操作系统概述

计算机操作系统计算机专业课程课程安排：第一章操作系统引论〔4学时〕第二章进程管理〔8学时〕第三章处理机调度与死锁〔10学时〕第四章存储管理〔10学时〕第五章设备管理〔6学时〕第六章文件管理〔6学时〕第七章操作系统接口〔1学时〕第九章系统平安性〔1学时〕一、常见的操作系统类型♥UNIX常见的发行版本♥Linux常见的发行版本二、操作系统的主要工作A．执行程序启动和结束B．为用户提供良好的界面普通用户和系统用户C．管理整个系统中的各种资源硬件资源和软件资源D．计算机系统的效率与平安问题协调各个部件和进程运行，保证互不干扰三、操作系统的定义操作系统：OperatingSystem，有时简记为OS，是一组控制和管理计算机硬件与软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。主要功能：实现处理机管理、内存管理、I/O设备管理、文件管理以及作业管理。四、OS在计算机中的位置1、OS与各层的关系与硬件的关系：控制CPU的工作访问存储器设备驱动、中断处理与用户及应用程序的关系：提供方便的用户界面提供高效的系统管理能力2、各层对操作系统的制约下层硬件环境提供OS运行根底;限制了OS的功能实现上层软件对OS提出要求良好的用户界面OS与硬件相关，与应用无关五、现代操作系统的主要特点多任务的例子：(1)计算x=(a＋b)＊(c＋d)/(e＋f)

子任务P1、P3、P5可并行执行；(2)听音乐、上网看小说 CPU、接口、显卡、显示存放器，声卡学习过程中应时刻注意：操作系统是如何实现多任务P1P2P3P4P5计算机体系结构/硬件软件设计程序设计语言数据结构算法网络六、操作系统涉及的学科领域地位： 专业核心课程 考研核心课程 技术开发的理论根底特点： 实践性强 涉及面广 错综复杂七、操作系统课程地位及特点第一章操作系统引论操作系统的目标和作用

操作系统的开展过程操作系统的根本特性操作系统的主要功能41231.计算机系统的层次结构

计算机系统由四层组成，分别是硬件层、操作系统层、语言处理程序层和应用程序层，其中每一层都代表一组功能并提供相应的接口。用户1用户2用户N……应用程序语言处理程序操作系统硬件图1-1计算机系统的层次结构

目前存在着多种类型的OS，不同类型的OS，其目标各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS，其目标有以下几点： 方便性 有效性 可扩充性 开放性

2.操作系统的目标

OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口

OS作为计算机系统资源的管理者

OS用作扩充机器3.操作系统的作用图1-2OS作为接口示意图窗口软件虚拟机文件管理软件I/O管理软件裸机物理实体裸机数据输入和打印输出I/O管理软件实现对文件操作的细节文件管理软件方便操作计算机窗口软件第一章操作系统引论操作系统的目标和作用

操作系统的开展过程操作系统的根本特性操作系统的主要功能4123人工操作方式特点无任何软件、没有“源程序”的概念用物理地址编程、绝对装入缺点用户独占全机

CPU等待人工操作严重浪费系统资源人机矛盾指在慢速的手工操作和高速的计算机运算之间形成的一种矛盾。CPU-I/O设备速度不匹配的矛盾1.无操作系统的计算机系统脱机输入/输出(Off-LineI/O)方式

在外围计算机的控制下，实现程序和数据的自动输入输出。图1-3脱机I/O示意图CPU磁盘磁盘磁盘优点减少了CPU的空闲时间提高I/O速度

缺点磁盘上的程序不能被连续地处理批处理技术指在管理程序的控制下，对一批作业自动进行处理而不需要人工干预的一种技术。该技术旨在提高系统的吞吐量和资源利用率。单道批处理系统在系统中的监督程序的控制下，将一批以脱机方式输入到磁盘上的作业进行处理。特征自动性顺序性单道性缺点内存仅有一道作业，系统资源不能被好地利用。多道程序设计技术指在内存中同时存放假设干个作业，由CPU以切换的方式，使它们同时运行的一种程序设计技术。多道批处理系统采用多道程序设计技术的操作系统称为是多道批处理系统。图多道批处理系统处理批作业过程示意图图1-4单道和多道程序运行情况

CPU监督程序I/O设备特征多道性无序性调度性优缺点优点：资源利用率高、系统吞吐量大缺点：平均周转时间长、无交互能力是指系统在单位时间内所完成的总工作量。指作业从进入系统开始，直至其完成并退出系统为止所经历的时间。习题假设在多道批处理系统中，某时刻有A、B、C三道作业调入内存，按A、B、C的先后顺序执行，问三道作业全部完成所用时间比在单道批处理系统中节省多少时间？〔忽略系统开销〕A：计算20s——I/O40s——计算40sB：计算10s——I/O80sC：计算50s——I/O20s——计算10s1、操作系统中单用户和多用户、单任务和多任务分别指的是什么意思，列举常见的单用户单任务、单用户多任务、多用户单任务、多用户多任务的操作系统。2、人工操作方式、脱机输入/输出方式以及单道批处理的计算机系统中执行程序都是一个接一个的方式，那这三种类型的计算机系统在执行程序的过程到底有什么样实质性的区别呢？思考分时系统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，以交互方式使用主机，共享主机中的资源。图分时系统示意图主机响应时间分时系统实现中的关键问题及时接收〔多路卡、缓冲区〕及时处理〔直接进入内存、分配时间片〕主机……缓冲区1缓冲区2缓冲区n……终端1终端2终端n多路卡图多路卡配置示意图特点多路性及时性交互性独占性用户感觉不到计算机为其他人效劳〔OS作为虚机器使各个用户的工作互不干扰〕系统对用户提出的请求及时响应同时有多个用户使用一台计算机宏观上：多人同时使用一个CPU微观上：多个人在交替使用CPU用户根据系统响应结果进一步提出新请求(用户直接干预每一步)实时系统

实时系统(Real-TimeSystem)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一致地运行。主要特点

系统要对外部请求在严格时间内做出响应系统可靠性较高实时操作系统的分类实时控制系统实时信息处理系统是指以计算机为中心的生产过程控制系统，又称计算机控制系统。以计算机为中心的实时信息查询系统和实时事务处理系统，如机票订购系统。实时任务⑴按任务执行时是否呈现周期性来划分①周期性实时任务如温室控制系统②非周期性实时任务开始截至时间、完成截止时间⑵根据对截止时间的要求来划分①硬实时任务：须满足任务对截止时间的要求②软实时任务：也有截止时间，但可不严格遵守实时系统与分时系统特征的比较实时系统和分时系统有着一定的相似性，可以从以下五个方面对其加以比较。 多路性 独立性 及时性 交互性 可靠性〔实时系统与分时系统的相同〕〔实时系统与分时系统的相同〕〔实时系统比分时系统要求的高〕〔实时系统比分时系统的弱〕〔实时系统比分时系统要求的高〕批处理系统分时系统实时系统工作方式采用的技术系统的局限性系统的显著特点

小结操作系统的进一步开展操作系统成为独立的程序，已有40年的历史，它经过60和70年代的大开展时期，到80年代虽已趋于成熟，但它仍继续沿着两个方向继续向前开展：一个是随着计算机系统结构的开展，形成多处理机操作系统、网络操作系统和分布式操作系统；一个那么是把操作系统应用于微机，形成微机操作系统。多处理机操作系统在1975年前后，打破了以单处理机体系结构为主的局面，形成由多台处理机通过互连网连接在一起的计算机系统。网络操作系统网络操作系统是建立在主机操作系统根底上，用于管理网络通信和共享资源，协调各主机上任务地运行，并向用户提供统一的、有效的网络接口的软件集合。分布式操作系统分布式系统中假设干个计算机可相互协作共同完成一项任务分布式系统资源为所有用户共享；而网络有限制地共享各个计算机间相互通讯，无主从关系；网络有主从关系微型机〔个人〕操作系统DOSMicrosoftWindowsUNIXLinuxOS/2典型操作系统第一章操作系统引论操作系统的目标和作用

操作系统的开展过程操作系统的根本特性操作系统的主要功能4123并发性共享性虚拟性异步性

并发性〔Concurrency〕1.并行与并发并行性：是指两个或多个事件在同一时刻发生的。并发性：是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生的。并发性特性的主要表现：宏观上，系统内有多个事件〔进程〕在同一个时间间隔内发生并开展着；微观上，多个事件〔进程〕以交替方式向前推进，而且各自的推进速度都不可预知。2.引入进程进程：是指在系统中能独立运行并作为资源分配的根本单位，它是由一组机器指令、数据和堆栈等组成的，是一个活动的实体。进程和程序的区别与关系：⑴进程是动态的，而程序是静态的；⑵进程有一定的生命期，是暂时存在的；程序是指令的集合，永远存在，本身无“运动”的含义；⑶程序和进程无一一对应关系。共享〔Sharing〕共享：是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程〔线程〕共同使用。由于资源属性的不同，因此进程能够对资源共享的方式也会就有所不同。一般有两种不同的共享方式：1.互斥共享方式互斥共享：是指仅当一个程序(进程)使用完某资源并释放后，其它程序才能使用，这种共享资源的方式称为是互斥共享。临界资源：是指在一段时间内只允许一个进程访问的资源，有时也称为独占资源。2.同时访问方式同时共享：指允许在一段时间内，多个程序〔进程〕同时对某一资源进行访问。注：这里的“同时”是在宏观上来说的，而在微观上，这些进程可能是交替的对该资源进行访问，类似于并发执行的特性。并发和共享是OS的两个最根本的特征，它们是互为存在的条件。虚拟技术虚拟：是指通过某种技术把一个物理实体变为假设干个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的，而逻辑上的对应物是虚拟的，只是让用户感觉存在的东西。相应地，用于实现虚拟的技术，称为是虚拟技术。注：在OS中，虚拟的实现可以通过时分复用技术和空分复用技术实现。异步性异步性：并发进程的执行时间具有不确定性，进程以不可预测的速度向前推进。如：进程执行期间屡次提出打印请求的过程〔不是“一气呵成”，而是“走走停停”〕。虽然系统允许程序异步执行，但是只要运行环境相同，程序无论运行多少次，都可以得到相同的结果。这也是OS的一个重要的特征。第一章操作系统引论操作系统的目标和作用

操作系统的开展过程操作系统的根本特性操作系统的主要功能4123

处理机管理功能进程控制、进程同步、进程通信、调度 存储器管理功能内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充

设备管理功能缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备

文件管理功能文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理以及文件的共享与保护

操作系统与用户间的接口操作系统的目标操作系统的作用三种根本类型操作系统各自的特征操作系统的根本特性

本章总结系统结构图系统