第1章绪论--操作系统.ppt
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1、08:29:43,1,操 作 系 统 (原 理),主讲:张军明 Tel:13604768080 Email: QQ:75540900,专业必修课 理论3学分,实验1学分,08:29:43,2,教材: 计算机操作系统教程(第3版) 清华大学 编著:张尧学 中国工程院院士,教育部高等教育司司长,清华大学教授、博士生导师。 史美林 清华大学教授,博士生导师。 张 高 中科院软件所工学博士学位,微软亚洲研究院高校关系中国区经理 。 主要参考书: 张尧学 计算机操作系统教程(第3版)习题解答与实验指导 清华大学出版社 汤子瀛 计算机操作系统 西安电子科技大学,08:29:43,3,6个问题,什么是操作系
2、统? 为什么需要操作系统?(地位) 为什么要学操作系统? 这门课学什么? 这门课如何学? 操作系统如何工作?,08:29:43,4,第1章 绪论,1.1 操作系统概念 1.2 操作系统的历史 1.3 操作系统的基本类型 1.4 操作系统功能 1.5 计算机硬件简介 1.6 算法的描述 1.7 研究操作系统的几种观点,08:29:43,5,一、计算机系统:是按用户要求接收和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。, 1.1 操作系统概念,应用软件,硬件 裸机,操作系统,其它系统软件,图1.1 操作系统与硬件软件的关系,硬件系统:由中央处理器(运算器和控制器)、存储器、输入设备和输出设备等
3、组成。,软件系统:包括应用软件和系统软件。,计算机 系统,08:29:43,6,三、虚拟机:经过操作系统提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能把裸机改造成为功能更强、使用更为方便的机器。,二、裸机:没有任何软件支持的计算机。,它仅仅构成了计算机系统的物质基础,而实际呈现在用户面前的计算机系统是经过若干层软件改造的计算机。,08:29:43,7,四、操作系统定义,2、操作系统的定义:是计算机系统中的一个系统软件,由它管理和控制计算机系统的硬件和软件资源,合理地组织计算机的工作流程,以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境,从而在计算机与用户之间起到接口的作用。
4、,1、引入操作系统的目的: (1)为用户提供良好的界面 (2)资源的管理者 (3)便于扩展新的服务和功能,08:29:43,8, 1.2 操作系统的历史,四个阶段: 1946年50年代末:电子管时代,无操作系统,60年代中期70年代中期:集成电路,多道程序设计,50年代末60年代中期:晶体管,批处理系统,70年代中期今:大(超大)规模集成电路,分时系统、实时系统、通用操作系统、网络操作系统。其它如嵌入式系统、分布式系统(网格计算、云计算)等。,手工(无)单道批处理(有)多道(批处理、分时、实时)通用,本课程主要内容:单机(CPU)多道系统原理,08:29:43,9,1.2.1 手工操作阶段,1
5、946年50年代末:电子管时代,无操作系统,用户既是程序员,又是操作员。上机完全是手工操作。 特点:(1)计算机运算速度慢 (2)一个程序独占机器 (3)机器(CPU)等待手工操作 (4)机器语言、纸带或卡片 50年代后期,手工操作的漫速度与计算机的高速度之间的矛盾越来越突出,解决矛盾的唯一办法是实现作业的自动过渡,因而出现了批处理。,08:29:43,10,1.2.2 早期批处理(batch processing),批处理:操作员把用户提交的作业分类,把一批中的作业编成一个作业执行序列。每一批作业将有专门编制的监督程序(monitor)自动依次处理。 作业的组成:包括用户程序、数据和作业说明
6、书(作业控制语言)。 批:供一次加载的磁带或磁盘,通常由若干个作业组装而成,在处理中使用一组相同的系统软件(系统带)。,08:29:43,11,早期批处理分为两种:联机批处理和脱机批处理,1、联机批处理 慢速的输入输出设备是和主机直接相连,在输入输出过程中CPU处于等待状态。,08:29:43,12,图1.3 监督程序管理下的解题过程,08:29:43,13,联机批处理主要优点:解决了作业自动转接,减少了作业建立和手工操作时间。,联机批处理存在问题:CPU 与I/O串行操作,输入输出时,CPU处于等待状态, CPU的时间仍有很大的浪费。,08:29:43,14,2、脱机批处理 增加一台或多台不
7、与主机直接连接而专门用于与输入输出设备打交道的卫星机。主机与卫星机可并行工作。 卫星机:完成面向用户的输入输出(纸带或卡片),中间结果暂存在磁带或磁盘上。,多个,手工,手工,图1.2 早期脱机批处理模型,08:29:43,15,(1)由监督程序自动依次装入作业,不需人工干预。 (2)用户除提交程序和数据,还需提交作业说明书。 (3)用汇编语言编写程序,需汇编程序或编译程序及连接装配程序。 (4)用磁带存储作业。 新问题:监督程序、系统程序和用户程序之间存在着调用关系,任何一个环节出问题,整个系统都会停顿,用户程序也可能破坏系统程序,系统安全与保护成为最重要的问题。 问题的解决:硬件的发展(通道
8、和中断技术),导致操作系统进入执行系统阶段。,批处理特点:,08:29:43,16,中断:是指当主机(CPU)接到外部信号时,马上停止原来工作,转去处理这一事件,处理完毕后,主机回到原来的断点继续工作。 执行系统:监督程序借助于通道、中断技术和输入输出在主机控制下完成批处理。这个功能增强的监督程序常驻内存,称为执行系统。,通道:是一种专用处理部件,它能控制一台或多台输入输出设备工作,负责输入输出设备与主存之间的信息传输。它一旦被启动就能独立于CPU运行,这样可使CPU和通道并行操作,而且CPU和多种输入输出设备也能并行操作。,08:29:43,17,1.2.3 多道程序系统,早期批处理系统是单
9、道顺序的处理作业,即每次只调用一个用户作业程序进入内存并运行,称为单道运行(单道程序系统) 问题:I/O量大的作业,CPU利用率降低,而计算量大的作业,I/O设备空闲。因而计算机资源使用效率仍然不高。 问题的解决:同时装入多道程序,合理搭配交替运行,充分利用资源,提高效率。,图1.4 程序工作示例,08:29:43,19,特点: (1)多道:计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。 (2)宏观上并行: (3)微观上串行: 在批处理系统中采用多道程序设计技术,就形成了多道批处理系统。 要解决的技术问题: (1)同步与互斥机制 (2)内存管理 (3)内存保护,08:29:43,20,1.2.4 分
10、时操作系统,问题:批处理方式交互性差,中间不需人工干预虽然效率高,但有时很不方便,处理出错、中间结果等。 问题的解决:随着软硬件技术发展,采用分时技术。既能保证计算机效率,又能方便用户使用。 分时技术:把处理机的运行时间分成很短的时间片,按时间片轮流把处理机分配给联机作业使用。 分时系统:采用分时技术,用时间片轮转的方式,使一台计算机为多个终端用户服务。,08:29:43,21,(1) 人机交互性好:在调试和运行程序时由用户自己操作。 (2) 多用户同时性:多个用户同时使用。 (3) 用户独立性:对每个用户而言,好象独占主机。 多用户分时操作系统是当今计算机操作系统中使用最普遍的一类操作系统。
11、,分时系统的特点:,08:29:43,22,1.2.5 实时操作系统,问题:随着计算机应用领域的不断扩大,计算机用于工业过程控制、军事实时控制,需对外部信息作出快速响应,要求高可靠性。 问题的解决:专用的各种实时处理系统,要求计算机对外来信息能以足够快的速度进行处理,并在被控对象允许时间范围内作出快速响应。响应时间要求在秒级、毫秒级甚至微秒级或更小。,08:29:43,23,1.2.6 通用操作系统,通用操作系统是在批处理系统、分时系统和实时系统基础上发展而来的,同时具备了批处理、分时、实时处理和多重处理的功能或其中两种以上的功能。 UNIX是一个通用的多用户分时交互型的操作系统,应用非常广泛
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