1-1概论-2学时-任爱华版

计算机操作系统任爱华[e-mail]2020/3/2第一讲要达到的目标明确本课整体安排观念的转变：从操作系统的使用者到操作系统的开发者了解操作系统的基本类型掌握操作系统概念2020/3/2OS课程教学目标通过学习应达到如下效果：1、能有效地管理和配置系统运行环境；2、掌握并发程序设计方法；3、掌握操作系统的设计原理；4、具有分析和设计操作系统的能力2020/3/2教学计划第一章概述（4学时）第二章操作系统用户接口（12学时）第三章进程与并发程序设计（10学时）第四章存储管理（8学时）第五章输入输出系统（6学时）第六章文件系统（8学时）第七章多机系统概述（3学时）2020/3/2教材与参考书学时：51教材：任爱华等，“操作系统实用教程”，清华大学出版社2001年7月参考书：1.汤子赢等,“计算机操作系统”，西安电子科技大学出版社，1992年5月2.AndrewS.Tanenbaum等，“OperatingSystems–DesgnandImplementation”，清华大学出版社，1997年9月3.张尧学，史美林，计算机操作系统教程，清华大学出版社，1993年9月成绩评定方式：平时作业10％实验30％考试60％操作系统课网址：第一章概论•计算机与操作系统•计算机与操作系统的发展•存储程序式计算机的结构和特点•操作系统的基本概念•操作系统的定义及其在计算机系统中的地位•操作系统的功能、特性及其应解决的基本问题•操作系统接口•系统调用与交互命令•分析和设计操作系统的几种观点•用户观点、资源观点、进程观点、分层观点F2020/3/2计算机的发展•机械计算机时代始于1614，有三百多年的探索历史。1848年英国数学家GeorgeBoole创立的二进制代数学，差不多在一个世纪前就为现代二进制计算机铺平了道路。•电子计算机的发展过程1946～1958，1959～1964，1965～1970，1971年至今(VLSI,ULSI)•计算机技术的影响目前，互联网技术、多媒体技术的发展，使计算机开始改变人们的生活。未来的计算机将与各种新技术相结合，与光电子学相结合，人们正在研究光子计算机；与生物科学相结合，人们正在研究用生物材料进行运算的生物计算机，以及用意识驱动计算机等技术。2020/3/2第一代计算机2020/3/2操作系统的发展•多道程序设计•批量处理•分时系统•实时系统•网络•分布式系统多道程序工作示例单道程序工作示例CPU工作用户程序监督程序I/O操作计算请求输入继续计算启动I/OI/O完成结束中断tt中央处理机外部设备外部设备程序A程序B程序A程序B磁盘输入输入结束打印输出磁带输入输入结束绘图输出输出结束输出结束机器速度作业在机器上计算所需时间人工操作时间操作时间与机器有效运行时间之比1万次/秒1小时3分钟1：2060万次/秒1分钟3分钟3：1批处理把用户提交的作业成批送入计算机，然后由作业调度程序自动选择作业运行。这样能缩短作业之间的交接时间，减少处理机的空闲等待，从而提高了系统效率。此类操作系统有代表性的是IBM公司为IBM360机器配置的操作系统OS/360。批处理2020/3/2分时系统的特点•多路性•独占性•交互性•及时性2020/3/2实时系统特点•及时响应•高可靠性和安全性•系统的整体性强•交互会话活动较弱•专用系统种类：实时信息处理、实时控制2020/3/2局域网间的连接微型机微型机网关局域网2020/3/2分布式系统分布式系统是一个一体化的系统，在整个系统中有一个全局的操作系统称为分布式操作系统。它和常规网络一样具有模块性、并行性、自治性和通信性等特点。但是，它比常规网络又有进一步的发展。例如，常规网络中的并行性仅仅意味着独立性，而分布式系统中的并行性还意味着合作。原因在于，分布式系统已不再仅仅是一个物理上的松散耦合系统，而同时又是一个逻辑上的紧密耦合的系统。分布式系统和计算机网络的区别在于前者具有多机合作和健壮性。2020/3/2存储程序式计算机的结构和特点著名数学家VonNeumann总结了手工操作的规律以及前人研究计算机的经验教训后，提出了“存储程序式计算机”方案，从而使计算初步实现了自动化。典型的单处理机系统结构总线中央处理机单元(CPU)内存储器磁盘适配器输入/输出接口其他外设接口通信线路接口磁盘驱动器输入/输出设备各种外设通信线路2020/3/2第一章概论•计算机与操作系统•计算机与操作系统的发展•存储程序式计算机的结构和特点•操作系统的基本概念•操作系统的定义及其在计算机系统中的地位•操作系统的功能、特性及其应解决的基本问题•操作系统接口•系统调用与交互命令•分析和设计操作系统的几种观点•用户观点、资源观点、进程观点、分层观点F2020/3/2操作系统的定义及其在计算机系统中的地位•操作系统是搭在硬件平台上的第一层软件，它负责把系统资源管理起来以便充分发挥它们的作用。编译程序汇编程序正文编辑程序数据库系统操作系统裸机用户1用户2用户3用户n操作系统系件统软件应用软用户计算机系统的组成与软件的层次关系应用软件应用语言级虚拟机翻译(应用程序)高级语言级虚拟机系统软件翻译(编译程序)汇编语言级虚拟机翻译(汇编程序)操作系统级虚拟机部分解释(操作系统)软硬件交界面硬件传统机器级物理机器解释固件微程序机器级硬件直接执行电子线路2020/3/2操作系统的其他表述提供一个计算机用户与计算机硬件系统之间的接口，使计算机系统更易于使用。（使用者）有效地控制和管理计算机系统中的各种硬件和软件资源，使之得到更有效的利用。（资源管理者）合理地组织计算机系统的工作流程，以改善系统性能（如响应时间、系统吞吐量）。虚拟机2020/3/2操作系统的功能、特性及其应解决的基本问题•功能：管理系统的软、硬件资源处理机管理、存储器管理、设备管理和信息管理程序•特性：并发性、共享性、不确定性、虚拟性•解决的基本问题：⑴提供解决各种冲突的策略⑵协调并发活动的关系⑶保证数据的一致性⑷实现数据的存取控制2020/3/2第一章概论•计算机与操作系统•计算机与操作系统的发展•存储程序式计算机的结构和特点•操作系统的基本概念•操作系统的定义及其在计算机系统中的地位•操作系统的功能、特性及其应解决的基本问题•操作系统接口•系统调用与交互命令•分析和设计操作系统的几种观点•用户观点、资源观点、进程观点、分层观点F2020/3/2系统调用与交互命令操作系统系统调用（程序界面）交互式界面用户图1-12操作系统接口•系统调用Linux:fork();exit();Dos:int21h•交互命令Linux:pskillmailDos:dir,copy,typeping211.71.12.1452020/3/2第一章概论•计算机与操作系统•计算机与操作系统的发展•存储程序式计算机的结构和特点•操作系统的基本概念•操作系统的定义及其在计算机系统中的地位•操作系统的功能、特性及其应解决的基本问题•操作系统接口•系统调用与交互命令•分析和设计操作系统的几种观点•用户观点、资源观点、进程观点、分层观点F2020/3/2分析和设计操作系统的几种观点(一)•用户观点这种观点主要是为刻画操作系统的功能而引入的，从用户的角度来观察操作系统，操作系统是个黑盒子，配置了操作系统的计算机与原来真实的物理计算机迥然不同，因为它提供了用户使用计算机的更方便手段,构造了一台虚拟机，采用的操作命令决定了虚拟机的功能。•资源管理观点资源观点是从现代计算机系统角度考虑问题。计算机系统由硬件和软件两大部分组成，即：硬件和软件资源，这些资源都是非常宝贵的，按其性质可归为四大类：处理机、存储器、外部设备和文件(程序和数据)。这四类资源构成了操作系统本身和用户作业赖以活动的物质基础和工作环境。2020/3/2分析和设计操作系统的几种观点(二)•进程观点通常我们把程序的一次执行过程叫做一个进程，在这一过程中，进程被创建、运行直至被撤消完成其使命，从进程角度来分析操作系统，则所有进程的活动就构成了操作系统的当前行为，在每一个瞬间都有一棵进程家族树，它展示着操作系统行为主体的一个快照。•模块分层观点资源管理观点回答了整个操作系统是由哪几部分组成的，并且利用进程观点指明了这些资源管理程序在什么时候开始起作用，以及它们在执行过程中是如何相互联系的。现在，我们要用模块分层观点讨论模块之间的关系或者说讨论如何形成操作系统的构架，如何安排连结这些程序模块才能构造一个结构简单清晰、逻辑正确、便于分析和实现的操作系统。初始化外部复位用户中断…进程进程A2进程A1…进程B2进程B1……进程X2进程X1系统数据基文件管理数据结构设备管理数据结构内存管理数据结构进程控制块中断表守护进程demon中断管理操作系统中的进程DOS操作系统的层次结构用户命令COMMAND.COMMSDOS.SYSIO.SYSBIOS硬件设备2020/3/2本次课小结计算机历史与操作系统发展过程存储程序式计算机与操作系统计算模式操作系统类型现代操作系统的基本特征分析操作系统的几种观点操作系统的用户界面操作系统的发展体现了计算机硬件技术与软件技术的发展