操作系统概论PPT[312页]
合集下载
操作系统课件：ch1-操作系统概论(Overview)
OS的发展－主要动力
• 推动OS发展的主要动力
– 提高资源的利用率和系统性能：计算机发展的 初期，计算机系统昂贵，用作集中计算
– 方便用户，提供新的服务 ：为适应用户的新 需求，扩展OS以提供新的服务。
– 器件的发展，硬件升级和新型硬件的出现： CPU的位宽度(指令和数据)，OS都应能适应。
– 纠正错误：任何一个操作系统都有错误，在 使用一段时间后发现了错误就需要进行纠错。
X window是一个应用程序，Windows中的GUI工作 在内核态(所以速度很快)
原理是概括性的,具体系统中管理对象是实实在在的
CPU进程；磁盘文件；显示器窗口…
操作系统设计的主要思想?
• 软硬件协同解决问题 • 用系统的观点理解操作系统的设计 • 理解分而治之、分层实现在复杂软件系
统实现中的重要作用 • 用工程师的立场来看待操作系统的实现
管理的内容
– 资源的当前状态（数量和使用情况） – 资源的分配、回收和访问操作 – 相应管理策略
操作系统的定义
操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程 序模块的集合——
它们能以尽量有效、合理的方式组织和管 理计算机的软、硬件资源，合理的组织 计算机的工作流程，控制程序的执行并 向用户提供各种服务功能，使得用户能 够灵活、方便、有效的使用计算机，使 整个计算机系统能高效地运行。是计算 机与用户之间的接口。
1.1 • 什么是操作系统?
1.2 • 本课程的学习方法
1.3 • 操作系统的简史
1.4 • 操作系统引导过程分析
什么是操作系统
• 计算机的核心包括运算器和控 制器在内的中央处理单元(CPU)。
应用软件 中间件
• 计算机系统是由软硬件组成的 多级层次结构，由微程序级、 一般机器级、操作系统级、汇 编语言级、高级语言级组成。
操作系统课件：ch1-操作系统概论(Overview)
都能靠83分左右 4. 满足1、2和3 ，凡是上课和下课理解学习而不死
记硬背的都能考90左右 5. 都不满足的，又不复习的只能考50分左右 一些重要事实： • 上年级最高分在我的班； • 上年级有若干逆袭的同学； • 理解远大于硬背；
操作系统原理 Operating System
主要参考资料：
• A. Siberschatz, P.B. Galvin, G. Gagne. Operating System Concepts (Seventh Edition 影印版). 高等教育出版社. 2007. <china-pub> （主页： ，网上可找到电子版，但那是未授权的）
设备间 并行
如何实 现切换?
如何提高操作系统的效率？ -多道程序设计
中断：
主机接到信号（来自CPU外部或内 部）时，立即中止原来的工作，转 去处理这一事件，处理完后，主机 又回到原来工作点继续工作。
通道 一种专用部件，负责外部设备与内 存之间信息的传输。
中断类型：
• 可屏蔽中断（IO中断）
• 不可屏蔽中断（机器内部故障、 掉电中断）
HLT - Halt Processor
LTR - Load Task Register
LGDT - Load GDT Register
MOV CRn - Move Control Register LIDT - Load IDT Register
MOV DRn - Move Debug Register LLDT - Load LDT Register
软件与硬件的关系
硬件 计算机系统的基础 软件 提高计算机效率和方便用户的程序 关系 相互依赖、相互促进、共同发展
本章教学目标
记硬背的都能考90左右 5. 都不满足的，又不复习的只能考50分左右 一些重要事实： • 上年级最高分在我的班； • 上年级有若干逆袭的同学； • 理解远大于硬背；
操作系统原理 Operating System
主要参考资料：
• A. Siberschatz, P.B. Galvin, G. Gagne. Operating System Concepts (Seventh Edition 影印版). 高等教育出版社. 2007. <china-pub> （主页： ，网上可找到电子版，但那是未授权的）
设备间 并行
如何实 现切换?
如何提高操作系统的效率？ -多道程序设计
中断：
主机接到信号（来自CPU外部或内 部）时，立即中止原来的工作，转 去处理这一事件，处理完后，主机 又回到原来工作点继续工作。
通道 一种专用部件，负责外部设备与内 存之间信息的传输。
中断类型：
• 可屏蔽中断（IO中断）
• 不可屏蔽中断（机器内部故障、 掉电中断）
HLT - Halt Processor
LTR - Load Task Register
LGDT - Load GDT Register
MOV CRn - Move Control Register LIDT - Load IDT Register
MOV DRn - Move Debug Register LLDT - Load LDT Register
软件与硬件的关系
硬件 计算机系统的基础 软件 提高计算机效率和方便用户的程序 关系 相互依赖、相互促进、共同发展
本章教学目标
《l操作系统》PPT课件
精选ppt
16
8.2 演化
5. 分布式系统(Distributed System )
网络化和交互式网络的发展 程序可以在一台计算机上运行一部分而在另一台计算机上运
行另一部分，它们通过交互式网络例如互联网互连。
6. 实时操作系统(Real Time OS)
在规定的严格时间内做出反应 高可靠性
请求分页调度和请求分段 调度中，一部分程序驻留 在内存中，一部分存放在 硬盘上。
使用虚拟内存。
精选ppt
26
8.3 组成部分
2. 进程管理
程序、作业和进程 状态转换 进程的状态
就绪 运行 等待 使用虚拟内存后还需要换 入和换出
精选ppt
27
8.3 组成部分
进程管理器
作业调度器 进程调度器
➢ 联机批处理 ➢ 脱机批处理
精选ppt
10
多道程序系统
程序A 程序B
I/O请求 I/O请求
I/O完成 A完成
程序C 程序D
I/O请求
I/O完成 C完成
I/O请求
调度程序
精选ppt
11
分时系统
分时系统是把处理机的运行时间分 成很短的时间片，按时间片轮流把处理 机分配给各联机作业使用。若某个作业 在分配给它的时间片内不能完成其计算， 则该作业暂时中断，把处理机让给另一 作业使用，等待下一轮时再继续其运行。
两个主要的设计目标：
有效地使用硬件 容易地使用资源
精选ppt
4
精选ppt
5
精选ppt
6
精选ppt
7
精选ppt
8
手工处理阶段
20世纪40至50年代，是电子管计算 机时代，计算机运算速度慢，没有程序 设计语言，也没有操作系统。用户使用 计算机时，首先把插件板或程序纸带装 上计算机，然后启动输入机把程序和数 据送入计算机，接着通过控制开关启动 程序运行。计算完毕，打印机输出计算 结果，用户取走并卸下纸带。
操作系统PPT模板
人工智能与机器学习集成
操作系统将进一步集成人工智能和机器学习技术，提供更加智能化的 用户体验，如智能语音助手、智能推荐等。
安全性与隐私保护提升
随着网络安全问题日益严重，操作系统将加强安全性与隐私保护功能， 采用先进的加密技术和安全机制，确保用户数据的安全。
云计算与边缘计算融合
云计算和边缘计算将成为操作系统发展的重要方向，操作系统将支持 云端和边缘端的协同计算，提高数据处理效率和响应速度。
功能
提供计算机系统的资源管理、进程 管理、内存管理、文件系统管理、 用户界面等核心功能。
发展历程
01
02
03
早期操作系统
批处理操作系统、分时操 作系统等。
现代操作系统
Windows、Linux、 macOS等。
未来发展趋势
云计算操作系统、物联网 操作系统等。
主流操作系统介绍
Windows
由微软公司开发的闭源操作系统，广泛应用于 个人计算机和商业领域。具有图形化用户界面 和丰富的应用软件支持。
进程调度算法
1 先来先服务（FCFS）
按照进程到达的先后顺序进行调度，简单易实现，但可能 导致长作业等待时间过长。
2 短作业优先（SJF）
根据进程的服务时间进行调度，服务时间短的进程优先得 到处理。可以有效降低平均等待时间，但对长作业不利。
3 优先级调度
为每个进程分配一个优先级，优先级高的进程优先得到处 理。可以根据进程的重要性、紧迫性等因素设置优先级。
常见的设备分配策略包括独占分配、共 享分配和虚拟分配。独占分配是指一个 设备一次只能分配给一个进程使用；共 享分配允许多个进程同时使用一个设备； 虚拟分配则是通过虚拟技术将物理设备 抽象为逻辑设备，实现设备的共享和复 用。
操作系统将进一步集成人工智能和机器学习技术，提供更加智能化的 用户体验，如智能语音助手、智能推荐等。
安全性与隐私保护提升
随着网络安全问题日益严重，操作系统将加强安全性与隐私保护功能， 采用先进的加密技术和安全机制，确保用户数据的安全。
云计算与边缘计算融合
云计算和边缘计算将成为操作系统发展的重要方向，操作系统将支持 云端和边缘端的协同计算，提高数据处理效率和响应速度。
功能
提供计算机系统的资源管理、进程 管理、内存管理、文件系统管理、 用户界面等核心功能。
发展历程
01
02
03
早期操作系统
批处理操作系统、分时操 作系统等。
现代操作系统
Windows、Linux、 macOS等。
未来发展趋势
云计算操作系统、物联网 操作系统等。
主流操作系统介绍
Windows
由微软公司开发的闭源操作系统，广泛应用于 个人计算机和商业领域。具有图形化用户界面 和丰富的应用软件支持。
进程调度算法
1 先来先服务（FCFS）
按照进程到达的先后顺序进行调度，简单易实现，但可能 导致长作业等待时间过长。
2 短作业优先（SJF）
根据进程的服务时间进行调度，服务时间短的进程优先得 到处理。可以有效降低平均等待时间，但对长作业不利。
3 优先级调度
为每个进程分配一个优先级，优先级高的进程优先得到处 理。可以根据进程的重要性、紧迫性等因素设置优先级。
常见的设备分配策略包括独占分配、共 享分配和虚拟分配。独占分配是指一个 设备一次只能分配给一个进程使用；共 享分配允许多个进程同时使用一个设备； 虚拟分配则是通过虚拟技术将物理设备 抽象为逻辑设备，实现设备的共享和复 用。
操作系统PPT
计算机硬件主要由以下5个部分组成：
（1）运算器 （2）存贮器 （3）控制器 （4）输入设备 （5）输出设备
1. 运算器：直接完成各种算术运算和逻辑运算。在控制 器的指挥下对数据进行加工处理，所需的运算数据从 存贮器中取出，运算结果一般也送回存贮器单元中。 2. 存贮器：存放数据和程序。在计算机内不论是数据或 指令都是一些用二进制表示的代码。存贮器的基本功 能是能够把二进制代码，按需要存进去（称为“写 入”）或者取出来（称为“读出”），这种功能可以 比喻为人的“记忆”。所以，存贮器也叫做记忆装置。 3. 控制器：计算机的指挥部，其功能是根据存贮的程序， 指挥计算机各部件进行各种操作，以确保计算机系统 协调、自动运行。
算机完成的一个独立的程序任务。 作业管理的目的是实现作业的调度、控制作业 的执行，使得各作业都能有效运行。
1.2.1 操作系统的功能
从用户角度来看，操作系统是一台虚拟机，它掩
蔽了计算机硬件的操作细节，使用户或程序员与 硬件隔离开来，这点是通过操作系统提供的接口 实现的。 操作系统提供二级服务接口：面向程序级的内层 接口（程序接口）和面向作业控制级的外层接口 （命令接口）。内层接口提供给用户编程使用， 而外层接口提供给用户在终端上使用。在目前流 行的Windows系列操作系统中，则又向用户提供 了图形用户接口。
1.2.1 操作系统的功能
2. 存储管理 存储器分内存和外存两大类。内存与CPU直接
打交道，程序必须进驻内存，方可被CPU执行； 外存中的信息仅当需要时才装入内存，CPU不 能直接访问外存。 存储管理主要负责内存的分配与回收，进行内 存中程序和数据的存储保护，以及进行内存扩 充等，存储管理的目的是提高内存的利用率。
批处理方式1：联机批处理
（1）运算器 （2）存贮器 （3）控制器 （4）输入设备 （5）输出设备
1. 运算器：直接完成各种算术运算和逻辑运算。在控制 器的指挥下对数据进行加工处理，所需的运算数据从 存贮器中取出，运算结果一般也送回存贮器单元中。 2. 存贮器：存放数据和程序。在计算机内不论是数据或 指令都是一些用二进制表示的代码。存贮器的基本功 能是能够把二进制代码，按需要存进去（称为“写 入”）或者取出来（称为“读出”），这种功能可以 比喻为人的“记忆”。所以，存贮器也叫做记忆装置。 3. 控制器：计算机的指挥部，其功能是根据存贮的程序， 指挥计算机各部件进行各种操作，以确保计算机系统 协调、自动运行。
算机完成的一个独立的程序任务。 作业管理的目的是实现作业的调度、控制作业 的执行，使得各作业都能有效运行。
1.2.1 操作系统的功能
从用户角度来看，操作系统是一台虚拟机，它掩
蔽了计算机硬件的操作细节，使用户或程序员与 硬件隔离开来，这点是通过操作系统提供的接口 实现的。 操作系统提供二级服务接口：面向程序级的内层 接口（程序接口）和面向作业控制级的外层接口 （命令接口）。内层接口提供给用户编程使用， 而外层接口提供给用户在终端上使用。在目前流 行的Windows系列操作系统中，则又向用户提供 了图形用户接口。
1.2.1 操作系统的功能
2. 存储管理 存储器分内存和外存两大类。内存与CPU直接
打交道，程序必须进驻内存，方可被CPU执行； 外存中的信息仅当需要时才装入内存，CPU不 能直接访问外存。 存储管理主要负责内存的分配与回收，进行内 存中程序和数据的存储保护，以及进行内存扩 充等，存储管理的目的是提高内存的利用率。
批处理方式1：联机批处理
《操作系统概论》
优点:
(1) 多道程序并发执行资源利用率高
(2)多道程序可以提供多个用户同时联机操作， 一台主机可以同时连接若干用户终端，同时若 干用户可以分别通过自己的终端使用主机。
.
24
单处理机系统中多道程序并发执行的处理机管理
处理机调度：单处理机系统中并发运行多道程序，必 须按照一定策略对处理机进行调度，决定在某个时刻把 处理机分配给哪个进程进行计算操作，这是处理机管理 的核心任务。
计算结束，用户取走打印结果。
特点：使用计算的全过程 需要人工装卸纸带、人 工控制运行。
手工操作时间长，计算机运行时间所占比例较小， 资源利用率很低。
.
7
第二代计算机：晶体管计算机（1958～1964年）
➢特点：仍然没有操作系统。由于计算机的运算速度 不断提高，因此加剧了“人-机矛盾”。严重制约了 计算机系统的工作效率。
➢改进办法：减少手工操作，让计算机自动控制用户 作业的启动、运行，废除上、下机手工交接。
➢具体实现：让计算系统一次集中处理一批用户作业， 故被称为“批处理系统”，其管理程序就是现今操作 系统的雏形。如图1-2所示。
.
8
作业 n 说明书
依次 1,2,…,n
依次 1,2,…,n
图1-2 批处理系统示意图
操作系统
主讲人：xxx
.
1
第1章 操作系统概论
本章学习目标 本章主要讲解操作系统的基本知识。 通过本章学习，我们应该掌握以下内容： ➢ 操作系统的功能和地位 ➢ 操作系统的发展过程（分类） ➢ 操作系统的特征 ➢ 操作系统的结构
.
2
1.1 计算机系统
1.1.1硬件与软件
一个完整的计算机系统由硬件系统和软件 系统两大部分组成。