操作系统概论课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《操作系统概论课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 操作系统 概论 课件
- 资源描述:
-
1、1第第1 1章章 操作系统概论操作系统概论 本章学习目标本章学习目标 本章主要讲解操作系统的基本知识。本章主要讲解操作系统的基本知识。通过本章学习,我们应该掌握以下内容:通过本章学习,我们应该掌握以下内容:操作系统的功能和地位操作系统的功能和地位 操作系统的发展过程(分类)操作系统的发展过程(分类)操作系统的特征操作系统的特征 操作系统的结构操作系统的结构21.1 1.1 计算机系统计算机系统1.1.11.1.1硬件与软件硬件与软件 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。系统两大部分组成。计算机硬件是各种物理设备的总称,是完计算机硬件是各种物
2、理设备的总称,是完成工作任务的物质基础。如图成工作任务的物质基础。如图1-11-1所示。所示。3图图1-1 1-1 计算机硬件的组成计算机硬件的组成4计算机软件计算机软件 计算机软件是指程序和与程序相关的文档的计算机软件是指程序和与程序相关的文档的集合,按功能划分,软件可分为系统软件和应集合,按功能划分,软件可分为系统软件和应用软件用软件。软件通过对硬件基本功能的控制与组合实现软件通过对硬件基本功能的控制与组合实现人们所需的高级功能,如学习、游戏、娱乐、人们所需的高级功能,如学习、游戏、娱乐、办公等。人们在高层通过软件来使用计算机系办公等。人们在高层通过软件来使用计算机系统完成各种功能。统完成
3、各种功能。软件是计算机系统的灵魂软件是计算机系统的灵魂51.1.2 1.1.2 操作系统的形成操作系统的形成 通常,把未配置任何软件的计算机称为“裸机”。第一代计算机:19461958,电子管计算机,无操作系统 6电子体管计算机使用方式(全手工方式)电子体管计算机使用方式(全手工方式)u程序首先从纸带或卡片输入机上装入输入机u然后输入机把程序和数据输入计算机存储器,用户利用控制台开关启动程序开始执行。u计算结束,用户取走打印结果。u特点:使用计算的全过程 需要人工装卸纸带、人工控制运行。u手工操作时间长,计算机运行时间所占比例较小,资源利用率很低。7第二代计算机:晶体管计算机(19581964
4、年)特点:仍然没有操作系统。由于计算机的运算速度不断提高,因此加剧了“人-机矛盾”。严重制约了计算机系统的工作效率。改进办法:减少手工操作,让计算机自动控制用户作业的启动、运行,废除上、下机手工交接。具体实现:让计算系统一次集中处理一批用户作业,故被称为“批处理系统”,其管理程序就是现今操作系统的雏形。如图1-2所示。8 依次 1,2,n 依次 1,2,n 作业 n 说明书 图图1-2 1-2 批处理系统示意图批处理系统示意图9第三代计算机:第三代计算机:集成电路和大规模集成电路(集成电路和大规模集成电路(1964年以后)年以后)人们开始把人们开始把CPU、存储器、外部设备以及各、存储器、外部
5、设备以及各种软件都视为计算机系统的种软件都视为计算机系统的“资源资源”,在软件,在软件设计上提出了设计上提出了“多道程序设计多道程序设计”的技术。的技术。在计算机内存中同时存放几个相互独立的程在计算机内存中同时存放几个相互独立的程序,让它们去序,让它们去“共享共享”、去、去“竞争竞争”系统中的系统中的这些资源,具有这种功能的软件就是这些资源,具有这种功能的软件就是“操作系操作系统统”。101.1.3 1.1.3 操作系统的基本观点操作系统的基本观点u操作系统是在裸机上加载的第一层软件,是操作系统是在裸机上加载的第一层软件,是对计算机硬件系统功能的首次扩充,它直接控对计算机硬件系统功能的首次扩充
6、,它直接控制、管理各种硬件资源。制、管理各种硬件资源。u操作系统为用户提供作业控制接口,使用户能够通过终端输入一定命令来控制作业流程。u操作系统为应用开发人员提供系统功能调用,提高应用开发效率。u统一管理系统资源,使并发进程能够按照一定原则合理共享系统资源,提高资源利用率。111.1.3 1.1.3 操作系统的观点操作系统的观点操作系统为用户提供了一台功能经过扩展了操作系统为用户提供了一台功能经过扩展了的机器或的机器或“虚拟机虚拟机”,因为现实生活中并不存,因为现实生活中并不存在具有这种功能的真实机器,它只是用户的一在具有这种功能的真实机器,它只是用户的一种感觉而已。种感觉而已。如图如图1-3
7、 操作系统提供了一台虚拟机操作系统提供了一台虚拟机12 我的机器有 复制功能!复制一个 文件真难 图图1-3 1-3 操作系统提供了一台虚拟机操作系统提供了一台虚拟机131.1.4 Operating System,OS定义 操作系统:是计算机系统中的核心系统软件,负责管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程和有效利用资源,在计算机与用户之间起接口的作用,以方便用户使用计算机的大型系统程序。141.1.5 1.1.5 操作系统地位操作系统地位 计算机系统是分层次的,最低层是未计算机系统是分层次的,最低层是未配置任何软件的硬件裸机,硬件之上是软配置任何软件的硬件裸机,硬件
8、之上是软件,软件又分为若干层次,最低层是操作件,软件又分为若干层次,最低层是操作系统。系统。操作系统是覆盖在裸机之上的第一层操作系统是覆盖在裸机之上的第一层软件,它直接控制、管理各种硬件资源。软件,它直接控制、管理各种硬件资源。所以操作系统是整个计算机系统的控制管所以操作系统是整个计算机系统的控制管理中心。理中心。15图 14 操作系统与软件硬件之间的关系16裸机裸机操作系统操作系统系统工具系统工具应用软件应用软件应用用户应用用户应用开发人员应用开发人员操作系统开发人员操作系统开发人员计算机系统计算机系统图图1 15 5计算机系统层次结构计算机系统层次结构171.2 1.2 操作系统的功能操作
9、系统的功能操作系统的目的:操作系统的目的:方便用户使用计算机系统方便用户使用计算机系统提高计算机系统资源利用率提高计算机系统资源利用率操作系统的功能可以从三个方面来考虑操作系统的功能可以从三个方面来考虑u资源管理资源管理管理计算机系统的软硬件资源管理计算机系统的软硬件资源u虚拟计算实现虚拟计算实现实现计算机软件方面的功能实现计算机软件方面的功能u提供人机接口提供人机接口用户通过人机接口来使用计算机用户通过人机接口来使用计算机18u处理机管理处理机管理u存储管理存储管理u设备管理设备管理u文件管理文件管理u作业管理作业管理1.2.11.2.1从资源管理的角度来理解操作系统的功能从资源管理的角度来
10、理解操作系统的功能19u多用户:计算机系统中有多个用户同时联机多用户:计算机系统中有多个用户同时联机使用。使用。u多任务:同一用户可能同时运行多道程序和多任务:同一用户可能同时运行多道程序和多个任务。如我们在进行数据处理的同时可以多个任务。如我们在进行数据处理的同时可以上网聊天、听音乐。上网聊天、听音乐。u并发执行:由于有多道程序处于运行状态,并发执行:由于有多道程序处于运行状态,使得计算机资源不是由一个程序在运行时独占使得计算机资源不是由一个程序在运行时独占使用,而是由多个并发运行的程序共享使用。使用,而是由多个并发运行的程序共享使用。现代计算机系统面临的系统环境现代计算机系统面临的系统环境
11、20u由于多用户、多任务、并发执行使得资源由于多用户、多任务、并发执行使得资源管理与分配与程序能否正确执行以及系统管理与分配与程序能否正确执行以及系统资源利用率紧密相关。资源利用率紧密相关。u因此,操作系统的目标之一就是统一管理因此,操作系统的目标之一就是统一管理分配计算机系统资源,在保证并发执行的分配计算机系统资源,在保证并发执行的应用程序顺利运行的前提下提高资源利用应用程序顺利运行的前提下提高资源利用率。率。多用户、多任务、并发执行带来的问题:多用户、多任务、并发执行带来的问题:21一、管理计算机资源一、管理计算机资源1.2.1.1 1.2.1.1 处理机管理处理机管理处理机的任务是运行的
12、程序,程序在某个数据对处理机的任务是运行的程序,程序在某个数据对象上的一次运行过程称为进程,所以处理机管理象上的一次运行过程称为进程,所以处理机管理又叫进程管理。又叫进程管理。单处理机系统中的程序运行方式:单处理机系统中的程序运行方式:u单道程序顺序执行单道程序顺序执行u多道程序并发运行多道程序并发运行22单处理机系统:单道程序顺序执行单处理机系统:单道程序顺序执行要执行的多道程序顺序依次执行,一个程序运行完毕要执行的多道程序顺序依次执行,一个程序运行完毕才能运行下一个程序,即在一个程序运行期间不插入才能运行下一个程序,即在一个程序运行期间不插入运行其他程序。运行其他程序。优点:优点:实现简单
13、,不需要在多个进程之间进行转换。实现简单,不需要在多个进程之间进行转换。缺点:缺点:资源利用率低,因为在系统运行的整个过程中,资源利用率低,因为在系统运行的整个过程中,始终是一道程序独占系统全部资源,一般一道程序不始终是一道程序独占系统全部资源,一般一道程序不会同时进行计算和输入输出操作,使得处理机与外部会同时进行计算和输入输出操作,使得处理机与外部设备不能并行工作。设备不能并行工作。23单处理机系统:多道程序并发执行单处理机系统:多道程序并发执行 在内存中同时存放多道程序,按一定调度策略在内存中同时存放多道程序,按一定调度策略多道程序交叉运行,形成多道程序交叉运行,形成“微观上串行,宏观上微
14、观上串行,宏观上并行并行”的情况,使得处理机和外部设备可以并行的情况,使得处理机和外部设备可以并行工作。工作。优点优点:(1)多道程序并发执行资源利用率高多道程序并发执行资源利用率高(2)多道程序可以提供多个用户同时联机操作,多道程序可以提供多个用户同时联机操作,一台主机可以同时连接若干用户终端,同时若一台主机可以同时连接若干用户终端,同时若干用户可以分别通过自己的终端使用主机。干用户可以分别通过自己的终端使用主机。24单处理机单处理机系统中系统中多道程序多道程序并发执行的并发执行的处理机管理处理机管理:单处理机系统中并发运行多道程序,必:单处理机系统中并发运行多道程序,必须按照一定策略对处理
15、机进行调度,决定在某个时刻把须按照一定策略对处理机进行调度,决定在某个时刻把处理机分配给哪个进程进行计算操作,这是处理机管理处理机分配给哪个进程进行计算操作,这是处理机管理的核心任务。的核心任务。:操作系统提供了一些原语对进程状态的转:操作系统提供了一些原语对进程状态的转换进行控制。(原语在运行过程中不可中断)换进行控制。(原语在运行过程中不可中断):操作系统提供了一系列的通信原语供应用:操作系统提供了一系列的通信原语供应用程序调用。程序调用。:操作系统采取一定的策略来处理并发进程:操作系统采取一定的策略来处理并发进程之间的制约关系,即进程同步协调运行。之间的制约关系,即进程同步协调运行。25
16、1.2.1.2 存储器管理存储器管理u计算机系统采用了冯计算机系统采用了冯诺依曼提出的诺依曼提出的,即把要运行的程序先一次性存放在存储,即把要运行的程序先一次性存放在存储器中,然后由处理机自动从存储器中依次取出器中,然后由处理机自动从存储器中依次取出程序指令运行,处理机的运行过程就是不断地程序指令运行,处理机的运行过程就是不断地取指令、执行指令循环往复的过程,每次取一取指令、执行指令循环往复的过程,每次取一条指令,执行一条指令。条指令,执行一条指令。u存储器是计算机系统中的重要资源,与处理存储器是计算机系统中的重要资源,与处理机称为计算机系统中的主机机称为计算机系统中的主机u多道程序环境中,要
17、在内存中同时存放多道多道程序环境中,要在内存中同时存放多道程序,必须对内存进行合理的管理,以保证程程序,必须对内存进行合理的管理,以保证程序顺利运行,并提高内存的利用率。序顺利运行,并提高内存的利用率。约翰约翰冯冯诺依曼诺依曼(John Von Nouma,19031957),美藉),美藉匈牙利人,匈牙利人,20世纪最世纪最杰出的数学家之一,杰出的数学家之一,计算机之父,博弈论计算机之父,博弈论之父之父,犹太人。与,犹太人。与同为犹太人的哈耶克同为犹太人的哈耶克一样,是上世纪最伟一样,是上世纪最伟大的全才之一大的全才之一 26存储管理功能存储管理功能:内存分配的任务是为每道程序:内存分配的任务
18、是为每道程序分配一定的存储空间。分配一定的存储空间。u在内存分配过程中会出现内存需求总和超在内存分配过程中会出现内存需求总和超过实际内存空间,因此,制定分配策略时应过实际内存空间,因此,制定分配策略时应以提高内存利用率为目标。以提高内存利用率为目标。:编写程序时使用的是逻辑地址:编写程序时使用的是逻辑地址空间,程序调入内存运行时使用的是物理地址空间,程序调入内存运行时使用的是物理地址空间,为了确保能正确访问数据和指令,必须空间,为了确保能正确访问数据和指令,必须在程序装入内存时把逻辑地址转换成物理地址,在程序装入内存时把逻辑地址转换成物理地址,这一操作称为地址转换,也称这一操作称为地址转换,也
19、称。27:内存保护的任务是确保每道程:内存保护的任务是确保每道程序都在自己的内存空间中运行,互不干扰,即不序都在自己的内存空间中运行,互不干扰,即不允许访问(存取)其他程序的存储空间。允许访问(存取)其他程序的存储空间。u用户程序访问操作系统只能通过系统调用才能用户程序访问操作系统只能通过系统调用才能实现。操作系统提供的内存保护机制,当进程访实现。操作系统提供的内存保护机制,当进程访问内存越界时能及时发现并进行处理。问内存越界时能及时发现并进行处理。采用扩充技术为多道程序提供。采用扩充技术为多道程序提供充足的内存空间。物理上并不增加内存,逻辑上充足的内存空间。物理上并不增加内存,逻辑上扩充内存
20、。扩充内存。(1 1)进程整体交换;)进程整体交换;(2 2)部分装入内存,边装入边运行。)部分装入内存,边装入边运行。存储管理功能存储管理功能281.2.1.3 设备管理设备管理设备管理的任务是:设备管理的任务是:u接受用户程序提出的接受用户程序提出的I/OI/O请求,为用户程序分配请求,为用户程序分配I/OI/O设备设备u使使CPUCPU和和I/OI/O设备并行操作,提高设备并行操作,提高CPUCPU和和I/OI/O设备的利设备的利用率用率u提高提高I/OI/O速度速度u方便用户程序使用方便用户程序使用I/OI/O设备设备 :设备分配、缓冲:设备分配、缓冲管理、设备驱动、设备无关性等功能。
21、管理、设备驱动、设备无关性等功能。29:根据用户程序的:根据用户程序的I/OI/O请求,分配所需请求,分配所需设备。设备。:主要是因为进程数据存储区与:主要是因为进程数据存储区与I/OI/O设设备控制器之间直接传输数据速度不匹配与效率很低的备控制器之间直接传输数据速度不匹配与效率很低的问题。问题。u缓冲管理的任务是解决缓冲管理的任务是解决CPUCPU和外设速度不匹配的和外设速度不匹配的矛盾,使他们能够充分并行工作,从而提高矛盾,使他们能够充分并行工作,从而提高CPUCPU和和I/OI/O设备的利用率,最提高系统吞吐量。设备的利用率,最提高系统吞吐量。:设备驱动程序实现:设备驱动程序实现CPUC
22、PU与设备控制器与设备控制器之间的通信。之间的通信。设备管理设备管理30(4 4)设备无关性:设备无关性又称设备独立性。即用)设备无关性:设备无关性又称设备独立性。即用户编写的应用程序与实际使用的物理设备无关。户编写的应用程序与实际使用的物理设备无关。u用户编写的应用程序中不直接指定使用哪台具体用户编写的应用程序中不直接指定使用哪台具体的物理设备,而是使用操作系统提供的逻辑设备,的物理设备,而是使用操作系统提供的逻辑设备,然后由操作系统把用户程序中使用的逻辑设备映射然后由操作系统把用户程序中使用的逻辑设备映射到具体的物理设备,实施具体的到具体的物理设备,实施具体的I/OI/O操作。操作。:是用
23、户应用进程的运行与某台具体物理设:是用户应用进程的运行与某台具体物理设备的状态无关,而由操作系统为其分配一台合适的备的状态无关,而由操作系统为其分配一台合适的设备完成设备完成I/OI/O操作。这样会避免出现有设备可用但进操作。这样会避免出现有设备可用但进程却无法运行的情况。程却无法运行的情况。设备管理设备管理311.2.1.4 文件管理文件管理?u由于计算机中的程序和数据需要长期保存和由于计算机中的程序和数据需要长期保存和反复使用,促成了文件管理的发展。反复使用,促成了文件管理的发展。:银行中的存贷款数据、学校的学籍管银行中的存贷款数据、学校的学籍管理软件、学籍数据等。理软件、学籍数据等。u操
24、作系统等软件资源也都需要以文件的形式操作系统等软件资源也都需要以文件的形式存放在外部存储介质中,供用户反复使用。存放在外部存储介质中,供用户反复使用。32:操作系统中对文件进行管理的子系:操作系统中对文件进行管理的子系统称为文件系统。统称为文件系统。:为用户提供一种简便的、统一的存取:为用户提供一种简便的、统一的存取和管理文件的方法,对用户而言,和管理文件的方法,对用户而言,是是一种简便的存取文件的手段一种简便的存取文件的手段u实现文件的共享实现文件的共享u维护文件的秘密和安全(维护文件的秘密和安全()1.2.1.4 文件管理文件管理33文件管理功能文件管理功能:为新文件:为新文件所需的外所需
25、的外部存储空间,部存储空间,释放的文件存储空间。分配与回收释放的文件存储空间。分配与回收时应该考虑到提高外存空间的利用率以及文件存取速时应该考虑到提高外存空间的利用率以及文件存取速度。度。:为方便在外存中找到所需文件,应:为方便在外存中找到所需文件,应该在外存中建立目录,每一个文件对应一个目录项。该在外存中建立目录,每一个文件对应一个目录项。u任务:建立外存中文件的目录结构,实现用户程任务:建立外存中文件的目录结构,实现用户程序对文件的序对文件的“”。:如,创建、删除、打开、关闭等:如,创建、删除、打开、关闭等:为防止文件被非授权使:为防止文件被非授权使用,操作系统提供了文件存取权限控制。用,
展开阅读全文