操作系统原理-第一章 绪论

2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利12020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利2第一章绪论2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利3操作系统OperatingSystem主要参考资料：[1]莫里斯·贝奇《UNIX操作系统设计》北京大学出版社[2]A.S.Tanenbaum《操作系统：设计与实现》电子工业出版社[3]H.M.Deitel《操作系统原理基础》北京科学出版社[4]卢显良《UNIX系统管理》清华大学出版社2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利4操作系统OperatingSystem2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利51.1计算机系统结构一、计算机系统组成中央处理机（CPU）内存I/O设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）外部设备存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）其它设备（MODEM、通信口）系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统）应用软件（CAD、MIS、用户自己开发的系统等）工具软件（软、硬件检测疹断程序）2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利61.1计算机系统结构一、计算机系统组成2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利71.1计算机系统结构二、软件与硬件的关系硬件是计算机系统的基础，软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机的程序，它们二者相互依赖、相互促进、共同发展。裸机（硬件）是僵尸，软件是幽灵.2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利81.1计算机系统结构三、在计算机系统中必须配备操作系统的目标方便用户提高计算机系统资源的使用效率2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利91.2操作系统的形成和发展1、手工阶段用户在计算机上算题的所有工作都要用户人工干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。随着计算机速度的加快，人机矛盾越来越大，直至无法容忍。必须寻求新的办法。例如：上机操作要1分钟，运行时间20分钟（10万次/sec）上机操作要1分钟，运行时间0.2分钟（1000万次/sec）2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利101.2操作系统的形成和发展2、批处理批处理是指系统中有一个监控程序，它负责完成用户程序的调人、启动运行、输出运行结果等工作。（1）联机批处理（2）脱机批处理（3）执行系统2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利111.2操作系统的形成和发展（3）执行系统执行系统：执行系统不仅负责调度作业自动地运行，而且还要控制I/O。虽然批处理系统能调度作业自动地运行，但存在如下缺点：·系统没有任何保护自己的措施；·程序进入死循环必须要程序员干预。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利121.2操作系统的形成和发展3、多道程序设计技术和多道成批系统60年代计算机硬件获得两个重大的进展：通道技术和中断技术通道:是一种专用部件，负责外部设备与内存之间信息的传输。中断：指主机接到外界的信号（来自CPU外部或内部）时，立即中止原来的工作，转去处理这一外来事件，处理完后，主机又回到原来工作点继续工作。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利131.2操作系统的形成和发展3、多道程序设计技术和多道成批系统2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利141.2操作系统的形成和发展3、多道程序设计技术和多道成批系统多道程序设计技术定义多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。特征:多道宏观上并行微观上串行2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利151.2操作系统的形成和发展3、多道程序设计技术和多道成批系统多道成批系统在批处理系统中采用多道程序设计技术，就形成了批量操作系统。该系统把用户提交的作业成批地送入计算机内存，然后由作业调度程序自动地选择作业运行。优点：缩短作业之间的交接时间，减少处理机的空闲等待时间，提高系统的吞吐量。缺点：用户响应时间较长。用户既不能了解自己程序的运行情况，也不能控制计算机。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利161.2操作系统的形成和发展4.分时操作系统(TimeSharingOS)分时计算机系统：由于中断技术的使用，使得一台计算机能连接多个用户终端，用户可通过各自的终端使用和控制计算机，我们把一台计算机连接多个终端的计算机系统称为分时计算机系统，或称分时系统。分时技术：把处理机的响应时间分成若于个大小相等（或不相等）的时间单位，称为时间片（如100毫秒），每个终端用户获得CPU，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运行，当时间片到（用完），用户程序暂停运行，等待下一次运行。例如：我们上课。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利171.2操作系统的形成和发展4.分时操作系统(TimeSharingOS)2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利181.2操作系统的形成和发展4.分时系统二、分时操作系统分时操作系统利用分时技术实现多道程序设计的一种操作系统，它一般采用时间片轮转的办法，使一台计算机同时为多个终端用户服务，对每个用户都能保证足够快的响应时间，并提供交互会话功能。分时操作系统的特点：1.多路调制性：即众多联机用户可以同时使用同一台计算机；2.独占性：各终端用户感觉到自己独占了计算机；3.交互性：用户与计算机之间可进行“会话”。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利191.2操作系统的形成和发展5.实时操作系统(real-timeOS)早期计算机系统是用于科学与工程的数值计算，如第一台计算机（1944年）产生的原因就是解决大口径火炮设计中的计算问题：弹道轨迹、弹着点和材料的各种应力分布的计算。还有原子弹设计和实验中大量的计算问题，用当时的计算工具已经解决不了。到了60年代初，计算机开始应用到生产过程控制、工业控制、防空系统、信息处理等，在这些应用中不但要解决计算间题，还要求在规定的时间内完成计算，即实时处理。在实时处理中的一个核心的问题就是响应时间问题。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利201.2操作系统的形成和发展5.实时操作系统(real-timeOS)响应时间：指用户发出命令，到系统完成用户命令所需的时间。批处理操作系统没有分时操作系统秒级(一般情况）实时操作系统微秒级甚至更小（经典说法）系统满足用户时限（deadline)的要求(现代）2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利211.2操作系统的形成和发展5.实时操作系统(real-timeOS)实时操作系统：实时操作系统是又一种类型的操作系统，对外部的请求，实时操作系统能够在规定的时间内处理完毕。实时：指计算机对于用户请求能足够快地进行处理，并做出反映。要求毫秒、微秒级。实时操作系统的应用：实时控制：工业过程控制、防空系统等实时信息处理：情报检索和查询、飞机订票系统、银行信用卡系统。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利221.2操作系统的形成和发展5.实时操作系统(real-timeOS)实时操作系统特点：1、系统对外部的信号必须能及时响应，(在规定的时间内（deadlin）)；2、要求高可靠性和安全性，效率则放在第二位；3、系统整体性强；4、不要求很强的“会话”能力。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利231.2操作系统的形成和发展6.网络操作系统2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利241.2操作系统的形成和发展6.网络操作系统(一)计算机网络概念a.计算机网络的概念计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物,是互连起来的计算机的集合.b.计算机网络产生的背景微电子技术的发展与进步计算机的应用社会化通信技术的进步和普及2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利251.2操作系统的形成和发展6.网络操作系统(一)计算机网络概念c.特征.资源共享性.独立自主性d.微机网络微型机技术的巨大进展,微机网络也随之崛起，并获得高速的发展，巳成为计算机网络中最活跃的一个分枝。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利261.2操作系统的形成和发展6.网络操作系统(二）网络的构成主机:主机是组成网络的独立自主的计算机系统，用于运行用户程序(即应用程序),也有些文献把它称为末端系统ES(EndSystem)。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利271.2操作系统的形成和发展6.网络操作系统(二）网络的构成子网（应叫通信子网）(CommunicationSubnet):是将入网主机连接起来的实体。子网的任务是在入网主机之间传递信息,以提供通信服务.2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利281.2操作系统的形成和发展6.网络操作系统(二）网络的构成IMP(InterfaceMessageProcessor)上述网络概念结构来自ARPA网。ARPA网是最早出现的重要网络之一，也是产生TCP/IP技术和最，应用TCP/IP技术的网络。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利29网络协议：网络协议是网络中各主机（HOST）之间传递信息的规则的集合。如国际标准化组织ISO/OSI七层网络结构协议、TCP/IP协议等。网络操作系统:在通常的操作系统中增加了实现网络低层协议（一般到传送层）功能和网络设备管理功能的操作系统。如UNIX、LINUX,WINDOWSNT都是网络操作系统。现在上网使用的IE4、Netscape、MailServer等属于网络应用程序，不属网络操作系统的范畴。1.2操作系统的形成和发展6.网络操作系统(三）网络操作系统2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利301.2操作系统的形成和发展7.分布式系统(DistributedSystem)分布式系统是以计算机网络为基础的计算机系统，包含多台处理机，每台处理机完成系统中指定的一部分功能。分布式计算机系统，可以是共享存储器，也可以是分布式的存储器，即每台计算机都有自己的存储器。从硬件上讲，它与计算机局域网没有任何区别。关键是软件。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利311.2操作系统的形成和发展7.分布式系统(DistributedSystem）分布式操作系统（DistributedOperatingSystem)在各处理机之间采用无主从关系来设计的操作系统。除了最低级的输入输出支援外，所有的系统任务可以在系统中任何处理机上运行。系统有高度的并行性和有效的同步方法。其特征是：（1）功能的分布（2）坚强性（3）高可靠性2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利321.3操作系统概念1.3.1操作系统定义1、科普的观点操作系统是计算机系统的管理和控制中心，它依照设计者制定的各种调度策略组织和管理计算机系统资源，使之能高效地运行。2、功能的观点操作系统是一个计算机资源管理系统，它负责计算机系统的全部资源的分配、控制、调度和回收。3、用户的观点操作系统是计算机与用户之间的接口，用户通过这种接口使用计算机。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利331.3操作系统概念1.3.1操作系统定义4、软件的观点操作系统是程序和数据结构的集合。5、管理的观点操作系统是计算机硬件和软件资源的合理而协调的管理者。6、操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化。2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利341.3操作系统概念1.3.1操作系统定义目前流行的操作系统：DOSUNIXLINUXMINIXWINDOWSNTWINDOWS95/98/2000并行UNIX、Mach/OS、OFS/12020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利351.3操作系统概念1.3.2操作系统的功能一、操作系统作为虚拟机2020/2/17华中科技大学计算机学院李胜利361.3操作系统概念1.3.2操作系统的功能二、操作系统作为资源管理器第二种观点是把操作