《第一讲操作系统概论.ppt

操作系统（Operating System) 主讲 梁琛 E－mail：mumulc@ 操作系统的目标是提高资源利用率、方便用户。它应能够高效地控制和管理计算机硬件和软件资源、公平合理地对各类作业进行调度、使各用户能够灵活方便有效地使用计算机。必须有良好的开放性和可扩充性。高效：CPU,内存,I/O设备,文件(程序和数据)利用率提高公平: 应公平合理, 否则会产生“死锁”或“饥饿”方便: 用户界面友好，使用灵活方便。 充分地利用资源更好的提供服务 一. 操作系统做什么？ 什么是操作系统? 多道程序设计的概念 操作系统的功能和主要特征 操作系统的结构 操作系统的分类 操作系统作为最基本的系统软件 一个计算机系统由两部分组成：系统硬件和系统软件。 系统硬件: 指构成计算机系统所必须配置的全部设备。 系统软件： 是一个计算机系统必须配置的程序和数据的集合。 操作系统作为资源管理器 计算机系统的资源分为硬件资源和软件资源，操作系统的任务就是如何管理这些资源，使系统资源得到充分有效的利用，并且在相互竞争的作业或程序之间有序地控制系统资源的分配，从而实现对计算机系统工作流程的控制。 资源管理器的作用是： 1. 跟踪资源状态。 2. 分配资源。 3. 回收资源。 4. 保护资源。 操作系统作为虚拟机 为了让用户和程序员在使用计算机时不涉及硬件细节，使硬件细节和程序员隔离开来，需要建立一个简单的高度抽象。简称虚拟机。 用户通过操作系统来使用计算机，操作系统就构成了用户和计算机之间的接口。 操作系统为用户提供了两级接口： 1. 命令接口。 2. 编程接口。 1.2 多道程序设计的概念 现代计算机系统一般都采用基于多道程序设计的技术。 多道程序设计是指在主存中同时存放多道用户作业，使它们都处于执行的开始点和结束点之间。 多道程序设计的硬件支持 引入中断的目的 解决主机与外设的并行工作问题 中断系统定义 对异步或例外事件的一种响应 这一响应自动地保存CPU状态以便将来重新启动 自动转入中断处理程序 中断类型 I/O中断 程序中断 硬件故障中断 外中断 访管中断 多道程序设计的硬件支持（Cont.) 引入通道的目的 为了使CPU从I/O事务中解脱出来，同时为了提高CPU与设备、设备与设备之间的并行度，提高计算机系统效率 通道技术（I/O处理机） 定义：独立于CPU的专门负责数据输入/输出传输工作的处理机，对外部设备实现统一管理，代替CPU对输入/输出操作进行控制，从而使输入/输出操作可和CPU并行操作 结构：主存、通道、控制器和设备之间采用四级连接，实现三级控制 多道程序设计的硬件支持（Cont.) CPU和通道的通信 CPU与通道之间的关系是主从关系。CPU是主设备，通道是从设备。采用通道方式实现数据传输的过程如下： 当运行的程序要求数据传输时，CPU向通道发I/O指令，命令通道工作； 通道接收到CPU的I/O指令后，从内存中取出相应的通道程序，通过执行通道程序完成I/O操作； 当I/O操作完成（或出错）时，通道以中断方式中断CPU正在执行的程序，请求CPU的处理。 多道程序设计原理 多道程序设计原理 多道程序设计的主要目的是充分利用系统的所有资源且尽可能地让他们并行操作。这种技术可把硬件的代价交叉地分布在大量并行用户之间而使计算机系统的代价极小化。 多道程序设计的实现 为了实现多道程序设计，必须妥善解决以下三个问题： 1、存储保护和地址重定位 2、处理机管理和调度 3、资源的管理和分配 多道程序设计的特点如下： 1、多道 2、宏观上并行 3、微观上串行 1.3 操作系统的功能和主要特征 功能： 处理机管理 多道程序环境下,处理机管理以进程为基本单位. 进程控制 进程调度 进程同步 进程通信 存储管理 为方便用户使用存储器,提高主存的利用率. 地址重定位 存储分配 存储保护 存储扩充 1.3 操作系统的功能和主要特征(Cont.) 功能： 设备管理 缓冲管理 设备分配 设备处理 设备独立性和虚拟设备 文件管理 目录管理 文件读、写管理 文件存取控制 文件存储空间的管理 1.3 操作系统的功能和主要特征(Cont.) 功能： 用户接口 命令接口 程序接口 图形接口 1.3 操作系统的功能和主要特征(Cont.) 主要特征 并发性：两个或多个事件在同一时间间隔内发生 共享性：系统中多个资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用，有互斥和同步两种共享方式 虚拟性：将一个物体影射为若干个逻辑实体 不确定性 程序执行结果不确定，程序执行结果不能再现。 多道程序设计环境下，程序按异步方式运行。 1.4 操作系统的结构 一、