操作系统第一章.ppt

1、操作系统原理与实践操作系统原理与实践高等教育出版社操作系统原理与实践操作系统原理与实践计算机系统软件系列教材计算机系统软件系列教材教教 师师 信信 息息l教师：贾静平教师：贾静平l电话：电话：61772520（O）lEmail：l办公地址：主楼办公地址：主楼E座座705室室 课程的地位和任务课程的地位和任务教学要求教学要求课程内容课程内容学习要求学习要求课课 程程 概概 述述 课程的地位和任务课程的地位和任务 “操作系统原理操作系统原理”这门课是计算机科学与技术专业与这门课是计算机科学与技术专业与软件工程专业本科教学计划中的必修专业课程。软件工程专业本科教学计划中的必修专业课程。操作系操作系统

2、统是计算机系统中最重要的系统软件。本课程主要从资是计算机系统中最重要的系统软件。本课程主要从资源管理观点出发介绍操作系统的基本概念、基本原理、源管理观点出发介绍操作系统的基本概念、基本原理、基本设计与实现技术，使学生对操作系统有较系统的了基本设计与实现技术，使学生对操作系统有较系统的了解。初步具有分析、开发、维护已有操作系统和设计实解。初步具有分析、开发、维护已有操作系统和设计实现操作系统的基本能力。现操作系统的基本能力。专业核心课程专业核心课程考研核心课程考研核心课程技术开发的理论基础技术开发的理论基础 教教 学学 要要 求求 本课程要求学生熟练掌握并理解计算机操作本课程要求学生熟练掌握并理

3、解计算机操作系统中的基本概念、基本原理、基本设计与实现系统中的基本概念、基本原理、基本设计与实现技术。了解当代操作系统的新技术与趋势，熟悉技术。了解当代操作系统的新技术与趋势，熟悉一种实际操作系统的组成及工作原理。一种实际操作系统的组成及工作原理。课程主要内容介绍课程主要内容介绍操作系统概述操作系统概述进程管理进程管理存储器管理存储器管理设备管理设备管理文件管理文件管理操作系统安全操作系统安全 学习要求学习要求l课前预习教材课前预习教材l按时上课，认真听讲，独立完成作业按时上课，认真听讲，独立完成作业l整理笔记整理笔记，认真，认真思考，积极讨论，思考，积极讨论，善于发善于发现问题、提出问题并努

4、力寻求问题的答案现问题、提出问题并努力寻求问题的答案l结合操作系统专题学习网站丰富的教学资结合操作系统专题学习网站丰富的教学资源源,努力寻求问题的答案，掌握基本原理努力寻求问题的答案，掌握基本原理,拓展知识，延伸视野，提高分析问题和解拓展知识，延伸视野，提高分析问题和解决问题的能力决问题的能力 。教教 材材 选选 用用计算机系统软件系列教材计算机系统软件系列教材操作系统原理与实践操作系统原理与实践邹鹏等编邹鹏等编高等教育社出版高等教育社出版20082008年年操作系统原理与实践操作系统原理与实践高等教育出版社第一章 概述第一章第一章 概述概述l目的与要求目的与要求：掌握操作系统的定义及操作系：

5、掌握操作系统的定义及操作系统的地位与作用。统的地位与作用。理解理解操作系统的结构及操操作系统的结构及操作系统的发展过程。作系统的发展过程。了解了解一些常见操作系统一些常见操作系统的发展历史和结构特点。的发展历史和结构特点。l重点与难点重点与难点：操作系统的概念、操作系统的：操作系统的概念、操作系统的地位与作用、操作系统结构。地位与作用、操作系统结构。l作业作业：1，3，7第一章第一章 概述概述l1.1 什么是操作系统什么是操作系统l1.2 操作系统硬件基础操作系统硬件基础l1.3 操作系统发展历史操作系统发展历史 l1.4 操作系统结构操作系统结构l1.5 常见操作系统介绍常见操作系统介绍1.

6、1 什么是操作系统什么是操作系统l1.1.1 计算机软件体系计算机软件体系l1.1.2 操作系统的作用操作系统的作用l1.1.3 操作系统的概念操作系统的概念1.1.1 计算机软件体系计算机软件体系l计算机软件计算机软件是指计算机系统中的程序及其相是指计算机系统中的程序及其相应的文档。应的文档。l计算机软件可以划分为计算机软件可以划分为系统软件系统软件、应用软件应用软件和和介于这两者之间的支撑软件介于这两者之间的支撑软件。l计算机系统由硬件和软件组成。（基本构成计算机系统由硬件和软件组成。（基本构成关系如图关系如图1.1所示）所示）1.1.1 计算机软件体系计算机软件体系物理设备物理设备微程序

7、微程序机器语言（底层接口）机器语言（底层接口）系统调用接口系统调用接口C库库数数 学学库库图形图形库库各种工具软各种工具软件及其他件及其他数据库管数据库管理系统理系统分布式应用分布式应用支撑环境支撑环境可视编程可视编程开发环境开发环境应用开发接口应用开发接口订票系订票系统统网络游戏网络游戏网上银网上银行行用户界面、二次开发接口用户界面、二次开发接口系统调用和库调用接口系统调用和库调用接口操作系统内核操作系统内核其其他他其他其他图图1.1 计算机系统构成计算机系统构成1.1.2操作系统的作用操作系统的作用1.操作系统使系统编程接口更简单操作系统使系统编程接口更简单l操作系统为上层环境提供了系统调

8、用和各操作系统为上层环境提供了系统调用和各种库函数，起到了将物理裸机进行抽象的种库函数，起到了将物理裸机进行抽象的作用。作用。l内核为用户层程序提供系统调用接口。系内核为用户层程序提供系统调用接口。系统调用可以看成是特殊的公共子程序统调用可以看成是特殊的公共子程序。1.1.2操作系统的作用操作系统的作用2.操作系统使系统资源利用更充分操作系统使系统资源利用更充分l操作系统的介入使进程的并发和共享更易实操作系统的介入使进程的并发和共享更易实现。现。l资源共享的两种方法：资源共享的两种方法：“时分时分”和和“空分空分”。时分时分就是由多个用户分时地使用资源。就是由多个用户分时地使用资源。空分空分是

9、针对存储资源而言的，存储资源的是针对存储资源而言的，存储资源的空间可以被多个用户共同以分割的方式占空间可以被多个用户共同以分割的方式占用。用。1.1.2操作系统的作用操作系统的作用3.操作系统使程序运行环境更友好操作系统使程序运行环境更友好l操作系统既可以用命令解释程序与用户进操作系统既可以用命令解释程序与用户进行交互，也可以通过对进程的控制与调度行交互，也可以通过对进程的控制与调度来运行用户的程序，为用户提供使用计算来运行用户的程序，为用户提供使用计算机和编程的友好环境。机和编程的友好环境。1.1.3操作系统的概念操作系统的概念l操作系统操作系统:操作系统是一组控制和管操作系统是一组控制和管

10、理计算机硬件和软件资源理计算机硬件和软件资源,合理地对合理地对各类作业进行调度各类作业进行调度,以及方便用户使以及方便用户使用的程序集合。是核心系统软件。用的程序集合。是核心系统软件。1.2 操作系统硬件基础操作系统硬件基础l1.2.1 计算机基本组成结构计算机基本组成结构l1.2.2 总线结构总线结构l1.2.3 I/O端口寻址和访问控制端口寻址和访问控制l1.2.4 I/O控制器和控制卡控制器和控制卡l1.2.5 引导过程及硬件支持引导过程及硬件支持1.2.1 计算机基本组成结构计算机基本组成结构l计算机硬件系统主要由运算器、存储器、控计算机硬件系统主要由运算器、存储器、控制器、输入设备和

11、输出设备等主要功能部件制器、输入设备和输出设备等主要功能部件组成组成。结构示意图如图。结构示意图如图1.2所示。所示。存储器存储器输出设备输出设备输入设备输入设备运算器运算器控制器控制器图图1.2 计算机基本结构示意图计算机基本结构示意图1.2.1 计算机基本组成结构计算机基本组成结构l冯冯.诺伊曼计算机的五大部件诺伊曼计算机的五大部件运算器运算器控制器控制器存储器存储器输入设备输入设备输出设备输出设备 1.2.1 计算机基本组成结构计算机基本组成结构l网络设备网络设备l中断结构中断结构l总线结构总线结构1.3 操作系统发展历史操作系统发展历史l1.3.1 无操作系统阶段无操作系统阶段l1.3

12、.2 单道批处理系统单道批处理系统l1.3.3 多道批处理系统多道批处理系统l1.3.4 分时操作系统分时操作系统l1.3.5 实时操作系统实时操作系统l1.3.6 嵌入式操作系统嵌入式操作系统l1.3.7 网络操作系统网络操作系统l1.3.8 分布式操作系统分布式操作系统1.3.1 无操作系统阶段无操作系统阶段无操作系统阶段无操作系统阶段第一代计算机第一代计算机1.3.2 单道批处理系统单道批处理系统l20世纪世纪50年代末期，出现了脱机输入输出年代末期，出现了脱机输入输出技术。图技术。图1.6演示了脱机输入输出的过程。演示了脱机输入输出的过程。图图1.6 1.6 脱机脱机I/OI/O示意图

13、示意图1.3.2 单道批处理系统单道批处理系统l在在20世纪世纪50年代后期到年代后期到60年代中期，随着年代中期，随着第二代计算机的出现，在脱机输入输出系统第二代计算机的出现，在脱机输入输出系统的基础之上，单道批处理系统被开发出来。的基础之上，单道批处理系统被开发出来。单道批处理系统的核心思想是使用一个被称单道批处理系统的核心思想是使用一个被称为监督程序为监督程序(monitor)的软件控制批量作业的软件控制批量作业的调度，每次只调度一个作业进入内存运行的调度，每次只调度一个作业进入内存运行（单道）。（单道）。1.3.2 单道批处理系统单道批处理系统l单道批处理系统的操作如图单道批处理系统的

14、操作如图1.7所示。所示。图图1.7 批处理操作示意图批处理操作示意图1.3.2 单道批处理系统单道批处理系统l典型的输入作业的结构如图典型的输入作业的结构如图1.8所示。所示。图图1.8典型的典型的FMS作业的结构作业的结构1.3.3 多道批处理系统多道批处理系统l在单道批处理的计算机上，如果当前作业因在单道批处理的计算机上，如果当前作业因为等待磁带或其他为等待磁带或其他I/O操作而暂停时，操作而暂停时，CPU只能原地踏步直到该只能原地踏步直到该I/O操作完成。对于操作完成。对于CPU密集操作的科学计算问题，由于密集操作的科学计算问题，由于I/O而而浪费的浪费的CPU时间很少。但是对于时间很

15、少。但是对于I/O密集操密集操作的商业数据处理来说，作的商业数据处理来说，CPU等待等待I/O的时的时间往往达到间往往达到80%90%，这种浪费显然太昂，这种浪费显然太昂贵了。因此同时具有科学计算和事务处理需贵了。因此同时具有科学计算和事务处理需求的用户往往同时需要一台较大的计算机和求的用户往往同时需要一台较大的计算机和一台较小的计算机。一台较小的计算机。1.3.3 多道批处理系统多道批处理系统1.3.3 多道批处理系统多道批处理系统l20世纪世纪60年代中期，采用小规模集成电路的年代中期，采用小规模集成电路的IBM System/360系列机研制成功，它兼顾系列机研制成功，它兼顾了科学计算和

16、事务处理两方面的应用，具有了科学计算和事务处理两方面的应用，具有包括大、中、小在内的共包括大、中、小在内的共6个型号的计算机，个型号的计算机，指令系统相互兼容，使用统一的指令系统相互兼容，使用统一的OS/360操作操作系统。系统。OS/360采用的一项关键技术是多道程采用的一项关键技术是多道程序设计（序设计（multiprogramming）。）。1.3.3 多道批处理系统多道批处理系统l用户提交的作业被存放在外存上并排成队列，用户提交的作业被存放在外存上并排成队列，称为称为“后备队列后备队列”。然后作业调度程序根据。然后作业调度程序根据调度算法将多个作业调入内存。内存被划分调度算法将多个作业调入内存。内存被划分为几个分区，每个分区存放不同的作业，如为几个分区，每个分区存放不同的作业，如图图1.9所示。所示。图图1.9一个内存中有一个内存中有3道作业的多道程序系统道作业的多道程序系统1.3.3 多道批处理系统多道批处理系统l例子：某计算机系统，有例子：某计算机系统，有256KB的主存的主存(不不包含操作系统包含操作系统)，一个磁盘，一个终端和一，一个磁盘，一个终端和一台打印机。同时提交