1单机操作系统.pptVIP

西安交通大学 2002.12.01 Part1：单机操作系统 第1章 操作系统概述 第2章 用户与操作系统的接口 第3章 进程管理 第4章 存储管理 第5章 文件系统 第6章 设备管理 操作系统 1.1 什么是操作系统 引入操作系统的目标 方便性（用户的观点）：提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别 有效性（系统管理人员的观点）：管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程 可扩充性和开放性（开放的观点）：操作系统本身的功能和管理策略、硬件的类型和规模、多个系统之间的资源共享和互操作 1.1 什么是操作系统 计算机的系统组成 1.1 什么是操作系统 OS是用户使用计算机硬件系统的接口 系统命令（命令行、菜单式、图形用户接口GUI） 系统调用（形式上类似于过程调用，在应用编程中使用) 1.1 什么是操作系统 OS是扩展机(extended machine)/虚拟机(virtual machine) 在裸机上添加：设备管理、文件管理、存储管理（针对内存和外存）、处理机管理（针对CPU） 软件之间的关系：一部分软件运行要以另一部分软件的存在并为其提供一定的运行条件为基础；新添加的软件可以看作是在原来那部分软件基础上的扩充与完善。 从操作系统结构出发，把操作系统分成若干个层次，每一层次都对上一层次扩充形成一个虚拟机；高层次屏蔽低层次的功能细节，提供高层服务, 整个操作系统由若干个虚拟机叠加而成。 1.1 什么是操作系统 虚拟机的概念 软件与硬件的关系：软件是在硬件基础上对硬件的性能加以扩充和完善。 “虚拟机”：一个裸机在每加上一层软件后，就变成了一个功能更强的机器，把这“新的功能更强的机器”称作虚拟机。 OS的地位：紧挨硬件层的第一层软件，对硬件进行首次扩充，同时又是其他软件运行的基础。 1.1 什么是操作系统 操作系统在计算机系统中的地位 OS的地位：紧挨硬件层的第一层软件，对硬件进行首次扩充，同时又是其他软件运行的基础。 1.1 什么是操作系统 操作系统的工作 程序的执行：负责启动每个程序，以及结束程序的工作 完成与硬件有关的工作 完成与应用无关的工作：易于使用，基本服务，统一性（与应用无关是指这些工作是任何一个程序都需要的、最基本的工作，它们具有共性，工作过程相同，与具体应用无直接关系，即与用户所关心的应用目标无直接关系 ） 计算机系统的效率与安全问题 硬件相关：指实现代码中包含存储器的物理地址，包含对设备接口寄存器和设备接口缓冲区的读写等，硬件相关必然复杂繁琐、代码量大 由于操作系统承担了上述工作，在其之上的各类程序就没有必要直接同硬件打交道。硬件改变时，操作系统相应变化即可，其他的程序不用作出改变 1.1 什么是操作系统 操作系统 扩展的机器、隐藏硬件细节、向用户提供虚拟机、方便使用、资源管理者 1.2 多道程序设计 多道程序设计的概念 多道程序设计的硬件支持 中断系统 通道技术 CPU和通道的通信 多道程序实现的三个问题 存储保护和地址重定位 处理机管理和调度 资源的管理和分配 多道程序设计的特点 多道 宏观上并行，微观上串行 1.3 操作系统的主要功能和特征 主要功能 进程(处理机)管理 进程控制 完成进程的创建、撤销以及进程在运行过程中的状态转换 进程调度 完成为某一进程分配处理机（CPU） 进程同步 协调系统中各进程的运行，以便使系统中进程之间有条不紊的工作 进程通信 各进程之间需要进行合作，要交换信息，这就需要进行通信 1.3 操作系统的主要功能和特征（续） 存储管理 地址重定位 主要完成逻辑地址到物理地址的转换 存储分配 为作业分配内存空间，作业执行完毕回收所分配的空间 存储保护 保证各作业在各自的空间运行，互不侵犯 存储扩充 主要解决大作业小内存的问题，逻辑上扩充内存空间，通过虚拟存储来实现 1.3 操作系统的主要功能和特征（续） 设备管理 缓冲管理 设备分配 设备处理 设备的独立性和虚拟设备 独立性 用户编程与具体的物理设备无关 虚拟设备 独占设备改造为共享设备 1.3 操作系统的主要功能和特征（续） 文件管理 目录管理 文件读写管理 文件存取控制 文件存储空间管理 1.3 操作系统的主要功能和特征（续） 用户接口 命令接口 程序接口 图形接口 1.3 操作系统的主要功能和特征（续） 特征 并发性（concurrency）： 处理多个同时性活动的能力。在计算机系统中同时存在多个程序 宏观上：这些程序是同时在执行的 微观上：任何时刻只有一个程序在执行（单CPU），即微观上这些程 序在CPU上轮流执行 并行（parallel）：(与并发相似，但多指硬件支持） 由并发引起的问题：活动切换、保护、相互依赖的活动间的同步 共享性（sharing）： 操作系统与多个用户的