1、计算机操作系统1.2 操作系统的基本类型 1、不断提高资源利用率的需要；不断提高资源利用率的需要；2、方便用户；、方便用户；3、器件的不断更新换代；、器件的不断更新换代； 电子管、电子管、. .; 8位、位、. .4、计算机体系结构的不断发展。、计算机体系结构的不断发展。 OS、多处理机多处理机OS、网络网络OS计算机操作系统l一、人工操作方式一、人工操作方式(Manual Operating)l1945年年50年代中期，使用纸带、卡片。年代中期，使用纸带、卡片。 用户独占系统资源用户独占系统资源人机串行，人机串行，CPU等待人工操作等待人工操作计算机操作系统二、脱机输入输出方式（二、脱机输入
2、输出方式（Off-Line I/O)n50年代末，发明了晶体管。晶体管计算机年代末，发明了晶体管。晶体管计算机卫星机卫星机提高提高CPU利用率利用率提高了输入输出速度提高了输入输出速度计算机操作系统三、监督程序（三、监督程序（Monitor）n50年代末至年代末至60年代初，存储容量大幅度增长，出现了年代初，存储容量大幅度增长，出现了FORTRAN、COBOL等高级程序设计语言及相应的编译等高级程序设计语言及相应的编译程序。程序。n监督程序：能对计算机硬件和软件进行管理与调度的软监督程序：能对计算机硬件和软件进行管理与调度的软件。美国件。美国IBM360系列计算机配置了监督程序。系列计算机配置
3、了监督程序。n作业：作业：用户的一次上机行为，也称任务。用户的一次上机行为，也称任务。n作业步：作业步：作业的一部分。作业的一部分。n作业控制语言：作业控制语言：用于说明作业如何执行的语言。用于说明作业如何执行的语言。n作业控制说明书：作业控制说明书：用作业控制语言编写的作业执行程序。用作业控制语言编写的作业执行程序。n作业控制程序：作业控制程序：在控制某道作业运行时，解释执行作业在控制某道作业运行时，解释执行作业说明书中的语句，实现对作业的控制。说明书中的语句，实现对作业的控制。计算机操作系统$END$END$RUN$RUN$LOAD$LOAD$FORTRAN$FORTRAN$JOB,JOB
4、NAME=$JOB,JOBNAME=程 序 处 理程 序 处 理数据数据FORTRANFORTRAN程程序语句序语句典型的卡片作业举例：典型的卡片作业举例： 计算机操作系统普通指令：普通指令：用户程序都可包含的指令。用户程序都可包含的指令。特权指令：特权指令：只有监督程序才可包含的指令。只有监督程序才可包含的指令。方式方式/ /态：态：指处理机能执行什么类型指令的状态。有两指处理机能执行什么类型指令的状态。有两种执行方式：特权方式和普通方式。种执行方式：特权方式和普通方式。系统调用（广义指令）：系统调用（广义指令）：由监督程序提供给用户调用的由监督程序提供给用户调用的系统功能。借助中断机制来实
5、现。系统功能。借助中断机制来实现。系统调用的优点：系统调用的优点： 提供新界面，呈现的是一台功能强的处理机；提供新界面，呈现的是一台功能强的处理机； 系统更加安全。系统更加安全。系统空间：系统空间：监督程序所占内存监督程序所占内存(0-K)(0-K)。用户空间：用户空间：供用户程序使用的内存供用户程序使用的内存(K+1-N)(K+1-N)。存储保护：存储保护：界地址寄存器存放分界地址。界地址寄存器存放分界地址。计算机操作系统早期批处理系统中的监督程序工作流程：1.1.判断输入设备上是否有待输入作业判断输入设备上是否有待输入作业, ,没有没有则停止；则停止；2.2.从设备上输入一个作业；从设备上
6、输入一个作业；3.3.控制作业运行：控制作业运行：a.a.取作业说明书中一条语句取作业说明书中一条语句, ,解析执行解析执行, ,如果是如果是“作业终作业终止止”语句语句, ,则删除该作业则删除该作业, ,转转1 1；b.b.如果是一条执行性语句如果是一条执行性语句, ,则在主存中建立相应程序运则在主存中建立相应程序运行环境行环境, ,传递好参数传递好参数, ,转去执行该程序转去执行该程序( (变到用户态运行变到用户态运行) )；c.c.在用户态程序运行过程中在用户态程序运行过程中, ,如发生中断事件如发生中断事件( (如系统调如系统调用用/ /定时器中断定时器中断),),立即转监督程序立即转
7、监督程序, ,待中断事件处理结束待中断事件处理结束后后, ,用户态程序继续执行。用户态程序继续执行。d.d.用户态程序结束后用户态程序结束后, ,转转a a取下一作业控制语句。取下一作业控制语句。计算机操作系统n监督程序工作的特点：监督程序工作的特点：n单道性单道性 ；n顺序性；顺序性；n自动性自动性n监督程序的优点：监督程序的优点：减少了人工干预，减少了准减少了人工干预，减少了准备时间，提高了备时间，提高了CPU的利用率。的利用率。n监督程序的缺点：监督程序的缺点： n当输入输出时，当输入输出时，CPU空闲；空闲；nCPU与与I/O设备之间串行工作；不能交互式工作设备之间串行工作；不能交互式
8、工作计算机操作系统60年代中，前提：中断技术、通道的出现年代中，前提：中断技术、通道的出现专门用于负责输入输出的硬件装置专门用于负责输入输出的硬件装置(简单的简单的输入输出处理机，输入输出处理机，IOP)。内存中存放多道作业、同时运行、内存中存放多道作业、同时运行、共享资源。共享资源。用户提交的作业先在用户提交的作业先在外存排成一个队列（后备队列），由作业调度程外存排成一个队列（后备队列），由作业调度程序按照一定的策略从中选择若干作业调入内存，序按照一定的策略从中选择若干作业调入内存，共享系统中的各种资源。共享系统中的各种资源。计算机操作系统后备后备状态状态提交提交状态状态CPUP1P2P3运
9、行运行I/O作业调度进程调度进程调度完成完成状态状态外存盘交外存盘交换区换区外外存存就就绪绪外外存存阻阻塞塞计算机操作系统用户程序用户程序监督程序监督程序I/O操作操作作作 业业 A作作 业业 B监督程序监督程序磁带磁带I/O磁盘磁盘I/Ott计算机操作系统优点：优点： (1)提高提高CPU的利用率的利用率 (2)提高内存和提高内存和I/O设备的利用率设备的利用率 (3)提高系统的吞吐量提高系统的吞吐量(单位时间内完成作业执行的数量单位时间内完成作业执行的数量)缺点：缺点：（1）平均周转时间长；）平均周转时间长； 周转时间：周转时间： 作业从进入系统到结束并退出系统所经历作业从进入系统到结束并
10、退出系统所经历的时间。的时间。 （2）无交互能力。）无交互能力。 并发；共享并发；共享计算机操作系统(6)系统安全保护机制：设置管态系统安全保护机制：设置管态/目态；目态； 特权指令特权指令/非特权指令非特权指令(1)处理机分配、回收；处理机分配、回收；(2)存储保护机制；存储保护机制；(3)合理的合理的I/O设备分配机制；设备分配机制；(4)作业管理：根据具体情况，选择合理的作业调作业管理：根据具体情况，选择合理的作业调度算法；度算法；短作业优先、短作业优先、I/O型与型与CPU型搭配、型搭配、. .(5)完善的文件管理功能，提供有效、快速的信完善的文件管理功能，提供有效、快速的信息检索、存
11、储机制；息检索、存储机制；计算机操作系统后备后备状态状态提交提交状态状态CPUP1P2P3运行运行I/O作业调度进程调度进程调度完成完成状态状态外存盘交外存盘交换区换区外外存存就就绪绪外外存存阻阻塞塞计算机操作系统1 1分时系统的概念分时系统的概念背景：背景：批处理系统无法实现人机交互。批处理系统无法实现人机交互。分时系统分时系统：一台主机与多个一台主机与多个终端相连终端相连，允许多允许多个用户个用户通过终端通过终端同时同时以以交互交互的方式使用的方式使用计算机计算机系统系统，共享资源，这种系统，共享资源，这种系统使得每个用户感到使得每个用户感到好像自己独占一台支持自己请求服务的计算机好像自己
12、独占一台支持自己请求服务的计算机系统系统。计算机操作系统 实现思想实现思想: 系统采用了分时技术系统采用了分时技术。 把把CPU CPU 时间时间进行分割成一定大小的时间段，称进行分割成一定大小的时间段，称时间片时间片； 每个终端用户每次可以使用一个由时间片规定每个终端用户每次可以使用一个由时间片规定的的CPUCPU时间时间； 如果某个用户在规定的一个时间片内还没有完如果某个用户在规定的一个时间片内还没有完成它的全部工作成它的全部工作，亦需，亦需把把CPUCPU让给其他用户让给其他用户。 CPU内存内存用户作业用户作业1用户作业用户作业2用户作业用户作业n用户用户1用户用户2用户用户n计算机操
13、作系统主机主机终终端端计算机操作系统(1) 简单分时系统简单分时系统 内存中只允许一道作业运行，系统采用调入内存中只允许一道作业运行，系统采用调入-调调出的方式来实现，出的方式来实现，I/O开销大，系统性能差。开销大，系统性能差。(2) 具有前后台的分时系统具有前后台的分时系统 内存分为内存分为“前台区前台区”和和“后台区后台区”，前台存放，前台存放分时作业；后台存放批处理作业。仅当前台无作业分时作业；后台存放批处理作业。仅当前台无作业处理时，才运行后台作业。处理时，才运行后台作业。(3) 多道分时系统多道分时系统 多道程序在内存中同时执行；多道程序在内存中同时执行；目前多采用。目前多采用。计
14、算机操作系统 (1) (1)及时接收：能及时地接收来自终端用户及时接收：能及时地接收来自终端用户的命令。的命令。 (2) (2)及时响应及时响应: :响应时间要短。响应时间要短。指从用户输入命令后到系统将处指从用户输入命令后到系统将处理结果提交给用户（如在屏幕上理结果提交给用户（如在屏幕上显示结果）所经历的时间显示结果）所经历的时间 。计算机操作系统响应时间响应时间=N*q+系统开销时间系统开销时间 (1)时间片时间片q(2)用户数用户数N(3)系统开销：系统开销： 单道：对换；多道：进程调度单道：对换；多道：进程调度/对换对换（1）并发性；（）并发性；（2）共享性；）共享性；（3）交互性；（
15、）交互性；（4）独占性）独占性6. 交互式系统：操作系统提供终端命令语言及命交互式系统：操作系统提供终端命令语言及命令解释程序。用户通过终端命令指导作业运行，令解释程序。用户通过终端命令指导作业运行，实现与系统的交互。实现与系统的交互。计算机操作系统 指指计算机对随机发生的外部事件作出计算机对随机发生的外部事件作出的响应并对其进行处理。的响应并对其进行处理。 指指来自与计算机系统所连接的设备所来自与计算机系统所连接的设备所提出的服务要求。提出的服务要求。(1) 实时控制：实时采集测量数据并作出处理（强实时控制：实时采集测量数据并作出处理（强实时系统）。实时系统）。(2) 实时事务处理：对用户请
16、求及时作出回答，并实时事务处理：对用户请求及时作出回答，并及时处理系统中的数据。及时处理系统中的数据。计算机操作系统 周期性实时任务；周期性实时任务； 非周期性实时任务。非周期性实时任务。每个任务都有两个截止时间每个任务都有两个截止时间： 开始截止时间、完成截止时间开始截止时间、完成截止时间 硬实时任务硬实时任务 软实时任务软实时任务计算机操作系统(1)并发性并发性(2)交互性交互性(3)独立性独立性(4) 及时性及时性(1)属属“专用系统专用系统”，处理程序常驻主存，处理程序常驻主存 ； (2)有较强的中断处理机构、分析机构；有较强的中断处理机构、分析机构；(3)有较高的精度和可靠性有较高的
17、精度和可靠性(5)可靠性可靠性计算机操作系统1.3.4 1.3.4 其它操作系统其它操作系统1. 1. 多处理机操作系统：紧密耦合和松散耦合多处理机操作系统：紧密耦合和松散耦合2. 2. 网络操作系统：提供网络通信和网络服务的网络操作系统：提供网络通信和网络服务的操作系统。操作系统。3. 3. 分布式操作系统分布式操作系统分布式操作系统与网络操作系统的比较：分布式操作系统与网络操作系统的比较：(1)(1)耦合程度；耦合程度；(2)(2)并行性；并行性；(3)(3)透明性；透明性；(4)(4)健壮性健壮性4. 4. 嵌入式操作系统嵌入式操作系统5. 5. 个人计算机操作系统个人计算机操作系统计算
18、机操作系统1.1.3.5 3.5 操作系统的特征和性能操作系统的特征和性能1、并发性、并发性并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生生 注意：并发与并行的区别注意：并发与并行的区别2、共享性：、共享性：互斥共享，同时访问（宏观）互斥共享，同时访问（宏观）3、虚拟性、虚拟性 所谓虚拟，是指通过某种技术所谓虚拟，是指通过某种技术（分时或分空间）把一个物理实体变为若干个逻（分时或分空间）把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物，用于实现虚拟的技术，称为虚拟辑上的对应物，用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。技术。 虚拟技术有：多道程序设计技术，虚拟存虚拟技术有
19、：多道程序设计技术，虚拟存储器技术，储器技术，SPOOLing技术。技术。4、异步性（也称不确定性）、异步性（也称不确定性），异步方式运行：，异步方式运行：执行执行-停止停止-执行执行计算机操作系统1.1.3.6 3.6 操作系统的性能操作系统的性能1 1系统效率系统效率(1) 资源的利用率要高。资源的利用率要高。(2) 对批处理系统来说，作业的平均周转时间要短，吞吐对批处理系统来说，作业的平均周转时间要短，吞吐量要大。量要大。(3) 对分时系统来说，其响应时间要尽量短。对分时系统来说，其响应时间要尽量短。2. 系统可靠性与安全性系统可靠性与安全性n 能适应用户的误操作。能适应用户的误操作。n
20、 能及时检测出错误，并能尽量准确的指出错误发生的原能及时检测出错误，并能尽量准确的指出错误发生的原因，采取相应的措施排除错误；因，采取相应的措施排除错误；n 对错误产生的损害，能进行修复，使系统恢复正常工作，对错误产生的损害，能进行修复，使系统恢复正常工作，尽量减少损失，具有较好的健壮性。尽量减少损失，具有较好的健壮性。计算机操作系统 操作系统是否具有较好的维护性是决定操作系操作系统是否具有较好的维护性是决定操作系统生命周期长短的重要因素。统生命周期长短的重要因素。如纠错性和扩展性。如纠错性和扩展性。系统提供的各种服务方便用户使用。系统提供的各种服务方便用户使用。 计算机操作系统 Window
21、sWindows系列：系列：DOS, Windows 3.x, DOS, Windows 3.x, Window 95, Windows NT, Windows XPWindow 95, Windows NT, Windows XP； UNIXUNIX大家庭：大家庭：SVR4,BSD, Solaris, AIX, SVR4,BSD, Solaris, AIX, HP_UX HP_UX ； 自由软件自由软件LinuxLinux和和freeBSDfreeBSD等。等。1.3.1 Windows1.3.1 Windows系列及系列及MS DOSMS DOS Windows Windows系列包括个人
22、，商用和嵌入式三类系列包括个人，商用和嵌入式三类产品。产品。 IBM PCIBM PC Mac OS Mac OS计算机操作系统Windows 1.0Windows 1.0（19851985年）年）Windows 2.0Windows 2.0（19871987年）年）Windows 3.0Windows 3.0（19901990年）年）Windows 95Windows 95（19951995年）年）Windows 3.xWindows 3.xWindowsMeWindowsMe（20002000年）年）Windows 98Windows 98（19981998年）年）WindowsXPWin
23、dowsXP（20012001年）年）WindowsNT3.1(NTWindowsNT3.1(NT第第1 1版版) )（19931993年）年）WindowsNT3.51(NTWindowsNT3.51(NT第第3 3版版) )Windows2000(NT5.0)Windows2000(NT5.0)（20002000年）年）Windows CEWindows CE（19981998年）年）WindowsNT3.5(NTWindowsNT3.5(NT第第2 2版版) )WindowsNT4.0(NTWindowsNT4.0(NT第第4 4版版) )（19961996年）年）微软公司微软公司Win
24、dowsWindows操作系统产品线操作系统产品线计算机操作系统1.个人操作系统产品线nWindows3.0：均为：均为16位系统，不能充分利位系统，不能充分利用硬件因迅速发展而具有的强大功能；运行于用硬件因迅速发展而具有的强大功能；运行于DOS之上。之上。nWindows95：内核重写；增加了多任务，简：内核重写；增加了多任务，简化用户操作，功能强大。化用户操作，功能强大。2.多用户操作系统Windows NT系列 1993年开发，年开发，2000年推出年推出Windows2000。 特点：特点：32位操作系统，支持对称多处理机结构，位操作系统，支持对称多处理机结构，内核多线程等。内核多线程
25、等。3.MS DOS微软公司与微软公司与IBM开发的。开发的。1981年推出年推出DOS1.01993年推出年推出DOS6.22 计算机操作系统1.3.2 UNIX1.3.2 UNIX家家族族:SVR4,BSD,Solaris,AIX,HP UX:SVR4,BSD,Solaris,AIX,HP UXUNIX特点：内核结构小巧精湛，接口简洁统一，特点：内核结构小巧精湛，接口简洁统一，功能丰富实用，高级语言编写，可移植性好，源功能丰富实用，高级语言编写，可移植性好，源代码免费开放，变种多。代码免费开放，变种多。1.UNIX产生产生起源于起源于“Multics”的开发失败。的开发失败。开发者：贝尔实
26、验室雇员开发者：贝尔实验室雇员Thompson和和Ritchie为了为了编写游戏程序开发操作环境。编写游戏程序开发操作环境。1973年用年用c语言重写；语言重写；1973年年10月在月在ACM的的SOSP上发表首篇论文。上发表首篇论文。计算机操作系统第一版第一版(1971(1971年年) )第三版第三版(1973(1973年年) )第六版第六版(1975(1975年年) )SYSTEM III(1982SYSTEM III(1982年年) )第七版第七版第八版第八版第九版第九版第十版第十版19891989年年SYSTEM V(1983SYSTEM V(1983年年) )SVR2(1984SVR
27、2(1984年年) )SVR3(1987SVR3(1987年年) )SVR4(1989SVR4(1989年年) )SUNSolarisSUNSolarisIBM AIXIBM AIXHP UXHP UX1BSD(19781BSD(1978年年) )2BSD(19782BSD(1978年年) )3BSD(19793BSD(1979年年) )4.0BSD(19804.0BSD(1980年年) )4.4BSD(19934.4BSD(1993年年) )MACH2.5MACH2.5OSF/1(1989OSF/1(1989年年) ) DEC OSF/1DEC OSF/1Digital UNIXDigita
28、l UNIXTru64 UNIXTru64 UNIX UNIXUNIX发展简图发展简图 计算机操作系统2.1973到到20世纪世纪70年代末：免费扩散年代末：免费扩散大学，研究所免费使用，同时进行深入研究，改大学，研究所免费使用，同时进行深入研究，改进，移植。进，移植。第一次移植：第一次移植：1976年年Wollongong大学将其移大学将其移植到植到Interdata上上1978年微软公司与年微软公司与SCO公司将其公司将其移植到移植到Intel8086上（即上（即XENIX系统）。系统）。3. 20世纪世纪70年代中期到年代中期到20世纪世纪80年代末：商用年代末：商用版本的出现和三条主线
29、版本的出现和三条主线 三条主线：贝尔实验室的三条主线：贝尔实验室的UNIX，加利福尼亚州，加利福尼亚州大学伯克利分校的大学伯克利分校的 BSD,贝尔实验室的贝尔实验室的UNIX System III计算机操作系统4. 20世纪世纪80年代后期：两大阵营和标准化年代后期：两大阵营和标准化nAT&T与与SUN公司合作成立公司合作成立UNIX International(简称简称UI)代表产品：代表产品：SVR4 特点：吸收了特点：吸收了BSD BSD UNIX,System V, ,System V, XENIX等诸多特性，吸收等诸多特性，吸收 Sun OS增强特性如虚拟文增强特性如虚拟文件系统等
30、件系统等 。，。，n其余厂商其余厂商(IBM,Digital,HP,Apollo等等)联合成联合成立立Open Software Foundation(简称简称OSF) 代表产品：代表产品： OSF/1 特点：建立在特点：建立在 Mach2.5之上。之上。 5. 20世纪世纪90年代：共同面对年代：共同面对Windows NT的竞的竞争，两大阵营的淡化争，两大阵营的淡化 计算机操作系统1.3.31.3.3自由软件自由软件LinuxLinux和和FreeBSDFreeBSD 1984年自由软件的积极倡导者年自由软件的积极倡导者 Richard Stallman组织了一个所谓的自由软件的软件组织了
31、一个所谓的自由软件的软件体系体系-GNU，并拟定了一份通用公用版权协，并拟定了一份通用公用版权协议议 (GPL)。规定：软件免费使用，源代码公开。用户有权使规定：软件免费使用，源代码公开。用户有权使用扩散，修改，复制，同时有义务将自己修改用扩散，修改，复制，同时有义务将自己修改的程序代码公开。的程序代码公开。好处：好处：n免费使用；免费使用；n 有更多的人查错与改进。有更多的人查错与改进。计算机操作系统1.LinuxLinux是多用户的操作系统，是自由软件。是多用户的操作系统，是自由软件。Linux有两种形式的版本号：有两种形式的版本号： 内核版本号：内核版本号：Linus领导下开发的系统内和
32、版本领导下开发的系统内和版本好。如：好。如：Linux2.4内核内核 发行套件版本号：一些组织机构将发行套件版本号：一些组织机构将Linux系统内系统内核同应用软件和文档包装起来，并提供一个安装核同应用软件和文档包装起来，并提供一个安装界面，系统设定于管理工具，构成一个发行套件。界面，系统设定于管理工具，构成一个发行套件。如如Slackware，Red Hat，红旗，红旗Linux等。等。 版本号版本号岁发布者不同而不同，如岁发布者不同而不同，如Slackware3.5，Red Hat5.1。提问与解答环节Questions And Answers谢谢聆听 学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
