1-2009-操作系统概述 操作系统高级 教学课件.pptVIP

北京大学软件与微电子学院2009春季 第一讲 操作系统概述 操作系统的基本概念 操作系统的特征 操作系统的功能 研究操作系统的几种观点 操作系统的技术发展过程 著名的操作系统 操作系统的分类 一、操作系统做什么？ 二、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 关键词解读 有效：系统效率，资源利用率 （如：CPU利用的充足与否，内存、外部设备是否忙碌） 三、操作系统的地位 操作系统的工作 （1）程序的执行 启动程序，执行以及程序结束的工作 （2）完成个性的工作（与硬件有关） （3）完成共性的工作 易于使用，基本服务，统一性 （4）计算机系统的效率与安全问题 个性——硬件相关（1/3） 应用程序 ----------------------- 虚机器界面 操作系统 ----------------------- 物理机器界面 硬件 硬件相关（2/3） 指实现代码中包含存储器的物理地址，包含对设备接口寄存器和设备接口缓冲区的读写等等 实现该工作的过程代码和硬件因素密切相关，即需要设置与测试、使用物理地址、设备接口寄存器等等 硬件相关必然复杂繁琐、代码量大 硬件相关的工作，其实现代码不通用 硬件相关（3/3） 问题：下列哪一个简单、方便？ 从文件读数据块 和 移动磁头、等待放下 例子：软盘I/O操作 控制芯片NEC PD765有16条命令 每一条命令向一个设备寄存器装入长度从1 到9 字节的特定数据（读写数据、移动磁头臂、格式化磁道，及初始化、检测状态、复位、校准控制器及设备等） 以READ为例：13个参数 要读取的磁盘块地址、磁道的扇区数、物理介质的记录格式、扇区间隙、对已删除数据地址标识的处理方法 操作结束时，控制器芯片在7个字节中返回23个状态及出错字段 软盘程序员还要保持注意步进电机的开关状态 共性 任何一个程序都需要的、最基本的工作 它们 具有共性、工作过程相同、与具体应用无直接关系（即与用户所关心的应用目标无直接关系） 应用软件与现实硬件之间的软件 四、操作系统的特征 并发(concurrency)： 处理多个同时性活动的能力 在计算机系统中同时存在多个程序 宏观上：这些程序是同时在执行的 微观上：任何时刻只有一个程序在执行(单CPU)，即微观上这些程序在CPU上轮流执行 并行(parallel)：(与并发相似，但多指硬件支持) 由并发引起的问题：活动切换、保护、相互依赖的活动间的同步 操作系统特征（续） 共享(sharing)： 操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源（共享有限的系统资源） 操作系统要对系统资源进行合理分配和使用 资源在一个时间段内交替被多个进程所用 互斥共享（如打印机） 同时访问（如可重入代码，磁盘文件） 问题：资源分配难以达到最优化，保护 操作系统特征（续） 虚拟(Virtual)： 一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体－－分时或分空间。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率 操作系统特征（续） 虚拟化 是把计算机的资源，如运算能力、存储空间以及应用程序抽离出来，让资源的使用方式更具效率 操作系统特征（续） 随机性： 操作系统必须随时对以不可预测次序发生的事件进行响应 操作系统特征（续） 不确定性： 由共享和并发引起 在操作系统中可运行多道用户程序，而每个用户程序的运行时间、要使用哪些系统资源、使用多长时间、使用的资源是共享还是独占的，操作系统在程序运行前是不知道的 要求操作系统的设计要很好地解决并发和共享的问题，否则，将会产生不可重现的错误，这种不可重现的错误称为不确定性 例子：两个用户共享一台打印机 五、操作系统作为资源的管理者 学习操作系统的几种角度 作为软件来看的观点 资源管理的观点 进程的观点 虚机器观点 服务提供者观点 资源管理的观点 操作系统---资源管理者（自底向上） 操作系统管理一个复杂系统的各个部分 硬件资源： CPU，内存，设备(I/O设备，外存，时钟，网络接口等) 软件资源： 硬盘上的文件，信息 两种方式实现复用（共享）：时间 及 空间 管理资源 记录资源使用状况 如 哪些资源空闲，好坏与否，被谁使用，使用多长时间等 合理的分配资源（资源分配策略） 静态分配策略