OS01 操作系统概论.ppt
合集下载
OS01-1绪论(补充内容)
7
硬件相关 应用无关
涉及物理地址、 设备接口寄存器、 设备接口缓冲区
代码量大,需硬 件知识
需随硬件的变化 而变化
提供所有应用 及用户共需的东 西
与应用无直接 关系
第一章 绪论
8
操作系统的定义
操作系统(operating system,简称 OS)是一个大型的程序系统,它负责计 算机的全部软、硬件资源的分配、调度 工作,控制并协调多个任务的活动,实 现信息的存取和保护。它提供用户接口, 使用户获得良好的工作环境。
OS的作用
用户与计算机硬件之间的接口 计算机系统资源的管理者
四类资源:处理器、存储器、I/O设备、信息
第一章 绪论
11
1.2 操作系统如何工作
1.2.1 OS的第1个工作:启动和结束程序 1.2.2 OS的第2个工作:用户程序对OS的调用 1.2.3 OS的第3个工作:为常用操作提供程序 1.2.4 OS的第4个工作:解决效率和安全问题
把现有的程序组合起来实现更复杂的功能
第一章 绪论
21
批方式的用途
自动批处理文件(放在根目录下或用户主目录下), 用来自动执行每次开机或登录时的例行工作(见 例1)
启动诸如中文环境这样的集成软件或一些参数复 杂的软件,简单方便,不必要求用户了解相应启 动步骤(装字库/启动程序/装输入法等)和参数 (见例2)
Windows的资源管理器 现代UNIX和LINUX提供上千条命令
第一章 绪论
52
1.2.4 OS工作4:解决效率和安全问题
操作系统采用了大量技术来提高机器效率和 人的效率,并确保安全问题
并发,多任务,多用户,分时 多道,虚存, 文件或设备的共享技术,链接,假脱机,等
这些技术将在以后各章中逐步学习
硬件相关 应用无关
涉及物理地址、 设备接口寄存器、 设备接口缓冲区
代码量大,需硬 件知识
需随硬件的变化 而变化
提供所有应用 及用户共需的东 西
与应用无直接 关系
第一章 绪论
8
操作系统的定义
操作系统(operating system,简称 OS)是一个大型的程序系统,它负责计 算机的全部软、硬件资源的分配、调度 工作,控制并协调多个任务的活动,实 现信息的存取和保护。它提供用户接口, 使用户获得良好的工作环境。
OS的作用
用户与计算机硬件之间的接口 计算机系统资源的管理者
四类资源:处理器、存储器、I/O设备、信息
第一章 绪论
11
1.2 操作系统如何工作
1.2.1 OS的第1个工作:启动和结束程序 1.2.2 OS的第2个工作:用户程序对OS的调用 1.2.3 OS的第3个工作:为常用操作提供程序 1.2.4 OS的第4个工作:解决效率和安全问题
把现有的程序组合起来实现更复杂的功能
第一章 绪论
21
批方式的用途
自动批处理文件(放在根目录下或用户主目录下), 用来自动执行每次开机或登录时的例行工作(见 例1)
启动诸如中文环境这样的集成软件或一些参数复 杂的软件,简单方便,不必要求用户了解相应启 动步骤(装字库/启动程序/装输入法等)和参数 (见例2)
Windows的资源管理器 现代UNIX和LINUX提供上千条命令
第一章 绪论
52
1.2.4 OS工作4:解决效率和安全问题
操作系统采用了大量技术来提高机器效率和 人的效率,并确保安全问题
并发,多任务,多用户,分时 多道,虚存, 文件或设备的共享技术,链接,假脱机,等
这些技术将在以后各章中逐步学习
操作系统教学课件os
实验二:内存管理实验
总结词
理解内存分区管理、分页管理、分段管理等内存管理技术。
详细描述
通过实验二,学生将深入了解内存管理的基本概念和原理,掌握内存分区管理、 分页管理和分段管理等内存管理技术的实现和应用,理解这些技术对提高内存 利用率和系统性能的作用。
实验三:文件系统实验
总结词
了解文件系统的基本概念、文件存储结构、文件访问控制等。
提供计算机网络管理和服务功能,支持多 机通信、资源共享和分布式处理等。
操作系统的历史与发展
早期操作系统
如FORTRAN Monitor System,主要用于批处理和科学计算。
UNIX与Linux的兴起
UNIX是现代操作系统的鼻祖,而Linux则是在其基础上发展起来的开 源操作系统。
Windows的普及
内存扩充
通过虚拟内存技术,将硬盘空 间作为内存使用,扩充物理内
存容量。
文件系统
文件概念
文件是存储在外部介质上的数 据的逻辑组织单位。
文件目录
通过文件目录来组织和管理文 件,方便用户查找和使用。
文件访问控制
设置访问控制机制,限制用户 对文件的访问权限。
文件存储管理
对文件的存储空间进行管理, 包括文件的存储、删除、恢复
就绪态、阻塞态等。
操作系统提供了进程创 建、终止、阻塞、唤醒
等控制功能。
进程同步与通信
进程间通过信号量、消 息队列等方式进行同步
与通信。
内存管理
01
02
03
04
内存分区
将内存划分为多个分区,每个 分区用于存储不同类型的数据
。
内存分配
根据进程需要为其分配内存空 间,包括静态分配和动态分配
操作系统课件-OS1
操作系统引论-3
用户与操作系统的接口
1.命令接口 (交互式命令接口) 1)联机命令接口
由一组键盘操作命令及命令解释程序所组成
(批处理用户接口) 2)脱机命令接口
用JCL写的作业说明书
2.程序接口
访问系统资源,取得系统服务的唯一途径 系统调用,高级语言的库函数
3.图形接口
GUI
Graphical User Interface
操作系统引论-4
操作系统的作用(2)
作为计算机系统资源的管理者
运算器 控制器 CPU
硬件
存储器
输 入 输 出 I/O 文件
软件
数据、信息
操作系统引论-5
操作系统的作用(3)
OS用作扩充机器(extended machine)
٭ ٭ ٭
4.开放性
系统能支持世界标准规范
操作系统引论-2
1.1.2
操作系统的作用(1)
作为用户与计算机硬件系统之间的接口 OS处于用户与计算机硬件系统之间,用户通过OS来使 用计算机系统
软件接口
用户 应用软件开发人员 应用软件 支撑软件
操作系统开发人员
系
统
操作系统
软
件
计算机硬件
图1-1 OS作为接口的示意图
Windows
UNIX 、Linux
多用户必定多任务,单任务必定单用户,但多 任务可能单用户也可能多用户,单用户可能多 任务也可能单任务。
操作系统引论-16
1.3 操作系统的基本特征
1. 并发(Concurrence)
并行(parallel) :指两个或多个事件在同一时刻发生。 并发:是两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 在单处理机系统中,并发是宏观上并行,微观上串行 进程(Process):系统中能独立运行并作为资源分配的基 本单位。引入线程后,独立运行的单位变为线程 (Threads)。
操作系统概论
(3) 当I/O操作完成(或出错)时,通道以中断方式中断 CPU正在执行的程序,请求CPU的处理
多道程序设计原理
第一章 操作系统概论
①
作 业 程 序A
③ I/O 请 求 ② 读 /写 数 据 ⑦
数据
主 存缓 冲 区
通
④
道
作 业 程 序B ⑥
⑤ I/O 结 束 中 断
图
1
.
4
多
道
磁带
程 序
运
行
概
念
图
计算采用多道程序设计方法时,处理器的利用率 为多少?
第一章 操作系统概论
多道程序设计的实现
为实现多道程序设计, 必须妥善解决以
(1) 存储保护和地址重定位。 (2) 处理机管理和调度。 (3) 资源的管理和分配。
第一章 操作系统概论
通道 1 通道 2 调度程序 程序 A 程序 B 程序 C
图 1.6 多道程序设计环境下各程序的 执行和状态的转换
第一章 操作系统概论
文件管理
(2)由于文件都存放在外存,要随时记住外存 上文件存储空间的使用情况,哪些已经分配, 哪些为待分配。
(3)制定文件存储空间的分配策略,实施具体 的分配和回收。
(4)确保存放在外存上文件的安全、保密和共 享。
(5)提供一系列文件使用命令,以便用户能对 文件进行存取、检索和更新等操作。
第一章 操作系统概论
共享(sharing)
多个进程共享有限的计算机系统资源。操作 系统要对系统资源进行合理分配和使用。 资源在一个时间段内交替被多个进程所用
互斥共享(如音频设备):资源分配后到释 放前,不能被其他进程所用。
同时访问(如可重入代码,磁盘文件) 资源分配难以达到最优化 问题:资源的分配、对数据同时存取的保护。
多道程序设计原理
第一章 操作系统概论
①
作 业 程 序A
③ I/O 请 求 ② 读 /写 数 据 ⑦
数据
主 存缓 冲 区
通
④
道
作 业 程 序B ⑥
⑤ I/O 结 束 中 断
图
1
.
4
多
道
磁带
程 序
运
行
概
念
图
计算采用多道程序设计方法时,处理器的利用率 为多少?
第一章 操作系统概论
多道程序设计的实现
为实现多道程序设计, 必须妥善解决以
(1) 存储保护和地址重定位。 (2) 处理机管理和调度。 (3) 资源的管理和分配。
第一章 操作系统概论
通道 1 通道 2 调度程序 程序 A 程序 B 程序 C
图 1.6 多道程序设计环境下各程序的 执行和状态的转换
第一章 操作系统概论
文件管理
(2)由于文件都存放在外存,要随时记住外存 上文件存储空间的使用情况,哪些已经分配, 哪些为待分配。
(3)制定文件存储空间的分配策略,实施具体 的分配和回收。
(4)确保存放在外存上文件的安全、保密和共 享。
(5)提供一系列文件使用命令,以便用户能对 文件进行存取、检索和更新等操作。
第一章 操作系统概论
共享(sharing)
多个进程共享有限的计算机系统资源。操作 系统要对系统资源进行合理分配和使用。 资源在一个时间段内交替被多个进程所用
互斥共享(如音频设备):资源分配后到释 放前,不能被其他进程所用。
同时访问(如可重入代码,磁盘文件) 资源分配难以达到最优化 问题:资源的分配、对数据同时存取的保护。
OS01-概述
信息工程大学电子技术学院401教研室
第一章 操作系统概述
作业与思考题
1.操作系统作用? 2.为什么说多道系统的产生标志着操作系统进入成熟阶段?
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.3 操作系统的发展过程
4.影响响应时间的主要因素 用户数目 时间片长度 对换速度 对换信息量
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.3 操作系统的发展过程
六、实时系统 实时控制系统 实时信息处理 特点: 同时性 独立性 交互性 及时性 高可靠性
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.4 操作系统的特征与功能
存储管理
2
1
处理机管理
3
功 能
4
设备管理 文件管理
5
用户接口
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.5 操作系统的结构设计
一、传统结构 1.无结构操作系统 2.模块化结构 模块内聚性 模块耦合性 3.有序分层结构
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.5 操作系统的结构设计
二、微内核结构 特征:1.客户机/服务器模式 2 .面向对象技术 3.微内核技术
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.2 操作系统的目标和作用
方 便
有
1
性
效 性
2
目 标
4
3
可 扩 充 性
开
放
性
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.2 操作系统的目标和作用
二、作用
应用程序 系统实用程序 OS 用户
裸机
硬件的扩充 资源管理 用户接口
信息工程大学电子技术学院401教研室
目标要求与考核方法
操作系统OS ppt_01
无操作系统的计算机系统 单道批处理系统 多道批处理系统 分时系统 实时系统
1、无操作系统的计算机系统
人工操作方式 缺点——人机速度矛盾 用户独占全机、CPU等待人工操作 联机输入输出(On-Line I/O)方式 脱机输入输出(Off-Line I/O)方式 关键设备:外围机、磁带 优点:减少CPU的空闲时间、提高I/O速度
计算机操作系统 Operating System
赵天昀 zhaotianyun@
教材 《计算机操作系统》汤小丹等编著 2007年版 西安电子科技大学出版社; 参考书目 1.《操作系统原理》屠祁等编著 第三版 清华大学出版社 2.《操作系统教程》 陆松年主编 2000年版 电子工业出版社 3.《操作系统教程》 孙钟秀主编 2003年版 高等教育出版社
�
如果用户有某种需求,既可直接利用计算机硬件的功能来实
现,也可利用操作系统的功能来实现,但是两者实现难度和复 杂度不同,易理解程度也不同。操作系统就是在逻辑上向用户 提供了一台更好用的计算机。
�
操作系统软件按照多数人的工作和生活需求以及应
用习惯来提供其功能和操作界面,隐蔽了对于多数人 来说不需要了解的在硬件层次上的细节。
4、分时系统
分时系统的产生原因——用户的需求
� � �
人机交互能力的需求 共享主机 方便用户上机
分时系统:是指一台主机上连接了多个终端,同 时允许多个用户通过自己的终端,以交互的方式使 用计算机,共享主机中的资源。 分时系统实现中的关键问题:
� �
及时接收-多路卡 及时处理-作业直接进内存、时间片轮转
分时系统的实现方法
� � �
交互式作业直接进入内存 以分配时间片方式实现 类型:
� �
1、无操作系统的计算机系统
人工操作方式 缺点——人机速度矛盾 用户独占全机、CPU等待人工操作 联机输入输出(On-Line I/O)方式 脱机输入输出(Off-Line I/O)方式 关键设备:外围机、磁带 优点:减少CPU的空闲时间、提高I/O速度
计算机操作系统 Operating System
赵天昀 zhaotianyun@
教材 《计算机操作系统》汤小丹等编著 2007年版 西安电子科技大学出版社; 参考书目 1.《操作系统原理》屠祁等编著 第三版 清华大学出版社 2.《操作系统教程》 陆松年主编 2000年版 电子工业出版社 3.《操作系统教程》 孙钟秀主编 2003年版 高等教育出版社
�
如果用户有某种需求,既可直接利用计算机硬件的功能来实
现,也可利用操作系统的功能来实现,但是两者实现难度和复 杂度不同,易理解程度也不同。操作系统就是在逻辑上向用户 提供了一台更好用的计算机。
�
操作系统软件按照多数人的工作和生活需求以及应
用习惯来提供其功能和操作界面,隐蔽了对于多数人 来说不需要了解的在硬件层次上的细节。
4、分时系统
分时系统的产生原因——用户的需求
� � �
人机交互能力的需求 共享主机 方便用户上机
分时系统:是指一台主机上连接了多个终端,同 时允许多个用户通过自己的终端,以交互的方式使 用计算机,共享主机中的资源。 分时系统实现中的关键问题:
� �
及时接收-多路卡 及时处理-作业直接进内存、时间片轮转
分时系统的实现方法
� � �
交互式作业直接进入内存 以分配时间片方式实现 类型:
� �
OS01-1绪论(补充内容)
13
程序第1种启动方式:鼠标方式启动
简单 形象 免记 交互性强 操作有时比命令 方式慢
整理ppt
14
程序第2种启动方式:命令方式
命令方式是通过键入程序名(及参数)来启动程 序。 例如:C:>format a:或 #mkfs /dev/fd1 命令方式在不同OS下的不同体现:
LINUX、UNIX、DOS下:命令提示符与命令行 WINDOW下: 开始 运行:命令行窗口
OS的作用
用户与计算机硬件之间的接口 计算机系统资源的管理者
四类资源:处理器、存储器、I/O设备、信息
整理ppt
11
1.2 操作系统如何工作
1.2.1 OS的第1个工作:启动和结束程序 1.2.2 OS的第2个工作:用户程序对OS的调用 1.2.3 OS的第3个工作:为常用操作提供程序 1.2.4 OS的第4个工作:解决效率和安全问题
整理ppt
5
你知道操作系统不能做什么?
不做天气预报 不做房屋设计 不是编译程序
总之,操作系统不直接解决最终具体应用 问题,也不负责编译源程序...
整理ppt
6
1.1.2 操作系统是什么
操作系统为你完成所有
“硬件相关、应用无关”的工作 以给你方便、效率、安全
应用软件
操作系统 裸机
整理ppt
用户程序
整理ppt
12
1.2.1 OS工作1:负责启动和结束程序
程序的六种启动方式(其中前4由OS负责提供)
1. 鼠标方式启动 2. 命令方式启动 3. 批方式启动 4. 程序中启动方式 5. 纯硬件启动方式 6. 自启方式(OS本身的启动方式)
程序的两种结束方式
1. 正常结束 2. 非正常结束
《操作系统概论》PPT课件
精选课件ppt
27
1.5 操作系统的主要研究课题
调度
进程描述 和控制
内存管理
并发控制
I/O 管 理
安全性
文件管理
网络与分布 计算
精选课件ppt
28
)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTl WoZr %u(x+B 2E6H9KcOfRi UmXp! s&v)z0C3F7Ia MdPgSk VnYq$t *x-A1D5G8JbNeQiTl Wo#r %u(y+B 3E6H9L cOfRjUmYp!s &w)z0C4F7JaMdPhSk VnZq$t *x-A2D5G8KbNeQiTl Xo#r %v(y+B 3E6I9L cOgRjUmYp!t &w)z1C4F7JaMePhSk WnZq$u*x+A2D5H8K bNfQi UlXo#s %v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp! t&w-z1C4G7JaMePhT kWnZr $u*x+A 2E5H8KcNfQi UlXp#s %v)y0B3F6Ia LdOgSjVmYq! t*w-z1D4G7JbMePhT kWoZr $u(x+A 2E5H9KcNfRi UlXp#s &v)y0C 3F6IaL dPgSjV nYq!t*wA1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRi UmXp! s&v)z0C3F7Ia LdPgSk VnYq$t *w-A1D5G8JbNeQhT lWo#r %u(y+ B2E6H9LcOfRjUmXp! s&w)z 0C4F7I aMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8K bNeQi TlWo#r %v(y+ B3E
操作系统完整版电子课件
通过设置安全策略,控制网络通信的进出,防止 未经授权的访问和攻击。
防火墙的实现方式
包括包过滤防火墙、代理服务器防火墙和有状态 检测防火墙等。
防火墙的应用场景
如企业网络安全防护、个人计算机安全防护和云 计算安全防护等。
谢谢观看
文件的逻辑结构
无结构文件
文件内部的数据就是一系列二进 制流或字符流组成。又称“流式 文件”。
按记录的长度分为
定长记录文件和变长记录文件两 种。
文件的物理结构
连续文件(数组结构)
文件的信息存放在一组相邻的物理块中。
串联文件(链表结构)
文件信息存放在若干不相邻的物理块中,相邻的物理块之间通过指 针连接,前一个物理块指向下一个物理块。
DMA(直接内存访问)I/O方式
主存与设备之间开辟直接的数据通路,由DMA控制器控制数据的传 输。
通道控制方式
使用专门的通道控制部件来管理和控制I/O操作,减轻CPU的负担。
中断处理与设备驱动程序
中断处理
当中断发生时,CPU暂停当前程序的执行,转去执行中断处理程序,处理完中断后再返回原程序继续 执行。
Spooling技术(假脱机技术)
将独占设备改造成共享设备的一种技术,多个作业可以同时使用该设备,提高设备的利 用率。
06
操作系统安全与保护
操作系统安全概述
操作系统安全性的定义
确保操作系统的保密性、完整性和可用性,防止未经授权的访问 和破坏。
操作系统面临的安全威胁
包括病毒、蠕虫、木马、恶意软件等,以及来自网络攻击和数据泄 露的风险。
操作系统的分类与特点
分类
根据运行环境的不同,可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和网 络操作系统等。
防火墙的实现方式
包括包过滤防火墙、代理服务器防火墙和有状态 检测防火墙等。
防火墙的应用场景
如企业网络安全防护、个人计算机安全防护和云 计算安全防护等。
谢谢观看
文件的逻辑结构
无结构文件
文件内部的数据就是一系列二进 制流或字符流组成。又称“流式 文件”。
按记录的长度分为
定长记录文件和变长记录文件两 种。
文件的物理结构
连续文件(数组结构)
文件的信息存放在一组相邻的物理块中。
串联文件(链表结构)
文件信息存放在若干不相邻的物理块中,相邻的物理块之间通过指 针连接,前一个物理块指向下一个物理块。
DMA(直接内存访问)I/O方式
主存与设备之间开辟直接的数据通路,由DMA控制器控制数据的传 输。
通道控制方式
使用专门的通道控制部件来管理和控制I/O操作,减轻CPU的负担。
中断处理与设备驱动程序
中断处理
当中断发生时,CPU暂停当前程序的执行,转去执行中断处理程序,处理完中断后再返回原程序继续 执行。
Spooling技术(假脱机技术)
将独占设备改造成共享设备的一种技术,多个作业可以同时使用该设备,提高设备的利 用率。
06
操作系统安全与保护
操作系统安全概述
操作系统安全性的定义
确保操作系统的保密性、完整性和可用性,防止未经授权的访问 和破坏。
操作系统面临的安全威胁
包括病毒、蠕虫、木马、恶意软件等,以及来自网络攻击和数据泄 露的风险。
操作系统的分类与特点
分类
根据运行环境的不同,可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和网 络操作系统等。
OS-01操作系统概述
分时系统
在分时系统中,多个用户可以通过终端同时访问系
统,由操作系统采用时间片轮转的办法,控制每个
用户以很短的时间 (例如0.2秒) 为单位交替执行。 由于计算机的速度很快,作业轮转的很快,用户感 觉就如独占计算机一样:从终端发出命令,系统响 应后立即返回结果。 时间片大小问题: T=n*t (T 为轮转周期,n为用户数,t为时间片)
第1章 绪论
• 计算机硬件的发展推动操作系统的发展,对于不断 发展的计算机硬件,操作系统必须能够进行有效的 管理和使用。
– – – – – – CPU 硬盘 内存 不同架构的主板 各种接口,各种类型的多媒体设备的使用 超导计算机、量子计算机、生物计算机、纳米计算机
第1章 绪论
• 操作系统的发展推动计算机硬件的发展,对于功能 不断强大和提供完善服务的操作系统,其对硬件的 要求也越来越高,对硬件的发展有反推动力。
责控制和管理计算机的硬件和软件资源,合理组织
计算机的工作流程,并作为用户/计算机的接口,使 用户尽可能方便地使用计算机。
第1章 操作系统概述
• 我们为什么要学习操作系统原理呢? • 《操作系统原理》课程使计算机专业学生迈上的一 个重要台阶 – 从对计算机的基本了解上升到对整体系统的软件 和硬件体系的了解 – 操作系统始终是计算机科学与工程的一个重要的 研究和发展的领域
考核方法
• 平时作业成绩10% • 实验成绩30% • 期末考试60% • 考勤:旷课—扣2分/次;迟到早退—扣1分/ 次 总评成绩=平时成绩+实验成绩+期末成绩 考勤扣分
《操作系统原理》
实验说明
• 实验环境
– Windows XP Professional 操作系统
– Windows vista 操作系统
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
低下。 其特点:手工操作、独占使用。
第14页
共61页
1.2.2 简单的批处理系统
20世纪50年代后期~60年代中期 有一个监控程序常驻内存。 操作员将多个作业按序成批地放在一个输入设
备上。
监控程序自动控制输入设备先送入磁带或磁鼓 等设备,再一次装入内存一道作业,并启动作 业运行,运行完毕,再装入下一道作业。
4. 现代操作系统,陈向群等译,机械工业出版社
5. 操作系统学习指导与习题解析,张丽芬等编
第2页
共61页
操作系统课程的特点: 理论性强:包含大量的抽象概念 涉及面广(硬件软件的体系结构、并发 程序,程序设计方法,软件工程,等)
课程学习形式 主讲,习题课,书面作业
考试形式:期末笔试
3
操作系统是做什么的?
终 端
终 端
终 端
终 端
主机
第26页
终 端
共61页
1.2.4 分时系统
分时:多用户分时使用CPU的时间。将CPU 的 单位时间(如1秒钟)划分成若干个时间片。
分时系统[又叫做交互式的多用户系统]
第27页
共61页
分时系统的特点
同时性:若干用户同时使用一台计算机。
独立性:每个用户占有一台终端,彼此独 立操作,互不干扰。
单向调用关系:上层的软 件必须以事先约定的方式 调用下层软件或硬件提供 的服务。称这种约定为接 口。
第7页
应用程序 实用程序 操作系统
硬件
共61页
操作系统:是紧挨着硬件的第一层软件, 为其他软件提供基础的运行环境。
实用程序:支持其他软件编制和维护的软 件。如编译程序、编辑程序、命令解释器
应用程序:特定应用领域专用的软件。由 用户或专门的软件公司编制,用于解决用 户的实际问题,如数据库管理软件、计算 机辅助设计、航空订票系统、银行管理系 统。
➢硬实时:系统的所有可能的延迟是一定的。
对于关键的任务必须在指定时间范围内完成。
如飞机导航系统。
➢软实时:即使任务没有在规定时间内完成,
也还是允许的。如媒体播放、虚拟现实等。
第31页
共61页
实时系统特点
(1)实时性。计算机对随机发生的外部事件 能够及时地响应和处理。
(2)可靠性。实时系统控制和处理的对象往 往是重要的经济和军事目标,而且又是现 场直接控制处理。可采用双工机制。
第34页
共61页
操作系统的功能
(1)处理机管理:进程管理。处理机如何调度的功能 和策略:FCFS、优先级、时间片轮转?
(2)存储器管理:主存管理。存储分配、存储保护、 主存扩充。
(3)设备管理:涉及对系统中各种输入、输出设备的 管理和控制。分配设备,控制设备传输数据。
(4)文件管理:将程序、数据、操作系统软件等组织 成文件,存放在磁盘或磁带上,方便用户的按名 存取。
[特点]:内存多道、宏观上并行(不同的 作业分别在CPU和外设上执行)、微观上串 行(在单CPU上交叉运行)。
第18页
共61页
引入多道程序设计技术的根本目的是提 高CPU的利用率,充分发挥系统设备的 并行性。这包括程序之间、CPU与设备 之间、设备与设备之间的并行操作。
第19页
共61页
衡量批处理系统的性能指标
(1)控制程序的执行 (2)控制硬件和软件工作 (3)易于使用 (4)提供基本的服务 (5)计算机系统的效率 (6)保证系统安全问题
4
本课程的基本目的
(1)介绍操作系统的基本概念、基本结构、实 现原理、设计方法和实现技术 (2)介绍操作系统的演变过程、发展的新技术 以及新思想 (3)介绍有代表性的、典型的操作系统实例 (4)培养学生分析问题、解决问题的 基本能力,培养创新型人才
第21页
JOB3 I/O型 80k Yes NO Yes 10分钟
共61页
简单批处理
作业1运行5分钟; 作业2等待5分钟运 行15分钟;作业3 等待20分钟运行30 分钟。
多道批处理
三个作业同时装 入主存,由于几乎 不同时使用同类资 源,在15分钟内将 全部完成。
5分钟 15分钟
10分钟
5分钟 15分钟 10分钟
第20页
共61页
[例] 设一个计算机系统有256K主存,一 个磁盘、一个终端和一台打印机。有三
个要运行的作业:JOB1、JOB2、JOB3。
作业编号 JOB1 JOB2
作业类型 计算型 I/O型
占用主存
50k 100k
需磁盘情况 NO
NO
需终端情况
NO
Yes
需打印机情况 NO
NO
运行所需时间 5分钟 15分钟
资源利用率:在给定时间内,系统中某一资 源(如CPU、存储器、外部设备等)实际使 用时间所占比率。
吞吐量(Throughput):单位时间内系统所 处理的信息量。它通常是以每小时或每天所 处理的作业个数来度量。
周转时间:从作业进入系统到作业退出系统 所用的时间。而平均周转时间是指系统运行 的几个作业周转时间的平均值。
(3)可确定性。是指系统按照固定的、预先 确定的时间执行指定的操作。其可确定性 取决于系统响应中断的速度和处理能力。
第32页
共61页
1.2.6 嵌入式系统
嵌入式计算机无处不在,像电视机、微波 炉、移动电话、汽车等等。
运行嵌入式实时操作系统。如:嵌入式 Linux、Windows CE。其操作系统只有满 足实际需要的有限功能,将时间花在监视 和管理硬件设备上。属于实时控制类。
系统提供一个作业控制语言,用户使用它将自 己的控制意图提供给系统。
第15页
共61页
1.2.3 多道成批处理系统
随着硬件通道、中断、输入/输出缓冲技 术等的出现,使得计算机在组织结构上发生 了重大变革。使原先以CPU为中心的体系结 构,转变为以主存为中心。
第16页
共61页
[通道]:独立于CPU,专门用来控制输入/输 出设备的I/O处理机,比CPU便宜。连接着 主存和外设。它可以控制多台外设完成与 主存之间的数据交换。
第8页
共61页
操作系统的定义
1) OS是由一系列程序模块组成的一个大程 序。对计算机的软、硬件资源进行统一的 管理和调度,合理地组织计算机的工作流 程,以提高资源的利用率。
2) 操作系统只包含操作系统内核。如 Windows系统的Ntoskrnl.exe。
3) 提供系统资源的共享:采用时分和空分的 方法实现。
I/O操作:涉及I/O设备的启动、驱动和中断 理
文件系统操作:向用户提供按名存取文件的 操作命令
通信:进程之间(共享内存/消息传递)
错误检测:能检测和处理错误
资源分配:多进程分享资源,并发执行
统计:统计用户对系统资源的使用情况
保护:控制对系统资源的有限访问
第37页
共61页
操作系统的特性
第35页
共61页
为了管理系统资源,操作系统必须掌握 系统资源的当前状态信息。这是通过设 置一些数据结构实现的:
进程----进程表 存储器----存储表 I/O设备----I/O设备表 文件----文件表
第36页
共61页
操作系统提供的服务
用户接口:用户通过OS来使用计算机
执行程序:控制程序装入内存和执行
[中断]:当I/O设备传输完成后,通过中断 机构向CPU报告完成情况。
[缓冲技术]:在内存设置缓冲区,来缓存用 户的输入和输出,改善I/O设备和CPU之间 速度不匹配的问题。
第17页
共61页
❖多道程序设计技术:是指在内存同时存 放若干道程序,使它们在系统中交叉运 行,共享系统中的各种资源。当一道程 序暂停执行时,CPU立即转去执行另一道 程序。
交互性:用户可通过终端与系统进行人机 对话。
及时性:用户的请求能在较短时间内得到 响应。通常以用户能够接受的等待时间来 确定(2~3s)。
第28页
共61页
批处理与分时系统的差别
批处理系统: 目标是提高系统资源的利用率。 适用于比较成熟的大型作业。 用户不能直接控制作业
分时系统: 对用户请求的快速响应。 适用于短小作业。 终端键入命令。
用户程序在用户态运行,仅能执行整个指 令集的一个子集,有关起停I/O和内存保护 的指令是被禁用的。
第11页
共61页
操作系统的设计目标
方便性:方便用户使用计算机。 有效性:使计算机系统能高效地运转,提
高系统资源的利用率。 还要便于操作系统的设计、实现和维护。
第12页
共61页
1.2 操作系统的形成与发展
1.2.1 顺序处理(手工操作阶段) 1.2.2 简单的批处理系统 1.2.3 多道成批处理系统 1.2.4 分时系统 1.2.5 实时系统 1.2.6 嵌入式系统
第13页
共61页
1.2.1 顺序处理
又叫手工操作阶段,处在 20世纪40年代~ 50年代中期
没有操作系统(硬件非常昂贵)。 程序员直接使用计算机硬件系统,效率
嵌入式系统软件要求固化存储。
第33页
共61页
1.3 功能、服务和特性
操作系统的三种基本类型:批处理系统; 分时系统;实时系统。
通用操作系统:一个系统兼有批处理、分 时和实时处理三者或其中两者的功能。 [如]分时和批处理相结合,将分时任务作 为前台任务,批量处理作业作为后台任务, 便是分时批量处理系统。
第9页
共61页
核心态/用户态
在计算机系统中存在两类性质不同的程序: 操作系统内核程序、用户自编程序以及系 统的实用和应用程序。
前者是后者的管理者和控制者,所以操作 系统内核应该享有某些特权。为此将CPU 的运行状态分为核心态(管态)和用户态 (目态)。
第10页
共61页
核心态/用户态
操作系统内核程序在核心态运行,可以使 用CPU的指令全集。
第14页
共61页
1.2.2 简单的批处理系统
20世纪50年代后期~60年代中期 有一个监控程序常驻内存。 操作员将多个作业按序成批地放在一个输入设
备上。
监控程序自动控制输入设备先送入磁带或磁鼓 等设备,再一次装入内存一道作业,并启动作 业运行,运行完毕,再装入下一道作业。
4. 现代操作系统,陈向群等译,机械工业出版社
5. 操作系统学习指导与习题解析,张丽芬等编
第2页
共61页
操作系统课程的特点: 理论性强:包含大量的抽象概念 涉及面广(硬件软件的体系结构、并发 程序,程序设计方法,软件工程,等)
课程学习形式 主讲,习题课,书面作业
考试形式:期末笔试
3
操作系统是做什么的?
终 端
终 端
终 端
终 端
主机
第26页
终 端
共61页
1.2.4 分时系统
分时:多用户分时使用CPU的时间。将CPU 的 单位时间(如1秒钟)划分成若干个时间片。
分时系统[又叫做交互式的多用户系统]
第27页
共61页
分时系统的特点
同时性:若干用户同时使用一台计算机。
独立性:每个用户占有一台终端,彼此独 立操作,互不干扰。
单向调用关系:上层的软 件必须以事先约定的方式 调用下层软件或硬件提供 的服务。称这种约定为接 口。
第7页
应用程序 实用程序 操作系统
硬件
共61页
操作系统:是紧挨着硬件的第一层软件, 为其他软件提供基础的运行环境。
实用程序:支持其他软件编制和维护的软 件。如编译程序、编辑程序、命令解释器
应用程序:特定应用领域专用的软件。由 用户或专门的软件公司编制,用于解决用 户的实际问题,如数据库管理软件、计算 机辅助设计、航空订票系统、银行管理系 统。
➢硬实时:系统的所有可能的延迟是一定的。
对于关键的任务必须在指定时间范围内完成。
如飞机导航系统。
➢软实时:即使任务没有在规定时间内完成,
也还是允许的。如媒体播放、虚拟现实等。
第31页
共61页
实时系统特点
(1)实时性。计算机对随机发生的外部事件 能够及时地响应和处理。
(2)可靠性。实时系统控制和处理的对象往 往是重要的经济和军事目标,而且又是现 场直接控制处理。可采用双工机制。
第34页
共61页
操作系统的功能
(1)处理机管理:进程管理。处理机如何调度的功能 和策略:FCFS、优先级、时间片轮转?
(2)存储器管理:主存管理。存储分配、存储保护、 主存扩充。
(3)设备管理:涉及对系统中各种输入、输出设备的 管理和控制。分配设备,控制设备传输数据。
(4)文件管理:将程序、数据、操作系统软件等组织 成文件,存放在磁盘或磁带上,方便用户的按名 存取。
[特点]:内存多道、宏观上并行(不同的 作业分别在CPU和外设上执行)、微观上串 行(在单CPU上交叉运行)。
第18页
共61页
引入多道程序设计技术的根本目的是提 高CPU的利用率,充分发挥系统设备的 并行性。这包括程序之间、CPU与设备 之间、设备与设备之间的并行操作。
第19页
共61页
衡量批处理系统的性能指标
(1)控制程序的执行 (2)控制硬件和软件工作 (3)易于使用 (4)提供基本的服务 (5)计算机系统的效率 (6)保证系统安全问题
4
本课程的基本目的
(1)介绍操作系统的基本概念、基本结构、实 现原理、设计方法和实现技术 (2)介绍操作系统的演变过程、发展的新技术 以及新思想 (3)介绍有代表性的、典型的操作系统实例 (4)培养学生分析问题、解决问题的 基本能力,培养创新型人才
第21页
JOB3 I/O型 80k Yes NO Yes 10分钟
共61页
简单批处理
作业1运行5分钟; 作业2等待5分钟运 行15分钟;作业3 等待20分钟运行30 分钟。
多道批处理
三个作业同时装 入主存,由于几乎 不同时使用同类资 源,在15分钟内将 全部完成。
5分钟 15分钟
10分钟
5分钟 15分钟 10分钟
第20页
共61页
[例] 设一个计算机系统有256K主存,一 个磁盘、一个终端和一台打印机。有三
个要运行的作业:JOB1、JOB2、JOB3。
作业编号 JOB1 JOB2
作业类型 计算型 I/O型
占用主存
50k 100k
需磁盘情况 NO
NO
需终端情况
NO
Yes
需打印机情况 NO
NO
运行所需时间 5分钟 15分钟
资源利用率:在给定时间内,系统中某一资 源(如CPU、存储器、外部设备等)实际使 用时间所占比率。
吞吐量(Throughput):单位时间内系统所 处理的信息量。它通常是以每小时或每天所 处理的作业个数来度量。
周转时间:从作业进入系统到作业退出系统 所用的时间。而平均周转时间是指系统运行 的几个作业周转时间的平均值。
(3)可确定性。是指系统按照固定的、预先 确定的时间执行指定的操作。其可确定性 取决于系统响应中断的速度和处理能力。
第32页
共61页
1.2.6 嵌入式系统
嵌入式计算机无处不在,像电视机、微波 炉、移动电话、汽车等等。
运行嵌入式实时操作系统。如:嵌入式 Linux、Windows CE。其操作系统只有满 足实际需要的有限功能,将时间花在监视 和管理硬件设备上。属于实时控制类。
系统提供一个作业控制语言,用户使用它将自 己的控制意图提供给系统。
第15页
共61页
1.2.3 多道成批处理系统
随着硬件通道、中断、输入/输出缓冲技 术等的出现,使得计算机在组织结构上发生 了重大变革。使原先以CPU为中心的体系结 构,转变为以主存为中心。
第16页
共61页
[通道]:独立于CPU,专门用来控制输入/输 出设备的I/O处理机,比CPU便宜。连接着 主存和外设。它可以控制多台外设完成与 主存之间的数据交换。
第8页
共61页
操作系统的定义
1) OS是由一系列程序模块组成的一个大程 序。对计算机的软、硬件资源进行统一的 管理和调度,合理地组织计算机的工作流 程,以提高资源的利用率。
2) 操作系统只包含操作系统内核。如 Windows系统的Ntoskrnl.exe。
3) 提供系统资源的共享:采用时分和空分的 方法实现。
I/O操作:涉及I/O设备的启动、驱动和中断 理
文件系统操作:向用户提供按名存取文件的 操作命令
通信:进程之间(共享内存/消息传递)
错误检测:能检测和处理错误
资源分配:多进程分享资源,并发执行
统计:统计用户对系统资源的使用情况
保护:控制对系统资源的有限访问
第37页
共61页
操作系统的特性
第35页
共61页
为了管理系统资源,操作系统必须掌握 系统资源的当前状态信息。这是通过设 置一些数据结构实现的:
进程----进程表 存储器----存储表 I/O设备----I/O设备表 文件----文件表
第36页
共61页
操作系统提供的服务
用户接口:用户通过OS来使用计算机
执行程序:控制程序装入内存和执行
[中断]:当I/O设备传输完成后,通过中断 机构向CPU报告完成情况。
[缓冲技术]:在内存设置缓冲区,来缓存用 户的输入和输出,改善I/O设备和CPU之间 速度不匹配的问题。
第17页
共61页
❖多道程序设计技术:是指在内存同时存 放若干道程序,使它们在系统中交叉运 行,共享系统中的各种资源。当一道程 序暂停执行时,CPU立即转去执行另一道 程序。
交互性:用户可通过终端与系统进行人机 对话。
及时性:用户的请求能在较短时间内得到 响应。通常以用户能够接受的等待时间来 确定(2~3s)。
第28页
共61页
批处理与分时系统的差别
批处理系统: 目标是提高系统资源的利用率。 适用于比较成熟的大型作业。 用户不能直接控制作业
分时系统: 对用户请求的快速响应。 适用于短小作业。 终端键入命令。
用户程序在用户态运行,仅能执行整个指 令集的一个子集,有关起停I/O和内存保护 的指令是被禁用的。
第11页
共61页
操作系统的设计目标
方便性:方便用户使用计算机。 有效性:使计算机系统能高效地运转,提
高系统资源的利用率。 还要便于操作系统的设计、实现和维护。
第12页
共61页
1.2 操作系统的形成与发展
1.2.1 顺序处理(手工操作阶段) 1.2.2 简单的批处理系统 1.2.3 多道成批处理系统 1.2.4 分时系统 1.2.5 实时系统 1.2.6 嵌入式系统
第13页
共61页
1.2.1 顺序处理
又叫手工操作阶段,处在 20世纪40年代~ 50年代中期
没有操作系统(硬件非常昂贵)。 程序员直接使用计算机硬件系统,效率
嵌入式系统软件要求固化存储。
第33页
共61页
1.3 功能、服务和特性
操作系统的三种基本类型:批处理系统; 分时系统;实时系统。
通用操作系统:一个系统兼有批处理、分 时和实时处理三者或其中两者的功能。 [如]分时和批处理相结合,将分时任务作 为前台任务,批量处理作业作为后台任务, 便是分时批量处理系统。
第9页
共61页
核心态/用户态
在计算机系统中存在两类性质不同的程序: 操作系统内核程序、用户自编程序以及系 统的实用和应用程序。
前者是后者的管理者和控制者,所以操作 系统内核应该享有某些特权。为此将CPU 的运行状态分为核心态(管态)和用户态 (目态)。
第10页
共61页
核心态/用户态
操作系统内核程序在核心态运行,可以使 用CPU的指令全集。