【正文】 主講教師： 翟高壽 （副教授） 聯(lián)系電話： 01051683610 (辦 ) 電子郵件： 制作人： 翟高壽 制作單位： 北京交通大學計算機學院 《操作系統(tǒng)》 3/4/2023 1 北京交通大學計算機學院翟高壽 教學目標 全面、系統(tǒng)地介紹計算機操作系統(tǒng)的體系結構、實現(xiàn)機理及相關方法和技術，培養(yǎng)廣大學生在系統(tǒng)軟件開發(fā)方面的理論基礎及技術素養(yǎng)。 3/4/2023 2 北京交通大學計算機學院翟高壽 主要相關課程 先修課程： 數(shù)據(jù)結構 接口技術、計算機組成原理 匯編語言程序設計 C語言程序設計 并行 /后續(xù)課程： 計算機體系結構、操作系統(tǒng)實踐 3/4/2023 3 北京交通大學計算機學院翟高壽 ?教材 計算機操作系統(tǒng) 湯子瀛 哲鳳屏 湯小丹 西安電子科技大學出版社 ?參考教材 計算機操作系統(tǒng)教程 張堯學 史美林 清華大學出版社 操作系統(tǒng)教程 陳向群 楊芙清 北京大學出版社 Windows操作系統(tǒng)原理 尤晉元 史美林 陳向群 機械工業(yè)出版社 操作系統(tǒng)基礎 屠立德 屠祁 清華大學出版社 操作系統(tǒng)教程 孫仲秀 高等教育出版社 操作系統(tǒng)教程 原理和實例分析 孟靜 高等教育出版社 Applied Operating System Concept Abrahan Silberschatz 高等教育出版社 The Design of The Unix Operating System Manrice 人民郵電出版社 現(xiàn)代操作系統(tǒng) 陳向群等譯 機械工業(yè)出版社 3/4/2023 4 北京交通大學計算機學院翟高壽 教材內容刪減說明 ?第三章 處理機調度與死鎖 ? 實時調度 ? 多處理機系統(tǒng)中的調度 ?第五章 設備管理 ? 磁盤存儲器管理 ?第八章 網(wǎng)絡操作系統(tǒng) ?第九章 系統(tǒng)安全性 3/4/2023 5 北京交通大學計算機學院翟高壽 課程主要內容及教學安排 ?操作系統(tǒng)引論（ 10學時） ?處理機管理 （ 18學時） ?存儲管理 （ 12學時） ?設備管理 （ 8學時） ?文件系統(tǒng) （ 8學時） ?操作系統(tǒng)設計實例 （ 8學時） 3/4/2023 6 北京交通大學計算機學院翟高壽 第一章 操作系統(tǒng)引論 什么是操作系統(tǒng) 計算機體系結構及操作系統(tǒng)硬件基礎 操作系統(tǒng)用戶接口及系統(tǒng)調用實現(xiàn) 操作系統(tǒng)啟動模塊及自裝入機制 操作系統(tǒng)的發(fā)展 操作系統(tǒng)的功能與特征 操作系統(tǒng)的結構設計 3/4/2023 7 北京交通大學計算機學院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標 操作系統(tǒng)的作用 操作系統(tǒng)的組成及層次模型 操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)舉例 3/4/2023 8 北京交通大學計算機學院翟高壽 計算機系統(tǒng)的組成 計算機系統(tǒng) (層次結構 ) 軟件 硬件及固件（裸機） 應用軟件 系統(tǒng)軟件 編輯程序 / 匯編程序 /編譯程序 /數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 操作系統(tǒng) 3/4/2023 9 北京交通大學計算機學院翟高壽 操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位 計算機硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具應用軟件應用用戶應用開發(fā)人員操作系統(tǒng)開發(fā)人員3/4/2023 10 北京交通大學計算機學院翟高壽 操作系統(tǒng)的設計目標 ? 方便性 ? 提供用戶接口，使計算機系統(tǒng)更方便使用 ? 有效性 ? 通過有效管理和分配軟、硬件資源及合理組織計算機工作流程來改善資源利用率、提高系統(tǒng)吞吐量 ? 可擴充性 ? 計算機硬件和體系結構的迅猛發(fā)展及其所對應的更高的功能和性能要求 ? 開放性 ? 不同廠家與不同類型的計算機及其設備的網(wǎng)絡化集成和協(xié)同工作，實現(xiàn)應用程序可移植性和互操作性 3/4/2023 11 北京交通大學計算機學院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標 操作系統(tǒng)的作用 操作系統(tǒng)的組成及層次模型 操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)舉例 3/4/2023 12 北京交通大學計算機學院翟高壽 操作系統(tǒng)的作用 (1) 用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口 ? 命令方式（操作系統(tǒng)外殼） ? 面向一般用戶 ? 命令行 /菜單式 /命令腳本式 /圖形用戶接口 ? 系統(tǒng)調用方式（操作系統(tǒng)內核） ? 面向程序開發(fā)人員 ? 形式上類似于過程調用，編制程序中使用 3/4/2023 13 北京交通大學計算機學院翟高壽 操作系統(tǒng)的作用 (2) 計算機系統(tǒng)資源的管理者 ? 管理對象 ? 處理器、存儲器、外圍設備以及信息（數(shù)據(jù)和軟件） ? 管理內容 ? 資源的分配、回收和訪問操作 ? 記錄資源的當前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況）、相應管理策略（共享、保護及用戶權限） 3/4/2023 14 北京交通大學計算機學院翟高壽 操作系統(tǒng)的作用 (3) 用作擴充機器（或虛擬機） ? 在裸機上添加處理機管理、存儲管理、設備管理、文件管理、作業(yè)管理、圖形化用戶接口等功能，使計算機系統(tǒng)功能顯著增強、使用更為方便 3/4/2023 15 北京交通大學計算機學院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標 操作系統(tǒng)的作用 操作系統(tǒng)的組成及層次模型 操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)舉例 3/4/2023 16 北京交通大學計算機學院翟高壽 操作系統(tǒng)的組成及層次模型 用戶接口 （命令接口、程序接口、圖形用戶接口） 對對象進行操縱和管理的軟件集合 （處理機 /存儲器 /設備 /文件 /作業(yè)管理軟件） 操作系統(tǒng)對象 （處理機、存儲器、設備、文件和作業(yè)） 3/4/2023 17 北京交通大學計算機學院翟高壽 操作系統(tǒng)層次模型細化 3/4/2023 18 北京交通大學計算機學院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標 操作系統(tǒng)的作用 操作系統(tǒng)的組成及層次模型 操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)舉例 3/4/2023 19 北京交通大學計算機學院翟高壽 操作系統(tǒng)的定義 ? 操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件，是一組有效管理和控制計算機硬件和軟件資源、合理地對各類作業(yè)進行調度以組織和控制系統(tǒng)工作流程，并方便用戶使用計算機的程序的集合。 3/4/2023 20 北京交通大學計算機學院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標 操作系統(tǒng)的作用 操作系統(tǒng)的組成及層次模型 操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)舉例 3/4/2023 21 北京交通大學計算機學院翟高壽 操作系統(tǒng)舉例 ? MS DOS ? Windows（ NT、 9X、 200X、 Vista） ? UNIX（ Solaris） ? Linux（ RedHat、 RedFlag） ? Novell Netware 3/4/2023 22 北京交通大學計算機學院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標 操作系統(tǒng)的作用 操作系統(tǒng)的組成及層次模型 操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)舉例 3/4/2023 23 北京交通大學計算機學院翟高壽 作業(yè)題 ? 什么是操作系統(tǒng)？用自己的話談談你對操作系統(tǒng)概念的認識與理解。 3/4/2023 24 北京交通大學計算機學院翟高壽 第一章 操作系統(tǒng)引論 什么是操作系統(tǒng) 計算機體系結構及操作系統(tǒng)硬件基礎 操作系統(tǒng)用戶接口及系統(tǒng)調用實現(xiàn) 操作系統(tǒng)啟動模塊及自裝入機制 操作系統(tǒng)的發(fā)展 操作系統(tǒng)的功能與特征 操作系統(tǒng)的結構設計 3/4/2023 25 北京交通大學計算機學院翟高壽 計算機系統(tǒng)體系結構 （ 1 ）（ 3 ）（ 4 ）（ 8 ）（ 1 0 ）（ 1 1 ）應 用 系 統(tǒng)（ 8 ） （ 8 ） （ 7 ） （ 7 ） （ 7 ）（ 5 ） （ 6 ）（ 3 ）（ 2 ）（ 1 3 ） （ 1 4 ）（ 1 1 ） （ 1 2 ）（ 1 0 ）（ 9 ）I S A指 令 集體 系 結 構操 作 系 統(tǒng)驅 動 程 序內 存 管 理 器調 度 器I / O 與 聯(lián) 網(wǎng) 設 備 內 存控 制 器 控 制 器系 統(tǒng) 互 聯(lián) 總 線內 存 地 址翻 譯 部 件執(zhí) 行 部 件例 程 庫軟軟軟軟3/4/2023 26 北京交通大學計算機學院翟高壽 計算機系統(tǒng)硬件組成 3/4/2023 27 北京交通大學計算機學院翟高壽 內存系統(tǒng) Memory Systems ? 主存 Main Memory ? RAM ROM ? 實際地址空間 real address space A. 或稱作物理地址空間，按字節(jié)編址 Bytes B. RAM＆ ROM C. 保留用于設備或以后它用 ? 高速緩沖 Cache Memories ? 因內存尋址訪問效率和 局部性原理 而引入 ? 由硬件管理，對軟件不可見 ? ? 3/4/2023 28 北京交通大學計算機學院翟高壽 高速緩存 Cache Memories ? 關聯(lián)存儲器及置換（淘汰）算法 標 記 t a g 偏 移 地 址 o f f s e t內 存 地 址標 記 t a g s 數(shù) 據(jù) d a t a匹 配 / 選 擇高 速 緩 沖 c a c h e內 存3/4/2023 29 北京交通大學計算機學院翟高壽 輸入輸出系統(tǒng)組織方式 I / O 設 備 內 存中 央處 理 器數(shù)據(jù)控 制 / 數(shù) 據(jù)（ a ）I / O 設 備 內 存中 央處 理 器數(shù) 據(jù)控 制（ b ）I / O 設 備數(shù) 據(jù)（ c ）內 存中 央處 理 器D M A控 制 器數(shù) 據(jù)控 制I / O 設 備（ d ）內 存中 央處 理 器I / O 設 備I / O處 理 器數(shù) 據(jù)控 制3/4/2023 30 北京交通大學計算機學院翟高壽 用戶指令集體系結構