32操作系统引论

第一章操作系统引论黑龙江大学信息科学与技术学院康春颖计算机操作系统---operatingsystem第一章操作系统引论第1章操作系统引论•计算机软硬件结构硬件系统软件应用软件功能逐步扩充使用逐渐方便操作系统的定义：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第一章操作系统引论操作系统(operatingsystem，简称OS)是最重要的系统软件流行的操作系统：Windows操作系统：Window3.1发布后，逐步取代了DOS；Win95、win98、win2000；将win98与win2000二合一命名为WindowsXP（eXPerience）WindowsServer2003支持32/64位处理器、提供IIS6.0、.NET等。第一章操作系统引论UNIX操作系统：是通用的、交互型的分时操作系统。UNIX取得成功的主要原因是系统的开放性，公开源代码。主要特点：1、多用户多任务，用C编写，具有很好的易读性和易修改性和可移植性。2、结构分为核心部分和应用子系统，便于做成开放系统。3、提供文件保护功能。4、提供I/O缓冲技术。5、提供丰富的命令语言，如：shell语言。6、提供抢占式动态优先级CPU调度，有力地支持分时功能。7、请求分页式虚拟存储器管理，使主存利用率高。Solaris操作系统：sun微系统公司的unix变种，是一种可移植的os。主要追求3个目标：1、高性能、多线程2、建立分布式客户-服务器解决方案3、支持异构计算环境。FreeBSD操作系统：是应用在Intel平台的优秀UNIX操作系统。第一章操作系统引论自由软件和Linux操作系统自由软件是指遵循通用公共许可（GPL）规则，保证使用上自由，获得源程序的自由，可自行修改的自由，可以免费也可收费的软件。自由软件是“贡献型”的不是“索取型”的。自由软件之父RichardStallman在1984年组织了一个软件体系计划GNU，含义为GNUisnotUNIX。GNU写出一套同UNIX兼容同时又是自由软件的UNIX系统。Linux是由芬兰籍科学家LinusTorvalds在1991年编写的，当时他还是学生，在操作系统课上动手编写了内核原型，Linus本人按自由软件版权在英特网上发布，许多人对该系统进行了改进、完善。Linux是目前能唯一和UNIX和Windows抗衡的os。特点如下：1、多用户多任务32位通用os2、支持TCP/IP协议。3、支持UNIX开放工具，提供强大的管理功能和远程管理功能。4、支持图形界面。第一章操作系统引论•IBM操作系统：1、AIX操作系统：是超强设计的重负载高端64位UNIX操作系统。2、os/3903、os/4004、os/2是微软公司和IBM公司公司1987年合作开发的。其他操作系统：1、MacOS操作系统：是美国Apple公司推出的2、NetWare操作系统：是novell公司推出的3、Minix：教学操作系统，与unix兼容但内核是全新的，用C编写，具有多任务，能支持3个用户同时工作，支持TCP/IP，支持4G主存。第一章操作系统引论WindowsXP第一章操作系统引论RedHatLinux第一章操作系统引论Android•Android是基于Linux内核的操作系统，是Google公司在2007年11月5日公布的手机操作系统，早期由Google开发，后由开放手持设备联盟（OpenHandsetAlliance）开发。它采用了软件堆层（softwarestack，又名以软件叠层）的架构，主要分为三部分。底层Linux内核只提供基本功能；其他的应用软件则由各公司自行开发，部分程序以Java编写。•2010年末数据显示，仅正式推出两年的操作系统Android已经超越称霸十年的诺基亚（Nokia）SymbianOS系统，采用Android系统主要手机厂商包括宏达电子（HTC）、三星（SAMSUNG）、摩托罗拉（MOTOROLA）、LG、SonyEricsson等，使之跃居全球最受欢迎的智能手机平台，Android系统不但应用于智能手机，也在平板电脑市场急速扩张。第一章操作系统引论•微机操作系统（PCOperatingSystem）–随着微型机的出现，将原有操作系统进行简化和压缩，形成适合个人使用的微机操作系统。其原理和实现方式与经典的操作系统没有太大区别。–设计微机操作系统主要考虑易用性。–微机操作系统的分类：•单用户单任务：MS-DOS•单用户多任务：Windows98•多用户多任务：Linux、Unix第一章操作系统引论1.1操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标通常在计算机硬件上配置的OS，其目标有以下几点：1.方便性2.有效性---提高系统资源利用率、提高系统吞吐量方便性和有效性是操作系统最重要的目标3.可扩充性4.开放性第一章操作系统引论1.1.2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含义：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。OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接口。第一章操作系统引论图1-1OS作为接口的示意图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第一章操作系统引论(1)命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语言)，用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算机系统。(2)系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵计算机。(3)图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序。第一章操作系统引论2.OS作为计算机系统资源的管理者在一个计算机系统中，通常都含有各种各样的硬件和软件资源。归纳起来可将资源分为四类：处理器、存储器、I/O设备、文件资源(数据和程序)。处理机管理---分配和控制处理机存储器管理----内存的分配与回收I/O设备管理----I/O设备的分配与操纵；文件管理----文件的存取、共享和保护。第一章操作系统引论3.OS用作扩充机器（os实现了对计算机资源的抽象）对于一台完全无软件的计算机系统称为裸机裸机+I/O管理软件+文件管理软件+窗口软件===功能强大虚拟机第一章操作系统引论1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.不断提高计算机资源利用率:单用户到多用户操作系统2.方便用户:图形界面3.器件的不断更新换代:16---32----64位4.计算机体系结构的不断发展:多处理机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统第一章操作系统引论1.2操作系统的发展过程•无操作系统的计算机系统1、人工操作方式卡片机或纸带机用户独占全机CPU等待人工操作第一章操作系统引论•1、把源程序和库函数用穿孔机人工穿在卡片上。•2、将输入的汇编程序装入主存，并把控制权移交给它•3、汇编程序读入源程序和库函数。•4、执行汇编程序，由于主存太小，所以产生的目标程序被输出到卡片上•5、执行装入程序，把目标程序读入机器，并调用库函数连接装配成可执行文件•6、执行可执行文件，从输入机上读取数据•7、产生计算结果，将其在卡片机上输出第一章操作系统引论•为了解决人机矛盾和cpu与I/O设备之间速度不匹配的矛盾，50年代末出现了脱机输入输出方式(off-lineI/O)•由于程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成，脱离了主机，故称脱机输入输出方式2.脱机输入输出方式(off-lineI/O)第一章操作系统引论2.脱机输入输出方式(off-lineI/O)输入设备cpu磁带机、磁盘机外围机输出设备提高了I/O速度，减少了CPU的等待时间第一章操作系统引论•1.2.2单道批处理系统-simplebatchsystem–单道批处理：在脱机输入输出方式基础上，用一个监督程序(ResidentMonitor,常驻监督程序)自动将磁带上的多个用户的作业依次装入主机运行。–监督程序又称管理程序，能够处理作业之间的自动切换，这样用户就可以向系统提交多个作业同时处理，这个控制程序称为监督程序。–监督程序实际上是操作系统的雏形用户要运行的程序第一章操作系统引论开机运行监督程序有需要运行的作业吗？装入作业，编译、链接、执行停机是否第一章操作系统引论2.意义：单道批处理系统是最早出现的一种OS，第一次使用了用来管理用户作业的监督程序。(1)自动性：多个作业依次运行，不需人工干预(2)(3)单道性：某一时刻内存中只有一个作业运行，资源利用率低第一章操作系统引论–单道批处理的缺点：资源利用率低用户程序监督程序I/O操作请求I/O操作启动I/O操作执行I/O操作I/O操作执行结束恢复用户程序用户程序继续执行CPU空闲启动用户程序用户程序开始执行t1t2t3t4t5t6第一章操作系统引论1.2.3多道批处理系统-MultiprogrammedBatchProcessingSystem1.多道程序设计的基本概念批处理的宗旨：提高系统资源的利用率和系统吞吐量。MultiprogrammedBatchProcessingSystem--中，作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。第一章操作系统引论–多道批处理系统的最主要特点：多个程序同时被调入内存，并在内存中依次执行。这种同时在内存中依次执行的多个程序叫做多道程序。负责装入并调度它们的程序叫做调度程序。I/O中断请求用户程序C调度程序用户程序B用户程序A第一章操作系统引论2.多道批处理系统的特征(1)多道性：多个程序同时在内存中并发执行(2)无序性：作业进入内存中的顺序与执行结束不一致(3)调度性：作业应由调度程序多次调度才能运行调度形式包括作业调度和进程调度作业调度：从外存中将若干个作业调入内存进程调度：从内存中的多个程序中调度某个进程执行第一章操作系统引论–作业调度和进程调度：用户程序F调度程序用户程序E用户程序D用户程序C用户程序B用户程序A外存内存作业调度进程调度进程调度进程调度第一章操作系统引论–多道批处理系统的优点：•CPU、内存以及I/O设备等资源的利用率高；•系统吞吐量（单位时间内完成的总工作量）大。–多道批处理系统的缺点：•平均周转时间（作业进入内存到运行结束时间）长；•没有交互能力：作业运行过程中，用户无法控制其运行和暂停。第一章操作系统引论–多道批处理系统中，由于多个程序并发执行，一个简单的调度程序不能完成整个系统的调度和管理任务。这些任务包括：•处理机管理：多个程序之间分配CPU•内存管理：多个程序同时使用内存•I/O设备管理：设备共享与分配•文件管理：文件的读写安全性•作业管理：不同类型作业的合理调度问题–包括以上功能的一系列程序，经过逐步完善和发展，构成了最初的操作系统。第一章操作系统引论1.2.4分时系统1.分时系统(Time-SharingSystem)人机交互和共享主机的需要，促进了分时系统的形成。所谓“分时”是指多个用户通过多个终端同时使用一台计算机。由操作系统将CPU的运行时间分成许多个时间片，所有时间片轮流运行多个程序。因此，分时系统具有联机(On-Line)、多用户(Multi-User)、交互式(Interactive)等特点。第一章操作系统引论…用户1用户2用户3用户4用户5用户n主机终端第一章操作系统引论–分时系统中程序的执行方式：程序ABC程序ABCD用户1用户2CPU运行时间一个时间片第一章操作系统引论分时系统的特点：•多路性：多个用户同时使用一台计算机；•独立性：用户之间互不干扰，就像各自独立使用一台计算机一样；•及时性：用户的各种请求（如输入数据）能够得到及时的响应；•交互性：用户通过各自的终端，与自己运行的程序进行交流。第一章操作系统引论1.2.6实时系统所谓“实时”，是表示“及时”，而实时系统(Real-TimeSystem)是指系统能及时(或即时)响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。1.应用需求(1