操作系統(tǒng)教程課件第1章操作系統(tǒng)概述

第1章操作系統(tǒng)概述1.1操作系統(tǒng)的定義、作用和目標(biāo)1.2操作系統(tǒng)的歷史1.3操作系統(tǒng)的特征與功能1.4現(xiàn)代主要操作系統(tǒng)簡介

1.1操作系統(tǒng)的定義、作用和目標(biāo)1.1.1操作系統(tǒng)的定義

要想了解什么是操作系統(tǒng)，必須先了解計算機(jī)系統(tǒng)的組成和操作系統(tǒng)在整個計算機(jī)系統(tǒng)中的地位。

計算機(jī)系統(tǒng)包括計算機(jī)硬件系統(tǒng)和計算機(jī)軟件系統(tǒng)。操作系統(tǒng)（OperatingSystem，簡稱OS）是系統(tǒng)軟件中的一種，而且是系統(tǒng)軟件的核心。操作系統(tǒng)定義

對計算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件資源進(jìn)行全面統(tǒng)一的控制和管理，協(xié)調(diào)計算機(jī)系統(tǒng)的各種動作，并提供方便用戶使用的用戶界面的大型系統(tǒng)軟件。

操作系統(tǒng)向用戶提供各種服務(wù)功能，使得用戶能夠靈活、方便和有效地使用計算機(jī)，使整個計算機(jī)系統(tǒng)能高效地運行。圖1計算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)1.1.2操作系統(tǒng)的作用管理和控制系統(tǒng)資源管理硬件、軟件資源合理組織工作流程保證程序安全性和共享性提供良好的用戶界面命令接口GUI圖形接口程序接口提供軟件的開發(fā)與運行環(huán)境1.1.3操作系統(tǒng)的目標(biāo)1．方便性直接使用命令或圖形界面完成各種操作設(shè)計程序讓計算機(jī)完成各種操作2．有效性

提高系統(tǒng)資源的利用率增加系統(tǒng)的吞吐量

3．可擴(kuò)充性

在設(shè)計操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)時，要采用合理的結(jié)構(gòu)使其能夠不斷地擴(kuò)充和完善。4．開放性可移植性互操作性1.2操作系統(tǒng)的歷史1.2.1推動操作系統(tǒng)發(fā)展的動力1．不斷提高資源利用率的需要

在計算機(jī)發(fā)展的初期，計算機(jī)系統(tǒng)特別昂貴，人們必須千方百計地提高計算機(jī)系統(tǒng)中各種資源的利用率，這就推動了人們不斷發(fā)展操作系統(tǒng)的功能，由此產(chǎn)生了批處理系統(tǒng)。它能自動地對一批作業(yè)進(jìn)行處理。

2．方便用戶操作

當(dāng)資源利用率不高的問題得到解決以后，用戶在上機(jī)操作、調(diào)試程序上的不方便就成為主要矛盾。于是，人們就想方設(shè)法改善用戶的上機(jī)和調(diào)試程序的環(huán)境，隨之便形成了允許人機(jī)交互的分時系統(tǒng)，或稱為多用戶系統(tǒng)。

隨之交互界面又從單一的命令行方式進(jìn)化到豐富多彩的GUI圖形用戶界面。

3．硬件的不斷更新?lián)Q代

由于計算機(jī)硬件的更新?lián)Q代，使得計算機(jī)的性能不斷提高，同時硬件成本的不斷下降促使人們的購買力也在不斷增強(qiáng)，這些因素都在很大程度上推動了操作系統(tǒng)的性能和功能的不斷發(fā)展。4．計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展

計算機(jī)由單處理器系統(tǒng)發(fā)展為多處理器系統(tǒng)時，操作系統(tǒng)也從單處理器操作系統(tǒng)發(fā)展為多處理器操作系統(tǒng)。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展，出現(xiàn)了分布式操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。隨著信息家電的發(fā)展，又出現(xiàn)了嵌入式操作系統(tǒng)。1.2.2操作系統(tǒng)的發(fā)展1．無操作系統(tǒng)

（1）人工操作方式

時間：第一臺計算機(jī)（1946年）～50年代中期工作方式：用戶：用戶既是程序員、操作員，還是計算機(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；特點：系統(tǒng)資源利用率低

（2）脫機(jī)輸入輸出方式

為了解決計算機(jī)主機(jī)與I/O設(shè)備之間速度不匹配矛盾，引入了脫機(jī)輸入輸出方式。

脫機(jī)輸入輸出方式是指程序和數(shù)據(jù)的輸入輸出是在外圍機(jī)的控制下，而不是在主機(jī)的控制下完成的。圖2脫機(jī)輸入輸出方式工作原理

脫機(jī)輸入輸出技術(shù)是指事先將裝有用戶程序和數(shù)據(jù)的紙帶（或卡片）裝入紙帶（或卡片）輸入機(jī)，在一臺外圍機(jī)的控制下把紙帶（卡片）上的數(shù)據(jù)（程序）輸入到磁盤（帶）上。當(dāng)計算機(jī)主機(jī)需要這些程序和數(shù)據(jù)時，再從磁盤（帶）上高速地調(diào)入主存。類似地，當(dāng)計算機(jī)主機(jī)需要輸出時，可以由計算機(jī)主機(jī)直接高速地把數(shù)據(jù)從主存送到磁盤（帶）上，然后再在另一臺外圍機(jī)的控制下，將磁盤（帶）上的結(jié)果通過相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出。特點提高CPU執(zhí)行效率

2．批處理系統(tǒng)

批處理技術(shù)是計算機(jī)系統(tǒng)對一批作業(yè)自動進(jìn)行處理的一種技術(shù)。批處理系統(tǒng)分為單道批處理系統(tǒng)和多道批處理系統(tǒng)兩種形式。（1）單道批處理系統(tǒng)時間：20世紀(jì)50年代應(yīng)用機(jī)型IBM701計算機(jī)IBM1401、IBM7094工作流程1.用戶將自己的作業(yè)編在紙帶或卡片上，交給計算機(jī)管理員。2.管理員在收到一定數(shù)量的用戶作業(yè)后，將紙帶和卡片上的作業(yè)通過計算機(jī)讀入，并寫到磁帶上。3.計算機(jī)操作員將這盤磁帶加載到IBM7094上，逐個運行用戶作業(yè)，運行的結(jié)果寫在另一個磁帶上。4.當(dāng)所有作業(yè)運行結(jié)束后，將存有結(jié)果的磁帶取下來，連接到IBM1401計算器上打印結(jié)果。5.最后，將打印結(jié)果交給各個用戶。特點

1.自動性。磁盤（帶）上的一批作業(yè)能自動地依次逐個執(zhí)行，而無需人工干預(yù)。2.順序性。磁盤（帶）上的作業(yè)是順序地進(jìn)入主存的，先調(diào)入主存的作業(yè)先完成。3.單道性。只能有一個程序調(diào)入主存并運行。（2）多道批處理系統(tǒng)

在單道批處理系統(tǒng)中引入了多道程序設(shè)計技術(shù)，形成了多道批處理系統(tǒng)。時間：20世紀(jì)60年代概念

多道程序設(shè)計技術(shù)：是指同時把多個作業(yè)放入主存并且允許它們交替執(zhí)行，共享系統(tǒng)中的各類資源。工作原理

用戶提交的作業(yè)先在外存上排成一個隊列，稱為“后備作業(yè)隊列”。主存儲器可以同時存放多道作業(yè)，處理機(jī)調(diào)用一道作業(yè)執(zhí)行，如發(fā)現(xiàn)作業(yè)因輸入輸出產(chǎn)生等待，監(jiān)督程序就引導(dǎo)處理機(jī)去執(zhí)行在內(nèi)存的另一道程序，這樣就使處理機(jī)總是處于工作狀態(tài)。特點多道性、無序性、調(diào)度性。優(yōu)點1.資源利用率高2.系統(tǒng)吞吐量大不足1.作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間長2.無交互能力（3）分時操作系統(tǒng)

批處理系統(tǒng)雖然提高了系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)的吞吐量，但是對用戶而言與計算機(jī)無交互性極不方便，這時，分時系統(tǒng)產(chǎn)生。時間：20世紀(jì)60年代概念分時技術(shù):處理器的運行時間分成很短的時間片，根據(jù)時間片輪流把處理器分配給各聯(lián)機(jī)作業(yè)使用。分時操作系統(tǒng)：指采用了分時技術(shù)的操作系統(tǒng)。工作原理

在分時系統(tǒng)中，一臺計算機(jī)可以和許多終端相連，每個用戶通過終端向系統(tǒng)發(fā)出命令，請求完成某項工作。而系統(tǒng)則分析從終端發(fā)來的命令，完成用戶提出的要求。然后，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)提供的運行結(jié)果，向系統(tǒng)提出進(jìn)一步的要求，這樣重復(fù)上述交互過程，直到用戶完成預(yù)計的全部工作。實現(xiàn)方式單道分時系統(tǒng)、多道分時系統(tǒng)、具有“前臺”和“后臺”的分時系統(tǒng)典型代表UNIX、MULTICS特點1.多路性2.獨立性3.及時性：較弱，以人們能夠接收的響應(yīng)時間確定，通常2-3秒。4.交互性：交互性較強(qiáng)。（4）實時操作系統(tǒng)

有些領(lǐng)域需要的是能夠立即響應(yīng)、利用中斷驅(qū)動、執(zhí)行專門的處理程序和具有高可靠性的系統(tǒng)，于是，實時系統(tǒng)就產(chǎn)生了。實時系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時間內(nèi)，完成對該事件的處理，并且控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運行。

實時控制系統(tǒng)，又稱為硬實時系統(tǒng)。

實時信息處理系統(tǒng)，又稱為軟實時系統(tǒng)，或弱實時系統(tǒng)特征即時響應(yīng)高可靠性和安全性弱交互性實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的區(qū)別系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)不同響應(yīng)時間的長短不同交互性的強(qiáng)弱不同商業(yè)實時系統(tǒng)典型代表VxWorksEMC的DART系統(tǒng)（5）微機(jī)操作系統(tǒng)概念

微機(jī)操作系統(tǒng)是指配置在微機(jī)上的操作系統(tǒng)。最早出現(xiàn)的微機(jī)操作系統(tǒng)是CP/M操作系統(tǒng)。分類單用戶單任務(wù)系統(tǒng)：CP/M、MS-DOS單用戶多任務(wù)系統(tǒng)：Windows9x多用戶多任務(wù)系統(tǒng)：UNIX（6）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)概念網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)的心臟和靈魂，是向網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)提供網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)資源共享功能的特殊的操作系統(tǒng)。模式客戶機(jī)/服務(wù)器模式（C/S模式）20世紀(jì)80年代發(fā)展起來目前使用最廣泛對等模式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)主流UNIX類Netware類WindowsLinux（7）分布式操作系統(tǒng)概念所謂分布式處理系統(tǒng)是指由多個分散的處理單元經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)的連接而形成的系統(tǒng)。在分布式系統(tǒng)上配置的操作系統(tǒng)稱為分布式操作系統(tǒng)。特點分布性、透明性并行性、健壯性分布式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的區(qū)別能否適用不同的操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)可以構(gòu)架于不同的操作系統(tǒng)之上；而分布式操作系統(tǒng)是由一種操作系統(tǒng)構(gòu)架的。對資源的訪問方式不同。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)在訪問系統(tǒng)資源時，需要指明資源的位置和類型，對本地資源和異地資源的訪問要區(qū)別對待；而分布式操作系統(tǒng)對所有資源，包括本地資源和異地資源，都用同一方式進(jìn)行管理和訪問，用戶不必關(guān)心資源在哪里，或資源是怎樣存儲的。（8）嵌入式操作系統(tǒng)概念是一種完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計的專用計算機(jī)系統(tǒng)。特點可裝卸性強(qiáng)實時性操作方便簡單、界面友好接口統(tǒng)一固化代碼良好的移植性1.3操作系統(tǒng)的功能與特征

1.3.1操作系統(tǒng)的特征

不同操作系統(tǒng)的特征各不相同。批處理操作系統(tǒng)主要突出成批處理的特點，分時操作系統(tǒng)主要突出交互性的特點，實時操作系統(tǒng)主要突出及時處理的特點。但是，這幾種操作系統(tǒng)都具有以下基本特征。并發(fā)性宏觀并發(fā)，微觀交替共享性

根據(jù)資源的屬性，把共享分為互斥共享和同時共享虛擬性通過某種技術(shù)把一個物理實體變成若干個邏輯實體。異步性進(jìn)程的執(zhí)行不是“一氣呵成”的，是“走走停停”的。1.3.2操作系統(tǒng)的功能處理器管理存儲器管理設(shè)備管理文件管理作業(yè)管理

1.4現(xiàn)代主要操作系統(tǒng)簡介1.4.1Windows操作系統(tǒng)Windows，即窗戶、視窗的意思。Windows操作系統(tǒng)采用了GUI圖形化操作模式，比起從前的指令操作系統(tǒng)DOS具有界面直觀、操作方便、人性化等特點。Windows操作系統(tǒng)是目前世界上使用最廣泛的操作系統(tǒng)，根據(jù)2013年1月最新的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，微軟的Windows家族占據(jù)全球PC操作系統(tǒng)市場份額的91.49%，位列PC行業(yè)首位。主要特點圖形界面、操作直觀新的內(nèi)存管理方式（實現(xiàn)虛擬存儲）提供各種系統(tǒng)管理工具提供數(shù)據(jù)庫接口、網(wǎng)絡(luò)通信接口允許裝入和運行DOS下開發(fā)的程序發(fā)展歷程1.4.2Linux操作系統(tǒng)Linux是由芬蘭藉科學(xué)家LinusTorvalds于1991年編寫完成的一個操作系統(tǒng)內(nèi)核，當(dāng)時他還是芬蘭首都赫爾辛基大學(xué)的學(xué)生。Linus把這個系統(tǒng)放在Internet上，允許自由下載，許多人對這個系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、擴(kuò)充、完善。主要特點：高效性、靈活性發(fā)行版本RedHat、Ubuntu、Fedora、OpenSUSE、Debian、Mandriva1.4.3Macintosh操作系統(tǒng)1986年，美國Apple公司推出Macintosh計算機(jī)操作系統(tǒng)。MAC是全圖形化界面和操作方式的鼻祖。主要特點①采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)；②全圖形化界面；③虛擬存儲管理技術(shù)；④應(yīng)用程序間的相互通信；⑤強(qiáng)有力的多媒體功能；⑥簡便的分布式網(wǎng)絡(luò)支持；⑦豐富的應(yīng)用軟件。主要應(yīng)用領(lǐng)域桌面彩色印刷系統(tǒng)、廣告和市場經(jīng)營、教育、財會和