1-操作系统引论报告

第一章操作系统引论课程主要内容☞操作系统引论（1章）☞进程管理（2-3章）☞存储管理（4章）☞设备管理（5章）☞文件管理（6章）☞操作系统接口（7章）☞*UNIX系统内核结构第1章操作系统引论1.1操作系统的目标和作用1.2操作系统的发展过程1.3操作系统的基本特征1.4操作系统的主要功能1.5操作系统的结构设计*UNIX系统简介*典型的现代操作系统本章作业1.1操作系统的目标和作用一、操作系统目的/目标二、操作系统的作用三、推动操作系统发展的主要动力返回目录方便性计算机只能识别0、1；用户熟悉的是各种语言。一、操作系统目的/目标1.1有效性使计算机的各类资源在系统的管理下得到更有效的利用，提高系统吞吐量。可扩充性便于修改和增加功能。开放性系统能支持世界标准规范。要求统一开放的环境，能通过网络集成化，并正确、有效地协同工作，实现应用程序的移植二、操作系统的作用(现代OS的四大特点)1.1OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为计算机系统资源的管理者处理机管理：分配和控制处理机存储器管理：分配及回收内存I/O(Input/Output)设备管理：I/O分配与操作文件管理：文件存取、共享和保护作为扩充机器，实现计算机资源的抽象把覆盖了软件的机器称为扩充机或虚拟机。作业组织者操作系统定义不断提高计算机资源利用率的需要如批处理系统的出现方便用户如分时交互式系统的出现器件的不断更新换代8位－16－32－64－...计算机体系结构的不断发展：单机OS－多机OS－网络OS－…1.1三、推动操作系统发展的主要动力1.2操作系统的发展过程一、无操作系统的计算机系统1.人工操作方式2.脱机输入输出方式二、批处理系统1.单道批处理系统2.多道批处理系统三、分时系统四、实时系统五、微机操作系统六、多处理机操作系统七、网络操作系统八、分布式操作系统九、嵌入式操作系统返回目录1.人工操作方式—无操作系统工作流程：（1）由程序员事先穿孔（对应程序和数据）（2）将穿孔的纸带（卡片）装入纸带（卡片)输入机（3）再启动输入机将程序和数据输入计算机（4）然后启动计算机运行（5）运行完毕取走计算机结果（6）下一位用户人工操作方式带来的矛盾及解决方法缺点：用户独占全机（资源浪费）CPU等待人工操作：装入时、取走时的CPU及内存等资源是空闲的。矛盾人机矛盾即人工操作方式与机器利用率的矛盾CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾解决方法脱机输入输出方式1.22.脱机输入/输出方式(off-LineI/O)—无操作系统工作流程：（示意图1-2)优点：减少了CPU的空闲时间。提高了I/O速度（与高速的磁盘打交道）输入设备外围机外存输出设备主机外存外存外存外围机高速高速卡片输入机打印机卫星机输入带输出带执行带调入作业输出结果主机2.脱机输入/输出方式(off-LineI/O)—无操作系统1.21.单道批处理系统--批处理系统1、工作流程：（1）作业合成一批输入到外存上，同时在系统中配上监控程序。（2）monitor将作业逐个送入内存并运行。2、特征：（1）自动性（2）顺序性（3）单道性3、优点：减少了人工操作的时间，提高机器的利用率和系统吞吐量。4、缺点：对某些作业来说，当它发出输入/输出请求后，CPU必须等待I/O的完成，特别因为I/O设备的低速性，从而使机器的利用率很低。用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计算机系统所做的全部工作。1.22.多道批处理系统--批处理系统为解决单道批处理系统中内存仅存放一道作业，导致资源利用率和吞吐量低下的问题，引入了多道程序设计技术，从而引出了多道批处理。1.引入：允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并启动进行计算的方法.2.多道批处理系统--批处理系统2.多道批处理操作系统的工作原理多道批处理系统工作原理作业卡片机作业1作业2┇作业nOS磁盘磁盘内存后备作业完成作业打印机处理器作业输入设备内存作业1作业2┇作业nOS后备作业完成作业打印机处理器2.多道批处理系统--批处理系统（a）单道情形：打印请求打印请求单道与多道程序运行情况（b）多道情形：程序A监督程序I/O设备绘图仪请求t1t2t3t4t5t6t7t8CPU打印机绘图仪程序B打印完成绘图完成CPU空闲t9t10仍有空闲A/B运行?用户程序监督程序I/O操作I/O中断请求启动I/OI/O完成中断I/O中断请求启动I/Ot1I/O中断处理结束t2t3t4t5t6t7t8CPUCPU空闲空闲理解单道和多道程序执行时的不同例：A、B两个程序，程序A按顺序使用CPU10s，设备甲5s，CPU5s，设备乙10s，CPU10s，程序Ｂ按顺序使用设备甲10s，CPU10s，设备乙5s，CPU5s，设备乙10s。问：①在顺序环境下执行程序A和B，CPU利用率多少？②在多道环境下呢CPU:A:B:CPU甲乙CPU等待乙CPU甲CPU等待乙CPUABAB空闲A答：①A和B顺序执行时，A执行完毕B才开始，总共耗时80s，占用CPU40s，故利用率为40/80=50%。多道时，两程序共耗时45s,占用CPU40s,故利用率40/45=88.89%特征：（1）调度性（2）无序性（3）多道性优点：（1）资源的利用率高（2）系统吞吐量大缺点：（1）平均周转周期长（2）无交互能力需解决问题处理机管理、内存管理、I/O设备管理、文件及作业管理问题2.多道批处理系统--批处理系统操作系统的形成为解决上述问题，在多道程序系统中增设一组软件以有效加以解决，同时增设方便用户使用计算机的软件，这样便形成了操作系统。操作系统：是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序集合。1.22.多道批处理系统--批处理系统1.分时系统的产生用户对系统功能需求不断增长，主要以下3个方面：人—机交互；程序调试、修改可直接对计算机进行控制。共享主机；多个用户都希望以“独占”方式共享一台计算机。方便上机；用户希望有一个终端设备直接将作业传递给计算中心主机，并能直接对其作业控制。三、分时系统三、分时系统分时操作系统终端终端终端┅响应时间123n…时间片计算机硬件终端分时操作系统终端终端终端┅响应时间123n…时间片计算机硬件终端终端终端终端终端终端终端终端终端分时系统示意图三、分时系统用户的任务要及时进入主存，不能长时间放在主存2.分时系统实现中关键问题需要及时响应，因此不能像批处理系统允许某个作业长时间占用CPU，而是以较小的时间片在不同用户程序之间强制切换3.分时系统的4个主要特征：多路性：宏观上同时有多个用户在运行。交互性：在终端上编辑、运行程序，或其它操作。独占性：每个用户一个终端，独立操作，互不干扰及时性：在很短时间内得到响应，小于2～3秒。三、分时系统1.2四、实时系统实时操作系统（Real-TimeOperatingSystem）：指系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，并控制所有实时任务协调一致地运行。应用需求（1）实时控制（2）实时信息处理实时任务分类：（1）按周期性划分（2）按截止时间划分1.2三种基本的操作系统三种基本的操作系统批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。通用操作系统（Multi-PurposeOperatingSystem）如果一个操作系统兼有批处理、分时和实时系统三者或二者的功能，则称该操作系统为通过操作系统。例如，UNIX操作系统：SUN公司的Solaris；Microsoft公司的Windows系列。Linux操作系统：Redhat，红旗Linux等。1.2五、微机操作系统微机操作系统（MicrocomputerOperatingSystem）作为操作系统的一个类型，是由于随着VLSI的发展，芯片集成度越来越高，价格越来越低而带来了微机时代，在微机上配置的操作系统就称为微机操作系统。微机操作系统（MicrocomputerOperatingSystem）的特征应用领域：事务处理、个人娱乐系统要求：使用方便、支持多种硬件和外部设备（多媒体设备、网络、远程通信）、效率不必很高。五、微机操作系统1.2单用户单任务OS：只允许一个用户上机、且只允许用户程序作为一个任务运行。最具代表性的是CP/M和MS-DOS。单用户多任务OS：只允许一个用户上机、但允许将一个用户程序分为若干个任务，使它们并发执行。最具代表性的是OS/2和MS-WINDOWS。多用户多任务OS：允许多个用户通过各自的终端使用同一台主机，共享主机的各类资源，同时用户程序又可进一步分成几个任务，使它们并发执行。最具代表性的是UNIXOS。多处理机操作系统（Multi-ProcessorOperatingSystem）是指具有两个以上的处理机，并在其上建立的操作系统。1.多处理机系统的引入的原因利用多台处理机进行多任务处理，协同求解一个而复杂的问题来提高速度。依靠冗余的处理机来提高系统的可靠性、适应性和可用性。由于应用目的和结构不同，多处理机有不同的构型。六、多处理机操作系统六、多处理机操作系统紧耦合多处理机：通过共享主存和I/O设备来实现处理机间通信。系统中的所有资源和进程都由操作系统统一的控制和管理.松散耦合多处理机：不同的处理机间或者通过通道互连实现通信，以共享某些外部设备；或者通过通信线路来交换通信信息。每台处理机也都配备有操作系统来管理本地的资源和进程，因此，每台处理机能够独立运行。2.多处理机的类型六、多处理机操作系统3.多处理机操作系统的类型:非对称多处理机（AsymmetricMultiProcessor）：其中每台处理机都指派专门的任务，有一台主处理机控制整个系统，其余处理机执行主处理机下达的指令，或执行预先规定好的任务。这是一种主——从关系。对称多处理机（symmetricMultiProcessor）：这是一种常见的形式，所有处理机都是相同的，且都运行一个相同的操作系统副本。所有处理机是对等的，没有主——从之分，成为多处理机系统的主要形式。1.2七、网络操作系统1.2七、网络操作系统计算机网络的类型网络OS的模式客户/服务器模式对等模式:每个点即可做客户，又可做服务器。网络OS的功能通信、资源管理、网络服务、网络管理、互操作能力1.2八、分布式操作系统八、分布式操作系统“真正的分布式系统是运行在不具有共享内存的多台机器上，但在用户眼里却像是一台计算机。在分布式处理系统中，系统的处理和控制功能，都分散在系统的各个处理单元上，系统中的所有任务，也可动态地被分配到各个处理单元上去，使它们并行执行，实现分布处理。分布式系统:八、分布式操作系统分布式系统具有与计算机网络不同的5个方面的特征：分布式处理；资源、功能、任务及控制都分散在各个处理机上，这是网络所没有的一个很重要的特征，这要求连网的计算机有一个统一的操作系统。并行性；分布式系统可以并行处理多个子任务，以达到共同完成某个任务，加快了整体任务的完成。透明性；系统中各子任务执行位置、资源位置等对用户是透明的。网络也具备透明性，但主要指操作实现上的。共享性；分布在各个计算机上的软、硬资源可供整个系统所共享，并以透明的方式访问，这也是网络系统所没有的。网络系统的共享多半是指在服务器上的。健壮性；分布式系统处理和控制功能都是分布的，因此，从理论上来说，任何结点上的故障，对整体系统影响不大。分布式操作系统是一个非常复杂的系统，是网络操作系统的更高级形式。目前真正可用的分布式软件很少，还有些问题有待解决。八、分布式操作系统1.2（DistributedOperatingSystem）分布式系统和网络操作系统九、嵌入式操作系统嵌入式操作系统（EmbeddedOperatingSystem）根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义：是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”，是从应用上考虑的。嵌入式操作系统大多用于机电设备、仪器等专用控制方面，因此大多