一操作系统概述.pptx

引言引言课程特点：概念多、原理性强、较抽象课程特点：概念多、原理性强、较抽象课程特点：概念多、原理性强、较抽象课程特点：概念多、原理性强、较抽象课程学习目的课程学习目的课程学习目的课程学习目的:基础核心课、有利于对计算机基础核心课、有利于对计算机基础核心课、有利于对计算机基础核心课、有利于对计算机系统的理解和软件开发系统的理解和软件开发系统的理解和软件开发系统的理解和软件开发课程学习方法课程学习方法课程学习方法课程学习方法:以问题驱动学习、理论联系实以问题驱动学习、理论联系实以问题驱动学习、理论联系实以问题驱动学习、理论联系实际际际际课程学习难点课程学习难点课程学习难点课程学习难点:概念、原理、算法、数据结构概念、原理、算法、数据结构概念、原理、算法、数据结构概念、原理、算法、数据结构教师姓名：蒲晓蓉教师姓名：蒲晓蓉教师姓名：蒲晓蓉教师姓名：蒲晓蓉E-mail:E-mail:参考书籍参考书籍OperatingSystemInternalsandDesignprinciples,WilliamStallings,TsingHuaUniversityPressAppliedOperatingSystemConcepts,AbrahamSilberschatzetc.,HigherEducationPress计算机操作系统，汤子瀛计算机操作系统，汤子瀛etc.,西安电子科技大西安电子科技大学出版社（第学出版社（第3版）版）课程内容安排课程内容安排第一章第一章第一章第一章 操作系统概述操作系统概述操作系统概述操作系统概述第二章第二章第二章第二章 进程管理进程管理进程管理进程管理第三章第三章第三章第三章 存储管理存储管理存储管理存储管理第四章第四章第四章第四章外部设备管理外部设备管理外部设备管理外部设备管理第五章第五章第五章第五章 文件管理文件管理文件管理文件管理第一章第一章操作系统概述操作系统概述本章要点本章要点计算机系统结构：了解操作系统的地位计算机系统结构：了解操作系统的地位计算机系统结构：了解操作系统的地位计算机系统结构：了解操作系统的地位什么是操作系统：四种基本观点什么是操作系统：四种基本观点什么是操作系统：四种基本观点什么是操作系统：四种基本观点现代操作系统的特征、功能现代操作系统的特征、功能现代操作系统的特征、功能现代操作系统的特征、功能、类型、类型、类型、类型基本概念基本概念基本概念基本概念：批处理、多道程序设计、作业、任：批处理、多道程序设计、作业、任：批处理、多道程序设计、作业、任：批处理、多道程序设计、作业、任务、进程与线程、接口、虚拟存储、文件务、进程与线程、接口、虚拟存储、文件务、进程与线程、接口、虚拟存储、文件务、进程与线程、接口、虚拟存储、文件1.1计算机系统资源计算机系统资源计算机系统资源分类计算机系统资源分类软件：系统软件（操作系统及实用程序）软件：系统软件（操作系统及实用程序）、应用软件、应用软件硬件：处理机（硬件：处理机（CPU）、内存（条）、）、内存（条）、外部外部I/O设备（显示器、键盘、鼠标、打设备（显示器、键盘、鼠标、打印机、磁盘、磁带、扫描仪印机、磁盘、磁带、扫描仪），以及），以及系统总线系统总线图图1.1计算机系统结构计算机系统结构应用软件应用软件操作系统操作系统计算机硬件计算机硬件系统软件系统软件终端用户终端用户程序员程序员操作系统操作系统设计者设计者1.2什么是操作系统什么是操作系统关于现代操作系统的四种基本观点关于现代操作系统的四种基本观点从外部看操作系统从外部看操作系统-计算机用户的观点：计算机用户的观点：用户环境观点用户环境观点用户环境观点用户环境观点-应用程序员的观点：应用程序员的观点：虚拟机器观点虚拟机器观点虚拟机器观点虚拟机器观点从内部看操作系统从内部看操作系统-OS开发者观点之一：开发者观点之一：资源管理观点资源管理观点资源管理观点资源管理观点-OS开发者观点之二：开发者观点之二：作业组织观点作业组织观点作业组织观点作业组织观点关于现代关于现代OS的四种基本观点之一的四种基本观点之一-用户环境观点用户环境观点该观点认为，操作系统是计算机用户使用计算该观点认为，操作系统是计算机用户使用计算该观点认为，操作系统是计算机用户使用计算该观点认为，操作系统是计算机用户使用计算机系统的接口，它为计算机用户提供了方便的机系统的接口，它为计算机用户提供了方便的机系统的接口，它为计算机用户提供了方便的机系统的接口，它为计算机用户提供了方便的工作环境。工作环境。工作环境。工作环境。计算机用户：终端用户、程序员和系统设计者计算机用户：终端用户、程序员和系统设计者计算机用户：终端用户、程序员和系统设计者计算机用户：终端用户、程序员和系统设计者操作系统提供的接口操作系统提供的接口操作系统提供的接口操作系统提供的接口-用户接口（用户接口（用户接口（用户接口（UserInterfaceUserInterface，也称为命令接口），也称为命令接口），也称为命令接口），也称为命令接口）-程序接口（系统调用，也称为应用编程接口程序接口（系统调用，也称为应用编程接口程序接口（系统调用，也称为应用编程接口程序接口（系统调用，也称为应用编程接口,ApplicationProgrammingInterface,ApplicationProgrammingInterface，简称，简称，简称，简称APIAPI）用户接口用户接口(用户用户用户用户)命令：命令：命令：命令：指计算机用户要求计算机系统为其工作指计算机用户要求计算机系统为其工作的指示。的指示。字符形式字符形式：较灵活但因繁琐而难记较灵活但因繁琐而难记 命令的表示形式：命令的表示形式：命令的表示形式：命令的表示形式：菜单形式菜单形式图形形式图形形式：因直观而易记但不灵活因直观而易记但不灵活脱机使用方式（脱机使用方式（off-line）命令的使用方式：命令的使用方式：命令的使用方式：命令的使用方式：联机使用方式联机使用方式(on-line)关于现代关于现代OS的四种基本观点之二的四种基本观点之二-虚拟机器观点虚拟机器观点该该该该观观观观点点点点认认认认为为为为，操操操操作作作作系系系系统统统统是是是是建建建建立立立立在在在在计计计计算算算算机机机机硬硬硬硬件件件件平平平平台台台台上上上上的的的的虚虚虚虚拟拟拟拟机机机机器器器器，它它它它为为为为应应应应用用用用软软软软件件件件提提提提供供供供了了了了许许许许多多多多比比比比计计计计算算算算机机机机硬硬硬硬件件件件功功功功能能能能更更更更强强强强或或或或计计计计算算算算机机机机硬硬硬硬件件件件所所所所没没没没有有有有的的的的功功功功能。能。能。能。操操操操作作作作系系系系统统统统在在在在虚虚虚虚拟拟拟拟机机机机中中中中充充充充当当当当管管管管理理理理员员员员和和和和协协协协调调调调员员员员的的的的角角角角色色色色,管管管管理理理理计计计计算算算算机机机机的的的的软软软软硬硬硬硬件件件件资资资资源源源源,并并并并协协协协调调调调多多多多任任任任务务务务、多进程的运行。多进程的运行。多进程的运行。多进程的运行。扩充：功能、计算机数量扩充：功能、计算机数量扩充：功能、计算机数量扩充：功能、计算机数量关于现代关于现代OS的四种基本观点之三的四种基本观点之三-资源管理观点资源管理观点该观点认为，操作系统是计算机系统中各类资该观点认为，操作系统是计算机系统中各类资该观点认为，操作系统是计算机系统中各类资该观点认为，操作系统是计算机系统中各类资源的管理者，它负责分配、回收以及控制系统源的管理者，它负责分配、回收以及控制系统源的管理者，它负责分配、回收以及控制系统源的管理者，它负责分配、回收以及控制系统中的各种软硬件资源。中的各种软硬件资源。中的各种软硬件资源。中的各种软硬件资源。跟踪资源的使用状况、满足资源请求、提高资跟踪资源的使用状况、满足资源请求、提高资跟踪资源的使用状况、满足资源请求、提高资跟踪资源的使用状况、满足资源请求、提高资源利用率源利用率源利用率源利用率,以及协调各程序和用户对资源的使以及协调各程序和用户对资源的使以及协调各程序和用户对资源的使以及协调各程序和用户对资源的使用冲突。用冲突。用冲突。用冲突。-监视资源监视资源监视资源监视资源-分配分配分配分配/回收资源回收资源回收资源回收资源-保护资源保护资源保护资源保护资源关于现代关于现代OS的四种基本观点之四的四种基本观点之四-作业组织观点作业组织观点 该观点认为，操作系统是计算机系统工作流程的组织该观点认为，操作系统是计算机系统工作流程的组织该观点认为，操作系统是计算机系统工作流程的组织该观点认为，操作系统是计算机系统工作流程的组织者，它负责协调在系统中运行的各个应用软件的运行者，它负责协调在系统中运行的各个应用软件的运行者，它负责协调在系统中运行的各个应用软件的运行者，它负责协调在系统中运行的各个应用软件的运行次序。次序。次序。次序。用于巨型机和大型服务器上，以批文件方式提交作业，用于巨型机和大型服务器上，以批文件方式提交作业，用于巨型机和大型服务器上，以批文件方式提交作业，用于巨型机和大型服务器上，以批文件方式提交作业，请求主机逐个运行。请求主机逐个运行。请求主机逐个运行。请求主机逐个运行。主机操作系统负责组织、协调各个作业的运行，报告主机操作系统负责组织、协调各个作业的运行，报告主机操作系统负责组织、协调各个作业的运行，报告主机操作系统负责组织、协调各个作业的运行，报告执行结果或错误信息。执行结果或错误信息。执行结果或错误信息。执行结果或错误信息。减少了人工干预，提高了系统的效率。这种工作方式减少了人工干预，提高了系统的效率。这种工作方式减少了人工干预，提高了系统的效率。这种工作方式减少了人工干预，提高了系统的效率。这种工作方式有利于有效利用造价高且性能强大的主机资源。有利于有效利用造价高且性能强大的主机资源。有利于有效利用造价高且性能强大的主机资源。有利于有效利用造价高且性能强大的主机资源。操作系统的定义操作系统的定义操操作作系系统统是是计计算算机机系系统统中中的的一一个个系系统统软软件件,管管理理和和控控制制计计算算机机系系统统中中的的硬硬件件和和软软件件资资源源,合合理理地地组组织织计计算算机机的的工工作作流流程程,以以便便有有效效利利用用这这些些资资源源为为用用户户提提供供一一个个功功能能强强、使使用用方方便便的的工工作作环环境境,从从而而在在计计算算机与用户之间起到机与用户之间起到接口接口的作用。的作用。1.3操作系统的形成与发展操作系统的形成与发展操作系统的简历操作系统的简历50年年代代中中期期，第第一一个个简简单单批批处处理理操操作作系系统统60年代中期，多道程序批处理系统年代中期，多道程序批处理系统不久，分时系统、实时系统不久，分时系统、实时系统80年代，微机及网络操作系统年代，微机及网络操作系统什么推动着操作系统的发展什么推动着操作系统的发展计算机硬件升级和新硬件的出现计算机硬件升级和新硬件的出现提供新的服务，方便使用提供新的服务，方便使用提高计算机资源利用效率提高计算机资源利用效率更正软件错误更正软件错误计算机体系结构的发展计算机体系结构的发展：单处理机系统、：单处理机系统、多处理机系统、分布式系统、计算机网多处理机系统、分布式系统、计算机网络络手工操作时期，没有操作系统手工操作时期，没有操作系统早期的电子数字计算机是由成千上万个早期的电子数字计算机是由成千上万个电子管组成电子管组成操作和编程完全由手工进行操作和编程完全由手工进行,且编程只能且编程只能用机器语言用机器语言(二进制代码二进制代码)程序员同时也是操作员在上机期间独占程序员同时也是操作员在上机期间独占整台计算机及其它相关设备，效率非常整台计算机及其它相关设备，效率非常低低单道批处理系统，早期操作系统单道批处理系统，早期操作系统程序员首先将命令、程序和数据用汇编程序员首先将命令、程序和数据用汇编语言或语言或FORTRAN语言写在纸上语言写在纸上,然后用然后用穿孔机制成卡片穿孔机制成卡片,最后将这些卡片交给操最后将这些卡片交给操作员作员图1.2作业卡片示意图$JOB9000John$FORTRAN$RUN$END批批批批处处处处理理理理程程程程序序序序(又又又又称称称称为为为为监监监监督督督督程程程程序序序序，或或或或管管管管理理理理程程程程序序序序),),管理应用程序的运行。管理应用程序的运行。管理应用程序的运行。管理应用程序的运行。操作步骤：操作步骤：操作步骤：操作步骤：1.1.收收收收集集集集一一一一批批批批作作作作业业业业(卡卡卡卡),),用用用用专专专专用用用用I/OI/O计计计计算算算算机机机机将将将将作作作作业逐个读到磁带上保存起来。业逐个读到磁带上保存起来。业逐个读到磁带上保存起来。业逐个读到磁带上保存起来。2.2.批批批批处处处处理理理理程程程程序序序序将将将将磁磁磁磁带带带带上上上上的的的的第第第第一一一一个个个个作作作作业业业业读读读读入入入入计计计计算机，运算结束后将结果输出到输出磁带上。算机，运算结束后将结果输出到输出磁带上。算机，运算结束后将结果输出到输出磁带上。算机，运算结束后将结果输出到输出磁带上。3.3.自动读入下一个作业自动读入下一个作业自动读入下一个作业自动读入下一个作业,并运行。并运行。并运行。并运行。4.4.当当当当一一一一批批批批作作作作业业业业全全全全部部部部执执执执行行行行结结结结束束束束后后后后,取取取取下下下下输输输输入入入入磁磁磁磁带带带带和和和和输输输输出出出出磁磁磁磁带带带带,用用用用输输输输入入入入磁磁磁磁带带带带录录录录入入入入下下下下一一一一批批批批作作作作业业业业,将将将将输输输输出出出出磁磁磁磁带带带带送送送送到到到到专专专专用用用用输输输输出出出出计计计计算算算算机机机机,进进进进行行行行脱脱脱脱机机机机打打打打印印印印。单道批处理系统单道批处理系统:评价评价解决了作业间的自动转接问题解决了作业间的自动转接问题解决了作业间的自动转接问题解决了作业间的自动转接问题,减少了机器时减少了机器时减少了机器时减少了机器时间的浪费。间的浪费。间的浪费。间的浪费。不管作业大小不管作业大小不管作业大小不管作业大小,只要它一旦占用处理机开始执只要它一旦占用处理机开始执只要它一旦占用处理机开始执只要它一旦占用处理机开始执行行行行,则它必须一直占据处理机则它必须一直占据处理机则它必须一直占据处理机则它必须一直占据处理机,直到运行完毕。直到运行完毕。直到运行完毕。直到运行完毕。资源利用率低。资源利用率低。资源利用率低。资源利用率低。对短作业不公平对短作业不公平对短作业不公平对短作业不公平,因为它们等待执行的时间可因为它们等待执行的时间可因为它们等待执行的时间可因为它们等待执行的时间可能远远超过它们实际执行的时间。能远远超过它们实际执行的时间。能远远超过它们实际执行的时间。能远远超过它们实际执行的时间。交互性差。作业由批处理程序控制运行交互性差。作业由批处理程序控制运行交互性差。作业由批处理程序控制运行交互性差。作业由批处理程序控制运行,用户用户用户用户无法实时控制无法实时控制无法实时控制无法实时控制,如果运行中途出现故障如果运行中途出现故障如果运行中途出现故障如果运行中途出现故障,也只能也只能也只能也只能停下来停下来停下来停下来,重新运行。重新运行。重新运行。重新运行。多道批处理系统多道批处理系统现代意义的操作系统现代意义的操作系统引入：引入：单道批处理系统中，任意时刻只允许一单道批处理系统中，任意时刻只允许一道作业在内存中运行，资源利用率低。道作业在内存中运行，资源利用率低。为了提高系统资源利用率和系统吞吐量，为了提高系统资源利用率和系统吞吐量，形成了多道批处理系统形成了多道批处理系统多道批处理系统多道批处理系统多道多道是指，允许多个程序同时存在于主是指，允许多个程序同时存在于主存中，按照某种原则分派处理机，逐个存中，按照某种原则分派处理机，逐个执行这些程序。执行这些程序。批处理：用户提交的作业首先存放在外批处理：用户提交的作业首先存放在外存，并排成一个队列。然后，由作业调存，并排成一个队列。然后，由作业调度程序按照一定的算法从该队列中一次度程序按照一定的算法从该队列中一次选取一个或若干个作业装入内存执行。选取一个或若干个作业装入内存执行。处理机自动切换处理机自动切换当某个程序占用处理机执行过程中遇到当某个程序占用处理机执行过程中遇到了输入了输入/输出语句，可以启动专门负责输输出语句，可以启动专门负责输入入/输出的系统服务程序完成输入输出的系统服务程序完成输入/输出输出操作，而处理机切换到另一个程序执行操作，而处理机切换到另一个程序执行时间时间运行运行运行运行程序程序A等待等待等待等待运行运行等待等待等待等待程序程序D运行运行等待等待等待等待程序程序C运行运行运行运行等待等待等待等待等待等待程序程序B从处理机看从处理机看运行运行A运行运行B运行运行C运行运行D等待等待 运行运行A运行运行B等待等待图图1.3多道程序设计示例多道程序设计示例多道程序设计技术多道程序设计技术为为了了提提高高系系统统吞吞吐吐量量和和资资源源利利用用率率，允允许许多多个个程程序序同同时时驻驻留留内内存存，使使处处理理机机在在这这些些程程序序之之间间切切换换，在在一一段段时时间间内内，执执行行完完多多个个程程序序的的处处理理技技术术称称为为多多道道程程序序设计技术（设计技术（multiprogramming）。）。现现代代操操作作系系统统大大多多都都采采用用了了多多道道程程序序设设计技术。计技术。多道程序设计技术引发的问题多道程序设计技术引发的问题处理机的分配与回收处理机的分配与回收内存的分配与保护内存的分配与保护I/O设备的共享与效率设备的共享与效率文件的有效管理文件的有效管理作业的组织作业的组织分时系统与实时系统分时系统与实时系统多道批处理系统：提高了资源利用率和多道批处理系统：提高了资源利用率和吞吐量。但是，批处理系统交互性很差。吞吐量。但是，批处理系统交互性很差。为了改进响应时间和性能为了改进响应时间和性能,提供交互式操提供交互式操作环境作环境,导致了分时系统的出现。导致了分时系统的出现。分时系统的实质是，在多道程序技术的分时系统的实质是，在多道程序技术的基础之上基础之上,为多个用户配置一个联机终端为多个用户配置一个联机终端分时系统分时系统联机系统联机系统服务器服务器终端终端1终端终端2终端终端3终端终端n分时系统实例分时系统实例第一个分时系统：第一个分时系统：第一个分时系统：第一个分时系统：MITMIT的兼容分时系统的兼容分时系统的兼容分时系统的兼容分时系统CTSSCTSS它是一个单道分时系统。在该系统中，每次只它是一个单道分时系统。在该系统中，每次只它是一个单道分时系统。在该系统中，每次只它是一个单道分时系统。在该系统中，每次只能将一道程序（作业）装入并驻留内存。能将一道程序（作业）装入并驻留内存。能将一道程序（作业）装入并驻留内存。能将一道程序（作业）装入并驻留内存。时间片时间片时间片时间片为了减少磁盘为了减少磁盘为了减少磁盘为了减少磁盘I/OI/O，只将新装入的程序需要覆，只将新装入的程序需要覆，只将新装入的程序需要覆，只将新装入的程序需要覆盖的那部分用户数据写出到磁盘。盖的那部分用户数据写出到磁盘。盖的那部分用户数据写出到磁盘。盖的那部分用户数据写出到磁盘。假设有假设有假设有假设有4 4个交互用户，其存储需求如下：个交互用户，其存储需求如下：个交互用户，其存储需求如下：个交互用户，其存储需求如下：JOB1(15000)JOB1(15000)，JOB2(20000)JOB2(20000)，JOB3(5000)JOB3(5000)，JOB4(10000)JOB4(10000)内存的内存的内存的内存的0-50000-5000区域被监控程序占用区域被监控程序占用区域被监控程序占用区域被监控程序占用 监控程序监控程序JOB1空闲空闲050002000032000(a)(a)监控程序监控程序JOB2空闲空闲050002500032000(b)(b)监控程序监控程序JOB3(JOB2)空闲空闲05000250003200010000(c)(c)监控程序监控程序JOB1(JOB2)空闲空闲05000250003200020000(d)(d)监控程序监控程序JOB4(JOB1)(JOB2)空闲空闲0500025000320001500020000(e)(e)监控程序监控程序JOB2空闲空闲050002500032000(f)(f)其中，其中，其中，其中，JOB1(15000)JOB1(15000)，JOB2(20000)JOB2(20000)，JOB3(5000)JOB3(5000)，JOB4(10000)JOB4(10000)图图图图1.4 CTSS1.4 CTSS1.4 CTSS1.4 CTSS操作示例操作示例操作示例操作示例“前台前台”和和“后台后台”分时系统：分时分时系统：分时+批处理功能批处理功能内内存存：“前前台台区区”和和“后后台台区区”，“前前台台区区”存存放放按按时时间间片片“调调入入”和和“调调出出”的的作作业业流流，“后后台台区区”存存放放批批处处理理作作业。业。仅仅当当前前台台作作业业调调入入/调调出出，或或前前台台无无作作业业可可运运行行时时，方方才才运运行行“后后台台区区”中中的的作作业。业。提提供供交交互互式式快快速速的的服服务务，同同时时在在处处理理机机空闲时运行后台较大的批作业。空闲时运行后台较大的批作业。多道分时系统多道分时系统允许在内存中同时存放多道作业，并把允许在内存中同时存放多道作业，并把具备运行条件的所有作业排成一个队列，具备运行条件的所有作业排成一个队列，让它们依次轮流地获得一个时间片来运让它们依次轮流地获得一个时间片来运行。行。与单道分时系统相比较，由于作业数据与单道分时系统相比较，由于作业数据都在内存，不需要调入、调出开销，所都在内存，不需要调入、调出开销，所以多道分时系统具有较好的系统性能。以多道分时系统具有较好的系统性能。现代分时系统都属于多道分时系统。现代分时系统都属于多道分时系统。实时系统实时系统分时系统为交互式作业提供了快速的响分时系统为交互式作业提供了快速的响应服务，但还不能满足某些对响应时间应服务，但还不能满足某些对响应时间要求非常严格的任务需要。要求非常严格的任务需要。例如，炼钢例如，炼钢/炼油控制系统、航空网络售炼油控制系统、航空网络售票系统等，对任务的响应时间有更严格票系统等，对任务的响应时间有更严格的要求。的要求。操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展个人计算机操作系统：个人计算机操作系统：个人计算机操作系统：个人计算机操作系统：UNIXUNIX、OSOS2 2、WindowsWindows系列、系列、系列、系列、WindowsNTWindowsNT、LINUXLINUX等等等等网络操作系统：网络接口控制器及一些用于驱网络操作系统：网络接口控制器及一些用于驱网络操作系统：网络接口控制器及一些用于驱网络操作系统：网络接口控制器及一些用于驱动的低层软件动的低层软件动的低层软件动的低层软件,远程登录软件和远程文件访问远程登录软件和远程文件访问远程登录软件和远程文件访问远程登录软件和远程文件访问软件。软件。软件。软件。分布式操作系统：将用户的应用程序分布在多分布式操作系统：将用户的应用程序分布在多分布式操作系统：将用户的应用程序分布在多分布式操作系统：将用户的应用程序分布在多台处理机上同时运行。合理地调度各处理机台处理机上同时运行。合理地调度各处理机台处理机上同时运行。合理地调度各处理机台处理机上同时运行。合理地调度各处理机,使整个系统获得最大的并行度。使整个系统获得最大的并行度。使整个系统获得最大的并行度。使整个系统获得最大的并行度。嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统 1.4操作系统的功能操作系统的功能操作系统的主要任务操作系统的主要任务管理处理机管理处理机管理存储器管理存储器管理输入管理输入/输出设备输出设备管理数据文件管理数据文件提供接口服务提供接口服务接口功能接口功能接口，指操作系统为用户提供的人机交互界面接口，指操作系统为用户提供的人机交互界面接口，指操作系统为用户提供的人机交互界面接口，指操作系统为用户提供的人机交互界面命令接口命令接口命令接口命令接口：以命令方式供用户通过键盘终端与：以命令方式供用户通过键盘终端与：以命令方式供用户通过键盘终端与：以命令方式供用户通过键盘终端与计算机交互，如计算机交互，如计算机交互，如计算机交互，如UNIXUNIX、DOSDOS图形化用户接口图形化用户接口图形化用户接口图形化用户接口：WindowsWindows系列操作系统则提系列操作系统则提系列操作系统则提系列操作系统则提供了形象、生动的图形化界面供了形象、生动的图形化界面供了形象、生动的图形化界面供了形象、生动的图形化界面,用户只需拖动用户只需拖动用户只需拖动用户只需拖动并点击鼠标并点击鼠标并点击鼠标并点击鼠标,便可轻松操作计算机。便可轻松操作计算机。便可轻松操作计算机。便可轻松操作计算机。程序接口程序接口程序接口程序接口：以系统调用的形式供用户编程时使：以系统调用的形式供用户编程时使：以系统调用的形式供用户编程时使：以系统调用的形式供用户编程时使用。几乎各种操作系统都提供了系统调用，供用。几乎各种操作系统都提供了系统调用，供用。几乎各种操作系统都提供了系统调用，供用。几乎各种操作系统都提供了系统调用，供程序设计程序设计程序设计程序设计处理机管理处理机管理进程控制：创建和撤消进程以及控制进进程控制：创建和撤消进程以及控制进程的状态转换。程的状态转换。进程同步：协调，互斥访问临界资源，进程同步：协调，互斥访问临界资源，协调执行进度协调执行进度进程通信：进程间的信息交换进程通信：进程间的信息交换进程调度进程调度：按一定算法从进程就绪队列：按一定算法从进程就绪队列中选出一个进程中选出一个进程,把处理机分配给它把处理机分配给它,使使之运行。之运行。存储器管理任务存储器管理任务为多道程序的并发执行提供良好的环境为多道程序的并发执行提供良好的环境;便于用户使用存储器便于用户使用存储器;提高存储器的利用率提高存储器的利用率;为尽量多的用户提供足够大的存储空间。为尽量多的用户提供足够大的存储空间。存储器管理功能存储器管理功能内存分配内存分配：静态分配：静态分配/动态分配、连续动态分配、连续分配分配/非连续分配非连续分配内存保护内存保护：系统内存空间、用户内存空：系统内存空间、用户内存空间间地址映射地址映射：逻辑地址：逻辑地址物理地址物理地址内存扩充内存扩充：虚拟存储技术：虚拟存储技术设备管理任务设备管理任务为用户程序分配为用户程序分配IO设备设备;完成用户程序请求的完成用户程序请求的IO操作操作;提高处理机和提高处理机和IO设备的利用率设备的利用率;改善人机界面改善人机界面设备管理功能设备管理功能缓冲管理缓冲管理设备分配设备分配设备处理设备处理：启动设备、中断处理：启动设备、中断处理虚拟设备功能虚拟设备功能RAID技术、磁盘调度技术、磁盘调度文件管理任务文件管理任务管理用户文件和系统文件管理用户文件和系统文件管理文件的存储空间管理文件的存储空间保证文件数据的安全保证文件数据的安全方便用户使用文件方便用户使用文件文件管理功能文件管理功能文件目录管理文件目录管理文件的逻辑组织与访问方式文件的逻辑组织与访问方式存储空间的管理：文件的物理组织、空存储空间的管理：文件的物理组织、空闲磁盘空间的管理闲磁盘空间的管理文件共享与安全文件共享与安全1.5现代操作系统的特征及基本概念现代操作系统的特征及基本概念现代操作系统的特征现代操作系统的特征任务任务任务任务共行共行共行共行性：宏观上，指系统中有多个任务同性：宏观上，指系统中有多个任务同性：宏观上，指系统中有多个任务同性：宏观上，指系统中有多个任务同时运行；微观上，指单处理机系统中的任务时运行；微观上，指单处理机系统中的任务时运行；微观上，指单处理机系统中的任务时运行；微观上，指单处理机系统中的任务并并并并发发发发,即多个任务在单个处理机上交替运行即多个任务在单个处理机上交替运行即多个任务在单个处理机上交替运行即多个任务在单个处理机上交替运行;或多或多或多或多处理机系统中的任务处理机系统中的任务处理机系统中的任务处理机系统中的任务并行并行并行并行,即多个任务在多个即多个任务在多个即多个任务在多个即多个任务在多个处理机上同时运行。处理机上同时运行。处理机上同时运行。处理机上同时运行。资源资源资源资源共享共享共享共享性：宏观上，指多个任务可以同时使性：宏观上，指多个任务可以同时使性：宏观上，指多个任务可以同时使性：宏观上，指多个任务可以同时使用系统资源；微观上，指多个任务可以交替互用系统资源；微观上，指多个任务可以交替互用系统资源；微观上，指多个任务可以交替互用系统资源；微观上，指多个任务可以交替互斥地使用系统中的某个资源。斥地使用系统中的某个资源。斥地使用系统中的某个资源。斥地使用系统中的某个资源。现代操作系统的特征现代操作系统的特征虚拟性：指将一个物理上的实体变为若虚拟性：指将一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物干个逻辑上的对应物。如，采用分时技。如，采用分时技术术,将一台处理机虚拟为若干台处理机。将一台处理机虚拟为若干台处理机。还可以虚拟存储、虚拟设备、虚拟通道、还可以虚拟存储、虚拟设备、虚拟通道、虚拟文件、虚拟用户组以及虚拟网络等。虚拟文件、虚拟用户组以及虚拟网络等。不确定性不确定性1.程序执行结果不确定程序执行结果不确定,程序不可再现。程序不可再现。2.多道程序环境下，进程以异步方式执行。多道程序环境下，进程以异步方式执行。基本概念：多道程序设计技术基本概念：多道程序设计技术指，系统中允许多道程序同时准备运行，指，系统中允许多道程序同时准备运行，当正在运行的那道程序因为某种原因当正在运行的那道程序因为某种原因（比如等待输入或输出数据）暂时不能（比如等待输入或输出数据）暂时不能继续运行时，系统将自动地启动另一道继续运行时，系统将自动地启动另一道程序运行；一旦原因消除（比如数据已程序运行；一旦原因消除（比如数据已经到达或数据已经输出完毕），暂时停经到达或数据已经输出完毕），暂时停止运行的那道程序在将来某个时候还可止运行的那道程序在将来某个时候还可以被系统重新启动继续运行。以被系统重新启动继续运行。基本概念：多道程序设计技术基本概念：多道程序设计技术问题：问题：协调因争夺处理机或者输入协调因争夺处理机或者输入/输出设备而输出设备而产生的冲突产生的冲突,解决同步、互斥和死锁问题。解决同步、互斥和死锁问题。防止各道程序之间的交叉和冲突防止各道程序之间的交叉和冲突,防止作防止作业被有意无意地破坏。业被有意无意地破坏。必须建立高效、可靠和方便的文件系统必须建立高效、可靠和方便的文件系统,有效地管理和存取系统中的软件资源和有效地管理和存取系统中的软件资源和辅存空间。辅存空间。基本概念：进程与线程基本概念：进程与线程进程是指，程序的一次执行，包括可执进程是指，程序的一次执行，包括可执行的程序、程序所需的数据和相关状态行的程序、程序所需的数据和相关状态信息。进程是拥有资源的最小实体信息。进程是拥有资源的最小实体,在传在传统统OS中，进程同时也是系统调度的最小中，进程同时也是系统调度的最小单位。单位。线程是指，程序的一次相对独立的运行线程是指，程序的一次相对独立的运行过程；在现代过程；在现代OS中，线程是系统调度的中，线程是系统调度的最小单位。最小单位。基本概念：作业基本概念：作业作业是指，计算机用户在一次上机过程中要求计作业是指，计算机用户在一次上机过程中要求计作业是指，计算机用户在一次上机过程中要求计作业是指，计算机用户在一次上机过程中要求计算机系统为其所做工作的集合；作业中的每项相算机系统为其所做工作的集合；作业中的每项相算机系统为其所做工作的集合；作业中的每项相算机系统为其所做工作的集合；作业中的每项相对独立的工作称为对独立的工作称为对独立的工作称为对独立的工作称为作业步作业步作业步作业步。通常，人们用一组命。通常，人们用一组命。通常，人们用一组命。通常，人们用一组命令来描述作业；其中，每个命令定义一个作业步。令来描述作业；其中，每个命令定义一个作业步。令来描述作业；其中，每个命令定义一个作业步。令来描述作业；其中，每个命令定义一个作业步。作业的基本类型作业的基本类型作业的基本类型作业的基本类型 -脱机作业脱机作业脱机作业脱机作业 -联机作业联机作业联机作业联机作业基本概念：任务基本概念：任务在经典的多任务操作系统环境下在经典的多任务操作系统环境下在经典的多任务操作系统环境下在经典的多任务操作系统环境下,任务与进程任务与进程任务与进程任务与进程是等同的是等同的是等同的是等同的,都被认为是系统的最小工作单位都被认为是系统的最小工作单位都被认为是系统的最小工作单位都被认为是系统的最小工作单位任务是从系统资源分配的角度描述程序在系统任务是从系统资源分配的角度描述程序在系统任务是从系统资源分配的角度描述程序在系统任务是从系统资源分配的角度描述程序在系统中的运行中的运行中的运行中的运行进程则从处理器利用和工作流程控制的角度描进程则从处理器利用和工作流程控制的角度描进程则从处理器利用和工作流程控制的角度描进程则从处理器利用和工作流程控制的角度描述程序的执行。述程序的执行。述程序的执行。述程序的执行。程序员习惯于称呼进程程序员习惯于称呼进程程序员习惯于称呼进程程序员习惯于称呼进程,而工程师则习惯呼任而工程师则习惯呼任而工程师则习惯呼任而工程师则习惯呼任务务务务基本概念：系统调用基本概念：系统调用系统调用是操作系统提供的最基本的一系统调用是操作系统提供的最基本的一级服务级服务,供用户程序调用。供用户程序调用。系统调用只能在程序中作为程序语句使系统调用只能在程序中作为程序语句使用用,不能单独使用。不能单独使用。基本概念：接口基本概念：接口英文英文Interface在操作系统中具有接口和在操作系统中具有接口和界面两种含义。界面两种含义。接口多用于描述系统硬件之间的连接关接口多用于描述系统硬件之间的连接关系系,以及软件和程序模块间的调用关系，以及软件和程序模块间的调用关系，如总线接口、打印机接口等。如总线接口、打印机接口等。界面多用于描述用户与系统之间的操作界面多用于描述用户与系统之间的操作环境环境,以及人机之间的交互方式和过程，以及人机之间的交互方式和过程，如字符界面、图形用户界面等。如字符界面、图形用户界面等。基本概念：虚拟存储基本概念：虚拟存储定义：为了能在有限的内存空间中运行定义：为了能在有限的内存空间中运行更大、更多的进程（程序），可以将一更大、更多的进程（程序），可以将一部分磁盘空间虚拟为逻辑内存，使用户部分磁盘空间虚拟为逻辑内存，使用户感觉到一个比物理内存空间大得多的逻感觉到一个比物理内存空间大得多的逻辑内存空间，即实际物理内存空间与虚辑内存空间，即实际物理内存空间与虚拟的那部分逻辑内存空间的总和，统称拟的那部分逻辑内存空间的总和，统称为虚拟内存空间。为虚拟内存空间。基本概念：虚拟存储基本概念：虚拟存储有了虚拟存储技术，进程执行时，只需有了虚拟存储技术，进程执行时，只需要预先在物理内存中装入进程的一部分要预先在物理内存中装入进程的一部分程序代码和数据，进程即可开始执行。程序代码和数据，进程即可开始执行。当需要的程序代码和数据不在物理内存当需要的程序代码和数据不在物理内存时，根据需要临时装入，而整个操作对时，根据需要临时装入，而整个操作对用户透明。用户透明。基本概念：文件基本概念：文件文件是若干相关数据的集合，有的操作系统将文件是若干相关数据的集合，有的操作系统将文件是若干相关数据的集合，有的操作系统将文件是若干相关数据的集合，有的操作系统将程序、数据以及各种外部设备统统称为文件。程序、数据以及各种外部设备统统称为文件。程序、数据以及各种外部设备统统称为文件