计算机操作系统 完整版PPT

1、计算机操作系统中央广播电视大学开放教育试点课程吴企渊梁燕编著 计算机操作系统 清华大学出版社中央广播电视大学开放教育试点教材计算机操作系统第一章 操作系统引论第二章 作业管理第三章 文件管理第四章 存储管理第五章 设备管理第六章 进程及处理机管理第七章 操作系统结构和程序实现基本要求掌握基本原理熟悉常用主要功能特点了解操作系统设计思想与结构 传统课程的“共性”和“个性”教师、学生和环境（教室，教材，实验，纸，笔）“共性”：新概念、术语、新名词、定理、思路、结构；技巧、实现方法、算法、评述等“个性”：具体内容的联想、对比、实践学习方法知识：需要记忆、积累 联想、对比 抓重点技能：需要训练、经验

2、方法、技巧 抓特点思路：逻辑思维 形象思维操作系统知识体系结构知识结构 操作系统是计算机技术与管理技术的结合知识面：至少记住两句话知识点： “五大类型”和“五大功能” 的基本知识和应用技能计算机操作系统是计算机技术和管理技术的结合管理技术：1. 分门别类 2. 详细记录 3. 调度策略数据结构栈(堆) Stack队(列) Queue表(格) Table树(型) Tree图(论) Graphic、Chart、Map、Picture、Drawing场(论) Field第一章 操作系统引论操作系统的概念操作系统的生成和五大类型操作系统的五大功能表征操作系统的属性操作系统的概念(1)操作系统 Oper

3、ating System，OS操作系统是一种软件，属于系统软件 从用户角度看，操作系统可以看成是计算机的硬件扩充人机交互方式来看，操作系统是用户与机器的接口用管理者角度看，操作系统也是管理资源的程序扩充操作系统的概念(2)从计算机的系统结构看，操作系统是一种层次、模块结构的程序集合，属于有序分层法，是无序模块的有序层次调用。操作系统是计算机技术和管理技术的结合操作系统相当于计算机系统的“管理机构”。是为计算机用户服务的，它的主人就是用户。OS是方便用户管理和控制计算机软硬件资源的系统软件或程序集合第一章 操作系统引论操作系统的概念操作系统的生成和五大类型操作系统的五大功能表征操作系统的属性操作

4、系统的生成和类型操作系统形成的历史生成：产生最适合自己工作环境的os内核（kernel）。为了方便用户，又使系统开销尽量小生成，配置过程 UNIX中 newconfig 命令 DOS中 config.sys 文件 维护：系统管理员操作系统形成的历史1946年50年代末当时计算机处于电子管时代，根本没有操作系统。人们把这个时期称为“手工操作阶段”。顾名思义人们当时使用的计算机大量需要人工控制，还没有“管家”来为他们服务。操作系统形成的历史50年代后期计算机的运行速度有了很大的提高，从每秒几千次、几万次发展到每秒几十万次、上百万次。联机批处理系统脱机批处理系统执行系统操作系统形成的历史50年代末6

5、0年代中期此时计算机进入了第二代晶体管时代。为了解决人机矛盾，提高自动化程度，人们研制了监督程序，由该程序自动依次处理一系列任务操作系统形成的历史60年代中期70年代中期计算机进入第三代集成电路时代。在这一时期操作系统初步形成并完善。出现了三种最基本的操作系统类型：多道批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。操作系统形成的历史80年代至今第四代计算机，大规模集成电路工艺技术飞速发展。操作系统也有了进一步发展：出现了个人计算机上的操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。课程学习要领登高望远：“会当凌决顶，一觅众山小”三大宇宙观： 时空观 计算机发展特点：速度加快和容量增大； 计算机工作：在特

6、定时刻、特定地点建立“0”和“1” 静动观 软硬件新产品不断涌现 阴阳观（ “对立统一” ) 计算机人才和行业的剧烈竞争 用户需求和产品的矛盾第一章 操作系统引论操作系统的概念操作系统的生成和五大类型操作系统的五大功能表征操作系统的属性操作系统的类型五大类型：批处理操作系统 （单道批处理系统 、多道程序设计技术、 多道批处理操作系统）分时操作系统实时操作系统网络操作系统分布式操作系统多通道批处理操作系统单道运行：每次只调一个用户程序进入内存让它运行多道程序设计：即在系统内（内存）同时存放并运行几道相互独立的程序。多道程序设计的基础：是将运行过程进一步细化成几个小的步骤，从而实现宏观上的并行。但

7、从微观上看，内存中的多道程序轮流地或分时地占用处理机，交替执行。多道程序系统 多重处理系统 多用户 多终端多道是指内存中驻留多个程序或一个程序的多个程序段，因此，多用户系统一定是采用多道技术。而多道系统不一定是多用户系统。多重处理系统一般指多CPU系统。当然，一个CPU的系统采用分时技术可以为多用户服务。多用户的关键技术是在用户之间要有保密保安措施。终端指用户使用的硬件设备，即使一个终端也可为多用户使用，例如，银行的自动取款机(ATM)。纯码 = 可重入代码 分时 实时分时技术：把CPU的时间分成很短的时间片（例如，几十至几百毫秒）工作随着时间片的时间减少，对换时间所占的比例随之增大。随着用户

8、数目的不断增加，这种矛盾会越来越突出特点是计算机规定人（用户）实时是指计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许的时间范围内作出快速反应交互作用能力较差特点是人（用户）规定计算机第一章 操作系统引论操作系统的概念操作系统的生成和五大类型操作系统的五大功能表征操作系统的属性操作系统的五大功能(1)作业管理 包括任务管理、 界面管理、人机交互、图形界面、语音控制和虚拟现实等文件管理 又称为信息管理存储管理 实质是对存储“空间”的管理，主要指对内存的管理操作系统的五大功能(2)设备管理 实质是对硬件设备的管理，其中包括对输入输出设备的分配、启动、完成和回收进程管理 又称处理机管理

9、，实质上是对处理机执行“时间”的管理，即如何将CPU真正合理地分配给每个任务第一章 操作系统引论操作系统的概念操作系统的生成和五大类型操作系统的五大功能表征操作系统的属性表征操作系统的属性(1)响应比，响应系数：Rp = 作业响应时间/运行时间（估计值） 影响因素:CPU速度，内外存对换，I/O调度，用户数，时间片，事件优先权等表征操作系统的属性(2)并发性也叫“共行性”（concurrent） 表现在：多个作业并发执行或一个用户作业的多个程序段间并发执行多个输入输出设备间并发工作信息的共享、保密与保护,常见方法有：给用户设置登录口令给文件加权限给文件加密表征操作系统的属性(3)可扩充性、可移

10、植性、可读性、可“生成”性“可扩充性”表示该操作系统可灵活地按照用户的需要增加功能“可读性”和“可移植性”均表现操作系统的适应性安全可靠性“行业评测性能比较”法表征操作系统的属性(4)可测试性测试程序（Benchmark）有：中央处理单元（CPU）：每秒百万条指令MIPS事件（Event）：每秒处理事务数TPSMIPS是指CPU速度，对于数学运算的应用项目有重要意义。但对于一般的数据处理，涉及输入输出的动作较多，TPS测试更为切合实际。计算机操作系统第一章 操作系统引论第二章 作业管理第三章 文件管理第四章 存储管理第五章 设备管理第六章 进程及处理机管理第七章 操作系统结构和程序实现第二章

11、作业管理（高级处理机管理）作业管理 作业(Job) ,任务(Task): 让计算机完成一件事或任务,可大可小,可多可少作业步(Job steps) ：顺序执行的工作单元作业流(Job Stream) ：作业步控制流程作业同步(Job Synchronization) ：工作条件作业类别： 终端交互，批处理作业， 用户界面，人机界面，图形用户界面（GUI）（Graphic User Interface），多媒体技术，科学计算可视化，虚拟现实（VR）三代用户界面第一代用户界面：操作命令和系统调用在一维空间(命令行界面),操作员记、击（键盘）；第二代用户界面：图形界面在二维空间(图形界面),用户看、

12、点（图符）；第三代用户界面：虚拟现实在三维空间(虚拟现实的界面元素),计算机对人（语音、视点、姿势）作出反应。用户界面的设计特点 计算机不断适应人的需求,以方便用户为目标。 将涉及现代操作系统代码中的80%以上。传统的人机接口 操作命令： 联机（键盘操作命令） 脱机（作业控制语言） 用户组合自编（Shell语言）：DOS Shell；UNIX ；BShell、CShell等 系统调用（System Call）： 程序请求（Program Request）、任务调用（Task Call）、宏指令（Macro Instruction）、广义指令（Generalized Instruction）、（

13、访问）内部指令（DOS 系统）、“开放”子程序Shell语言现有编程语言的综合扩大到文件间的控制流转移一个命令做成一个文件外部编程可以进行适当的进程控制 举例：DOS Shell（DOS5.0以上） UNIX B Shell,C Shell作业输入输出方式输入、处理和输出输入输出方式：脱机、直接耦合（交互联机）和SPOOLing（Simultaneous Peripheral Operation On Line）（联机外围同时操作，假脱机）（排队转储，设备虚拟技术）作业输入输出方式JCB(作业控制块)内容简介：作业名、当前状态、资源要求清单（外设号、内存大小、文件量）、资源使用情况（时间记录：

14、进入、开始运行、已运行时间、内存地址）、作业类型（占CPU时间、I/O吞吐量、响应时间要求）、优先权等注：管理表格设计要记住设计原则，即要想管理得好其表项内容要记录必要的详细内容作业调度收容队列运行完成选中提交进入SPOOLingCPU执行作业调度功能1.采用JCB（Job Control Block）表格，记录各作业状况2.按选定的算法，从后备作业队列中选出一部分（多道）或一个作业投入运行3.为被选中的作业做好运行前的准备工作。例如，建立相应的执行单元（进程）和分配系统资源4.作业运行结束的善后处理工作JCB内容举例作业类型、作业名资源要求清单。例如，要求外设的类型和台数；要求内存的容量作业建立时间、估计运算时间、最迟完成时间优先数当前状态其它作业调度算法-1 作业调度（Scheduler） 、任务调度先来先服务(FCFS)作业平均周转时间=(作业完成时刻i-作业提交时刻i)/N个作业最短作业优先：在作业内容参差很不均衡时有合理性“响应比”最高的优先：“响应(系数)比”: 作业响应时间(等待和运行)/作业运行时间作业调度算法-2 定时轮转法(按时间片) ：适合作业不定情况优先数法：例如，JUNE O.S. 优先数 =（等待时间）2-要求运行时间-16x输出量事件驱动法：例如，用户窗口控制UNIX, Linux联机命令手冊索引/