操作系统引论2010.ppt

山东中医药大学 计算机教研室 岳路,计 算 机 操 作 系 统,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,引言,课程特点：概念多、原理性强、较抽象 课程学习目的：基础核心课、有利于对计算机系统的理解和软件开发 课程学习方法：问题驱动学习、理论联系实际 课程学习难点：概念、原理、算法、数据结构,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,课程教材,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件,是对硬件系统的首次扩充,是现代计算机系统中必须配置的软件,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,硬件：计算机之所以能够工作的物质基础、如主机、cpu、内存、I/O设备 软件：辅助计算机更好工作，扩充计算机功能 包括,系统软件,应用软件,调用,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,软件的基本概念,课程导论,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,操作系统的作用,计算机硬件设备,如何使用？,底层硬件控制,用户输入,处理结果,课程导论,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,MS-DOS (1981),Windows 9x (1995),Windows NT (1988),Windows 2000 (2000),Windows 3.0 (1990),Windows XP (2001),Windows Me (2000),Multics and others (first CTSS) (1960s),Unix (1970),Linux (1991),Solaris (1995),山东中医药大学 计算机教研室 岳路,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,本课程学习的内容,第一章 操作系统引论 第二章 进程管理 第三章 处理机调度与死锁 第四章 存储器管理 第五章 设备管理 第六章 文件管理 第七章 操作系统接口,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,第一章 操作系统引论,第一章主要讲述两部分内容： 1、什么是OS？ 2、OS有什么样的性质和特质？,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.1 操作系统的目标、作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特征 1.4 OS（Operating Systems)的主要功能 1.5 OS的结构设计,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.1 操作系统的目标和作用,1.1.1 操作系统的目标 1. 方便性：计算机只能识别0、1；用户熟悉的是各种语言。 2. 有效性： （1）资源忙：资源工作的时间多，空闲的时间少（CPU） （2）数据有序而节省空间 、时间（数据结构） （3）合理的组织计算机的工作流程 3. 可扩充性：便于修改和增加功能。使操作系统具有层次性。虚拟机的概念。 VLSI：very large scale integrate circuit超大规模集成电路 4. 开放性：系统能支持世界标准规范OSI。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.1.2 操作系统的作用 1、接口 2、管理者 3、扩充机器,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口,图11 OS作为接口的示意图,计算机硬件,操作系统,系统调用，命令，图标窗口,应用程序及实用程序,程序员,用户,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,操作系统本身是一种软件接口：,命令方式：提供一种语言,系统调用：类似C语言中的函数调用,图形和窗口：鼠标点击图标,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,2. OS作为计算机系统资源的管理者 处理机管理：为进程分配和控制处理机 存储器管理：分配及回收内存 I/O设备管理：I/O分配与操作 文件管理：文件存取、共享和保护,3. OS用作扩充机器 裸机：无任何软件的计算机系统 扩充机器：覆盖了软件的机器（虚拟机）,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,操作系统的定义,操作系统是计算机系统中的一个系统软件，管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，合理的组织计算机的工作流程，以便有效利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便的工作环境，从而在计算机和用户之间起到接口的作用。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.1.3 推动操作系统发展的主要动力 1.不断提高计算机资源利用率的需要 早期设备昂贵，上机时间宝贵，批处理系统的出现 2.方便用户 如分时交互式系统的出现 3.器件的不断更新换代 8位16位32位64位. 4.计算机体系结构的不断发展： 单机OS多机OS网络OS,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.2 操作系统的发展过程,操作系统的简历： 年代之前，没有操作系统 年代中期，第一个简单批处理系统 年代中期，多道批处理系统 不久，分时系统、实时系统 年代，微机及网络操作系统,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,三种基本类型： 其他：网络操作系统、分布式操作系统等,多道批处理系统,分时系统,实时系统,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,什么推动着操作系统发展,提高计算机资源利用率 提供新的服务，方便使用 计算机硬件升级和新硬件的出现 更正软件错误 计算机体系结构的发展：单处理机系统、多处理机系统、分布式系统、计算机网络,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.2.1无操作系统时的计算机系统,早期的电子数字计算机是由成千上万个电子管组成 操作和编程完全由手工进行，且编程只能用机器语言 纸带输入机、卡片阅读机、打印机、控制台 由程序员同时也是操作员将事先已穿孔的纸带(或卡片)装入纸带输入机(或卡片输入机)，再启动它们将程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。当程序运行完毕并取走计算结果后， 才让下一个用户上机。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.人工操作方式的特点,特点: 用户独占全机 CPU等待人工操作 串行性 缺点: 计算机的有效机时严重浪费 效率低,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,人工操作方式,输入设备,主机,输出设备,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,2.脱机I/O方式（图1.2） 引入I/O机的概念，解决前者的缺点。 特点是减少了CPU的空闲时间且提高I/O速度。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,脱机输入技术,为解决低速输入设备与CPU速度不匹配的问题，可将用户程序和数据，在一台外围计算机的控制下，预先从低速输入设备输入到磁带上，当CPU需要这些程序和数据时，再直接从磁带机高速输入到内存，从而大大加快了程序的输入过程，减少了CPU等待输入的时间。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,脱机输出技术,当程序运行完毕或告一段落，CPU需要输出时，无须直接把计算结果送至低速输出设备，而是高速地把结果送到磁带上，然后再另一台外围机地控制下，把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出，大大加快了程序的输出过程。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,过程：一批作业以脱机方式输入到磁带上，在监督程序的控制下连续处理。 作业：多用在批处理操作系统中，以C语言的一个编辑过程举例。,1.2.2 单道批处理系统 （早期操作系统）,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1、录入到计算机 2、编译 3、链接 4、调试 5、运行 一个作业步骤很多，每个步骤叫做作业步。可以这样说，一个作业就是从提交到外存到给出结果的整个过程。,整个完整的过程叫做作业,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,操作步骤： 收集一批作业，用专业的I/O计算机将作业逐个读到磁带上保存起来。 批处理程序将磁带上的第一个作业读入计算机，运算结束后将结果输出到输出磁带上。 自动读入下一个作业，并运行。 当一批作业全部执行结束后，取下输入磁带和输出磁带，用输入磁带录入下一批作业，将输出磁带送到专用的输出计算机，进行脱机打印。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,还有下一 个作业？,把下一个作业 的源程序转换 为目标程序,源程序 有错吗？,装配目标程序,运行目标程序,开始,是,否,停止,是,否,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,评价,解决了作业间的自动转接问题，减少了机器时间的浪费。 不管作业大小，只要它一旦占用处理机开始执行，则它必须一直占据处理机，直到运行完毕。 资源利用率低。 对短作业不公平，等待的执行时间可能远远超过他们实际执行的时间。 交互性差，作业由批处理程序控制运行，用户无法实时控制，如果运行中途出现故障，只能停下来重新运行。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,例题：有A、B两个作业，A需要CPU时间20分钟，然后10分钟I/O, 最后10分钟CPU,B需要CPU时间10分钟，然后20分钟I/O,最后10分钟CPU,总共需要几分钟才能完成批处理。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,2、单道批处理系统的特征 （1）自动性：监督程序控制，人机交互性差 （2）顺序性：程序合作难、共享难，如传递参数 （3）单道性：资源利用率低，吞吐量低,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,摩尔定律： 1、集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番。 2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一半。 3、用一个美元所能买到的电脑性能，每隔18个月翻两番。,1965年,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,多道：多个相互独立的程序同时存在于内存，是计算机实现共享的基础。 批处理：用于提交的作业首先存放于外存，并排成一个队列，然后由作业调度程序按照一定的算法从该队列中一次选取若干个作业装入内存执行。 处理机自动切换：当某个程序占用处理机执行过程中遇到输入输出语句，可以启动专门负责输入输出的系统服务程序完成输入输出操作，而处理机切换到另一个程序执行。,1.2.3 多道批处理系统,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,2.多道批处理系统的特征 (1)多道性：内存中同时驻留多道作业 (2)无序性：作业完成的先后顺序与进入内存的顺序无严格对应关系。 (3)调度性：两次调度（作业调度、进程调度）,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,用户程序,监督程序,I/O操作,I/O中断请求,启动I/O,I/O完成,结束中断,I/O中断请求,启动I/O,I/O完成,结束中断,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,(a)单道程序运行情况,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,程序A,调度程序,I/O请求,(b)四道程序运行情况,程序B,程序C,程序D,I/O请求,I/O请求,I/O请求,I/O完成,I/O完成,I/O完成,A完成,C再运行,表示获得CPU,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,t9,t10,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,复习,单道批处理系统：一批作业以脱机方式输入到磁带上，在监督程序的控制下连续处理。 特征： （1）自动性：无人工干预 （2）顺序性：按进入内存的先后顺序执行 （3）单道性：内存中只驻留一道作业,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,多道批处理系统：内存中同时存放多个相互独立的程序。 特征： （1）多道性：内存中有多个程序，可并发执行 （2）无序性：完成时间与进入内存先后无关 （3）调度性：作业从提交到完成经过两次调度 提交： 送到批处理系统的外存。 多道技术是共享的基础，共享的是程序部分？数据部分？,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,打印程序：无论打印什么内容，基本语句是一样的，程序共享。 数据库系统：查询、打印、删除等模块，针对的数据都是基本数据，数据共享。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,3.多道批处理系统的优缺点 (1)资源利用率高：CPU、内存、I/O设备、文件 (2)系统吞吐量大：单位时间内完成的总工作量 (3)平均周转时间长： 作业的周转时间：从作业进入系统开始,直至其完 成并退出系统为止所经历的时间。 (4)无交互能力：修改和调试极不方便,资源忙:多道，CPU空闲率低,切换不频繁：完成或运行不下去时才切换,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,4. 多道批处理系统需要解决的问题 （1）处理机管理问题：如何分配，何时回收 （2）内存管理问题：各得其所，互不干涉 （3）I/O设备管理问题：如何分配 （4）文件管理问题：如何组织，如何保证一致 （5）作业管理问题：作业的重要和迫切性不同 操作系统的定义：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,习题：设有两道程序按A，B的优先次序运行，其内部计算和I/O操作的时间如下： 程序A使用30 ms CPU后使用40 ms I/OA，最后使用20 ms CPU 程序B使用60 ms CPU后使用20 ms I/OB，最后使用30 ms CPU 完成两道程序共花多少时间？它比单道运行节省多少时间？,解：按单道程序运行时需花时间为： 30ms + 40ms + 20ms + 60ms +20ms + 30ms = 200ms 两道程序并发运行共花时间为： 30ms + 40ms + 20ms + 20ms + 30ms = 140ms 两道程序并发运行共花140ms，比单道运行省60 ms。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,程序A使用30 ms CPU后使用40 ms I/OA，最后使用20 ms CPU 程序B使用60 ms CPU后使用20 ms I/OB，最后使用30 ms CPU 两道程序并发运行共花时间为： 30ms + 40ms + 20ms + 20ms + 30ms = 140ms 或者： 30ms+60ms+20ms+30ms=140ms,程序A：,程序B：,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.2.4 分时系统 分时系统：在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。 1.分时系统（time-sharing system）的产生 用户的需求： （1）人机交互：边运行边调试 （2）共享主机：60年代设备昂贵 （3）便于用户上机：在终端上输入、控制,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,2. 分时系统实现中的关键问题 （1）及时接收 （2）及时处理 以用户可以忍受的等待时间为准（23秒） 作业直接进入内存 分配时间片，不允许一个作业长期占用处理机,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,分时系统的思想,采用时间片轮转的方法，对每个用户能保证足够快的响应时间，并提供交互会话的功能。 时间片： 多个并发程序分享CPU的时间单位，将CPU的时间划分成若干个片段, 操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用户服务。 通常为几十ms。比如，系统中设定的时间片是50ms，假定并发的程序有40个，操作系统对每个程序的平均响应时间为50*40=2000ms。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,分时操作系统特点,多路性 交互性 “独占”性 及时性,同时有多个用户使用一台计算机 宏观上：是多个人同时使用一个CPU 微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU,用户根据系统响应结果进一步 提出新请求(用户直接干预每一步),用户感觉不到计算机为其他人服务 （OS提供虚机器，各个用户的虚 机器互不干扰）,系统对用户提出的请求及时响应,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,典型实例一机多终端的实验管理系统,一台计算机连接几十甚至上百台终端机。 学生通过终端机运行程序包括3部分内容：运算部分，输入数据部分和输出数据部分。每个学生在一台终端上调试自己的程序。 操作系统以时间片为单位轮流为每个终端服务，每个学生都有自己的程序和存储结果的空间，每项操作都由自己来做，都能得到及时响应，每个人都能感觉到自己在独立使用一台计算机，有充分的自由。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,习题：在分时系统中，为使多个用户能够同时与系统交互，最关键的问题是（1）；当用户数目为100时，为保证响应时间不超过2s，此时的时间片最大应为（2）。 1.（A）计算机具有足够高的运行速度 （B）内存容量应足够大 （C）系统能及时地接收多个用户的输入 （D）能在较短时间内，使所有用户程序都得到 运行 2.（A）10ms （B）20ms （C）50ms （D）200ms,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.2.5 实时系统,分时系统为交互式作业提供了快速的响应时间，但不能满足某些对响应时间要求非常严格的任务，如要求及时处理的场合 “实时”，是表示“及时”，而实时系统(Real-Time System)是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。 特点：及时性要求高，系统可靠性高。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,实时操作系统的分类,实时控制系统：通常是指以计算机为中心的生产过程控制系统，又称计算机控制系统。 例如：钢铁冶炼和钢板轧制的自动控制、炼油、化工生产过程的自动控制,军事控制等。 实时信息处理系统：计算机及时接收从远程终端发来的服务请求，根据用户提出的问题对信息进行检索和处理，并在很短时间内对用户做出正确回答。 例如：银行，机票订购系统、股市行情实时信息处理系统等。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,2.实时任务 实时任务与某个外部设备相关,能反应或控制相应的外部设备,因而带有某种程度的紧迫性。分类: (1)周期性实时任务-非周期性实时任务 (2)硬实时任务-软实时任务,开始截止时间：任务在某时间点之前必须开始,完成截止时间：人物在某时间之前必须完成,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,3.实时系统与分时系统特征的比较 (1)多路性：相同 (2)独立性：相同 (3)及时性：实时系统要求更高 (4)交互性：分时系统交互性更强 (5)可靠性：实时系统要求更高,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,习题：分时系统的响应时间主要是根据（1）确定的，而实时系统的响应时间则是由（2）确定的。 (A)时间片大小 (B)用户数目 (C)计算机运行速度 (D)用户所能接受的等待时间 (E)控制对象所能接受的时延 (F)实时调度,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.3 操作系统的基本特征,并发、共享、虚拟、异步是四种基本OS的共同特征。 1.3.1 并发（Concurrence） 并行性：两个或多个事件在同一时刻发生 并发性：两个或多个事件在同一时间间隔内发生,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,习题:从下面关于并发性的论述中选出一条正确的论述。 (A)并发性是指若干事件在同一时刻发生 (B)并发性是指若干事件在不同时刻发生 (C)并发性是指若干事件在同一时间间隔内发生 (D)并发性是指若干事件在不同时间间隔内发生,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,单处理机系统：宏观并发，微观串行。 多处理机系统：可能有并行，如并行处理机系统。,程序：静态实体，是不能并发执行的。 进程：活动实体，在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位。一个进程在运行时需要一定的资源，如CPU、存储空间及I/O设备等。 为什么引入进程？,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.3.2 共享（Sharing） 共享：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。 （1）互斥共享方式：在一段时间内只允许一个进程访问该资源。如打印机、变量等临界资源。 （2）同时访问方式：允许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问。 临界资源：一次只允许一个进程访问的资源。 硬件临界资源：打印机。 软件临界资源：共享的变量、栈、表格等。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.3.3 虚拟（Virtual） 虚拟：通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。 虚拟处理机 虚拟存储器 虚拟设备 虚拟的实现主要是通过分时使用的方法，假如n是某物理设备对应的虚拟的逻辑设备数，则虚拟设备的平均速度必然是物理设备的？,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.3.4 异步性（Asynchronism） 程序以不可预知的速度向前推进。,程序A,调度程序,I/O请求,(b)四道程序运行情况,程序B,程序C,程序D,I/O请求,I/O请求,I/O请求,I/O完成,I/O完成,I/O完成,A完成,C再运行,表示获得CPU,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,t9,t10,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,复习,三种基本的操作系统类型： 1、多道批处理 2、分时系统 3、实时系统,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,单用户操作系统：DOS、Windows 多用户操作系统：Unix 网络操作系统： 计算机网络：通过通信设施将地理上分散的具有独立功能的计算机系统互联起来的一种网络。 网络操作系统：提供网络通信和网络资源共享功能的操作系统。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,网络操作系统的模式： 1、客户服务器模式：具有分布处理，集中控制的特征，网络中各站点分为服务器和客户机。 2、对等模式：具有分布处理及分布控制等特征，各站点对等既可作为客户也可作为服务器。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,操作系统的基本特性： 1、并发 2、共享 3、虚拟 4、异步,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.4 操作系统的主要功能,1.4.1 处理机管理功能 多道环境下，处理机的运行及分配都是以进程为单位，因此处理机管理可归结为进程管理。 1.1进程控制 创建/撤消进程 进程状态迁移 一般由进程控制原语完成,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.2 进程同步 使多个进程有条不紊地运行。 包括进程互斥/同步，次序协调。 1.3 进程通信 源于进程合作，如：输入进程、计算进程、打印进程相互间有信息传递 直接通信：进程A发message，进程B收message 间接通信： 进程A发message到中间实体（如mailbox），进程B从中间实体收message,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.4 调度（作业与进程） 作业调度： 为作业分配必要资源，调入内存建立进程，并使之进入就绪队列。 进程调度： 从就绪队列中选出进程，分配CPU，使之运行。 调度算法： FCFS、优先权等,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.4.2 存储管理 目的：方便用户使用，且提高存贮器利用率 1、内存分配 静态分配：内存空间是确定的。 动态分配：作业在内存中可移动，可申请新的空间。 为实现内存分配，应具有这样的结构功能：内存分配的数据结构、内存分配功能、内存回收功能 。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,2 、内存保护 例：设置上、下界寄存器，每条指令进行越界检查（一般是硬件实现） 3 、地址映射：内存中的物理地址和程序地址空间中的逻辑地址 4 、内存扩充 利用虚存技术，从逻辑上扩充内存容量 系统应有：请求调入/置换功能以支持虚存技术,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,辅助存储器,处理器,主存储器,存储管理部件,实地址,虚地址,磁盘地址,存储器,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.4.3 设备管理功能 任务：提高I/O利用率和速度，方便用户 1.缓冲管理 缓冲区：用来解决CPUI/O矛盾，如：CPU快则应多创建缓冲区。 2.设备分配 包括：设备，设备控制器，I/O通信的分配和回收,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,3.设备处理 指控制设备进行实际的操作，包括读、写等以及向CPU发中断。 设备处理/驱动程序应能根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。 响应并启动设备进行真正的i/o操作,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.4.4 文件管理功能 1.文件存储空间的管理： 离散存储、为文件分配必要的存储空间，尽量提高存储空间的利用率和文件访问效能。 2.目录管理： 通过目录的方式来组织文件，实现文件的按名存取 3.文件的读/写管理和保护,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.4.5 用户接口 1.命令接口：提示符下直接输入命令行。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,命令接口： 联机：外设可以与主机实施实时的信息交互 脱机：存在预输入过程,联机用户接口,脱机用户接口,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,联机用户接口：几乎所有计算机操作系统中 组成：命令+终端处理程序+命令解释程序 过程： （1）用户键入命令； （2）终端处理程序接受命令并显示在屏幕上； （3）命令解释程序解释并执行该命令。 联机命令举例： UNIX：Login，Logout DOS:Copy,Format 命令解释程序：是OS的最高层，如 MS-DOS：C UNIX:Shell.,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,脱机用户接口：适用于批处理系统，又称批处理用户接口 组成：JCL+作业说明书+命令解释程序 JCL：作业控制语言 过程：用户把对作业的控制用JCL写在作业说明书上，命令解释程序按照作业说明书解释并执行。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,2、程序接口：系统调用 系统调用：若干个能够完成特定功能的子操作 如： #include #define MAX 100 int main( ) int sum, i; for(sum=0,i=1; i=MAX; sum+=i ); printf(“Sum = %dn“, sum); return 0; ,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,目的：为用户程序访问系统资源而设置 组成：一组系统调用 系统调用：一个系统调用是一个能完成特定功能的子程序。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,用户程序,系统调用命令,系统功能,调用,OS ,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,3、图形接口：鼠标、图标，对用户方便,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.5 操作系统的结构设计,第一代：无结构的 第二代：模块式结构 第三代：层次式结构 第四代：微内核结构 由于现代的OS都非常庞大，已不能再用早期的手工作坊式的开发方法，于是人们把工程学的基本原理和方法，引入到软件开发的过程中，从而形成了软件工程学。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.5.1 软件工程的基本概念 1.软件的含义： 当计算机运行时，能提供所要求的功能和性能的指令和程序的集合，该程序能够正确地处理信息的数据结构；作为规范软件，还应具有描述程序功能需求以及程序如何操作使用的文档。 2.软件工程的含义： 运用系统的、规范的和可定量的方法，来开发、运行和维护软件。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.5.2 传统的操作系统结构 第一代第三代-传统的操作系统结构 微内核-现代操作系统结构 1.无结构操作系统： 一组过程的集合，各过程之间可以相互调用 2.模块化操作系统结构： （1）模块化结构：分解、模块化,操作系统,进程管理,存储器管理,文件管理,进程管理,进程调度,内存分配,内存保护,磁盘管理,目录管理,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,（2）模块化操作系统的优缺点 优点： 提高了OS设计的正确性、可理解性和可维护性 增强了OS的可适应性 加速了OS的开发过程 缺点： 模块的划分和接口的规定并不准确 模块间存在复杂的依赖关系，导致结构变得不清晰,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,3.分层式OS结构 （1）有序分层的基本概念,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,（2）层次的设置 程序嵌套：各模块间嵌套关系复杂 运行频率：随层次的增高，相应软件的运行速度就随之下降 公用模块：低层 用户接口：高层,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,思考题:分层式结构与模块式结构的异同?,相同点:都具有模块化的特征 不同点:分层式结构各模块间是有序的,层与层之间单项依赖,单项调用。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,1.5.3 微内核OS结构 微内核操作系统结构是20世纪90年代发展起来的，能有效的支持多处理机运行。 1.客户/服务器模式（Client-Server Model） (1)基本概念 (2)C/S模式的优点,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,2.面向对象的程序设计技术 (1)面向对象技术的基本概念 (2)面向对象技术的优点 3.微内核技术 能实现现代OS核心功能的小型内核,它与一般的操作系统不同,它更小更精炼,开机后常驻内存,不是一个完整的操作系统,而只是为构建通用操作系统提供一个重要基础。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,微内核的基本功能: (1)进程管理 (2)存储器管理 (3)进程通信管理 (4)I/O设备管理,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,练习题,1.操作系统是一种A，在操作系统中采用多道程序设计方式能提高CPU和外部设备的B。一般来说，为了实现多道程序设计，计算机需要有C。 A: (1)通用软件；(2)系统软件；(3)应用软件；(4) 软件包。 B: (1)利用效率；(2)可靠性；(3)稳定性；(4)兼容性。 C：(1)更大的内存；(2)更快的外部设备；(3)更快的CPU；(4)更先进的终端； 2.分时系统中，为使多个用户能够同时与系统交互，最关键的问题是A，当用户数目为100时，为保证响应不超过2秒；此时的时间片最大应为B。 A：(1)计算机具有足够的运行速度；(2)内存容量应足够大；(3)系统能及时地接收多个用户输入；(4)能在一短的时间内，使所有用户程序都能运行；(5)能快速进行内外存对换。 B：(1)10ms；(2)20ms；(3)50ms；(4)100ms；(5)200ms。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,3、在设计分时操作系统时，首先要考虑的是A；在设计实时操作系统时，首先要考虑的是B；在设计批处理系统时，首先要考虑的是C。 A、B、C：(1)灵活性和可适应性；(2)交互性和响应时间；(3)周转时间和系统吞吐量；(4)实时性和可靠性。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,5、操作系统的 管理部分负责对进程进行调度。 A主存储器 B控制器 C运算器 D处理机 6、是帮助管理计算机资源的一整套程序. A应用程序 B备份程序 C诊断程序 D操作系统程序,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,7、 操作系统允许在一台主机上同时连接多台终端，多个用户可以通过各自的终端同时交互地使用计算机。 A网络 B分布式 C分时 D实时 8、如果分时操作系统的时间片一定，那么 ，则响应时间越长。 A用户数越少 B用户数越多 C内存越少 D内存越多,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,9、单道批处理系统的主要缺点是_。 ACPU利用率低 B不能并发执行 C缺少交互性 D以上都不是 10、在只有一个的情况下，多道程序环境下的各道程序在宏观上是 运行，在微观上则是 执行。 A. 并行 B.串行 C. 资源 D. 作业,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,判断题： 操作系统的设计必须要保证作业具有可再现性。 操作系统的功能要点是系统资源管理和提供用户界面和接口。 应用软件是加在裸机上的第一层软件。,山东中医药大学 计算机教研室 岳路,IT历史上被引