計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)的第一門(mén)基礎(chǔ)課程 本章要點(diǎn)： 操作系統(tǒng)概念 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史 操作系統(tǒng)的功能 操作系統(tǒng)的分類(lèi) 操作系統(tǒng)的一些基本概念及組成 操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 常用主流操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的新發(fā)展 操作系統(tǒng)概念 “操作系統(tǒng)就是合理管理并控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種軟、硬件資源，并能夠合理組織工作流程、方便用戶使用的程序的集合”。 例如： 操作系統(tǒng)概念 操作系統(tǒng)是緊鄰硬件的第一層軟件，是對(duì)硬件功能的首次擴(kuò)充，任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)都必須在其硬件平臺(tái)上加載相應(yīng)的操作系統(tǒng)之后，才能構(gòu)成一個(gè)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 物理設(shè)備 操作系統(tǒng) 編譯程序編輯程序 D B M S 銀行應(yīng)用 系統(tǒng) 飛機(jī)票預(yù)定系統(tǒng) 瀏覽器 操作系統(tǒng)概念 (1) 系統(tǒng)加電，處理器復(fù)位，查找含有啟動(dòng)指令的 (2) (3) 將自檢結(jié)果與中系統(tǒng)配置信息相比較。 (4) 如果自檢成功， 執(zhí)行引導(dǎo)塊程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)核心進(jìn)行引導(dǎo)，操作系統(tǒng)核心進(jìn)入內(nèi)存后即接管系統(tǒng)，繼續(xù)系統(tǒng)的初始化等工作。 (5) 操作系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)配置信息，執(zhí)行并啟動(dòng)一些系統(tǒng)程序，完成整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)。 作系統(tǒng)的歷史 輸入 /輸出設(shè)備之間串行工作，系統(tǒng)資源利用率低，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性也低。 具有較大的吞吐量、較高的資源利用率，但缺乏交互力。 資源利用率得到了更大的提高。分時(shí)系統(tǒng)則更是進(jìn)一步提高了系統(tǒng)資源利用率，同時(shí)還具有及時(shí)的交互性。 強(qiáng)大的系統(tǒng)資源管理功能、豐富的應(yīng)用程序、種類(lèi)繁多的應(yīng)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)、友好的圖形用戶界面。 作系統(tǒng)的功能 處理機(jī)管理 解決何時(shí)為多用戶、多任務(wù)分配 樣在多個(gè)任務(wù)之間進(jìn)行調(diào)度、何時(shí)讓任務(wù)等待等問(wèn)題，不同的系統(tǒng)，在調(diào)度策略上會(huì)根據(jù)調(diào)度目標(biāo)的不同而有所不同。 存儲(chǔ)管理 內(nèi)存分配 ，內(nèi)存保護(hù) ，虛擬存儲(chǔ) ，地址映射 。 I/ 記錄設(shè)備狀態(tài)，設(shè)備分配，緩沖功能，設(shè)備獨(dú)立性功能。 文件管理 邏輯結(jié)構(gòu)，物理結(jié)構(gòu)，存取方式，方便的操作，目錄管理，安全，可靠性，共享等。 作系統(tǒng)的功能 屏蔽計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件，提供給用戶簡(jiǎn)單的使用系統(tǒng)或請(qǐng)求系統(tǒng)服務(wù)的接口 交互式接口： 命令接口， 程序級(jí)接口： 系統(tǒng)調(diào)用 作系統(tǒng)的功能 常用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有 T、 絡(luò)操作系統(tǒng)除具有一般操作系統(tǒng)的功能外，還應(yīng)該具有以下功能： 網(wǎng)絡(luò)通信 網(wǎng)絡(luò)資源管理 網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)管理 互操作 作系統(tǒng)的分類(lèi) 主要特點(diǎn)是系統(tǒng)吞吐量大、系統(tǒng)資源利用率較高、平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間(作業(yè)從提交到結(jié)果輸出的時(shí)間 )較長(zhǎng)，系統(tǒng)無(wú)交互力。 較好的交互性；同時(shí)，系統(tǒng)資源利用率也得到了很大的提高 。 具有事件驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，往往是由外部事件來(lái)觸發(fā)系統(tǒng)的響應(yīng)；有實(shí)時(shí)性和高可靠性的要求。 作系統(tǒng)的分類(lèi) 組成網(wǎng)絡(luò)的各臺(tái)計(jì)算機(jī)物理分散且高度自治，各計(jì)算機(jī)都有各自的軟、硬件資源，系統(tǒng)的主要目的是共享網(wǎng)絡(luò)資源、信息交換和協(xié)作。 具有普通計(jì)算機(jī)具有的通常功能，但同時(shí)具有實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征，通常是更小的具有一定硬件控制功能的系統(tǒng)。 些基本概念及組成 并發(fā) ： 并發(fā)通常指多個(gè)任務(wù)可以在同一個(gè)時(shí)間段內(nèi)同時(shí)執(zhí)行，即允許多個(gè)任務(wù)在宏觀上并行，微觀上仍然串行 操作系統(tǒng)內(nèi)核 (1) 處理機(jī)的工作狀態(tài)：用戶態(tài)，核心態(tài) (2) 操作系統(tǒng)內(nèi)核 ： 操作系統(tǒng)在核心態(tài)下運(yùn)行的部分 些基本概念及組成 進(jìn)程與線程 (1) 進(jìn)程 ： 正在執(zhí)行中的程序。 (2) 線程 ： 也稱為輕量級(jí)進(jìn)程，它是進(jìn)程內(nèi)更小的執(zhí)行單位。 死鎖：多個(gè)進(jìn)程同時(shí)處于永久的相互等待的狀態(tài)。 地址空間 (1) 物理空間 ： 物理內(nèi)存的連續(xù)的物理單元隔成物理地址，物理 地址的集合即為物理空間 。 (2) 邏輯空間 ： 進(jìn)程的邏輯地址的集合，這個(gè)地址的開(kāi)始值通常 為 0，一直到某個(gè)最大值。 些基本概念及組成 I/ (1) 字符設(shè)備 ： 以字符為單位發(fā)送或接收一個(gè)字符流。 (2) 塊設(shè)備 ： 信息存放在固定大小的塊中，這些塊有自己的地址 。 文件 (1) 文件： 可以長(zhǎng)期保存在外存中的、被賦名了的、信息單元的集合 (2) 目錄：目錄是一些目錄項(xiàng)的列表，每個(gè)目錄項(xiàng)一般含有文件名，以及文件控制說(shuō)明信息 (或文件的索引節(jié)點(diǎn)號(hào) )。 些基本概念及組成 操作系統(tǒng) 存儲(chǔ)管理 進(jìn)程管理 設(shè)備管理 文件系統(tǒng) 用戶接口 些基本概念及組成 用戶接口 (1) 命令接口 ： 在終端提示符的命令行輸入命令，并在提示符下返回命令的響應(yīng) 。 (2) 系統(tǒng)調(diào)用 ： 信息存放在固定大小的塊中，這些塊有自己的地址 。 系統(tǒng)調(diào)用 陷入 用戶空間 核心空 間 些基本概念及組成 進(jìn)程管理 (1) 進(jìn)程的描述 ： 用進(jìn)程控制塊 (描述一個(gè)進(jìn)程 。 (2) 進(jìn)程的狀態(tài) ： 三個(gè)最基本的狀態(tài)：運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)、阻塞態(tài)。 運(yùn)行態(tài) 就緒態(tài) 阻塞態(tài) 些基本概念及組成 (3) 進(jìn)程調(diào)度 ： 不同的系統(tǒng)會(huì)采用不同的調(diào)度算法 。 (4) 進(jìn)程通信 ： 包括進(jìn)程的同步與互斥、管道通信、 共享內(nèi)存、消息隊(duì)列 、 網(wǎng)絡(luò)通信。 些基本概念及組成 存儲(chǔ)管理(1) 單一分區(qū) ： 整個(gè)內(nèi)存除了操作系統(tǒng)外，另外的內(nèi)存空間只分配給一個(gè)進(jìn)程使用 。 (2) 多分區(qū) ： 內(nèi)存除操作系統(tǒng)之外的空間劃分成多個(gè)分區(qū) 。 用戶進(jìn)程 3 用戶進(jìn)程 操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng) 用戶進(jìn)程 1 用戶進(jìn)程 2 單一分區(qū) 多分區(qū) 些基本概念及組成 (3) 分頁(yè)存儲(chǔ)管理 ： 將用戶進(jìn)程空間劃分為一些大小相同的稱之為“頁(yè)”的單位，物理內(nèi)存也劃分為與“頁(yè)”的大小相同的一些“塊”。 3 2 1 0 進(jìn)程空間 物理空間 些基本概念及組成 (4) 分段 ： 進(jìn)程的虛空間按照邏輯性來(lái)加以劃分，可以分為程序段、數(shù)據(jù)段、堆棧段等，然后利用動(dòng)態(tài)多分區(qū)存儲(chǔ)管理的方式進(jìn)行內(nèi)存管理。 (5) 段頁(yè) ： 分頁(yè)與分段方式結(jié)合 。進(jìn)程劃分成固定的段，在段內(nèi)再分頁(yè)，這樣，最小的邏輯空間單位仍然是頁(yè)；而對(duì)于物理空間的管理則就采用分頁(yè)管理方式中的“塊”管理即可。 些基本概念及組成 I/ (1) 中斷 ： 設(shè)備完成輸入 /輸出后，如何通知系統(tǒng)、以便于進(jìn)程的下一步執(zhí)行呢？這就要借助于中斷。 外設(shè) 產(chǎn)生中斷 些基本概念及組成 (2) I/： I/ 中斷處理程序 驅(qū)動(dòng)程序 設(shè)備無(wú)關(guān)軟件層 用戶層 I/些基本概念及組成 文件系統(tǒng) (1) 文件命名 ： 對(duì)文件的訪問(wèn)都是通過(guò)文件名進(jìn)行 。 (2) 文件屬性 ： 常見(jiàn)的文件屬性有：文件創(chuàng)建者、創(chuàng)建時(shí)間、文件大小、 最近一次修改時(shí)間、最近一次存取時(shí)間、口令、各種文件 標(biāo)志等等。 (3) 文件操作 ： 創(chuàng)建、刪除、打開(kāi)、關(guān)閉、讀、寫(xiě)、文件定位、重命名 。 (4) 文件邏輯結(jié)構(gòu) ： 無(wú)結(jié)構(gòu)的字節(jié)序列 、有結(jié)構(gòu)的記錄式文件 。 (5) 文件的存取方式 ： 順序存取、隨機(jī)存取 。 (6) 文件的物理結(jié)構(gòu) ： 連續(xù)文件、鏈接文件、索引文件 。 些基本概念及組成 文件目錄管理(1) 路徑名 ： 絕對(duì)路徑名 ， 它由經(jīng)過(guò)根目錄到文件所在的子目錄的所有的目錄名的組合再加上文件名本身構(gòu)成，各個(gè)目錄或文件間用“ /”或“ ”分隔。如 / 相對(duì)路徑 ， 它常與工作目錄一起使用。工作目錄可以由用戶指定，如果未指定，通常就指的就是當(dāng)前目錄。 (2) 目錄的操作 ：創(chuàng)建、刪除、打開(kāi)、關(guān)閉、讀、重命名、鏈接、取消鏈接。 作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 整體結(jié)構(gòu) 實(shí)質(zhì)上是沒(méi)有結(jié)構(gòu)，整個(gè)操作系統(tǒng)由若干的具有一定獨(dú)立功能的過(guò)程組成，過(guò)程和過(guò)程之間可以根據(jù)需要按事先定義的接口相互進(jìn)行調(diào)用。 整體結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng)按一定的功能模塊分層組織，下一層是相鄰上一層的基礎(chǔ)，層與層之間有嚴(yán)格的接口定義，只在相鄰層之間發(fā)生交互。 作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 虛擬機(jī)結(jié)構(gòu) 它以運(yùn)行在裸機(jī)上的核心軟件 (虛擬機(jī)監(jiān)控軟件或某一種操作系統(tǒng) )為基礎(chǔ)，向上提供虛擬機(jī)的功能，每個(gè)虛擬機(jī)都像是裸機(jī)硬件的復(fù)制。 微內(nèi)核結(jié)構(gòu) 盡量減小運(yùn)行于核心態(tài)下的內(nèi)核，將操作系統(tǒng)的一些傳統(tǒng)功能作為服務(wù)器進(jìn)程在用戶態(tài)下運(yùn)行，內(nèi)核更多的是在多個(gè)服務(wù)器進(jìn)程間以及用戶進(jìn)程與服務(wù)器進(jìn)程間進(jìn)行消息傳遞。 流操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介 (1) 發(fā)展歷史 (2) 特點(diǎn)：統(tǒng)一的窗口和操作風(fēng)格 、豐富的應(yīng)用程序與應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具 、事件驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)行方式 、多任務(wù)的圖形化用戶界面 、支持網(wǎng)絡(luò)及多媒體技術(shù) ，提供豐富的應(yīng)用程序接口 、廣泛的硬件支持 。 流操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介 (1) 發(fā)展歷史 (2) 特點(diǎn)：多用戶、多任務(wù)、分時(shí)，友好的用戶接口 ，可裝卸的樹(shù)型結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng) ，設(shè)備文件化 ，較強(qiáng)的可移植性 。 流操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介 (1) 發(fā)展歷史 (2) 特點(diǎn)：友好的用戶接口 ，超強(qiáng)的可移植性 ， 模塊化設(shè)計(jì)的開(kāi)源軟件 ，強(qiáng)大的通信及網(wǎng)絡(luò)功能 ，強(qiáng)大的健壯性 。 作系統(tǒng)的新發(fā)展