计算机操作系统-操作系统引论-课件

计算机操作系统1ppt课件计算机操作系统1ppt课件课程目标

本课程是计算机科学与技术专业的主要专业核心课之一。

课程的学习目的在于使学生掌握操作系统的基本概念、基本原理、设计方法和实现技术，具有初步分析实际操作系统的能力，为今后在相关领域开展工作打下坚实的基础。2ppt课件课程目标 本课程是计算机科学与技术专业的主要专业核心课1.1操作系统的目标和作用1.2操作系统的发展过程1.3操作系统的基本特征1.4操作系统的主要功能1.5操作系统结构设计第一章操作系统引论考纲内容：1.操作系统的概念、特征、功能和提供的服务2.操作系统的发展与分类3.操作系统的运行环境（1）内核态和用户态（2）中断和异常（3）系统调用4.操作系统体系结构3ppt课件1.1操作系统的目标和作用第一章操作系统引论考纲内容：1.1操作系统的目标和作用1.2操作系统的发展过程1.3操作系统的基本特征1.4操作系统的主要功能1.5操作系统结构设计第一章操作系统引论4ppt课件1.1操作系统的目标和作用第一章操作系统引论4ppt课

操作系统的地位

操作系统在计算机系统中的地位：是在硬件基础上的第一层软件；是其他软件和硬件之间的接口。计算机硬件操作系统系统工具应用软件

应用用户

应用开发人员

操作系统

开发人员5ppt课件操作系统的地位操作系统在计算机系统中的地位操作系统的目标方便性(用户的观点)：使计算机系统更易于使用；有效性(系统管理人员的观点)：合理地组织计算机的工作流程，管理和分配硬件、软件资源，提高资源的利用率;提高系统的吞吐量；可扩充性(开放的观点)：给计算机系统的功能的扩展提供开放式的支撑平台；开放性：可移植性和互操作性。其中有效性和方便性是设计OS时最重要的两个目标，设计现代OS的主要目标也是对提高资源利用率和方便用户。6ppt课件操作系统的目标方便性(用户的观点)：使计算机系统更易于使用；操作系统的作用1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口

使用方式命令方式系统调用方式图形、窗口方式用户应用程序

系统调用命令图标、窗口操作系统计算机硬件7ppt课件操作系统的作用1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口2.OS作为计算机系统资源的管理者

处理器处理器管理存储器存储器管理

I/O设备I/O设备管理信息(数据和程序)文件管理操作系统的作用资源主要功能8ppt课件2.OS作为计算机系统资源的管理者操作系统的作用资OS实现了对计算机资源的抽象

OS是铺设在裸机上的多层软件，它不仅增强了系统的功能，而且还隐藏了对硬件操作的细节，从而实现了对计算机资源的抽象。操作系统的作用9ppt课件OS实现了对计算机资源的抽象操作系统的作用9ppt课件操作系统的定义

操作系统（OperatingSystem,OS）是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用计算机的程序的集合。

10ppt课件操作系统的定义操作系统（OperatingSy1.1操作系统的目标和作用1.2操作系统的发展过程1.3操作系统的基本特征1.4操作系统的主要功能1.5操作系统结构设计第一章操作系统引论11ppt课件1.1操作系统的目标和作用第一章操作系统引论11ppt1.

人工操作方式工作方式：用户：既是程序员又是操作员；是计算机专业人员编程语言：机器语言输入输出：纸带或卡片计算机的工作特点：用户独占全机和CPU等待用户主要矛盾：人机矛盾、CPU与I/O设备速度不匹配提高效率的途径：脱机输入/输出技术操作系统的发展过程无操作系统的计算机系统12ppt课件1.人工操作方式计算机的工作特点：操作系统的发展过程无操

磁带输入设备外围机2.脱机输入/输出(Off-LineI/O)方式主机磁带磁带输出设备外围机磁带主要优点：减少了CPU的空闲时间缓和了人机矛盾13ppt课件磁带输入设备外围机2.脱机输入/输出(Off-Line

单道批处理系统的处理过程单道批处理系统：作业成批处理、内存中只有一道作业单道批处理系统

单道批处理系统的特征自动性、顺序性、单道性不足：无法充分利用系统中所有的资源14ppt课件单道批处理系统的处理过程单道批处理系统单道批处理系统15ppt课件15ppt课件多道批处理系统

是采用多道程序设计技术的批处理系统。为了使系统中的多道程序能协调地运行，必须配置一组软件，来解决多道程序对系统资源的共享和争用问题，并对作业进行合理的组织和调度。——就形成了现代意义上的OS多道批处理系统16ppt课件多道批处理系统多道批处理系统16ppt课件2.多道批处理系统的特征：多道批处理系统调度性：作业调度、进程调度无序性：

多道性：内存中可同时存放多个作业17ppt课件2.多道批处理系统的特征：多道批处理系统调度性：3.多道批处理系统需解决的问题处理机管理问题内存管理问题设备管理问题文件管理问题作业管理问题多道批处理系统18ppt课件3.多道批处理系统需解决的问题多道批处理系统18ppt课件优点：资源利用率高系统吞吐量大

缺点：平均周转时间长无交互能力4.多道批处理系统的优缺点：多道批处理系统19ppt课件优点：缺点：4.多道批处理系统的优缺点：多道批处理系统例题1

有两个程序A和B，A程序执行时所做的工作按次序需要的时间为：cpu计10s，设备1计5s，cpu计5s,设备2计10s，cpu计10s。B程序执行时所做的工作按次序需要的时间为：设备1计10s，cpu计10s，设备2计5s，cpu计5s，设备2计10s。

问在单道方式下和多道并发环境下执行A和B两程序，CPU的利用率各为多少？20ppt课件例题1有两个程序A和B，A程序执行时所解答单道环境下：

A程序运行总时间为40s，B程序运行总时间为40s，则两个程序运行总时间为80sCPU运行时间为（10+5+10）s+（10+5）s=40s则，CPU利用率为40/80=50%21ppt课件解答单道环境下：21ppt课件多道环境下：

A和B程序运行的时序关系图（甘特图）时间（单位s）活动列表设2设1CPU100A:10sA:5s15B:10sB:10s20A:5sB:5s25B:5sA:10s3035A:10sB:10s45CPU运行时间为：40s，两程序运行总时间为45s，则CPU利用率为：40/45=88.9%甘特图：以图示的方式，通过活动列表和时间刻度形象地表示任意特定项目的活动顺序和持续时间22ppt课件多道环境下：

A和B程序运行的时序关系图（甘特图）时间（单位练习题1（作业题）

设内存中有三道程序A、B、C，它们按A、B、C的优先次序执行，它们的计算和I/O操作时间如表所示（单位：ms）。

假设三道程序使用相同的设备进行I/O操作，即程序以串行方式使用设备，试画出单道运行和多道运行的时间关系图（甘特图）（调度程序的执行时间忽略不计）。在两种情况下，完成这三道程序各要花多长时间？23ppt课件练习题1（作业题）设内存中有三道程序A、B、C，它24ppt课件24ppt课件作业题二

若程序PA和PB单独执行时分别用TA和TB表示，TA=1小时，TB=1.5小时，其中处理器工作时间分别为TA=18分钟，TB=27分钟。如果采用多道程序设计方法，让PA、PB并发工作，假定处理器利用率达到50%，另加15分钟系统开销，请问系统效率能提高百分之几?25ppt课件作业题二若程序PA和PB单独执行时分别用

分时系统是指在一台主机上连接了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终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。分时系统1.分时系统的产生从键盘命令进入(按下回车键为准)到开始在终端上显示应答的时间间隔称为响应时间RT(responsetime)在分时系统中,响应时间≈时间片×用户数26ppt课件分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显示器和分时系统的设计思想（1）采用分时技术（2）设计目标：系统能及时响应用户的终端命令（3）实现中的最关键问题：使用户能与自己的作业进行交互。（及时接收、及时处理）3.改变批处理系统的运行方式：作业直接进入内存系统采用时间片轮转方式处理服务请求分时系统所谓分时技术就是把处理器的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理器分配给各联机作业使用27ppt课件分时系统的设计思想3.改变批处理系统的运行方式：分时系统所4.分时系统的特征：分时系统多路性：一台主机上连有多个终端，能同时为多个用户服务。独立性：各用户独立操作，互不干扰。及时性：通过时间片技术和轮转调度算法保证及时响应。交互性：能进行广泛的人机交互。28ppt课件4.分时系统的特征：分时系统多路性：一台主机上连有多个终端实时系统实时系统及其类型（1）实时系统指系统能及时(或即时)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（2）分类实时控制系统实时信息处理系统29ppt课件实时系统实时系统及其类型2.实时任务的类型按任务执行时是否呈现周期性来划分周期性实时任务非周期性实时任务——截止时间（Deadline）根据对截止时间的要求来划分硬实时任务（Hardreal-timeTask）软实时任务（Softreal-timeTask）实时系统30ppt课件2.实时任务的类型实时系统30ppt课件练习题2（）不是设计实时操作系统的主要追求目标。

A.安全可靠B.资源利用率

C.及时响应D.快速处理B31ppt课件练习题2（）不是设计实时操作系统的主要追求目标。B313.三种基本操作系统的比较：实时系统32ppt课件3.三种基本操作系统的比较：实时系统32ppt课件1.1操作系统的目标和作用1.2操作系统的发展过程1.3操作系统的基本特征1.4操作系统的主要功能1.5操作系统结构设计第一章操作系统引论33ppt课件1.1操作系统的目标和作用第一章操作系统引论33ppt操作系统的特征四个基本特征：并发、共享、虚拟、异步1．并发并发性：两个或多个事件在同一时间间隔内发生(最重要的特征)并行性：两个或多个事件在同一时刻发生程序不能并发执行，为使多个程序并发执行，引入进程。进程—---在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位34ppt课件操作系统的特征四个基本特征：并发、共享、虚拟、异步1．并发并2．共享

共享方式：互斥共享方式：资源分配后到释放前，不能被其他进程所用

临界资源(独占资源)：一段时间内只允许一个进程访问的资源同时访问方式：如可重入代码，磁盘文件.

并发和共享是OS的两个最基本的特征，又互为存在的条件操作系统的特征35ppt课件2．共享操作系统的特征35ppt课件３．虚拟

——是以并发和资源共享为前提虚拟——通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术时分复用技术：虚拟处理机、虚拟设备技术空分复用技术：虚拟内存、虚拟磁盘技术操作系统的特征36ppt课件３．虚拟——是以并发和资源共享为前提操作系统的特征36p４．异步性——是并发和共享的必然结果指进程以人们不可预知的速度向前推进。进程的运行速度不可预知无论快慢，结果应该相同。难以重现系统在某个时刻的状态操作系统的特征37ppt课件４．异步性操作系统的特征37ppt课件练习题3单处理机系统中，不可并行的是（）。A.进程与进程B.处理机与设备C.处理机与通道D.设备与设备A38ppt课件练习题3单处理机系统中，不可并行的是（）。A38p1.1操作系统的目标和作用1.2操作系统的发展过程1.3操作系统的基本特征1.4操作系统的主要功能1.5操作系统结构设计第一章操作系统引论39ppt课件1.1操作系统的目标和作用第一章操作系统引论39ppt操作系统的主要功能包括：处理机管理功能存储器管理功能设备管理功能文件管理功能用户接口40ppt课件操作系统的主要功能包括：40ppt课件处理机管理功能对处理机的分配和运行进行管理。主要功能有：进程控制：创建、撤销进程，以及进程状态间转换进程同步：对进程的执行次序进行协调进程通信：实现在相互合作的进程之间的信息交换；调度：作业和进程的状态切换，包括作业调度和进程调度41ppt课件处理机管理功能对处理机的分配和运行进行管理。41ppt课件存储器管理功能内存分配：为每道程序分配内存空间内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间中运行，彼此互不干扰地址映射：程序的逻辑地址到内存物理地址的映射内存扩充：用虚拟存储技术解决内存容量不足的问题42ppt课件存储器管理功能42ppt课件设备管理功能缓冲管理：匹配CPU和外设的速度设备分配：为用户分配完成I/O所需的设备、设备控制器或通道设备处理：设备驱动程序用于实现CPU和设备控制器之间的通信43ppt课件设备管理功能43ppt课件文件管理功能文件存储空间的管理：为每个文件分配必要的外存空间目录管理:

通过目录的方式来组织文件，以实现文件的按名存取文件的读/写管理和保护：实现文件的读写操作，并提供有效的存取控制功能，保护文件的安全性。44ppt课件文件管理功能44ppt课件

用户接口命令接口：联机用户接口(交互式命令接口)脱机用户接口（批处理命令接口）图形接口程序接口

为用户程序在执行中访问系统资源而设置，由一组系统调用组成。OS与用户之间的接口45ppt课件用户接口OS与用户之间的接口45ppt课件1.1操作系统的目标和作用1.2操作系统的发展过程1.3操作系统的基本特征1.4操作系统的主要功能1.5操作系统结构设计第一章操作系统引论46ppt课件1.1操作系统的目标和作用第一章操作系统引论46ppt操作系统的结构：整体式（无）结构模块化结构层次式结构微内核结构操作系统的结构设计47ppt课件操作系统的结构：操作系统的结构设计47ppt课件过程3过程2过程7过程1过程6过程5过程8过程41.整体式OS结构48ppt课件过程3过程2过程7过程1过程6过程5过程8过程41.整体式操作系统模块子模块2.模块化OS结构……………49ppt课件操作系统模块子模块2.模块化OS结构……………49ppt课2.模块化OS结构优点：提高设计的正确性、可理解性和可维护性增强可适应性加速开发过程存在的问题：模块的划分和接口的规定较困难模块间还存在着复杂的依赖关系，是OS结构变得不够清晰

在模块化结构设计中，各模块的设计齐头并进，无法寻找到一个可靠的决定顺序，造成各种决定的“无序性”50ppt课件2.模块化OS结构优点：50ppt课件3.层次式结构51ppt课件3.层次式结构51ppt课件层次结构的优点:正确性有保证便于系统维护、扩充

层次结构的优缺点层次结构的缺点:

层次之间单向依赖模块间需要通信机制系统开销大、效率低52ppt课件层次结构的优点:正确性有保证层次结构的优缺点层次结构的缺点:分层式结构与模块式结构主要区别:分层结构中各模块之间是有序的分层式结构将各个功能模块按它们的功能流图的调用次序安排成若干层，每层中的模块只能使用较低层模块提供的功能和服务(单向调用)模块间的组织结构和依赖关系更加清晰，这不仅增加系统的可读性，同时还使每一层建立在可靠的基础上，从而提高系统的可靠性模块式结构通过接口毫无规则地相互依赖、相互调用53ppt课件分层式结构与模块式结构主要区别:分层结构中各模块之间是有序的

微内核结构是建立在模块化、层次化结构的基础上，并采用了客户/服务器模式和面向对象的程序设计技术。微内核的主要思想：在内核中只留下一些基本的功能，而将其他服务尽可能地从内核中分离出去。内核的基本组成：中断处理、进程调度、同步机制4.微内核OS结构54ppt课件微内核结构是建立在模块化、层次化结构的基础上，并采用客户服务器模型将OS分为两个部分：用于提供各种服务的服务器是用于实现OS最