操作系统课本第1章PPT格式课件下载.ppt
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5一、操作系统的目标尽管操作系统的类型很多,但其设计目标基本包含4方面:
有效性、方便性、可扩展性和开放性。
1.有效性操作系统的有效性包含两方面的含意:
(1)提高系统资源利用率在没有配置OS的计算机系统中,如只含有硬件CPU、I/O设备等资源,此时设备经常处于空闲状态而得不到充分利用;
内存及外存中所存放的数据太少或者无序而浪费了大量的存储空间。
配置了OS之后,由于OS具有合理分配资源和调度管理资源的能力,这样CPU、I/O设备就可处于忙碌状态而得到有效的利用,也可使内存和外存的存储空间得到充分利用。
(2)提高系统的吞吐量吞吐量:
单位时间内系统处理的作业个数(如:
码头的集装箱吞吐量)通过操作系统合理组织计算机的工作流程,进一步改善资源的利用率,加速程序的运行,缩短程序的运行周期,从而提高系统的吞吐量。
62.方便性一个未配置OS的计算机系统是极难使用的,因为计算机硬件只能识别0和1这样的机器代码。
若在计算机硬件上运行自己所编写的程序,就必用机器语言0-1码编写程序。
显然这对于普通用户是无法做到的,只有专业计算机人员才能做到。
在计算机硬件上配置了OS以后,用户便可通OS所提供的各种命令、图形界面来使用计算系统,使计算机能够被广大的用户使用。
7提高方便性是OS非常重要的设计目标3.可扩充性随着VLSI技术(超大规模集成技术)和计算机技术的迅速发展,计算机硬件和体系结构也随之得到迅速发展,相应地,它们也对OS提出了更高的功能和性能要求。
此外,多处理机系统、计算机网络,特别是Internet的发展,又对OS提出了一系列更新的要求。
因此,OS必须具有很好的可充扩性,才能适应计算机硬件、体系结构以及应用发展的要求。
现代OS中采用了很多新的结构,如微内核结构和客户服务器模式,以便于方便地增加新的功能和模块,并能修改老的功能和模块。
OS采用的新技术结构将在本章最后有介绍,做为了解。
主要介绍经典OS采用的技术方法。
84.开放性自20世纪80年代以来,由于计算机网络的迅速发展,特别是Internet的应用的日益普及,使计算机操作系统的应用环境已由单机封闭环境转向开放的网络环境。
为使来自不同厂家的计算机和设备能通过网络加以集成化,并能正确、有效地协同工作,实现应用的可移植性和互操作性,要求操作系统必须提供统一的开放环境,进而要求OS具有开放性。
9开放性指系统能遵循世界标准规范,特别是遵循开放系统互连(OSI)国际标准。
凡遵循国际标准所开发的硬件和软件,均能彼此兼容,可方便地实现互连。
开放性已成为20世纪90年代以后计算机技术的一个核心问题,也是一个新推出的系统或软件能否被广泛应用的至关重要的因素。
10实例:
开发性较弱的OS二、操作系统的二、操作系统的作用作用11OSOS作为用户与计算机硬件系统之间的作为用户与计算机硬件系统之间的接口接口22OSOS作为计算机系统资源的作为计算机系统资源的管理者管理者33OSOS实现了对计算机资源的实现了对计算机资源的抽象抽象1111OSOS作为用户与计算机硬件系统之间的作为用户与计算机硬件系统之间的接口接口12接口的含义:
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。
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。
说明:
OS是一个系统软件,所以这种接口是软件接口(如图形界面接口)。
图1-1OS作为接口的示意图14用户使用计算机的三种方式:
(1)命令方式指由OS提供了一组联机命令接口,以允许用户通过键盘输入有关命令来取得操作系统的服务,并控制用户程序的运行。
如DOS操作系统:
copy/dir
(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,来实现与操作系统的通信,并取得它的服务。
如数据库:
cls/type.txt15(3)图形、窗口方式这是自OS问世以来使用最为方便、最为广泛的接口,它允许用户通过屏幕上的窗口和图标来实现与操作系统的通信,并取得它的服务。
这也是目前OS提供的人-机最好的接口形式。
1622OSOS作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者资源分为四类:
处理器(含运算器和控制器)、存储器、I/O设备以和信息(数据和程序)。
(OS的管理功能是针对这四类资源进行有效的管理的。
)OS的四大管理功能:
处理机(CPU)管理:
用于分配和控制处理机存储器管理:
主要负责内存的分配与回收I/O设备管理:
负责I/O设备的分配与操纵文件管理:
负责文件的存取、共享和保护。
计算机系统含有那些资源?
硬件和软件资源。
OS作为计算机系统的资源管理者,管理着计算机系统的所有软、硬件资源。
图1-2I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节33OSOS实现了对计算机资源的抽象实现了对计算机资源的抽象没有OS安装了OS18裸机:
计算机硬件。
虚拟机:
在一个裸机上每加入一层软件,便可增强其功能,形成功能更强大的机器,这种功能更强大的机器称为虚拟机。
关于抽象的过程:
P3-4自读19三、推动操作系统发展的主要动力三、推动操作系统发展的主要动力自读内容自读内容SPOOLingSPOOLing系统:
假脱机系统。
系统:
SPOOLingSPOOLing技术:
虚拟设备技术。
技术:
单处理器系统:
含一个单处理器系统:
含一个CPUCPU的计算机系统。
的计算机系统。
多处理器系统:
含一个以上多处理器系统:
含一个以上CPUCPU的计算机系的计算机系统。
统。
201.2操作系统的发展过程操作系统的发展过程一、无操作系统的计算机系统一、无操作系统的计算机系统二、单道批处理系统二、单道批处理系统三、多道批处理系统三、多道批处理系统四、分时系统四、分时系统五、实时系统五、实时系统六、六、微机操作系统的发展微机操作系统的发展了解内容了解内容掌握理解内容理解内容21一、无操作系统的计算机系统一、无操作系统的计算机系统脱机输入:
脱机输出:
事先将装有用户程序和数据的纸带(或卡片)装入纸带输入机(或卡片机),在一台外围机的控制下,把纸带(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,再从磁带上将其高速地调入内存。
CPU不直接与输入设备联系。
当CPU需要输出时,可由CPU直接高速地把数据从内存送到磁带上,然后再在另一台外围机的控制下,将磁带上的结果通过相应的输出设备输出。
22磁盘磁盘磁盘图1-3脱机I/O示意图输入输入输入输出输出输出23这种程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成的,或者说,它们是在脱离主机的情况下进行的,故称为脱机输入/输出方式。
反之,在主机的直接控制下对输入/输出设备进行输入/输出的方式称为联机输入/输出方式。
24二、单道批处理系统二、单道批处理系统把一批作业以脱机方式输入到磁带上,并在系统中配上监督程序,在它的控制下使这批作业能一个接一个地连续处理。
这种处理系统。
1.单道批处理处理过程首先,由监督程序将磁带上的第一个作业装入内存,并把运行控制权交给该作业。
当该作业处理完成时,又把控制权交还给监督程序,再由监督程序把磁带(盘)上的第二个作业调入内存。
计算机系统就这样自动地一个作业一个作业地进行处理,直至磁带(盘)上的所有作业全部完成,。
由于系统对作业的处理都是成批地进行的,且在内存中始终只保持一道作业运行,故称此系统为单道批处理系统。
图1-4单道批处理系统的处理流程2622单道批处理系统的特征单道批处理系统的特征
(1)自动性在源代码无误的情况下,在磁带上的一批作业能自动地逐个地依次运行,而无需人工干预。
(2)顺序性磁带上的各道作业是顺序地进入内存,各道作业的完成顺序与它们进入内存的顺序,在正常情况下应完全相同,亦即先调入内存的作业先完成。
(3)单道性内存中每一时刻仅有一道程序运行,即监督程序每次从磁带上只调入一道程序进入内存运行,当该程序完成或发生异常情况时,才换入其后继程序进入内存运行。
27三、多道批处理系统1多道程序设计多道程序设计:
在主存中存放多道用户作业,并使之同时处于运行状态,且共享系统资源。
(含义或作用)作业:
用户要求计算机完成一个事务的工作总和。
引入了多道程序设计技术以后形成的批处理系统即为多道批处理系统。
28在多道批处理系统系统中,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。
(前提:
资源能够共享。
)在OS中引入多道程序设计技术的好处:
(1)提高CPU的利用率
(2)可提高内存和I/O设备利用率(3)增加系统吞吐量图1-5单道和多道程序运行情况多道作业同时运行30在OS中引入多道程序设计技术的好处分析:
例:
某计算机系统有256KB主存(不含操作系统),一个磁盘,一个终端和一台打印机。
现有三个作业J1、J2和J3同时提交,各作业的运行时间分别为:
5分钟,15分钟和10分钟。
三个作业对资源的使用情况如下:
(补充)作业名J1J2J3作用类型CPU型I/O型I/O型所需主存5010080所需磁盘不用不用需要所需终端不用需要不用所需打印机不用不用需要运行时间51510
(1)三个作业全部完成需要的时间单道处理:
多道处理:
30分钟分钟15分钟分钟
(2)单道程序处理与多道程序处理关于系统资源利用率的比较CPU利用率=占有CPU时间/总工作时间主存利用率=占有主存空间/总的主存空间32CPU利用率5/305/15主存利用率(50+100+80)/256/3(50+100+80)/256磁盘利用率10/3010/15打印机利用率10/3010/15吞吐量3/30/603/15/60单道作业三道作业运行在OS中引入多道程序设计技术可以提高系统资源的利用率。
3322多道批处理系统的优缺点多道批处理系统的优缺点
(1)资源利用率高由于在内存中驻留了多道程序,它们共享资源,可保持资源处于忙碌状态,从而使各种资源得以充分利用。
(2)系统吞吐量大系统吞吐量是指系统在单位时间内所完成的总工作量。
(3)平均周转时间长作业的周转时间:
从作业进入系统开始,直至其完成并退出系统为止所经历的时间。
平均周转时间长:
作业的周转时间平均值。
在批处理系统中,由于作业要排队,依次进行处理,因而作业的周转时间较长,通常需几个小时,甚至更长。
34(4)无交互能力(缺点)用户一旦把作业提交给系统后,直至作业完成,用户都不能与自己的作业进行交互,这对修改和调试程序是极不方便的。
3533多道批处理系统需要解决的问题多道批处理系统需要解决的问题由于多道批处理系统允许系统中同时运行多道程序,在运行过程中如CPU、主存等系统资源供多个程序共享,但根据资源的特征,有的资源可以
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