第一章计算机操作系统概述.ppt
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1、操作系统课程介绍 操作系统课程是为计算机专业学生开设的专业必修课程。 总学时:90学时 学时分配:教学54学时+实践36学时 本课程要求学生具有C语言编程语言基础,课程介绍(2) 课程特点:概念多、原理性强、较抽象 课程学习目的:了解操作系统的内部结构,掌握操作系统的设计方法,熟悉操作系统的操作和使用 课程学习方法:以问题驱动学习、理论联系实际 课程学习难点:概念、原理、算法、数据结构 教师姓名 :孔宇彦,教材及参考书 教材: 操作系统原理、设计及应用刘乃琦 高等教育出版社 参考书: Operating System Internals and Design principles, Willi
2、am Stallings,TsingHua University Press Applied Operating System Concepts, Abraham Silberschatz etc,Higher Education Press 计算机操作系统,汤子瀛 西安电子科技大学出版社,总评成绩评定 平时成绩(含书面作业,出勤情况和课堂表现) 实验成绩(提交的实验报告和完成的质量) 实验项目检查,占实验成绩40% 出勤及平时成绩,占实验成绩20% 课程实验报告,占实验成绩40% 期末考试成绩,请问操作系统是什么? 请问操作系统有什么用?,1 操作系统是什么,1.1 你所用过的操作系统 1.
3、2 操作系统是什么,1.1.1 你所用过的操作系统,你知道下列哪些是操作系统吗? 星际 DOS LINUX WINDOWS TURBO-C WORD ACCESS UNIX TURBO-ASM QQ 一个C语言源程序,目前常见操作系统,微软:Windows系列(以前MS-DOS) UNIX:Solaris, AIX, HP UX, SVR4, BSD, ULTRIX 自由软件:Linux, freeBSD, Minix IBM: AIX, zOS(OS/390), OS/2, OS/4000, PC DOS 其他:Mac OS, NetWare,你用过的操作系统能做什么?,各种命令:dir c
4、opy del format 启动、结束用户程序 系统调用:例如汇编语言里INT指令 WINDOWS、UNIX 等提供多任务或多用户环境,你知道操作系统不能做什么?,不做天气预报 不做房屋设计 不是编译程序 总之,操作系统不直接解决最终具体应用问题,也不负责编译源程序.,操作系统是什么,操作系统为你完成所有 “硬件相关、应用无关” 的工作,以给你 方便、效率、安全,操作系统的定义,操作系统(operating system,简称OS)是一个大型的程序系统,它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作,控制并协调多个任务的活动,实现信息的存取和保护。它提供用户接口,使用户获得良好的工作环境。,
5、第 1 章 计算机操作系统概论,主要内容,操作系统的目标、作用和模型 操作系统的发展过程 操作系统的基本特征 OS(Operating Systems)的主要功能 OS的结构设计,1.1 操作系统的目标、作用和模型,操作系统概念 操作系统是计算机系统中的一个系统软件,管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源,合理地组织计算机的工作流程,以便有效利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便的工作环境,从而在计算机与用户之间起到接口的作用。,方便性 计算机只能识别0、1;用户熟悉的是各种语言。 有效性 使计算机的各类资源在系统的管理下得到更有效的利用,提高系统吞吐量。 可扩充性 便于修改和增加功能(
6、如何设计?)。 开放性 系统能支持世界标准规范。,1.1.1 操作系统的目标,计算机只能识别0、1;用户熟悉的是各种语言。 没有操作系统的计算机的使用,现在很难想像。 如果没有操作系统,要运行程序,必须用户自己用二进制的机器语言装载进内存,手动运行。,方便性,使计算机的各类资源在系统的管理下得到更有效的利用,提高系统吞吐量。 方便性和有效性是设计操作系统最重要的两个目标,不同时期有不同的侧重点。,有效性,VLSI(Very large scale integration)超大规模集成电路。 新的需求,需要新的功能。 必须采用更好的结构设计,方能达到不断扩展的目的,可扩充性,操作系统的应用环境从
7、 单机环境 网络环境 要求OS必须具有开发性 系统能支持世界标准规范。 方能正确和有效地协同工作。,开放性,1.1.2 关于操作系统的四种认识,1.虚拟机观点 2.用户环境观点 3.资源管理观点 4.作业(任务)组织观点,1.虚拟机观点,该观点认为,操作系统是建立在计算机硬件平台上的虚拟机器,它为应用软件提供了许多比计算机硬件功能更强或计算机硬件所没有的功能。 操作系统把对硬件的低级操作全部隐藏起来,给用户一个友好的,易于操作的界面。 扩充:功能、硬件数量,2.用户环境观点,作为用户与计算机硬件系统之间的接口,OS作为接口的从层状示意图,计算机硬件,操作系统,系统调用,命令,图标,窗口,应用程
8、序及实用程序,系统设计者,程序员,用户,3.资源管理观点,该观点认为,操作系统是计算机系统中各类资源的管理者,它负责分配、回收以及控制系统中的各种软硬件资源。 跟踪资源的使用状况、满足资源请求、提高资源利用率,以及协调各程序和用户对资源的使用冲突。 监视资源 分配、回收资源 保护资源,4.作业(任务)组织观点,该观点认为,操作系统是计算机系统工作流程的组织者,它负责协调在系统中运行的各个应用软件的运行次序。 用于服务器上,以批文件方式提交作业,请求主机逐个运行。 主机操作系统负责组织、协调各个作业的运行,报告执行结果或错误信息。 减少了人工干预,提高了系统的效率。这种工作方式有利于有效利用主机
9、资源。,问题,操作系统在计算机系统什么地方?(习题2) 什么是操作系统? (习题3) 计算机要管理的资源有哪些? (习题4) 什么是虚拟机,它与资源管理的观点有什么不同? (习题5) 系统资源管理的功能是什么?(习题6),不断提高计算机资源利用率的需要 如批处理系统的出现 提供新的服务,方便实用 如分时交互式系统的出现 计算机硬件升级和新硬件的出现 8位163264. 计算机体系结构的不断发展: 单机OS多机OS分布式OS网络OS ,1.1.3 操作系统发展的主要动力,1.2 操作系统的发展过程,1.2.1 无操作系统时的计算机系统 1.2.2 单道批处理系统 1.2.3 多道批处理系统 1.
10、2.4 分时系统 1.2.5 实时系统,1.2.1 无操作系统时的计算机系统,电子管计算机,无操作系统,由手工控制作业的输入输出,通过控制台开关启动程序运行。用户使用计算机的过程大致如下:先把程序纸带装上输入机,启动输入机把程序和数据送入计算机,然后通过控制台开关启动程序运行,计算完毕后,用户拿走打印结果,并卸下纸带。 人工操作方式 如纸带输入机。 特点是用户独占全机及CPU等待人工操作。 脱机I/O方式 引入I/O机的概念,解决前者的缺点。 特点是减少了CPU的空闲时间且提高I/O速度。,脱机I/O示意图,外围机,磁盘,磁盘,主机,磁盘,外围机,输出设备,输入设备,磁盘,人工操作方式的特点,
11、(1)单用户方式 (2) 输入输出设备主要是纸带和卡片 (3) 程序员上机必须预约机时 (4) 程序员自己上机操作 (5) 程序的启动与结束处理都以手工方式进行 (6) 程序员的操作以交互方式进行(控制台) (7)程序设计直接编制二进制目标程序 (8) 程序执行过程得不到任何帮助,1.2.2 单道批处理系统,晶体管计算机,操作系统的雏形,称为监控程序(monitor) 。 单道批处理系统的工作过程:用户将作业交到机房,操作员将一批作业输入到辅存(如磁带)上,形成一个作业队列。当需要调入作业时,监控程序从这一批中选一道作业调入内存运行。当这一作业完成时,监控程序调入下一道程序,直到这一批作业全部
12、完成。,单道批处理系统的工作过程,还有下一 个作业?,把下一个作业 的源程序转换 为目标程序,源程序 有错吗?,装配目标程序,运行目标程序,开始,是,否,停止,是,否,单道批处理系统的特点,(1) 作业(步)间不需要人的干预 (2) 监控程序常驻内存,开机后第一个进入内存,直到关机一直驻留在内存中 (3) 专职操作员,程序员不在现场 (4) 单道 (5) 监控程序只为一个计算机系统设计 (6) 开发程序可以使用FORTRAN等高级语言,程序的最后一条指令需是返回控制到监控程序。,单道批处理系统的评价,解决了作业间的自动转动问题,减少了机器时间的浪费。 不管作业大小,只要它一旦占用处理器开始执行
13、,则他必须一直占据处理器,直到运行完毕。 资源利用率低。 对短作业不公平,因为他们等待执行的时间可能远远超过它们实际执行的时间。 交互性差。作业由批处理程序控制运行,用户无法实时控制,如果运行中途出现故障,也只能停下来,重新运行。 自动性 顺序性 单道性,1.2.3 多道批处理系统,引入 单道批处理系统中,任意时刻一道作业在内存中运行,资源利用率低。 为了提高系统资源利用率和系统吞吐量,产生了多道批处理系统。 多道程序设计技术:在内存中放多道程序,使它们在调度程序的控制下相互穿插地运行。,多道批处理系统的工作过程,用户将作业交到机房,操作员将一批作业输入到辅存(如磁盘)上,形成一个作业队列。当
14、需要调入作业时,作业调度程序从这一批中选几道作业调入内存,然后进程调度程序选取内存中一个作业调入处理器进行执行。当一些作业完成时,调度程序调入另一些程序,直到这一批作业全部完成。 当某个程序占用处理器执行过程中遇到了输入/输出语句,可以启动专门负责输入/输出的系统服务程序完成输入/输出操作,而处理机切换到另一个程序执行。,用户程序,监督程序,I/O操作,I/O中断请求,启动I/O,I/O完成,结束中断,I/O中断请求,启动I/O,I/O完成,完成,t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7,t8,(a)单道程序运行情况,程序A,调度程序,I/O请求,(b)四道程序运行情况,程序B,程序C,程序D
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