《计算机操作系统》课件OS-chapter 1.ppt
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1、于红于红 教授教授计算机操作系统计算机操作系统2016.9QQ:657063251Email: yuhong_几个问题几个问题大学学什么 教育的教育的真谛真谛就是当你忘记一切所学到的东西之就是当你忘记一切所学到的东西之后所剩下的东西后所剩下的东西 最重要的不是你学到的具最重要的不是你学到的具体知识,而是你体知识,而是你学习新事物和解决新问题的能学习新事物和解决新问题的能力。力。这才是大学学习的真正意义这才是大学学习的真正意义。所以,即便。所以,即便你所学的不是生活里所急需的,也要认真看待你所学的不是生活里所急需的,也要认真看待大学里的每一门功课,就算学习的技能你会忘大学里的每一门功课,就算学习
2、的技能你会忘记,记,学习的能力学习的能力是你将受用终身的。是你将受用终身的。课程相关要求课程相关要求成绩评定方式 详见大纲上课要求不迟到、早退上课不可以在下面开小会手机关机或静音,坚决不允许玩手机、pad、电脑;但是可以带来但是可以带来辅助学习辅助学习.考勤、但是不能全点名鼓励课堂讨论、随时发问,欢迎课堂提问题要做笔记,考试以笔记为主课程相关要求(续)课程相关要求(续)作业 不定期布置课前、课后、课堂作业,要求学生独立完成作业,作业的评价标准第一是态度态度、第二是对错关于老师 认真、不讲情面,对学生要求严格 工作上一丝不苟,追求公平,考试不画重点、不画范围不画重点、不画范围 乐于助人、关心学生
3、,生活和学习上有困难可以帮忙课前调查课前调查你对操作系统的认识 根据你的理解,什么是操作系统?根据你的理解,什么是操作系统?你是否使用过操作系统?如果有,你使用过哪你是否使用过操作系统?如果有,你使用过哪些操作系统?你对你所使用的操作系统有哪些些操作系统?你对你所使用的操作系统有哪些不满?不满?你知道哪些操作系统?你知道哪些操作系统?你是否自己安装过操作系统?你是否自己安装过操作系统?根据你的经验,操作系统的功能是什么?根据你的经验,操作系统的功能是什么?课程的课程的总体总体情况情况课程目标 了解操作系统在计算机系统中的了解操作系统在计算机系统中的作用、地作用、地位、发展和特点位、发展和特点。
4、理解操作系统的理解操作系统的基本概念、原理,掌握操基本概念、原理,掌握操作系统设计方法与实现技术作系统设计方法与实现技术。能够运用所学的操作系统原理、方法与技能够运用所学的操作系统原理、方法与技术术分析问题和解决问题分析问题和解决问题。课程的总体情况(续)课程的总体情况(续)主要内容 操作系统的基本概念、发展、功能、目的、类型和基本特征。操作系统的基本概念、发展、功能、目的、类型和基本特征。操作系统实现的基本原理、算法,主要包括:操作系统实现的基本原理、算法,主要包括:作业管理作业管理 进程管理进程管理 内存管理内存管理 设备管理设备管理 文件管理文件管理 Linux操作系统分析操作系统分析课
5、程的总体情况(续)课程的总体情况(续)重点难点进程管理存储器管理课程的总体情况(续)课程的总体情况(续)参考书目 教材教材 汤小丹、汤子瀛等主编汤小丹、汤子瀛等主编计算机操作系统计算机操作系统(第四版第四版)西安电子科技大学出版社,西安电子科技大学出版社,2014 推荐参考书推荐参考书 张尧学,史美林,张高张尧学,史美林,张高.计算机操作系统教程,清华大学出版社,计算机操作系统教程,清华大学出版社,2006 实用操作系统概念(影印版)(实用操作系统概念(影印版)(Applied Operating System Concepts)Abraham Silberschatz,Peter Galvi
6、n,Greg Gagne.高等教育出版社,高等教育出版社,2001 邹恒明邹恒明.计算机的心智计算机的心智操作系统之哲学原理操作系统之哲学原理.机械工业出版社机械工业出版社.2009 Operating System internals and design principle(third edtion)prentice hall,1998 习题集习题集 曾平,李春葆曾平,李春葆.操作系统操作系统习题与解析习题与解析.清华大学出版社清华大学出版社.2001 梁红兵,汤小丹主编梁红兵,汤小丹主编计算机操作系统学习指导与题解(第二版)计算机操作系统学习指导与题解(第二版)西安电西安电子科技大学出版
7、社,子科技大学出版社,2008课程的总体情况(续)课程的总体情况(续)辅助学习网站http:/210.30.64.162:8080/Study/用户名:学号密码:123456课程的总体情况(续)课程的总体情况(续)章节安排 绪论:主要讲述操作系统的基本概念、发展、功能、目的、类型和基本特征等。绪论:主要讲述操作系统的基本概念、发展、功能、目的、类型和基本特征等。操作系统的用户界面:用户与操作系统之间接口的基本类型,作业的基本概念,系操作系统的用户界面:用户与操作系统之间接口的基本类型,作业的基本概念,系统调用,统调用,Linux和和Windows的基本命令。的基本命令。进程管理:进程的基本概念
8、,进程的状态及转换、进程控制、进程的同步与互斥、进程管理:进程的基本概念,进程的状态及转换、进程控制、进程的同步与互斥、进程通信、死锁的解决等。进程通信、死锁的解决等。处理机调度:处理机调度的级别,调度时机、作业调度和进程调度的调度算法等。处理机调度:处理机调度的级别,调度时机、作业调度和进程调度的调度算法等。存储器管理:存储器管理的任务和功能,各种存储管理算法。存储器管理:存储器管理的任务和功能,各种存储管理算法。设备管理:设备分类、设备管理的任务和功能、输入输出控制系统的实现、通道相设备管理:设备分类、设备管理的任务和功能、输入输出控制系统的实现、通道相关技术、中断和缓冲技术、设备分配的算
9、法和设备分配机制等。关技术、中断和缓冲技术、设备分配的算法和设备分配机制等。文件管理:文件和文件系统的概念、文件的逻辑结构和存取方法及文件的物理结构、文件管理:文件和文件系统的概念、文件的逻辑结构和存取方法及文件的物理结构、文件的操作、文件的目录结构、外存空间的管理、磁盘调度等。文件的操作、文件的目录结构、外存空间的管理、磁盘调度等。linux系统分析:几个系统调用,系统分析:几个系统调用,linux系统的进程管理、进程通信、系统的进程管理、进程通信、linux系统中的进系统中的进程控制程控制 第一章第一章 操作系统概述操作系统概述本章重点 分时、实时及批处理分时、实时及批处理三种系统中每种系
10、统的三种系统中每种系统的特点和适用范围特点和适用范围。OS的的功能、定义、目的、类型和基本特征功能、定义、目的、类型和基本特征。研究研究OS的几种基本观点。的几种基本观点。硬件为操作系统提供的硬件为操作系统提供的基本支持基本支持。时间片、多道程序设计、吞吐量、并发及并行的概念。时间片、多道程序设计、吞吐量、并发及并行的概念。本章难点 分时、实时、批处理三种系统的实现、网络和分布式OS的实现。硬件为操作系统提供的基本支持。第一章第一章 操作系统概述操作系统概述操作系统(Operating System)概念 OS的历史OS的基本类型 OS的功能OS的基本特征计算机硬件简介研究OS的几种观点OS与
11、硬件、软件、用户之间的关系小结 1.1 操作系统(Operating System)概念一、系统资源 让计算机工作所需要的所有东西。系统资源 硬件资源:软件资源 CPU,内存,I/O 设备 系统软件:应用软件:OS、DBMS等 word,电子表格,浏览器等。结论1:OS是系统软件系统软件。1.1 操作系统(Operating System)概念二、计算机系统的层次结构计算机硬件操作系统编译程序汇编程序编辑程序数据库(系统软件)财务系统财务系统 上网浏览电子商务科学计算用户1用户2用户3用户4用户nOS的位置 对内:所有硬件都包含在其内部,OS把所有硬件管理起来,对硬件进行全面控制,全面管理。全
12、面控制,全面管理。对外:所有软件的运行都建立在OS之上的。结论2:OS管理管理计算机系统资源资源,方便用户方便用户 1.1 操作系统(Operating System)概念三、OS的定义OS 是计算机系统中的一种系统软件,它用于管理计算机系统的软、硬件资源,控制程序的运行,并为用户使用计算机提供方便的接口。OS的角色:管理员 指挥员 接待员1.1 操作系统(Operating System)概念OS的目标提高系统资源的利用率:使计算机系统资源更好、更充分地被用户利用。提高系统的效率:效率的提高会使每项工作的完成时间缩短,从而使系统吞吐量增加。方便性:使用户更方便地使用计算机可扩充性:系统功能和
13、结构的扩充不影响原有功能的使用。操作系统可以方便的增加新模块,修改旧模块。开放性:不同的计算机及设备能集成起来并有效、正确地被使用,实现应用程序的可移植性和互操作性。1.1 操作系统(Operating System)概念五、为什么要学习操作系统?五、为什么要学习操作系统?设计和改写操作系统 更好地选择和使用操作系统掌握系统软件设计方法和并发程序设计方法 1.2 操作系统的历史操作系统的历史一、推动操作系统发展的因素一、推动操作系统发展的因素计算机硬件升级以及新的硬件类型新的硬件类型的发展用户需求扩大用户需求扩大,OS提供的新服务 计算机体系结构的不断发展体系结构的不断发展市场的激烈竞争市场的
14、激烈竞争,OS功能的完善(修补、汉化)1.2 操作系统的历史操作系统的历史二、二、计算机技术的演变 1946-20世纪50年代末:第一代,电子管时代电子管时代 20世纪50年代末-20世纪60年代中期,第二代,晶体管时代晶体管时代 20世纪60年代中期-20世纪70年代末,第三代,集成电路时代集成电路时代 20世纪70年代末期-20世纪末,第四代,大规模及超大规模集大规模及超大规模集成电路时代成电路时代 进入21世纪:新型计算机的研究开始,量子计算机、光子计量子计算机、光子计算机算机等1.2 操作系统的历史操作系统的历史三、操作系统三、操作系统的演变 早期手工阶段 4650年代初(无操作系统)
15、单道批处理 58年前后 多道程序系统 65年前后 分时OS 66年前后 实时OS 68年前后 单用户OS,网络OS 70年代 分布式OS(多机OS)、嵌入式OS、90年代 1.2.1 手工操作阶段实现 计算机运行在一个集成了指示器、开关、输入设备(读卡机)、打印机的控制台上。这个阶段有什么问题?怎么解决?特点 人机串行 资源独占1.2.2 单道批处理一、引入 为解决人-机速度不匹配的问题二、实现 通过一种称为监控程序的软件,使用户不必直接接触机器,而是先通过卡片机和纸带机向监控程序提交作业,由监控程序将作业组织在一起构成一批作业,然后将整批作业放入由监控程序管理的输入设备上,每当一个作业执行完
16、毕返回监控程序时,监控程序自动装入下一个作业。1.2.2 单道批处理启动读入第一个命令解释读入命令并执行读入下一个命令实现过程流程图内存结构示意图监控程序中断处理设备驱动作业排序控制语言解释器用户程序区1.2.2 单道批处理分类:联机批处理:输入输出在主机控制下完成。脱机批处理:输入输出在卫星机控制下完成。1.2.2 单道批处理1.联机批处理程序+数据+作业操作说明书程序+数据+作业操作说明书。汇编编译obj连接装配exe启动运行结果(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)善后(8)(9)(10)1.2.2 单道批处理工作过程(1)作业被做成穿孔纸带或卡片(2)用户提交作业:程序+数据+作业
17、操作说明书(3)操作员有选择地把若干作业合成一批,通过输入设备(纸带输入机或者读卡机)把他们存入磁带(4)监督程序读入一个作业(5)从磁带调入汇编程序或编译程序,将用户作业源程序翻译成目标代码(6)连接装配程序把编译后的目标码及所需的子程序装配成一个可执行程序(7)启动执行(8)执行完毕,善后处理程序输出计算结果(9)读入下一个作业,重复(5)-(9)(10)一批作业完成,返回(3),处理下一批1.2.2 单道批处理2.脱机批处理卡片机打印机卫星机主机日志输入带输出带执行带系统带 作业周转时间:一道作业从提交到运行完成所作业周转时间:一道作业从提交到运行完成所需要的时间。需要的时间。1.2.2
18、 单道批处理特点 单:任何时刻机器中处理的作业只有一道。单:任何时刻机器中处理的作业只有一道。批:磁带上总是有一批作业等待处理。批:磁带上总是有一批作业等待处理。计算 启动I/O I/O 继续计算 单道批处理示意图 CPUI/O设备I/O完成 1.2.2 单道批处理如果两道作业,每道作业的I/O需要20ms,计算需要10ms,I/O延迟忽略,两道作业完成总共需要多少ms?CPU利用率是多少?有什么问题?能不能改进?1.2.3 多道程序系统引入 为提高各种资源的利用率,解决I/O设备与CPU的速度差异,提高CPU与外部设备的利用率 实现 内存放两道以上的程序,CPU交替执行各程序 1.2.3 多
19、道程序系统程序B CPU 输入设备 输出设备 输入 结束请求打印 CPU空 请求输入等待CPU 程序ACPU 输入设备 CPU 其他I/O程序B CPU 输入设备 等待CPU CPU程序A 流程:20msCPU 40ms输入 30msCPU 20ms输入程序B流程:30msCPU 20ms输出 30msCPU程序A程序B 程序A1.2.3 多道程序系统在单道情况下完成程序A和程序B需要时间:20+40+30+20+30+20+30=190CPU利用率:110/190X100%=58%在多道情况下完成程序A和程序B需要时间:20+40+30+30=120CPU利用率:110/120X100%=9
20、2%1.2.3 多道程序系统特点 多道:计算机内存中同时放几道互相独立的程序。宏观上并行:同时进入系统中的几道程序 都处于运行状态,即:都开始运行且没运行完成。微观上串行:各道程序轮流使用CPU。实质是“宏观上并行,微观上串行。”吞吐量:在单位时间内计算机系统完成的作业的道数。多道程序设计:将一个以上的作业放入主存,并且同时处于运行状态,这些作业共享处理机的时间和外围设备等其他资源。多道批处理系统:采用多道程序设计技术实现的批处理系统。多道程序系统的出现标志着在操作系统渐趋成熟的阶段先后出现了作业调度管理、处理机管理、存储器管理、外部设备管理、文件系统管理等功能1.2.3 多道程序系统多道批处
21、理系统的特点 人脱机(无交互能力)成批、多道(资源利用率高)高效(系统吞吐量大)作业周转时间长 需要的硬件支持 20世纪60年代初期发展起来的通道和中断技术。适用范围 大量的科学计算,大量的数据处理(大作业)有什么问题?能不能改进?1.2.4 分时操作系统引入 批处理系统采用人脱机的方式工作,但有时不方便,不能满足所有的需要。实现 一台主机外接多个终端,每个用户占一台终端(CRT+键盘,是一种只有I/O而没有CPU的设备),CPU采用把时间分片的方法轮流为每个终端用户服务(即时间片轮转的方法),保证每个用户的响应时间。相关概念 分时技术:把处理机的运行时间分成很小的时间片,按时间片轮流把处理机
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