于UNIX的產品。

1.4操作系統(tǒng)的主要產品39完全免費完全兼容POSIX1.0標準，這使得可以在Linux下通過相應的模擬器運行常見的DOS、Windows的程序。多用戶、多任務良好的界面，具有字符界面和圖形界面豐富的網絡功能，可以輕松實現網頁瀏覽、文件傳輸、遠程登錄等網絡工作。并且可以作為服務器提供WWW、FTP、E-Mail等服務。Linux操作系統(tǒng)特點40Linux的實際應用過去，Linux主要被用作服務器的操作系統(tǒng)，因為它的廉價、靈活性及Unix背景。除了已在開發(fā)者群體中廣泛流行，它亦是現時提供網站服務供應商最常使用的平臺?；谄涞土杀九c高度可設置性，Linux常常被應用于嵌入式系統(tǒng)，例如機頂盒、移動電話及移動裝置等?；贚inux平臺的同花順手機炒股Android系統(tǒng)

41移動終端的應用移動終端上的Linux系統(tǒng)是指基于linux內核的移動終端嵌入式操作系統(tǒng)，主要包含Linux手機操作系統(tǒng)和Linux平板電腦操作系統(tǒng)。目前在使用或研發(fā)的Linux移動終端操作系統(tǒng)主要有Google的Android，intel和諾基亞的MeeGo，惠普的WebOS，三星的Bada，還有中國聯通公司推出的沃phone操作系統(tǒng)。42Android（安卓）2007年11月5日，Google宣布了基于Linux平臺的操作系統(tǒng)，該平臺由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應用軟件組成，號稱是首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟件。Android的主要競爭對手是蘋果公司的iOS以及RIM的BlackberryOS。2011年第一季度，Android在全球的市場份額首次超過塞班系統(tǒng)，躍居全球第一。截止2013年3季度安卓系統(tǒng)在中國市場占有率突破8成,Android智能手機在中國的占有率為86%，StrategyAnalytics給出的數據顯示，2012年三星在國內售出了3006萬臺智能機，而2011年的這一數據為1090萬臺。緊隨三星后面的則是聯想，其以13.2%的市場份額成為中國智能機領域的老二，相比2011年增加4個百分點，而蘋果（市占率11%）、華為（9.9%）以及酷派（市占率9.7%）分列三到五名。與三星突飛猛進的增長形成鮮明對比的是諾基亞，他們智能手機的市場占有率從2011年的29.9%降至2012年的3.7%，名次也由第一滑落至第七。4344在截至2013年3月的三個月里，澳大利亞、中國、法國、德國、意大利、日本、西班牙、英國和美國等9個國家進行了調查，結果顯示Android在今年第一季度的市場份額平均達到64.2%。日本是唯一一個Android尚未確立主導地位的市場，蘋果iOS仍然處于領先，市場份額為49.2%，略高于Android的45.8%。在日本以外的市場，無論是美國、英國、德國等發(fā)達國家，還是中國等新興國家，以及像西班牙這樣發(fā)生經濟危機的國家，Android都領先于iOS。其中，Android在西班牙的市場份額達到93.5%。，iOS在美國的市場份額已降至43.7%，而Android的份額則上升了1.4%至49.3%。塞班幾乎完全失去了美國市場，份額僅為0.2%。迄今為止，黑莓BB10的發(fā)布對該公司幫助不大，市場份額僅為0.9%，上個月為0.7%。除Android之外，在美國市場份額唯一出現上升的是WindowsPhone，增長1.9%至5.6%，這主要歸功于諾基亞。45Linux的實際應用此外，有不少硬件式的網絡防火墻及路由器，例如部份LinkSys的產品，其內部都是使用Linux來驅動、并采用了操作系統(tǒng)提供的防火墻及路由功能。絕大部分超級電腦使用的作業(yè)系統(tǒng)都是Linux。全球超級電腦排行榜TOP500每隔6個月便更新一次，這次是中國的天河二號榮登首位。46Tianhe-2(天河二號)，屬于中國人民解放軍國防科學技術大學、處理器達312萬個、計算速度達33.9PFLOPS(1PFLOPS等于1千萬億次浮點指令/秒)，消費電力17.8MW。4762000年2009年Windows20002001年2006年WindowsXPWindowsVistaWindows74.微軟Windows操作系統(tǒng)1.4操作系統(tǒng)的主要產品Vista2009windows72012windows848Windows8是Windows7的后一個版本操作系統(tǒng)，是由微軟公司開發(fā)的、具有革命性變化的操作系統(tǒng)。它支持來自Intel、AMD和ARM的芯片架構，由微軟劍橋研究院和蘇黎世理工學院聯合開發(fā)。該系統(tǒng)具有更好的續(xù)航能力，且啟動速度更快、占用內存更少，并兼容Windows7所支持的軟件和硬件。WindowsPhone8采用和Windows8相同的NT內核并且內置諾基亞地圖。2012年8月2日，微軟宣布Windows8開發(fā)完成，正式發(fā)布RTM版本。2012年10月Windows8正式推出，微軟自稱觸摸革命將開始。Windows84950諾基亞Lumia1020諾基亞520,720,820,925等51第一章小結掌握操作系統(tǒng)的定義及功能掌握操作系統(tǒng)的三種基本類型及特點深入領會多道程序設計技術掌握操作系統(tǒng)的基本特征52作業(yè)：1.操作系統(tǒng)的定義是什么？操作系統(tǒng)具有哪幾大特征？操作系統(tǒng)的主要功能是什么？2.采用多道程序設計的主要優(yōu)點是什么？3.對實時系統(tǒng)和分時系統(tǒng)進行比較。第一章操作系統(tǒng)引論531.操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的一個_____,它管理和控制計算機系統(tǒng)的_______。系統(tǒng)軟件硬件和軟件資源542.從用戶的觀點看，操作系統(tǒng)是（）A.由若干層次的程序按一定的結構組成的有機體B.控制和管理計算機資源的軟件C.合理地組織計算機工作流程的軟件D.用戶與計算機之間的接口D553.實時操作系統(tǒng)必須在（）內處理完來自外部的事件。A.響應時間B.周轉時間C.規(guī)定時間D.調度時間C.及時響應564.多道程序設計是指（）A.在實時系統(tǒng)中并發(fā)運行多個程序B.在分布系統(tǒng)中同一時刻運行多個程序C.在一臺處理器上同一時刻運行多個程序D.在一臺處理器上并發(fā)運行多個程序D575.（）不是設計實時操作系統(tǒng)主要追求的目標。A.安全可靠B.資源利用率C.及時響應D.快速處理B586.允許多個用戶以交互方式使用計算機的操作系統(tǒng)稱為（）。允許多個用戶將多個作業(yè)提交給計算機集中處理的操作系統(tǒng)稱為（）。計算機系統(tǒng)能及時處理過程控制數據并作出響應的操作系統(tǒng)稱為（）。A.批處理操作系統(tǒng)B.分時操作系統(tǒng)C.實時操作系統(tǒng)597.訂購機票系統(tǒng)處理各個終端的服務請求，處理后通過終端回答用戶，所以它是一個（）A.分時系統(tǒng)B.多道批處理系統(tǒng)C.計算機網絡D.實時信息處理系統(tǒng)608.下面關于并發(fā)性的論述中，正確的是（）A.并發(fā)性是指若干事件在同一時刻發(fā)生。B.并發(fā)性是指若干事件在不同時刻發(fā)生。C.并發(fā)性是指若干事件在同一時間間隔內發(fā)生。D.并發(fā)性是