計算機操作系統,ComputerOperatingSystem,.,課程簡介Howmany?,.,DOS（DiskOperatingSystem）DOS是個人計算機上的一類操作系統。1980年，IBM公司選微軟為其新PC機編寫關鍵的操作系統。微軟從帕特森手中買下操作系統QDOS的使用權，部分改寫后給IBM，命名為MicrosoftDOS。IBM-PC機的普及使MS-DOS取得了巨大成功。,我們所熟知的操作系統,.,2001年10月25日，微軟推出WindowsXP操作系統，比爾.蓋茨宣布：“DOS時代到此結束。”,.,Windows系列,.,.,Unix,Unix是一個強大的多用戶、多任務操作系統。它用C語言編寫，支持多種處理器架構，按照操作系統的分類，屬于分時操作系統，最早由1969年在ATreturn0;,.,用戶告訴操作系統執行hello程序操作系統找到該程序，檢查其類型檢查程序首部，找出正文和數據的地址文件系統找到第一個磁盤塊父進程需要創建一個新的子進程，執行hello程序操作系統需要將執行文件映射到進程結構操作系統設置CPU上下文環境，并跳到程序開始處程序的第一條指令執行，失敗，缺頁中斷發生操作系統分配一頁內存，并將代碼從磁盤讀入，繼續執行更多的缺頁中斷，讀入更多的頁面,.,程序執行系統調用，在文件描述符中寫一字符串操作系統檢查字符串的位置是否正確操作系統找到字符串被送往的設備設備是一個偽終端，由一個進程控制操作系統將字符串送給該進程該進程告訴窗口系統它要顯示字符串窗口系統確定這是一個合法的操作，然后將字符串轉換成像素,.,窗口系統將像素寫入存儲映像區視頻硬件將像素表示轉換成一組模擬信號控制顯示器（重畫屏幕）顯示器發射電子束你在屏幕上看到helloworld,.,與硬件的關系：控制CPU的工作訪問存儲器設備驅動、中斷處理。,與用戶及應用程序的關系：提供方便的用戶界面、提供優質的服務。,1.OS與各層的關系,操作系統在計算機中的位置,.,下層硬件環境：提供OS運行基礎;限制了OS的功能實現,2.各層對操作系統的制約,上層軟件:對OS提出要求良好的用戶界面,.,與開發者的關系,.,1.1操作系統的目標和作用1.2操作系統的發展過程1.3操作系統的基本特性1.4操作系統的主要功能1.5OS結構設計,第一章操作系統引論,.,本章學習目標,掌握什么是操作系統掌握操作系統的目標和作用了解操作系統的發展過程，掌握不同種類操作系統的優缺點理解操作系統的基本特性掌握操作系統的主要功能了解常用的操作系統結構設計方法,.,1.1操作系統的目標和作用,有效性改善資源利用率，提高系統吞吐量方便性使計算機系統使用起來更方便可擴充性能夠不斷適應發展的要求開放性使來自不同廠家的計算機和設備能夠有效地協同工作，實現應用的可移植性和互操作性,操作系統的目標,.,操作系統的作用,OS作為用戶與計算機硬件之間的接口OS處于用戶和計算機硬件系統之間，用戶通過OS使用計算機系統用戶可以通過命令方式、系統調用方式和圖形、窗口方式使用計算機,用戶,應用程序,系統調用命令圖標、窗口操作系統,計算機硬件,.,OS作為計算機系統的資源管理者硬件資源：處理器、存儲器、I/O設備信息資源：程序和數據,.,OS實現了對計算機資源的抽象當計算機上覆蓋了操作系統后，便為用戶提供了一臺功能顯著增強，使用更加方便，效率明顯提高的虛擬計算機,用戶,物理接口,硬件,用戶需了解物理接口的實現細節；利用機器指令進行編程,用戶無需了解物理接口的實現細節；在窗口環境下使用計算機,.,不斷提高計算機資源利用率計算機價格昂貴！從單個作業到批處理作業，從單道程序到多道程序，以及SPOOLing，虛擬存儲器和網絡環境下允許所有網絡用戶訪問文件系統和數據庫系統方便用戶改善用戶上機、調試程序時的環境器件的不斷更新換代微電子技術的迅猛發展，推動著計算機器件的更新換代。如芯片從8位16位32位64位。存儲設備從磁盤移動硬盤閃存盤掃描儀等。計算機體系結構的不斷發展單處理機系統到多處理系統，支持網絡的網絡操作系統,OS在短短50年中取得了很大的發展。規模由原來的數十KB發展到如今的數千萬行代碼，其發展的主要動力歸結為如下所述的四個方面：,操作系統的發展動力,.,不斷提高計算機資源利用率方便用戶器件的不斷更新換代計算機體系結構的不斷發展,操作系統,操作系統,.,1.2操作系統的發展過程,無操作系統的計算機系統（第一代計算機）,人工操作穿孔卡片用于輸入數據和程序，Fortan程序表達式Z(1)=Y+W(1),.,穿孔紙帶既用來輸入數據，輸出同樣也在穿孔紙帶上。每一行代表一個字符。,.,脫機輸入輸出,.,單道批處理系統（第二代計算機）一批作業存到磁帶，由監督程序控制逐個運行。自動、順序、單道。,.,在t2t3、t6t7時間間隔內CPU空閑,.,多道批處理系統（第三代計算機）一批作業存到外存，由調度程序選擇若干個作業進入內存，共享CPU。多道批處理系統的特征：多道性、無序性、調度性。優點：資源利用率高、系統吞吐量大。缺點：平均周轉時間長、無交互能力。多道批處理系統必須解決下列問題：(1)處理機管理問題。(2)內存管理問題。(3)I/O設備管理問題。(4)文件管理問題。(5)作業管理問題。,.,.,分時系統將一臺計算機提供給多個用戶同時使用。每個作業只運行一個很短的時間片，然后暫停該作業的運行，并立即調度下一個程序運行。在不長的時間(如3秒)內能使所有的用戶作業都執行一次。特征：多路、獨立、及時、交互。,.,實時系統系統能及時(或即時)響應外部事件的請求，在規定的時間內完成對該事件的處理，并控制所有實時任務協調一致地運行。特征：多路、獨立、及時、交互、可靠,.,微機操作系統的發展（第四代計算機）單用戶單任務微機操作系統：CP/M和MS-DOS。單用戶多任務操作系統，微軟公司推出的Windows。多用戶多任務操作系統，UNIXOS。最有影響的兩個能運行在微機上的UNIX操作系統的變型是SolarisOS和LinuxOS。,.,1.3操作系統的基本特性,并發性在計算機系統中同時存在多個程序。宏觀上：這些程序是同時在執行的微觀上：任何時刻只有一個程序在執行（即微觀上這些程序在CPU上輪流執行）思考：并發與并行的區別？并行性是指兩個或多個事件在同一時刻發生；并發性是指兩個或多個事件在同一時間間隔內發生。,.,共享性共享指計算機系統中的資源可被多個并發執行的用戶程序和系統程序共同使用。在一段時間內只允許一個進程訪問的資源稱為臨界資源或獨占資源，如：打印機。可供多個進程“同時”訪問的資源，如磁盤。,.,虛擬技術虛擬是指物理上沒有提供，但是邏輯上卻具備的功能。在用戶看來好像是物理上原來就具有的功能一樣。虛擬處理機虛擬設備虛擬磁盤虛擬存儲器,.,異步性多個進程并發執行，由于資源等因素的限制，進程的執行通常都不是“一氣呵成”，而是以“停停走走”的方式運行。進程是以人們不可預知的速度向前推進，此即進程的異步性。,.,1.4操作系統的主要功能,處理機管理功能2、3章存儲器管理功能4章設備管理功能5章文件管理功能6章操作系統與用戶之間的接口7章,.,1.5OS結構設計,傳統的操作系統結構無結構操作系統模塊化結構OS,.,分層式結構OS從裸機A0開始，在它上面添加一層軟件，形成了一臺功能比原來機器要強的虛擬機A1。又從A1出發，在它上面添加一層新的軟件，把A1改造成功能更強的虛擬機A2。就這樣“添加擴充再添加”，最終實現一臺具有所需操作系統各項功能的虛擬機。,.,客戶/服務器模式客戶/服務器結構的思想如下：將操作系統分成兩大部分，一是運行在用戶態并以客戶/服務器方式活動的進程；二是運行在核心態的內核。,.,面向對象的程序設計OS中的各類實體如進程、線程、消息、存儲器和文件等，都使用對象的概念，相應地，便有了進程對象、線程對象、存儲器對象和文件對象等。通過“重用”提高產品質量和生產率，系統具有更好的易修改性和易擴展性，保證系統的“正確性”和“可靠性”。,.,微內核OS結構