1、操作系統(tǒng)operating system教學(xué)目標(biāo)u 掌握操作系統(tǒng)的基本概念和名詞術(shù)語掌握操作系統(tǒng)的基本概念和名詞術(shù)語u了解操作系統(tǒng)的功能與工作原理了解操作系統(tǒng)的功能與工作原理u為操作系統(tǒng)的使用、管理、及應(yīng)用開發(fā)打基礎(chǔ)為操作系統(tǒng)的使用、管理、及應(yīng)用開發(fā)打基礎(chǔ)u 為后續(xù)課程學(xué)習(xí)提供背景知識(shí)為后續(xù)課程學(xué)習(xí)提供背景知識(shí)批處理分時(shí)Linux中斷嵌入式系統(tǒng)虛擬存儲(chǔ)器進(jìn)程實(shí)時(shí)進(jìn)程調(diào)度文件系統(tǒng)線程即插即用第一講 操作系統(tǒng)概述u 什么是操作系統(tǒng)什么是操作系統(tǒng)u 操作系統(tǒng)發(fā)展史操作系統(tǒng)發(fā)展史u 操作系統(tǒng)的主要類型操作系統(tǒng)的主要類型u 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) u一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由

2、一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件硬件和和軟件軟件兩部分組成兩部分組成v硬件是組成計(jì)算機(jī)的物質(zhì)實(shí)體硬件是組成計(jì)算機(jī)的物質(zhì)實(shí)體v實(shí)際呈現(xiàn)在用戶面前的計(jì)算機(jī)是經(jīng)過若干層軟件改造的實(shí)際呈現(xiàn)在用戶面前的計(jì)算機(jī)是經(jīng)過若干層軟件改造的計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)u軟件一般分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類軟件一般分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類 操作系統(tǒng)用戶面對(duì)的計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)虛擬機(jī)什么是操作系統(tǒng)u是計(jì)算機(jī)最核心的系統(tǒng)軟件是計(jì)算機(jī)最核心的系統(tǒng)軟件 其功能是：其功能是：v有效地組織和管理計(jì)算機(jī)中的各種軟硬件資源有效地組織和管理計(jì)算機(jī)中的各種軟硬件資源v合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，控制程序的執(zhí)行合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，控制程序的執(zhí)行v為用

3、戶提供使用計(jì)算機(jī)的友好界面（各種服務(wù)功能）為用戶提供使用計(jì)算機(jī)的友好界面（各種服務(wù)功能）什么是操作系統(tǒng)u把計(jì)算機(jī)硬件包裝起來，并擴(kuò)展其功能，使其成為功把計(jì)算機(jī)硬件包裝起來，并擴(kuò)展其功能，使其成為功能更強(qiáng)、使用更方便的計(jì)算機(jī)能更強(qiáng)、使用更方便的計(jì)算機(jī)u人們可以從更高層次對(duì)電腦進(jìn)行操作，而不用關(guān)心其人們可以從更高層次對(duì)電腦進(jìn)行操作，而不用關(guān)心其底層的運(yùn)作底層的運(yùn)作u幾乎所有的應(yīng)用程序都是基于操作系統(tǒng)的幾乎所有的應(yīng)用程序都是基于操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具系統(tǒng)工具基礎(chǔ)性平臺(tái)基礎(chǔ)性平臺(tái)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)( (層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)) )軟件軟件硬件及固件（裸機(jī)）硬

4、件及固件（裸機(jī)）應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件編輯軟件編輯軟件/ /編譯軟件編譯軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)工具軟件工具軟件專業(yè)軟件專業(yè)軟件常見操作系統(tǒng)1. Debian2. FreeBSD3. DBS4. LINUX5. MAC OS X6. Mandrake7. OpenBSD8. RedHat9. Solaris10.SuSE11.WINDOWS1. Debian2. FreeBSD3. DBS4. LINUX5. MAC OS X6. Mandrake7. OpenBSD8. RedHat9. Solaris10.SuSE11.WINDOWS操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史u推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿ν苿?dòng)

5、操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿手工操作階段手工操作階段u單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)(simple batch processing)u多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)( (multiprogramming system) )u分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)( (time-sharing system) )返回軟硬件技術(shù)的發(fā)展軟硬件技術(shù)的發(fā)展和和用戶需求用戶需求是推動(dòng)是推動(dòng)操作系統(tǒng)不斷操作系統(tǒng)不斷發(fā)展的動(dòng)力發(fā)展的動(dòng)力主機(jī)紙帶機(jī)打印機(jī)引導(dǎo)帶BASIC解釋程序帶用戶程序帶數(shù)據(jù)帶操作系統(tǒng)發(fā)展史u背景：背景：1946 50年代，硬件非常昂貴，沒有年代，硬件非常昂貴，沒有操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)u工作方式：工作方式：v手工操作，獨(dú)占機(jī)

6、器手工操作，獨(dú)占機(jī)器v用戶：既是程序員，又是操作員用戶：既是程序員，又是操作員u系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置v輸入輸出：紙帶、卡片輸入輸出：紙帶、卡片 、打印機(jī)、打印機(jī)v編程語言：機(jī)器語言、編程語言：機(jī)器語言、BASIC語言語言u(píng)問題：?jiǎn)栴}：v上機(jī)過程離不開人上機(jī)過程離不開人vCPU利用率低（利用率低（CPU等待用戶操作，等待外設(shè)）等待用戶操作，等待外設(shè)）手工操作階段操作系統(tǒng)發(fā)展史u背景背景 50年代末年代末 60年代中年代中v硬件技術(shù)支持硬件技術(shù)支持 外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器（磁帶、硬盤）（磁帶、硬盤）v軟件支持軟件支持 出現(xiàn)了管理軟出現(xiàn)了管理軟件（監(jiān)控程序）件（監(jiān)控程序）單道批處理作業(yè)隊(duì)列監(jiān)控程序卡片機(jī)輸入設(shè)

7、備用戶程序打印機(jī)業(yè)度作調(diào)外存（磁盤）硬硬件件技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展內(nèi)存軟盤輸入機(jī)u工作方式工作方式v先將若干用戶作業(yè)（程序及數(shù)據(jù)）放到外存，然后由一個(gè)先將若干用戶作業(yè)（程序及數(shù)據(jù)）放到外存，然后由一個(gè)調(diào)度程序依次將它們讀入內(nèi)存執(zhí)行，從而把用戶從計(jì)算機(jī)調(diào)度程序依次將它們讀入內(nèi)存執(zhí)行，從而把用戶從計(jì)算機(jī)前解脫出來前解脫出來v串行地執(zhí)行作業(yè)，因而稱為是串行地執(zhí)行作業(yè)，因而稱為是“單道批處理單道批處理”操作系統(tǒng)發(fā)展史u批處理中的批處理中的作業(yè)作業(yè)概念：概念：v “作業(yè)作業(yè)”是指用戶提交給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立的處理單位是指用戶提交給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立的處理單位v 用戶程序用戶程序 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 作業(yè)控制語言

8、作業(yè)控制語言u(píng)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) v 輸入的一批作業(yè)可以自動(dòng)地一個(gè)接一個(gè)地順序執(zhí)行，節(jié)省了人工輸入的一批作業(yè)可以自動(dòng)地一個(gè)接一個(gè)地順序執(zhí)行，節(jié)省了人工干預(yù)時(shí)間，解決了人工操作與機(jī)器運(yùn)行速度不匹配的矛盾，提高干預(yù)時(shí)間，解決了人工操作與機(jī)器運(yùn)行速度不匹配的矛盾，提高了主機(jī)利用率了主機(jī)利用率單道批處理$END$RUN$LOAD$FORTRAN$JOB,JOBNAME=數(shù)據(jù)卡片程 序 卡片作 業(yè) 控制語言u(píng)問題：?jiǎn)栴}：v CPU利用率不高，主要原因是高速主利用率不高，主要原因是高速主機(jī)和低速外設(shè)之間的矛盾。因等待機(jī)和低速外設(shè)之間的矛盾。因等待I/O 而浪費(fèi)了而浪費(fèi)了CPU時(shí)間時(shí)間操作系統(tǒng)發(fā)展史u背景：背景：60

9、年代中年代中 70年代中（集成電路）年代中（集成電路）v利用多道批處理提高資源的利用率。利用多道批處理提高資源的利用率。(源于中斷、通道、源于中斷、通道、磁盤的引入磁盤的引入)多道批處理作業(yè)輸入隊(duì)列調(diào)度程序卡片機(jī)輸入設(shè)備用戶程序 1打印機(jī)用戶程序 2用戶程序 3作業(yè)輸出隊(duì)列 內(nèi)存主機(jī)321u核心思想核心思想v讓計(jì)算機(jī)同時(shí)做幾件讓計(jì)算機(jī)同時(shí)做幾件工作，充分利用計(jì)算工作，充分利用計(jì)算機(jī)的各種資源，減少機(jī)的各種資源，減少空閑狀態(tài)和等待狀態(tài)。空閑狀態(tài)和等待狀態(tài)。u多道概念多道概念v在內(nèi)存中保持若干道程序，并使這些程序交替執(zhí)行（輪流在內(nèi)存中保持若干道程序，并使這些程序交替執(zhí)行（輪流使用使用CPU），當(dāng)一

10、道程序在執(zhí)行過程中遇到），當(dāng)一道程序在執(zhí)行過程中遇到I/O操作時(shí)，系操作時(shí)，系統(tǒng)就讓它在一旁等待，而啟動(dòng)另一道程序運(yùn)行，以減少統(tǒng)就讓它在一旁等待，而啟動(dòng)另一道程序運(yùn)行，以減少CPU的空閑時(shí)間。的空閑時(shí)間。操作系統(tǒng)發(fā)展史u多道批處理系統(tǒng)的運(yùn)行特征多道批處理系統(tǒng)的運(yùn)行特征v多道：內(nèi)存中同時(shí)存放幾個(gè)作業(yè)多道：內(nèi)存中同時(shí)存放幾個(gè)作業(yè)v宏觀上并行運(yùn)行，微觀上輪流運(yùn)行（交替使用宏觀上并行運(yùn)行，微觀上輪流運(yùn)行（交替使用CPU）v作業(yè)輸入、輸出及主機(jī)的工作同時(shí)進(jìn)行，并行工作作業(yè)輸入、輸出及主機(jī)的工作同時(shí)進(jìn)行，并行工作多道批處理u優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：v系統(tǒng)資源不再為單一程序獨(dú)占，而是為多個(gè)程序共享，系統(tǒng)資源不再為單一程

11、序獨(dú)占，而是為多個(gè)程序共享，提高了系統(tǒng)資源的利用率（提高了系統(tǒng)資源的利用率（CPU、內(nèi)存、內(nèi)存)v作業(yè)吞吐量大：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的工作總量大作業(yè)吞吐量大：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的工作總量大u問題：?jiǎn)栴}：v人機(jī)交互差（重視了系統(tǒng)資源的利用，忽視了人的因素）人機(jī)交互差（重視了系統(tǒng)資源的利用，忽視了人的因素）操作系統(tǒng)發(fā)展史u背景：背景：70年代中期至今年代中期至今v硬件較以前便宜，人力硬件較以前便宜，人力昂貴昂貴分時(shí)系統(tǒng)主主機(jī)機(jī)終終端端CPU輪流為終端用戶服務(wù)用戶通過“終端命令”親自指揮計(jì)算機(jī)工作 u“分時(shí)分時(shí)”的含義的含義v 指系統(tǒng)（特別是指系統(tǒng)（特別是CPU）分時(shí)、輪流地為各個(gè)終端用戶服）分時(shí)、輪流地為各

12、個(gè)終端用戶服務(wù)，及時(shí)響應(yīng)用戶的請(qǐng)求務(wù)，及時(shí)響應(yīng)用戶的請(qǐng)求u 特點(diǎn)特點(diǎn)v是多個(gè)用戶分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)（多用戶）是多個(gè)用戶分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)（多用戶）v多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源（多任務(wù)）多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源（多任務(wù)）操作系統(tǒng)發(fā)展史u實(shí)現(xiàn)了會(huì)話式的上機(jī)操作（以人為本）實(shí)現(xiàn)了會(huì)話式的上機(jī)操作（以人為本）v人機(jī)交互性好：在調(diào)試和運(yùn)行程序時(shí)由用戶自己操作人機(jī)交互性好：在調(diào)試和運(yùn)行程序時(shí)由用戶自己操作u多個(gè)用戶分時(shí)（多用戶）多個(gè)用戶分時(shí)（多用戶）v共享主機(jī)：多個(gè)用戶同時(shí)使用共享主機(jī)：多個(gè)用戶同時(shí)使用v用戶獨(dú)立性：對(duì)每個(gè)用戶而言好象獨(dú)占主機(jī)用戶獨(dú)立性：對(duì)每個(gè)用戶而言好象獨(dú)占主機(jī)u多個(gè)程序分

13、時(shí)（多任務(wù)）多個(gè)程序分時(shí)（多任務(wù)）v前后臺(tái)程序共享系統(tǒng)資源（保證前臺(tái)）前后臺(tái)程序共享系統(tǒng)資源（保證前臺(tái)）分時(shí)系統(tǒng)u操作系統(tǒng)成型操作系統(tǒng)成型 綜合性的操作系統(tǒng)綜合性的操作系統(tǒng)v當(dāng)前，操作系統(tǒng)正由單一型向復(fù)合類型發(fā)展，即兼有批處理、當(dāng)前，操作系統(tǒng)正由單一型向復(fù)合類型發(fā)展，即兼有批處理、分時(shí)、以及網(wǎng)絡(luò)等功能分時(shí)、以及網(wǎng)絡(luò)等功能操作系統(tǒng)的多樣化單道批處理多道批處理分時(shí)操作系統(tǒng)PC機(jī)操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)多處理機(jī)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)基本功能u進(jìn)程和處理器管理進(jìn)程和處理器管理 CPU和進(jìn)程的調(diào)度和進(jìn)程的調(diào)度u存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理 存儲(chǔ)器（內(nèi)存分配、虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)）存儲(chǔ)器（內(nèi)存分配、虛擬存儲(chǔ)

14、器技術(shù)）u設(shè)備管理設(shè)備管理 外部設(shè)備（設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、輸入輸出）外部設(shè)備（設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、輸入輸出）u文件管理文件管理 文件（文件的組織結(jié)構(gòu)、權(quán)限、文件訪問）文件（文件的組織結(jié)構(gòu)、權(quán)限、文件訪問）u用戶接口用戶接口 面向用戶（用戶操作界面，程序中調(diào)用接口面向用戶（用戶操作界面，程序中調(diào)用接口)操作系統(tǒng)的用戶接口u操作系統(tǒng)通過用戶接口為用戶使用計(jì)算機(jī)提供了手段，操作系統(tǒng)通過用戶接口為用戶使用計(jì)算機(jī)提供了手段，操作系統(tǒng)也正是通過其接口封裝了系統(tǒng)的內(nèi)在功能，并操作系統(tǒng)也正是通過其接口封裝了系統(tǒng)的內(nèi)在功能，并為用戶呈現(xiàn)了一臺(tái)功能更強(qiáng)、使用更加方便的計(jì)算機(jī)為用戶呈現(xiàn)了一臺(tái)功能更強(qiáng)、使用更加方便的計(jì)算機(jī)u兩種

15、類型的用戶接口（兩個(gè)層次）兩種類型的用戶接口（兩個(gè)層次）v 程序級(jí)的接口程序級(jí)的接口-系統(tǒng)提供了一組系統(tǒng)提供了一組“系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用”供用戶在編程時(shí)供用戶在編程時(shí)調(diào)用。通過這些系統(tǒng)調(diào)用，用戶可以在程序中訪問系統(tǒng)的一些調(diào)用。通過這些系統(tǒng)調(diào)用，用戶可以在程序中訪問系統(tǒng)的一些資源（包括文件），或要求操作系統(tǒng)完成一些特定的功能。資源（包括文件），或要求操作系統(tǒng)完成一些特定的功能。v 作業(yè)級(jí)接口作業(yè)級(jí)接口-操作系統(tǒng)用戶界面操作系統(tǒng)用戶界面 用戶界面是用戶直接感受到的操作系統(tǒng)外觀和上機(jī)環(huán)境，它通常有用戶界面是用戶直接感受到的操作系統(tǒng)外觀和上機(jī)環(huán)境，它通常有兩種形式：終端命令和圖形用戶界面兩種形式：終端命令和圖形用戶界面 操作系統(tǒng)的用戶接口u終端命令終端命令vDOS命令（運(yùn)行命令（運(yùn)行cmd）C: HELP-列表顯示常用的終端命令列表顯示常用的終端命令C: HELP -顯示指定命令的幫助信息顯示指定命令的幫助信息C: DIR-顯示當(dāng)前目錄下的內(nèi)容（文件和子目錄）顯示當(dāng)前目錄下的內(nèi)容（文件和子目錄）C: CD-顯示或改變當(dāng)前目錄顯示或改變當(dāng)前目錄C: PATH-顯示或設(shè)置可執(zhí)行文件的搜索路徑顯示或設(shè)置可執(zhí)行文件的搜索路徑