操作系统课件第一章
02335 网络操作系统 (第一章网络操作系统概论)
02335 网络操作系统 (第一章网络操作系统概论)网络操作系统 (第一章网络操作系统概论)1.1 概念引言网络操作系统是一种基于网络架构的操作系统，它提供了远程访问和管理计算机系统的能力。
本章将介绍网络操作系统的基本概念和架构。
1.2 网络操作系统的定义网络操作系统是在分布式计算环境中运行的操作系统，它支持多台计算机之间的通信和协作。
它提供了资源共享、进程间通信、安全管理等功能，同时还具备可扩展性和高可用性。
1.3 网络操作系统的架构网络操作系统的架构包括三个层次：网络层、操作系统层和应用层。
网络层负责网络通信，操作系统层提供资源管理和调度，应用层则包括用户接口和应用程序。
①网络层网络层负责计算机之间的通信，包括数据传输和路由选址等功能。
它通过网络协议实现网络通信，并提供了可靠性和安全性保障。
②操作系统层操作系统层负责管理计算机系统的资源，包括处理器、内存、磁盘等。
它提供了进程间通信、文件系统、安全管理等功能，为应用层提供支持。
③应用层应用层提供了用户接口和应用程序，实现了各种功能需求。
它包括网络应用程序、服务程序和管理程序等，为用户提供了各种服务和工具。
1.4 网络操作系统的特点网络操作系统具有以下特点：①资源共享网络操作系统支持在不同计算机之间共享资源，包括文件、打印机、数据库等。
用户可以通过网络访问和使用这些资源，提高了资源利用效率。
②远程访问网络操作系统支持用户远程访问计算机系统，不受地域限制。
用户可以通过网络连接到远程计算机，执行操作和管理任务。
③高可靠性网络操作系统具备高可靠性，即当一个节点出现故障时，系统能够自动切换到其他节点，确保服务的连续性和稳定性。
④扩展性网络操作系统具有良好的扩展性，当用户增加或减少时，系统能够自动适应，并根据需求进行动态调度和资源分配。
⑤安全管理网络操作系统提供了安全管理机制，包括身份认证、权限控制和数据加密等。
它可以保护用户的隐私和数据安全。
【附件】：本文档所涉及的附件包括图表、表格和示例代码等。
第1章 linux操作系统概述
微内核模型：内核中大部分模块都是独
立的进程，并在一定的特权状态下运行， 各模块之间通过消息传递进行通信。这 种机制的系统核心称为微内核。
大内核模型：整个核心模块可分为若干个子模
块，但在核心运行时，它是一个独立的二进制 映象，模块间的通信是直接调用其他模块中的 函数实现的。这种机制的系统核心称为大内核。
操作系统的设计目标
面向用户的设计目标：
1. 使用户方便使用计算机系统并容易学习。 2. 计算机系统对用户可靠、安全和高效。
面向系统设计目标：
1. 使操作系统容易设计，实现。
2. 使系统维护方便、灵活并可靠。
操作系统的功能
资源分配器：管理和分配软硬件资源。 控制器：控制用户程序执行，并对I/O设
资源共享。 加速计算—均分负载。 可靠性和通信。
分布式系统(续）
网络操作系统：
提供文件共享。 提供通信协议。 与网络相连接的各个计算机都是独立运行的。
分布式操作系统：
相互连接的各个计算机几乎没有自主权。 提供控制这个网络的单一操作系统映象。
手持系统
个人数据助理。 移动电话。 存在的问题：
实用程序及应 用软件 用户1 用户2 用户3 用户n
编译器
操作系统 汇编器 文本编辑器 ┅ 数据库系统 （内核） 系统和实用程序
操作系统 计算机硬件
机器指令系统 CPU、内存和 I/O接口
对系统层次框图的说明
硬件：CPU、内存、I/O接口。CPU中的指令系统是软 硬件的接口。 操作系统：控制和协调硬件资源执行多个应用程序 的程序。由于操作系统处在软硬件中心位置，故此 也称为核心或内核。 实用程序：由计算机系统提供的用以解决用户计算 问题的一组系统软件和应用软件。例如系统软件有： 编译器、汇编器、文本编辑器等等。应用软件有： 数据库系统，视频游戏以及税收系统等等。 用户：使用计算机的对象，包括人、机器以及与该 计算机相连接的其他计算机。
Ubuntu Linux 操作系统(微课版)第一章 Ubuntu概述、安装与基本操作
• 获取Ubuntu安装包 • 到Ubuntu官网下载Ubuntu 18.04 LTS桌面版的ISO镜像。
• 准备硬件 • 至少2GHz的双核处理器。 • 4GB内存。 • 25GB可用硬盘空间。 • DVD光驱或USB端口。 • 确保计算机能够连接访问Internet。
1.2 安装Ubuntu操作系统
• 发行版本
1.1 Linux与Ubuntu
Ubuntu Linux
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 8
• Ubuntu的父版本Debian • Debian是极为精简的Linux发行版，操作环境干净，安装步骤简易。 • Ubuntu继承Debian的优点，集成在Debian下经过测试的优秀自由软件。
1.2 安装Ubuntu操作系统
Ubuntu安装过程
• 选择语言类型
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 12
• 选择键盘局
1.2 安装Ubuntu操作系统
Ubuntu安装过程
• 选择更新和其他软件
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 13
• 选择安装类型
1.2 安装Ubuntu操作系统
• 硬件系统。包含Linux所使用的所有物理设备。
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 6
用户应用程序 操作系统服务
Linux内核 硬件系统
1.1 Linux与Ubuntu
多种多样的Linux版本
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 7
• 内核版本 • 内核版本是指内核小组开发维护的系统内核的版本号。 • 内核版本的每一个版本号由4个部分组成。 [主版本].[次版本].[修订版本]-[附版本]
安装前的准备工作
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 11
操作系统第一章
1.在计算机系统中配置操作系统的主要目的是提高系统资源的利用率,操作系统的主要功能是管理计算机系统中的资源，其中包括处理机、存储器以及文件和设备。
这里的处理机管理主要是对进程进行管2.操作系统有多种类型:允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统，称为分时操作系统;允许多个用户将若干个作业提交给计算机系统集中处理的操作系统称为批处理操作系统;在实时操作系统的控制下，计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据，并做出响应;在IBM- PC机上的操作系统称为微机操作系统3.操作系统是一种系统软件它负责为用户和用户程序完成所有与硬件相关并与应用无关的工作，高级程序设计语言的编译不是操作系统关心的主要问题。
4.用户在程序设计过程中，可通过系统调用获得操作系统的服务。
5.在0S中采用多道程序设计技术，能有效地提高CPU,内存和I/O设备的利用率,为实现多道程序设计需要有更大的内存。
6.推动批处理系统形成和发展的主要动力是提高系统资源利用率.推动分时系统形成和发展的主要动力是方便用户，推动微机OS发展的主要动力是计算机硬件的不断更新换代7.在设计分时操作系统时，首先要考虑的是交互性和响应时间，在设计批处理操作系统时，首先要考虑的是周转时间和系统吞吐量，在设计实时操作系统时，首先要考虑的是实时性和可靠性8.在多道批处理系统中，为了充分利用各种资源，系统总是优先选择计算型和I/O型均衡的多个作业投入运行，为了提高吞吐量，系统总是想方设法缩短用户作业的周转时间9.从下面关于操作系统的论述中，选出一条正确的论述。
(1)(1)对批处理作业，必须提供相应的作业控制信息。
(2)对于分时系统，不一定全部提供人机交互功能。
(3)从响应角度看，分时系统与实时系统的要求相似。
(4)采用分时操作系统的计算机系统中，用户可以独占计算机操作系统中的文件系统。
(5)从交互角度看，分时系统与实时系统相似10.分时系统的响应时间(及时性)主要是根据用户所能接受的等待时间确定的，而实时系统的响应时间则是由控制对象所能接受的时延确定的。
《unix-os教学课件》第一章-绪论
1.2.2 处理器单元——指令处理操作
❖取指令期
CU将指令从内存读到CPU的指令寄存器 CU增加指令指针寄存器的值，以指向内存中下一条指令
的位置 CU给ALU发信号，通知ALU执行该指令
1.2.2 处理器单元——指令处理操作
❖指令执行期
ALU访问指令寄存器中的指令操作码，以确定要执行的 功能并得到指令的输入数据
（3）
: 为一次只执行一个进程设计Leabharlann ，用于单用户环境（4）
: 一次能执行一个用户的多个程序
（5）
: 多个用户可以使用同一个主机
（6）理解分时和虚拟空间的概念
3、UNIX系统的主要特性 了解
❖ 可移植性 可运行各种类型的计算机上，支持不同的硬件
❖ 多用户性能 多个用户同时共享计算机资源
❖ 多任务性能 允许多个任务同时运行，前台、后台
❖ 寄存器、内存、外部存储器的区别
存储器类型
在系统中的位置
寄存器 速度最快的是？
内存
外部存储器
用途 存储哪些数据？
1.2 计算机硬件
❖1.2.5 输出设备 显示器、打印机、声音设备、绘图仪等
1.2 计算机硬件
❖1.2.6 性能评价指标 针对每台计算机的组成部件、各部件间的通信能力 和所有性能指标的综合测量 CPU速度: 指令的执行速度，MIPS/MFLOPS 访问时间: 反映CPU从存储器或I/O设备检索数据 的速度，us/ns 通道容量: 数据传输速率反映CPU与设备间的通 信通道支持的数据传输能力 总体性能指标: 指CPU速度、存储器和I/O设备的 访问时间，以及存储器和I/O设备与CPU间传送 通道的通道容量的综合。
补充1：Unix/Linux环境搭建
操作系统第一章基本概念
学习目的
建立计算机系统的完整概念 学习计算机系统的分析方法和设计方法 了解计算机系统的最新研究成果
与其它学科的交叉
学科交叉：计算机组成、计算机操作系统、汇编语 言、微计算机技术、计算机网络…… 新内容：超标量处理机、超流水线处理机、VLIW处 理机、向量处理机、并行处理机、多处理机、互联 网络……
软件和硬件组成
由人员、数据、设备、程序和规程组成
1.2 计算机系统的发展
1.2.1 冯· 诺依曼结构 1.2.2 器件发展的影响 1.2.3 应用发展的影响 1.2.4 改进算法的影响
1.2.1 冯· 诺依曼结构
Van Nenmann 基本思想与1936年至1946年期 间形成，有冯· 诺依曼等人与1946年提出
芯片可靠性达到108小时，连续使用一万年以上
1.2.3 应用发展的影响
应用需求
高结构化数值计算：气象模型、流体流动、有限元分析 非结构化的数值计算：蒙特卡洛模拟、稀疏矩阵 实时多因素问题：语音识别、图像处理、计算机视觉 海量存储和输入输出密集问题：数据库、事物处理 图形学和设计系统：计算机辅助设计
集成度迅速提高:每四年提高一个数量级 每0.25平方英寸1010个晶体管 单芯片内可做大于1Gb存储器，单芯片内 可以集成2个CPU+全部Cache 还远没有达到集成度的极限 速度已接近极限 速度提高的余地很小 依靠系统结构的发展，关键是并行编译和 并行算法 价格直线下降：CPU价格每年下降大于80% 可靠性越来越高
第一章 导论
1.1 计算机系统的基本概念 1.2 计算机系统的发展 1.3 计算机系统的层次结构 1.4 计算机系统的设计方法 1.5 现代计算机系统的分类
计算机操作系统-第一章-操作系统引论
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虚拟存储管理
虚存是由操作系统调度，采用内 外存的交换技术，各道程序在必需 使用时调入内存，不用的调出内存， 这样好象内存容量不受限制。
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虚存的特点
虚存容量不是无限的，极端情况受内存 和外存可利用的总容量限制
虚存容量还受计算机总线地址结构限制 速度和容量的“时空”矛盾，虛存量的
最近最少使用页面先淘汰（LRU） （Least Recently Used）
最不经常使用的页面先淘汰（LFU） （Least Frequent Used）
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页面淘汰算法（2）
最近没有使用页面先淘汰（NUR） 最优淘汰算法（OPT） （Optimal Replacement Algorithm） 随机数淘汰页面算法 （Random Replacement Algorithm）
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第四章 存储管理
第一节 概述 第二节 分区分配存储管理 第三节 请求页式存储管理 第四节 段式存储管理 第五节 段页式存储管理
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请求页式存储管理
实现原理 页表设计 页面淘汰算法 页式存储管理的优点及缺点
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页式存储管理实现原理
基于程序在运行时不需要一 开始都装入内存，更不应该 把最近较长一段时间内不用 的程序装入内存。
即前面一段没有退出前，在不影响工作
前提下，后面一段又可重新装入。而可
重入程序的特点是执行程序中指令不变 称纯代码（纯码）,而工作区和数据区由 调用者自带。
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第四章 存储管理
第一节 概述 第二节 分区分配存储管理 第三节 请求页式存储管理 第四节 段式存储管理 第五节 段页式存储管理
操作系统-第一章-概述
操作系统-第⼀章-概述1.1 操作系统的概念、功能和⽬标概念操作系统(Operating System，OS)是指 控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的⼯作和资源的分配，为⽤户和其他软件提供⽅便的接⼝和环境 的程序集合。
它是计算机系统中最基本的系统软件。
功能和⽬标①操作系统是系统资源的管理者②向上提供⽅便易⽤的服务③是最接近硬件的⼀层软件①操作系统是系统资源的管理者（管理功能）作为系统资源的管理者，其⽬标是安全、⾼效，提供的功能有：处理机管理管理处理机的分配与运⾏，解决冲突问题，可以理解为对进程的管理进程管理：进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度存储器管理为了提⾼多道程序运⾏效率，⽅便⽤户使⽤内存分配、地址映射、内存保护、共享和内存扩充⽂件管理操作系统负责管理⽂件的系统称为⽂件系统⽂件存储空间的管理、⽬录管理、⽂件读写管理和保护设备管理完成⽤户的IO请求，⽅便⽤户使⽤设备，提⾼设备的利⽤率缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备②向上提供⽅便易⽤的服务（接⼝功能）操作系统为⽤户和软件提供服务，通过提供接⼝来完成：命令接⼝联机控制⽅式：交互式命令接⼝，适⽤于分时或者实时系统，就像⼈与机器对话⼀样。
(⽤户说⼀句，系统跟着做⼀句)脱机控制⽅式：批处理命令接⼝，提交⼀组作业，系统进⾏处理，⽤户不能⼲预作业的运⾏。
(⽤户说⼀堆，系统跟着做⼀堆)程序接⼝由⼀组系统调⽤命令组成(也称作系统调⽤或者⼴义指令)可以在程序中进⾏系统调⽤来使⽤程序接⼝。
普通⽤户不能直接使⽤程序接⼝，只能通过程序代码间接使⽤。
此外还有GUI图形⽤户界⾯，可以说 命令接⼝和GUI是直接给⽤户使⽤的，⽽程序接⼝是给软件或是程序员使⽤的。
③是最接近硬件的⼀层软件（扩充机器）作为最接近硬件的⼀层软件，操作系统需要实现对硬件机器的扩展，将CPU、内存、磁盘、显⽰器、键盘等硬件合理地组织起来，让各种硬件能够相互协调配合，实现更多更复杂的功能。
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多道程序设计：把一个以上的作程序同时存放在主存中，并
且“同时”处于运行状态，这些作业共享处理机时间和外部设备 等资源。对于单处理机系统， 多道程序的特点： 多道、宏 观上并行、微观上串行。在批处理系统中采用多道程序技术，就 形成了多道批处理系统。 引入多道程序设计技术的根本目的是提高CPU的利用率，充分发 挥并行性。包括程序之间、设备与CPU之间均并行工作 。 例1-1：设有A、B、C三道程序，其执行过程分别如下 ： A：C11=30ms I12=40ms C13=10ms B：C21=60ms I22=30ms C23=10ms C：C31=20ms I32=40ms C33=20ms 其中，Cij表示内部计算过程，Iij表示I/O操作，三者 的优先权顺序为ABC。 结果
操作系统的基本特征
多道程序的OS具有： 1.并发性，由于主存中存放多道程序，并同时处于运行状态， 即并发运行。 并行性：指两个或多个事件在同一时刻发生。 并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 2.共享性，并发运行的程序可共享系统资源。（“一段时间内” 的共享分为“互斥”和“同时”）。 3.不确定性，OS面对的是各类随机事件。
1.4.5
网络操作系统
互连的、自治的、独立的协议控制下的协同工作。 网络操作系统与单处理机的操作系统区别：网络管理、通信、 资源共享、系统很安全、多种网络应用。
1.4.6
分布式操作系统
高级的统一的操作系统、系统的透明性。
1.4.7
嵌入式操作系统
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固化的软件，面向特定应用的、支持实时的多任务。
1.1 操作系统的形操作系统 操作系统的功能和特性 操作系统的类型
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你用过的操作系统能做什么?
你知道操作系统不能做什 么?
不做天气预报
不做房屋设计 不是编译程序
总之，操作系统不直接解决最终具体应用 问题，也不负责编译源程序，...。
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操作系统
为你完成所有
“硬件相关、应用无关”的工作， 以给你方便、效率、安全。
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1.1
操作系统的形成与发展
对一个事物，了解它的过去，才能懂得它的现在，也才 能预见它的将来。是什么推动了操作系统的发展呢？操作系统 在其发展过程中有什么变化呢？ 1.1.1 操作系统发展的基础 1.计算机体系结构的发展 2.计算机软件资源的发展 3.应用环境与需求的发展 1.1.2 操作系统的发展过程 1.手工操作阶段 2.单道批处理系统 3.多道程序系统
本课的目的：
了解操作系统的内部结构，掌握操作系统 的设计方法，熟悉操作系统的操作和使用。 OS(Operating System)管理和控制资源，是用 户与计算机之间的交互通道。用户只有理解 了OS，才能方便地、灵活地使用计算机，掌 握了OS提供给用户的各种功能强大的系统服 务，才能更好地利用系统提供给用户的资源， 运行自己的程序，也才能更好地在OS的基础 上建立自己的应用系统，开发自己的应用软 件。
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第一章 绪论
本章首先介绍操作系统的发展过程， 旨在使学生从操作系统的的演变过程中对 操作系统的基本概念有一个初步的了解， 并能从历史中看到操作系统的发展前景。 接下来总结了操作系统的概念，概述了操 作系统的基本功能和基本特征，最后介绍 了几种常见的操作系统类型。
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本章主要内容
操作系统：是直接控制和管理计算机硬、软件资源的
最基本的系统软件，它合理地组织计算机的工作流程，使 用户能够灵活、方便和有效地使用计算机，使整个计算机 系统能有效地运行。
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1.3
1.3.1
操作系统的功能和特性
2．存储管理 4．文件管理
操作系统的功能
1．进程管理 3．设备管理 5．用户接口
1.3.2
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1.4.2
分时系统
分时：把CPU的运行时间划分成一个个微小的时间片， 并把这些时间片依次轮流的分配给各终端用户程序。 1．分时系统：多个用户同时使用同一台计算机，系统能 分时轮流的为各终端用户服务并能及时地对用户的请求予以 响应。 2．设计目标：对用户的响应的及时性，及时地响应和服 务于联机用户。 3．特点： （1）同时性（多路性） （2）及时性 （3）独立性（独占性 （4）交互性
启动I/O A
t7 t8
结 束 中 断 t9 t10
(b) 两道程序运行情况
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程序A
程序B
程序C
0
30
70 80
100
120 130 140
160
180
ms
4.个人操作系统 5.操作系统发展趋势
（1）个人操作系统；
（2）嵌入式操作系统； （3）网络操作系统； （4）分布式操作系统； （5）智能型操作系统。
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用户程序 操作系统 I/O操作
I/O中断请求 启动I/O I/O完成
I/O中断请求 启动I/O I/O完成 结束中断
t1 t2
t3 t4
t5 t6
t7 t8
(a) 单道程序运行情况 程序A 程序B 操作系统 I/O B I/O A 启动I/O A t1 t2 t3 t4 I/O中断请求 启动I/O B 结束中断 t5 t6 I/O中断请求
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1.2
什么是操作系统
应用软件 事 物 处 理 系 统
系统实用软件
OS
硬件 系统维护程序
各种用户程序
事 物 处 理 系 统
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OS的主要作用是：（介于用户和计算机之间） （1） 管理系统资源：CPU、主存、I/O设备、文件。 （2） 使用户方便使用：为用户提供一个良好的接口。 （3） 应最大限度地发挥系统资源有使用效率。
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1.4.3
实时系统（立即、即时，具有专用性）
1．按场合作用，分两类 （1）实时控制系统 （2）实时信息处理系统 2．目标：实时响应及处理的能力和高可靠性。 3．特征： （1）及时性 （2）交互性 （3）安全可靠性 （4）多路性
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1.4.4
个人计算机上的操作系统
个人计算机上的操作系统是一种联机的交互式的单用户 操作系统。由于是个人专用，因此在多用户和分时所要求的 对处理机调度、存储保护方面将会简单的多。然而，由于个 人计算机的普及，对于提供更为方便友好的用户接口的要求 会愈来愈迫切。随着多媒体技术的引入，要求计算机有一个 具有高速数据处理能力的实时多任务操作系统。
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1.4
1.4.1
操作系统的类型
不同的硬件结构，不同的应用环境，应具有不同类型的OS， 以实现不同的追求目标，通常，将其分成七类：
批处理系统
1．工作方式：将用户意图、数据、程序利用系统提供的 作业控制命令提交给操作员，操作员将其输入外存，由OS控制、 调度各作业的运行，最后输出结果。是一种非人工的干预方式。 有单道和多道批量系统。 2．目标：是提高作业的吞吐量，同时兼顾作业的周转时 间。 3．特征：“批量”，成批的完成。 4．优点：作业吞吐量大，资源利用率高，OS开销较小。 5．缺点：使用户使用起来不太方便。 （1）交互能力较弱。 （2）作业的平均周转时间长。