操作系统原理(ch1).ppt

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软软件件学学院院操作系统原理操作系统原理李李彤彤博士博士2011春春会泽百家至公天下教材教材张尧学,史美林,张高.计算机操作系统教程.清华大学出版社.国务院学位委员会办国务院学位委员会办公室主任张尧学院士公室主任张尧学院士会泽百家至公天下课件下载课件下载地址：

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/至公天下第一章第一章绪论绪论会泽百家至公天下1.1操作系统概念操操作作系系统统是是计计算算机机系系统统中中的的一一个个系系统统软软件件，它它是是这这样样一一些些程程序序模模块块的的集集合合-它它们们管管理理和和控控制制计计算算机机系系统统中中的的软软件件及及硬硬件件资资源源，合合理理地地组组织织计计算算机机工工作作流流程程，以以便便有有效效地地利利用用这这些些资资源源为为用用户户提提供供一一个个功功能能强强，使使用用方方便便的的工工作作环环境境，从从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。

而在计算机与其用户之间起到接口的作用。

会泽百家至公天下1.1.1操作系统作为虚拟机操作系统作为虚拟机会泽百家至公天下1.1.2操作系统作为资源管理器操作系统作为资源管理器操操作作系系统统是是一一个个资资源源管管理理器器。

换换句句话话说说，从从资资源源管管理理的的角角度度看看操操作作系系统统有有如如下下四个功能：

四个功能：

处理机管理处理机管理存储管理（主存管理）存储管理（主存管理）设备管理设备管理信息管理（软件资源管理）信息管理（软件资源管理）会泽百家至公天下1.2操作系统的发展操作系统的发展时间时间器件工艺器件工艺操作系统操作系统1946-50年代末年代末电子管电子管手工操作阶段手工操作阶段50年代末年代末-60年代中期年代中期晶体管晶体管早期批处理早期批处理60年代中期年代中期-70年代中期年代中期集成电路集成电路多道程序系统多道程序系统70年代中期至今年代中期至今超大规模超大规模集成电路集成电路分时操作系统分时操作系统实时操作系统实时操作系统通用操作系统通用操作系统发展方向发展方向分布式、智能化操作系统分布式、智能化操作系统会泽百家至公天下1.2.1手工阶段手工阶段用用户户在在计计算算机机上上算算题题的的所所有有工工作作都都要要用用户户人人工干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。

工干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。

随随着着计计算算机机速速度度的的加加快快，人人机机矛矛盾盾越越来来越越尖尖锐，直至无法容忍。

必须寻求新的办法。

锐，直至无法容忍。

必须寻求新的办法。

例例如如：

上上机机操操作作要要1分分钟钟，运运行行时时间间20分分钟钟（10万次万次/sec）；）；上上机机操操作作要要1分分钟钟，运运行行时时间间0.2分分钟钟（1000万次万次/sec）。

）。

会泽百家至公天下1.2.2批处理批处理批批处处理理是是指指系系统统中中有有一一个个监监控控程程序序，它它负负责责完完成成用用户户程程序序的的调调入入、启启动动运运行行、输输出出运运行行结结果果等等工工作。

作。

（1）联机批处理联机批处理

（2）脱机批处理脱机批处理（3）执执行行系系统统（借借助助通通道、中断的联机批处理）道、中断的联机批处理）会泽百家至公天下1.2.3.多道程序系统多道程序系统多道程序设计技术多道程序设计技术定义定义多多道道程程序序设设计计技技术术是是在在计计算算机机内内存存中中同同时时存存放放几几道道相相互互独独立立的的程程序序，它它们们在管理程序的控制下相互穿插地运行。

在管理程序的控制下相互穿插地运行。

特征特征:

多道，宏观上并行，微观上串行。

多道，宏观上并行，微观上串行。

会泽百家至公天下会泽百家至公天下分分时时计计算算机机系系统统：

由由于于中中断断技技术术的的使使用用，使使得得一一台台计计算算机机能能连连接接多多个个用用户户终终端端，用用户户可可通通过过各各自自的的终终端端使使用用和和控控制制计计算算机机，我我们们把把一一台台计计算算机机连连接接多多个个终终端端的的计计算算机机系系统统称称为为分分时时计算机系统，或称分时系统。

计算机系统，或称分时系统。

分分时时技技术术：

把把处处理理机机的的响响应应时时间间分分成成若若于于个个大大小小相相等等（或或不不相相等等）的的时时间间单单位位，称称为为时时间间片片（如如100毫毫秒秒），每每个个终终端端用用户户获获得得CPU，就就等等于于获获得得一一个个时时间间片片，该该用用户户程程序序开开始始运运行行，当当时时间间片片到到（用用完完），用用户户程程序序暂暂停停运运行行，等等待待下下一一次运行。

例如：

学生上课。

次运行。

例如：

学生上课。

1.2.4.分时操作系统分时操作系统会泽百家至公天下会泽百家至公天下分时操作系统的特点分时操作系统的特点1.多路调制性：

即众多联机用户可以同时使用多路调制性：

即众多联机用户可以同时使用同一台计算机；同一台计算机；2.独占性：

各终端用户感觉到自己独占了计算独占性：

各终端用户感觉到自己独占了计算机；机；3.交互性：

用户与计算机之间可进行交互性：

用户与计算机之间可进行“会话会话”。

会泽百家至公天下1.2.5.实时操作系统实时操作系统早早期期计计算算机机系系统统是是用用于于科科学学与与工工程程的的数数值值计计算算，如如第第一一台台计计算算机机产产生生的的原原因因就就是是解解决决大大口口径径火火炮炮设设计计中中的的计计算算问问题题：

弹弹道道轨轨迹迹、弹弹着着点点和和材材料料的的各各种种应应力力分分布布的的计计算算。

还还有有原原子子弹弹设设计计和和实实验验中中大大量量的的计计算算问问题题，用用当当时时的的计计算算工工具具已已经经解解决决不不了。

了。

到到了了60年年代代初初，计计算算机机开开始始应应用用到到生生产产过过程程控控制制、工工业业控控制制、防防空空系系统统、信信息息处处理理等等，在在这这些些应应用用中中不不但但要要解解决决计计算算间间题题，还还要要求求在在规规定定的的时时间间内内完完成成计计算算，即即实实时时处处理理。

在在实实时时处处理理中中的的一一个个核核心的问题就是响应时间问题。

心的问题就是响应时间问题。

会泽百家至公天下响应时间响应时间：

指用户发出命令，到系统完成用户命令所需的时间。

指用户发出命令，到系统完成用户命令所需的时间。

批处理操作系统批处理操作系统没有没有分时操作系统分时操作系统秒级秒级（一般情况）一般情况）实时操作系统实时操作系统微秒级微秒级甚至更小（经典说法）甚至更小（经典说法）系统满足用户时限（系统满足用户时限（deadline）的要求的要求（现代）现代）会泽百家至公天下实时实时：

指指计计算算机机对对于于用用户户请请求求能能足足够够快快地地进进行行处理，并做出反映。

要求毫秒、微秒级。

处理，并做出反映。

要求毫秒、微秒级。

实时操作系统的应用：

实时操作系统的应用：

实时控制：

实时控制：

工业过程控制、防空系统等工业过程控制、防空系统等实实时时信信息息处处理理：

情情报报检检索索和和查查询询、飞飞机机订订票票系统、银行信用卡系统。

系统、银行信用卡系统。

会泽百家至公天下实时操作系统特点实时操作系统特点：

1、系统对外部的信号必须能及时响应，、系统对外部的信号必须能及时响应，（在规定的在规定的时间内时间内）；2、要求高可靠性和安全性，效率则放在第二位；、要求高可靠性和安全性，效率则放在第二位；3、系统整体性强；、系统整体性强；4、不要求很强的、不要求很强的“会话会话”能力。

能力。

会泽百家至公天下1.2.6.网络操作系统网络操作系统会泽百家至公天下网络协议网络协议：

网络协议是网络中各主机（网络协议是网络中各主机（HOST）之间传递信）之间传递信息的规则的集合。

如国际标准化组织息的规则的集合。

如国际标准化组织ISO/OSI七七层网络结构协议、层网络结构协议、TCP/IP协议等。

协议等。

网络操作系统网络操作系统:

在通常的操作系统中增加了实现网络低层协议在通常的操作系统中增加了实现网络低层协议（一般到传送层）功能和网络设备管理功能的操（一般到传送层）功能和网络设备管理功能的操作系统。

如作系统。

如UNIX、LINUX,WINDOWSNT都是都是网络操作系统。

网络操作系统。

会泽百家至公天下1.2.7.分布式操作系统分布式操作系统分布式系统是以计算机网络为基础的计算分布式系统是以计算机网络为基础的计算机系统，包含多台处理机，每台处理机完成机系统，包含多台处理机，每台处理机完成系统中指定的一部分功能。

系统中指定的一部分功能。

分布式计算机系统，可以是共享存储器，分布式计算机系统，可以是共享存储器，也可以是分布式的存储器，即每台计算机都也可以是分布式的存储器，即每台计算机都有自己的存储器。

有自己的存储器。

从硬件上讲，它与计算机局域网没有任何从硬件上讲，它与计算机局域网没有任何区别。

关键是软件。

区别。

关键是软件。

会泽百家至公天下分布式操作系统（分布式操作系统（DistributedOperatingSystem）在在各各处处理理机机之之间间采采用用无无主主从从关关系系来来设设计计的的操操作作系系统统。

除除了了最最低低级级的的输输入入输输出出支支援援外外，所所有有的的系系统统任任务务可可以以在在系系统统中中任任何何处处理理机机上上运运行行。

系系统统有有高高度度的的并并行行性性和和有有效效的的同同步步方方法。

法。

其特征是：

其特征是：

（1）功能的分布）功能的分布

（2）坚强性）坚强性（3）高可靠性）高可靠性会泽百家至公天下1.3操作系统的分类操作系统的分类批处理操作系统批处理操作系统分时系统分时系统实时系统实时系统通用操作系统通用操作系统PC操作系统操作系统网络操作系统网络操作系统分布式操作系统分布式操作系统会泽百家至公天下CTSSOS/360OS/370MulticsUnix（Xenix,Minix）MVSMS-DOSOS/390OS/2WindowsNetWareLinux,Solaris,AIX,HP-UX重要操作系统和人物重要操作系统和人物早早晚晚会泽百家至公天下1961年年MIT在在IBM7090上开发上开发了分时操作系统了分时操作系统CTSS。

FernandoCorbato美美国国科科学学家家，1990年年图图灵灵奖奖获获得得者者，分分时时操操作作系系统统理理论论的的创创立立者者，CTSS与与Multics的领导者的领导者。

会泽百家至公天下EdsgerW.Dijkstra荷荷兰兰科科学学家家，1972年年图图灵灵奖奖获获得得者者，软软件件工工程程先先驱驱，goto语语句句有有害害论论、ALGOL60编编译译器器、多多层层体体系系结结构构、进进程程同同步步、互互斥斥、PV操操作作、最最弱弱前前置置谓谓词词理理论论的的创创立立者。

者。

会泽百家至公天下C.A.Hoare英英国国科科学学家家，1980年年图图灵灵奖奖获获得得者者，公公理理语语义义、Hoare逻逻辑辑、程程序序正正确确性性证证明明、CSP、管管程程理理论论的的创创立立者者，软软件自动化的奠基人。

件自动化的奠基人。

会泽百家至公天下KenThompson和和DennisRitchie美国科学家，美国科学家，1983年图灵奖获得者，年图灵奖获得者，1970年年发明了发明了UNIX，1972年又发明了年又发明了C语言。

语言。

会泽百家至公天下NiklausWirth瑞瑞士士科科学学家家，1984年年图图灵灵奖奖获获得得者者，PASCAL语语言言、结结构构化化程程序序设设计计、MODULA、进程进程概念、概念、EBNF的首创者。

的首创者。

会泽百家至公天下1978年年，徐徐家家福福教教授授、杨杨芙芙清清院院士士、仲仲萃萃豪豪研研究究员员领领导导我我国国第第一一个个国国产产高高级级语语言言XCY、国国产产操作系统操作系统XT-2的研发。

的研发。

仲萃豪研究员仲萃豪研究员仲萃豪研究员仲萃豪研究员李彤摄于李彤摄于李彤摄于李彤摄于19871987徐家福教授徐家福教授徐家福教授徐家福教授李彤摄于李彤摄于李彤摄于李彤摄于1987198