孙钟秀操作系统.ppt

操作系统,主讲：王慧娇 联系方式QQ: 24888662 E-mail: 2012年9月,一、CCC2002-OS知识体系简介 二、操作系统课程特点与地位、教学内容、教学要求与教学目标 三、操作系统习题与实验 四、操作系统核心知识单元及知识点,操作系统课程介绍,一、CCC2002操作系统知识体系简介,计算机学科的发展与教育,IEEE-CS和ACM ACM68 ACM78 IEEE-CS83 CC1991 CC2001,CCC2002,(China Computing Curricula 2002) :中国计算机科学与技术学科教程，是一本计算机学科的教学计划。,CCC2002的论述,CCC2002论述与CS&T学科有关内容: (1)学科定义和学科方法论； (2)对学生的基本要求及素质和能力培养； (3)学科知识体系及内容； (4)课程体系结构和教学计划制订原则； (5)实践教学的内容、方法、途径。,CS&T的学科定义,计算科学与技术学科是研究计算机的设计、制造和利用计算机进行信息获取、表示、存储、处理、控制等的理论、原则、方法和技术的学科。 它包括科学和技术两个方面。科学侧重研究现象、揭示规律；技术侧重研制计算机和使用计算机进行信息处理的方法与技术手段。,从计算机学科发到计算学科,1)Computer Science&Technology Computing Discipline 2)Computing Discipline包括: CS 计算机科学 CE 计算机工程 SE 软件工程 IS 信息系统,CS&T学科知识体系,CCC2002设计的本科生课程内容， 共包含14个 知识领域。 离散数学、程序设计基础、算法与复杂性、计算机组织与体系结构、操作系统、网络计算、程序设计语言、人机交互、图形学和可视化计算、智能系统、信息管理、社会和职业问题、软件工程、科学计算。,操作系统知识领域,OS知识领域的12个知识单元(40核心学时) OS1 操作系统概述(2) OS7 安全与保护(2) OS2 操作系统原理(4) OS8 文件系统(2) OS3 并发性(12) OS9 实时和嵌入式系统 OS4 调度与分派(6) OS10 容错 OS5 主存管理(10) OS11 系统性能评价 OS6 设备管理(2) OS12 脚本,操作系统教学内容(8) 4版与OS知识单元的对应关系,操作系统教程(4版) OS知识单元 第一章 OS1 第二章 OS2+OS4 第三章 OS3 第四章 OS5 第五章 OS6 第六章 OS8 第七章 OS7 第八章,二、操作系统课程特点与地位、教学内容、教学要求与教学目标,操作系统课程特点,1理论性强、内容抽象、理解掌握有困难。 2理论性和实践性紧密结合。 3发展迅速，知识更新快。 4学科内容广泛，与多个方向交叉。 5知识点多，综合性强，灵活性大。,操作系统课程地位,OS是计算机系统的核心和灵魂，是计算机系统必不可少的组成部分；它也是计算机教学的核心内容，是计算机相关专业的核心课程。 OS是硬件的首次扩充，又是最核心的系统软件，OS课程具有承上启下的重要作用，既能对先行课程:程序设计、计算机组成原理和数据结构等进行总结和提高;同时也为后继专业课程的学习打下良好基础。 OS课程的学习对学生的软件设计开发能力、创新能力、科学作风与综合素质的培养有至关重要的作用。,操作系统教学内容,1) 操作系统的基本概念与演化发展 2) 进程与线程 3) 并发程序设计和死锁问题 4) 处理器管理和调度 5) 存储管理与虚拟存储器 6) 设备管理 7) 文件管理 8) 安全与保护 9) 操作系统结构 10) 网络与分布式操作系统,关注的操作系统主要新技术,多线程机制 多处理器调度 多级页表 主存映射文件 虚拟文件系统 C/S与微内核结构 安全与保护技术 Object-Oriented or Object-Based系统开发方法,教材内容,本书共分八章(第一章 操作系统概论， 第二章 处理机管理 ， 第三章 同步、通信与死锁 ，第四章 存储管理 ，第五章 设备管理 ， 第六章 文件管理 ，第七章 操作系统安全和保护， 第八章 网络和分布式操作系统)，覆盖操作系统的基本概念、基本方法、设计原理和实现技术，尽可能系统、清晰、全面、综合地展示操作系统的概念、特性和精髓。,教学参考书,1.William Stallings.Operating Systems:Internals and Design Principles (Fifth edition).Prentice-Hall International Inc,2005 2. Gary Nutt.Operating System(Third Edition).Addison-Wesley,2004 3.Abraham Silberschatz.Operating System Concepts(Sixth Edition).John Wiley & Sons Inc,2002 4.Andrew S.Tanenbaum.Modern Operating Systems(Second Edition).Prentics Hall，2001,5.汤子赢等，计算机操作系统，西安电子科技大学出版社 6.Abraham Silberschatz 等。操作系统概念，高等教育出版社 7.梁红兵，汤小丹编著西安电子科技大学出版社，计算机操作系统学习指导与题解 8.曾平 李春葆，操作系统习题与解析，清华大学出版社,答疑时间及地点,时间：周二13：0014：30 地点：5504,参考文献,汤子赢等，计算机操作系统，西安电子科技大学出版社 Abraham Silberschatz 等。操作系统概念，高等教育出版社 梁红兵，汤小丹编著西安电子科技大学出版社，计算机操作系统学习指导与题解 曾平 李春葆，操作系统习题与解析，清华大学出版社,操作系统(课程)教学原则,三结合原则： 1)传统理论与最新技术相结合； 2)经典内容与当代实例相结合； 3)课堂(理论)教学与实验(实践)环节相结合。,操作系统(课程)教学要求,通过本课程的学习,使学生掌握操作系统的基本概念、原理、技术和方法;具有剖析实际操作系统、及设计、开发和构造现代操作系统的基本能力；深入了解操作系统在计算机系统中的地位及作用,以及它与硬件和其他软件之间的关系;进而熟悉操作系统控制和管理整个计算机系统执行的全过程,具有以操作系统为中心的计算机系统的全局和整体的概念。,操作系统(课程)教学目标,1)明确操作系统的作用、功能和地位，并建立起以操作系统为中心的计算机系统的系统级(全局和整体)的认识。 2)掌握操作系统中资源管理的关键技术。 3)掌握操作系统中进程管理和调度等控制程序执行的关键技术。 4)掌握并发程序设计的基本思想，并有解决相关实际问题的能力。 5)掌握操作系统的构造技术，具有剖析和设计系统模块的初步能力。 6)了解1至2个主流操作系统的实现技术，熟练掌握和应用。,三、操作系统习题与实验,关于OS习题,深入理解、融会贯通； 由此及彼、举一反三。 寻找规律、开拓视野 ； 抓住重点、触类旁通。,操作系统实验教学的 基本目的和要求(1),(1)学生应该通过实验实习加深理解和更好掌握操作系统的基本概念、原理、技术和方法，巩固所学知识、激发实验兴趣、掌握实验要领，培养对操作系统课程所学知识融会贯通和综合运用的能力； (2)学生应该通过实验实习提高自己剖析和设计操作系统的能力，加强分析问题、解决问题能力的培养，加强创新能力与探索精神、科学作风与综合素质的培养；,操作系统实验教学的 基本目的和要求(2),(3)学生应该通过实验实习深入了解和熟练掌握一种操作系统的组成、特点、源码构成、内部结构，及替换模块、扩充功能和重新编译、调试、运行它的方法，达到拓宽编程思路、把握系统整体的目的。 (4)学生应该通过实验实习养成良好的理论联系实际、自己动手和操作的习惯，获得项目管理和团队协作的实际训练和具体经验。,实验环境和内容,Linux操作系统实验教程。,操作系统实习报告内容建议,(1)基本信息：完成人姓名、学号、分组号、报告日期 (2)实习内容 (3)实习目的 (4)实习题目 (5)设计思路和流程图 (6)主要数据结构及其说明 (7)打印一份源程序并附上注释 (8)打印程序运行时的初值和运行结果 (9)实习体会：实习中遇到的问题及解决过程、实习中产生的错误及原因分析、实习的体会及收获、对搞好今后实习提出建设性建议等。,教学有关问题说明,1)先行课程 2)课时分配 3)布置习题 4)实验环节 5)平时测验 6)期末笔试 7)考核评分,考核和评分 成绩考核采取综合评定方式： (1)作业及课堂情况(15%) (2)实验(15%）， (3)期末笔试(70%)。,建议教学进度,笫一章 操作系统概论 4 笫二章 处理器管理 10 笫三章 同步、通信和死锁 10 笫四章 存储管理10 笫五章 设备管理 4 笫六章 文件管理4 笫七章 操作系统的安全与保护 2 笫八章 网络和分布式操作系统 2,四、操作系统核心知识单元 及知识点（在章节中介绍）,核心知识单元OS1和知识点,OS1-OS概述 OS定义 OS作用 OS目标 OS分类 OS特性 OS功能 OS资源管理技术 OS在计算机系统中的地位 研究OS的不同观点,第一章 操作系统概论,1.1 操作系统概观 1.2 操作系统的形成和发展 1.3 操作系统提供的服务和用户接口 1.4 操作系统结构和运行模型 1.5 流行操作系统简介,1.1操作系统概观,1.1.1 操作系统的定义和目标 1.1.2 操作系统的资源管理技术 1.1.3 操作系统的作用与功能 1.1.4 操作系统的主要特性,1.1.1操作系统的定义和目标,操作系统： 是管理系统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，合理组织计算机工作流程和为用户有效使用计算机提供良好运行环境的最基本的一种系统软件。,计算机系统的层次结构(1),计算机系统的层次结构(2),硬件层 操作系统层 系统程序层支撑软件层 应用层,系统软件,操作系统的主要目标,方便用户使用 扩大机器功能 管理系统资源 提高系统效率 构筑开放环境,1有效性,2方便性,3可扩充性,4开放性,操作系统与支撑软件及应用软件的区别,程序意图不同； 操作系统是软件系统的核心，是各种软件的基础运行平台； 通用操作系统提供共性功能支持，与硬件相关但和应用领域无关； 支撑软件及应用软件不能直接而只能通过操作系统来使用计算机系统的物理资源。,1.1.2 操作系统的资源管理技术,1.资源管理,1)资源复用,(1)空分复用共享 -该资源可进一步分割成更多和更小的单位供进程使用 。 (2)时分复用共享-并不把资源进一步分割成更小的单位，进程可在一个时间片内独占使用整个物理资源。,EX12,区分空分复用共享和时分复用共享 1 住宅区的土地 2 个人计算机 3 教室的黑板 4 公共汽车上的座椅 5 UNIX系统中的单用户文件 6 分时系统中的打印机 7 C/C+运行时的系统堆栈,2) 资源虚化,是对资源进行转化、模拟或整合，把物理上的一个资源变成逻辑上的多个对应物的一类技术。 虚化的例子虚拟设备、虚拟存储器、虚拟屏幕(终端)、虚拟信道 。,3) 资源抽象,资源抽象用于处理系统的复杂性，重点解决资源的易用性。 资源抽象指通过创建软件来屏蔽硬件资源物理特性和接口细节，简化对硬件资源的操作、控制和使用的一类技术。 单级资源抽象与多级资源抽象。,4) 组合使用抽象和虚化技术,对于一类资源，操作系统往往同时实施抽象和虚化技术。 例1，为打印机既配置“打印函数”(设备驱动程序)，又实施虚拟设备，通过打印函数抽象隐蔽打印机动作细节，实施SPOOLing虚化“扩充”物理打印机数量。 例2，窗口软件是对物理终端的虚化和抽象，能为用户提供虚拟终端和方便的I/O服务。,2.操作系统中最基础的抽象,进程抽象-是对已进入主存正在运行的程序在处理器上操作的状态集的抽象 。 虚存抽象-是对物理主存的抽象，进程可获得一个硕大的连续地址空间来存放可执行程序和数据，可使用虚拟地址来引用物理主存单元。 文件抽象-是对磁盘之类存储设备的抽象 。,文件抽象是操作系统对磁盘设备的多层次抽象,第一层抽象，从磁盘到分区。 第二层抽象，从分区到扇区。 第三层抽象，从扇区到簇。 第四层抽象，从簇到文件系统分区。,操作系统最基础抽象小结,3.虚拟计算机(1),什么是虚拟计算机? 什么是操作系统虚拟机? 操作系统虚拟机的组成： 1) 虚处理器 2) 虚拟主存 3) 虚拟辅存 4) 虚拟设备,虚拟计算机(2),1.1.3操作系统的作用与功能,对内是“管理员”，对外是“服务员”,具体来说： OS作为用户接口和服务提供者 OS作为扩展机或虚拟机 OS作为资源管理者和控制者,OS作为用户接口和服务提供者,操作系统提供友善的人机接口，使得用户能够方便、可靠、安全、高效地使用硬件和运行应用程序； 操作系统对计算机硬件进行改造和扩充，为用户提供强有力的各种服务。,OS作为扩展机或虚拟机,在计算机裸机上加上操作系统来组成整个计算机系统， 操作系统把硬件的复杂性与用户隔离开来 ， 操作系统与硬件组成一台功能显著增强，使用更加方便，安全可靠性更好的扩展机器或虚拟机 。,操作系统作为计算机系统的资源管理者(1),操作系统中，能分配给用户使用的硬件和软件设施总称为资源，包括两类：硬件资源和信息资源。 硬件资源又分：处理器、存储器、I/O设备等； 信息资源又分：程序和数据等。,操作系统作为计算机系统的 资源管理者(2),也可把操作系统定义为：是能使诸用户有效、方便地共享一套计算机系统资源的一种系统软件。,操作系统作为计算机系统的 资源管理者(3),操作系统的重要任务之一(1) 对资源进行抽象研究，找出各种资源共性和个性，有序地管理计算机中的硬件、软件资源，跟踪资源使用情况，监视资源的状态，满足用户对资源的需求，协调各程序对资源的使用冲突；,操作系统作为计算机系统的 资源管理者(4),操作系统的重要任务之一(2) 研究使用资源的统一方法，让用户简单、有效的使用资源，最大限度地实现各类资源的共享，提高资源利用率，从而，使得计算机系统的效率有很大提高。,操作系统的功能,处理机管理 存储管理 设备管理 文件管理 网络与通信管理 用户接口,1.1.4操作系统的主要特性,第一个特性-并发性 第二个特性-共享性 第三个特性-异步性 第四个特性虚拟性,操作系统中的并发性(1),并发性-指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生 发挥并发性能够消除系统中部件和部件之间的相互等待，有效地改善系统资源的利用率，改进系统的吞吐率，提高系统效率,操作系统中的并发性(2),并发性使系统变得复杂化 如何从一个活动切换到另一个活动？ 怎样将各个活动隔离开来，使之互不干扰，免遭对方破坏？怎样让多个活动协作完成任务？ 怎样协调多个活动对资源的竞争？ 如何保证每个活动的资源不被其它进程侵犯? 多个活动共享文件数据时，如何保证数据的一致性？,操作系统中的