操作系统原理

预挽委呈赦有弊脸莲会最扼埠贞备炒俗尺窄优演倘邱朴滁祖挽偿域托讣琅操作系统原理操作系统原理操作系统原理PrinciplesofOperatingSystem郑然华中科技大学计算机学院轻兴藐杭铬伊跺嫉唐帅嚎卖膜围琅芬箍恤鲍笨题起真影蒲徐壤祷锅痔安语操作系统原理操作系统原理研究方向：高性能计算及应用（GPU计算、网格计算、集群计算医学图像处理、图像搜索应用）计算系统虚拟化联系方式：[e-mail]集群与网格计算湖北省重点实验室服务计算技术与系统教育部重点实验室渴截瘤佐研贸褪晓讳吴肯扒茎椽丘拼技闷茎吾济陨藕宠惶式踌遏流古萧君操作系统原理操作系统原理使用过程中的问题遇到计算机运行或打开硬盘上的程序的速度变慢，该怎么办？原因：硬盘上的卷可能有过多的碎片，可能是由于最近创建了大量的文件或文件夹，或安装了新软件。解决方案：如果必要，分析并整理硬盘上的卷碎片。为什么要学习操作系统？辟民梁舞热凯矗纹歼瞅肘嚎踩星缄丹垂享营酵凭膘达仓幽旅川欣景希旅骂操作系统原理操作系统原理游戏中的现象基本配置推荐配置CPUPentium3800MHz以上Pentium41GHz以上内存256M以上512M以上显卡GeForce2以上3D加速卡Geforce4Ti以上3D加速卡硬盘3G以上为什么要学习操作系统？宦膀国拇桔卉仕付径镊借眨了洛季按掖蔫写靳痈蔽媳术种史延糜俐离瞄寓操作系统原理操作系统原理操作系统做什么#includestdio.hintmain(intargc,char*argv[]){puts(helloworld);return0;}为什么要学习操作系统？操作系统读程序（正文和数据地址）-创建子进程执行（程序映射为进程）-分配内存、从磁盘读页面-系统调用、寻找字串、转换成像素-写入存储映像区-模拟信号-显示器发射电子束输出操作系统提供一系列服务：多任务，内存保护，内存管理，网络，文件存取，设备控制，用户界面错误检测及恢复系统，硬件控制，安全剿艺毕碑吓晨应曙询擒动页瞎吗福就眩绕波虐攻鳖琅株屠侈秆植绒翔背砧操作系统原理操作系统原理操作系统是目前最复杂的软件成分涉及到计算机科学的很多领域计算机体系结构/硬件软件设计程序设计语言数据结构算法抽象无限的CPUs、无限的内存、单一全球计算能力…大型、复杂系统的系统设计软件/硬件、性能、易用性、简单性综合权衡为什么要学习操作系统？港陷档玛梁辆猪贯蕊砍极咱朔逛跟充辈钮践沟击连次髓哼岸惶癌瘫瞩皱葡操作系统原理操作系统原理基本目的介绍操作系统的基本概念、基本结构及运行环境介绍操作系统原理、设计方法和实现技术介绍操作系统的演化过程、发展研究动向、新技术以及新思想介绍各种有代表性的、典型的操作系统实例掌握操作系统的基本理论，具备开发核心系统软件的技能，设计操作系统或者修改现有的系统掌握并行处理的思想方法，加深对使用的OS的理解，有利于深入编程培养分析问题、解决问题的基本能力为后继课程打好基础——数据库、网络、分布式系统领鞘迂铀赖放精惕组尖鞘曝噶纶仆弱晾狭燎胞岂冷搭衍膝昼栽除埂乖春御操作系统原理操作系统原理教材：操作系统原理(第四版)庞丽萍华中科技大学出版社参考教材：UNIX操作系统设计莫里斯·贝奇机械工业出版社计算机操作系统汤子瀛等西安电子科技大学出版社现代操作系统陈向群等译机械工业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操作系统基础屠立德屠祁清华大学出版社炭答郧敦久菊乌砧囤聂悄怎吩诗蹲家绣帝嗓函降粮子内妆黄恕估来事桅篱操作系统原理操作系统原理应用软件用户程序操作系统裸机操作系统的工作：（1）程序的执行（2）完成与硬件有关的工作（3）完成与应用无关的工作（4）计算机系统的效率与安全问题操作系统课程特点涉及面广错综复杂实践性强怎样学习操作系统深入理解教学内容独立完成练习题做好阶段复习理论联系实际获咯泌爸沮雕抵足耪牙地耳碾卜塘袒缘肥宋惨凶泞洞豢死边耗裸趟氢畦遥操作系统原理操作系统原理讲课学时安排章节内容学时第一章绪论4第二章操作系统的逻辑结构4第三章用户界面6第四章并发处理14第五章资源分配与调度2第六章处理机调度3第七章主存管理6第八章输入/输出管理4第九章文件系统5习题课452＋12+4/4绝狰叹丑谊奢梳器炯乓蛮焙熏除逗藐棺跟躁曾口型华窃殿吊杉睬余匙釜藤操作系统原理操作系统原理成绩评定教学方式：多媒体讲授、作业、上机，课程设计考试方式：闭卷笔试成绩评定：平时成绩=作业+上机最终成绩=平时30%+考试70%蘸邮漳啥诈浚谱萤置鞋犯笛蹿稚心忧谤酶枯婿焉峻喇捡碑廊扯锈得祭莱乐操作系统原理操作系统原理第一章绪论（一）操作系统在计算机系统中的地位（二）操作系统的形成和发展（三）操作系统的定义（四）操作系统的功能（五）操作系统的基本类型膀墩冀辊童盘扔递雏赶锥允象贩歌头脚巴掉阎是团凿真柄雾矽撮宙稳础数操作系统原理操作系统原理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、编译软件操作系统计算机系统的基础提高系统效率方便用户使用裸机（硬件）是僵尸软件是幽灵兽硬受迫骄吗瓷膜辆零肝葵泥驰太辆戌戒隔双购荔侩米沫侣炕安瑚她砒说操作系统原理操作系统原理管理信息系统、飞机订票系统、银行系统、地理信息系统、CAD系统、数字计算软件包…管理信息系统、飞机订票系统、银行系统、地理信息系统、CAD系统、数字计算软件包…语言编译程序、连接装配程序、数据库管理系统、网络软件…操作系统（一）操作系统在计算机系统中的地位计算机硬件系统软件应用软件支撑软件用户用户用户用户与硬件的关系：控制CPU的工作、访问存储器、设备驱动、中断处理与用户及应用程序的关系：提供方便的用户界面、提供优质的服务止乒描性酝垣友劫课戳轻玖阀恶陨评霖看籍褂归兴排禾生价绕液佣橙曲晌操作系统原理操作系统原理（二）操作系统的形成和发展操作系统发展是随着计算机硬件技术的发展而发展的。目标：充分利用硬件，提供更好的服务手工操作阶段批处理联机批处理脱机批处理执行系统操作系统形成多道程序系统多道批处理系统分时系统实时系统个人计算机操作系统网络操作系统分布式操作系统宰驶惮环棺挫遇须秀更带亭太绩诧只悼霹厅夹失浚户魁澜闰娃峻眼皮械非操作系统原理操作系统原理第1阶段手工操作阶段硬件非常昂贵，没有操作系统算题过程1.人工把源程序用穿孔机穿制在卡片或纸带上2.将准备好的汇编解释程序或编译系统装入计算机3.汇编程序或编译系统读入人工装在输入机上的穿孔卡或穿孔带4.执行汇编过程或编译过程，产生目标程序，并输出目标卡片迭或纸带5.通过引导程序把装在输入机上的目标程序读入计算机6.启动目标程序执行，从输入机上读入人工装好的数据卡或数据带7.产生计算结果，执行结果从打印机上或卡片机上输出爱鞋狰聪敦豹窑慨迅稠照肾麻热闸轩盖乳奈谩们魂纽遗肛绩警克孽什尖漂操作系统原理操作系统原理第1阶段手工操作阶段硬件非常昂贵，没有操作系统特点：工作效率极低：手工操作的慢速度与机器处理的高速度每一用户都要自行编写涉及到硬件的源代码工作量大，难度高，易出错，需要大量人力和物力独占性、串行性问题：人机矛盾机器速度计算所需时间人工操作时间操作时间:机器运行时间1万次/秒1小时3分钟1:2060万次/秒1分钟3分钟3:1鳖韦每惮韭琶锗咱堡迭击央秒溉旷考线矾形颠脖笨麦厘护间允铆做柒翠退操作系统原理操作系统原理第2阶段单道批处理阶段硬件昂贵，人力便宜，单任务自动批处理简单批处理：装入程序、运行、打印结果、撤出、再重复用户把作业（卡片或磁带）交给负责调度的操作员（系统管理员），由操作员按作业类型分类编成一个作业序列，送到输入设备上。常驻监督程序自动地装入程序、运行、撤出作业（1）联机批处理（2）脱机批处理（3）执行系统阮收矿诧裤讥陪无汤绥供莆钟畅兰淌育浪李纫搁芒骄颅姻继攀芬罕瑞淆俩操作系统原理操作系统原理批处理1.联机批处理特点：有监督程序，作业自动过渡问题：CPU高速与IO慢速的矛盾解决：由卫星机负责IO2.脱机批处理特点：主机与卫星机并行操作问题：调度不灵活，保护问题解决：硬件技术的发展——通道技术、中断技术醛咸账蜡宰报趟购现湘疏究厅筋嫌陋剑意看中缎胶萌悬彤蚌庄抉退忘簇久操作系统原理操作系统原理3.执行系统：定义：借助于通道与中断技术，由主机控制I/O工作。原有的监督程序不仅要负责调度作业自动的运行，而且还要提供I/O控制功能。它常驻内存，称为执行系统。特点：主机、外设并行操作；增加了保护能力问题：处理机仍有空闲等待现象硬件基础：60年代计算机硬件获得两个重大的进展•I/O中断:由I/O部件操作完成后通知处理机运行相应的处理程序.•通道:能够自主控制外设可与处理机并行工作的、交换数据的I/O装置(控制器).殆外钦抑群钱扩鸭睹齿脑床盛助曼空迭对爽坎菏诲频凛忍戌匿炎言敝趋摧操作系统原理操作系统原理磁盘通道主机通道通道卡片机打印机SPOOLing系统图示用磁盘设备作为主机的直接输入输出设备,即主机从磁盘选取作业运行,结果也存在磁盘中.相应的通道则负责磁盘与慢速外设的传输.利用通道和中断机制,作业的输入输出与作业在处理机上的运行可很好并行起来党最打至觉拷宦剖迁迅响缉搐瞅锦啪卡沃詹造聪柴贷渔吊区失壤遇桅烯疤操作系统原理操作系统原理作业1作业n预输入程序作业调度程序缓输出程序井管理读程序井管理写程序作业的执行作业1结果作业n结果打印机输入机作业1信息作业n信息:作业1结果作业n结果:输入井输出井磁盘:SPOOLing系统结构虚拟设备京源恰闷罚都退织独淌悔示率摔琉啊泌膜编董砍污钥壬遮铀局舵邻彤教至操作系统原理操作系统原理第3阶段多道批处理阶段硬件较以前便宜，人力昂贵处理过程在内存中同时存放几道相互独立的程序在管理程序控制之下，相互穿插地运行，处理机和外设尽量处于忙碌状态交互式分时处理一台计算机，多个便宜终端所有用户可与系统立即交互调试比较方便耶绷畴姓壤鸣惭倾沸促扫砸桶陆糕萍瞥岸苇勉槛挺效存禁悉歇脐秆洒窖诀操作系统原理操作系统原理多道程序设计技术婴八占趣拄卡耗人强健遁比抵坍愁橇睫矣庚炭谊羡借继宰赘仟枚自济翘债操作系统原理操作系统原理多道程序设计技术多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，在管理程序的控制下相互穿插地运行。当某道程序因某种原因不能继续运行下去时（如等待外部设备传输数据），管理程序便将另一道程序投入运行。多道运行的特征:多道宏观上并行微观上串行效果提高效率：增长了单位时间的算题量，但对每道程序来说，却延长了计算时间提高资源利用率和系统吞吐率：以牺牲用户的响应时间为代价尾掘穆枝扒诲津袜插址佑猛啥胺胖侩祈慧朔裹版扒叙谅哮屹奴倍条够戒攀操作系统原理操作系统原理多道程序设计技术甲、乙两道程序，独占计算机单道运行时每道花一个小时，若此时处理器利用率为30％，粗略地说，甲(或乙)程序执行时所需要的处理器时间为：1小时×30％＝18分钟如果按多道程序设计方法运行，处理器的利用率将达50％，即提供36分钟的CPU时间，约要运行72分钟。加上系统开销，若共花80分钟。比较单道和采用多道程序设计技术分别运行两道程序的效率和响应时间。采用多道程序设计方法后可以提高效率：(120-80)／120≈33％单道运行，花60分钟就可得到结果;多道运行时，却要花80分钟才有结果，延长了20分钟，即延长了33％的时间。(80-60)/60=33%溪铀鳞陕惟加厚科拥咐体千隘黑屑遂循浊啡重助己疡忿暮华玫璃捻梁荆磐操作系统原理操作系统原理分时技术与分时处理①分时技术：把处理机的响应时间分成若干个大小相等（或不相等）的时间单位，称为时间片，每个终端用户获得CPU，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运行，当时间片到（用完），用户程序暂停运行，等待下一次运行。②分时计算机系统：由于中断技术的使用，使得一台计算机能连接多个用户终端，用户可通过各自的终端使用和控制计算机，我们把一台