山东农业大学计算机系

2019/8/11山东农业大学计算机系1计算机操作系统信息学院计算机系王雅琴Tel.:8242497(O)8242058(H)E-mail:[e-mail]2019/8/11山东农业大学计算机系2成绩评定作业：20%期末考试：70%上课出勤率及回答问题：10%学习要求按时上课，认真听讲阅读参考书认真记笔记，整理笔记思考，讨论，提问2019/8/11山东农业大学计算机系3关于课程设计工具：VC++或VB题目类型：操作系统算法模拟时间：第15周2019/8/11山东农业大学计算机系4教材《计算机操作系统》汤子瀛等参考教材操作系统教程王素华人民邮电出版社计算机操作系统教程张尧学史美林清华大学出版社计算机操作系统教程周长林左万历高等教育出版社操作系统基础屠立德屠祁清华大学出版社2019/8/11山东农业大学计算机系5参考教材OperatingSystemsWilliamStallingsModernOperatingSystemAndrewS.TanenbaumOperatingSystemConceptAbrahanSilberschatz,PeterB.Galvin计算机操作系统学习指导与题解梁红兵汤小丹，西安电子科技大学出版社操作系统考研指导曾平，清华大学出版社2019/8/11山东农业大学计算机系6操作系统课程的特点实践性强（从实践总结出原理）涉及面广（并行程序，性能问题，结构问题，程序方法论，软件工程，等等）错综复杂：纵横交叉2019/8/11山东农业大学计算机系7了解操作系统的重要性掌握核心系统软件的实现方法掌握并行、并发处理的思想方法掌握操作系统的基本概念、基本原理、实现技术。为后继课程打好基础如何学习操作系统2019/8/11山东农业大学计算机系8#includestdio.hintmain(intargc,char*argv[]){puts(helloworld);return0;}操作系统做什么？2019/8/11山东农业大学计算机系9目录•Chapter1:引论(4)•Chapter2:进程管理(16)•Chapter3:处理机调度与死锁(8)•Chapter4:存储器管理(10)•Chapter5:设备管理(6)•Chapter6:文件管理(6)•Chapter7:操作系统接口(2)•Chapter8:网络操作系统•Chapter9:系统安全性(2)•Chapter10:UNIX系统内核结构2019/8/11山东农业大学计算机系10计算机系统的组成计算机系统(层次结构)软件硬件及固件（裸机）应用软件系统软件编辑软件，编译软件操作系统2019/8/11山东农业大学计算机系11操作系统在计算机系统中的地位操作系统的地位：紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他软件的共同环境）计算机硬件操作系统系统工具应用软件应用用户应用开发人员操作系统开发人员2019/8/11山东农业大学计算机系12裸机操作系统应用程序用户主要功能有：•处理机管理•存储管理•设备管理•信息(文件)管理2019/8/11山东农业大学计算机系13系统部件的简要视图2019/8/11山东农业大学计算机系14第一章操作系统引论•1.1操作系统的目标和作用•1.2操作系统的发展过程•1.3操作系统的基本特性•1.4操作系统的主要功能•1.5操作系统的结构设计•1.6本章要点与课堂练习2019/8/11山东农业大学计算机系15操作系统定义•Resourceallocator资源分配者–managesandallocatessystemresources.管理和分配系统资源•Controlprogram控制程序–controlstheexecutionofuserprogramsandoperationsofI/Odevices.控制用户程序的运行和I/O设备的操作•Aninterfacebetweentheuserandhardware人机接口•Kernel内核–theoneprogramrunningatalltimes(allelsebeingapplicationprograms).全时运行的一个程序（其他的是应用程序）2019/8/11山东农业大学计算机系16操作系统：是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度，以及方便用户的程序的集合。(管家、调度、桥梁)操作系统定义2019/8/11山东农业大学计算机系171.1操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标方便性(用户的观点)：提供良好的、一致的用户接口。无需了解许多有关硬件和系统软件的细节。有效性(系统管理人员的观点)：合理地组织计算机的工作流程，管理和分配硬件、软件资源，提高资源的利用率。可扩充性(开放的观点)：给计算机系统的功能的扩展提供开放式的支撑平台。开放性：可移植性和互操作性2019/8/11山东农业大学计算机系181.1.2操作系统的作用1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。或者说，用户在OS帮助下，能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。2019/8/11山东农业大学计算机系19使用方式I.命令方式II.系统调用方式III.图形、窗口方式用户应用程序系统调用命令图标、窗口操作系统计算机硬件1.1.2操作系统的作用2019/8/11山东农业大学计算机系202.OS作为计算机系统资源的管理者处理器处理器管理OS资存储器存储器管理主要源I/O设备I/O设备管理功能信息(数据和程序)文件管理1.1.2操作系统的作用2019/8/11山东农业大学计算机系213.OS用作扩充机器硬件处在最底层，不附加任何软件的物理计算机“裸机”.操作系统是附加在裸机上的第一层，是对裸机的首次扩充，构成了一个比裸机更强，使用更方便的“虚拟计算机”。所有系统软件以及更上层的用户应用软件在操作系统虚拟机上运行，它们受操作系统的统一管理和控制，通过操作系统使用各种资源来完成特定的任务。1.1.2操作系统的作用2019/8/11山东农业大学计算机系221.2.1推动操作系统发展的主要动力1)器件的不断更新换代：CPU的位宽度(指令和数据)、快速外存。2)方便用户：用户上机、调试程序，分散计算时的事务处理和非专业用户(商业和办公、家庭)3)不断提高计算机资源利用率：计算机发展的初期，计算机系统昂贵。4)计算机体系结构的不断发展：单处理机系统发展为多处理机系统1.2操作系统的发展过程2019/8/11山东农业大学计算机系231.2.2无操作系统的计算机系统1.人工操作方式•1946-50年代中：电子管时代，计算机速度慢，无操作系统，计算机资源昂贵；•工作方式：–用户：既是程序员又是操作员；用户是计算机专业人员；–编程语言：机器语言；–输入输出：纸带或卡片；2019/8/11山东农业大学计算机系24•计算机的工作特点：–用户独占全机，资源利用率极低；–CPU等待用户，计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低；•主要矛盾：–人机矛盾----人工操作严重降低了计算机资源的利用率•提高效率的途径：–脱机输入/输出技术。1.2.2无操作系统的计算机系统2019/8/11山东农业大学计算机系252.脱机输入/输出(Off-LineI/O)方式:磁盘输入设备外围机主机输出设备外围机1.2.2无操作系统的计算机系统磁盘磁盘磁盘2019/8/11山东农业大学计算机系261.2.2无操作系统的计算机系统脱机I/O方式的主要优点：1)减少了CPU的空闲时间2)提高I/O速度脱机I/O方式的主要缺点：系统开销大！2019/8/11山东农业大学计算机系271.单道批处理系统的处理过程1.2.3单道批处理系统(SimpleBatchProcessingSystem)把一批作业以脱机方式输入到磁带或磁盘上，并在系统中配上监督程序(Monitor)，在它的控制下使这批作业能一个接一个的连续处理。单道批处理系统：作业成批处理内存中只有一道。2019/8/11山东农业大学计算机系28简单批处理系统的内存布局2019/8/11山东农业大学计算机系291.2.3单道批处理系统(SimpleBatchProcessingSystem)2、单道批处理系统的特征•自动性•顺序性•单道性2019/8/11山东农业大学计算机系301.2.4多道批处理系统1、多道程序设计的基本概念2、推动多道批处理系统形成和发展的主要动力提高CPU的利用率提高内存和I/O设备利用率增加系统吞吐量2019/8/11山东农业大学计算机系31单道程序工作示例：多道程序工作示例：1.2.4多道批处理系统例题2019/8/11山东农业大学计算机系322.多道批处理系统的特征：多道性无序性调度性作业调度进程调度1.2.4多道批处理系统2019/8/11山东农业大学计算机系33多道程序系统在主存中同时有若干个作业，CPU在其中多重切换(共享CPU)。2019/8/11山东农业大学计算机系34多道程序对OS的基本要求•Memorymanagement–thesystemmustallocatethememorytoseveraljobs.存储管理--系统必须为若干作业分派空间•CPUscheduling–thesystemmustchooseamongseveraljobsreadytorun.CPU调度--系统必须在就绪作业中选择准备运行•Allocationofdevices.设备分配2019/8/11山东农业大学计算机系353.多道批处理系统需解决的问题：a.处理机管理问题b.内存管理问题c.设备管理问题d.文件管理问题e.作业管理问题1.2.4多道批处理系统2019/8/11山东农业大学计算机系36•优点：–资源利用率高：CPU和内存利用率较高；–系统吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大；1.2.4多道批处理系统•缺点：-平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长；-无交互能力：整个作业完成后或中间出错时，才与用户交互，不利于调试和修改；4.多道批处理系统的优缺点：2019/8/11山东农业大学计算机系371.分时系统的产生主要动力：用户的需求表现形式：A.人—机交互B.共享主机C.便于用户上机1.2.5分时系统(time-sharingsystem)2019/8/11山东农业大学计算机系38分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。1.2.5分时系统(time-sharingsystem)2019/8/11山东农业大学计算机系392.分时系统实现中的关键问题(1)及时接收(2)及时处理1.2.5分时系统(time-sharingsystem)响应时间RT(responsetime):从键盘命令进入(按下回车键为准)到开始在终端上显示应答的时间间隔.在分时系统中,响应时间≈时间片×用户数2019/8/11山东农业大学计算机系403.改变批处理系统的运行方式：作业直接进入内存系统采用时间片轮转方式处理服务请求1.2.5分时系统(time-sharingsystem)2019/8/11山东农业大学计算机系414.分时系统的特征：1)多路性：多个用户同时使用一台计算机,共享CPU和其他资源，充分利用系统资源。1.2.5分时系统(time-sharingsystem)宏观上：是多个人同时使用一个CPU微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU2019/8/11山东农业大学计算机系424.分时系统的特征2)独立性：用户感觉不到计算机为其他人服务，各用户独立操作，互不干扰。3)及时性：通过时间片技术和轮转调度算法保证及时响应。4)交互性：系统及时响应用户的请求，显著提高调试和修改程序的效率：缩短了周转时间。2019/8/11山东农业大学计算机系431.2.6实时系统(Real-TimeSystem)1.实