03-操作系统概述-3.ppt

第一章 操作系统概述 本次课主要内容： 1、 OS的基本功能 2、 OS的硬件环境 3、 OS的性能指标 4、 OS的服务方式 5、 Linux系统的特点和组成 将对操作系统的上述各种需求总结如下： 1、进程管理，包括CPU调度、作业调度等。 2、进程之间的同步和通信。 3、设备驱动程序和设备管理程序。 4、中断处理。 5、内存管理，尤其是虚拟内存管理。 6、文件系统和磁盘管理。 7、网络协议。 8、系统安全。 9、命令解释语言，包括GUI。 10、系统程序，如编译器、文件管理器等。 处理机管理 目标：完成处理机资源的分配调度等功能 （处理机调度的单位可为进程或线程） 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 进程同步：协调并发进程之间的推进步骤，以协调资源共享；－－交换信息能力弱 进程通信：进程之间传送数据，以协调进程间的协作；－－交换信息能力强，也可以用来协调进程之间的推进 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；－－未必是进程控制操作所引起（可能是时间片轮转、I/O操作） 同一类型内的公平性、高效率（吞吐量大）、作业周转时间等 存储管理 存储分配与回收 存储保护：保证进程间互不干扰、相互必威体育官网网址；如：访问合法性检查、甚至要防止从垃圾中窃取其他进程的信息 地址映射（变换）：进程逻辑地址到内存物理地址的映射 内存扩充（覆盖、交换和虚拟存储）：提高内存利用率、扩大进程的内存空间 设备管理 设备操作：利用设备驱动程序（通常在内核中）完成对设备的操作。 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，提高可适应性；在同样的接口和操作下完成不同的内容（如FAX Modem作为Windows上的打印机设备） 设备分配与回收：在多用户间共享I/O设备资源 虚拟设备：设备由多个进程共享，每个进程如同独占 缓冲区管理：匹配CPU和外设的速度，提高两者的利用率（单缓冲区、双缓冲区和公用缓冲区） 文件管理 文件存储空间管理：解决如何存放信息，以提高空间利用率和读写性能 目录管理：解决信息检索问题。文件的属性（如文件名）、单一副本赋予多文件名 文件的读写管理和存取控制：解决信息安全问题。系统设口令、用户分类、文件权限 软件管理：软件的版本、相互依赖关系、安装和拆除等 工作管理 操作系统向上提供两种接口 系统命令：供用户用于组织和控制自己的作业运行。命令行、菜单式或GUI（联机）；命令脚本（脱机） 编程接口：供用户程序和系统程序调用操作系统功能。系统调用和高级语言库函数 操作系统分类 批处理系统 多道程序系统 分时系统 个人机操作系统 多处理器操作系统 网络操作系统 分布式操作系统 集群系统 实时操作系统 嵌入式操作系统 智能卡操作系统 上述各通用操作系统的相同点： 都是在完成操作系统的基本功能，实现主要功能是相同的。 不同点： 处于的历史阶段不同，追求的主要需求不同 设计操作系统的原则： 在不同时期，不同的应用领域，人们对操作系统的需求是不同的，有些甚至是矛盾的。因此在设计操作系统时，需要根据具体的应用领域，对这些需求作出适当的取舍。 操作系统的基本类型 根据OS在用户面前的使用环境和功能特征的不同，一般分为三种基本类型： 多道成批系统 分时系统 实时系统。 操作系统的硬件环境 讨论操作系统对运行硬件环境的要求 讨论操作系统设计者考虑的硬件问题 操作系统运行的硬件环境组成: 中央处理器（CPU） 存储系统 中断机制 I/O系统 时钟以及时钟队列 其他 任何系统软件都是硬件功能的延伸 操作系统直接依赖于硬件条件 OS的硬件环境以较分散的形式同各种管理相结合 实现操作系统时必须理解的 计算机基本结构 操作系统管理的重要资源 简单的个人计算机中的部件 处理器由运算器、控制器、一系列的寄存器以及高速缓存构成 运算器实现指令中的算术和逻辑运算，是计算机计算的核心 控制器负责控制程序运行的流程，包括取指令、维护CPU状态、CPU与内存的交互等等 寄存器是指令在CPU内部作处理的过程中暂存数据、地址以及指令信息的存储设备 在计算机的存储系统中它具有最快的访问速度 高速缓存处于CPU和物理内存之间 一般由控制器中的内存管理单元（MMU：Memory Management Unit）管理 访问速度快于内存，低于寄存器 利用程序局部性原理使得高速指令处理和低速内存访问得以匹配，从而提高CPU的效率 指令执行的基本过程 两个步骤： 先从存储器中每次读取一条指令 然后执行这条指令 一个单条指令处理过程称为一个指令周期 程序的执行是由不断取指和执行的指令周期组成 仅当关机、出错或有停机相