操作系统第1章概述ppt课件.pptx

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1、Operating System(OS)操作系统,什么是操作系统？,操作系统天天见！,2,Vista,Win7,Apple的Mac操作系统,桌面秀,Ubuntu,Smartphone Operating System,什么是操作系统？,计算机系统！,什么是操作系统？,计算机系统！硬件系统,什么是操作系统？,硬件系统：例如磁盘I/O操作！初始化、格式化、检测状态、复位、校准控制器及设备、移动磁头臂、读写数据Read()/write()，13个参数：磁盘块地址，磁道的扇区数、物理介质的记录格式、扇区间隙，对已删除数据地址标识的处理方法通过文件名，对文件进行常规操作Open()/read()/wri

2、te()/close(),什么是操作系统？,一般用户（程序员）不想涉足硬件（例如磁盘）的复杂的操作细节，需要一个简单的，高度抽象的处理。抽象来源于具体，但是有超越具体,什么是操作系统？,操作系统的任务就是创建抽象，并实现和管理它所创建的抽象对象,什么是操作系统？,计算机系统！软件系统,什么是操作系统？,计算机系统！软件系统,什么是操作系统？,操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对硬件（CPU，Memory，Printer）的分配，即资源管理时间复用CPU，Printer空间复用Memory，Disk,什么是操作系统？,管理和优化计算机的硬件和软件资源，为用户（用户程序）提供一个更好，

3、更简单，更清晰的计算机模型，这就是操作系统。俗称“管家婆”对上对下,什么是操作系统？,魔术师和管理者,什么是操作系统？,魔术师将计算机以一个更加容易，方便，强大的方式呈现给用户使用差的变好、少的变多、复杂的变容易屏蔽不同设备的差异性，同样的方式访问不同的设备多个程序都能申请到“内存”多个程序都在“同时”运行占用CPU,什么是操作系统？,管理者管理硬件、软件资源有效，不能浪费资源公平，都能享用到资源，当然没有真正的公平，但是追求公平是我们的本能,什么是操作系统？,CPU管理内存管理外存管理I/O管理健壮性管理确保操作系统自身的正常运行安全性管理防止非法操作,什么是操作系统？,操作系统是程序，用户

4、程序也是程序，程序与程序之间能有什么关系呢？,什么是操作系统？,操作系统是程序，用户程序也是程序，程序与程序之间能有什么关系呢？操作系统和用户程序互相调用，形成一个复杂的动态关系,什么是操作系统？,当你在玩游戏，聊天，听歌，运行程序时，你有没有想过他们是如何显示或打印出来的？操作系统是掌控计算机运行的系统，在学习操作系统的过程中，能够了解到程序在计算机 上运行的“全景”,课程建议,课程特点内容庞杂、涉及面广课前预习，认真做课后习题有些概念需要反复理解体会学习方法思考细节（易用性的坏处）广泛查阅资料，cnki互相讨论,考核方式,期末考试占40%期中考试占20%平时考核占10% （出勤+课堂提问）

5、上机实验占20% （8-9次）个人加分占10%,主要参考书,Andrew S.Tanenbaum著 ,陈向群,马洪兵等译.现代操作系统（第三版），机械工业出版社,2009教材Andrew S.Tanenbaum著.现代操作系统( Modern Operating Systems (第三版) )英文版教材William Stallings.操作系统：精髓与设计原理(第六 版)，电子工业出版社，张红光，李福才.操作系统原理与应用教程，清华大学出版社于渊.自己动手写操作系统，电子工业出版社龚奕利.深入理解计算机系统,机械工业出版社,学时分配,适当调整,交流平台,网络教学平台招募课代表一名沟通的桥梁,

6、33,分组,每个小组成员3-6名，推荐一名小组长组队原则是优势互补，尽量避免强强联合或集体打酱油组长权利和义务督促组员按时完成作业不定期组织小组讨论，集中攻克难题执行组长问责制和奖励机制最终分组名单在第一次实验课确定,第一章 操作系统概述,本章学习内容及目标,什么是操作系统操作系统的发展史计算机硬件系统概述操作系统概念系统调用操作系统结构,操作系统的地位,CPU (Center Processing Unit)是计算机硬件的核心，可以比做是计算机系统的心脏操作系统（OS Operating System）是计算机软件的核心，可以比做是计算机系统的大脑,操作系统的地位,OS是用户和计算机之间的接

7、口计算机硬件和软件的接口配置在计算机硬件上的第一层软件,操作系统的地位,操作系统是计算机系统资源（硬件资源、软件资源）的管理者操作系统又是计算机用户（用户、应用程序）的服务者,操作系统的作用,操作系统对资源的管理：有效和公平监视资源实施资源分配策略分配资源回收资源,操作系统的作用,进程管理进程的描述、同步、通信、调度，解决死锁存储管理内存、虚拟存储器和磁盘存储器的分配、保护文件管理文件结构、目录管理、文件共享和保护设备管理I/O设备的分配、缓冲、共享等,操作系统所处的位置,关键词: 用户态/目态；内核态/管态,操作系统所处的位置,就像世界上的人并不平等一样（VIP客户），并不是所有的程序都是平

8、等的。世界上有的人占有资源多，有的人占有资源少内核态（也称为管态，核心态）这种模式下操作系统具有对所有硬件的完全访问权，可以执行机器能够运行的任何指令用户态（也称为目态），只能使用机器指令的一个子集,操作系统所处的位置,CPU的状态（程序状态字PSW寄存器），即使用CPU的进程的状态内核态比用户态进程有更多的权限，可以访问更多的资源进程表谁能访问用户程序数据谁能访问,什么是操作系统,作为扩展机器的操作系统提供资源集的清晰抽象作为资源管理者的操作系统管理资源,抽象,抽象是管理复杂性的一个关键，好的抽象可以把一个几乎不可能管理的任务划分为两个可管理的部分有关抽象的定义和实现随时用这些抽象解决问题进

9、程、地址空间、文件,小结,什么是操作系统？说出至少5个和操作系统有密切关系的词语软件、管家婆、魔术师硬件、抽象、用户、服务资源（内容）、CPU、存储、磁盘、I/O管理等竞争、时间复用、空间复用内核态,47,本章学习内容及目标,什么是操作系统操作系统的发展史计算机硬件系统概述操作系统概念系统调用操作系统结构,操作系统的发展史,为什么要了解历史操作系统为什么是今天这个样子思考其将来会是什么样子你能否找到一个感兴趣的点，做点什么，在其历史上留下一笔,问答,快速阅读教材1.2.1-1.2.4内容,操作系统的历史,(194555) Vacuum Tubes 真空管和穿孔卡片(195565) Transi

10、stors and Batch Systems晶体管和批处理系统(19651980) ICs and Multiprogramming集成电路芯片和多道程序设计(1980Present) Personal Computers 个人计算机，大规模集成电路与现代操作系统,真空管和穿孔卡,真空管和穿孔卡,程序员预约一段时间，到机房中将插件板接到计算机上，等几个小时，期盼真空管不会烧坏穿孔卡，将机器语言构成的程序用穿孔卡表示，读入计算机，不用插件板了，其他过程依旧,操作系统的历史,(194555) Vacuum Tubes 真空管和穿孔卡片(195565) Transistors and Batch

11、Systems晶体管和批处理系统(19651980) ICs and Multiprogramming集成电路芯片和多道程序设计(1980Present) Personal Computers 个人计算机，大规模集成电路与现代操作系统,晶体管和批处理系统,晶体管的发明计算机可靠性提高，可长时间运行，批量制造设计人员、生产人员、操作人员、程序人员和维护人员第一次有了明确的分工期待计算机能完成更多的任务,晶体管和批处理系统,程序员将程序穿孔卡片盒送到输入室，操作员从输入室取走任务（可能需要Fortran编译器编译），在计算机上运行，计算结果从打印机输出，操作员撕下运行结果送到输出室，程序员取走结果

12、。你有什么想法？搬一本书or搬一堆书？放到对应的书架上,晶体管和批处理系统,程序员将穿孔卡片程序送给1401机处. 1401 机将程序读到磁带上.操作员将输入带送至7094机. 7094 机进行计算.（运行一个特殊的程序，读作业，执行，输出到磁带）操作员将输出磁带送到1401机.1401机打印输出.,晶体管和批处理系统,图 1-4. 典型的FMS（FORTRAN Monitor System）作业结构.,现代Shell和命令解释器的先驱,晶体管和批处理系统,什么是批处理系统批处理系统有何优缺点,晶体管和批处理系统,什么是批处理系统？所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统软件，在它的控制下，

13、计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的作业。批处理系统的优缺点？优点：系统吞吐量大，资源利用率高缺点：在批处理环境下，用户作业一旦投入运行就不再由用户控制，直到运行结束，所以批处理系统不具有交互性,操作系统的历史,(194555) Vacuum Tubes 真空管和穿孔卡片(195565) Transistors and Batch Systems晶体管和批处理系统(19651980) ICs and Multiprogramming集成电路芯片和多道程序设计(1980Present) Personal Computers 个人计算机，大规模集成电路与现代操作系统,集成电路芯片和多道程序设

14、计,集成电路芯片计算机性能/价格比有了很大提高计算机产品线科学用计算机（计算密集型）商用计算机（I/O密集型）期待计算机高性能的完成更多的任务I/O密集型时，I/O能否快一点？交互性能否更好一些？,Uniprogramming 单道程序,处理器在输入/输出指令完成前必须等待（空转）,Multiprogramming 多道程序设计,在一个作业等待I/O时将处理器切换到另一个作业,集成电路芯片和多道程序设计,要实现多道程序设计需要什么条件呢？,集成电路芯片和多道程序设计,内存管理技术,Figure 1-5. 一个内存中有三个作业的多道程序系统,集成电路芯片和多道程序设计,分时技术人们想回到计算机面

15、前，亲自管理自己的程序每个用户都有一个联机终端，操作系统分时段为每个终端用户轮流服务，如果时间掌握得好，用户输入完一个命令，正好轮到计算机为它服务，用户就无需等待。,集成电路芯片和多道程序设计,在操作系统中引入多道程序设计技术以后，会使系统具有以下特征Multi-channel (多道性 )Schedulable(调度性 )Disorder/Uncertainty (无序性/不确定性 )Parallel macro, serial micro (宏观上并行、微观上串行),实时操作系统,实时操作系统是指所有任务都在规定时间内完成的操作系统，即必须满足时序可预测性。精确、合理和及时的进程调度才能保

16、证响应时间工业流水线控制系统军事控制系统化学反应堆监控系统航空飞行 控制系统,操作系统的历史,(194555) Vacuum Tubes 真空管和穿孔卡片(195565) Transistors and Batch Systems晶体管和批处理系统(19651980) ICs and Multiprogramming集成电路芯片和多道程序设计(1980Present) Personal Computers 个人计算机，大规模集成电路与现代操作系统,大规模集成电路与现代操作系统,大规模集成电路、微处理器使得每个人都能拥有自己的电脑共享小型机- 独享个人电脑期待计算机高性能的完成更多的任务强调易用

17、性、网络功能和性能,大规模集成电路与现代操作系统,Ms-DosMacintoshWindowsUnixLinux,大规模集成电路与现代操作系统,网络的出现和发展网络操作系统单处理器操作系统上增加网络功能（网络接口控制器、远程访问等）分布式操作系统允许一个应用在多台机器的处理器上运行，需要更复杂的调度算法达到最大并行优化，提高了计算机协作能力分布式操作系统、程序设计、分布式文件系统和分布式数据库,操作系统的未来发展趋势,微内核方向大型机，超大型机安全性，可靠性,操作系统的发展史,(194555) Vacuum Tubes 真空管和穿孔卡片(195565) Transistors and Batch Systems晶体管和批处理系统(19651980) ICs and Multiprogramming集成电路芯片和多道程序设计(1980Present) Personal Computers 个人计算机，大规模集成电路与现代操作系统,操作系统的发展史-小结,是什么推动了操作系统的发展硬件的技术、工艺、成本人们对计算机的需求提高硬件的性能和利用率操作系统设计者和攻击者之间的博弈,