操作系统课件-第一章引论1

第一章引论1.1操作系统的概念计算机系统：计算机硬件计算机软件计算机硬件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备2002年8月25日，中科院计算所公布，我国自主研发的CPU芯片，经测试成功，相当于PⅢ水平编译程序操作系统解释程序系统软件语言处理系统汇编程序常用的例行程序库连接程序等计算机软件连接编译程序诊断排错程序应用软件：火车售票系统、超市管理系统硬件和软件的关系裸机：没有配置任何软件的计算机软件是在硬件基础之上对硬件的性能加以扩充和完善＋有定点运算功能的计算机浮点运算软件可以进行浮点运算虚拟机：一个裸机在每加上一层软件后，就变成了一个功能更强的机器，我们把这种“功能更强的机器”称之为“虚拟机”如果是多用户的操作系统，那么经过扩充后，一个实际的处理器就可以扩充成多个虚拟机，使得每一个用户都拥有一个处理机裸机操作系统编译程序汇编程序解释程序调试程序调试程序调试程序应用程序操作系统的层次模型操作系统：操作系统是计算机的第一个软件，管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源、合理地组织计算机工作流程，以便有效利用这个资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩充的工作环境，从而在计算机与用户之间起到接口作用。1.2操作系统的形成和发展计算机发展分为四个阶段：1946～50年代末：第一代，电子管时代50年代末～60年代中：第二代，晶体管时代60年代中～70年代中：第三代：集成电路时代70年代中期～至今：第四代：大规模、超大规模集成电路时代手工操作阶段（第一代电子计算机）计算速度慢（几千次每秒），没有操作系统甚至没有任何软件用户独占计算机，完全手工操作纸带（卡片）输入机计算机打印输出结果取走纸带1个程序计算机（一千次/秒）30分钟完成手工卸下3分钟计算机（一万次/秒）3分钟完成手工卸下3分钟于是出现了“早期的批处理”系统早起批处理系统（第二代计算机）把若干个作业合成一批，调入计算机执行，完成后再调入下一批作业早期的批处理：联机批处理脱机批处理2002年8月30日，我国联想集团退出“深腾”超级计算机，运算速度可达1.027万亿次，达到目前500名超级计算机排行榜中的第24位就在前一周，日本研制成功演算速度每秒85.1万亿次杜超级计算机，称为目前世界上最快的计算机。操作系统的特征并发：指两个或两个以上事件在同一时间间隔内发生。（与“并行”的区别）共享：指系统中硬件和软件资源可为多个用户同时使用（互斥共享、同时访问）虚拟：指物理上的一个实体变成逻辑上的多个对应物。异步性：指内存中的多个进程均按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。微机操作系统单用户单任务OS：只允许一个用户上机、且只允许用户程序作为一个任务运行。最具代表性的是CP/M和MS-DOS。单用户多任务OS：只允许一个用户上机、但允许将一个用户程序分为若干个任务，使它们并发执行。最具代表性的是OS/2和MS-WINDOWS。多用户多任务OS：允许多个用户通过各自的终端使用同一台主机，共享主机的各类资源，同时用户程序又可进一步分成几个任务，使它们并发执行。最具代表性的是UNIXOS。1.4操作系统功能1.4.1处理机管理1.4.2存储管理1.4.3设备管理1.4.4文件管理1.4.5用户接口处理机管理主要任务：是对处理机进行分配，并对其运行进行有效控制和管理。在多道程序环境下，处理机的分配和运行都是以进程为基本单位。进程控制：多道程序环境下，要使作业运行，必须先为它创建一个或几个进程，并给它分配必要的资源。进程结束的时候要立即撤消这个进程，以便收回该进程所占用的各类资源，进程控制的主要任务就是为作业创建进程，撤销已结束的进程以及控制进程在运行中的状态转换进程同步。进程是以异步方式进行的，运行的速度不定。进程同步的主要任务是对诸进程的运行进行协调。进程互斥方式进程同步方式进程通信：多道程序环境下，可由系统为应用程序建立多个进程。这些进程相互合作共同完成同一任务，在这些相互合作的进程之间需要交换信息。例如：三个相互合作的进程：输入进程、计算进程、打印进程。调度：从进程的就绪队列中，按照一定的算法选出一进程，把处理机分配给它。主要任务是为多道程序的运行提供良好的环境，提高存储器的利用率内存分配：为每道程序分配内存空间，减少不可用的内存空间。内存保护：确保每道用户程序都在自己的内存空间中运行，互不干扰。（设置两个界限寄存器。存放正在之行程序的上界和下界。）地址映射：在多道环境下，地址空间中的逻辑地址和内存空间中的物理地址是不可能一致的。地址映射实现它们之间的转换。内存扩充：借助于虚拟存储技术，从逻辑上去扩充内存容量。若内存中已没有足够的空间来装入调入程序的时候，系统能将内存中的一部分暂时不用的程序和数据调道磁盘上，腾出更多的内存空间。存储管理设备管理主要任务：完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设备，提高CPU和I/O设备的利用率。缓冲管理：管理好各类型的缓冲区，以缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾设备分配：根据用户的I/O请求，为之分配其所需的设备。设备处理：基本任务是实现CPU和设备之间的通信。虚拟设备：把每次只允许一个进程使用的物理设备变换为多个对应的逻辑设备，提高了设备的利用率，使每个用户感觉自己在独占该设备。文件管理主要任务：是对用户文件和系统文件进行管理，方便用户的使用。文件存储空间的管理：为每个文件分配必要的外存空间，提高外存的利用率。（一般以盘块为基本分配单位，通常512字节～4K字节）目录管理：系统为每个文件建立一个目录项，目录项包含文件名、文件属性、文件在磁盘上的物理位置。用户只需要提供文件名，对文件进行存取。文件的读、写管理：进行读写文件时，系统根据用户给出的文件名去减缩文件目录，从中获得文件在外存中的位置，然后利用文件读写指针，对文件进行读写，一旦读写完成便修改读写指针，为下一次读写做准备。文件的存取控制：防止未经核准的用户存取文件防止冒名顶替存取文件防止以不正确的方式使用文件用户接口命令接口联机命令接口：是为联机用户提供的，由一组键盘命令和命令解释程序组成。脱机命令接口：为批处理作业的用户提供的，由一组作业控制语言JCL(jobcontrollanguage)组成。程序接口是为用户程序在运行过程中访问系统资源而设定的，也是用户取得操作系统服务的唯一途径，由一组系统调用组成。图形接口采用了图形化的操作界面，用图标将系统的各项功能，，文件直观逼真的表示出来，通过鼠标、菜单和对话框图来完成相应的操作计算机的硬件简介计算机基本的硬件元素处理器、存储器、输入输出控制、总线、外部设备处理器单个处理器，称之为单机系统多个处理器，称之为多机系统特权指令：只能由操作系统使用的指令，如果允许用户随便是用，有可能使系统系统陷入混乱非特权指令：用户只能使用非特权指令处理器状态多数系统将处理器状态简单的划分为管态：（管理态）操作系统管理程序运行的状态目态：（问题态）用户程序运行的状态与操作系统有关的几种寄存器用户可编程存器控制与状态寄存器：被用来对处理机的优先级、保护模式或用户程序执行时的调用关系等进行控制和操作典型的用户可编程寄存器包括以下几种数据寄存器地址寄存器条件码寄存器程序计数器PC指令寄存器程序状态字PSW中断现场保护寄存器过程调用堆栈存储器内存外存：光盘、磁盘、硬盘高速缓存（cache）输入输出控制器与缓冲主要用来控制和暂时存储外部设备与计算机内存之间交换的数据和程序。外部设备是获取和输出数据程序的基本单位，包括数字设备和模拟设备。总线总线是连接计算机各部件的通信线路单总线：处理机、外设、存储器都连接在一起多总线：CPU与内存分开连接分开连接外设与外存也分开连接P16页指令的执行与中断算法的描述本书中的描述算法的一些关键词介绍如下：P18巡回置换算法P18研究操作系统的几种观点BeginEndRepeat操作Until条件While条件do操作odIf条件Then操作Else操作fi作业习题1.5下面8个系统中，必须是实时操作系统的有——1计算机辅助设计系统；2航空定票系统；3过程控制系统；4机器翻译系统；5办公自动化系统；6计算机激光照排系统；7情报检索系统；8导弹的制导系统OS/2操作系统是由__⑴__开发的，它属于__⑵__类操作系统；UNIX操作系统是由__⑶__推出的，它属于__⑷__类操作系统。⑴、⑶：A.IBM公司B.Microsoft公司C.Microsoft和IBM联合D.Bell实验室⑵、⑷：A.单用户单任务B.单用户多任务C.多处理机D.多用户多任务在操作系统中实现虚拟的关键技术是什么？并加以说明