Introduction引论.ppt

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1、1.11:Introduction 引论引论What is an operating system?什么是操作系统？什么是操作系统？Simple Batch Systems简单批处理系统简单批处理系统Multiprogramming Batched Systems多道程序批处理系统多道程序批处理系统Time-Sharing Systems分时系统分时系统Personal-Computer Systems 个人计算机系统个人计算机系统Parallel Systems并行系统并行系统Distributed Systems分布式系统分布式系统Real-Time Systems实时系统实时系统1.2W

2、hat is an Operating System?什么是操作系统？什么是操作系统？A program that acts as an intermediary between a user of a computer and the computer hardware.在计算机用户和计算机硬件之间起媒介作用的一种程序。在计算机用户和计算机硬件之间起媒介作用的一种程序。Operating system goals:操作系统目标操作系统目标Execute user programs and make solving user problems easier.执行用户程序并使用户问题更易解决。执

3、行用户程序并使用户问题更易解决。Make the computer system convenient to use.使计算机系统更易使用。使计算机系统更易使用。Use the computer hardware in an efficient manner.以一种效率的方式使用硬件。以一种效率的方式使用硬件。1.3Computer System Components计算机系统部件计算机系统部件1.Hardware硬件硬件 provides basic computing resources(CPU,memory,I/O devices).提供基本的运算资源提供基本的运算资源2.Operati

4、ng system操作系统操作系统 controls and coordinates the use of the hardware among the various application programs for the various users.在各种应用程序和用户之间控制与协调对硬件的使用在各种应用程序和用户之间控制与协调对硬件的使用3.Applications programs 应用程序应用程序 define the ways in which the system resources are used to solve the computing problems of the

5、 users(compilers,database systems,video games,business programs).定义解决用户问题的资源使用方式（编译、数据库、视频定义解决用户问题的资源使用方式（编译、数据库、视频游戏、事务程序等）游戏、事务程序等）4.Users(people,machines,other computers)用户（人、机、其他计用户（人、机、其他计算机）算机）.1.4Abstract View of System Components系统部件的抽象观点系统部件的抽象观点1.5Operating System Definitions操作系统定义操作系统定义Re

6、source allocator资源分配者资源分配者 manages and allocates resources.管理和分配资源管理和分配资源Control program控制程序控制程序 controls the execution of user programs and operations of I/O devices.控制用户程序的运行控制用户程序的运行和和I/O设备的操作设备的操作Kernel 内核内核 the one program running at all times(all else being application programs).在全时运行的一个程序（其他的

7、是在全时运行的一个程序（其他的是应用）应用）1.6Simple Batch Systems简单批处理系统简单批处理系统Hire an operator雇一个操作员雇一个操作员User operator用户用户 操作员操作员Add a card reader添加卡片阅读机添加卡片阅读机Reduce setup time by batching similar jobs批量处理同类作业减少了设批量处理同类作业减少了设置时间置时间Automatic job sequencing 自动作业调度自动作业调度 automatically transfers control from one job to

8、another.First rudimentary operating system.自动把控制从一个作业转到另一个作业。第一个基本操作系统。自动把控制从一个作业转到另一个作业。第一个基本操作系统。Resident monitor常驻管理程序常驻管理程序initial control in monitor 初始化初始化管理程序管理程序control transfers to job 转换控制到作业转换控制到作业when job completes control transfers back to monitor作业完成后作业完成后转换控制回管理程序转换控制回管理程序1.7Memory Lay

9、out for a Simple Batch System简单批处理系统的存储器布局简单批处理系统的存储器布局1.8Control Cards作业控制卡作业控制卡Problems问题问题1.How does the monitor know about the nature of the job(e.g.,Fortran versus Assembly)or which program to execute?管理程序如何知道作业的性质（如，管理程序如何知道作业的性质（如，Fortran还是汇编）或哪个程序要还是汇编）或哪个程序要运行？运行？2.How does the monitor dist

10、inguish管理程序如何区别管理程序如何区别(a)job from job?一个个的作业一个个的作业？(b)data from program?数据还是程序数据还是程序？Solution解法解法Introduce control cards引入作业控制卡引入作业控制卡1.9Control Cards作业控制卡作业控制卡(Cont.)Special cards that tell the resident monitor which programs to run特殊卡片通知管理程序哪个程序运行特殊卡片通知管理程序哪个程序运行$JOB$FTN$RUN$DATA$ENDSpecial chara

11、cters distinguish control cards from data or program cards特定的字符把数据卡片和程序卡片区分开来特定的字符把数据卡片和程序卡片区分开来:$in column 1/in column 1 and 2709 in column11.10Control Cards作业控制卡作业控制卡(Cont.)Parts of resident monitor常驻管理程序的一部分常驻管理程序的一部分Control card interpreter responsible for reading and carrying out instructions o

12、n the cards.控制卡片解释器控制卡片解释器-负责读出和执行卡负责读出和执行卡上的指令上的指令Loader loads systems programs and applications programs into memory.装载程序装载程序-把系统程序和应用程序调入内存把系统程序和应用程序调入内存Device drivers know special characteristics and properties for each of the systems I/O devices.设备驱动程序设备驱动程序-了解系统每一个了解系统每一个I/O设备的特点和性质设备的特点和性质Pro

13、blem:Slow Performance I/O and CPU could not overlap;card reader very slow.问题：慢问题：慢-I/O和和CPU不可能彼此覆盖；卡片阅读器很慢不可能彼此覆盖；卡片阅读器很慢Solution:Off-line operation speed up computation by loading jobs into memory from tapes and card reading and line printing done off-line.解决：脱机操作解决：脱机操作-从磁带和卡片调作业进入内存，而打印机脱机，加从磁带和卡

14、片调作业进入内存，而打印机脱机，加速运算速运算1.11SpoolingOverlap I/O of one job with computation of another job.While executing one job,the OS.一个作业的一个作业的I/O 同另一个作业的运算彼此重叠。在执行一个作业时，同另一个作业的运算彼此重叠。在执行一个作业时，OS。Reads next job from card reader into a storage area on the disk(job queue).从卡片上把下一个作业读入磁盘存储从卡片上把下一个作业读入磁盘存储区（作业队列）区（

15、作业队列）Outputs printout of previous job from disk to printer.从从磁盘到打印机输出先前的作业磁盘到打印机输出先前的作业Job pool 作业池作业池 data structure that allows the OS to select which job to run next in order to increase CPU utilization.一一种允许操作系统选择运行作业的数据结构，用以提高种允许操作系统选择运行作业的数据结构，用以提高CPU利用率利用率1.12Multiprogrammed Batch Systems多道程序

16、批处理系统Several jobs are kept in main memory at the same time,and the CPU is multiplexed among them.在主存中同时有若干个作业，在主存中同时有若干个作业，CPU在其中多重切换。在其中多重切换。1.13OS Features Needed for Multiprogramming多道程序对多道程序对OS特点的要求特点的要求I/O routine supplied by the system.系统提供系统提供I/O程序程序Memory management存储管理存储管理 the system must a

17、llocate the memory to several jobs.系统必须为若干作业分派空间系统必须为若干作业分派空间 CPU scheduling CPU调度调度 the system must choose among several jobs ready to run.系统必须在就绪作业中挑选系统必须在就绪作业中挑选Allocation of devices.设备分配设备分配1.14Time-Sharing SystemsInteractive Computing分时系统分时系统-交互式计算交互式计算The CPU is multiplexed among several jobs

18、that are kept in memory and on disk(the CPU is allocated to a job only if the job is in memory).对保存在内存和磁盘上的若干作业之间多路（对保存在内存和磁盘上的若干作业之间多路（CPU被分配给某个作业仅当该被分配给某个作业仅当该作业在内存）作业在内存）A job is swapped in and out of memory to the disk.作业在内存和磁盘之作业在内存和磁盘之间被对换间被对换On-line communication between the user and the syst

19、em is provided;when the operating system finishes the execution of one command,it seeks the next“control statement”not from a card reader,but rather from the users keyboard.提供用户和系统之间的在线通信；操作系统完成提供用户和系统之间的在线通信；操作系统完成了一条命令的执行后，它不从卡片阅读机上而是从用户键盘上寻找下一条控制了一条命令的执行后，它不从卡片阅读机上而是从用户键盘上寻找下一条控制语句语句On-line syste

20、m must be available for users to access data and code.在线系统必须使用户能够访问数据和代码在线系统必须使用户能够访问数据和代码1.15Personal-Computer Systems个人计算机系统个人计算机系统Personal computers computer system dedicated to a single user.个人计算机个人计算机-供个人使用的计算机系统供个人使用的计算机系统I/O devices keyboards,mice,display screens,small printers.I/O设备设备-键盘、鼠标、

21、显示、小型打印机键盘、鼠标、显示、小型打印机User convenience and responsiveness.便利用户和响应便利用户和响应Can adopt technology developed for larger operating system often individuals have sole use of computer and do not need advanced CPU utilization of protection features.可采用大型操作系统研发的技术，个人独占计算机不需要高级可采用大型操作系统研发的技术，个人独占计算机不需要高级CPU使用的使

22、用的保护技术保护技术1.16Migration of Operating-System Concepts and Features操作系统概念和特性的变迁操作系统概念和特性的变迁1.17Parallel Systems并行系统并行系统Multiprocessor systems with more than one CPU in close communication.有紧密通信的、多于一个有紧密通信的、多于一个CPU的多处理器系统的多处理器系统Tightly coupled system processors share memory and a clock;communication us

23、ually takes place through the shared memory.紧偶合系统紧偶合系统-处理器共享内存和时钟；一般通过共享内存进行通信处理器共享内存和时钟；一般通过共享内存进行通信Advantages of parallel system:并行系统的优点并行系统的优点Increased throughput增大吞吐量增大吞吐量Economical 经济经济Increased reliability提高可靠性提高可靠性Tgraceful degradation（有故障时）优雅的降低性能有故障时）优雅的降低性能Tfail-soft systems（又称）软失效系统又称）软失效

24、系统1.18Parallel Systems并行系统并行系统(Cont.)Symmetric multiprocessing(SMP)对称多处理对称多处理 器器Each processor runs an identical copy of the operating system.每个处理器运行操作系统的相同副本每个处理器运行操作系统的相同副本Many processes can run at once without performance deterioration.许多进程可以立即运行不会降低性能许多进程可以立即运行不会降低性能Most modern operating systems

25、 support SMP多数现代操作系统多数现代操作系统支持支持SMPAsymmetric multiprocessing非对称多处理器非对称多处理器Each processor is assigned a specific task;master processor schedules and allocates work to slave processors.每个处理器赋每个处理器赋予一个特定任务；主处理器为从处理器调度和分配作业予一个特定任务；主处理器为从处理器调度和分配作业More common in extremely large systems常用在非常大的系统中常用在非常大的系

26、统中1.19Symmetric Multiprocessing Architecture对称多处理器体系结构对称多处理器体系结构1.20Real-Time Systems实时系统实时系统Often used as a control device in a dedicated application such as controlling scientific experiments,medical imaging systems,industrial control systems,and some display systems.通常作为控制设备在诸如控制科通常作为控制设备在诸如控制科学实

27、验、医学影象系统、工业控制系统以及一些显示系统中应用学实验、医学影象系统、工业控制系统以及一些显示系统中应用Well-defined fixed-time constraints.严格确定的时间限制严格确定的时间限制Hard real-time system.硬实时系统硬实时系统Secondary storage limited or absent,data stored in short-term memory,or read-only memory(ROM)有限的或没有次级存储器，数据存在有限的或没有次级存储器，数据存在短期存储器或只读存储器中短期存储器或只读存储器中Conflicts w

28、ith time-sharing systems,not supported by general-purpose operating systems.同分时系统冲突，通用操作系统同分时系统冲突，通用操作系统Soft real-time system软软实时系统实时系统Limited utility in industrial control or robotics在工业控制或机器人中有部在工业控制或机器人中有部分应用分应用Useful in applications(multimedia,virtual reality)requiring advanced operating-system

29、features.在需要高级操作系统在需要高级操作系统 功能的应用（多媒体、虚功能的应用（多媒体、虚拟现实）中应用拟现实）中应用1.21Distributed Systems分布式系统分布式系统Distribute the computation among several physical processors.计算分计算分布在若干物理处理器上布在若干物理处理器上Loosely coupled system each processor has its own local memory;processors communicate with one another through vario

30、us communications lines,such as high-speed buses or telephone lines.松散偶合系统松散偶合系统-每个处理器有自身的本地存储器；通过各种通信设施，如高每个处理器有自身的本地存储器；通过各种通信设施，如高速总线、电话线等进行处理器之间的通信速总线、电话线等进行处理器之间的通信Advantages of distributed systems.分布式系统的优点分布式系统的优点Resources Sharing 资源共享资源共享Computation speed up load sharing 加快计算加快计算-共享装载共享装载Reli

31、ability可靠可靠Communications通信通信1.22Distributed Systems分布式系统分布式系统(Cont.)Network Operating System网络操作系统网络操作系统provides file sharing 提供文件共享提供文件共享provides communication scheme提供通信机制提供通信机制runs independently from other computers on the network运行独立运行独立于网络上的其他计算机于网络上的其他计算机Distributed Operating System分布式操作系统分布式操作系统less autonomy between computers在计算机之间少了自治性在计算机之间少了自治性gives the impression there is a single operating system controlling the network.给出一种印象，有一个操作系统控制网络给出一种印象，有一个操作系统控制网络