操作系统,第1章概述资料

1、操操 作作 系系 统统主讲：汤承林Operating System本章目标本章目标 v理解与掌握操作系统的概念。v理解与掌握操作系统的分类和特征。v理解与掌握操作系统的基本功能。本章教学目标 v了解操作系统的发展过程v掌握操作系统的定义和基本类型v熟悉操作系统的主要功能和特征第第1章章 操作系统概述操作系统概述本章主要内容 v1.1 操作系统的概述v1.2 操作系统的发展v1.3 操作系统的分类v1.4 操作系统的特征v1.5 操作系统的基本功能1.1 操作系统的概述v1.1.1 计算机系统的组成v1.1.2 什么是操作系统1.1.1 计算机系统的组成 计算机系统组成v硬件系统 计算机硬件是指

2、组成计算机系统的设备或机器，是“看得见，摸得着”的物理部件，它是组成计算机系统的基础。 计算机硬件一般包括中央处理器（CPU）、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备，其中CPU与内存储器合称为主机，外存储器、输入设备和输出设备合称为外部设备。v软件系统 计算机软件是指组成计算机系统的程序、数据和文档。程序是指令的有序集合；数据是信息在计算机中的表示，是计算机处理的对象；文档是各种说明文本，是软件操作的辅助性资源。 系统软件：是支持和管理计算机硬件的软件，是服务于硬件的，它创立的是一个平台。系统软件包括操作系统、数据库管理系统、计算机编译语言和各种系统服务性程序。 应用软件 ：应用软件是完成用

3、户某项要求的软件，是服务于特定用户的，它满足某一个应用领域。应用软件包括计算机源程序和应用软件包。 1.1.2 什么是操作系统v一、 理解操作系统的三个观点v二、 操作系统的地位v三、 操作系统的定义 v四、 操作系统的目标 一、 理解操作系统的三个观点v从用户观点来理解，操作系统是用户与计算机之间的接口；v从资源管理观点来理解操作系统是管理和控制计算机系统的软件、硬件资源 ；v从程序控制观点来理解操作系统是对程序的管理。二、 操作系统的地位 用硬件OS应用软件支持软件语言编译程序用户用户用户OS硬件硬件三、 操作系统的定义从资源管理者资源管理者角度分析：v介于裸机与用户之间的系统软件介于裸机

4、与用户之间的系统软件v合理组织计算机的工作流程合理组织计算机的工作流程v有效控制和管理计算机的各类资源有效控制和管理计算机的各类资源v方便用户使用的程序的集合方便用户使用的程序的集合四、 操作系统的目标 v1方便性方便性 操作系统最终是要为用户服务的。给计算机配置操作系统后必须使计算机系统方便使用。 v2有效性有效性 操作系统要合理地组织计算机的工作流程，改善系统资源的利用率，提高系统的吞吐量从而使有限的资源完成更多的任务。 v3可扩充性 操作系统也是为应用服务的，随着应用环境的变化，操作系统自身的功能也必须不断增加和完善。 v4开放性 操作系统主要功能是管理计算机硬件的，必须适应和能够管理不

5、同的硬件。 1.2 操作系统的发展v推动操作系统发展的动力1不断提高资源利用率的需要 2方便用户操作 3硬件的不断更新换代 4计算机体系结构的不断发展 1.2.1 无操作系统阶段 1.人工阶段 在20世纪50年代末期以前的第一代（19461955）计算机中，操作系统尚未出现，那里只是人工操作。操作员通过控制台上的各种开关来控制各部件的运行（如装入卡片或纸带、按电钮和查看存储单元等）。 ENIAC计算机计算机 （ 美国宾夕法尼亚大学）运算速度：运算速度： 5000次/每秒 真空管：真空管： 18000个 占地面积：占地面积： 182平方米 重重 量量 ： 130吨 功功 耗耗 ： 140kW 5

6、0年代早期出现了穿孔卡片，程序写在卡片上然后读入计算机。但计算过程则依然如旧。 v早期计算机的工作，基本上采用人工操作方式：由操作员将纸带（或卡片）装入纸带输入机（或卡片输入机），把程序和数据输入计算机，当程序运行完毕，由用户取走纸带和计算结果后，才让下一个用户上机操作。 v人工操作方式具有以下特点特点： 用户独占全机。 CPU等待人工操作。 串行性v 人工操作方式具有以下缺点缺点： 计算机的有效机时严重浪费 效率低 2.脱机输入脱机输入/ /输出输出 脱机输入/输出阶段的技术是为解决CPU与I/O设备之间的速度不匹配而提出的。它减少了CPU的空闲等待时间，提高了I/O速度。外围机输入设备输出

7、设备输入作业输出结果主机脱机输入/输出 20世纪50年代末至60年代初，计算机进入第二代（19551965）。 管理程序（能对计算机硬件和软件进行管理的调度程序 ）。 批处理程序，解决了作业间的自动转换 。 早期的监管程序和这种批处理软件称为初级操作系统。 1.2.2 初级操作系统阶段 20世纪60年代，计算机进入第三代后（19651980）。 IBM System 360上运行的OS/360操作系统被认为是真正的（完整的）操作系统 。 多道程序设计技术，提高CPU的利用率，充分发挥并行性 。 1.2.3 操作系统形成阶段 第四代计算机系统发展时期（19801994） ，其上配置的操作系统称为

8、现代操作系统。 这一代最有代表性的操作系统是UNIX操作系统（分时系统）。 1.2.4 现代操作系统阶段 1.3 操作系统的分类v批处理操作系统v分时系统v实时系统v网络操作系统v分布式操作系统1.3.1 批处理系统 v批处理系统主要是采用了批处理技术。批处理技术是指计算机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。v方式：单道批处理系统：原理和特点多道批处理系统：原理和特点http:/ 系统吞吐量，在60年代中期又引入了多道程序设计技术，由此而形成了多道批处理系统。在该系统中,用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列, 称为“后备队列”；然后, 由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干

9、个作业调入内存，使它们共享 CPU 和系统中的各种资源。 http:/ 1.3.2 分时操作系统 v概念： 所谓分时系统就是采用了分时技术的操作系统。一台主机连接多台带显示器和键盘及控制器的本地或远程终端，每个用户可以在自己的终端按时间片轮流地以交互的方式使用主机，共享系统资源，典型代表UNIX系统。（OS成熟期）v分时：两个或多个事件按时间的划分轮流使用计算机某一资源。v时间片：系统规定进程一次使用处理机的最长时间v分时系统的特征有多路性、独立性、及时性和交互性。 1.3.3 实时系统 v概念实时系统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

10、一致地运行。 v类型实时控制系统实时信息处理系统 v实时系统的特征有多路性、独立性、及时性、交互性和可靠性。 燃料输送控制采样炼钢高炉1.3.4 网络操作系统 v概念 网络操作系统用于管理网络中的各种资源，为用户提供各种服务。其主要功能有网络通信管理、网络资源管理、网络安全管理和网络服务等。v功能网络通信：这是网络最基本的功能。资源管理：对网络中的共享资源实施管理，使资源在各用户间合理的流通、使用。网络服务：主要有电子邮件服务，文件传输、存取和管理服务，共享硬盘服务等。网络管理：最基本的是通过各种方法实现网络安全管理，防止用户有意或无意地对网络资源造成破坏。 1.3.5 分布式操作系统v概念：

11、 分布式处理系统是指由多个分散的处理单元经互联网络的连接而形成的系统。在分布式系统上配置的操作系统称为分布式操作系统。 v特征 分布式系统最基本的特征是在处理上的分布，其实质是资源、功能、任务和控制都是分布的。还有并行性、共享性强，系统处理的透明度高、效率高以及易于维护等优点。1.4 操作系统的特征 v1并发性并发性 在多道程序环境下，并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生，即宏观上有多道程序同时执行，而微观上，在单处理机系统中每一个时刻仅能执行一道程序。 （并发、并行）v2共享性共享性 共享是指系统中的资源可供多个用户或并发执行的进程同时使用。 v3虚拟性虚拟性 是指通过某种技术把一个

12、物理实体变成若干个逻辑上的对应物。如虚拟内存，虚拟处理机等 v4异步性（不确定性）异步性（不确定性） 也称不确定性，是指在多道程序环境下，允许多个进程并发执行，由于资源的限制，进程的执行不是“一气呵成”的，是“走走停停”的。 1.5 操作系统的基本功能v操作系统是用户与硬件之间的桥梁，它主要负责管理计算机系统中的所有资源，并负责它们的调度和使用，充分发挥这些资源的作用和方便用户使用计算机。v从资源管理的角度来看，操作系统的功能主要有处理机的管理处理机的管理：协调系统中多个程序正确有效地占用处理机。存储器的管理存储器的管理：内存的分配与回收，程序相对地址到绝对地址的转换，内存的共享与保护及逻辑扩

13、充。设备的管理设备的管理：I/O设备的分配、共享、驱动调度和方便使用。文件的管理文件的管理：文件存储介质的管理，文件的存取、保护和共享等。接口管理接口管理：用户提供使用计算机的手段 ，命令接口和程序接口。本章小结 v熟悉和掌握以下基本概念：熟悉和掌握以下基本概念： 批处理系统、分时系统、实时系统、网络系统、脱机输入输出技术、多道程序设计技术、分时技术 v熟悉和掌握以下基本知识：熟悉和掌握以下基本知识： 1操作系统的定义 2操作系统的设计目标 3操作系统的特征4操作系统的基本功能 作 业 1、操作系统的定义2、操作系统的功能3、操作系统的基本类型4、操作系统的特征本章小结本章小结v计算机系统由硬件系统和软件系统组成。软、硬件系统的组成就是计算机系统资源，当不同的用户使用计算机时都要占用系统资源并且有不同的控制需求。v操