现代操作系统PPT学习教案

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2) 设备分配
设备分配的基本任务是根据用户的I/O请求, 为其分配所需的设备,其中包括可能需要的相应的 控制器和通道。
需数据结构:系统设备表、设备控制表、控制器控制 表、通道控制表等
3) 设备处理
设备处理程序又称为设备驱动程序。其基本任 务通常是实现CPU和设备控制器之间的通信,由 CPU向设备控制器发出I/O指令,要求它完成指定 的I/O操作,并能接第收27由页/共设39备页 控制器发来的中断请 求,给予及时的响应和相应的处理。
作业提交之前用作业控制语言编制成作业说明书或作 业控制卡,与程序和数据一起提交给系统
引入多道程序后,批处理系统有以下 特征:
(1) 多道性
(2) 无序性
(3) 调度性:作业从提交到运行完成需要经过两次调度,
即作业调度和进程调度。第1作3页业/共3调9页度是指按照一定作业调度算 法,从后备作业队列中选择一个或几个作业调入内存。进程
分布式操 作系统
分布处理, 分布控制
多任务在多
处理单元中 并行执行
操作透明 ,而且物 理位置透 明
各站点资
源可供全 系统共享
容错能力强 ,可靠性高
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1.3 操作系统的特征与功能 1.3.1 操ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ系统的特征 1.并发(Concurrence)
并发与并行的区别 程序与进程
2.共享(Sharing)
扩充
● 请求调入功能。允许在仅装入一部分用户程序和数 据的情况下,启动该进程运行。在运行过程中,当 发现继续运行时所需的程序和数据尚未装入内存时, 可向OS发出请求,由OS将所需部分调入内存,以 便继续运行。
● 对换功能。若内存中已无足够的空间来装入需要调 入的部分时,系统应将内存中的一部分暂时不用的 程再序将和所数需据部调分至调磁入盘内第上存25页,。/共以39页便腾出内存空间,然后
回收修改资源分配状态表请求分配资源队列按原则进入请求释放资源队列年代第一代19461957第二代19581964第三代19651970第四代1971现在电子器件电子管晶体管集成电路大规模集成电路存储鼓磁带纸带光盘处理方式机器语言汇编语言监控程序高级语言实时处理操作系统实时分时处理网络操作系统应用领域科学计算科学计算数据处理过程控制科学计算系统设计科技工程领域各行各业运算速度5000几十万至百万次百万至几百万次几百万至千亿次典型机种eniacedvacibm705univacibm7094cdc6600ibm360pdp11nova120illiacvax11ibmpc12操作系统的发展一方面操作随着充分发挥计算机硬件性能的要求不断发使计算机体系结构不断改进121问题的提出速度问题人工操作速度和处理机计算速度严重不匹配作业差异3cpu与外部设备的充分利用123解决办法减少人工干预批处理技术作业执行序列监督或管理程序自动转换联机批处理方式改善速度匹配脱机批处理技术计算机卡片机123解决办法减少人工干预批处理技术作业执行序列监督或管理程序自动转换联机批处理方式改善速度匹配脱机批处理技术计算机卡片机实现多道程序系统系统结构
问题:如何共享资源、如何互斥和同 12
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CPU执行: 程序A
I/O请求
程序B
程序C 调度程序
I/O操作: I/O结束 A再调度 A完成
I/O请求
I/O结束
B再调度 B完成
I/O请求
T
图1-3 CPU与I/O并行图
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1.2.3 基本操作系统类型 1.批处理系统
用户不能直接干预作业的运行过程
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4) 设备独立性和虚拟设备
设备独立性是指应用程序使
用的逻辑设备名独立于具体的 物理设备,以使用户编制的程 序与实际使用的物理设备无关。
虚拟设备就是虚拟技术在设
备管理中的一种具体应用。
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以上是第4章将要讲述内容。
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4.文件管理的功能 文件管理是指对存储在磁盘
或磁带上的文件进行管理,以 方便用户使用,并保证文件的 安全性。
法为用户程序分配内存空间。 ● 内存回收功能:系统对用户不再需要的内存
根据释放请求进行回收。
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2) 内存保护
内存保护是指通过设置内存保护机制来确保 每道用户程序都在自己的内存空间中运行,不能 访问操作系统存放在系统区中的程序和数据,也 不允许访问非共享的其它用户程序内存区。
3) 地址变换
操作系统应该最大限度地发挥计算机系统资源 的使用效率,合理地组织工作流程,使得计算机 资源能为多用户共享。
第3页/共39页
4
定义:操作系统是为了方便用户和 提高计算机的利用率,对计算机 资源进行组织和管理的程序集合。
用户 ——广义的概念,包括一般用户和软件开发 人员等; 资源——包括处理器、存储器、输入/输出设备等 硬件资源和程序与数据等软件资源。
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1.1.2 操作系统在计算机系统中 的作用
1.对外职能——用户与计算机之间 的接口
必须为用户提供良好的界面,使用户能够感觉 计算机是可用而且易用的。
2.对内职能——组织和管理计算机 资源,充分发第挥5页/共资39页 源的效能, 提高利用率
6
1.1.3 研究操作系统的几种观点 1.用户观点
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8
请求分配资源队列 请求释放资源队列 按原则进入
Y
请求分配?
N
该资源可用?
N 插队 N
Y
资源够用? Y
分配
释放? Y
回收
N 出错处理
修改资源分配 状态表
图1-2 资第源7页分/共配39与页 释放过程
年代
电子 器件 存储

处理 方式
应用 领域
运算 速度
典型 机种
第一代 19461957 电子管
作业调度——作业具有使用CPU的权力 进程调度——真正获第得22页C/共P3U9页
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2.存储器管理的功能 1) 内存分配
内存分配的主要任务是为每道程序分配足够完整运行 的内存空间,而且要提高存储器的利用率。
内存分配的机制中应具有以下结构和功能: ● 内存分配数据结构:该结构用于记录内存空
间的使用情况,作为内存分配的依据。 ● 内存分配功能:系统按照一定的内存分配算
调度是指按照一定进程调度算法,从在内存的进程中选择一
个进程,将处理机分配给它,使之执行。
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批处理系统,特别是多道批处理系 统的主要优点是资源利用率高和 系统吞吐量大。
批处理系统的缺点主要体现在以下 两个方面:
(1) 平均周转时间长。作业的周转时 间是指从作业进入系统开始,直 到作业完成并退出系统为止所经 历的时间。在第批14页/处共39页理系统中,由 于作业需要排队来依次进行处理, 15
第15页/共39页
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3.实时系统
“实时”是指系统能够及时响应发生的外部事件(一般 为一些随机事件),并以足够快的速度完成对事件 的处理。
为了保证程序可靠运行,系统应提供安全措施,比如 多级容错、硬件冗余等,避免因发生错误或丢失信 息而造成重大经济损失甚至导致灾难性的后果。
实时系统相对于其它操作系统来说,其优点是系统的 及时响应以及系统的可靠性。
其利用率。 2. 用户角度 为用户提供使用计算机的环境和服务。
计算机四大类资源
C P U 内 存 外 设 信息文件
用处
户 接

理 机
口管
存 储 器 管 理
设 备 管 理
文 件 管 理
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1.处理机管理的功能
进程管理和作业管理
1) 进程控制
最重要内容! 第2章
2) 进程同步
3) 进程通信 4) 调度
文件管理具体包括:对文件 存储空间的管理,目录管理, 文件的读、写管理以及文件的 共享与保护等第2功9页/共能39页。
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1) 文件存储空间的管理
由文件系统对诸多文件在存储空间的占用情 况进行记录,以供分配和回收空间时参考。分配和 回收是以提高存储空间的利用率为目标的。
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1.2 操作系统的发展
一方面操作随着充分发挥计算机硬件性能的要求不断发展,另 一方面它也促进了计算机硬件种类的扩充,使计算机体系结构 不断改进,功能越来越强大.
1.2.1 问题的提出
1.速度问题 人工操作速度和处理机计算速度严重不匹配
2.作业差异
3.CPU与外部设备的充分利用
第9页/共39页
脱机批处理技术 11
3.实现多道程序系统
系统结构:以中央处理器为中心→主存为中心 中断技术和通道技术 通过软件技术使CPU和I/O设备并行工作——多道程序系

多道程序系统——是指允许多个相互 独立的程序同时存在于内存中,而 且处于同时运行的过程中。各道程 序轮流占用CPU,交替执行。
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操作系统 (Operating System)
硬件(物理设备)
计算机系统的组 成
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Delphi
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引入操作系统主要可完成以下两个方面的工作:
(1) 方便用户使用。 操作系统应该提供给用户一个良好的界面,用
户不必了解硬件和其它软件的细节,就可以方便 地使用计算机。 (2) 充分利用资源。
2.分时系统
分时——就是多个用户对系统资
源进行时间上的微分观享上,。每个用户作业
终端
终端
轮流运行一个时间片;
计算机
接 口
宏观上,多个用户同时
终端
工作,共享系统资源。
终端
分时系统作为多道程序系统的
终端
终端
一个典型代表,集中体现了多 道程序系统的一些技术特征,
分时系统示意图
成为当今的计算机操作系统主 流
以上是第3章将要讲述内容。 26
3.设备管理的功能
设备管理是指根据用户的I/O请求分配相应的 I/O设备,控制I/O操作过程,达到提高I/O速度和 设备利用率的目的。设备管理具体包括以下内容。
1) 缓冲管理
缓冲管理的基本任务是管理好各种类型的缓冲区, 以缓和CPU和I/O速度不匹配的矛盾,最终达到提 高CPU和I/O设备利用率,进而提高系统吞吐量的 目的。最常见的缓冲区机制有单缓冲机制,可实现 双向同时传送数据的双缓冲机制,以及可供多个设 备同时使用的公用缓第冲26池页/共机39页制。
两种类型:硬实时系统,软实时系统。
第16页/共39页
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1.2.4 新型操作系统 1.微机操作系统
MS-DOS、Windows、OS/2、UNIX、 Linux
单用户单任务、单用户多任务、多 用户多任务
2.多处理机操作第17页系/共39统页
从硬件结构上分:紧密耦合型和松
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3.网络操作系统
如同在单机上安装操作系统可以方便用户合理 组织与管理计算机资源一样,在网络系统之上覆盖 一层网络操作系统之后,用户可以方便地使用网络, 实现用户通信和资源共享,提高网络资源的利用率 和网络吞吐量。
延迟线、 磁芯、磁 鼓磁带、
纸带 机器语言 汇编语言
科学计算
5000至 3万次/秒
ENIAC EDVAC IBM705
第二代 19581964
晶体管
第三代 19651970
集成电路
第四代 1971-现在
大规模集成 电路
磁芯、磁鼓 磁带、磁盘
监控程序 高级语言
半导体存 储器
磁芯、磁 鼓
磁实带时、处磁理 操作盘系统
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11..22..33解解决决办办法 法 11批..减处减理少少技人术人工干工预干预
批作处业理执技行术序列、监督或管理程序、自动转换 作联业机执批行处序理列方、 式监督或管理程序、自动转换 联机批处理方式
卡片机
计算机
接 口
2.改善速度匹配

输入/出设备


脱机批处理技术

星 机
2.改善速度匹配第10页/共39页
科学计算 数据处理 过程控制
几十万至 百万次/秒
科学计算 系统设计
等 科技工程 百领万域至 几百万次/

UNIVAC IBM360

PDP 11
IBM7094 NOVA12
CDC6600
00
第8页/共39页
半导体存储 器
磁带、磁盘 光盘
实时/分时 处理网络操
作系统 各行各业
几百万至 千亿次/秒
ILLIAC-Ⅳ VAX 11 IBM PC
用户应用程序(源程序)经编译、链接而形
成的可装入程序,它所形成的逻辑单元编号(即
逻辑地址)与装入内存后具体的内存存储单元编
号(即物理地址)之间的对应变换,需借助于相
应的地址变换硬件机构实现,以保证程序在执行
过程中可以在正确的内存单元访问所需的指令或
数据。
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4) 内存扩充 大型文件系统 虚拟存储技术 逻辑
2.资源管理的观点
计算机资源按性质分四类:CPU、内存、处部设备、信息文件
对于操作系统来说,资源管理要做如下工作: (1) 对资源使用情况进行登记,这是资源管理的依据。 (2) 决定分配策略。 (3) 提供分配与回收算法。
3.进程观点
进程——分析计算机操作系统在处理过程中的基本对象,是系 统中的活动实体。
是指内存中多个并发执行的进程共同使用系统中 的资源。 资源共享的两种方式 并发与共享的关系
3.虚拟(Virtual) 第20页/共39页
4.异步性(Asynchronism) 21
1.3.2 操作系统的功能
从两个不同的角度(1.1.1)讨论操作系统的功能: 1. 资源管理 协调、管理计算机的软、硬件资源,提高
现代操作系统
会计学
1
第一章 引论
本章要点 操作系统的定义 操作系统的发展过程及基本操
作系统类型和新型操作系统 操作系统的功能和特征
第1页/共39页
2
1.1 操作系统的基本概念
1.1.1 操作系统的定义
用户1 用户2 用户3

用户n
Word Photoshop IE

应用软件与部分系统软件
从功能上讲,网络操作系统是包括网络管理、 通信、资源共享、系统安全和多种网络应用服务在 内的诸方面功能的一个系统软件。
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4.分布式操作系统
分布式处理系统是指由多个分散 的处理单元经互连网络的连接 而形成的,且可以实现分布处 理的系统。
操网系作络统动系操统作处态理地分分集单分布布中处性控元配理制任, 务自治并地运任计行能行性务算性并在机本上行协地调透操,明置运明作但物行性透需理实明指位分现布资式共一共器源源享般享上程性只服的管能务资序理。健控服靠制务壮性集器性弱中,于可
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