操作系统概论.pptx
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1、Content:n(一)课程开设背景和学习目标n(二)操作系统的基本概念n(三)操作系统的发展历程n(四)主要的操作系统类型n(五)操作系统的服务特征n(六)操作系统的主要功能n(七)unix操作系统简介(一)课程开设背景和学习目标n1.1、背景,为何开设这门课?(疑问:我将来不可能自己去开发操作系统?)n完善对计算机系统结构的理解和认识计算机硬件二者之间是?应用程序n学习操作系统的设计和实现思想,提高软件设计的能力设计结构经典算法n熟悉操作系统的运行特征和机理,编写高质量的应用程序,顺利完成高要求的应用程序开发。磁盘缓冲的例子:实时视频播出信号通信的例子:实时性问题n与操作系统相关或类似的软
2、件开发面向特定应用的操作系统定制或功能增强,比如防火墙相关设备驱动的开发或改进。嵌入式系统的开发和移植等。n1.2,学习目标:通过操作系统的学习,达到n理解操作系统的内部运行机理和实现结构。n掌握和学习一些经典的软件设计技巧和算法。n熟悉操作提供的各种服务及其特性,能够基于此编写高质量,高要求的应用程序。(二)操作系统的基本概念n2.1、操作系统要解决的问题(为何要研制操作系统)n每一个应用(或应用程序)直接在计算机硬件上进行开发很不现实。n对应用程序的开发者来讲,需要熟悉硬件的各种细节。n应用程序依赖于特定的硬件环境,而外设改变经常发生。n当有多个应用程序直接在硬件之上运行时,怎么协调应用程
3、序的各种冲突?硬件协调 or 应用程序自主协调?n对具有共性的一些功能,在每个相关应用程序中各实现一份?n2.2、操作系统就是为解决上述问题应运而生的:n在硬件之上,设计出一层系统级的软件,将应用程序和计算机硬件分割开来。该系统软件:n对下统一管理各种硬件资源n对上封装出统一的应用程序使用硬件接口n另外:将各应用程序的一些共性功能提取出来,统一集中到操作系统中进行开发。如各个应用程序之间的冲突解决,一些设备操作的相关程序,磁盘数据管理等。n功能逐渐发展和完善,一直发展成为现在的操作系统平台,能同时为多个应用程序提供可靠的支撑运行环境。n2.3,操作系统概念:资源管理角度n对计算机系统的硬件和软
4、件资源实现统一的管理,在用户和程序之间分配系统资源,使之协调一致地、高效地完成各种复杂的任务。n对CPU而言,在多个任务之间进行协调分配.n对内存资源而言,公平地分配给每个任务,并引入一些技术(内存共享、虚拟内存)等解决内存紧缺,数据高效复制,以及安全性(内存不被覆盖)等一些内存方面高级需求。n对磁盘而言,n从资源管理的角度而言,操作系统达到的目标是要高效的管理和组织有限的系统软硬件资源,完成用户或应用程序对应的运行任务。n2.4,用户(或应用程序)角度:n简单易用的、支撑用户(应用程序)任务运行的软件平台。n如果在裸机之上覆盖一层I/O设备管理软件,就能使用户较方便地使用外部设备;n如果在其
5、上再覆盖一层文件管理软件,用户就很容易存取系统文件和用户文件;n每覆盖一层新的软件,就构造了一台功能更强的虚拟机器。通过OS,计算机能提供种类更多,质量更高的服务n该软件平台对用户(应用程序)提供一定形式的接口。n对一般用户而言,所感受到的接口n命令行:通过键盘输入有关命令,可以让操作系统执行这些命令。n图形化的窗口系统:用户可以在窗口环境中通过鼠标、按键、菜单和对话框等方式操纵计算机。n对应用程序而言,所感受到的接口:系统调用n系统调用:操作系统对应用程序提供的服务接口,这些服务接口从形式上类似于一般的库函数,应用程序可以调用相应的服务接口还获得操作系统的功能支持。如调用open,read(
6、文件访问相关的系统调用)来访问磁盘上的文件等。n从主/被动角度看,操作系统在被动等待被调用,应用程序根据自己所要完成的任务主动调用操作系统提供的服务接口(即系统调用)。n2.5,软件观点:算法和数据结构的集合而成的一套软件系统。n是直接与硬件相邻的第一层软件,其它软件的运行都要依赖它的支持。n系统中永久运行的程序。(三)(三)操作系统的发展历史操作系统的发展历史n3.1 早期计算机的操作方式:无操作系统n计算机同时只能为一个用户使用,这时所有的资源都由该用户使用。n程序的每次运行都需要人工干预:n将程序或数据手工从卡片读入计算机n观察运行过程,是否正常n运行结果写到卡片上,或输出到显示设备上。
7、n由于输入/输出设备较慢,且需要人工干预,常常会出现CPU等待输入/输出的情况。n操作过程繁琐,容易出错(如拿错了数据卡片),设备利用率低。n3.2 脱机输入/输出系统:操作系统的雏形n背景:需要人工干预的、由慢速设备读入程序和数据及由慢速输出设备打印结果的过程往往占用了用户使用计算机的大部分时间。n措施:以磁带(高速设备)为中介,用外围小计算机(或专用设备)完成输入/输出。同时配置监控程序(操作系统的雏形)来控制输入/输出,以及程序执行过程。n使用磁带作为输入/输出的中介,这种具体的输入/输出不需要在主计算机上进行的方式称“脱机输入/输出”。纸带机纸带机读卡机读卡机打印机打印机卫星机卫星机输
8、入输入 带带输出输出 带带输入输入 带带输出输出 带带主机主机n3.3 批处理系统:简易的操作系统n“脱机输入/输出系统”解决了数据输入/输出慢,CPU运行受限制的问题,也解决输入,运行、输出的自动化衔接问题。n批处理系统不但解决单个程序(输入、运行、输出)的自动化问题,还解决多个程序的自动化衔接问题。n基本思想:n操作员取来一批作业,将它们输入到磁带中;n操作系统先从磁带上将第一个作业读进内存,启动它运行,并将运行结果输出到另一条磁带上;n当第一个程序运行完毕,操作系统能自动地从输入磁带上读进下一个作业,并予以运行和输出;n如此直到整批作业全部处理完毕。n批处理系统解决了高速计算机的运算、处
9、理能力与人工干预之间的速度矛盾,实现了作业自动过渡。n3.4 完善中的操作系统n由于CPU运行速度快,而外设(输入/输出设备等)运行速度慢,外设速度成为制约计算机系统任务处理效率的瓶颈。n为了解决CPU和外设之间的速度差异问题,提高CPU的任务处理效率。在60,70年出现了具有重要意义,甚至目前还在广泛引用的一些技术。n缓冲技术:n原理:在CPU和低速外设之间引入一种高速存储设备(缓冲区),CPU不直接访问低速设备,而直接访问缓冲区,缓冲区和低速设备之间再进行数据交换。n如输入缓冲:第一批数据预先从低速输入设备中读到缓冲区,CPU从缓冲区中读入这批数据,CPU处理这批数据的同时,启动输入设备输
10、入下一批数据到缓冲区。n如输出缓冲:CPU将一批运算结果输出到高速缓冲区,在计算下一批结果的同时,启动输出设备将缓冲区中的数据输出。n缓冲技术能够使CPU和外部设备做到并行操作,减少了相互等待的时间,极大地提高了CPU和各种外部设备的使用效率。n缓冲区技术不断发展,出现了n单缓冲n双缓冲n循环缓冲n缓冲池n如今缓冲区技术在很多地方得到了应用,如CPU中cache。n中断技术:n背景:CPU与外设串行工作时,CPU需要知道I/O设备什么时候完成了其I/O工作,以便让其处理下一个I/O工作或其它。另外,当I/O工作过程中出现了故障,如何让CPU知道自己出现了故障?n不停查询I/O的工作状态?实效性
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