1、计算机操作系统,Operating System （OS）,115周,李洁 13092496879 老图书馆5楼505计算机基础教研室答疑时间（每周三15:30-16:30办公室）,2,教学安排,学时分配考核标准,总学时：48学时 理论：40学时 实践：8学时,平时成绩(20%)+期中成绩(10%)+期末考试(70%) 注重学习的过程,3,引言,课程特点：概念多、原理性强、较抽象 课程学习目的：基础核心课，有利于对计算机系统的理解和软件的开发 课程学习方法：问题驱动学习、理论联系实际 课程学习难点：概念、原理、算法、数据结构,目 录,第一章 操作系统引论 （3学时） 第二章 进程管理 （9学
2、时） 第三章 处理机调度与死锁（6学时） 第四章 存储器管理 （9学时） 第五章 设备管理 （4学时） 第六章 文件管理（4学时）,5,本章内容,1 什么是操作系统 2 OS的基本类型和主要产品 3 OS的功能和特性,第1章 操作系统引论,6,本章要点,计算机系统结构：了解操作系统的地位 什么是操作系统：3种基本观点 现代操作系统的功能、特性、类型 基本概念：批处理、多道程序、作业、进程、任务、虚拟技术、并发性、异步性,要求 了解操作系统的目标和地位 掌握操作系统的定义和功能 掌握操作系统的基本特征 掌握操作系统的基本类型及特点,计算机的组成,操作系统做什么,#include int main
3、(int argc, char *argv) puts(“hello world“); return 0; ,10,问题的提出,这个程序在计算机上是如何被执行的？ 谁找到它在磁盘上的位置？ 谁把它从磁盘读到内存中？ 谁控制 CPU到正确的内存地址中取得指令？ 谁保证这个程序和此机器上运行的其他程序不相互干扰？ 谁控制显示器输出正确的字符串？,一、什么是操作系统,系统软件 有效控制和管理计算机系统中的各种软硬件资源；合理组织计算机系统的工作流程，以使这些资源得到有效利用； 提供用户与计算机硬件系统之间的接口，使计算机系统更易于使用。,12,操作系统是一个系统软件，它能有效地管理和控制计算机系统中
4、的各种硬件和软件资源、合理组织计算机的工作流程，方便用户使用的程序和数据的集合。,13,操作系统的目标和地位,目标：有效性方便性可扩充性开放性,提高资源利用率 提高系统吞吐量,14,操作系统OS（Operating Systems)的地位,计算机硬件,操作系统,系统调用，命令，图标，窗口,应用程序及实用程序,系统设计者,程序员,用户,自世界上第一台计算机ENIAC (1800平方英尺) 于1946年问世以来，计算机在运算速度、存储容量、外设功能、元件工艺及系统结构等方面都有了惊人的发展。,巨型、微型、网络化、智能化几个方向发展,与硬件发展相似，可将OS 的演变和发展过程划分为四个时代：,单道批
5、处理时代,多道批处理,分时、实时系统时代,同时具有多方面功能的多方式系统时代和分布式系统时代,二、操作系统基本类型,批处理操作系统 分时操作系统 实时操作系统,1.批处理操作系统,所谓“批处理”就是指计算机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。 单道批处理系统对作业的处理是成批进行，且在内存中始终保持一道作业特点：自动性、顺序性、单道性,多道批处理系统,多道程序设计同时把多个作业放入内存并允许它交替执行，共享系统中的各类资源。特点：多道、宏观上并行、微观上串行,20,多道引入的优点： 提高CPU利用率 提高内存和I/O设备利用率 提高了系统吞吐量,多道批处理系统,多道批处理系统：批处理中引入多
6、道程序设计技术 特点：多道、无序性、调度性 优点：资源利用率高、系统吞吐量大 缺点：平均周转时间长、无交互能力,适用范围：计算机量大的成熟的作业。,22,2.分时操作系统,所谓“分时”指将CPU的时间划分成长短相同（或基本相同）的时间段，称为“时间片”，通过操作系统的管理，把这些时间片依次轮流分配给各个用户使用。,23,分时系统的产生 概念：指一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机中的资源，各个用户都可通过自己的终端以交互方式使用计算机。,24,分时操作系统,是用户的需求： 人机交互性 共享主机 便于用户上机,25,分时操作系统,特点： 多路性：多个用户同时工作。
7、 独立性：各用户独立操作，互不干扰。 及时性：短时间内响应用户请求。 交互性：用户通过终端与系统交互。,应用：Unix操作系统 适用范围：计算机量小的不成熟的作业。,26,3.实时操作系统,引入：要求及时处理的场合 所谓“实时”是指能够及时响应随机发生的外部事件，并对该事件做出快速处理的一种能力。,实时操作系统,指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。,28,特点：响应及时、可靠性高。 应用：实时控制系统（自动控制、化工，炼油生产）实时信息处理（机票定购系统，情报检索系统）,适用范围：专用系统，其确切的功能由其应用的领域决定，不强调资
8、源的利用效率。,29,实时、分时的比较 多路性：相同 独立性：相同 及时性：实时系统要求更高分时系统 :秒级(一般情况）实时系统: 微秒级甚至更小 交互性：分时系统交互性更强 可靠性：实时系统要求更高,三、操作系统特征,并发性 共享性 虚拟性 异步性（不确定性）,并行：指两个或多个事件在同一时刻发生； 并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。,系统中的资源可供内存中多少个并发执行的进程共同使用。,通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。,多个并发进程共享资源、相互合作，使得每个进程的运行过程受到其他进程的制约，不再“一气呵成”。,四、操作系统的功能,处理机管理 存储器管理 设备
9、管理 文件管理 用户接口,32,处理机管理：进程控制，进程同步，进程通信，调度,存储器管理： 内存分配，内存保护， 地址映射，内存扩充,33,设备处理：缓冲管理，设备分配，设备处理 文件管理：文件存储空间的管理，目录管理，文件读/写管理和保护,五、常见OS简介,1. DOS是配置在IBM-PC及兼容机上的磁盘操作系统。 单用户、单任务,( DOS: Disk Operating System ),用于控制和管理计算机系统的软、硬件资源，DOS于1981年公布以来，其功能不断增强，版本不断更新。,35,2.UNIX和Linux操作系统,都是主流操作系统，主要用于： 在巨型机、大型机上作为网络操作
10、系统使用 经过裁剪后可用于嵌入式系统 关于Linux 属于自由软件(开源软件)，原创者是芬兰青年学者李努斯.托瓦尔兹(Linus Torvalds) 应用软件越来越多，用户正在快速壮大，许多商业软件公司也加入了这一行列,3.微软Windows操作系统,特点： 提供了多任务处理能力 在个人计算机上广泛使用 采用图形用户界面，简化计算机操作 版本的演变：,37,1.操作系统是计算机系统中的一个_,它管理和控制计算机系统的_。,系统软件 硬件和软件资源,2.从用户的观点看，操作系统是 A.由若干层次的程序按一定的结构组成的有机体 B.控制和管理计算机资源的软件 C.合理地组织计算机工作流程的软件 D
11、.用户与计算机之间的接口,3.实时操作系统必须在（）内处理完来自外部的事件。 A.响应时间 B.周转时间 C.规定时间 D.调度时间 C.及时响应,40,4.多道程序设计是指（） A.在实时系统中并发运行多个程序 B.在分布系统中同一时刻运行多个程序 C.在一台处理器上同一时刻运行多个程序 D.在一台处理器上并发运行多个程序,5.（）不是设计实时操作系统主要追求的目标。 A.安全可靠 B.资源利用率 C.及时响应 D.快速处理,6.允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为（）。 允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理的操作系统称为（）。 计算机系统能及时处理过程控制数据并作出响应的操
12、作系统称为（）。 A.批处理操作系统 B.分时操作系统 C.实时操作系统,7.订购机票系统处理各个终端的服务请求，处理后通过中断回答用户，所以它是一个（） A.分时系统 B.多道批处理系统 C.计算机网络 D.实时信息处理系统,44,7.下面关于并发性的论述中，正确的是（） A.并发性是指若干事件在同一时刻发生。 B.并发性是指若干事件在不同时刻发生。 C.并发性是指若干事件在同一时间间隔内发生。 D.并发性是指若干事件在不同时间间隔内发生。,45,8.如果分时系统的时间片一定，以下可造成响应时间变长的是（） A.用户数量减少 B.用户数量增多 C.内存减少 D.内存增加,46,9.下面叙述中
13、正确的是（） A.实时系统对响应时间的要求比分时系统高，而交互能力也比分时系统高 B.实时系统对响应时间的要求比分时系统低，而交互能力也比分时系统低 C.实时系统对响应时间的要求比分时系统高，但交互能力也比分时系统低 D.实时系统对响应时间的要求比分时系统低，但交互能力也比分时系统高,47,名词解释,并行、并发 操作系统（清华大学） CPU的利用率（大连理工大学） 可移植性、兼容性 多用户分时和多道批处理（北京理工大学）,48,CPU的利用率指在给定时间间隔内，CPU的适用时间与系统总的消耗时间之比，是衡量操作系统性能指标的一个重要参数。 可移植性指把一个操作系统从一种硬件环境移植到另一种硬件
14、环境时系统仍能正常工作的能力。 兼容性主要指软件的兼容性，指操作系统执行为其他操作系统或为同一系统的早期版本所编写的软件的能力。,49,多用户分时是分时系统，多用户采用人机对话的方式控制其作业的运行。操作系统为了及时响应个用户的请求，通常采用时间片轮转的方式调度用户程序运行。给用户的感觉是：该系统具有同时性、独占性、交互性和及时性。 多道批处理是一个脱机处理系统，每个用户将程序、数据及控制程序运行的作业说明书或作业控制卡一并交给系统，由系统进行批自动处理该系统与多用户分时相比，通常系统的资源利用率高，系统吞吐量但各个作业的周转时间较长，也不体统用户与作业交互的办法。,50,思考题,什么是操作系
15、统？操作系统在计算机系统中所起的作用是什么“？ 操作系统具有哪几大特征？它们之间有何关系? 采用多道程序设计的主要优点是什么？,51,(1)并发和共享是os最基本的特征。为了提高计算机资源的利用率，os必然要采用多道程序设计技术，使多个程序共享系统的资源，并发地执行。 （2）并发和共享互为存在的条件。一方面，资源的共享是以程序的并发执行为条件，若系统不允许程序并发执行，自然不存在资源共享问题；另一方面，若系统不能对资源共享实施有效的管理协调好诸进程对共享资源的访问，也必将影响到程序的并发执行，甚至根本无法并发执行。,52,（3）虚拟技术以并发和资源共享为前提。为了使并发进程能更方便、更有效地共享资源，os常采用多种虚拟技术来逻辑上增加cpu和设备的数量以及存储器的容量，从而解决众多并发进程对有限的资源的争用问题。 （4）异步性是并发和共享的必然结果。OS允许多个并发进程共享资源、相互合作，使得每个进程的运行过程受到其他进程的制约，不再“一气呵成”，这必然导致异步性特征的产生。,
