计算机操作系统(的第三版)第1章.ppt
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计算机操作系统(的第三版)第1章.ppt
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第一章操作系统引论计算机操作系统(第三版)第一章操作系统引论第一章操作系统引论1.1操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用1.2操作系统的发展过程操作系统的发展过程1.3操作系统的基本特性操作系统的基本特性1.4操作系统的主要功能操作系统的主要功能1.5OS结构设计结构设计第一章操作系统引论1.1操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用1.1.11.1.1操作系统的目标操作系统的目标11有效性有效性
(1)提高系统资源利用率。
(2)提高系统的吞吐量。
第一章操作系统引论22方便性方便性3可扩充性可扩充性4开放性开放性第一章操作系统引论1.1.21.1.2操作系统的作用操作系统的作用11OSOS作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口第一章操作系统引论22OSOS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设备以及信息(数据和程序)。
OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理:
处理机管理,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。
可见,OS的确是计算机系统资源的管理者。
第一章操作系统引论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第一章操作系统引论概念:
通常把覆盖了上述软件的机器称为扩充机器或虚机器。
作用:
它向用户(进程)提供了一个对硬件操作的抽象模型,用户可利用抽象模型提供的接口使用计算机,而无需了解物理接口实现的细节,从而使用户更容易地使用计算机硬件资源。
由该层软件实现了对计算机硬件操作的第一个层次的抽象。
第一章操作系统引论综上:
OS是铺设在计算机硬件上的多层系统软件,它们不仅增强了系统的功能,而且还隐藏了对硬件操作的细节,由它们实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象。
第一章操作系统引论1.1.31.1.3推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力11不断提高计算机资源的利用率不断提高计算机资源的利用率2方便用户方便用户3器件的不断更新换代器件的不断更新换代4计算机体系结构的不断发展计算机体系结构的不断发展第一章操作系统引论1.2操作系统的发展过程操作系统的发展过程1.2.11.2.1无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统11人工操作方式人工操作方式计算机操作由程序员将事先已穿孔(对应于程序和数据)的纸带(或卡片)装入纸带输入机(或卡片输入机),再启动它们将程序和数据输入计算机,然后启动计算机运行。
当程序运行完毕并取走计算结果之后,才让下一个用户上机。
这种人工操作方式有以下两方面的缺点:
第一章操作系统引论
(1)用户独占全机。
此时,计算机及其全部资源只能由上机用户独占。
(2)CPU等待人工操作。
当用户进行装带(卡)、卸带(卡)等人工操作时,CPU及内存等资源是空闲的。
第一章操作系统引论22脱机输入脱机输入/输出方式输出方式目的:
为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾出现时间:
20世纪50年代末出现了脱机输入/输出(Off-LineI/O)技术。
内容:
该技术是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。
第一章操作系统引论图1-3脱机I/O示意图第一章操作系统引论类似地,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。
脱机输入/输出方式:
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。
联机:
在主机的直接控制下进行输入/输出的方式。
第一章操作系统引论这种脱机I/O方式的主要优点如下:
(1)减少了CPU的空闲时间,缓和了人机矛盾。
(2)提高了I/O速度。
第一章操作系统引论1.2.21.2.2单道批处理系统单道批处理系统11单道批处理系统的处理过程单道批处理系统的处理过程通常是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(Monitor),在它的控制下使这批作业能一个接一个地连续处理。
第一章操作系统引论图1-4单道批处理系统的处理流程第一章操作系统引论22单道批处理系统的特征单道批处理系统的特征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。
(1)自动性。
(2)顺序性。
(3)单道性。
第一章操作系统引论1.2.31.2.3多道批处理系统多道批处理系统11多道程序设计的基本概念多道程序设计的基本概念在该系统中,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。
具体地说,在OS中引入多道程序设计技术可带来以下好处:
第一章操作系统引论
(1)提高CPU的利用率。
第一章操作系统引论
(2)可提高内存和I/O设备利用率。
(3)增加系统吞吐量。
第一章操作系统引论22多道批处理系统的优缺点多道批处理系统的优缺点虽然早在20世纪60年代就已出现了多道批处理系统,但至今它仍是三大基本操作系统类型之一。
在。
多道批处理系统的主要优缺点如下:
(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。
第一章操作系统引论33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多道批处理系统是一种有效、但十分复杂的系统。
为使系统中的多道程序间能协调地运行,必须解决下述一系列问题。
(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。
第一章操作系统引论1.2.41.2.4分时系统分时系统11分时系统的产生分时系统的产生分时系统(TimeSharingSystem)能很好地将一台计算机提供给多个用户同时使用,提高计算机的利用率。
它被经常应用于查询系统中,满足许多查询用户的需要。
第一章操作系统引论用户的需求具体表现在以下几个方面:
(1)人-机交互。
(2)共享主机。
(3)便于用户上机。
什么是分时系统:
在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端,同时允许多个用户通过自己的终端,以交互方式使用计算机,共享主机中的资源。
例如:
CTSS,MULTICS等第一章操作系统引论22分时系统实现中的关键问题分时系统实现中的关键问题
(1)及时接收。
多路卡+终端缓冲区
(2)及时处理。
第一章操作系统引论33分时系统的特征分时系统的特征分时系统与多道批处理系统相比,具有非常明显的不同特征,由上所述可以归纳成以下四个特点:
(1)多路性。
(2)独立性。
(3)及时性。
(4)交互性。
第一章操作系统引论1.2.51.2.5实时系统实时系统所谓“实时”,是表示“及时”,而实时系统(RealTimeSystem)是指系统能及时(或即时)响应外部事件的请求,在规定的时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时任务协调一致地运行。
11应用需求应用需求实时控制。
实时信息处理。
第一章操作系统引论22实时任务实时任务1)按任务执行时是否呈现周期性来划分
(1)周期性实时任务。
(2)非周期性实时任务。
第一章操作系统引论2)根据对截止时间的要求来划分
(1)硬实时任务(Hardreal-timeTask)。
(2)软实时任务(Softreal-timeTask)。
第一章操作系统引论33实时系统与分时系统特征的比较实时系统与分时系统特征的比较
(1)多路性。
(2)独立性。
(3)及时性。
(4)交互性。
(5)可靠性。
第一章操作系统引论1.2.61.2.6微机操作系统的发展微机操作系统的发展11单用户单任务操作系统单用户单任务操作系统单用户单任务操作系统的含义是,只允许一个用户上机,且只允许用户程序作为一个任务运行。
这是最简单的微机操作系统,主要配置在8位和16位微机上。
最有代表性的单用户单任务微机操作系统是CP/M和MS-DOS。
第一章操作系统引论22单用户多任务操作系统单用户多任务操作系统Win1.0Win3.1Win1.0Win3.1Win95Win98,WinNT4.0Win95Win98,WinNT4.0Win2000WinXPWin2000WinXPVistaWin2007VistaWin2007第一章操作系统引论33多用户多任务操作系统多用户多任务操作系统多用户多任务操作系统的含义是,允许多个用户通过各自的终端使用同一台机器,共享主机系统中的各种资源,而每个用户程序又可进一步分为几个任务,使它们能并发执行,从而可进一步提高资源利用率和系统吞吐量。
在大、中和小型机中所配置的大多是多用户多任务操作系统,而在32位微机上也有不少是配置的多用户多任务操作系统,其中最有代表性的是UNIXOS。
第一章操作系统引论
(1)SolarisOS
(2)LinuxOS第一章操作系统引论1.3操作系统的基本特性操作系统的基本特性1.3.11.3.1并发性并发性11并行与并发并行与并发并行性:
两个或多个事件在同一时刻发生;并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
第一章操作系统引论2引入进程引入进程为使多个程序能并发执行,系统必须分别为每个程序建立进程(Process)。
进程:
是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位,它是由一组机器指令、数据和堆栈等组成的,是一个能独立运行的活动实体。
多个进程之间可以并发执行和交换信息。
一个进程在运行时需要一定的资源,如CPU、存储空间及I/O设备等。
第一章操作系统引论33引入线程引入线程定义:
通常在一个进程中可以包含若干个线程,它们可以利用进程所拥有的资源。
区别:
通常都是把进程作为分配资源的基本单位,而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。
优点:
由于线程比进程更小,基本上不拥有系统资源,故对它的调度所付出的开销就会小得多,能更高效地提高系统内多个程序间并发执行的程度。
线程视作现代操作系统的一个重要标致。
第一章操作系统引论1.3.21.3.2共享性共享性共享:
系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)同时使用。
11互斥共享方式互斥共享方式在一段时间内只允许一个进程(线程)访问该资源,我们把这种资源共享方式称为互斥式共享,而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源或独占资源。
计算机系统中的大多数物理设备,以及某些软件中所用的栈、变量和表格,都属于临界资源,它们要求被互斥地共享。
为此,在系统中必需配置某种机制来保证诸进程互斥地使用独占资源。
第一章操作系统引论22同时访问方式同时访问方式系统中还有另一类资源,允许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问。
并发和共享是操作系统的两个最基本的特征,它们又是互为存在的条件。
一方面,资源共享是以程序(进程)的并发执行为条件的,若系统不允许程序并发执行,自然不存在资源共享问题;另一方面,若系统不能对资源共享实施有效管理,也必然影响到程序并发执行的程度,甚至根本无法并发执行。
第一章操作系统引论1.3.31.3.3虚拟技术虚拟技术11时分复用技术时分复用技术时分复用,亦即分时使用方式,它最早用于电信业中。
在计算机领域中,广泛利用该技术来实现虚拟处理机、虚拟设备等,以提高资源的利用率。
第一章操作系统引论1)虚拟处理机技术把一台物理上的处理机虚拟为多台逻辑上的处理机,在每台逻辑处理机上运行一道程序。
我们把用户所感觉到的处理机称为虚拟处理器。
第一章操作系统引论2)虚拟设备技术我们还可以通过虚拟设备技术,将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备,并允许每个用户占用一台逻辑上的I/O设备。
这样便可使原来仅允许在一段时间内由一个用户访问的设备(即临界资源),变为在一
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