操作系统课件-孟庆昌.ppt

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1、第1章操作系统引论参考书：操作系统——精髓与设计原理第五版WilliamStalling著操作系统原理与设计曹先彬陈兰香编操作系统第二版孟庆昌牛欣源编本章内容提要■计算机硬件结构■什么是操作系统●操作系统概念●操作系统的主要功能●操作系统的地位■操作系统的发展历程■操作系统的类型■操作系统的特征■操作系统结构设计1.1计算机硬件结构计算机系统是由硬件和软件组成的硬件是软件建立与活动的基础软件是对硬件进行管理和功能扩充计算机硬件结构由五大功能部件组成，即：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。它们经由系统总线连接在

2、一起，实现彼此通信。现代计算机硬件结构1.1.1处理器■CPU工作的基本周期是：提取指令，译码分析，执行指令每个CPU可以执行的指令集是专用的■所有CPU都包含某些寄存器●通用寄存器●专用寄存器●程序计数器●栈指针●PSW（程序状态字）■两种处理机执行状态★核心态◎用户态1.1.2存储器寄存器高速缓存内存磁盘磁带1.1.3I/O设备通常由控制器和设备本身两部分组成控制器设备设备驱动程序1.1.4总线总线分类数据总线地址总线控制总线1.2什么是操作系统1.2.1操作系统概念1．操作系统作为扩展机器●把硬件细节与程序员隔离开

3、，隐藏了底层硬件的特性●功能更强、使用更方便2．操作系统作为资源管理器监视各种资源，随时记录它们的状态；实施某种策略以决定谁获得资源，何时获得，获得多少；分配资源供需求者使用；回收资源，以便再分配。3.操作系统的用户观点和系统观点定义：操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源，有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。①操作系统是系统软件②基本职能是控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行③提供众多服务，方便用户使用，扩充硬件功能1.2.2操作系统的主要功能1．存储管理

4、内存分配地址映射内存保护内存扩充1.2.2操作系统的主要功能2．作业和进程管理作业和进程调度进程控制进程通信1.2.2操作系统的主要功能3．设备管理缓冲区管理设备分配设备驱动设备无关性1.2.2操作系统的主要功能4．文件管理功能文件存储空间的管理文件操作的一般管理目录管理文件的读/写管理和存取控制1.2.2操作系统的主要功能5．用户接口●程序接口●命令行接口●图形用户接口（GUI）1.2.3操作系统的地位计算机系统的层次关系简言之，软件是计算机执行的程序软件通常可分为三大类●应用软件●支撑软件●系统软件操作系统是裸机之上

5、的第1层软件，它只在核心态模式下运行。通常把经过软件扩充功能后的机器称为“虚拟机”1.3操作系统的发展历程1.3.1操作系统的形成1．手工操作阶段2．早期批处理阶段●早期联机批处理●早期脱机批处理3．多道批处理系统多道批处理系统●多道程序设计：在内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替地执行。这些作业共享CPU和系统中的其他资源。●并发：多道程序在CPU上交替运行●系统吞吐量：在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量。1.3.2操作系统的发展1.3.3推动操作系统发展的动力硬件技术更新应用需求扩大1.4操作系统

6、的类型5大基本类型批处理系统分时系统实时系统网络系统分布式系统1.4.1批处理系统1．作业是用户定义的、由计算机完成的工作单位。它通常包括一组计算机程序、文件和对操作系统的控制语句。作业步由作业控制语句明确标识的计算机程序的执行过程2．工作流程多道批处理系统中的作业流程批处理系统3.特点●多道：系统在内存中存放多个作业，并且在外存上还保存大量的后备作业。●成批：系统按批次调度作业，而在系统运行过程中不允许用户和机器之间发生交互作用。批处理系统的主要优点：①系统资源利用率高②系统吞吐量大明显缺点：①用户作业的等待时间长②没

7、有交互能力1.4.2分时系统1．分时概念和分时系统的实现方法分时：广义上，是指对时间的共享。●在分时系统中，分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享并行：是指在同一时刻有两个或两个以上的活动发生。时间片分时系统2．分时系统的特征和优点基本特征●同时性●交互性●独立性●及时性主要优点●人机交互友好●应用方便●资源共享1.4.3实时系统1．实时系统的引入实时系统具有实时特性，能够支持实时控制系统工作的操作系统。●重要特征：对时间有严格限制和要求三种典型应用形式▲过程控制系统▲信息查询系统▲事务处理系统2．实时系统与分时系统

8、的差别交互性实时性可靠性实时系统3．实现方式●硬式实时系统对时间严格约束●软式实时系统对时间限制稍弱一些1.4.4网络操作系统1．计算机网络的特征●分布性●自治性●互连性●可见性2．网络操作系统●服务器客户机●网络操作系统——实现网络通信、资源共享和保护，以及提供网络服务和网络接口等本地操作系统——完成本地资源的管理