第1 章 操作系统概述.ppt

1、操作系统,计算机与信息工程学院 赵守香,课程特点,操作系统原理：操作系统是如何工作的？ 相对抽象一些，没有C语言那么直观。 但充满了你熟悉的哲理。 如果能够将平时的上机体验和课程的理论知识结合，会更有意思一些。,考核办法,平时成绩：40% 作业和考勤：20%，不定期的随堂练习。 上机：20%，四道上机题，每题5分。 期末考试：60%,关于教材,个人观点：合适的教材是必要的。 推荐教材操作系统，谭耀铭主编，是一本通俗易懂、内容全面的教材。,上机安排,语言： 内容： 进程控制原语的实现 可变分区存储管理的分配回收算法的实现 用位示图法实现磁盘空间的分配与回收 银行家算法的实现,关于课程教学,包含了

2、两层含义：教和学。 所有的问题止于双方的沟通和理解。 希望大家能与我及时沟通。把问题消灭在萌芽之时。 我希望自己不仅是你们的良师，还是你们的益友。 但是，这有赖于大家对我的信任。,第一章 操作系统概论,用计算机解决问题的过程： 引例：用计算机解决问题：鸡兔同笼问题。 只要知道笼子中有多少只头、多少只脚，就可以立即算出：鸡有几只，兔有几只。,用计算机解题的过程,步骤：分析问题，设计算法。 X+Y=H 其中：X、Y表示机和兔的数量 2X+4Y=F H、F表示头数和脚数 步骤：将算法用计算机语言写成程序。需要编辑软件的支持。如vi、edit、书写器等。,用计算机解题的过程,步骤：编译与连接程序。需要

3、编译程序的支持，另外需要内存、处理机等资源。 步骤：运行。需要输入设备、输出设备、内存、处理器、文件等的支持。 问题：如果系统中有多个用户要编译、运行程序，如何分配资源？,操作系统的概念,用来管理和控制计算机系统中的所有资源。 控制程序的运行。 为用户提供良好的接口。 便于用户编制应用程序。,操作系统的概念,操作系统是整个系统的大管家： 帐本：数据结构。 管理策略：算法 基本概念和术语 如果没有操作系统，计算机就无法运行。,操作系统的目标,从用户的角度：方便使用。 从计算机系统角度：提高资源利用率。 并行工作的能力。 处理器和设备之间 设备和设备之间并行工作。,现代操作系统的特征,并发性：同时

4、存在着多个运行着的程序，它们可能存在者某些制约关系。 共享性：共享系统中的资源。 不确定性：随时会发生一些意外事件，如何处理来保证系统的正确性？,操作系统的分类,批处理系统 单道批处理系统：内存中只有一个作业在运行。 自动、顺序地执行。 节省人工操作时间，提高系统效率。 多道批处理系统：内存中同时有多个作业，它们共享计算机系统中的资源。,程序执行过程,CPU时间 输入设备 输出设备 结论：CPU时间和输入输出时间交替运行。 问题：但由于CPU速度比设备的速度快很多，使CPU使用率很低。,多道程序设计技术,内存中同时存在着多个作业，它们轮流使用处理机。 优点： 提高了处理机的利用率 充分利用系统

5、中的资源。 系统吞吐量大。单位时间内完成作业的数量。 缺点：一旦将作业提交给系统，用户无法控制作业的执行。,分时系统,思考：银行柜台业务的处理方法? 若干个用户分享处理器的时间。 如何分享：轮流占用处理器，规定每个用户占用处理机的时间，称为时间片。 多个用户排成循环队列，当一个用户的时间片用完，就重新排到队尾。 由于时间片很小，每一个用户都没有感觉到其它用户的存在。,CPU,内存,设备控制器,分时系统的特点,及时性 独立性 交互性 同时性 问题：如果有一个非常紧急的任务，也按部就班地排队吗？,实时系统,去年发生的两架飞机撞击事件 对意外事件迅速做出反应。 强调实时性。 两类实时系统： 实时控制

6、系统：火车调度、工业控制、危险作业等。 实时信息处理系统：飞机订票系统、银行业务处理系统等。,受控对象,采样,传感器,传感器,调节装置,采样数据,控制信号,实时控制系统,数据处理中心,销售点 终端,销售点 终端,销售点 终端,实时信息处理系统,网络操作系统,将分布在不同地理位置上的计算机通过通信线路和通信设备连接起来： 信息通信 资源共享 均衡负载 提高系统可靠性安全性 问题：用户必须知道所用资源的物理位置。 思考：IE的地址栏里的内容？,分布式系统,思考：银行的通存通兑是如何实现的？ 由统一操作系统控制。 用户透明：不必知道资源的地址。 资源的深度共享。 健壮性 多机合作。,网络操作系统与分

7、布式的区别,网络操作系统可以架构于不同的操作系统之上，通过网络协议实现网络资源的统一配置。 分布式强调单一操作系统对整个分布式系统的管理、调度。 机群（cluster）的概念。,如何评价各种操作系统,分析：银行计算机系统属于哪一种？ 柜台业务：分时系统 帐务处理：批处理系统 分析：国家信息中心？ 前台数据查询 后台的汇总、分析 结论：批处理与分时系统的结合。,操作系统功能,从资源管理的角度： 处理机管理（进程管理） 多道程序设计环境 处理机调度 存储器管理 内存分配与回收 地址变换：程序地址转换为内存地址。 内存共享与保护 内存扩充：虚拟存储器,操作系统功能（续）,设备管理 设备分配与回收 设

8、备独立性 设备的控制 文件管理 文件目录管理。“按名存取” 文件存储空间的管理 文件共享与保护,操作系统功能（续）,作业管理 用户与操作系统接口 有效地组织自己的作业流程 整个系统能高效地运行。,操作系统设计目标,可靠性 正确性：处理不确定因素的能力。 健壮性：处理意外事件的能力。 高效性：系统资源的利用率。 易维护性：适应各种变化的能力。 可移植性；从一个硬件平台到另一个硬件平台的容易程度。,操作系统设计目标,安全性： 简明性,操作系统结构,操作系统是一个复杂的、大型的软件。 构成操作系统的各种基本成份和这些成份之间的关系，就是操作系统结构。 操作系统结构的研究目标 系统模块化。数据与操作的

9、封装。 模块标准化：标准件、构件。 通信规范化。接口规范。,操作系统的体系结构,整体式结构 层次式结构 微内核式（客户/服务器）结构,整体式结构,基本思想：自上到下，逐步分解。先确定总体功能，然后将总体功能分解为若干个子功能。 模块的概念：实现每个子功能的程序。 特点： 模块之间的调用关系复杂，独立性差。 数据基本上作为全程变量来处理，可维护性差。 限制了系统的并发性。,层次式结构,基本思想：将模块划分层次，上层模块只能调用下层模块。,模块1,模块11,模块12,模块13,模块111,模块112,模块121,层次式结构,特点： 可读性好 适应性强 模块之间的接口简单。 可维护性。当一个模块改变

10、时，不影响其它模块的功能。 分层的一般原则 与硬件有关的功能模块放在最低层。 把各种操作方式共用的基本部分放在内层。 系统调用的各种功能放在内层。,微内核（客户/服务器）结构,客户/服务器方式,服务器,客户机,请求,结果,将操作系统分为两部分：客户程序和服务器程序。,微内核（客户/服务器）结构,原理： 将所有操作系统都具有的那些操作放在内核。如：内存管理、虚拟存储、设备驱动、中断处理等。 把其它的功能分成若干个独立的进程，每一个进程实现一组服务，称为服务进程。如：文件系统服务、网络服务等。 优点： 可靠 灵活 适宜于分布式处理的计算环境。,操作系统的微内核结构,操作系统的发展 层次模块 微内核

11、结构 微内核结构的基本思想 硬件平台的兼容性 系统功能的可扩展性 把操作系统共有的功能放在内核，在核心态下运行。 把其他部分分成单独的进程，每个进程完成一组任务，叫服务器进程，在用户态下运行。,客户服务器结构（C/S结构）,把操作系统作为一组协作进程来构造。 服务器：除内核之外的其它部分都被分成若干个独立的进程，每个进程完成一组任务，称为服务器进程。 客户：可以是一个用户，一个应用程序；或一个服务器进程。 客户/服务器工作原理与过程如下：,客户机,服务器,协议,客户机：（1）帮助用户制作一个请求 （2）将请求发送到某个服务器 （3）把请求所得的结果报告给用户,服务器：（1）接收请求 （2）请求的合法性检查 （3）针对请求获取并制作数据 （4）把信息发送给提出请求的计算机,客户服务器的例电子邮件,用户在客户端制作一个请求（查看新邮件、制作新邮件等）。 通过一个命