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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,操作系統(tǒng)教程,高等教育出版社出版,Ch1,操作系統(tǒng)概論,1.1,操作系統(tǒng)概觀,1.2,操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展,1.3,操作系統(tǒng)提供的服務(wù)和用戶接口,1.4,操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),1.5,流行操作系統(tǒng)簡介,1.1,操作系統(tǒng)概觀,1.1.1,操作系統(tǒng)的定義和目標(biāo),1.1.2,操作系統(tǒng)的作用和功能,1.1.3,操作系統(tǒng)的主要特性,1.1.1,操作系統(tǒng)的定義和目標(biāo),操作系統(tǒng),是管理系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行,改善人機界面,提供各種服務(wù),合理組織計算機工作流程和為用戶有效使用計算機提供良好運行環(huán)境的一種系統(tǒng)軟件。,它可被看作是用
2、戶和計算機硬件之間的一種接口,是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)不可分割的重要組成部分。,操作系統(tǒng)的主要目標(biāo),方便用戶使用,擴大機器功能,管理系統(tǒng)資源,提高系統(tǒng)效率,構(gòu)筑開放環(huán)境,計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),(1),用戶,1,用戶,2,用戶,3,用戶,4,用戶,n,財務(wù)系統(tǒng),航空訂票,上網(wǎng)瀏覽,電子商務(wù),科學(xué)計算,(應(yīng)用程序),編譯程序,匯編程序,編輯程序,數(shù)據(jù)庫,(系統(tǒng)程序),操作系統(tǒng),計算機,硬件,計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),(2),硬件層:提供基本的可計算性資源,操作系統(tǒng)層:對硬件作擴充和改造,提供了操作系統(tǒng)接口;資源的調(diào)度和分配,信息的存取和保護,并發(fā)活動的協(xié)調(diào)和控制等許多工作,系統(tǒng)程序,層:,提供擴展指令集;提供
3、種類繁多的實用程序,應(yīng)用層:解決用戶不同的應(yīng)用問題,操作系統(tǒng)和硬件組成了一個運行平臺,其他軟件都運行在這個平臺上。,1.1.2,操作系統(tǒng)的作用,與功能,操作系統(tǒng)的作用,OS,作為用戶與計算機硬件之間的接口,改造硬件設(shè)施,使之更易使用;,提供系統(tǒng)調(diào)用,擴展機器功能;,組織工作流程,,提供運行環(huán)境,OS,作為虛擬計算機:在計算機裸機上加上一層又一層軟件來組成整個計算機系統(tǒng),OS,作為計算機系統(tǒng)的資源管理者和控制者:硬件資源和信息資源,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(1),例,1,,用戶想把一批信息存儲到某個設(shè)備上,必須先弄清楚該設(shè)備的存儲格式、讀寫命令和各種情況下的中斷處理步驟。而讓用戶了解
4、設(shè)備的物理細節(jié)將會十分困難,甚至束手無策。這些工作只能讓操作系統(tǒng)代勞。,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(2),例,2,,若內(nèi)存中能裝入兩道程序并同時啟動運行,不但可充分利用內(nèi)存資源,當(dāng)一道程序等待,I/O,完成時,可讓另一道程序占有,CPU,運行,使得,I/O,設(shè)備,和,CPU,同時保持忙碌,這類高效的工作方式,需要解決許多技術(shù)問題,這只有靠操作系統(tǒng)來做。,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(3),例,3,,三個需要打印輸出信息的應(yīng)用程序在同時運行,打印機上三個程序的輸出結(jié)果會交錯夾雜、混亂不堪。一種解決方案:程序輸出時,先把各自的結(jié)果存在磁盤上,等到某程序生成的輸出全部存入后,才啟動
5、打印機輸出,消除了雜亂無章的局面,這種做法只有操作系統(tǒng)才辦得到。,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(4),也有人將操作系統(tǒng)定義為:是能使諸用戶有效、方便地共享一套計算機系統(tǒng)資源的一種系統(tǒng)軟件。,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(5),操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一,(1),對資源進行抽象研究,找出各種資源共性和個性,有序地管理計算機中的硬件、軟件資源,跟蹤資源使用情況,監(jiān)視資源的狀態(tài),滿足用戶對資源的需求,協(xié)調(diào)各程序?qū)Y源的使用沖突;,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(6),操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一,(2),研究使用資源的統(tǒng)一方法,讓用戶簡單、有效的使用資源,最大限度地實現(xiàn)各類資源的共享,提
6、高資源利用率,從而,使得計算機系統(tǒng)的效率有很大提高。,操作系統(tǒng)的功能,處理機管理,存儲管理,設(shè)備管理,文件管理,網(wǎng)絡(luò)與通信管理,用戶接口,處理機管理,處理中斷事件,處理器調(diào)度,進程控制和管理,進程同步和互斥,進程通信和死鎖,線程控制和管理,處理器調(diào)度,分作業(yè)調(diào)度,中 程調(diào) 度,低級調(diào)度等,存儲管理,存儲管理具有四大功能:,存儲分配,存儲共享,地址轉(zhuǎn)換與存儲保護,存儲擴充,設(shè)備管理,設(shè)備管理具有以下功能:,設(shè)備分配,緩沖管理,設(shè)備驅(qū)動,設(shè)備獨立性,實現(xiàn)虛擬設(shè)備,文件管理,文件管理要完成以下任務(wù):,提供文件邏輯組織方法,提供文件物理組織方法,提供文件的存取方法,提供文件的使用方法,實現(xiàn)文件的目錄管
7、理,實現(xiàn)文件的存取控制,實現(xiàn)文件的存儲空間管理,網(wǎng)絡(luò)與通信管理,聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)應(yīng)具有以下管理功能:,網(wǎng)上資源管理功能,數(shù)據(jù)通信管理功能,網(wǎng)絡(luò)管理功能,包括,:,故障管理、安全管理、性能管理、記帳管理和配置管理。,1.1.3,操作系統(tǒng)的主要特性,第一個特性,-,并發(fā)性,第二個特性,-,共享性,第三個特性,-,異步性,第四個特性,-,虛擬性,第一個特性,-,并發(fā)性,(1),并發(fā),性,(,Concurrence,),指兩個或兩個以上的事件或活動在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生,發(fā)揮并發(fā)性能夠消除系統(tǒng)中部件和部件之間的相互等待,有效地改善系統(tǒng)資源的利用率,改進系統(tǒng)的吞吐率,提高系統(tǒng)效率,內(nèi)存中同時有多個用戶程序,或
8、內(nèi)存中同時有操作系統(tǒng)程序和用戶程序被啟動交替、穿插地執(zhí)行,都是并發(fā)性的例子。,第一個特性,-,并發(fā)性,(2),并發(fā)性使系統(tǒng)變得復(fù)雜化,如何從一個活動切換到另一個活動?,怎樣將各個活動隔離開來,使之互不干擾,免遭對方破壞?怎樣讓多個活動協(xié)作完成任務(wù)?,怎樣協(xié)調(diào)多個活動對資源的競爭?如何保證每個活動的資源不被其它進程侵犯,?,多個活動共享文件數(shù)據(jù)時,如何保證數(shù)據(jù)的一致性?,第一個特性,-,并發(fā)性,(3),操作系統(tǒng)中很早就引入重要概念,-,進程,進程能清,晰,刻劃操作系統(tǒng)中的并發(fā)性,實現(xiàn)并發(fā)活動的執(zhí)行,因而,它已成為現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個重要基礎(chǔ)。,第一個特性,-,并發(fā)性,(4),采用并發(fā)技術(shù)的系統(tǒng)稱為
9、多任務(wù)系統(tǒng),(Multitasking),,,并發(fā)的實質(zhì)是一個物理,CPU(,也可以多個物理,CPU),在若干道程序之間多路復(fù)用,并發(fā)性是對有限物理資源強制行使多用戶共享以提高效率。,第一個特性,-,并發(fā)性,(5),結(jié)論,:實現(xiàn)并發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵之一是如何對系統(tǒng)內(nèi)的多個活動,(,進程,),進行切換的技術(shù)。,第一個特性,-,并發(fā)性,(7),并行性,(,parallelism,),指兩個或兩個以上事件或活動在同一時刻發(fā)生。,在多道程序環(huán)境下,并行性使多個程序同一時刻可在不同,CPU,上同時執(zhí)行。,在分布式系統(tǒng)中,多臺計算機并存使程序的并發(fā)性得到了更充分發(fā)揮,同一時刻每臺計算機上都可以有程序在執(zhí)行。,第
10、,一,個特性,-,并發(fā)性,(8),并行的事件或活動一定是并發(fā)的,但反之并發(fā)的事件或活動未必是并行的。,并行性是并發(fā)性的特例,而并發(fā)性是并行性的擴展。,第二個特性,-,共享性,(1),共享指操作系統(tǒng)中的資源可被多個并發(fā)執(zhí)行的進程所使用,可分成兩種資源共享方式:,互斥,訪問,:,系統(tǒng)中的某些資源同一時間內(nèi)只允許一個進程訪問,許多物理設(shè)備,以及某些數(shù)據(jù)和表格都是互斥共享的資源。,第二個特性,-,共享性,(2),同時訪問,:,系統(tǒng)中還有許多資源,允許同一時間內(nèi)多個進程對它進行訪問,這里“同時”是宏觀上的說法。典型的可供多進程同時訪問的資源是,磁盤,,,可重入程序,也可被同時訪問。,與共享性有關(guān)的問題是
11、資源分配、信息保護、存取控制等,必須要妥善解決好這些問題。,第三個特性,-,異步性,(1),操作系統(tǒng)中的,異步,性處處可見:,一個進程,在,CPU,上運行一段時間后,由于等待資源滿足或事件發(fā)生,被暫停執(zhí)行,,CPU,轉(zhuǎn)讓給另一個進程執(zhí)行。系統(tǒng)中的進程何時執(zhí)行?何時暫停?,怎,樣的速度向前推進?進程總共要多少時間執(zhí)行才能完成?這些都是不可予知的,或者說該進程是以異步方式運行的。,第三個特性,-,異步性,(2),操作系統(tǒng)中異步性的,其他例子,:,(1),作業(yè)到達系統(tǒng)的類型和時間是隨機的;,(2),操作員發(fā)出命令或按按鈕的時刻是隨機的;,(3),程序運行發(fā)生錯誤或異常的時刻是隨機的;,(4),各種各
12、樣硬件和軟件中斷事件發(fā)生的時刻是隨機的,。,第三個特性,-,異步性,(3),異步性給系統(tǒng)帶來潛在危險,有可能導(dǎo)致與時間有關(guān)的錯誤,。,操作系統(tǒng)的一個重要任務(wù)是必須確保捕捉任何一種隨機事件,正確處理可能發(fā)生的隨機事件,正確處理任何一種產(chǎn)生的事件序列,否則將會導(dǎo)致嚴重后果,。,第四個特性,-,虛擬性,(1),虛擬性,是指操作系統(tǒng)中的一種管理技術(shù),它是把物理上的一個實體變成邏輯上的多個對應(yīng)物,或把物理上的多個實體變成邏輯上的一個對應(yīng)物的技術(shù),顯然,前者是實際存在的而后者是虛構(gòu)假想的。,第四個特性,-,虛擬性,(2),通過多道程序和分時使用,CPU,技術(shù),物理上的一個,CPU,變成邏輯上的多個,CPU,。,通過,Spooling,技術(shù)可把物理上的一臺獨占設(shè)備變成邏輯上的多臺虛擬設(shè)備,,第四個特性,-,虛擬性,(3),通過窗口技術(shù)可把物理上的一個屏幕變成邏輯上的多個虛擬屏幕,,IBM,的,VM,技術(shù)把物理上的一臺計算機變成邏輯上的多臺計算機。,虛擬存儲器則是把物理上的多個存儲器,(,主存和輔存,),變成邏輯上的一個,(,虛存,),的例子。,