吉林大学操作系统课件第一章概述.ppt

1、操作系统，操作系统)，参考文献，a. silbershatz，p. galvin，操作系统概念，第6版，Wiley，高等教育出版社，2002年。系统，完美，A. silbershatz，p. galvin，Greg gagne。国外大学大多使用应用操作系统概念。约翰威利，如果计算机速度提高到60万次/秒，同样的程序只需要6秒钟就能运行，而人工操作时间保持不变。手动操作与程序运行时间的比率为40，333，601，操作系统的1.2.1代(续)。)，2 .批处理阶段的在线批处理(20世纪50年代，操作系统的原型)，优势33，360，摆脱人工干预(不干预作业转换，不干预作业处理过程)，劣势33，360

2、，输入/输出操作缓慢。主计算机、编译器、连接器、汇编器、卫星机、输入带、输出带、输入带、输出带。批处理阶段的离线批处理：1.2.1操作系统的生成(续)。)，优势：减少了主机等待输入/输出操作的时间。(2)附加卫星机，(3)执行系统级(60年代早期)通道：专门用于控制输入输出设备的处理器，即输入输出处理器。有自己的指挥系统和操作控制组件；与主机共享内存；接受主处理器的委托，执行通道程序，完成输入输出；通道输入输出操作与主处理器并行；当通道完成输入/输出时，它会向主机发送中断请求。操作系统的初级阶段，通道和中断技术的出现。1.2.1操作系统的生成(续)。)、读卡器、打印机、主机、编译器、链接器、汇

3、编器、输入带、输出带、3、执行系统阶段、1.2.1操作系统的生成(续)。)，离线，离线。外围设备同时在线操作)，通道，通道，1.2.2操作系统的改进，1 .多通道批处理系统实现系统(60年代初):操作单一，资源利用不足；多通道批处理：主机同时放置多个作业以最大化资源利用率；单通道到多通道：不是数量上的变化，而是带来问题的质的飞跃。多通道批处理出现互斥、同步、通信、死锁、饥饿等现象，表明操作系统正在走向成熟。2.分时系统(20世纪60年代初和中期)程序员提出了：在线操作的要求；一台主机，多台终端，互动工作。3.实时系统(60年代中期)背景：计算机应用领域：(工业控制、医疗控制、航班预订等。)。符

4、合时间限制。4.通用操作系统(20世纪60年代末)以上三种系统的结合。1.2.3随着操作系统的发展，计算机体系结构由集中式向分散式发展，计算机网络应运而生，产生了网络操作系统和分布式操作系统；随着家用和商用微型计算机的普及，出现了单用户多任务操作系统；大规模计算任务要求计算机系统具有强大的计算和处理能力，导致并行操作系统支持多个处理器；随着各种处理器芯片和存储介质在控制领域的广泛应用，微内核操作系统架构应运而生，产生了嵌入式和智能卡操作系统；随着后摩尔时代的到来，单处理器的速度已经达到极限，多核技术应运而生。新一代操作系统面临的问题：多核并发控制；多核环境下的进程调度。，1.3操作系统特性，并

5、发性多个程序在宏级别上同时向前移动。用户程序和用户程序与操作系统是并发的。操作系统和操作系统是并发和可共享的。在操作系统的协调和控制下，系统中的各种软硬件资源由多个程序共享。异步(随机性)。许多程序以不可预知的速度向前推进。虚拟化将一个真实的中央处理器转换成多个虚拟中央处理器。外部存储器、虚拟存储器、专用设备、共享设备、虚拟设备(数量多、速度快)、1.4操作系统类型、多通道批处理系统、分时系统、实时系统、多用途系统、单用户系统等。网络操作系统、分布式操作系统、多处理器系统和嵌入式操作系统。多媒体操作系统、智能卡操作系统、作业：程序数据规范(JCL编写)、程序运行结果的会计信息、1.4.1多通道

6、批处理系统(离线)、1.4.1多通道批处理系统(续)。)，具有输入井功能缓冲区(速度匹配功能)以实现作业调度和输出井功能缓冲区(速度匹配功能)，缓冲区：处理数据到达和离开速度不一致，1.4.1多通道批处理系统(续)。)，主机中作业的合理匹配目标1:提高资源利用率(如计算输入输出类型)目标2:提高吞吐量。特点是多通道：系统可以批量容纳多个作业：作业批量进入系统，终端请求得到及时处理。界面1:交互式命令语言(如shell，command)界面2:图形用户界面(GUI)。1.4.2分时操作系统(在线)，分时操作系统，HAL，终端，终端，终端，1.4.2分时操作系统(续)。)，特点：多路复用：一台主机

7、连接多个终端；交互性：以对话的形式为用户服务；专有：每个最终用户似乎都拥有一台虚拟机。典型系统：ctss (MIT) multics (MIT) UNIX，1.4.3实时操作系统，实时控制工业控制，军事控制，医疗控制，实时信息处理，航班预订，在线情报检索，实时控制，Hal，实时操作系统，受控对象，A/D，D/A，T2-t1:响应时间，实时信息处理，HAL，实时操作系统，终端，终端，通常是远程终端，特点：(1)快速响应(2)高可靠性)，1.4.4通用操作系统(多用途操作系统)目标：提高处理能力；扩展应用领域。常见模式是：分时(前台)批处理(后台)(GCOS-8在例如DPS/8上)实时(前台)批处

8、理(后台)，后台/后台系统，1.4.5单用户操作系统，以及一个用户同时使用的系统应用领域：桌面和笔记本。特点：单一用户。相同的程序、不同的线程、1.4.6网络操作系统(network OS)、NO3、host3、NO2、host2、printer、它们构建在主机操作系统上，并为网络通信、网络资源共享和网络服务提供软件包。NOS1，host1，网络操作系统的目标，互相共享通信资源(信息，设备)，提供网络服务，数据库服务器FTP服务器电子邮件服务器telnet服务器等。无透明视图，1.4.7分布式操作系统(Distributed OS)，紧密耦合：从多机系统(多CPU)开发，多处理器操作系统具有公

9、共内存，1.4.7分布式操作系统，松散耦合：从计算机网络(多主机)开发，无公共内存，无公共时钟，d OS，host3、dos，host2、dos，host1，打印机，1.4.7分布式操作系统(Cont。)，分布式操作系统特性：进一步共享统一操作系统资源的内存，CPU可靠性透明，1.4.7分布式操作系统(续)。)，目标：CPU内存路径：迁移作业迁移进程迁移(线程通常随进程一起迁移)示例：Solaris MC，1.4.8多处理器操作系统，多处理器系统多CPU系统带公共内存的多处理器系统对称多处理器系统无主从关系的多处理器操作系统有效地管理和使用带多个CPU的操作系统的复杂性：CPU示例：UNIX，

10、Linux，Windows，1.4.9嵌入式操作系统，嵌入在掌上电脑、通信设备、车载系统和信息设备等非计算机设施中。特点：微内核结构，许多操作系统功能(文件系统，设备驱动)在应用模式下运行。小内核(基本内存管理、中央处理器管理、通信程序)，应用范围广，可靠性高，效率低。 NET(金星，微软，美国)PalmOS HOPEN(女娲，钟锡昌，中国科学院)，嵌入式世界，1.4.10多媒体操作系统，定义(百度百科)具有通用操作系统功能；它还具有多媒体底部扩展模块，支持多媒体信息的收集、编辑、播放和传输。备注不是独立的操作系统类型，而是现代操作系统的一个特征。目前，许多操作系统开始支持多媒体。1.4.11

11、智能卡操作系统、智能卡中央处理器芯片只读存储器、面向Java的智能卡JVM解释器下载Java小程序并执行操作系统，以支持多个小程序同时执行必要的资源管理。1.5操作系统运行环境、定时设备、系统堆栈、特权指令和非特权指令、处理器状态和状态转换地址映射机制、存储保护设施、中断设备通道和DMA控制器io保护、1.5.1定时设备、绝对时钟：记录无中断的实际时间。系统操作员可以修改一般用户使用的间隔时钟：中断定期发生，一般间隔单位为“毫秒”。间隔时钟是实现多通道程序的基础，保证操作系统获得控制。其他中断也会进入操作系统，但不能保证它们是否会发生以及何时发生。1.5.2系统堆栈，用于保存返回点、参数、局部

12、变量和函数调用的返回值。操作系统区域UNIX: ppda(用户、系统堆栈)、堆栈与堆、1.5.3特权指令和非特权指令、特权指令(特权指令)是一种只能在受管状态(影响系统状态)下执行的指令，例如关闭中断、设置程序状态字、停止机器、输入输出等。非特权指令(非特权指令)，可以访问所有程序(不影响系统状态)，四个操作，1.5.4处理器状态和状态转换，处理器状态系统模式(管道状态，核心状态)用户模式(目标状态，正常状态)状态转换管道状态目标状态(设置程序状态字，特权指令)目标状态陷阱)，双模操作，例如： IBM 360/370 PSW状态位(第15位)0:系统状态1:用户状态现代PC现在支持4种模式33

13、60 r0(最强的权威)R1 R2 R3(最弱的权威)，现在只使用r0，R3，1.5.5地址映射机制，逻辑地址物理地址逻辑地址(虚拟地址):程序中生成的地址物理地址(真实地址):内存地址，软件地址映射是可能的，但效率非常低。 1.5.6防止应用程序侵入操作系统空间的存储保护设施；入侵其他用户空间。地址检查越界检查；未经授权的检查(共享区域)。1.5.7中断设备，用于查找和响应中断的硬件机制，当前(PSW，PC)系统堆栈中断向量(PSW，PC)寄存器，1.5.8通道和直接存储器存取，通道：处理器通道负责输入输出操作，指令系统，读写操作，控制操作，传输操作，操作控制组件，通道地址字CAW通道命令字

14、CCW通道状态字CSW通道数据字CDW简单块传输，没有独立的指令系统，还有其他区别吗？1.5.9 IO protectIOn，它将所有IO指令定义为特权指令。易于使用以防止冲突，1.6操作系统界面形式，交互式终端命令(命令语言)，例如，UNIX外壳$命令名称-选项参数图形界面(图形用户界面)，UNIX外壳界面，Advantage :收缩核心不同的用户可以选择不同的界面，UNIX，硬件，外壳，外壳，终端，UNIX外壳界面，UNIX，硬件，外壳，外壳，终端，终端，抄送，抄送。抄送和外壳都属于目标进程，并且它们有父子关系。1.6操作系统界面表(续)。)、作业控制语言作业标识语句用户标识、作业标识、帐户作业步骤语句(编译、连接组装、执行)一般对应于子流程资源描述语句的内存要求、计算时间、其他资源转到语句(正向传输)作业控制无循环、1.6操作系统接口表单(续)。)、系统调用命令(OS API)高级语言形式fd=open(file_name，mode)汇编语言