第4章-操作系统

我们毕业啦其实是答辩的标题地方TaiyuanUniversityofTechnology大学计算机基础计算机科学与技术学院计算机基础教学部27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部2计算机发展到今天，从个人计算机到巨型计算机，无一例外都配置有一种或多种操作系统，操作系统在计算机中占据了特别重要的地位，而其他诸如汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件，以及大量的应用软件，都将依赖于操作系统的支持，取得他的服务。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部34.1操作系统概述4.2操作系统对不同资源的分工管理4.3Windows操作系统本章总结第四章操作系统基础27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部44.1操作系统概述27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部54.1操作系统概述4.1.1操作系统的基本概念4.1.2操作系统的形成与发展4.1.3操作系统的基本类型4.1.4操作系统的组成与特征4.1.5典型操作系统简介27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部62．操作系统的定义4.1.1操作系统的基本概念1．操作系统是计算机硬件功能的扩展计算机系统拥有丰富的硬件资源和软件资源。没有任何软件支持的计算机称为裸机，安装了操作系统的计算机通常称为虚拟机。操作系统（OS，OperatingSystem）是管理和控制计算机硬件和软件资源，合理组织计算机工作流程并方便用户使用计算机的程序集合，是一种系统软件。操作系统的性能在很大程度上决定了整个计算机系统的性能。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部74.1.2操作系统的形成与发展1．操作系统发展的初级阶段图4.3程序纸带图4.2作业的手工过渡当时没有程序设计语言，更没有操作系统，程序员使用机器语言编程，用纸带或卡片输入机将程序和数据输入计算机。如图4.3所示为程序纸带。20世纪50年代中期以前，以电子管为主要元器件的第一代计算机，运算速度慢，计算机由主机、输入设备（如纸带输入机、卡片阅读机）、输出设备（如打印机）和控制台组成，如图4.2所示。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部84.1.2操作系统的形成与发展1．操作系统发展的初级阶段这工作方式的主要特点是，用户在上机时独占全部计算机资源，既是程序员，又是操作员，上机完全是手工操作，过程非常繁琐，要求用户熟悉计算机各部分细节，计算机资源利用率很低，工作效率也非常低，计算机使用不方便，且容易出错。如表所示为手工操作时间与机器有效运行时的关系，可见“人-机矛盾”的严重性。机器速度手工操作时间程序处理所需时间手工操作时间与机器有效运行时间之比1000次/秒5分钟1小时1:126万次/秒5分钟1分钟5:1为了解决“人-机矛盾”，必须摆脱手工操作，实现作业的自动过渡。人们编制了一个小的核心代码，它常驻主存，称为监督程序。这个监督程序就是操作系统的萌芽。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部9（1）早期批处理监督程序实现了作业的成批处理，I/O工作由CPU直接控制，这样的系统称为（早期）联机批处理系统。早期的联机批处理，同手工操作相比，计算机的使用效率提高了，但存在的问题是作业从输入机到磁带、由磁带调入主存、结果的输出打印都是由中央处理机直接控制。例如：一台120行/分的打印机，打印一行需500ms，CPU速度为几百万次/秒，CPU在500ms可执行近百万条指令，即CPU控制打印一行，相当于少执行近百万条指令，影响了CPU的效率。为了克服这一缺点，在批处理系统中引入了脱机I/O技术，从而形成了脱机批处理系统。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部10（2）脱机批处理脱机批处理系统由主机和卫星机组成，如图所示。主机负责计算，卫星机（功能较弱，价格较低）负责I/O工作。卫星机只与外设相连，不与主机直接连接，因而称为脱机批处理系统。（3）执行系统脱机批处理系统实现了作业的自动过渡，提高了系统的处理能力，但也存在着一些缺点。首先是磁带需要人工拆卸，极其不方便；其次是系统保护问题越来越突出。20世纪60年代初期，硬件技术的发展出现了通道和中断，这两项重大成果导致操作系统进入执行系统阶段。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部114.1.2操作系统的形成与发展1．操作系统发展的初级阶段2．操作系统的形成早期的单道批处理系统运行的特征是单道顺序地处理作业，即用户作业仍然是一道作业一道作业的顺序处理，在批处理系统使用过程中发现，CPU和I/O的并行还是有限度的，并不能完全消除中央处理机对外部传输的等待。是否能实现CPU的计算与外部传输的并行操作还依赖于程序的运行特征。（1）多道程序设计技术27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部12多道批处理系统的资源利用效率特征是基于各作业对系统资源的需求差异得到的。例如：有计算、检索和打印3个作业，单道运行时间分别为5分、15分和10分钟，它们可并行在15分钟内完成。各资源的利用效率如表所示。单道系统与多道系统的资源利用率对比CPU磁带打印机单道17%50%33%多道33%100%66%多道程序运行的特征有如下3点。①多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。②宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们都开始运行，但都未运行完毕。③微观上串行：从微观上看，主存中的多道程序轮流或分时的占有处理机，交替执行。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部13（2）分时技术随着主机速度的不断提高，使一台计算机同时为多个终端用户服务成为可能。操作系统采用了分时技术，使每个终端用户在自己的终端设备上以联机方式使用计算机，好像自己独占机器一样。所谓分时技术，是把处理器的时间划分成很短的时间片（Timeslice，通常是几十毫秒）轮流地分配给各个用户程序使用，如果某个用户程序在分配的时间片用完之前还未完成计算，该程序就暂停执行，等待下一轮继续计算，此时处理机让给另一个用户程序使用。这样，每个用户的要求都能得到快速响应，给每个用户的印象是独占一台计算机。采用分时技术的系统称为分时系统，分时系统的响应时间一般为秒级。在多道程序设计技术和分时技术的支持下，出现了批处理系统和分时系统，在这两类系统中配置的操作系统分别称为批量操作系统和分时操作系统，这两类操作系统的出现标志着操作系统的形成。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部144.1.2操作系统的形成与发展1．操作系统发展的初级阶段2．操作系统的形成3．操作系统的进一步发展从20世纪80年代以来，操作系统得到了进一步发展，出现了功能更强、使用更为方便的各种不同类型的操作系统。促使其进一步发展的原因，一是微电子技术、计算机技术、计算机体系结构的迅速发展；二是用户的需求不断提高。它们使操作系统沿着微内核、全方位等方向发展。现代操作系统是指当前正广泛使用和流行的操作系统，包括具有图形用户界面、功能强大的个人计算机操作系统；吞吐量大、处理能力强的现代批处理操作系统；交互能力强、响应快的分时操作系统；具有实时响应、可预测分析能力的实时操作系统；具有网络资源共享、远程通信能力的网络操作系统；具有单一系统映像、分布处理能力的分布式操作系统等。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部154.1.3操作系统的基本类型1．批处理操作系统2．分时操作系统3．实时操作系统4．个人操作系统5．网络操作系统6．分布式操作系统7．嵌入式操作系统批处理操作系统分为单道批处理操作系统和多道批处理操作系统。所谓单道批处理就是将一批作业依次调入内存，串行处理，所以设备利用率低，工作效率不高。多道批处理一次调入多个作业，允许多个程序同时存在于内存之中，由处理器以切换的方式为之服务，所以设备利用率和工作效率都得到提高。如图所示。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部164.1.3操作系统的基本类型1．批处理操作系统2．分时操作系统3．实时操作系统4．个人操作系统5．网络操作系统6．分布式操作系统7．嵌入式操作系统在多道批处理系统，用户无法干预自己程序的运行，缺乏参与感，于是分时系统应运而生。分时计算机系统，通常是一台主机连接若干台终端的计算机系统，允许多个用户在各自的终端上共同使用一台计算机，用户可在各自的终端上通过输入命令来控制计算机任务的执行，也可以从终端上了解计算机任务的执行情况。如图所示。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部174.1.3操作系统的基本类型1．批处理操作系统2．分时操作系统3．实时操作系统4．个人操作系统5．网络操作系统6．分布式操作系统7．嵌入式操作系统实时操作系统是一种能在限定时间内对输入（外部事件）做出响应并进行快速处理的计算机操作系统。根据对响应时间限定的严格程度，实时操作系统可以分为硬实时操作系统和软实时操作系统。硬实时操作系统要求响应和处理事件的速度十分快，响应时间一般为ms级，甚至在us级，而且工作极其安全可靠，主要用于工业生产的过程控制、航空航天系统的跟踪和控制、武器的制导等。软实时操作系统主要用于对时限要求不像硬实时系统那么高的信息查询和事务处理等领域，响应时间一般在s级，如情报资料检索、订票系统、银行财务管理系统等。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部184.1.3操作系统的基本类型1．批处理操作系统2．分时操作系统3．实时操作系统4．个人操作系统5．网络操作系统网络操作系统是为计算机组网而配置的操作系统，网络操作系统有：NetWare、Unix、Linux、WindowsNTServer等。6．分布式操作系统7．嵌入式操作系统随着计算机应用的日益广泛，许多人都能拥有自己的个人计算机，在个人计算机上配置的操作系统称为个人计算机操作系统。目前，在个人计算机有两种主流操作系统：一种是微软（Microsoft）公司提供的具有图形用户界面的视窗操作系统（Windows）；另一种是Unix系统和Linux系统。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部194.1.3操作系统的基本类型1．批处理操作系统2．分时操作系统3．实时操作系统4．个人操作系统5．网络操作系统6．分布式操作系统分布式操作系统是指通过网络将大量计算机连接在一起，以获取极高的运算能力、广泛的数据共享以及实现分散资源管理等功能为目的的一种操作系统。7．嵌入式操作系统嵌入式操作系统是指运行在嵌入式系统环境中，对整个嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一管理的操作系统。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部204.1.4操作系统的组成与特征1．操作系统的组成操作系统是以提高资源利用率，方便用户使用计算机为目的的一种系统软件。所以，将操作系统的功能分为处理器管理、内存器管理、设备管理、文件管理和用户接口等几个主要方面。2．操作系统的特征操作系统作为计算机系统资源的管理者，在管理大量资源时，面对各种数据、数据流、控制流时体现出了并发性、共享性、虚拟性及不确定性四个特征，这也是操作系统区别与其它软件的几个最基本的特征。27/6/2020太原理工大学.计算机科学与技术学院.计算机基础教学部214.1.5典型操作系统简介1．MS-DOS操作系统MS-DOS是Microsoft磁盘操作系统（MicrosoftDiskOperatingSystem）的简称，被广泛地应用于PC机及其兼容机上。MS-DOS是80年代初微软公司为IBM（国际商业机器）公司生产的IBMPC个人计算机开发的一个磁盘操作系统，开始时称为PC-DOS。后来，随