【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(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 《操作系統(tǒng)》 3/4/2023 1 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 教學(xué)目標(biāo) 全面、系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)機(jī)理及相關(guān)方法和技術(shù)，培養(yǎng)廣大學(xué)生在系統(tǒng)軟件開發(fā)方面的理論基礎(chǔ)及技術(shù)素養(yǎng)。 3/4/2023 2 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 主要相關(guān)課程 先修課程： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成原理 匯編語言程序設(shè)計(jì) C語言程序設(shè)計(jì) 并行 /后續(xù)課程： 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)實(shí)踐 3/4/2023 3 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 ?教材 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 湯子瀛 哲鳳屏 湯小丹 西安電子科技大學(xué)出版社 ?參考教材 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程 張堯?qū)W 史美林 清華大學(xué)出版社 操作系統(tǒng)教程 陳向群 楊芙清 北京大學(xué)出版社 Windows操作系統(tǒng)原理 尤晉元 史美林 陳向群 機(jī)械工業(yè)出版社 操作系統(tǒng)基礎(chǔ) 屠立德 屠祁 清華大學(xué)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(shí)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(jī)械工業(yè)出版社 3/4/2023 4 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 教材內(nèi)容刪減說明 ?第三章 處理機(jī)調(diào)度與死鎖 ? 實(shí)時(shí)調(diào)度 ? 多處理機(jī)系統(tǒng)中的調(diào)度 ?第五章 設(shè)備管理 ? 磁盤存儲(chǔ)器管理 ?第八章 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?第九章 系統(tǒng)安全性 3/4/2023 5 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 課程主要內(nèi)容及教學(xué)安排 ?操作系統(tǒng)引論（ 10學(xué)時(shí)） ?處理機(jī)管理 （ 18學(xué)時(shí)） ?存儲(chǔ)管理 （ 12學(xué)時(shí)） ?設(shè)備管理 （ 8學(xué)時(shí)） ?文件系統(tǒng) （ 8學(xué)時(shí)） ?操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 （ 8學(xué)時(shí)） 3/4/2023 6 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 第一章 操作系統(tǒng)引論 什么是操作系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)硬件基礎(chǔ) 操作系統(tǒng)用戶接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn) 操作系統(tǒng)啟動(dòng)模塊及自裝入機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3/4/2023 7 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo) 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(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) (層次結(jié)構(gòu) ) 軟件 硬件及固件（裸機(jī)） 應(yīng)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(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位 計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具應(yīng)用軟件應(yīng)用用戶應(yīng)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(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo) ? 方便性 ? 提供用戶接口，使計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)工作流程來改善資源利用率、提高系統(tǒng)吞吐量 ? 可擴(kuò)充性 ? 計(jì)算機(jī)硬件和體系結(jié)構(gòu)的迅猛發(fā)展及其所對(duì)應(yīng)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(jì)算機(jī)及其設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化集成和協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序可移植性和互操作性 3/4/2023 11 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo) 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(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 操作系統(tǒng)的作用 (1) 用戶與計(jì)算機(jī)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(diào)用方式（操作系統(tǒng)內(nèi)核） ? 面向程序開發(fā)人員 ? 形式上類似于過程調(diào)用，編制程序中使用 3/4/2023 13 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 操作系統(tǒng)的作用 (2) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者 ? 管理對(duì)象 ? 處理器、存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備以及信息（數(shù)據(jù)和軟件） ? 管理內(nèi)容 ? 資源的分配、回收和訪問操作 ? 記錄資源的當(dāng)前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況）、相應(yīng)管理策略（共享、保護(hù)及用戶權(quán)限） 3/4/2023 14 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 操作系統(tǒng)的作用 (3) 用作擴(kuò)充機(jī)器（或虛擬機(jī)） ? 在裸機(jī)上添加處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理、作業(yè)管理、圖形化用戶接口等功能，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能顯著增強(qiáng)、使用更為方便 3/4/2023 15 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo) 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(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)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(duì)對(duì)象進(jìn)行操縱和管理的軟件集合 （處理機(jī) /存儲(chǔ)器 /設(shè)備 /文件 /作業(yè)管理軟件） 操作系統(tǒng)對(duì)象 （處理機(jī)、存儲(chǔ)器、設(shè)備、文件和作業(yè)） 3/4/2023 17 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 操作系統(tǒng)層次模型細(xì)化 3/4/2023 18 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo) 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(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)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(jì)算機(jī)硬件和軟件資源、合理地對(duì)各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度以組織和控制系統(tǒng)工作流程，并方便用戶使用計(jì)算機(jī)的程序的集合。 3/4/2023 20 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo) 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(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)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(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo) 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(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 作業(yè)題 ? 什么是操作系統(tǒng)？用自己的話談?wù)勀銓?duì)操作系統(tǒng)概念的認(rèn)識(shí)與理解。 3/4/2023 24 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 第一章 操作系統(tǒng)引論 什么是操作系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)硬件基礎(chǔ) 操作系統(tǒng)用戶接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn) 操作系統(tǒng)啟動(dòng)模塊及自裝入機(jī)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3/4/2023 25 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) （ 1 ）（ 3 ）（ 4 ）（ 8 ）（ 1 0 ）（ 1 1 ）應(yīng) 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(jié) 構(gòu)操 作 系 統(tǒng)驅(qū) 動(dòng) 程 序內(nèi) 存 管 理 器調(diào) 度 器I / O 與 聯(lián) 網(wǎng) 設(shè) 備 內(nèi) 存控 制 器 控 制 器系 統(tǒng) 互 聯(lián) 總 線內(nèi) 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(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成 3/4/2023 27 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 內(nèi)存系統(tǒng) Memory Systems ? 主存 Main Memory ? RAM ROM ? 實(shí)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(shè)備或以后它用 ? 高速緩沖 Cache Memories ? 因內(nèi)存尋址訪問效率和 局部性原理 而引入 ? 由硬件管理，對(duì)軟件不可見 ? ? 3/4/2023 28 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 高速緩存 Cache Memories ? 關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器及置換（淘汰）算法 標(biāo) 記 t a g 偏 移 地 址 o f f s e t內(nèi) 存 地 址標(biāo) 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(nèi) 存3/4/2023 29 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 輸入輸出系統(tǒng)組織方式 I / O 設(shè) 備 內(nèi) 存中 央處 理 器數(shù)據(jù)控 制 / 數(shù) 據(jù)（ a ）I / O 設(shè) 備 內(nèi) 存中 央處 理 器數(shù) 據(jù)控 制（ b ）I / O 設(shè) 備數(shù) 據(jù)（ c ）內(nèi) 存中 央處 理 器D M A控 制 器數(shù) 據(jù)控 制I / O 設(shè) 備（ d ）內(nèi) 存中 央處 理 器I / O 設(shè) 備I / O處 理 器數(shù) 據(jù)控 制3/4/2023 30 北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽 用戶指令集體系結(jié)構(gòu)