操作系统课件第1章 绪论

操作系统,第一章绪论,本章总体纲要,1.1什么是操作系统？1.2操作系统的发展历史1.3操作系统的分类1.4操作系统的功能1.5计算机硬件1.7研究操作系统的几种观点,你所用过的操作系统,计算机系统组成,1.1操作系统概念,1.1操作系统的概念,什么是操作系统？计算机硬件与用户软件之间的中间件程序集合OS是一个资源管理程序OS是一个控制调度程序OS一般有一个内核（kernel)程序，开机后一直运行提供用户和计算机之间的接口,引入操作系统的目的,用户观点：计算机为用户提供最好的服务，构建用户与计算机间和谐交互环境。系统管理观点：合理组织计算机工作流程，管理和分配计算机系统硬件及软件资源，使之能为多个用户高效率共享。发展观点：给计算机系统的功能扩展提供支撑平台，使之在追加新的服务和功能时更容易而不影响原有服务与功能。,操作系统的定义,操作系统（operatingsystem，简称OS）是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合它们管理和控制计算机系统中的软件和硬件资源，合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。,本章总体纲要,1.1什么是操作系统？1.2操作系统的发展历史1.3操作系统的分类1.4操作系统的功能1.5计算机硬件1.7研究操作系统的几种观点,1.2操作系统发展历史操作系统因由客观的需要而产生，它伴随着计算机技术及其应用的发展而逐渐发展和不断完善，它与运行其上的计算机组成与体系结构休戚与共，它的功能由弱到强，在计算机系统中的地位不断提高，至今，它已成为计算机系统的核心。,计算机发展分为四个阶段：194650年代末：第一代，电子管时代，无操作系统。50年代末60年代中：第二代，晶体管时代，批处理系统。60年代中70年代中：第三代：集成电路时代，多道程序设计。70年代中期至今：第四代：大规模、超大规模集成电路时代，分时系统。现代计算机正向着普适计算、网格计算以及巨型、微型、并行、分布、网络化、智能化和生物信息化几方面发展。,1.2.1手工操作阶段电子管计算机，无操作系统，由手工控制作业的输入输出,通过控制台开关启动程序运行。用户使用计算机的过程大致如下：先把程序纸带装上输入机，启动输入机把程序和数据送入计算机，然后通过控制台开关启动程序运行，计算完毕后，用户拿走打印结果，并卸下纸带。,手工交互方式的缺点手工装卸、人工判断、手工修改与调试内存指令等造成CPU空闲；提前完成造成剩余预约时间内的CPU完全空闲；I/O设备的慢速与CPU的速度不匹配造成的CPU空闲等待时间。,1.2.2早期批处理(batchprocessing)晶体管计算机，操作系统的雏形，称为监督程序。把若干个作业合成一批，调入计算机执行，完成后再调入下一批作业。早期的批处理：联机批处理,脱机批处理,批处理系统的工作过程用户将作业交到机房，操作员将一批作业输入到辅存（如磁带）上，形成一个作业队列。当需要调入作业时，监督程序从这一批中选一道作业调入内存运行。当这一作业完成时，监督程序调入另一道程序，直到这一批作业全部完成。,批处理系统的分类联机批处理：由CPU直接控制作业输入输出。脱机批处理：由外围机控制作业输入输出。,联机批处理和脱机批处理,通道和中断技术60年代初，发展了通道技术和中断技术，这些技术的出现使监督程序在负责作业运行的同时提供I/O控制功能。通道：用于控制I/O设备与内存间的数据传输。启动后可独立于CPU运行，实现CPU与I/O的并行。中断：是指CPU在收到外部中断信号后，停止原来工作，转去处理该中断事件，完毕后回到原来断点继续工作。监督程序发展为执行系统(executivesystem)，常驻内存。,对批处理阶段的评价作业转换时间大大减小，系统运行效果提高（自动性、顺序性）。存在I/O慢造成的CPU空闲等待时间（单道）。程序员（和非编程用户）无法同计算机交互。一个操作系统被设计成只能在一种机器上运行。,1.2.3多道程序系统操作系统发展史上革命性变革。多道程序设计技术：在内存中放多道程序,使它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。,单道和多道程序工作过程比较,多道程序运行的特点多道。宏观上并行：同时有多道程序在内存运行，某一时间段上，各道程序不同程度地向前推进。微观上串行：任一时刻最多只有一道作业占用CPU，多道程序交替使用CPU。,1.2.4分时系统推动多道批处理系统形成和发展的动力是提高资源利用率和系统吞吐量。推动分时系统形成和发展的主要动力是用户的需要：交互、共享主机、方便上机。分时系统是指在一台主机上连接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键盘，以交互的方式使用计算机，共享主机中的资源。,分时系统的特征多路性：允许同一主机联接多台终端。独立性：每一用户独占一个终端。及时性：用户请求能及时响应。交互性：可进行广泛的人机对话。,1.2.5实时操作系统实时系统（RealTimeSystem）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。实时控制：如工业控制、武器的控制等。实时信息处理：如联网订票系统。,实时系统的特征：多路性独立性及时性交互性可靠性,1.2.6通用操作系统各种操作系统的出现，致使操作系统日益完善，出现了通用操作系统。通用操作系统兼有多道批处理、分时、实时处理的功能。,操作系统的发展概述,本章总体纲要,1.1什么是操作系统？1.2操作系统的发展历史1.3操作系统的分类1.4操作系统的功能1.5计算机硬件1.7研究操作系统的几种观点,1.3操作系统的基本类型,批处理系统个人计算机系统网络操作系统分布式系统实时系统分时系统,脱机使用,批处理，多道程序设计,价格便宜，CPU利用率低，联网，安全保护,多媒体,Novell公司的NetWare,按照网络体系结构设计的操作系统,基础是网络以及相关网络协议,用于实时控制以及实时数据处理,交互性、多用户、独占性,多道程序设计与多重处理系统的区别,多道批处理系统与分时系统的区别,本章总体纲要,1.1什么是操作系统？1.2操作系统的发展历史1.3操作系统的分类1.4操作系统的功能1.5计算机硬件1.7研究操作系统的几种观点,处理机管理,处理机是最重要的资源，现代操作系统允许多个程序共享处理机，按照某种算法（分时、优先级）交替地使用处理机。处理机管理包括以下几方面：进程控制、进程同步、进程通信、调度。,存储管理,第二重要资源。存储器管理要具备下列功能：内存分配。地址映射：把程序中的逻辑地址映射为物理地址。存储保护：使多道程序间互不干扰。存储扩充：用辅存扩充主存，实现“虚拟存储器”。,设备管理,最庞大、琐碎的部分，因为：物理设备品种繁多、用法各异。各种外设能和主机并行工作。主机与各类外设速度极不匹配，级差很大。,设备管理主要任务,完成用户进程提出的I/O请求为用户进程分配其所需的I/O设备提高CPU和I/O设备的利用率提高I/O速度方便用户使用I/O设备,设备管理的功能,缓冲管理：为设备提供缓冲区以缓和CPU与设备的I/O速度不匹配的矛盾。设备分配。设备驱动：为设备提供驱动程序。设备独立性和虚拟设备。,文件系统管理,文件系统管理的功能：文件存储空间管理。目录管理：为了用户方便找到他所需的文件。文件的读写管理和存取控制：存取控制就是防止文件被非法使用。,用户接口,作业一级接口：为了便于用户直接或间接地控制自己的作业。（联机用户接口与脱机用户接口）程序一级接口：为用户程序在执行中访问系统资源而设置的。由一组系统调用组成。,本章总体纲要,1.1什么是操作系统？1.2操作系统的发展历史1.3操作系统的分类1.4操作系统的功能1.5计算机硬件1.7研究操作系统的几种观点,1.5计算机硬件简介,计算机基本的硬件元素处理器、存储器、输入输出控制、总线、外部设备处理器单个处理器，称之为单机系统多个处理器，称之为多机系统,1.5.1计算机基本的硬件元素,存储器内存外存：光盘、磁盘、硬盘高速缓存（cache）输入输出控制器与缓冲主要用来控制和暂时存储外部设备与计算机内存之间交换的数据和程序。,外部设备是获取和输出数据程序的基本单位，包括数字设备和模拟设备。总线总线是连接计算机各部件的通信线路。单总线：处理机、外设、存储器都连接在一起。多总线：CPU与内存分开连接，外设与外存也分开连接。,1.5.2与操作系统有关的几种寄存器,寄存器与操作系统密切相关，在处理机中交换数据的速度比内存更快、体积更小，而价格又更贵的暂存器件。处理机中寄存的功能分为二类用户可编程存器控制与状态寄存器：被用来对处理机的优先级、保护模式或用户程序执行时的调用关系等进行控制和操作,典型的用户可编程寄存器包括以下几种：数据寄存器地址寄存器条件码寄存器典型的控制与状态寄存器包括以下几种：程序计数器PC指令寄存器程序状态字PSW中断现场保护寄存器过程调用堆栈,指令的执行与中断应用程序必须通过指令执行才能完成。执行指令的基本过程分为两步：处理机从内存把指令读入的过程和执行的过程。读指令是根据程序计数器PC所指的地址读入，而执行的指令则是指令寄存器IR中的指令。我们把指令的读入和执行过程称为一个执行周期。,本章总体纲要,1.1什么是操作系统？1.2操作系统的发展历史1.3操作系统的分类1.4操作系统的功能1.5计算机硬件1.7研究操作系统的几种观点&小结,1.7研究操作系统的几种观点,操作系统是计算机资源的管理者用户界面的观点进程管理的观点,总结,什么是操作系统？引入操作系统的目的操作系统的发展历史操作