計算機操作系統(tǒng)1ppt課件計算機操作系統(tǒng)1ppt課件課程目標

本課程是計算機科學與技術專業(yè)的主要專業(yè)核心課之一。

課程的學習目的在于使學生掌握操作系統(tǒng)的基本概念、基本原理、設計方法和實現(xiàn)技術，具有初步分析實際操作系統(tǒng)的能力，為今后在相關領域開展工作打下堅實的基礎。2ppt課件課程目標 本課程是計算機科學與技術專業(yè)的主要專業(yè)核心課1.1操作系統(tǒng)的目標和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)結構設計第一章操作系統(tǒng)引論考綱內容：1.操作系統(tǒng)的概念、特征、功能和提供的服務2.操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類3.操作系統(tǒng)的運行環(huán)境（1）內核態(tài)和用戶態(tài)（2）中斷和異常（3）系統(tǒng)調用4.操作系統(tǒng)體系結構3ppt課件1.1操作系統(tǒng)的目標和作用第一章操作系統(tǒng)引論考綱內容：1.1操作系統(tǒng)的目標和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)結構設計第一章操作系統(tǒng)引論4ppt課件1.1操作系統(tǒng)的目標和作用第一章操作系統(tǒng)引論4ppt課

操作系統(tǒng)的地位

操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位：是在硬件基礎上的第一層軟件；是其他軟件和硬件之間的接口。計算機硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具應用軟件

應用用戶

應用開發(fā)人員

操作系統(tǒng)

開發(fā)人員5ppt課件操作系統(tǒng)的地位操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)的目標方便性(用戶的觀點)：使計算機系統(tǒng)更易于使用；有效性(系統(tǒng)管理人員的觀點)：合理地組織計算機的工作流程，管理和分配硬件、軟件資源，提高資源的利用率;提高系統(tǒng)的吞吐量；可擴充性(開放的觀點)：給計算機系統(tǒng)的功能的擴展提供開放式的支撐平臺；開放性：可移植性和互操作性。其中有效性和方便性是設計OS時最重要的兩個目標，設計現(xiàn)代OS的主要目標也是對提高資源利用率和方便用戶。6ppt課件操作系統(tǒng)的目標方便性(用戶的觀點)：使計算機系統(tǒng)更易于使用；操作系統(tǒng)的作用1.OS作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口

使用方式命令方式系統(tǒng)調用方式圖形、窗口方式用戶應用程序

系統(tǒng)調用命令圖標、窗口操作系統(tǒng)計算機硬件7ppt課件操作系統(tǒng)的作用1.OS作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口2.OS作為計算機系統(tǒng)資源的管理者

處理器處理器管理存儲器存儲器管理

I/O設備I/O設備管理信息(數(shù)據(jù)和程序)文件管理操作系統(tǒng)的作用資源主要功能8ppt課件2.OS作為計算機系統(tǒng)資源的管理者操作系統(tǒng)的作用資OS實現(xiàn)了對計算機資源的抽象

OS是鋪設在裸機上的多層軟件，它不僅增強了系統(tǒng)的功能，而且還隱藏了對硬件操作的細節(jié)，從而實現(xiàn)了對計算機資源的抽象。操作系統(tǒng)的作用9ppt課件OS實現(xiàn)了對計算機資源的抽象操作系統(tǒng)的作用9ppt課件操作系統(tǒng)的定義

操作系統(tǒng)（OperatingSystem,OS）是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源、合理地對各類作業(yè)進行調度，以及方便用戶使用計算機的程序的集合。

10ppt課件操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)（OperatingSy1.1操作系統(tǒng)的目標和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)結構設計第一章操作系統(tǒng)引論11ppt課件1.1操作系統(tǒng)的目標和作用第一章操作系統(tǒng)引論11ppt1.

人工操作方式工作方式：用戶：既是程序員又是操作員；是計算機專業(yè)人員編程語言：機器語言輸入輸出：紙帶或卡片計算機的工作特點：用戶獨占全機和CPU等待用戶主要矛盾：人機矛盾、CPU與I/O設備速度不匹配提高效率的途徑：脫機輸入/輸出技術操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)12ppt課件1.人工操作方式計算機的工作特點：操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操

磁帶輸入設備外圍機2.脫機輸入/輸出(Off-LineI/O)方式主機磁帶磁帶輸出設備外圍機磁帶主要優(yōu)點：減少了CPU的空閑時間緩和了人機矛盾13ppt課件磁帶輸入設備外圍機2.脫機輸入/輸出(Off-Line

單道批處理系統(tǒng)的處理過程單道批處理系統(tǒng)：作業(yè)成批處理、內存中只有一道作業(yè)單道批處理系統(tǒng)

單道批處理系統(tǒng)的特征自動性、順序性、單道性不足：無法充分利用系統(tǒng)中所有的資源14ppt課件單道批處理系統(tǒng)的處理過程單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)15ppt課件15ppt課件多道批處理系統(tǒng)

是采用多道程序設計技術的批處理系統(tǒng)。為了使系統(tǒng)中的多道程序能協(xié)調地運行，必須配置一組軟件，來解決多道程序對系統(tǒng)資源的共享和爭用問題，并對作業(yè)進行合理的組織和調度?！托纬闪爽F(xiàn)代意義上的OS多道批處理系統(tǒng)16ppt課件多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)16ppt課件2.多道批處理系統(tǒng)的特征：多道批處理系統(tǒng)調度性：作業(yè)調度、進程調度無序性：

多道性：內存中可同時存放多個作業(yè)17ppt課件2.多道批處理系統(tǒng)的特征：多道批處理系統(tǒng)調度性：3.多道批處理系統(tǒng)需解決的問題處理機管理問題內存管理問題設備管理問題文件管理問題作業(yè)管理問題多道批處理系統(tǒng)18ppt課件3.多道批處理系統(tǒng)需解決的問題多道批處理系統(tǒng)18ppt課件優(yōu)點：資源利用率高系統(tǒng)吞吐量大

缺點：平均周轉時間長無交互能力4.多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點：多道批處理系統(tǒng)19ppt課件優(yōu)點：缺點：4.多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點：多道批處理系統(tǒng)例題1

有兩個程序A和B，A程序執(zhí)行時所做的工作按次序需要的時間為：cpu計10s，設備1計5s，cpu計5s,設備2計10s，cpu計10s。B程序執(zhí)行時所做的工作按次序需要的時間為：設備1計10s，cpu計10s，設備2計5s，cpu計5s，設備2計10s。

問在單道方式下和多道并發(fā)環(huán)境下執(zhí)行A和B兩程序，CPU的利用率各為多少？20ppt課件例題1有兩個程序A和B，A程序執(zhí)行時所解答單道環(huán)境下：

A程序運行總時間為40s，B程序運行總時間為40s，則兩個程序運行總時間為80sCPU運行時間為（10+5+10）s+（10+5）s=40s則，CPU利用率為40/80=50%21ppt課件解答單道環(huán)境下：21ppt課件多道環(huán)境下：

A和B程序運行的時序關系圖（甘特圖）時間（單位s）活動列表設2設1CPU100A:10sA:5s15B:10sB:10s20A:5sB:5s25B:5sA:10s3035A:10sB:10s45CPU運行時間為：40s，兩程序運行總時間為45s，則CPU利用率為：40/45=88.9%甘特圖：以圖示的方式，通過活動列表和時間刻度形象地表示任意特定項目的活動順序和持續(xù)時間22ppt課件多道環(huán)境下：

A和B程序運行的時序關系圖（甘特圖）時間（單位練習題1（作業(yè)題）

設內存中有三道程序A、B、C，它們按A、B、C的優(yōu)先次序執(zhí)行，它們的計算和I/O操作時間如表所示（單位：ms）。

假設三道程序使用相同的設備進行I/O操作，即程序以串行方式使用設備，試畫出單道運行和多道運行的時間關系圖（甘特圖）（調度程序的執(zhí)行時間忽略不計）。在兩種情況下，完成這三道程序各要花多長時間？23ppt課件練習題1（作業(yè)題）設內存中有三道程序A、B、C，它24ppt課件24ppt課件作業(yè)題二

若程序PA和PB單獨執(zhí)行時分別用TA和TB表示，TA=1小時，TB=1.5小時，其中處理器工作時間分別為TA=18分鐘，TB=27分鐘。如果采用多道程序設計方法，讓PA、PB并發(fā)工作，假定處理器利用率達到50%，另加15分鐘系統(tǒng)開銷，請問系統(tǒng)效率能提高百分之幾?25ppt課件作業(yè)題二若程序PA和PB單獨執(zhí)行時分別用

分時系統(tǒng)是指在一臺主機上連接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，同時允許多個用戶通過自己的終端，以交互方式使用計算機，共享主機中的資源。分時系統(tǒng)1.分時系統(tǒng)的產(chǎn)生從鍵盤命令進入(按下回車鍵為準)到開始在終端上顯示應答的時間間隔稱為響應時間RT(responsetime)在分時系統(tǒng)中,響應時間≈時間片×用戶數(shù)26ppt課件分時系統(tǒng)是指在一臺主機上連接了多個帶有顯示器和分時系統(tǒng)的設計思想（1）采用分時技術（2）設計目標：系統(tǒng)能及時響應用戶的終端命令（3）實現(xiàn)中的最關鍵問題：使用戶能與自己的作業(yè)進行交互。（及時接收、及時處理）3.改變批處理系統(tǒng)的運行方式：作業(yè)直接進入內存系統(tǒng)采用時間片輪轉方式處理服務請求分時系統(tǒng)所謂分時技術就是把處理器的運行時間分成很短的時間片，按時間片輪流把處理器分配給各聯(lián)機作業(yè)使用27ppt課件分時系統(tǒng)的設計思想3.改變批處理系統(tǒng)的運行方式：分時系統(tǒng)所4.分時系統(tǒng)的特征：分時系統(tǒng)多路性：一臺主機上連有多個終端，能同時為多個用戶服務。獨立性：各用戶獨立操作，互不干擾。及時性：通過時間片技術和輪轉調度算法保證及時響應。交互性：能進行廣泛的人機交互。28ppt課件4.分時系統(tǒng)的特征：分時系統(tǒng)多路性：一臺主機上連有多個終端實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)及其類型（1）實時系統(tǒng)指系統(tǒng)能及時(或即時)響應外部事件的請求，在規(guī)定的時間內完成對該事件的處理，并控制所有實時任務協(xié)調一致地運行（2）分類實時控制系統(tǒng)實時信息處理系統(tǒng)29ppt課件實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)及其類型2.實時任務的類型按任務執(zhí)行時是否呈現(xiàn)周期性來劃分周期性實時任務非周期性實時任務——截止時間（Deadline）根據(jù)對截止時間的要求來劃分硬實時任務（Hardreal-timeTask）軟實時任務（Softreal-timeTask）實時系統(tǒng)30ppt課件2.實時任務的類型實時系統(tǒng)30ppt課件練習題2（）不是設計實時操作系統(tǒng)的主要追求目標。

A.安全可靠B.資源利用率

C.及時響應D.快速處理B31ppt課件練習題2（）不是設計實時操作系統(tǒng)的主要追求目標。B313.三種基本操作系統(tǒng)的比較：實時系統(tǒng)32ppt課件3.三種基本操作系統(tǒng)的比較：實時系統(tǒng)32ppt課件1.1操作系統(tǒng)的目標和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)結構設計第一章操作系統(tǒng)引論33ppt課件1.1操作系統(tǒng)的目標和作用第一章操作系統(tǒng)引論33ppt操作系統(tǒng)的特征四個基本特征：并發(fā)、共享、虛擬、異步1．并發(fā)并發(fā)性：兩個或多個事件在同一時間間隔內發(fā)生(最重要的特征)并行性：兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生程序不能并發(fā)執(zhí)行，為使多個程序并發(fā)執(zhí)行，引入進程。進程—---在系統(tǒng)中能獨立運行并作為資源分配的基本單位34ppt課件操作系統(tǒng)的特征四個基本特征：并發(fā)、共享、虛擬、異步1．并發(fā)并2．共享

共享方式：互斥共享方式：資源分配后到釋放前，不能被其他進程所用

臨界資源(獨占資源)：一段時間內只允許一個進程訪問的資源同時訪問方式：如可重入代碼，磁盤文件.

并發(fā)和共享是OS的兩個最基本的特征，又互為存在的條件操作系統(tǒng)的特征35ppt課件2．共享操作系統(tǒng)的特征35ppt課件３．虛擬

——是以并發(fā)和資源共享為前提虛擬——通過某種技術把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應物。用于實現(xiàn)虛擬的技術，稱為虛擬技術時分復用技術：虛擬處理機、虛擬設備技術空分復用技術：虛擬內存、虛擬磁盤技術操作系統(tǒng)的特征36ppt課件３．虛擬——是以并發(fā)和資源共享為前提操作系統(tǒng)的特征36p４．異步性——是并發(fā)和共享的必然結果指進程以人們不可預知的速度向前推進。進程的運行速度不可預知無論快慢，結果應該相同。難以重現(xiàn)系統(tǒng)在某個時刻的狀態(tài)操作系統(tǒng)的特征37ppt課件４．異步性操作系統(tǒng)的特征37ppt課件練習題3單處理機系統(tǒng)中，不可并行的是（）。A.進程與進程B.處理機與設備C.處理機與通道D.設備與設備A38ppt課件練習題3單處理機系統(tǒng)中，不可并行的是（）。A38p1.1操作系統(tǒng)的目標和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)結構設計第一章操作系統(tǒng)引論39ppt課件1.1操作系統(tǒng)的目標和作用第一章操作系統(tǒng)引論39ppt操作系統(tǒng)的主要功能包括：處理機管理功能存儲器管理功能設備管理功能文件管理功能用戶接口40ppt課件操作系統(tǒng)的主要功能包括：40ppt課件處理機管理功能對處理機的分配和運行進行管理。主要功能有：進程控制：創(chuàng)建、撤銷進程，以及進程狀態(tài)間轉換進程同步：對進程的執(zhí)行次序進行協(xié)調進程通信：實現(xiàn)在相互合作的進程之間的信息交換；調度：作業(yè)和進程的狀態(tài)切換，包括作業(yè)調度和進程調度41ppt課件處理機管理功能對處理機的分配和運行進行管理。41ppt課件存儲器管理功能內存分配：為每道程序分配內存空間內存保護：確保每道用戶程序都只在自己的內存空間中運行，彼此互不干擾地址映射：程序的邏輯地址到內存物理地址的映射內存擴充：用虛擬存儲技術解決內存容量不足的問題42ppt課件存儲器管理功能42ppt課件設備管理功能緩沖管理：匹配CPU和外設的速度設備分配：為用戶分配完成I/O所需的設備、設備控制器或通道設備處理：設備驅動程序用于實現(xiàn)CPU和設備控制器之間的通信43ppt課件設備管理功能43ppt課件文件管理功能文件存儲空間的管理：為每個文件分配必要的外存空間目錄管理:

通過目錄的方式來組織文件，以實現(xiàn)文件的按名存取文件的讀/寫管理和保護：實現(xiàn)文件的讀寫操作，并提供有效的存取控制功能，保護文件的安全性。44ppt課件文件管理功能44ppt課件

用戶接口命令接口：聯(lián)機用戶接口(交互式命令接口)脫機用戶接口（批處理命令接口）圖形接口程序接口

為用戶程序在執(zhí)行中訪問系統(tǒng)資源而設置，由一組系統(tǒng)調用組成。OS與用戶之間的接口45ppt課件用戶接口OS與用戶之間的接口45ppt課件1.1操作系統(tǒng)的目標和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)結構設計第一章操作系統(tǒng)引論46ppt課件1.1操作系統(tǒng)的目標和作用第一章操作系統(tǒng)引論46ppt操作系統(tǒng)的結構：整體式（無）結構模塊化結構層次式結構微內核結構操作系統(tǒng)的結構設計47ppt課件操作系統(tǒng)的結構：操作系統(tǒng)的結構設計47ppt課件過程3過程2過程7過程1過程6過程5過程8過程41.整體式OS結構48ppt課件過程3過程2過程7過程1過程6過程5過程8過程41.整體式操作系統(tǒng)模塊子模塊2.模塊化OS結構……………49ppt課件操作系統(tǒng)模塊子模塊2.模塊化OS結構……………49ppt課2.模塊化OS結構優(yōu)點：提高設計的正確性、可理解性和可維護性增強可適應性加速開發(fā)過程存在的問題：模塊的劃分和接口的規(guī)定較困難模塊間還存在著復雜的依賴關系，是OS結構變得不夠清晰

在模塊化結構設計中，各模塊的設計齊頭并進，無法尋找到一個可靠的決定順序，造成各種決定的“無序性”50ppt課件2.模塊化OS結構優(yōu)點：50ppt課件3.層次式結構51ppt課件3.層次式結構51ppt課件層次結構的優(yōu)點:正確性有保證便于系統(tǒng)維護、擴充

層次結構的優(yōu)缺點層次結構的缺點:

層次之間單向依賴模塊間需要通信機制系統(tǒng)開銷大、效率低52ppt課件層次結構的優(yōu)點:正確性有保證層次結構的優(yōu)缺點層次結構的缺點:分層式結構與模塊式結構主要區(qū)別:分層結構中各模塊之間是有序的分層式結構將各個功能模塊按它們的功能流圖的調用次序安排成若干層，每層中的模塊只能使用較低層模塊提供的功能和服務(單向調用)模塊間的組織結構和依賴關系更加清晰，這不僅增加系統(tǒng)的可讀性，同時還使每一層建立在可靠的基礎上，從而提高系統(tǒng)的可靠性模塊式結構通過接口毫無規(guī)則地相互依賴、相互調用53ppt課件分層式結構與模塊式結構主要區(qū)別:分層結構中各模塊之間是有序的

微內核結構是建立在模塊化、層次化結構的基礎上，并采用了客戶/服務器模式和面向對象的程序設計技術。微內核的主要思想：在內核中只留下一些基本的功能，而將其他服務盡可能地從內核中分離出去。內核的基本組成：中斷處理、進程調度、同步機制4.微內核OS結構54ppt課件微內核結構是建立在模塊化、層次化結構的基礎上，并采用客戶服務器模型將OS分為兩個部分：用于提供各種服務的服務器是用于實現(xiàn)OS最