软件技术基础-操作系统.ppt

主要内容 操作系统概论 处理机管理 作业管理 存储管理 设备管理 文件管理 §2.1 操作系统概论 操作系统是加到计算机硬件上的第一层软件，它是对计算机硬件的首次扩充； 操作系统管理的是计算机的硬件，随着计算机硬件的发展和深化，必然导致操作系统更新换代； 操作系统是用户与计算机硬件设备之间的接口。 一、操作系统的形成和发展 1、手工操作阶段(1946 ~ 50年代) 工作方式 用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员； 编程语言：机器语言； 输入输出：纸带或卡片； 计算机的工作特点 用户独占全机：不出现资源被其他用户占用，资源利用率低； CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低； 手工操作阶段(续) 主要矛盾 计算机处理能力的提高，手工操作的低效率（造成浪费）； 用户独占全机的所有资源； 提高效率的途径 专门的操作员，批处理 2、早期批量处理阶段(50年代末 ~ 60年代中) 利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每批作业由一个专门的监督程序（Monitor）自动依次处理。可使用汇编语言开发。 批处理中的作业的组成： 用户程序 数据 作业说明书（作业控制语言） 批：供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成，在处理中使用一组相同的系统软件（系统带） 两种批处理方式 联机批处理 脱机批处理 3、管理程序阶段 60年代初，发展了通道技术和中断技术，这些技术的出现使控制程序在负责作业运行的同时提供I/O控制功能。 通道：专用于控制输入输出设备的小型处理机(I/O处理机)。 通道有专用的I/O处理器，可与CPU并行工作 可实现 I/O联机处理 中断: 是指CPU在收到外部中断信号后，停止原来工作，转去处理该中断事件，完毕后回到原来断点继续工作。 中断处理过程：中断请求，中断响应，中断点（暂停当前任务并保存现场），中断处理例程，中断返回（恢复中断点的现场并继续原有任务 可处理算术溢出和非法操作码，死循环（利用时钟中断进行超时限定） 控制程序发展为执行系统(executive system)，常驻内存。 4、多道程序设计与多道批处理系统 管理程序实现了CPU和I/O的并行，但作业仍然是串行执行的。60年代～70年代(集成电路)，利用多道批处理提高资源的利用率。 多道批处理的运行特征 多道：内存中同时存放几个作业； 宏观上并行运行：都处于运行状态，但都未运行完； 微观上串行运行：各作业交替使用CPU； 优点： 资源利用率高：CPU和内存利用率较高； 作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大； 缺点： 用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时，才与用户交互，不利于调试和修改； 作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长； 5、 分时系统 分时：是指多个程序分时共享硬件和软件资源(即:多任务)；多个用户分享使用同一台计算机(即:多用户) 。 特点： 人机交互性好：在调试和运行程序时由用户自己操作。 共享主机：多个用户同时使用。 用户独立性：对每个用户而言好象独占主机。 现在的许多操作系统都具有分时处理的功能，在分时系统的基础上，操作系统的发展开始分化，如实时系统、通用系统、个人系统等。 6、实时系统(real-time system) 用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域，包括实时控制、实时信息处理。 要求：响应时间短，在一定范围之内；系统可靠性高 任务的类型： 周期性实时任务： 非周期性实时任务：截止时间(deadline)，开始截止时间（最晚开始时间）和完成截止时间（最晚完成时间） 目前的操作系统，通常具有分时、实时和批处理功能，又称作通用操作系统。可适用于计算、事务处理等多种领域，能运行在多种硬件平台上，如 UNIX系统、Windows NT等。 二、操作系统的功能 1、处理机管理 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） 2、存储器管理 管理目标：提高利用率、方便用户使用、提供足够的存储空间、方便进程并发运行。 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