操作系统基础知识.ppt
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1、操作系统基础知识,操作系统OS(Operation System)是计算机系统中重要的系统软件,其作用是:,1、合理组织计算机工作流程,为用户使用计算机提供友好的人机接口,方便用户使用计算机系统;2、管理和控制计算机软件和硬件资源,使计算机各部分协调工作;,计算机系统层次结构,计算机系统层次结构可以分为四部分:硬件、操作系统、其他系统程序和应用程序。,操作系统和虚拟计算机,从系统体系结构的角度看,计算机分为:物理机虚拟机,多,级,虚,拟,机,器,实际机器:使用微指令系统和机器指令系统,直接操控机器硬件。,应用语言虚拟机:使用各种专用应用语言,实现专业应用领域用户对计算机的操作。例如人工智能语言
2、 PROLOG。,程序设计语言虚拟机:使用各种程序设计语言,实现程序员级用户对计算机的操作。例如汇编语言、c语言。,操作系统虚拟机:使用OS控制语言,实现用户对计算机的操作。例如交互操作命令。,计算机系统,物理,机器,专业应用,程序员用户,普通用户,硬件系统用户,系统设计者,计算机系统,领域用户,每个用户所看到的计算机系统是不同的。优点:将对硬件的复杂操作剥离并下移,由OS实现对物理机器资源的管理和控制操作,至于如何访问和控制硬件,则由OS负责。,操作系统发展历程1.手工操作阶段2.批处理阶段3.操作系统完善阶段,手工操作阶段,一个典型作业处理步骤如下:将程序和数据通过手工操作记录在穿孔纸带上
3、;将纸带装入纸带输入机,人工启动纸带输入机将程序和数据读入计算机;计算机处理作业。,批处理阶段,1、联机批处理2、脱机批处理 单道批处理系统 假脱机技术 多道批处理系统,脱机输入输出技术,在主机与输入输出设备之间设一台外围控制机(纸带上的数据输入到磁带上),由它完成输入输出任务。在这种系统中,输入输出脱离主机,减少了CPU等待人工的时间,提高了输入输出速度。将这种工作方式称为脱机输入输出方式。,1.单道批处理系统:,系统对作业的处理成批进行,但在内存中仅有一道程序处于运行状态,这就是单道批处理系统(Simple Batch Processing System)监督程序就是操作系统最初萌芽。,单
4、道批处理系统提高了计算机系统吞吐量,减少了主机空闲时间,在一定程度上提高了系统资源利用率。但在内存中只有一道程序,所以仍然不能充分利用系统资源。,2.假脱机技术:,在20世纪60年代初期,计算机硬件技术在两方面获得重要进展:一是通道的引入 二是中断的出现,通道也称为输入输出(I/O)处理机,它可以与CPU并行工作,专门用于控制输入输出设备。,I/O处理机输入输出结束时向CPU发出中断请求,CPU通过响应中断获取I/O处理机状态。,在CPU控制下,作业输入输出数据由I/O处理机完成,I/O处理机取代了外围控制机。这项技术被称为假脱机技术。,通道和中断技术的应用使CPU与I/O设备并行工作,避开了
5、CPU和I/O设备速度匹配问题,这为分时操作系统的诞生奠定了硬件基础。,3.多道批处理系统:,在60年代中期引入多道程序设计技术(Multi programmed Batch Processing System)。,作业预先在外存中排成一个队列,称为后备队列。由作业调度程序从后备队列中选择若干个作业装入内存,使它们交替运行。当正在运行的程序因输入输出操作而暂停执行时,系统运行另一道程序。这样多个程序共享CPU,使CPU始终处于忙碌状态。,多道程序设计技术应用于批处理系统,形成了多道批处理系统。,为了使多道程序间能够协调工作,监督程序需要解决以下管理问题:,作业调度:合理调度作业,使系统中硬件资
6、 源有效利用CPU管理:多个作业交替运行,需要合理安 排处理机时间内存管理:为每道程序分配必要的内存空间I/O设备管理:为多道程序分配输入输出设备,在计算机系统中应该有一组专用软件,负责:控制和管理软硬件资源合理组织工作流程,方便用户使用计算机这就是多道批处理操作系统。多道批处理系统的出现,标志着操作系统已经形成。,操作系统的完善,基本思想是:将CPU时间分成若干个时间片,在一个时间片运行一个作业,在下一个时间片运行另一个作业,在短时间内所有作业都能得到轮流执行。从整体上看每个作业都在运行,用户请求可以得到及时响应,这就是计算机分时操作系统。,分时系统标志着操作系统进入完善阶段。,常见操作系统
7、简介,3.1.1 DOS操作系统,DOS是磁盘操作系统(Disk Operation System),是一种单用户、单任务的微型机操作系统,它由IBM公司委托Microsoft公司开发,所以早期PC DOS又称为IBM DOS。在20世纪80年代,DOS操作系统随着微机的迅速普及而风靡世界。,DOS主要功能是命令处理、文件管理和设备管理。采用汇编语言编写,系统开销小,运行效率高,但管理功能简单,字符型用户界面,操作不方便。随着Windows图形用户界面操作系统的逐步实用,人们放弃了DOS。,Windows操作系统,Windows XP有三个版本,其中:WindowsXP Home Editio
8、n 有良好的数字媒体平台,适合家庭用户和游戏爱好者Windows XP Professional 为商业用户设计,有高级别的可扩展性和可靠性Windows XP 64-Bit Edition 可以满足电影特效制作、3D动画、工程设计和科学计算等对大内存、高浮点运算的专业技术需要,UNIX操作系统家族,UNIX操作系统是一个通用的、交互式、分时、网络操作系统。1969年美国贝尔实验室在DEC公司的小型机PDP-7上开发成功,1971年移植到PDP-11上。1973年用C语言重写UNIX,具有较高的易读性和可移植性,为UNIX迅速推广和普及应用奠定了基础。20世纪70年代中后期,UNIX源代码的免
9、费扩散引起很多大学、研究机构和公司的兴趣,大众参与为UNIX的改进、完善、传播和普及起了重要作用。,Linux操作系统,Linux是芬兰籍科学家Linus Torvalds于1991年编写的一种操作系统。当时他是赫尔辛基大学学生。Linus将这个系统源代码放在Internet上,允许自由下载。许多人对这个系统进行改进、扩充和完善。Linux操作系统可用于386、486或奔腾处理器的更高档次个人计算机上,具有UNIX操作系统的全部功能。目前Linux软件包带有X-Windows图形界面管理器,通过窗口、图标和菜单对系统进行管理。软件包还包括文本编辑器,高级语言编辑器等许多软件。,操作系统分类,根
10、据操作系统功能特征和使用环境可以分为三种基本类型:批处理系统;分时系统;实时系统。,操作系统的基本类型,操作系统分类,1批处理系统(Batch Processing System)2分时系统(Time-Sharing System)3实时操作系统(Real Time Operating System)4嵌入式操作系统(Embedded Operating System)5个人计算机操作系统(PC OS)6网络操作系统(Network Operating System)7分布式操作系统(Distributed Operating System)8多处理机操作系统(MP OS)9.中文操作系统(C
11、hinese Operating System),操作系统分类,APPLE,IBM,DOS,1.多道批处理系统,多道批处理操作系统(Batch Processing)的主要特征(外部特征)是多道性、成批性。,多道性是指在内存中可同时驻留多道程序,并允许它们并发执行,有效地提高系统资源(CPU)利用率和吞吐量。,成批性是指作业成批进入系统,成批处理。作业完成顺序与进入内存顺序没有紧密联系,先进入内存的作业可能后完成。,批处理系统优点脱机使用,操作方便成批处理,CPU利用率高 如VAX/VMS缺点是缺乏人机交互性。,2.分时操作系统,分时操作系统(Time-Sharing Operating Sy
12、stem)的特征是:多路性、独占性、交互性和及时性,分时操作系统允许一台主机同时连接多台交互终端,每个用户独占一个终端,彼此独立操作,互不干扰。,分时系统将CPU时间划分成若干个片段,称为时间片。操作系统以时间片为单位轮流为每个终端用户服务,系统对每个用户提出的请求都能及时响应,用户感觉不到其他用户存在。用户以交互方式使用计算机,共享主机资源。,多用户、多道程序共享一个CPU的OS。采用循环轮作方式将这些CPU时间片分配给排队队列中等待处理的每个程序。,3.实时系统,实时操作系统(Real-Time Operating System)的特征是实时性、高可靠性。,实时性是指计算机能及时响应外部事
13、件请求,在规定时间内完成事件的处理任务。如对运算和数据流有严格时间要求,需要使用实时系统。在此种系统中,软硬件任何故障都可能给系统带来严重后果。因此实时系统更加注重稳定性和可靠性。,实时OS是实时控制系统和实时处理系统的统称。实时控制:系统用于过程控制。例如,控制飞行器、导弹发射、飞行过程的自动控制系统。实时处理:系统主要指对信息进行及时的处理。如,利用计算机预订飞机票、火车票或轮船票等,1.嵌入式操作系统,嵌入式计算机是一种有计算机功能的电子设备,它以应用为中心,软硬件可以裁减。,嵌入式操作系统(Embedded Operating System)是一种支持嵌入式计算机的软件,由一个体积很小
14、的内核及一些可以根据需要定制的系统模块组成,能运行在各种不同硬件平台上,提供基本的程序运行环境和接口。,实用操作系统,嵌入式OS具有通用OS的基本特点,能够有效管理复杂的系统资源。应用范围广泛,例如,制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面的应用。嵌入式操作系统的特点是实时性、多任务、对硬件依赖性、软件固化和专用性等。著名嵌入式操作系统有Vxwork、Palm OS和Windows CE等。,2.网络操作系统,网络操作系统(Network Operating System)基于计算机网络。除具备普通操作系统所具备的功能外,还具有网络管理模块、通信
15、、安全和资源共享等模块。Netware、Windows 2000 Server、Unix、windows XP 等操作系统都是网络操作系统。,3.分布式操作系统,分布式操作系统(Distributed Operating System)是网络操作系统的更高级形式,它建立在计算机网络基础之上,有效地解决了地域分布很广的若干台计算机之间资源共享、并行处理等问题。特征是统一性、共享性、可靠性和透明性。,它的优点是:分布性:用广泛的数据共享实现分散资源管理获取较高的运算性能可靠性:由于在整个系统中有多个CPU系统,因此当某一个CPU系统发生故障时,整个系统仍旧能够工作。显然,在对可靠性有特殊要求的应用
16、场合可选用分布式OS。,4.多处理机操作系统,具有公共内存和时钟的多CPU系统称为多处理机系统,它们共享计算机总线和外部设备。建立在多处理机系统上的操作系统称为多处理机操作系统,也称为并行操作系统或紧耦合系统,如果各个CPU之间没有主从关系,则称为对称多处理系统(SMP)。UNIX、Linux、Windows NT 等操作系统都具有多处理机的管理功能。,操作系统的管理功能,操作系统作用:,不同操作系统,其设计目标不同,作用也不同。大型计算机操作系统的首要设计目标是优化硬件功能,提高系统运行效率。微型计算机操作系统的设计注重提供对家庭娱乐和商业应用的支持,追求易用性;掌上电脑操作系统则提供了方便
17、程序运行的环境,操作系统有两个重要作用:1.管理系统资源 2.提供友好界面,1.管理系统资源,计算机系统资源包括:处理机存储器输入输出设备程序和数据及各种信息,2.提供友好界面,大多数操作系统提供两种操作接口,即:命令接口程序接口。,命令接口,操作系统为用户提供的人机交互界面,称为命令接口。一般有两种命令接口:,字符型命令接口:允许用户通过键盘输入命令 操作计算机。图形命令接口:允许用户通过窗口或图标操纵 计算机。,联机命令接口,OS为用户提供许多以命令形式直接在终端上使用的命令,称为联机命令接口。可将这些命令分为几大类:系统访问 磁盘操作 文件操作 目录操作 通信 其他。,字符型命令行接口,
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