1、操作系統原理 Principles of Operating System 1為什么學習操作系統? 掌握操作系統的基本理論，具備開發核心系統軟件的技能，設計操作系統或者修改現有的系統 掌握并行處理的思想方法，加深對使用的OS的理解，有利于深入編程 用戶為了開發應用程序必須與操作系統打交道 操作系統中所用的許多概念和技巧可以推廣應用到其他領域2為什么學習操作系統 ? 掌握操作系統的基本理論，具備開發核心系統軟件的技能，設計操作系統或者修改現有的系統 為后繼課程打好基礎 數據庫、網絡、分布式系統 了解當前流行的實際操作系統的使用方法與實現技術 UNIX，Linux, Windows3操作系統提供一

2、系列服務： 多任務、用戶界面、 內存管理、內存保護、 文件存取、網絡、 設備控制、硬件控制 錯誤檢測及恢復系統、安全操作系統能做什么 ?4操作系統特點 內容龐雜、涉及面廣 負責全部資源管理。與計算機軟、硬件及用戶都有著密切的交互 實踐性強與實際運行著的各類操作系統有著密切的聯系 技術發展快5基本目的 介紹操作系統的基本概念、基本結構及運行環境 介紹操作系統原理、設計方法和實現技術 介紹操作系統的演化過程、發展研究動向、新技術以及新思想 介紹各種有代表性的、典型的操作系統實例 培養學生分析問題、解決問題的基本能力，培養創造型人才7學習收獲 使學生對操作系統的基本概念、基本結構及運行環境有深入的認

3、識 使學生深入到操作系統內部，理解并掌握操作系統的基本原理、設計方法和實現技術 使學生了解操作系統的演化過程、發展研究動向、新技術以及新思想， 使學生具有透過變化看趨勢、透過技術抓原理、把握學科發展脈搏的基本素質，為其今后在相關領域開展工作打下堅實的基礎8 參考教材 計算機操作系統 ，湯子瀛等，西安電子科技大學出版社 Modern Operating System ，Andrew S.Tanenbaum現代操作系統，陳向群等譯，機械工業出版社 Operating System Concept ，Abrahan Silberschatz,etc Applied Operating System

4、Concept ， Abrahan Silberschatz,etc10 (一) 操作系統與計算機結構的關系 (二) 操作系統的形成和發展 (三) 操作系統的定義 (四) 操作系統的功能 (五) 操作系統的基本類型第一章 緒論11一. os與其他各層的關系 對下與硬件交互 控制CPU的工作、訪問存儲器、 設備驅動、中斷處理。 對上與用戶及各種應用程序交互 提供方便的用戶界面、 提供優質的服務。 操作系統的宗旨 提高計算機的使用效率 方便用戶的使用(一) 操作系統與計算機結構的關系 裸機作系操統其他系統軟件用戶應用程序序程12 3. 計算機系統結構與操作系統的關系 順序計算模型 并行計算模型 如

5、何解決矛盾 ? OS采用了一系列軟件技術- 多道程序設計技術、分時技術、 資源分配與調度等 一對矛盾14(二) 操作系統的形成和發展 批處理手工操作階段 聯機批處理 脫機批處理 執行 系統 操作系統形成實時系統個人計算機操作系統網絡操作系統分布式操作系統多道程序系統 多道批 分時處理系統 系統15二. 批處理階段 1. 聯機批處理 特點：有監督程序；作業自動過渡 問題：CPU高速與I/O慢速的矛盾 解決：由衛星機負責I/O 17 2. 脫機批處理 特點：有監督程序；作業自動過渡 問題：CPU高速與I/O慢速的矛盾 解決：由衛星機負責I/O 輸入機打印機 衛星機輸出帶 輸入帶輸出帶 輸入帶主機脫

6、機批處理圖示183. 執行系統 (1) 什么是執行系統 借助于通道與中斷技術，由主機控制I/O工作。原有的監督程序不僅要負責調度作業自動地運行，而且還要提供I/O控制功能。它常駐主存，稱為執行系統。 (2) 特點 主機、外設并行操作；增強了保護能力。 (3) 操作系統基本功能 I/O控制功能 調度 (4) 問題? 處理機仍有空閑等待現象19三. 操作系統的形成 1. 多道程序設計技術與多道成批處理 (1) 單道程序程序的工作情況 用戶程序監督程序 IO操作計算請求輸入 啟動IO IO完成繼續計算 結束中斷20 (2) 多道程序程序的工作情況中央處理機外部設備輸入結束程序B打印輸出光標記閱讀輸入

7、繪圖輸出輸出結束輸出結束程序A輸入結束程序A程序B光標記閱讀輸入外部設備21 (3) 什么是多道程序設計技術 在計算機主存中同時存放幾道相互獨立的程序。這些程序在管理程序控制之下，相互穿插地運行。當某道程序因某種原因不能繼續運行下去時(如等待外部設備傳輸數據)，管理程序便將另一道程序投入運行。 (4) 多道運行的特征 多道 宏觀上并行 微觀上串行223. 實時處理 (1) 什么是”實時” 計算機對外來的信息能夠以足夠快的速度進行處理，并且在被控對象允許的時間范圍內作出快速反應。 (2) 實時處理 以快速反應為特征，對實時信號能在截止期限之內處理并作出反應。 24四. 操作系統的進一步發展 單C

8、PU計算機上的 批量操作系統、分時系統 向小型化、微型化計算機發展 個人計算機操作系統 向網絡化發展 網絡操作系統 向具有并行結構的計算機系統 多處理機操作系統 集群系統 分布式操作系統 25二. 什么是操作系統 操作系統 中央處理機 存儲器 繪圖儀 打印機 顯示器 鍵 盤 網 卡 Modem 文 件 應 用 程 序 用 戶 1 用 戶 n 操作命令 操作命令 應用程序 1 應用程序 n 系統調用 系統調用 27 操作系統是一個大型的程序系統，它負責計算機的全部軟、硬資源的分配、調度工作，控制和協調并發活動，實現信息的存取和保護。它提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環境。 操作系統使整個計算機

9、系統實現 高度自動化 高效率 高利用率 高可靠性 操作系統是整個計算機系統的核心。28三. 操作系統的特征 1. 并發 并發性是指能處理多個同時性活動的能力。 2. 共享 并享是指多個計算任務對系統資源的共同享用。 3. 不確定性 操作系統能處理大量的、隨機的事件序列，使各用戶的計算任務正確地完成。29一. 處理機管理 1. 制訂調度策略 (調度原則) 確決將CPU先分給哪個用戶程序，它占用多長時間，下一個又該輪到哪個程序運行等問題。 2. 給出調度算法 3. 具體的實施處理機分派 在調度時機到來時，進行處理機分派(四)操作系統的資源管理功能30二. 存儲器管理 1. 存儲分配和存儲無關性 確

10、定各應用程序在主存中的位置及所占區域的大小；應用程序無需關系存儲細節，由存儲管理模塊提供地址重定位能力。 2. 存儲保護 系統提供基址、界限寄存器等存儲保護方法，使各應用程序相互隔離。 3. 存儲擴充 系統提供虛擬存儲技術，擴大邏輯主存。31三. 設備管理 1. 設備無關性 用戶向系統申請和使用的設備與實際操作的 設備無關，以達到方便用戶、提高設備利用率的目的。 2. 設備分配 向個應用程序和運行實體分配各種設備。設備分配通常采用三種基本技術：獨享、共享及虛擬技術。 3. 設備的傳輸控制 啟動設備、中斷處理、結束處理等。32四. 軟件資源管理 為用戶提供一種簡便的、統一的存取和管理信息的方法，

11、并要解決信息的共享、數據的存取控制和保密等問題。 信息組織 存取方法 文件共享 文件安全 文件完整性 磁盤空間分配33 系 統資 源處理機存儲器I/O設備軟件資源操作系統功能模塊處理機管 理存儲器管 理設備管理文件系統操作系統的資源管理功能34一. 大型計算機系統 大型計算機系統是最早的計算機系統，用于處理許多商業和科學應用。 1. 批量操作系統 (1) 什么是批量操作系統 批量操作系統是操作系統的一種類型。該系統把用戶提交的作業成批送入計算機，然后由作業調度程序自動選擇作業，在系統內多道運行。 (五) 操作系統的基本類型35 (2) 特點 系統吞吐率高 脫機操作 多道運行 合理搭配作業 作業

12、周轉時間長，用戶使用不方便。36 2. 分時操作系統主機終端 1終端 2終端 n37 (1) 分時操作系統的定義 是操作系統的另一種類型。它一般采用時間片輪轉的辦法，使一臺計算機同時為多個終端用戶服務。該系統對每個用戶都能保證足夠快的響應時間，并提供交互會話功能。 (2) 分時操作系統的特點 多路調制性 獨占性 交互性38二. 實時系統 1. 實時系統的定義 對科學實驗、醫學成像系統、工業控制系統、武器裝備控制系統和特定顯示系統進行控制的系統稱為實時系統。 2. 實時系統的分類 (1) 硬實時系統 系統中所有的截止期限(deadline)必須被嚴格的保證，否則將導致災難性后果。 (2) 軟實時

13、系統 系統中截止期限被錯過的情況下，只造成系統性能下降而不會帶來嚴重后果。39 3. 實時操作系統 (1) 實時操作系統的定義 實時操作系統是操作系統的一種類型。實時操作系統對外部輸入的信息，能夠在規定的時間內處理完畢并作出反應。 (2) 實時操作系統的特點 及時響應 高可靠性和安全性 (3) 實時操作系統的類型 實時控制：生產過程控制、作戰指揮。 實時信息處理：訂購機票、情報檢索。40三. 桌面系統 隨著微電子技術的發展，操作系統的目標： 不再是最大化CPU和外設的利用率 而是最大化用戶方便性和響應速度 各種類型的Windows替代MS-DOS， IBM公司將MS-DOS升級為多任務OS/2

14、 Linux個人計算機操作系統(類似于UNIX) 個人計算機操作系統得益于大型機操作系統的研制成果。另一方面，微型計算機硬件費用很低，有些技術實現可簡單。41個人計算機操作系統的代表： 1. 磁盤操作系統MSDOS 設備管理、文件系統功能 2. Windows系統 圖形用戶界面 多任務、多線程 可剝奪式調度 段頁式虛擬存儲管理技術 動態連接42四. 多處理機系統 也稱并行系統(parallel system)或緊耦合系統。 1. 定義 包含兩個或多個功能相當的處理器； 所有處理器共享一個公共內存； 所有處理器共享I/O通道、控制器和外圍設備； 由一個操作系統控制。 2. 結構 共享存儲器的多處

15、理機通常稱為SMP(symmetric multiprocessor)對稱多處理機。433. 特點 緊耦合 增加計算量 增加可靠性 缺點： 存在瓶頸 可擴展性差 不支持大規模并行計算；不支持分布處理 總線或交叉開關處理器和高速緩存處理器和高速緩存I/O設備I/O設備44五. 計算機網絡與網絡操作系統 1. 什么是計算機網絡 利用通信線路將一些獨立自治的計算機相互連接形成的一個集合體稱為計算機網絡。 45 2. 計算機網絡的特點 多個處理部件 無公共內存 具備消息通信機制 3. 網絡操作系統 網絡操作系統除了具備一般操作系統應具有的功能模塊之外（如系統核心、設備管理、存儲管理、文件系統等），還要

16、增加一個網絡通信模塊。該模塊由通信接口中斷處理程序、通信控制程序以及各級網絡協議軟件組成。 計算機網絡的局限性 46 1. 定義 包含多個通用資源部件； 這些資源是分布的，并經過通信網絡相互作用； 有一個分布式操作系統對資源進行全局和動態的管理和控制； 系統對用戶是透明的； 所有資源高度自治地工作，而又相互配合。 2. 特點 可擴展性 增加性能 高可靠性 六. 分布式系統47 手持系統(handheld system)包括個人數字助理(personaldigital assistant,PDA) 如Palm或可與網絡(因特網)相連的手機。 特點：內存少，處理機速度慢，且屏幕小。 為了減少手持設

17、備尺寸，使用耗電更小、體積更小、速度更慢的處理器； 操作系統和應用程序的設計不能加重處理器的負擔。 有些手持設備可使用無線技術，允許遠程訪問電子郵件和瀏覽網頁，七. 手持系統48一. 傳統計算 傳統計算環境隨著計算的不斷發展,也在不斷變化。 1. 典型辦公環境 由聯網的個人計算機組成，提供文件和打印服務。 遠程訪問不方便； 移動功能：通過筆記本電腦的移動而實現(六) 計算環境492. 發展趨勢 提供更多方法訪問這些環境 網絡技術正在擴展計算機邊界 企業（或公司）實現了入口(portal)，以訪問內部服務器 網絡計算機基于網絡計算的終端 手持計算機移動使用 家庭內部可以聯網50二. 基于Web的

18、計算 1. 什么是Web(1) 超文本 一種全局性的信息結構，它支持文檔中的不同部分通過關鍵字建立鏈接，使信息得以用交互方式搜索，它是超級文本的簡稱。 (2) 超媒體 超媒體是超文本和多媒體在信息瀏覽環境下的結合，它是超級媒體的簡稱。(3) Web Web是一種超文本信息系統，它的一個主要概念就是超文本鏈接。這種多鏈接稱為Web。51 2. Web計算計算機網絡將分布的計算機連接起來，組織成計算能力強大的超級計算機，聯合服務于人類的生產和科研工作，由此產生了網絡計算。 Web計算是網絡計算的一種形式。網絡技術和WWW服務的不斷進步，使得以瀏覽器作為用戶界面進行分布式計算成為可能。 (1) 什么是Web計算 基于網絡瀏覽器的分布式計算方式稱為Web計算。52 (2) 基于Web計算的設備個人計算機 工作站(高端面向圖形的個人計算機)新設備的出現：如負載平衡機53三. 嵌入式計算 利用嵌入式系統進行應用處理稱為嵌入式計算。 1. 什么是嵌入式系統 定義： 控制、監視或者輔助設備、機器進行的裝置。 定義2： 嵌入式系統是計算機軟件和硬件的綜合體，它是以應用為中心，以計算技術為基礎，軟硬件可裁減、適應應用系統對功能、可靠