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操作系统OperatingSystem喻飞物理与电子信息工程系教材及参考书目教材：《计算机操作系统》汤子赢哲凤屏汤小丹西安电子科技大学出版社参考书目：《计算机操作系统》汤子赢、杨成忠西安电子科技大学出版社《计算机操作系统教程》张其学、史美林清华大学出版社《UNIX操作系统教程》尤晋元主编西安电子科技大学出版社《UNIX操作系统教程》张红光李福才等机械工业出版社课程时间及考核安排本课程在元月5日前结束考核方式：期中不考试（不排除有考核的可能）最终成绩=平时成绩+期中（可选）+期末考查平时成绩=练习+作业作业本为装订成册的文稿纸或者为作业本请大家回答几个问题1、你认为什么是操作系统？2、你熟悉哪些操作系统？3、你知道操作系统是如何设计的吗？想知道吗？4、你知道操作系统从什么时候开始使用窗口设计？5、你知道国产操作系统吗？国产手机操作系统吗？Kylin(麒麟)国内手机厂商大多采用Symbian、Palm和WindowsMobile三大手机操作系统波导的Doeasy常见的操作系统DOS命令用户界面UNIX指令用户界面UNIX图形用户界面LINUX用户界面LINUX的读法Hello,ThisisLinusTorvaldsandIpronounceLinuxasLinux.里那克斯1.1985年Windows1.0正式推出2.1987年10月推出Windows2.02.0的界面3.1990年5月Windows3.0版推出Windows逐渐占据了个人电脑系统，3.0也首次加入了多媒体，被舆为“多媒体的DOS”。3.0界面3.0界面4.1992年Windows3.1发布1993年11月Windows3.11发布，革命性的加入了网络功能和即插即用技术。3.11的界面这也是Windows系统第一次有了中文版！在我国得到了较为广泛的应用5.1994年Windows3.2发布3.2界面Windows系统发生了质的变化，具有了全新的面貌和强大的功能，DOS时代走下舞台。95标明了一个“开始”按钮的介绍以及桌面个人电脑桌面上的工具条，这一直保留到现在视窗后来所有的产品中6.1995年8月24日Windows95发布在93、94年微软都相继发布了3.1、3.5等版NT系统。主要面向服务器市场。7.1996年8月24日WindowsNT4.0发布8.1998年6月25日Windows98发布Windows98SE（第二版）发行于1999年6月10日。它包括了一系列的改进，例如InternetExplorer5、WindowsNetmeeting。98是一个成功的产品，以至于现在仍有众多用户使用。集成了InternetExplorer5.5和WindowsMediaPlayer7，系统还原功能则是它的另一个亮点。9.2000年9月14日WindowsMe发布又称WinNT5.0，一共四个版本：Professional、Server、AdvancedServer和DatacenterServer10.2000年12月19日Windows2000发布WindowsXP是基于Windows2000代码的产品，同时拥有一个新的用户图形界面（叫做月神Luna），它包括了一些细微的修改。11.2001年10月25日WindowsXP发布集成了防火墙、媒体播放器（WindowsMediaPlayer），即时通讯软件（WindowsMessenger），以及它与MicrosoftPasport网络服务的紧密结合。是目前操作系统使用率最高的一个系统。是目前微软最新的服务器操作系统，算是2000的一个升级。12.2003年4月底Windows2003发布有关操作系统的统计可参看下面的网站：，不同类型的OS，其目标各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS，其目1.方便性2.有效性3.可扩充性4.开放性1.1.2操作系统的作用1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口OS作为用户与计算机硬件系统之间接口的含义是：OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。或者说，用户在OS帮助下，能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。OS是一个系统软件，这种接口是软件接口。OS作为接口的示意图用户应用程序系统调用命令图标、窗口操作系统计算机硬件(1)命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语言)，用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算机系统。(2)系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵计算机。(3)图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序。用户可以通过三种方式来使用计算机：2.OS作为计算机系统资源的管理者在一个计算机系统中，通常都含有各种各样的硬件和软件资源。归纳起来可将资源分为四类：处理器存储器I/O设备信息OS对这四类资源进行管理处理器管理存储器管理I/O设备管理文件管理3.OS用作扩充机器通常把在裸机覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚机器。如果我们又在第一层软件上再覆盖上一层文件管理软件，则用户可利用该软件提供的文件存取命令，来进行文件的存取。此时，用户所看到的是台功能更强的虚机器。如果我们又在文件管理软件上再覆盖一层面向用户的窗口软件，则用户便可在窗口环境下方便地使用计算机，形成一台功能更强的虚机器。1.1.3操作系统的层次模型用户1用户2用户n硬件应用程序语言处理程序操作系统…计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构如下：OS层次模型如下：用户接口（命令接口、程序接口、图形用户接口）对对象操纵和管理的软件集合（处理机管理软件、存储器管理软件、设备管理软件、文件管理软件）操作系统对象（处理机、存储器、设备、文件和作业）OS层次模型1.OS对象OS操纵和管理的对象：一个或多个处理器、存储器系统，各类I/O设备以及文件和作业。2.对对象操纵和管理的软件集合OS的的核心部分，集中了操作系统五大功能中的四大功能，分别对四类对象进行操纵和管理。3.用户接口OS通常向用户提供三种类型的接口：（1）命令接口（2）程序接口（3）图形用户接口1.2操作系统的发展过程1.2.1推动操作系统发展的主要动力1.不断提高计算机资源利用率的需要2.方便用户3.器件的不断更新换代4.计算机体系结构的不断发展1.2.2无操作系统时的计算机系统1.人工操作方式从计算机诞生(1945年)到50年代中期（未出现OS），用户人工操作直接使用计算机硬件系统(卡片机)缺点：(1)用户独占全机。(2)CPU等待人工操作。CPU与I/O设备之间的速度存在着不匹配的矛盾，如何解决这个矛盾？2.脱机输入/输出(Off-LineI/O)该技术是如何实现的呢？事先将装有用户程序和数据的纸带（或卡片）输入机在外围机的控制下把纸带（或卡片）上的数据（程序）输入到磁带上。当CPU需要这些程序和数据时再从磁带上高速地调入内存。这种脱机I/O(1)减少了CPU的空闲时间。(2)提高I/O速度。输入设备外围机磁盘主机外围机输出设备脱机I/O示意图1.2.3单道批处理系统1、单道批处理系统(SimpleBatchProcessingSystem)的处理过程单道批处理系统的处理流程把下一个作业的源程序转换为目标程序源程序有错吗？否装配目标程序还有下一个作业？是否停止运行目标程序是开始单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地说，它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解的OS。尽管如此，该系统比起人工操作方式的系统已有很大进步。(1)自动性。(2)顺序性。(3)单道性。2、单道批处理系统的特征1.2.4多道批处理系统一.多道程序设计的基本概念在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，它无法充分利用系统中的所有资源，致使系统性能较差。为了进一步提高资源的利用率和系统吞吐量，在60年代中期又引入了多道程序设计技术，由此而形成了多道批处理系统(MultiprogrammedBatchProcessingSystem)。在该系统中，用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。1.什么是中断?从系统操作的观点来看，中断的定义如下：中断指的是：①对异步或意外事件的一种响应；②这一响应自动地保存CPU状态以便将来重新启动；③自动转入中断处理程序。二.多道程序设计的硬件支持在计算机系统中，一般将中断分为如下几种类型：(1)I/O中断。这是外部设备完成了预定I/O操作或在I/O操作中出错所引起的中断。(2)程序中断。这是由程序中的错误引起的中断。(3)硬件故障中断，或称机器检验中断。(4)外中断。外中断来自外部信号，这些信号可能来自其它机器。外中断还包括时钟中断，以及来自键盘的中断。(5)访管中断。由机器中的访管指令（对软件提供的子程序的访问）引起的中断。中断的处理过程（程序状态字PSW）用户程序中断机构（硬件）判别中断类型保护旧PSW取出新PSW中断处理程序取出中断码分析中断原因按不同原因分别处理取出旧PSW重新装入，返回断点……旧PSW新PSW单通路I/O系统设备A设备B设备C设备D设备E设备F设备G设备H控制器控制器通道控制器控制器通道主存2.通道技术CPU与通道之间的关系是主从关系。CPU是主设备，通道是从设备。采用通道方式实现数据传输的过程如下：(1)当运行的程序要求数据传输时，CPU向通道发I/O指令，(2)通道接收到CPU的I/O指令后，从内存中取出相应的通道程序，通过执行通道程序完成I/O(3)当I/O操作完成(或出错)时，通道以中断方式中断CPU正在执行的程序，请求CPU的处理。3.CPU和通道的通信t1t2t3t4t5t6t7t8结束中断I/O完成启动I/OI/O中断请求I/O完成启动I/OI/O中断请求用户程序监督程序I/O操作(a)单道程序运行情况程序A程序AI/O请求程序AI/O完成程序B程序BI/O请求程序C程序CI/O请求程序D程序DI/O请求CI/O完成C再被调度程序BI/O完成程序A再被调度程序A程序B程序C程序D调度程序(b)四道程序运行情况A完成结束中断通道作业程序A作业程序B时间通道开始动作I/O结束中断t0t1t2t（b）引入通道后两道程序运行情况三.多道程序设计原理t1t2t3t4t5t6t7t8结束中断I/O完成启动I/OI/O中断请求I/O完成启动I/OI/O中断请求用户程序监督程序I/O操作(a)单道程序运行情况程序A程序AI/O请求程序AI/O完成程序B程序BI/O请求程序C程序CI/O请求程序D程序DI/O请求CI/O完成C再被调度程序BI/O完成程序A再被调度程序A程序B程序C程序D调度程序(b)四道程序运行情况A完成结束中断（c）四道程序运行情况我们分析了单道程序运行以及两道程序运行的情况，那么对于更多程序并行运行时又是如何进行的呢？(1)多道性：在内存中同时驻留多道程序，它们并发执行，以提高系统的资源利用率和系统的吞吐量。(2)无序性：作业的执行顺序与作业进入系统的先后顺序没有严格的对应关系。(3)调度性：作业从提交到运行完成需要经过两次调度，即作业调度和进程调度。四.多道批处理系统的特征P8(1)资源利用率高。(2)系统吞吐量大。(3)平均周转时间长。(4)无交互能力。五.多道批处理系统的优缺点(1)处理机管理问题。(2)内存管理问题。(3)I/O设备管理问题。(4)文件管理问题。(5)作业管理问题。OS就是一个“大管家”，可以这样去定义它：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的程序的集合。六.多道批处理系统需要解决的问题