操作系統(tǒng)ppt課件第1章

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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(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,*,第1章 操作系統(tǒng)概論,本章知識(shí)點(diǎn)：,1.1 操作系統(tǒng)的作用,1.2 操作系統(tǒng)的演變,1.3,操作系統(tǒng)的主要成就,1.4 操作系統(tǒng)舉例(略,),1.5 操作系統(tǒng)的主要研究課題,1,1.1 操作系統(tǒng)的作用,操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用戶和計(jì)算機(jī)硬件之間的接口程序模塊，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心控制軟件，其職能是控制和管理系統(tǒng)內(nèi)各種資源，有效地組織多道程序的運(yùn)行，從而為用戶提供良好的工作環(huán)境，達(dá)到使用方便、資源分配合理、安全可靠等目的。,操作系統(tǒng)是現(xiàn)有軟件系統(tǒng)中最復(fù)雜的軟件之一。,Denning,認(rèn)為，到目前為止，在操作

2、系統(tǒng)的研究開發(fā)方面主要取得了進(jìn)程、內(nèi)存管理、信息保護(hù)與安全、調(diào)度與資源管理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等五項(xiàng)成就。,2,1.1.1 硬件系統(tǒng)和應(yīng)用程序間的界面,由,操作系統(tǒng),定義的軟、硬件和數(shù)據(jù)，給程序員提供了方便的界面，使程序員和應(yīng)用程序更容易獲取和使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源、工具和服務(wù)。,3,1.1.1 硬件系統(tǒng)和應(yīng)用程序間的界面,OS,具有如下功能：,程序創(chuàng)建。,程序執(zhí)行。,I/O,設(shè)備的訪問。,控制對(duì)文件的訪問。,系統(tǒng)訪問。,查錯(cuò)和糾錯(cuò)。,簿記。,4,1.1.2 作為資源管理者,作為資源管理器的操作系統(tǒng)：,5,1.1.3 推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的因素,操作系統(tǒng)的演變主要基于以下因素,：,硬件升級(jí)以及新的硬件類型,

3、；,新服務(wù),；,修補(bǔ),；,6,1.2 操作系統(tǒng)的演變,操作系統(tǒng)發(fā)展至今已有三十多年。設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)主要有兩個(gè)目的,：,第一，為程序的開發(fā)和執(zhí)行提供一個(gè)方便的環(huán)境,；,第二，為保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)順利執(zhí)行，操作系統(tǒng)對(duì)各個(gè)計(jì)算活動(dòng)進(jìn)行調(diào)度。,7,1.2.1 串行處理系統(tǒng),最早的計(jì)算機(jī)，從20世紀(jì)40年代末到50年代中期，程序員直接與硬件接觸，根本沒有,OS。,計(jì)算機(jī)運(yùn)行在一個(gè)集成了指示器、各種開關(guān)、一些輸入設(shè)備以及一個(gè)打印機(jī)的控制臺(tái)之上。,早期的這種系統(tǒng)存在兩個(gè)問題：,(1),上機(jī)安排,(2),啟動(dòng)時(shí)間,8,1.2.2 簡(jiǎn)單批處理系統(tǒng),簡(jiǎn)單批處理系統(tǒng)是專業(yè)計(jì)算機(jī)操作員（或機(jī)器）按作業(yè)的性質(zhì)將作業(yè)按類分成若

4、干組，然后一組一組地來運(yùn)行作業(yè)。,在早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，引進(jìn)簡(jiǎn)單批處理系統(tǒng)可以減少安裝磁帶、裝入程序和返繞磁帶等有關(guān)的工序浪費(fèi)的時(shí)間，因此，也就減少了計(jì)算機(jī)的空閑時(shí)間。,批處理系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上不提供用戶和程序之間的交互功能。程序中的所有問題必須事先安排好，也不能進(jìn)行聯(lián)機(jī)修改。,9,1.2.2 簡(jiǎn)單批處理系統(tǒng),簡(jiǎn)單批處理系統(tǒng)的中心思想是，通過應(yīng)用一種被稱為監(jiān)控器的軟件，使用戶不必再直接接觸機(jī)器，而是先通過卡片機(jī)和紙帶機(jī)向計(jì)算機(jī)控制器提交作業(yè)，由監(jiān)控器將作業(yè)組織在一起構(gòu)成一批作業(yè)，然后將整批作業(yè)放入由監(jiān)控器管理的輸入設(shè)備上，每當(dāng)一個(gè)程序執(zhí)行完畢返回監(jiān)控器時(shí)，監(jiān)控器已自動(dòng)裝入下一個(gè)程序。,10,1.2.2

5、簡(jiǎn)單批處理系統(tǒng),批處理系統(tǒng)存在很多不方便之處，主要有,：,用戶不能與其作業(yè)交互以捕捉程序中的問題。用戶程序中的所有問題必須事先安排好，否則程序的排錯(cuò)就可能在轉(zhuǎn)儲(chǔ)信息上盲目地進(jìn)行。此外，對(duì)一個(gè)用戶作業(yè)而言，可能需要較長(zhǎng)的周轉(zhuǎn)時(shí)間。,在批處理系統(tǒng)中，為了避免有意或無意地讀取他人的卡片，必須建立監(jiān)控和用戶兩種操作態(tài)，使其只有在監(jiān)控態(tài)下才能讀控制卡。通過建立一組僅能在監(jiān)控態(tài)下執(zhí)行的特權(quán)指令，操作系統(tǒng)就能保證在任何時(shí)候都能控制整個(gè)系統(tǒng)。,11,1.2.3 多道程序批處理系統(tǒng),多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)就是在內(nèi)存中同時(shí)保持若干道程序，系統(tǒng)按某種調(diào)度策略交替執(zhí)行這些程序，使,CPU,保持最少的空閑時(shí)間。,多道程序設(shè)計(jì)

6、的主要優(yōu)點(diǎn)是通過將用戶的,CPU,請(qǐng)求和,I/O,請(qǐng)求重疊起來的辦法來有效地使用,CPU。,它設(shè)法讓,CPU,總有事情可做，以此來提高,CPU,的利用率。,12,1.2.3 多道程序批處理系統(tǒng),設(shè)想一臺(tái)電腦配備256,KB,的可用內(nèi)存空間(未被,OS,占用的)，一個(gè)磁盤，一個(gè)終端和一臺(tái)打印機(jī)。3個(gè)程序,JOB,1,、JOB,2,和,JOB,3,，,同時(shí)被提交執(zhí)行，如下表所列。,JOB,1,JOB,2,JOB,3,作業(yè)類型,偏重計(jì)算,偏重,I/O,偏重,I/O,執(zhí)行時(shí)間,5 min,15 min,10 min,所需內(nèi)存,50KB,100kB,80KB,是否需要磁盤,No,NO,Yes,是否需要終

7、端,No,Yes,No,是否需要打印機(jī),No,No,Yes,13,1.2.3 多道程序批處理系統(tǒng),多道程序設(shè)計(jì)在提高資源利用率方面產(chǎn)生的效果,單道程序設(shè)計(jì),多道程序設(shè)計(jì),處理機(jī)使用,17%,33%,內(nèi)存使用,30%,67%,磁盤使用,33%,67%,打印機(jī)使用,33%,67%,經(jīng)過時(shí)間,30,min,15,min,吞吐率,6 jobs/h,12 jobs/h,平均響應(yīng)時(shí)間,18 min,10 min,14,1.2.4 分時(shí)系統(tǒng),分時(shí)系統(tǒng)是一種由調(diào)度策略和多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)所構(gòu)成的、同時(shí)供兩個(gè)或多個(gè)用戶使用的一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的系統(tǒng)。,分時(shí)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是,：,當(dāng)程序正在執(zhí)行時(shí)，允許用戶與計(jì)算機(jī)交互，從

8、而大大縮短了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，增加了用戶調(diào)試程序和控制程序運(yùn)行的靈活性。,15,1.2.4 分時(shí)系統(tǒng),分時(shí)系統(tǒng)通常采用的實(shí)現(xiàn)方法是,：先,對(duì)每一用戶作業(yè)分定一個(gè)時(shí)間片，再按輪轉(zhuǎn)方式來執(zhí)行這些作業(yè)。用戶作業(yè)可以繼續(xù)運(yùn)行直至其時(shí)間片執(zhí)行完或發(fā)生一個(gè)（,I/O）,中斷，才暫停此作業(yè)的運(yùn)行而讓另一作業(yè)運(yùn)行，暫停的作業(yè)則等到再次輪到它時(shí)又可繼續(xù)運(yùn)行下去，系統(tǒng)中的作業(yè)都用這種方式輪轉(zhuǎn)執(zhí)行。,16,1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng),實(shí)時(shí)系統(tǒng)是在響應(yīng)時(shí)間方面有嚴(yán)格制約的專用系統(tǒng)。,實(shí)時(shí)系統(tǒng)與其他普通的系統(tǒng)之間的最大不同之處就是要滿足處理與時(shí)間的關(guān)系。,實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別在于,：,在分時(shí)系統(tǒng)中，快速響應(yīng)是需要的，但不是

9、必需的,；,在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，處理事務(wù)必須在適合于此系統(tǒng)的特定時(shí)間限額內(nèi)完成。,17,1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng),實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要是為聯(lián)機(jī)實(shí)時(shí)任務(wù)服務(wù)的，相比分時(shí)系統(tǒng)它有其自身的特點(diǎn),：,(1),與分時(shí)系統(tǒng)一樣具有多路性和獨(dú)立性。,(2),對(duì)外部實(shí)時(shí)信號(hào)必須能及時(shí)響應(yīng)，響應(yīng)的時(shí)間間隔要足以控制發(fā)出實(shí)時(shí)信號(hào)的那個(gè)環(huán)境。,(3),整體性強(qiáng)。,(4),有交互性，但這里人與系統(tǒng)的交互僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序。,(5)要求有高可靠性和安全性，系統(tǒng)的效率則放在第二位。,18,1.3 操作系統(tǒng)的主要成就,操作系統(tǒng)是現(xiàn)有軟件系統(tǒng)中最復(fù)雜的系統(tǒng)軟件之一。到目前為止，操作系統(tǒng)已取得了5項(xiàng)主要成就：進(jìn)程、內(nèi)存管

10、理、信息的保護(hù)與安全性、調(diào)度與資源管理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。,。,19,1.3.1 進(jìn)程,進(jìn)程是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。,進(jìn)程,就是：,可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過程。,進(jìn)程由以下3部分組成：,一個(gè)可執(zhí)行的程序；,該程序所需的相關(guān)數(shù)據(jù)(變量、工作空間，緩沖區(qū)等)；,該程序的執(zhí)行上下文(,Context)。,20,1.3.1 進(jìn)程,典型的進(jìn)程實(shí)現(xiàn),21,1.3.2 存儲(chǔ)管理,操作系統(tǒng)的5條存儲(chǔ)管理原則：,進(jìn)程隔離。,自動(dòng)分配和管理。,支持組件編程。,長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)。,保護(hù)和存取控制,。,22,1.3.2 存儲(chǔ)管理,看待存儲(chǔ)系統(tǒng)的兩種不同觀點(diǎn),(,b),操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者觀點(diǎn),(,a),用戶觀點(diǎn),23,1.

11、3.3 信息保護(hù)和安全性,同,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和存儲(chǔ)在其中的信息的存取控制,有關(guān)的4種保護(hù)策略：,不共享。,共享原始程序或數(shù)據(jù)文件。,無存儲(chǔ)子系統(tǒng)。,控制信息的分布。,24,1.3.3 信息保護(hù)和安全性,同操作系統(tǒng)有關(guān)的安全和保護(hù)工作可分為以下3類：,訪問控制。,信息流控制。,確認(rèn)。,25,1.3.4 調(diào)度和資源管理,操作系統(tǒng)的核心任務(wù)之一就是管理各種可獲得的資源以及合理地調(diào)度它們。任何資源分配和調(diào)度策略都必須考慮公平性、不同敏感性以及效率,。,26,1.3.5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu),隨著操作系統(tǒng)性能的增強(qiáng)，以及基礎(chǔ)硬件復(fù)雜性的增加，操作系統(tǒng)的大小和復(fù)雜性也不斷增加，這就,導(dǎo)致了許多問題,。,為了有效管理系統(tǒng)資源和控制操作系統(tǒng)的復(fù)雜性，人們開始極大地重視操作系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)。對(duì)大型操作系統(tǒng)，僅僅組件化編程還是不夠的,，,現(xiàn)在越來越多地用到體系結(jié)構(gòu)分層和信息抽象技術(shù)。,27,1.5 操作系統(tǒng)的主要研究課題,28,The end,Thanks!,29,