第03章-操作系统PPT课件

1、操作系统（operation system） OS是控制计算机所有操作的软件。 提供用户可以存储和检索文件的方法； 提供用户可以请求执行程序的接口； 提供程序请求执行所必需的环境。 常见OS Windows UNIX Linux第1页/共38页3.1 操作系统的历史 批处理（batch processing） 若干个作业收集到一个批次中，然后执行，无需与用户发生进一步的交互。 作业（job） 队列（queue） 先进先出（FIFO） 交互式处理（interactive processing） 实时处理（real-time pricessing） 一次执行一个作业，无法满足多用户的实时要求第2页

2、/共38页续 分时（time-sharing） 把时间分为时间片，限制一个作业每次只能执行一个时间片，使得许多作业轮流执行。 多任务（multitasking）：单用户系统的分时处理。 多处理器 负载平衡：动态的把任务分配给各个处理器，使得所有的处理器都得到有效的利用。 均分：把大任务划分为若干个子任务，并与可用的处理器数目相适应。第3页/共38页3.2 操作系统的体系结构3.2.1 软件概述软件系统软件操作系统内核外壳实用软件应用软件第4页/共38页3.2.2 操作系统组件 外壳 命令解释程序，借助图形用户界面（GUI）实现与用户通信。 内核 文件管理程序 设备驱动程序 内存管理程序 调度程

3、序 分派程序第5页/共38页第6页/共38页文件管理程序 文件管理程序保存了存储在海量存储器上的所有文件的记录。 目录（director） 将若干个文件组织在一起 层次化的目录结构 目录路径 Animals/prehistoric/dinosaulrs 文件描述符（file descriptor） 包含查找和操纵文件所需要的信息第7页/共38页设备驱动程序 设备驱动程序是负责与控制器（有时直接与外围设备）通信，以实现对连接到计算机的外围设备的操作的软件组件。第8页/共38页内存管理程序 协调和管理计算机所使用的主存储器。 内存分配与回收 存储保护 逻辑地址到物理地址的映射 虚拟内存第9页/共3

4、8页调度程序与分派程序 调度程序决定哪些活动是可以执行的； 分派程序控制给这些活动的时间分配。第10页/共38页计算机能够自动地往下执行内存中的机计算机能够自动地往下执行内存中的机器指令序列（程序）。器指令序列（程序）。问题是：问题是：1 1）程序是如何装入内存的？）程序是如何装入内存的？ 2 2）计算机是如何）计算机是如何 “启动启动” 的？的？读硬盘接口读硬盘接口写内存写内存读硬盘接口读硬盘接口写内存写内存 读硬盘接口读硬盘接口写内存写内存 装入程序装入程序硬盘中硬盘中的程序的程序内存内存CPU运行运行操作系统的操作系统的装入程序装入程序应用程序是如何装入内存的？应用程序是如何装入内存的？

5、3.2.3 系统启动第11页/共38页内存内存应用应用程序程序操作操作系统系统引导引导程序程序？应用程序被操作系统装入内存。应用程序被操作系统装入内存。操作系统被引导程序装入内存。操作系统被引导程序装入内存。引导程序又是被引导程序又是被 ? 装入内存的？装入内存的？应用程序是被谁装入内存的？应用程序是被谁装入内存的？第12页/共38页关键是启动时找到引导程序关键是启动时找到引导程序引导程序（BOOT）是计算机开电源后运行的第一个程序，必须始终存在于内存中的特定位置（写在BIOS芯片中），这样，开机后才可立刻运行。计算机开机后，CPU做的第一件事必是从固定地址(如0000H)复制引导程序到内存中

6、，然后取指令(BOOT第一指令)并执行它；然后CPU将开始自动地运行引导程序，找到磁盘的第一个扇区，开始装入操作系统(如Windows XP)；然后装入应用程序；然后 第13页/共38页启动引导时出错怎么办？启动引导时出错怎么办？引导时会自检硬件并在屏幕上显示一长串设备的配引导时会自检硬件并在屏幕上显示一长串设备的配置信息，如果有硬件故障，会发出置信息，如果有硬件故障，会发出嘟嘟声嘟嘟声提示用户提示用户（如（如 两声短可能是键盘，三声长可能是显示器，具两声短可能是键盘，三声长可能是显示器，具体含义取决于体含义取决于ROMROM上的引导程序，可查看主板手册）。上的引导程序，可查看主板手册）。如果

7、启动如果启动WindowsWindows时失败，可以重新启动并在引导过时失败，可以重新启动并在引导过程中按下程中按下F8F8键，然后在菜单中选择进入键，然后在菜单中选择进入安全模式安全模式。安全。安全模式是模式是WindowsWindows的有限功能版本，专门为解决故障而的有限功能版本，专门为解决故障而设计，只允许使用鼠标、键盘和显示器，而不能使设计，只允许使用鼠标、键盘和显示器，而不能使用其它外部设备。用其它外部设备。第14页/共38页3.3 协调机器的活动 程序与进程 程序(program)：一组静态的指示； 进程(process)：执行程序的动态行为。 进程管理 进程表(process

8、table) 进程状态(process state) 进程切换(process switch) 中断(interrupt) 中断处理程序(interrupt handler)第15页/共38页进程状态进程状态新的新的终止终止就绪就绪运行运行等待等待允许允许中断中断退出退出调度算法分派调度算法分派I/O操作或事件完成操作或事件完成I/O操作或事件的等待操作或事件的等待进程状态是机器在特定时刻的快照第16页/共38页进程表 维护进程的相关信息。从一个进程到另一个进程的改变过程。通过中断信号指示时间片的结束，保存当前进程的状态，转向中断处理程序。第17页/共38页3.4 处理进程间的竞争 操作系统的

9、一个重要任务是将机器的各种资源分配给系统中的各个进程。 资源 机器的外围设备 机器本身的特性 多个进程竞争有限资源时，需要想办法处理这种竞争，以免带来危害。第18页/共38页3.4.1 信号量 标志 用来标记某资源是否已经被分配； 清零标志 资源可用 置位标志 资源不可用（资源当前已经分配出去）第19页/共38页使用标志存在的问题 测试和可能有的标志置位任务需要几条机器指令 从主存得到标志 在CPU中操纵 最终写回主存 在检测到标志之后标志被置位之前，可能发生中断 可能发生错误 比如两个进程使用同一个资源第20页/共38页解决方法 测试和可能有的标志置位任务必须在没有中断的条件下完成 使用中断

10、屏蔽指令和中断允许指令 使用测试并置位指令一个正确实现的标志称为信号量 临界区临界区 互斥互斥第21页/共38页3.4.2 死锁 死锁（deadlock） 两个或更多的进程被阻塞不能执行，它们中的每一个都在等待分配给另一个的资源。PQ读卡机打印机第22页/共38页引起死锁的四个必要条件 互斥 进程互斥使用资源 占有并等待 申请新资源时不释放已占有资源 非抢占 一个进程不能抢夺其他进程占有的资源 循环等待 存在一组进程循环等待资源的等待链 四个条件同时满足会引起死锁第23页/共38页死锁的处理 预防或避免死锁 确保系统决不会进入死锁状态 检测死锁，并加以恢复 允许系统进入死锁状态 忽视死锁问题

11、认为死锁不可能发生 包括UNIX在内的很多操作系统采用第24页/共38页3.5 安全性 来自机器外部的攻击 防止受到非授权用户的访问 登录机制（帐号密码） 问题 错误密码登录 嗅探软件（sniffing software） 解决 审计软件（auditing software）第25页/共38页安全性 来自机器内部的攻击 无约束的进程能够通过改变含有存储器界限的专用寄存器的值，来访问指定区域以外的内存单元 解决办法：将CPU设计为工作在两种特权级之一的模式下 有特权模式：能够处理所有指令； 无特权模式：能够接受的指令是有限的。第26页/共38页常见操作系统 LogoLogo第27页/共38页功能

12、完备的操作系统 UNIXHP-UXAIXSolarisFreeBSDLinuxBell实验室实验室(AT&T)早期早期UNIX和和C1969年：AT&T，PDP-11上的16位操作系统 (UNIX)；1974年：UNIX系统正式发表(第五版);加州大学加州大学伯克利分校伯克利分校BSD 4AT&T的的System V1980年以后，UNIX以AT&T和Berkeley为主分别开发；1989年：UI (UNIX International)发表UNIX System V Res4.0；使BSD和System V在用户界面上统一；第28页/共38页UNIX系统的特点

13、n多用户、多任务，支持对称式多处理。多用户、多任务，支持对称式多处理。n易移植：主要代码用易移植：主要代码用C语言写成。语言写成。n字符用户界面和图形用户界面，提供字符用户界面和图形用户界面，提供Shell语言和语言和编程环境。编程环境。n可装卸的分层树型结构的文件系统（一棵树）。可装卸的分层树型结构的文件系统（一棵树）。n流式文件流式文件n将所有外设都当作文件，并赋予文件名。将所有外设都当作文件，并赋予文件名。n支持多种硬件平台。支持多种硬件平台。n第29页/共38页操作系统远古霸主记忆中的DOSn1980年，年，IBM推出了推出了IBM PC新机型新机型 ，需要一个，需要一个16位的操位的

14、操作系统。作系统。n微软的微软的MS-DOS取得了竞争的胜利，成为取得了竞争的胜利，成为IBM新机型的操作新机型的操作系统。系统。nMS-DOS的最后一个版本是的最后一个版本是6.22版（版（ 1994年年5月）月）v这以后的这以后的DOS就和就和Windows相结合了。相结合了。nMS-DOS优点：优点：v小巧玲珑：数小巧玲珑：数MB大小，启动大小，启动DOS系统只需要一张软盘系统只需要一张软盘v稳定稳定 ；当；当Windows出现了问题，而其本身又无法解决的时，就只出现了问题，而其本身又无法解决的时，就只有使用有使用DOS来完成任务了。来完成任务了。n不足：不足：vDOS是一个单用户、单任

15、务的操作系统是一个单用户、单任务的操作系统vDOS采用的是字符操作界面，终端命令。采用的是字符操作界面，终端命令。第30页/共38页图形用户界面的样板 Mac OSnMacintosh的操作系统的操作系统 美国苹果计算机公司美国苹果计算机公司n该系统于该系统于1984年推出年推出vPC DOS（枯燥的字符界面）（枯燥的字符界面）vMac率先采用了一些至今仍为人称道的技术率先采用了一些至今仍为人称道的技术GUI图形用户界面图形用户界面多媒体应用多媒体应用鼠标鼠标nMacintosh计算机在出版、印刷、影视制作和教育等领域计算机在出版、印刷、影视制作和教育等领域有着广泛的应用。有着广泛的应用。nM

16、icrosoft Windows至今在很多方面还有至今在很多方面还有Mac的影子。的影子。n最近苹果公司又发布了目前最先进的个人电脑操作系统最近苹果公司又发布了目前最先进的个人电脑操作系统Mac OS X（一系列版本（一系列版本虎豹成群）。虎豹成群）。第31页/共38页发布年发布年名称版本名称版本关键特征关键特征1985Windows 1.0首个零售产品，需要首个零售产品，需要MS-DOS1992Windows 3.1广泛应用，需要广泛应用，需要MS-DOS1995Windows NT 3.51Windows NT升级版，更稳定升级版，更稳定1995Windows 95取代取代Windows

17、3.x1996Windows NT 4.0真正操作系统，广泛应用真正操作系统，广泛应用1998Windows 98Windows 95升级版，广泛应用升级版，广泛应用2000Windows 2000Windows NT 5.0，广泛应用，广泛应用2001Windows XPWindows 98升级版，广泛应用升级版，广泛应用2006Windows VistaWindows Longhorn，64位位操作系统当代大亨Windows第32页/共38页Windows特点n图形用户界面图形用户界面n单用户、多任务（与多用户、多任务类似）单用户、多任务（与多用户、多任务类似）v建立多个帐户建立多个帐户v

18、可以同时让电脑执行不同的任务，并且互不干扰。可以同时让电脑执行不同的任务，并且互不干扰。 n网络支持良好网络支持良好 v内置了内置了TCP/IP协议和拨号上网软件，用户只需进行一协议和拨号上网软件，用户只需进行一些简单的设置就能上网浏览、收发电子邮件等。些简单的设置就能上网浏览、收发电子邮件等。n出色的多媒体功能出色的多媒体功能v可以进行音频、视频的编辑可以进行音频、视频的编辑/播放工作，可以支持高级播放工作，可以支持高级的显卡、声卡使其的显卡、声卡使其“声色具佳声色具佳”。 n硬件支持良好，硬件支持良好， 支持支持“即插即用即插即用”技术技术n支持对称多处理机（支持对称多处理机（SMP）、文

19、件系统的安全控制）、文件系统的安全控制n众多的应用程序众多的应用程序v有无数的程序员在为有无数的程序员在为Windows编写着程序。编写着程序。第33页/共38页方兴未艾的小企鹅LinuxnLinux的第一个版本诞生于的第一个版本诞生于1991年。它的作者是当年。它的作者是当时芬兰赫尔辛基大学学生时芬兰赫尔辛基大学学生Linus Torvalds。n开发初期借助了当时最负盛名的教育类操作系统开发初期借助了当时最负盛名的教育类操作系统Minix的一些思想和成果，但他的雄心是要将自己这的一些思想和成果，但他的雄心是要将自己这个系统变的比个系统变的比Minix更实用、更强健。更实用、更强健。n因此他决定把自己的系统代码公布于众，并且欢迎因此他决定把自己的系统代码公布于众，并且欢迎任何志愿者来修改和扩充任何志愿者来修改和扩充Linux系统。系统。n到到1994年年Linux内核内核1.0版发布之时，世界上已经有版发