《操作系统》全册配套完整教学课件2.pptx
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- 操作系统 配套 完整 教学 课件
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1、操作系统全册配套完整操作系统全册配套完整教学课件教学课件2Applied Operating System Concepts操操 作作 系系 统统 原原 理理Operating System PrincipleApplied Operating System Concepts参考教材&1.Applied Operating System Concept Abrahan Silberschatz,etc 2.计算机操作系统计算机操作系统 汤子瀛等汤子瀛等 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社3.操作系统教程操作系统教程 陆丽娜陆丽娜 齐勇等齐勇等 西安交通大学大学出版社西安交通大学大学出
2、版社4.Modern Operating System Andrew S.Tanenbaum5.现代操作系统现代操作系统 陈向群等译陈向群等译 机械工业出版社机械工业出版社6.计算机操作系统教程计算机操作系统教程 张尧学张尧学 史美林史美林 清华大学出版社清华大学出版社Applied Operating System ConceptsApplied Operating System Concepts(AOSC)介绍介绍 作者:作者:Abrraham Silberschatz Peter Galvin Greg Gagne2000年第一版年第一版Applied Operating System
3、ConceptsOne of the following three books would be sufficient to prepare forthe Operating Systems component of the exam.Applied Operating System Concepts A. Silberschatz, P. Galvin, and G. Gagne. John Wiley & Sons, Inc., 2000.Modern operating systems Tanenbaum 1 What is an Operating System? 2 Process
4、es 3-3.6 Memory Management 4 Files Systems 5-5.2 Input/Output 6 Deadlock 7 Case Study: UNIX (This is an alternative.)Operating Systems, Design and Implementation Tanenbaum (This is an alternative.)耶鲁大学的耶鲁大学的 OSOS考试参考书考试参考书Applied Operating System Conceptsn 为什么要有操作系统为什么要有操作系统 计算机硬件(裸机)难于使用计算机硬件(裸机)难于
5、使用。What is an Operating System?Applied Operating System Conceptsn预测计算机的计算速度和存储密度的“摩尔定律”在2016年前仍然有效。n普适计算是21世纪的计算模式。 微电子与计算技术的创新与成长继续按指数率发展微电子与计算技术的创新与成长继续按指数率发展Applied Operating System Concepts微电子与计算技术的创新与成长继续按指数率发展微电子与计算技术的创新与成长继续按指数率发展Applied Operating System Concepts计算在哪里起作用?计算在哪里起作用?年年进行复杂计算进行复杂
6、计算数据存储数据存储 交互式生产交互式生产Applied Operating System Concepts大型主机时代很多人共享一台计算机Internet 广泛的分布计算时代过渡 普适计算时代每人拥有很多计算机PC 时代一人一台计算机Internet Internet 和和 Web Web 不仅仅是到下一代计算的过渡,更是计算和不仅仅是到下一代计算的过渡,更是计算和服务使用方式的彻底转变。服务使用方式的彻底转变。计算模式的发展趋势计算模式的发展趋势Applied Operating System Concepts普适计算:任何时间、任何地点、 任何设备、任何数据n在普适计算时代,任何一个在信
7、息高速公路上行进的人都可以通过无线连接装置在计算机(多媒体设备)上定位,让计算机准确给予你帮助信息。同时可让人们在任何时间、任何地点、以任意方式利用身边所有可获取的信息。 普适计算普适计算1.12虚拟网络时代:虚拟网络时代:每个人排队等候同一台计算机的处理每个人排队等候同一台计算机的处理普适计算时代:普适计算时代:计算机程序已嵌入各个设备,主动为每个人服务计算机程序已嵌入各个设备,主动为每个人服务普适计算普适计算Applied Operating System Concepts新的计算模式的新应用新的计算模式的新应用Applied Operating System Concepts操作系统原理
8、、实现技术操作系统原理、实现技术虚拟计算机:虚拟计算机:用户使用计算机的工作平台 。现代操作系统现代操作系统What is an Operating System?Applied Operating System Concepts1: Introduction 引论nWhat is an operating system? 什么是操作系统?什么是操作系统?nSimple Batch Systems 简单批处理系统简单批处理系统nMultiprogramming Batched Systems 多道程序批处理系统多道程序批处理系统nTime-Sharing Systems 分时系统分时系统nPe
9、rsonal-Computer Systems 个人计算机系统个人计算机系统nReal -Time Systems 实时系统实时系统nEmbedded SystemS 嵌入式系统嵌入式系统nParallel Systems 并行系统并行系统nDistributed Systems 分布式系统分布式系统Applied Operating System Concepts 操作系统的作用操作系统的作用 (1) 计算机硬件、软件资源的管理者计算机硬件、软件资源的管理者(2) 用户使用计算机硬件、软件的接口用户使用计算机硬件、软件的接口(3) 扩展机扩展机(extended machine)/虚拟机虚拟
10、机(virtual machine)What is an Operating System?什么是操作系统?什么是操作系统?Applied Operating System ConceptsWhat is an Operating System?什么是操作系统?nA program that acts as an intermediary between a user of a computer and the computer hardware. 在计算机用户和计算机硬件之间起媒介作用的一种程序。在计算机用户和计算机硬件之间起媒介作用的一种程序。nOperating system goals
11、: 操作系统目标操作系统目标nExecute user programs and make solving user problems easier. 执行用户程序并使用户问题更易解决。执行用户程序并使用户问题更易解决。nMake the computer system convenient to use. 使计算机系统更易使用。使计算机系统更易使用。nUse the computer hardware in an efficient manner. 以一种效率的方式使用硬件。以一种效率的方式使用硬件。Applied Operating System ConceptsComputer Syst
12、em Components计算机系统部件1. Hardware硬件硬件 provides basic computing resources (CPU, memory, I/O devices).提供基本的运算资源提供基本的运算资源2. Operating system操作系统操作系统 controls and coordinates the use of the hardware among the various application programs for the various users.在各种应用在各种应用程序和用户之间控制与协调对硬件的使用程序和用户之间控制与协调对硬件的使用
13、3. Applications programs 应用程序应用程序 define the ways in which the system resources are used to solve the computing problems of the users (compilers, database systems, video games, business programs).定义解决用定义解决用户问题的资源使用方式(编译、数据库、视频游戏、事务程序户问题的资源使用方式(编译、数据库、视频游戏、事务程序等)等)4. Users (people, machines, other co
14、mputers)用户(人、用户(人、机、其他计算机)机、其他计算机). Applied Operating System ConceptsAbstract View of System Components系统部件的抽象观点Applied Operating System ConceptsOperating System Definitions操作系统定义nResource allocator资源分配者资源分配者 manages and allocates resources.管理和分配资源管理和分配资源nControl program控制程序控制程序 controls the executi
15、on of user programs and operations of I/O devices .控控制用户程序的运行和制用户程序的运行和I/O设备的操作设备的操作nKernel 内核内核 the one program running at all times (all else being application programs).在全时运行的在全时运行的一个程序(其他的是应用)一个程序(其他的是应用)Applied Operating System Concepts发展动力:发展动力:“需求推动发展需求推动发展” (1) 设备角度:资源利用率和系统性能设备角度:资源利用率和系统性能
16、 (2) 用户角度:方便用户用户角度:方便用户 (3) 技术角度:物理器件发展技术角度:物理器件发展操作系统的发展过程需求推动发展n提高资源的利用率和系统性能:从集中到分布、从专用到泛在等n方便用户:用户上机、调试程序,分散计算时的事务处理和非专业用户(商业和办公、家庭)n器件的发展:CPU的位宽度(指令和数据)、快速外存、光器件等n计算机体系结构的不断发展:单处理机、多处理机、多核、计算机网络OS的发展和计算机硬件技术、体系结构相关n第一代 (1946年-1955年): 真空管时代,无操作系统 n第二代 (1955年-1965年): 晶体管时代,批处理系统 n第三代 (1965年-1980年
17、): 集成电路时代,多道程序设计 n第四代 (1980年 - 至今): 大规模和超大规模集成电路时代,分时系统。n现代计算机正向着巨型、微型、并行、分布、网络化和智能化几个方面发展。Applied Operating System Concepts手工操作手工操作 1946 50年代(电子管) 集中计算(计算中心) 计算机资源昂贵 用户独占全机 操作系统的发展过程Applied Operating System Concepts1.没有程序设计语言(甚至没有汇编),更谈不上操作系统。2.程序员提前预约一段时间,然后到机房将他的插件板插到计算机里。3.期盼着在接下来的时间中几万个真空管不会烧断,
18、从而可以计算自己的题目。ENIAC计算机运算速度:运算速度:10001000次次/ /每秒每秒, , 数万个真空管数万个真空管, , 占地占地100100平方米。平方米。n工作方式:人工操作方式,用户是计算机专业人员;n编程语言:机器语言;nI/O:纸带或卡片;n缺点:n用户独占全机nCPU等待用户:手工装入/卸取纸带或卡片n主要矛盾n人机矛盾:人工操作方式与机器利用率的矛盾nCPU与I/O之速度不匹配的矛盾n提高效率的途径n批处理n脱机I/OApplied Operating System Concepts2. 单道批处理系统单道批处理系统(simple batch processing)
19、50年代末 60年代中(晶体管) 把一批作业以脱机输入方式输入到磁带/磁鼓 利用磁带或磁盘把任务分类编成作业顺序执行 每个批作业由专门监督程序(Monitor)自动依次处理操作系统的发展过程Applied Operating System Concepts50年代早期出现了穿孔卡片程序写在卡片上然后读入计算机但计算过程则依然如旧早期计算机系统早期计算机系统Applied Operating System Concepts卡片卡片早期批处理系统早期批处理系统IBM1401IBM7094IBM1401输入磁带输入磁带磁带机磁带机卡片阅读机卡片阅读机输出磁带输出磁带打印机打印机Operating S
20、ystemApplied Operating System Concepts$END$RUNData for program$LOADFortran program$FORTRAN $JOB, 10,429754 Cherry Chen 典型的典型的FMS JOB FMS JOB 结构结构n运行特征:n顺序性:磁带上的各道作业是顺序地进入内存,各作业的完成顺序与他们进入内存的顺序相同n单道性:内存中仅有一道程序运行n自动性n优点:减少了CPU的空闲时间,提高了主机CPU和I/O设备的使用效率,提高了吞吐量。n缺点:CPU和I/O设备使用忙闲不均Applied Operating System
21、ConceptsSpoolingnOverlap I/O of one job with computation of another job. While executing one job, the OS.一个作业的一个作业的I/O 同另一个作业的运算彼此重叠。在执行一个作业时,同另一个作业的运算彼此重叠。在执行一个作业时,OS。nReads next job from card reader into a storage area on the disk (job queue).从卡片上把下一个作业读入磁盘从卡片上把下一个作业读入磁盘存储区(作业队列)存储区(作业队列)nOutputs
22、printout of previous job from disk to printer.从磁盘到打印机输出先前的作业从磁盘到打印机输出先前的作业nJob pool 作业池作业池 data structure that allows the OS to select which job to run next in order to increase CPU utilization. 一种允许操作系统选择运行作业的数据结构,用以一种允许操作系统选择运行作业的数据结构,用以提高提高CPU利用率利用率Applied Operating System Concepts3. 多道批处理系统多道批处理
23、系统(multiprogramming system) 60年代中 70年代中(集成电路) 多道:内存中同时存放几个作业 多个作业共享CPU、内存、外设等资源 利用多道批处理提高资源的利用率Multiprogrammed Batch Systems多道程序批处理系统多道程序批处理系统Applied Operating System Concepts6060年代通道和中断技术的出现年代通道和中断技术的出现 解决了输入输出等待计算的问题n通道通道: 是一种专用部件,负责外部设备与内存之间信息的传输。n中断: 指主机接到外界的信号(来自CPU外部或内部)时,立即中止原来的工作,转去处理这一外来事件,
24、处理完后,主机又回到原来工作点继续工作。 Multiprogrammed Batch Systems多道程序批处理系统多道程序批处理系统Applied Operating System ConceptsMultiprogrammed Batch Systems多道程序批处理系统多道程序批处理系统Several jobs are kept in main memory at the same time, and the CPU is multiplexed among them. 在主存中同时有若干个作业,在主存中同时有若干个作业, CPU在其中多重切换。在其中多重切换。多道程序批处理系统多道程
25、序批处理系统n运行特征:n多道性:内存中同时驻留多道程序并发执行,从而有效地提高了资源利用率和系统吞吐量n无序性:作业的完成顺序与它进入内存的顺序之间无严格的对应关系n调度性:作业调度、进程调度Applied Operating System ConceptsOS Features Needed for Multiprogramming多道程序对OS特点的要求nI/O routine supplied by the system. 系统提供系统提供I/O程序程序nMemory management存储管理存储管理 the system must allocate the memory to s
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