CCH01_Introduction(操作系统).ppt

需求推动发展 提高资源的利用率和系统性能：从集中到分布、从专用到泛在等 方便用户：用户上机、调试程序，分散计算时的事务处理和非专业用户（商业和办公、家庭） 器件的发展：CPU的位宽度（指令和数据）、快速外存、光器件等 计算机体系结构的不断发展：单处理机、多处理机、多核、计算机网络 OS的发展和计算机硬件技术、体系结构相关 第一代 (1946年-1955年)： 真空管时代，无操作系统 第二代 (1955年-1965年)： 晶体管时代，批处理系统 第三代 (1965年-1980年)： 集成电路时代，多道程序设计 第四代 (1980年 - 至今)： 大规模和超大规模集成电路时代，分时系统。 现代计算机正向着巨型、微型、并行、分布、网络化和智能化几个方面发展。 工作方式：人工操作方式，用户是计算机专业人员； 编程语言：机器语言； I/O：纸带或卡片； 缺点： 用户独占全机 CPU等待用户：手工装入/卸取纸带或卡片 主要矛盾 人机矛盾：人工操作方式与机器利用率的矛盾 CPU与I/O之速度不匹配的矛盾 提高效率的途径 批处理 脱机I/O 运行特征： 顺序性：磁带上的各道作业是顺序地进入内存，各作业的完成顺序与他们进入内存的顺序相同 单道性:内存中仅有一道程序运行 自动性 优点：减少了CPU的空闲时间，提高了主机CPU和I/O设备的使用效率，提高了吞吐量。 缺点：CPU和I/O设备使用忙闲不均． 多道程序批处理系统 运行特征： 多道性：内存中同时驻留多道程序并发执行，从而有效地提高了资源利用率和系统吞吐量 无序性：作业的完成顺序与它进入内存的顺序之间无严格的对应关系 调度性：作业调度、进程调度 多道程序批处理系统 多道批处理系统所用技术： 作业调度：作业的现场保存和恢复－－上下文切换 资源共享：资源的竞争和同步－－互斥(exclusion)和同步(synchronization)机制； 内存使用：提高内存使用效率（为当前由CPU执行的程序提供足够的内存）－－覆盖(overlap)，交换(swap)和虚拟存储(virtual memory)； 内存保护:系统存储区和各应用程序存储区不可冲突； 文件非顺序存放、随机存取。 多道程序批处理系统 优点 资源利用率高:CPU,内存,I/O设备 系统吞吐量大 缺点 无交互能力，用户响应时间长 作业平均周转时间长 分时技术：把CPU的响应时间分成若干个大小相等（或不等）的时间单位，称为时间片（如100毫秒），每个终端用户获得CPU（获得一个时间片）后开始运行，当时间片到，该用户程序暂停运行，等待下一次运行。 操作系统的功能 处理机管理 存储管理 设备管理 文件管理 用户接口 处理机管理 目标：完成处理机资源分配和调度等功能 功能 进程控制：创建、撤销、挂起、改变运行优先级等－－主动改变进程的状态 进程调度:作业和进程的运行切换，以充分利用处理机资源和提高系统性能 进程同步：协调并发进程之间的推进步骤，以协调资源共享 进程通信:进程之间的信息交换 存储器管理 目标：提高内存利用率、方便用户使用、提供足够的存储空间 功能 存储分配与回收 存储保护 地址重定位 内存扩充 设备管理 目标：完成用户的I/O请求,为用户分配I/O设备、提高I/O速度，提高CPU与I/O设备利用率、方便设备使用 功能 缓冲管理 设备分配与回收 设备处理:利用设备驱动程序（通常在内核中）完成对设备的操作。 虚拟设备 设备独立性:提供统一的I/O设备接口，使应用程序独立于物理设备 文件管理 目标：实现外存上的信息资源“按名存取” 功能 文件存储空间管理:如何存放信息，以提高空间利用率 目录管理:文件检索 文件存取控制:文件保护 软件管理:软件的版本、相互依赖关系、安装和拆除等 用户接口 目标：为用户使用计算机系统提供一个友好的访问OS的接口 操作系统提供2类接口： 作业级接口：行命令、菜单、或图形化的操作界面（GUI）、语音以及作业控制语言等；“联机”或“脱机”。 程序级接口：供用户程序和系统程序调用操作系统功能，也称系统调用； Applied Operating System Concepts Applied Operating System Concepts 嵌入式操作系统，是运行在嵌入式智能芯片环境中，对整个智能芯片以及它所操作、控制的各种部件装置等等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。 在嵌入式系统中的OS，称为嵌入式操作系统。 Embedded Operating-System 嵌入式操作系统 Applied Operating System Concepts 典型嵌入式操作系统的特性 完成某一项或有限项功能；不是通用型的； 在性能和实时性方面有严格的限制； 能源、成本和