计算机科学导论第4章操作系统

2计算机科学导论本章要点：◆操作系统概念◆操作系统的发展历史◆操作系统的功能◆操作系统的分类◆操作系统的一些基本概念及组成◆操作系统的体系结构◆常用主流操作系统◆操作系统的新发展3计算机科学导论4.1操作系统概念1.操作系统概念“操作系统就是合理管理并控制计算机系统内各种软、硬件资源，并能够合理组织工作流程、方便用户使用的程序的集合”。例如：Windows,Unix,Linux等4计算机科学导论4.1操作系统概念2.操作系统在计算机系统中的地位物理设备操作系统编译程序／编辑程序／DBMS银行应用系统飞机票预定系统浏览器5计算机科学导论4.1操作系统概念3.操作系统的启动•(1)系统加电，处理器复位，查找含有启动指令的BIOS。•(2)BIOS执行加电自检。•(3)将自检结果与系统中配置信息相比较。•(4)如果自检成功，BIOS就会到外存中读取分区引导块进入内存，并执行引导块程序对操作系统核心进行引导，操作系统核心进入内存后即接管系统，继续系统的初始化等工作。•(5)操作系统根据系统配置信息，执行并启动一些系统程序，完成整个系统的启动。6计算机科学导论4.2操作系统的历史1.手工操作阶段2.批处理系统阶段3.多道程序系统阶段4.现代操作系统7计算机科学导论4.3操作系统的功能1.资源管理•处理机管理•存储管理•I/O设备管理•文件管理2.扩展的虚拟机•交互式接口：命令接口，GUI•程序级接口：系统调用8计算机科学导论4.4操作系统的分类1.批处理操作系统2.分时操作系统3.实时操作系统4.网络操作系统5.嵌入式操作系统9计算机科学导论4.5一些基本概念及组成1.一些基本概念•并发：并发通常指多个任务可以在同一个时间段内同时执行，即允许多个任务在宏观上并行，微观上仍然串行•操作系统内核(1)处理机的工作状态：用户态，核心态(2)操作系统内核：操作系统在核心态下运行的部分10计算机科学导论4.5一些基本概念及组成进程与线程(1)进程：正在执行中的程序。(2)线程：也称为轻量级进程，它是进程内更小的执行单位。•死锁：多个进程同时处于永久的相互等待的状态。•地址空间(1)物理空间：物理内存的连续的物理单元隔成物理地址，物理地址的集合即为物理空间。(2)逻辑空间：进程的逻辑地址的集合，这个地址的开始值通常为0，一直到某个最大值。11计算机科学导论4.5一些基本概念及组成•I/O设备(1)字符设备：以字符为单位发送或接收一个字符流。(2)块设备：信息存放在固定大小的块中，这些块有自己的地址。•文件(1)文件：可以长期保存在外存中的、被赋名了的、信息单元的集合(2)目录：目录是一些目录项的列表，每个目录项一般含有文件名，以及文件控制说明信息(或文件的索引节点号)。12计算机科学导论4.5一些基本概念及组成2.操作系统的基本组成操作系统存储管理进程管理设备管理文件系统用户接口13计算机科学导论4.5一些基本概念及组成•用户接口(1)命令接口：在终端提示符的命令行输入命令，并在提示符下返回命令的响应。(2)系统调用：信息存放在固定大小的块中，这些块有自己的地址。系统调用陷入用户空间核心空间14计算机科学导论4.5一些基本概念及组成•进程管理(1)进程的描述：用进程控制块(ProcessControlBlock：PCB)来描述一个进程。(2)进程的状态：三个最基本的状态：运行态、就绪态、阻塞态。运行态就绪态阻塞态15计算机科学导论4.5一些基本概念及组成(3)进程调度：不同的系统会采用不同的调度算法。(4)进程通信：包括进程的同步与互斥、管道通信、共享内存、消息队列、网络通信。16计算机科学导论4.5一些基本概念及组成存储管理(1)单一分区：整个内存除了操作系统外，另外的内存空间只分配给一个进程使用。(2)多分区：内存除操作系统之外的空间划分成多个分区。用户进程3用户进程操作系统操作系统用户进程1用户进程2……单一分区多分区17计算机科学导论4.5一些基本概念及组成(3)分页存储管理：将用户进程空间划分为一些大小相同的称之为“页”的单位，物理内存也划分为与“页”的大小相同的一些“块”。…………3210……进程空间物理空间18计算机科学导论4.5一些基本概念及组成(4)分段：进程的虚空间按照逻辑性来加以划分，可以分为程序段、数据段、堆栈段等，然后利用动态多分区存储管理的方式进行内存管理。(5)段页：分页与分段方式结合。进程划分成固定的段，在段内再分页，这样，最小的逻辑空间单位仍然是页；而对于物理空间的管理则就采用分页管理方式中的“块”管理即可。19计算机科学导论4.5一些基本概念及组成•I/O设备管理(1)中断：设备完成输入/输出后，如何通知系统、以便于进程的下一步执行呢？这就要借助于中断。…外设产生中断20计算机科学导论4.5一些基本概念及组成(2)I/O软件：I/O软件通常组织成如图4.12所示的层次结构。中断处理程序驱动程序设备无关软件层用户层I/O软件21计算机科学导论4.5一些基本概念及组成文件系统(1)文件命名：对文件的访问都是通过文件名进行。(2)文件属性：常见的文件属性有：文件创建者、创建时间、文件大小、最近一次修改时间、最近一次存取时间、口令、各种文件标志等等。(3)文件操作：创建、删除、打开、关闭、读、写、文件定位、重命名。(4)文件逻辑结构：无结构的字节序列、有结构的记录式文件。(5)文件的存取方式：顺序存取、随机存取。(6)文件的物理结构：连续文件、链接文件、索引文件。22计算机科学导论4.5一些基本概念及组成•文件目录管理(1)路径名：绝对路径名，它由经过根目录到文件所在的子目录的所有的目录名的组合再加上文件名本身构成，各个目录或文件间用“/”或“\”分隔。如/usr/jone/tail.c或\usr\jone\tail.c。相对路径，它常与工作目录一起使用。工作目录可以由用户指定，如果未指定，通常就指的就是当前目录。(2)目录的操作：创建、删除、打开、关闭、读、重命名、链接、取消链接。23计算机科学导论4.6操作系统体系结构•整体结构•分层结构•虚拟机结构•微内核结构24计算机科学导论4.7主流操作系统简介Windows操作系统(1)发展历史(2)特点：统一的窗口和操作风格、丰富的应用程序与应用开发工具、事件驱动程序的运行方式、多任务的图形化用户界面、支持网络及多媒体技术，提供丰富的应用程序接口、广泛的硬件支持。25计算机科学导论4.7主流操作系统简介UNIX操作系统(1)发展历史(2)特点：多用户、多任务、分时，友好的用户接口，可装卸的树型结构文件系统，设备文件化，较强的可移植性。26计算机科学导论4.7主流操作系统简介Linux操作系统(1)发展历史(2)特点：友好的用户接口，超强的可移植性，模块化设计的开源软件，强大的通信及网络功能，强大的健壮性。27计算机科学导论4.8操作系统的新发展•多媒体操作系统•分布式操作系统•嵌入式操作系统