第1章操作系统引论.ppt

1、操作系统操作系统原理，本课程介绍本课程的水平。计算机课程的一般划分(专业基础、专业理论、应用型)本课程水平的特点(专业理论)。在理解的基础上记住理论知识，注重实践环节(实验、课程设计)。经典算法必须掌握(理解、练习)与本课程相关的课程：1)计算合成原理2)C程序设计3)数据结构，开放课程，2。为什么要学习操作系统？在设计操作系统或修改现有系统时，有大量的“操作系统”，这是人们没有意识到的。嵌入式操作系统加深了对所用操作系统的理解，有利于深入编程。为了开发应用程序，用户必须处理操作系统。编程时，他们可以学习操作系统的设计思想和算法。操作系统中使用的许多概念和技能可以推广应用到其他领域。选择购买操

2、作系统。我们并不总是使用Win95/NT/2000/XP。我们学什么和教什么？本课程的主要知识体系包括：操作系统介绍(第1章)、进程管理(第2章)、处理器调度和死锁(第3章)、内存管理(第4章)、设备管理(第5章)、文件管理(第6章)、开讲讲座(第4章)。通过理论课学习本课程的收获：通过实践课深刻理解操作系统原理：熟悉具体的操作系统Linux，熟悉，开讲，5，学习方法，态度如何学习1。学习方法注重理论教学，理论与实践紧密结合，相辅相成。在学习过程中，注意理解和掌握基本概念和方法。充分利用实习条件，加深对课堂知识的理解，提高实践能力。要求：做好上机前的准备，独立完成上机练习。2.及时与老师沟通学

3、习态度。开讲，6，教材计算机操作系统，唐西安电子科技大学出版社，参考教材操作系统：设计与实现，王鹏译，电子工业出版社，自编操作系统，俞源译，电子工业出版社，Unix/Linux编程实践教材，杨宗元译，清华大学出版社，Windows操作系统原理，机械工业出版社，第一章操作系统导论， 1.1操作系统的目标和功能1.2操作系统的开发过程1.3操作系统的基本特征1.4操作系统的主要功能1.5操作系统的结构设计1.1操作系统的目标和功能1.1.1操作系统的目标目前有多种类型的操作系统，不同类型的操作系统对其目标有不同的强调。 通常，在计算机硬件上配置的操作系统有以下目标：1 .有效性2。便利3。扩展性4

4、。开放性1.1.2操作系统的功能1。操作系统是用户和计算机硬件系统之间的接口，图1-1是操作系统的界面示意图。2.作为计算机系统资源的管理者，操作系统可分为四类：处理器、内存和输入/输出。相应地，操作系统的主要功能是有效地管理这四类资源，即：处理器管理；内存管理；输入输出设备管理；文件管理。因此，操作系统是计算机系统资源的管理者。3.操作系统实现了计算机资源的抽象。虚拟机：覆盖了软件机器。操作系统是做什么的？#包含int main(int argc，char * argv)puts(hello world)；返回0；用户告诉操作系统执行hello程序。操作系统找到程序，检查其类型检查程序头，找

5、到文本和数据的地址。当找到第一个磁盘块父进程时，文件系统需要创建一个新的子进程。当执行hello程序时，操作系统需要将执行文件映射到进程结构。操作系统设置中央处理器上下文环境，并在程序开始时跳转到程序的第一条指令来执行，但失败了。当缺页中断发生时，操作系统分配一页内存，从磁盘读取代码，继续执行更多缺页中断，读取更多页程序以执行系统调用，在文件描述符中写入字符串，并检查字符串的位置是否正确。操作系统发现字符串被发送到的设备是一个伪终端。进程控制操作系统向进程发送字符串。该过程告诉窗口系统它想要显示字符串。窗口系统确定这是合法操作，然后将字符串转换为像素。窗口系统将像素写入存储图像区域。视频硬件将

6、像素表示转换成一组模拟信号来控制显示(重绘屏幕)。显示器发出电子束。你在屏幕上看到你好的世界。操作系统提供一系列服务：多任务处理、内存保护、内存管理、网络、文件访问、设备控制、用户界面错误检测和恢复系统、硬件控制、安全，什么是操作系统？定义：在计算机系统中的存在形式、位置和功能。定义1 :操作系统是一套控制和管理计算机硬件和软件资源，合理调整各种工作，方便用户使用的程序。定义2 :操作系统可以在核心状态下运行，可以根据程序要求直接控制和管理计算机硬件和软件资源。一组具有某种复杂逻辑算法关系的程序集。定义3 :操作系统是计算机系统中的一种系统软件，它管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，合理地

7、组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个强大而方便的工作环境，从而在计算机和用户之间起到一种接口作用。1.1.3操作系统发展的主要推动力，操作系统的R&D过程是计算机科学技术不断创新的过程，而操作系统发展的矛盾动力源：归结为四个方面：不断提高计算机资源的利用率；方便用户；设备的持续升级；计算机体系结构：的不断发展的足迹不足以满足新的需求、新的理论和设计，1.2操作系统的发展过程，无操作系统时代操作系统的出现(45至50年代中期)，单通道批处理系统的形成(50年代)，多通道批处理系统(60年代早期)，分时系统(60年代中期)，实时系统(60年代中期)，1.2操作系统的发展过程，1

8、.2.1没有操作系统的计算机系统，1。手动操作模式有以下两个缺点：(1)用户垄断了整个机器。(2)中央处理器等待手动操作。2.离线输入输出模式。这种离线输入输出模式的主要优点如下：减少了中央处理器的空闲时间。(2)提高输入输出速度。图1-2离线输入/输出示意图，1.2.2单批次处理系统，1。简单批处理系统的处理流程，图1-3单批处理系统的处理流程，2。单批处理系统的特点，因为系统分批处理作业，并且只在内存中保留一个作业，所以称为单向批系统，这是最早的操作系统。严格地说，它只能被视为操作系统的前身，而不是现在人们所理解的操作系统。该系统的主要特点如下：(1)自动化。(2)顺序。(3)单向。1.2

9、.3多通道批处理系统1。多通道编程的基本概念为了进一步提高资源利用率和系统吞吐量，在20世纪60年代中期引入了多通道编程技术，从而形成了多通道批处理系统。在该系统中，用户提交的作业存储在外部存储器中，并排列成一个队列，称为“备份队列”；然后，根据某个算法，作业调度器从备份队列中选择几个作业，并将它们转移到内存中，以便它们可以共享CPU和系统中的各种资源。多通道编程技术：将多个作业或程序放在内存中，使它们在管理程序的控制下交替运行，并共享其他资源，如处理器时间和外部设备。将多通道编程技术引入操作系统可以带来以下好处：提高CPU利用率。(2)提高内存和输入输出设备的利用率。(3)提高系统吞吐量。2

10、。多通道批处理系统的特点，多通道。(2)紊乱。(3)调度。宏观上并行：内存中同时运行多个程序，每个程序在一定时间内都有不同程度的进步。微观串行：在任一时间内，最多一个作业占用一个中央处理器，多个程序交替使用中央处理器。3.多通道批处理系统的优缺点，资源利用率高。(2)系统吞吐量大。(3)平均周转时间长。(4)没有互动能力。4.多通道批处理系统需要解决的问题，处理器管理问题。(2)内存管理。(3)输入输出设备管理。(4)文件管理。(5)运营管理。1.2.4分时系统，1。分时系统(time-sharing system)如果说多通道批处理系统形成和发展的主要推动力是提高资源利用率和系统吞吐量，那么

11、分时系统形成和发展的主要推动力是用户的需求。换句话说，分时系统是为满足用户需求而形成的一种新型操作系统。用户的需求体现在以下几个方面：(1)人机交互。(2)共享主机。(3)方便用户使用电脑。2.分时系统实现中的关键问题为了实现分时系统，最关键的问题是如何让用户与自己的工作进行交互，也就是说，当用户在自己的终端上输入命令时，系统应该能够及时接收并处理这些命令，然后将结果返回给用户。之后，用户可以继续输入下一个命令，即人机交互。应该强调的是，即使多个用户同时通过他们自己的键盘输入命令，系统也应该能够及时接收和处理这些命令。(2)及时处理。分时系统，3。分时系统的特点，多渠道。(2)独立性。(3)及

12、时性。(4)交互性。1.2.5实时系统，即所谓的“实时”，意思是“及时”，而实时系统是指系统能够及时(或立即)响应外部事件的请求，在规定的时间内完成事件的处理，并控制所有实时任务协调运行。1.应用要求，实时控制。(2)实时信息处理。3。实时系统和分时系统的特点比较。(2)独立性。(3)及时性。(4)交互性。(5)可靠性。批处理、分时和实时系统是三种基本的操作系统类型。一个实际的操作系统可能有三个或两个功能，所以它被称为通用操作系统。嵌入式操作系统，什么是嵌入式系统？在所有种类的设备、装置或系统中，执行特定功能的软件和硬件系统是大型设备、装置或系统的一部分，它可能不是“计算机”。通常，大型设备、

13、装置或系统在反应性环境或对处理时间有严格要求的环境中工作。因为它们嵌入在各种设备、设备或系统中，所以被称为嵌入式系统，嵌入式操作系统运行在嵌入式智能芯片环境中。系统软件用于统一协调、调度、指挥和控制整个智能芯片等资源以及由其安装和控制的各种组件。嵌入式系统中的操作系统称为嵌入式操作系统，它具有典型的嵌入式操作系统的特点，完成一个或有限的功能；非通用对性能和实时性有严格的限制。能源、成本和可靠性通常是影响设计的重要因素。它们占用的资源较少，并且易于连接。系统功能可以定制、调整和生成，以满足最终产品的设计要求。嵌入式操作系统的应用，操作系统的分类，批处理操作系统(多批处理)，分时操作系统，实时操作

14、系统，嵌入式操作系统，个人计算机操作系统，网络操作系统，分布式操作系统，1.2.6微机操作系统的开发，单用户单任务操作系统，多用户多任务操作系统，1.3操作系统的基本特征，并发共享，虚拟异步，并发，是指在内存中放置多个作业，每个作业在一定的时间段内可以不同程度地向前移动。但是在任何一个时间点只能占用一个中央处理器。与并发性相关的两个概念：串行：一次只能将一个作业放入内存，并且只有当它完全执行后，其他作业才能进入内存执行。并行性：在具有多个处理器的环境中，多个作业被放入内存，并且在任何时间点，多个作业可以在不同的处理器上同时执行。1.3.2共享在操作系统环境中，所谓的共享是指系统中的资源可以被内

15、存中的多个并发进程(线程)使用。由于不同的资源属性，流程以不同的方式共享资源。目前，资源共享主要有以下两种方式。1。互斥共享模式，2。同时访问模式，1.3.3虚拟：一个物理实体被映射到时间共享或空间共享中的几个相应的逻辑实体。虚拟化是操作系统管理系统资源的重要手段，可以提高资源利用率。各种虚拟技术：每个CPU用户(进程)的虚拟处理器内存和每个进程(指令数据堆栈)占用的地址空间显示设备的多窗口或虚拟终端，1.3.4异步，其中进程以不可预测的速度前进，即进程的异步。即便如此，只要运行环境相同，多次运行后作业将获得完全相同的结果。因此，允许异步操作，这是操作系统的一个重要特性。1.4操作系统的主要功

16、能包括：处理器管理、内存管理、设备管理、文件管理和用户界面。，1。过程控制2。进程同步3。过程通信4。调度，1.4.1处理器管理功能，1.4.2内存管理功能，目的：为多通道程序的并发执行、任务内存分配、内存保护、地址映射、内存扩展提供良好的环境，1.4.3设备管理功能，具有多种被管理设备和不同用途，主机和外设并行工作，速度极不匹配，且级别差异很大。任务缓冲区管理设备分配设备分配，1.4.4文件管理功能，管理对象：软件资源任务文件存储空间管理目录管理文件读/写管理和，四种资源：处理器，内存，设备，文件资源管理有一个共同点：记录资源的使用情况，按照一定的策略分配资源，以及恢复资源，这些通常由一些数据结构管理。1.4.5用户界面、命令界面、程序界面、图形界面、1.5操作系统结构设计、非结构化操作系统、模块化操作系统结构、分层操作系统结构、微内核操作系统、非结构化操作系统、操作系统是众多进程的集合，它们可以相互调用，缺乏清晰的程序结构。一方面，调试困难，程序中存在许多错误；另一方面，维护很困难。程序难以阅读和理解。基于“分解”和“模块化”原则的模块化操作系统结构，使操作系统结构更加清晰。优点：正确性、可理解性和可维护性；适应