1、操作系統沈超 南京郵電大學 經濟與管理學院Operating SystemUnix & Ken Thompson UNIX 影響最深遠的操作系統UNIX之父（圖1.1）UNIX的發(fā)展 合作與競爭博弈（圖1.2 ）UNIX的特點開放性、可移植性和 多用戶多任務UNIX衍生系統 BSD家族和System家族圖1.1 肯.湯普森和丹尼斯 .里奇(貝爾實驗室)圖1.2 UNIX發(fā)展簡史1969年，UNIX產生在DEC PDP-7計算機上，由湯普森使用B(BCPL)語言編寫1973年，湯普森和里奇用語言重寫UNIX,并發(fā)表論文The UNIX Time Sharing SystemThe UNIX Ti

2、me Sharing System，1974年，由于收到司法部起訴，AT&T不能進行商用計算機活動，故將UNIX代碼低價出售給大學和研究機構1974年，加州大學伯克利分校得到UNIX源代碼，Joy bill等研究生開始為其設計實用工具（Pascal編譯器），這些工具1978年被打包為BSD銷售，開始了BSD/UNIX的發(fā)展1979年，伯克利發(fā)行3BSD，加入了由Ozalp設計的分頁式虛擬存儲系統，隨后，美國國防部支持伯克利將TCP/IP協議加入UNIX系統，這促使了ARPANETARPANET（INTERNETINTERNET）的產生1982年，Joy bill離開伯克利大學，創(chuàng)建了SUN公司

3、，基于BSD開發(fā)了SunOS，后來基于SVR4開發(fā)了Solaris，至今仍有使用，蘋果的操作系統MacOS也衍生于此1992年，4.4BSD-lite2發(fā)布之后，伯克利計算機系統研究組解散，其成員開發(fā)了后續(xù)BSD操作系統版本：FreeBSD、NetBSD、OpenBSD。此外還有MS和SCO合作開發(fā)的XENIX1982年，貝爾實驗室獨立于AT&T,并發(fā)行了System III，1983年發(fā)行了System，1984年發(fā)行了System V Release 2（SVR2），1987年發(fā)行了SVR3, ,在在SV UNIXSV UNIX中，中，首次引進了進程通信機制1992年，Unix系統實驗室指

4、控伯克利計算機系統研究組泄漏Unix的商業(yè)機密，這使很多Unix廠商不得不從BSD轉向USV,以避免法律問題。因此當今大多數商業(yè)Unix版本都是基于USV的 基于UNIX System V衍生的商業(yè)系統很多比如HP的UX系統，IBM的AIX系統，Digital的Digital UNIX等等，另外，還有1987年產生的教學系統MiNiX“它(Linux)就像一條河流。在源頭，它還只是一條奔流不息的小溪，到了下游它便匯聚成一條緩緩流淌的大河?！?Linus Torvalds Linux & LinusTorvaldsLinux 未來操作系統的代表Linux之父（圖1.3）Linux的產生與發(fā)展 M

5、inix, GNU,InternetLinux的特點 源代碼開放、協作開發(fā)模式、安全性和免費1、協同開發(fā)模式使得其更新、優(yōu)化速度超過其他操作系統2、越來越多的硬件、軟件制造商開始支持Linux的發(fā)展，如oracal開發(fā)兼容Linux的數據庫版本，IBM有600名雇員長期為Linux服務3、可以自由下載和使用MINIX系統是由Andrew于1987年開發(fā)的教學操作系統，配套教材是操作系統：設計與實施，它的特點是同時提供了C語言和匯編語言編寫的源代碼，使程序員第一次能夠閱讀操作系統源代碼GNU計劃和自由軟件基金會是由Richard Stallman于1984 年一手創(chuàng)辦的，旨在開發(fā)一個類似 Uni

6、x、并且是自由軟件的完整操作系統。到1991年GNU開發(fā)了很多免費軟件（bash shell），這些軟件為Linux產生提供了條件，Linux只是內核圖圖1.3 1.3 李納斯李納斯. .托沃茲托沃茲 1991年，李納斯.托沃茲在芬蘭赫爾辛基大學學習UNIX課程，由于個人興趣，他在MINIX的基礎上開發(fā)了Linux內核，供大家使用修改，他一直致力于開源軟件的開發(fā)Windows & Bill. GatesWindows PC機操作系統的主宰Windows之父（圖1.4）Windows的發(fā)展歷史 Windows1.0_3.0,95,98,2000,Windows Xp,VistaWindows的特

7、點 圖形化用戶界面，易用性與兼容性，多任務多窗口，豐富的應用程序，多媒體圖圖1.4 1.4 比爾比爾. .蓋茨蓋茨 1975年，比爾蓋茨和保羅艾倫成立微軟公司，1985開始推出Windows系統系列 手機操作系統 手機操作系統主要有Android（安卓）、sailfish、Symbian（塞班）、iOS（蘋果）、BlackBerry OS（黑莓）、windows phone（微軟）、windows mobile（微軟）等。android是Google開發(fā)的基于Linux平臺的開源手機操作系統。它包括操作系統、用戶界面和應用程序 移動電話工作所需的全部軟件。采用軟件堆層（Software Sta

8、ck）的架構。底層以Linux內核工作為基礎，由C語言開發(fā)，只提供基本功能；中間層包括函數庫Library和虛擬機Virtual Machine，由C+開發(fā)。最上層是各種應用軟件，包括通話程序，短信程序等，各公司自行開發(fā)，以Java作為編寫程序的一部分。iOS是由蘋果公司開發(fā)的移動操作系統。蘋果公司最早于2007年1月9日的Macworld大會上公布這個系統，最初是設計給iPhone使用的，后來陸續(xù)套用到iPod touch、iPad以及Apple TV等產品上。iOS與蘋果的Mac OS X操作系統一樣，它也是以Darwin為基礎的，因此同樣屬于類Unix的商業(yè)操作系統。關于操作系統課程1.

9、 為什么要學習操作系統?能夠深入理解計算機運行的原理是軟件開發(fā)和設計的基礎是學習計算機相關課程的前提2. 怎樣學習操作系統?課堂學習：課堂教學與練習課外學習：預習、復習教材及參考書(1) 教材 羅宇，文艷軍.操作系統.北京：人民郵電出版社，2009 教材及參考書(2)參考書湯子瀛 梁紅兵 湯小丹.計算機操作系統.西安：西安電子科技大學出版社，2005謝旭升 朱明華 張練興 李宏偉.計算機操作系統.武漢:華中理工大學出版社，2005(美)斯托林斯.操作系統-精髓與設計原理(第五版).陳渝 譯. 北京：電子工業(yè)出版社，2006曾平.操作系統教程.北京：清華大學出版社，2005課程學習目標 明確計算

10、機操作系統的作用與功能 掌握操作系統的基本原理與實現方法在微觀上，掌握設計實現各個操作系統模塊的方法、策略與算法在宏觀上，掌握操作系統的結構和設計實現方法 掌握并發(fā)程序設計的基本方法考試成績 平時成績30% （考勤、書面作業(yè)、上機練習、綜合練習） 期末考試70%注意：答疑安排在每周二上午八點半到九點半圓樓318室；另外，本課程有8學時的上機練習，初步定在11-13周周二上午!第一章 操作系統引論第二章 進程描述與控制第三章 進程同步與通信第四章 調度與死鎖第五章 存儲管理第六章 設備管理第七章 文件管理內容安排第一章 操作系統引論第一章 操作系統引論主要內容主要內容1.1 什么是操作系統1.2

11、 操作系統的發(fā)展歷史1.3 操作系統的類型1.4 操作系統的特征1.5 操作系統的功能1.6 操作系統的接口1.7 研究操作系統的觀點1.1 什么是操作系統1. 操作系統作為最基本的系統軟件（圖1.5 ）2. 操作系統作為資源管理器3. 操作系統作為虛擬機4. 操作系統的定義圖1.5 計算機系統的層次關系用戶1用戶2用戶3用戶4用戶n（應用程序）（系統程序）（系統程序）操作系統操作系統計算機硬件（圖1.6）財務系統財務系統航空訂票航空訂票上網瀏覽上網瀏覽電子商務科學計算科學計算編譯程序匯編程序編輯程序數據庫圖1.6 硬件系統的組成運算器輸入設備存儲器輸出設備控制器CPU內、外存2、操作系統作為

12、資源管理器 誰來管理所有的系統資源？ 操作系統！ 操作系統如何管理這些資源? 跟蹤資源的狀況 分配資源 回收資源 保護資源3、操作系統作為虛擬機何謂虛擬計算機？ 為了讓用戶和程序員在使用計算機時不涉及到硬件細節(jié)，需要建立一種簡單的高度抽象。這種抽象就是為用戶提供一臺等價的擴展計算機，這樣的計算機就稱為虛擬機操作系統是計算機系統和用戶之間的接口，操作系統為用戶提供了兩類接口： 命令接口 編程接口 1.2 操作系統的發(fā)展歷史手工操作早期批處理多道程序設計技術手工操作階段1開關置內存地址，按裝入地址按鈕開關置程序始址，按運行按鈕開關置機器指令，按裝入數據按鈕特點：使用機器語言編程程序員人工通過開關、

13、按鈕等進行控制手工操作階段2編譯程序目標代碼計算機匯編程序程序目標代碼運行結果計算機數據特點：使用匯編語言編程源程序需要進行解釋提高了程序的可讀、寫性編譯系統提供了存儲分配等功能手工操作階段3手工操作的不足：單用戶獨占資源程序運行需要人工干預人機矛盾cpu速度程序運行人工操作比例1萬次/秒60m3m20:160萬次/秒1m3m1:3聯機批處理系統監(jiān)督程序1.將一批程序從紙帶機輸入磁帶2.讀作業(yè)1并移交CPU控制權3.執(zhí)行作業(yè)1，返還控制權4.讀作業(yè)2內存監(jiān)督程序CPU紙帶機磁帶機讀作業(yè)1執(zhí)行作業(yè)1讀作業(yè)2執(zhí)行作業(yè)2聯機批處理系統：聯機批處理系統：低速中速高速高速區(qū)中速區(qū)緩沖區(qū)低速區(qū)脫機批處理系

14、統紙帶機輸入帶輸出帶打印機輸入帶輸出帶外圍機外圍機主機主機脫機輸入輸出：脫機輸入輸出：脫機？輸入/出與運算脫離批處理系統用戶程序監(jiān)督程序I/O操作計算啟動I/OI/O完成繼續(xù)計算執(zhí)行I/OI/O請求I/O中斷批處理系統的不足：1、交互性差，一旦提交，無法修改2、單道程序運行多道程序運行情況CPU輸入設備輸出設備程序A繼續(xù)計算等待CPU程序B程序A程序B運行輸入運行輸出等待運行運行輸入多道程序系統 特征內存中存放多個程序宏觀上同時執(zhí)行并行微觀上交替執(zhí)行串行 需要解決的問題處理機的管理內存的管理設備管理文件管理目的方便用戶提高效率保障安全性操作系統的產生操作系統是： 由一組軟件組成的系統軟件 控制

15、管理各種資源 提供眾多服務功能 批處理系統要求計算機擁有大容量的高速輔助存儲設備，磁盤的出現為操作系統形成奠定了基礎。其他類型操作系統 分時系統 實時系統 個人機操作系統、網絡操作系統、分布式操作系統、嵌入式操作系統操作系統的發(fā)展動力 硬件技術更新電子管晶體管集成電路大規(guī)模超大規(guī)模 應用需求擴大提高資源利用率批處理交互的需求分時系統時間的限制實時系統遠程信息共享網絡、分布式系統1.3 操作系統的類型批處理系統分時系統實時系統批處理系統單道批處理系統CPU利用率低多道批處理系統內存中存放多個作業(yè)可隨時接受作業(yè)無交互性作業(yè)周轉時間長 分時系統：多個聯機用戶通過終端（鍵盤/顯示器）同時使用一臺計算機

16、系統進行計算 分時操作系統的特性： 同時性 獨立性 及時性 交互性分時系統主機終端1終端2終端n實時系統要求：在規(guī)定時間內完成事件的處理類型實時控制系統：導彈制導系統實時信息處理系統：銀行業(yè)務處理系統主要特征響應及時可靠性高其他系統類型嵌入式系統可靠性高、實時、占用資源少、成本低個人系統為單用戶服務、圖形界面網絡系統分布、自治、互連、可見分布式系統統一性、共享性、透明性、自治性1.4 操作系統的特征并發(fā)性：若干活動在同一時間間隔內發(fā)生共享性：包括軟硬件資源，互斥共享和同時訪問虛擬性：物理實體邏輯化不確定性（異步性）：事件發(fā)生不可預知，可能造成與時間有關的錯誤1.5 操作系統的功能處理機管理進程控制進程同步進程通信作業(yè)和進程調度存儲器管理內存分配內存保護地址映射內存擴充設備管理設備分配設備驅動設備獨立性文件管理存儲空間管理目錄管理文件操作管理文件保護1.6 操作系統的接口-1命令接口：命令解釋程序，用戶通過操作命令、會話語言或作業(yè)控制卡來調用系統程序 聯機命令接口： 命令行方式：立即執(zhí)行，如dir,cd 圖形化方式：GUI，Apple公司的Macintosh操作系統 脫機命令接口：批處理用戶接口，作業(yè)控制語言，DOS中的BAT文件程序接口：由一系列系統調用命令組成，系統調用是用戶在程序中調用操作系統所提供的一些子功能 ，主要包括：，主要包括：設備管理：設備的請求與釋放文件管