操作系统概述98

1、操作系统operating system教学目标u 掌握操作系统的基本概念和名词术语掌握操作系统的基本概念和名词术语u了解操作系统的功能与工作原理了解操作系统的功能与工作原理u为操作系统的使用、管理、及应用开发打基础为操作系统的使用、管理、及应用开发打基础u 为后续课程学习提供背景知识为后续课程学习提供背景知识批处理分时Linux中断嵌入式系统虚拟存储器进程实时进程调度文件系统线程即插即用第一讲 操作系统概述u 什么是操作系统什么是操作系统u 操作系统发展史操作系统发展史u 操作系统的主要类型操作系统的主要类型u 操作系统的主要功能操作系统的主要功能计算机系统层次结构 u一个完整的计算机系统由

2、一个完整的计算机系统由硬件硬件和和软件软件两部分组成两部分组成v硬件是组成计算机的物质实体硬件是组成计算机的物质实体v实际呈现在用户面前的计算机是经过若干层软件改造的实际呈现在用户面前的计算机是经过若干层软件改造的计算机计算机u软件一般分为系统软件和应用软件两大类软件一般分为系统软件和应用软件两大类 操作系统用户面对的计算机硬件操作系统虚拟机什么是操作系统u是计算机最核心的系统软件是计算机最核心的系统软件 其功能是：其功能是：v有效地组织和管理计算机中的各种软硬件资源有效地组织和管理计算机中的各种软硬件资源v合理地组织计算机工作流程，控制程序的执行合理地组织计算机工作流程，控制程序的执行v为用

3、户提供使用计算机的友好界面（各种服务功能）为用户提供使用计算机的友好界面（各种服务功能）什么是操作系统u把计算机硬件包装起来，并扩展其功能，使其成为功把计算机硬件包装起来，并扩展其功能，使其成为功能更强、使用更方便的计算机能更强、使用更方便的计算机u人们可以从更高层次对电脑进行操作，而不用关心其人们可以从更高层次对电脑进行操作，而不用关心其底层的运作底层的运作u几乎所有的应用程序都是基于操作系统的几乎所有的应用程序都是基于操作系统的计算机硬件计算机硬件操作系统操作系统系统工具系统工具基础性平台基础性平台应用软件应用软件计算机系统计算机系统( (层次结构层次结构) )软件软件硬件及固件（裸机）硬

4、件及固件（裸机）应用软件应用软件系统软件系统软件编辑软件编辑软件/ /编译软件编译软件操作系统操作系统工具软件工具软件专业软件专业软件常见操作系统1. Debian2. FreeBSD3. DBS4. LINUX5. MAC OS X6. Mandrake7. OpenBSD8. RedHat9. Solaris10.SuSE11.WINDOWS1. Debian2. FreeBSD3. DBS4. LINUX5. MAC OS X6. Mandrake7. OpenBSD8. RedHat9. Solaris10.SuSE11.WINDOWS操作系统的发展历史u推动操作系统发展的主要动力推动

5、操作系统发展的主要动力u手工操作阶段手工操作阶段u单道批处理系统单道批处理系统(simple batch processing)u多道批处理系统多道批处理系统( (multiprogramming system) )u分时系统分时系统( (time-sharing system) )返回软硬件技术的发展软硬件技术的发展和和用户需求用户需求是推动是推动操作系统不断操作系统不断发展的动力发展的动力主机纸带机打印机引导带BASIC解释程序带用户程序带数据带操作系统发展史u背景：背景：1946 50年代，硬件非常昂贵，没有年代，硬件非常昂贵，没有操作系统操作系统u工作方式：工作方式：v手工操作，独占机

6、器手工操作，独占机器v用户：既是程序员，又是操作员用户：既是程序员，又是操作员u系统配置系统配置v输入输出：纸带、卡片输入输出：纸带、卡片 、打印机、打印机v编程语言：机器语言、编程语言：机器语言、BASIC语言语言u问题：问题：v上机过程离不开人上机过程离不开人vCPU利用率低（利用率低（CPU等待用户操作，等待外设）等待用户操作，等待外设）手工操作阶段操作系统发展史u背景背景 50年代末年代末 60年代中年代中v硬件技术支持硬件技术支持 外存储器外存储器（磁带、硬盘）（磁带、硬盘）v软件支持软件支持 出现了管理软出现了管理软件（监控程序）件（监控程序）单道批处理作业队列监控程序卡片机输入设

7、备用户程序打印机业度作调外存（磁盘）硬硬件件技技术术的的发发展展内存软盘输入机u工作方式工作方式v先将若干用户作业（程序及数据）放到外存，然后由一个先将若干用户作业（程序及数据）放到外存，然后由一个调度程序依次将它们读入内存执行，从而把用户从计算机调度程序依次将它们读入内存执行，从而把用户从计算机前解脱出来前解脱出来v串行地执行作业，因而称为是串行地执行作业，因而称为是“单道批处理单道批处理”操作系统发展史u批处理中的批处理中的作业作业概念：概念：v “作业作业”是指用户提交给计算机系统的一个独立的处理单位是指用户提交给计算机系统的一个独立的处理单位v 用户程序用户程序 数据数据 作业控制语言

8、作业控制语言u优点优点 v 输入的一批作业可以自动地一个接一个地顺序执行，节省了人工输入的一批作业可以自动地一个接一个地顺序执行，节省了人工干预时间，解决了人工操作与机器运行速度不匹配的矛盾，提高干预时间，解决了人工操作与机器运行速度不匹配的矛盾，提高了主机利用率了主机利用率单道批处理$END$RUN$LOAD$FORTRAN$JOB,JOBNAME=数据卡片程 序 卡片作 业 控制语言u问题：问题：v CPU利用率不高，主要原因是高速主利用率不高，主要原因是高速主机和低速外设之间的矛盾。因等待机和低速外设之间的矛盾。因等待I/O 而浪费了而浪费了CPU时间时间操作系统发展史u背景：背景：60

9、年代中年代中 70年代中（集成电路）年代中（集成电路）v利用多道批处理提高资源的利用率。利用多道批处理提高资源的利用率。(源于中断、通道、源于中断、通道、磁盘的引入磁盘的引入)多道批处理作业输入队列调度程序卡片机输入设备用户程序 1打印机用户程序 2用户程序 3作业输出队列 内存主机321u核心思想核心思想v让计算机同时做几件让计算机同时做几件工作，充分利用计算工作，充分利用计算机的各种资源，减少机的各种资源，减少空闲状态和等待状态。空闲状态和等待状态。u多道概念多道概念v在内存中保持若干道程序，并使这些程序交替执行（轮流在内存中保持若干道程序，并使这些程序交替执行（轮流使用使用CPU），当一

10、道程序在执行过程中遇到），当一道程序在执行过程中遇到I/O操作时，系操作时，系统就让它在一旁等待，而启动另一道程序运行，以减少统就让它在一旁等待，而启动另一道程序运行，以减少CPU的空闲时间。的空闲时间。操作系统发展史u多道批处理系统的运行特征多道批处理系统的运行特征v多道：内存中同时存放几个作业多道：内存中同时存放几个作业v宏观上并行运行，微观上轮流运行（交替使用宏观上并行运行，微观上轮流运行（交替使用CPU）v作业输入、输出及主机的工作同时进行，并行工作作业输入、输出及主机的工作同时进行，并行工作多道批处理u优点：优点：v系统资源不再为单一程序独占，而是为多个程序共享，系统资源不再为单一程

11、序独占，而是为多个程序共享，提高了系统资源的利用率（提高了系统资源的利用率（CPU、内存、内存)v作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大u问题：问题：v人机交互差（重视了系统资源的利用，忽视了人的因素）人机交互差（重视了系统资源的利用，忽视了人的因素）操作系统发展史u背景：背景：70年代中期至今年代中期至今v硬件较以前便宜，人力硬件较以前便宜，人力昂贵昂贵分时系统主主机机终终端端CPU轮流为终端用户服务用户通过“终端命令”亲自指挥计算机工作 u“分时分时”的含义的含义v 指系统（特别是指系统（特别是CPU）分时、轮流地为各个终端用户服）分时、轮流地为各

12、个终端用户服务，及时响应用户的请求务，及时响应用户的请求u 特点特点v是多个用户分享使用同一台计算机（多用户）是多个用户分享使用同一台计算机（多用户）v多个程序分时共享硬件和软件资源（多任务）多个程序分时共享硬件和软件资源（多任务）操作系统发展史u实现了会话式的上机操作（以人为本）实现了会话式的上机操作（以人为本）v人机交互性好：在调试和运行程序时由用户自己操作人机交互性好：在调试和运行程序时由用户自己操作u多个用户分时（多用户）多个用户分时（多用户）v共享主机：多个用户同时使用共享主机：多个用户同时使用v用户独立性：对每个用户而言好象独占主机用户独立性：对每个用户而言好象独占主机u多个程序分

13、时（多任务）多个程序分时（多任务）v前后台程序共享系统资源（保证前台）前后台程序共享系统资源（保证前台）分时系统u操作系统成型操作系统成型 综合性的操作系统综合性的操作系统v当前，操作系统正由单一型向复合类型发展，即兼有批处理、当前，操作系统正由单一型向复合类型发展，即兼有批处理、分时、以及网络等功能分时、以及网络等功能操作系统的多样化单道批处理多道批处理分时操作系统PC机操作系统嵌入式操作系统实时操作系统网络操作系统多处理机操作系统操作系统基本功能u进程和处理器管理进程和处理器管理 CPU和进程的调度和进程的调度u存储管理存储管理 存储器（内存分配、虚拟存储器技术）存储器（内存分配、虚拟存储

14、器技术）u设备管理设备管理 外部设备（设备驱动程序、输入输出）外部设备（设备驱动程序、输入输出）u文件管理文件管理 文件（文件的组织结构、权限、文件访问）文件（文件的组织结构、权限、文件访问）u用户接口用户接口 面向用户（用户操作界面，程序中调用接口面向用户（用户操作界面，程序中调用接口)操作系统的用户接口u操作系统通过用户接口为用户使用计算机提供了手段，操作系统通过用户接口为用户使用计算机提供了手段，操作系统也正是通过其接口封装了系统的内在功能，并操作系统也正是通过其接口封装了系统的内在功能，并为用户呈现了一台功能更强、使用更加方便的计算机为用户呈现了一台功能更强、使用更加方便的计算机u两种

15、类型的用户接口（两个层次）两种类型的用户接口（两个层次）v 程序级的接口程序级的接口-系统提供了一组系统提供了一组“系统调用系统调用”供用户在编程时供用户在编程时调用。通过这些系统调用，用户可以在程序中访问系统的一些调用。通过这些系统调用，用户可以在程序中访问系统的一些资源（包括文件），或要求操作系统完成一些特定的功能。资源（包括文件），或要求操作系统完成一些特定的功能。v 作业级接口作业级接口-操作系统用户界面操作系统用户界面 用户界面是用户直接感受到的操作系统外观和上机环境，它通常有用户界面是用户直接感受到的操作系统外观和上机环境，它通常有两种形式：终端命令和图形用户界面两种形式：终端命令和图形用户界面 操作系统的用户接口u终端命令终端命令vDOS命令（运行命令（运行cmd）C: HELP-列表显示常用的终端命令列表显示常用的终端命令C: HELP -显示指定命令的帮助信息显示指定命令的帮助信息C: DIR-显示当前目录下的内容（文件和子目录）显示当前目录下的内容（文件和子目录）C: CD-显示或改变当前目录显示或改变当前目录C: PATH-显示或设置可执行文件的搜索路径显示或设置可执行文件的搜索路径