1、计划学时 40+10周学时 4考试课操作系统课程设计 考查课,操作系统(Operating System ),第一章 操作系统概述,操作系统的概念操作系统的历史操纵系统的特性操作系统的类型操作系统的运行环境操作系统的界面形式操作系统的运行机理,1.1 操作系统概念,操作系统地位操作系统作用操作系统定义,1.1.1 操作系统地位,硬件抽象层（HAL）之上所有其它软件层之下,1.1.2 操作系统的作用,管理系统中软件硬件资源CPU内存设备文件为用户(应用程序)提供良好的服务(界面)APIGUI,1.1.3 操作系统定义,操作系统是位于硬件层(HAL)之上，所有其它软件层之下的一个系统软件，是管理系
2、统中各种软硬件资源，方便用户使用计算机系统的程序集合。,1.2 操作系统的历史,操作系统的产生手工操作阶段成批处理阶段执行系统阶段操作系统的完善多道批处理系统分时系统实时处理系统通用操作系统,操作系统的发展网络操作系统分布式操作系统多处理机操作系统单用户操作系统面向对象操作系统嵌入式操作系统智能卡操作系统,1.3 操作系统特性,程序并发性多个程序在宏观上同时向前推进并发(concurrent) 并行 (parallel)资源共享性多个程序共用系统中的各种软硬件资源在操作系统的控制下,1.4 操作系统类型,多道批处理操作系统(batch processing system)分时操作系统(time
3、-sharing system) 实时操作系统(real time system)通用操作系统(multi-purpose system) 单用户操作系统(single user system)网络操作系统(network operating system)分布式操作系统(distributed operating system)多处理机操作系统(multi-processor system)嵌入式操作系统(embedded operating system)智能卡操作系统(smart-card operating system),作业（Job)：程序+数据+说明书（JCL编写）结果：程序运行
4、结果+记帐信息,1.4.1 多道批处理系统（off-line）,1.4.1 多道批处理系统(cont.),输入井作用缓冲(速度匹配作用)实现作业调度(job scheduling)输出井作用缓冲(速度匹配作用),1.4.1多道批处理系统(Cont.),主机中作业合理搭配目标1：提高资源利用率(eg. 计算型+IO型)目标2：提高吞吐量(throughput)特点多道：系统中同时容纳多个作业成批：作业分批进入系统,界面1：交互式命令语言(eg. shell, command)界面2：GUI,1.4.2 分时操作系统（On-line）,1.4.2 分时操作系统(Cont.),特点：多路性：一个主机
5、与多个终端相连；交互性：以对话的方式为用户服务；独占性：每个终端用户仿佛拥有一台虚拟机。典型系统：Multics (MIT)UNIX,1.4.3 实时操作系统,实时控制工业控制，军事控制，医疗控制，.实时信息处理航班定票，联机情报检索，.,实时控制,HAL,Real Time OS,被控对象,A/D,D/A,t1,t2,t2-t1: response time,实时信息处理,通常为远程终端,特点：（1）响应及时（prompt response）（2）可靠性高（high reliability）,1.4.4 通用操作系统(multi-purpose OS),同时具有：分时、实时、批处理功能。目标
6、：提高处理能力;扩展应用领域。常见模式:分时(前台)+批处理(后台)（eg. GCOS-8）实时(前台)+批处理(后台),1.4.5 单用户操作系统,同一时刻仅有一个用户使用的系统应用领域：台式机，笔记本，.特点：单用户，多进程，多线程,1.4.6 网络操作系统,建立在宿主操作系统之上，提供网络通讯、网络资源共享、网络服务的软件包。,网络操作系统的目标,相互通讯资源共享（信息，设备）提供网络服务database serverftp servere-mail serveretc.,1.4.7 分布式操作系统,紧耦合：(tightly coupled)由多机系统发展而来（多CPU）有公共内存多处理
7、机操作系统,1.4.7 分布式操作系统,松散耦合：(loosely coupled)由计算机网络发展而来（多Host)无公共内存，无公共时钟,1.4.7 分布式操作系统(Cont.),目标：进一步共享资源，使负载均衡，计算加速。CPU内存途径：迁移（migration）作业迁移进程迁移（线程一般随同进程迁移）,1.4.8 多处理机操作系统,多处理机系统具有公共内存的多CPU系统对称多处理机系统(SMP)没有主从关系的多处理机系统多处理机操作系统有效管理和使用多个CPU的操作系统复杂性：多个主动体（CPUs),1.4.9 嵌入式操作系统,嵌入在掌上电脑、通讯设备、车载系统、信息家电等非计算机类设
8、施上的操作系统。特点：微内核结构（Micro-kernel），许多操作系统功能以应用程序模式运行。,1.4.10 智能卡操作系统,智能卡CPU芯片ROM面向Java的智能卡JVM解释程序下载Java applet并执行,1.5 操作系统运行环境,定时装置系统栈特权指令与非特权指令处理机状态及状态转换地址映射机构存储保护设施中断装置,1.5.1 定时装置,绝对时钟：记载实际时间，不发中断。间隔时钟：定时发生中断，一般间隔单位为“毫秒”。间隔时钟是实现多道程序的基础保证操作系统获得控制权。其它中断也进入操作系统，但是否发生，何时发生没有保障。,1.5.2 系统栈(system stack),作用保
9、存中断现场保存子程序转移返回点、参数、局部变量、返回值位置操作系统区域,1.5.3 特权指令与非特权指令,特权指令（privileged instruction）只有在管态才能执行的指令(影响系统状态)关中断，置程序状态字，停机， IO，.非特权指令（non-privileged instruction）所有程序可用(不影响系统状态)取数，四则运算，,1.5.4 处理机状态及状态转换,处理机状态系统态（system mode）(管态，核态)用户态（user mode) (目态，常态)状态转换管态 目态(置程序状态字)目态 管态(中断，trap),1.5.5 地址映射机构,逻辑地址 物理地址逻辑
10、地址(虚地址)：程序中产生的地址物理地址(实地址)：存储器地址,1.5.6 存储保护设施,防止应用程序侵犯操作系统空间;侵犯其它用戶空间.地址检查越界检查;越权检查（对共享区域）.,1.5.7 中断装置,发现并响应中断的硬件机构当前（PSW，PC）系统栈中断向量（PSW，PC）寄存器,1.6 操作系统界面形式,交互终端命令（Command Language）图形界面（GUI）作业控制语言（Job Control Language）作业标识语句作业步语句(编译、连接装配、执行）资源描述语句Goto语句（正向转移）,1.6 操作系统界面形式(Cont.),系统调用命令（OS API）高级语言形式fd = open(file_name,mode)汇编语言形式准备参数trap n取返回值,1.7 操作系统的运行机理,Interrupt driven:,硬件,程序,程序,中断处理程序切换,中断,置psw,OS,
