chap1操作系統(tǒng)概論

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1、操作系統(tǒng)（OperatingSystem）西安郵電學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院主講：王小銀Email:wangxiaoyinxy@126.com引言學(xué)習(xí)要求：按時(shí)上課，認(rèn)真聽講閱讀參考書思考，討論，提問成績?cè)u(píng)定：平時(shí)成績：30%（到課情況、書面作業(yè)、上機(jī)練習(xí)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告）期末考試70%課程形式:講課,習(xí)題課,作業(yè),上機(jī)?教材計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程徐甲同等西電出版社參考教材計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)湯子贏西安電子科技大學(xué)出版社操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)王鵬等譯電子工業(yè)出版社現(xiàn)代操作系統(tǒng)陳向群等譯機(jī)械工業(yè)出版社操作系統(tǒng)教程王素華人民郵電出版社計(jì)算機(jī)操

2、作系統(tǒng)教程張堯?qū)W,史美林清華大學(xué)出版社操作系統(tǒng)教程孟慶昌西安電子科技大學(xué)出版社涉及面廣（并行程序，性能問題，結(jié)構(gòu)問題，程序方法論，軟件工程，等等）實(shí)踐性強(qiáng)（從實(shí)踐總結(jié)出原理）錯(cuò)綜復(fù)雜：縱橫交叉操作系統(tǒng)課程的特點(diǎn)：教師只指出要點(diǎn)要通過自學(xué)、研讀參考書掌握內(nèi)容善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題要努力尋求問題的答案注意學(xué)習(xí)方式的變化第一章操作系統(tǒng)概論什么是操作系統(tǒng)?多道程序設(shè)計(jì)的概念操作系統(tǒng)的功能和主要特征操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)的分類1.1什么是操作系統(tǒng)?從以下三個(gè)方面理解操作系統(tǒng)的概念：系統(tǒng)軟件、資源管理器、虛擬機(jī)一、操作

3、系統(tǒng)作為最基本的系統(tǒng)軟件一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由兩部分組成：系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)硬件:——指構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所必須配置的全部設(shè)備。系統(tǒng)軟件：——是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須配置的程序和數(shù)據(jù)的集合。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源分為硬件資源和軟件資源，操作系統(tǒng)的任務(wù)就是如何管理這些資源，使系統(tǒng)資源得到充分有效的利用，并且在相互競(jìng)爭的作業(yè)或程序之間有序地控制系統(tǒng)資源的分配，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作流程的控制。資源管理器的作用是：1.跟蹤資源狀態(tài)。2.分配資源。3.回收資源。4.保護(hù)資源。二、操作系統(tǒng)作為資源管理器為了讓用戶和程序員在使用計(jì)算機(jī)時(shí)

4、不涉及硬件細(xì)節(jié)，使硬件細(xì)節(jié)和程序員隔離開來，需要建立一個(gè)簡單的高度抽象。簡稱虛擬機(jī)。用戶通過操作系統(tǒng)來使用計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)就構(gòu)成了用戶和計(jì)算機(jī)之間的接口。操作系統(tǒng)為用戶提供了兩級(jí)接口：1.命令接口。2.編程接口。三、操作系統(tǒng)作為虛擬機(jī)綜合以上三個(gè)觀點(diǎn)，可得到操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)：控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件和硬件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程及方便用戶使用的程序和數(shù)據(jù)集合。1.2多道程序設(shè)計(jì)的概念現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般都采用基于多道程序設(shè)計(jì)的技術(shù)。多道程序設(shè)計(jì)是指在主存中同時(shí)存放多道用戶作業(yè)，使它們都處于執(zhí)行的開始點(diǎn)

5、和結(jié)束點(diǎn)之間。一.多道程序設(shè)計(jì)的硬件支持多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)得到了計(jì)算機(jī)硬件的兩方面支持：中斷系統(tǒng)和通道技術(shù)。引入中斷的目的——解決主機(jī)與外設(shè)的并行工作問題中斷系統(tǒng)定義——對(duì)異步或例外事件的一種響應(yīng)——這一響應(yīng)自動(dòng)地保存CPU狀態(tài)以便將來重新啟動(dòng)——自動(dòng)轉(zhuǎn)入中斷處理程序中斷類型——I/O中斷——程序中斷——硬件故障中斷——外中斷——訪管中斷1.中斷系統(tǒng)引入通道的目的——為了使CPU從I/O事務(wù)中解脫出來,同時(shí)為了提高CPU與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的并行度，提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)效率通道技術(shù)（I/O處理機(jī)）——定義：獨(dú)立于CPU

6、的專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入/輸出傳輸工作的處理機(jī)，對(duì)外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，代替CPU對(duì)輸入/輸出操作進(jìn)行控制，從而使輸入/輸出操作可和CPU并行操作——結(jié)構(gòu)：主存、通道、控制器和設(shè)備之間采用四級(jí)連接，實(shí)現(xiàn)三級(jí)控制2.通道技術(shù)CPU和通道的通信CPU與通道之間的關(guān)系是主從關(guān)系。CPU是主設(shè)備，通道是從設(shè)備。采用通道方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程如下：——當(dāng)運(yùn)行的程序要求數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，CPU向通道發(fā)I/O指令，命令通道工作；——通道接收到CPU的I/O指令后，從內(nèi)存中取出相應(yīng)的通道程序，通過執(zhí)行通道程序完成I/O操作；——當(dāng)I/O操作

7、完成（或出錯(cuò)）時(shí)，通道以中斷方式中斷CPU正在執(zhí)行的程序，請(qǐng)求CPU的處理。CPUAI/OABI/OAI/OABBI/Ot1t3t4t5tCPUAI/OBI/OABABtt1t2t3t4t5二.多道程序設(shè)計(jì)原理單道：多道：多道程序設(shè)計(jì)的主要目的是充分利用系統(tǒng)的所有資源且盡可能地讓他們并行操作。這種技術(shù)可把硬件的代價(jià)交叉地分布在大量并行用戶之間而使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的代價(jià)極小化。優(yōu)點(diǎn):多道程序共享資源,資源利用率高。系統(tǒng)吞吐量大,資源保持忙,系統(tǒng)開銷小。缺點(diǎn):作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長,無交互能力。三.多道程序設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)多

8、道程序設(shè)計(jì)，必須妥善解決以下三個(gè)問題：1、存儲(chǔ)保護(hù)和地址重定位2、處理機(jī)管理和調(diào)度3、資源的管理和分配多道程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)如下：1、多道:內(nèi)存同時(shí)駐留多道程序允許并發(fā)執(zhí)行。2、宏觀上并行3、微觀上串行1.3操作系統(tǒng)的功能和主要特征一.功能：處理機(jī)管理:多道程序環(huán)境下,處理機(jī)管理以進(jìn)程為基本單位.進(jìn)程管理進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程同步進(jìn)程通信存儲(chǔ)管理:為方便用戶使用存儲(chǔ)器,提高主存的利用率