操作系统的基本概念浙江理工大学计算机技术基础教研部2010-2011-1Reviewz计算原理、信息的二进制表达zJohnVonNeurmann体系结构{中央处理器，存储器，总线，输入输出z…本讲试图解答的问题…z为什么要有操作系统？z操作系统的基本功能；z操作系统重要的概念。参考条目（维基百科）z维基百科分类：操作系统技术z操作系统z进程z虚拟内存zFilesystems习题z请把到医院就诊的过程与操作系统的进程管理做一类比，解释以下概念：程序、作业、进程、等待、阻塞、运行等。z为什么文件系统必须把硬盘存储空间的最小分配单位定为“扇区”或“簇”？将每个文件都连续存储在硬盘上不是更好吗？z请上网查阅资料，按照你的使用目的和能承担的价格，给自己DIY一台计算机，说明理由。列出各部件的具体型号，计算出总价。可以参阅“太平洋电脑网”，“泡泡网”等DIY网站。计算机的分类z通用计算机{采用冯·诺依曼“存储程序”结构的计算机，不同计算问题的解体现为不同的程序，所以具备“通用”性。其特点是CPU，存储器，外部设备由不同程序所共享。z专用计算机{为解决特殊问题设计的计算机。计算过程单一固化，设备不共享。通用计算机问题z外存储器共享问题；z多个活动程序的CPU、内存、I/O设备共享问题；z设备访问的便利性问题；z答案：公共资源的使用需要强制性的规范和一个管理机构。在计算机中，为了保证有序、高效、安全地使用计算机公共资源，我们需要一个公共程序为我们提供服务—操作系统！什么是操作系统操作系统是用来管理计算机系统的全部资源（包括硬件、软件资源及数据资源）、控制程序运行、改善人机界面、为其它应用软件提供支持等的系统软件。操作系统的基本功能z处理机管理（进程管理）z内存管理z文件管理z设备管理z用户接口处理机管理（进程管理）z原始的人工操作z批处理{CPU独占方式—单道程序{CPU共享方式—多道程序z分时系统z并行处理系统（多CPU）处理机的人工操作阶段--家庭主妇z早期计算机的工作，基本上采用人工操作方式：由操作员将纸带（或卡片）装入纸带输入机（或卡片输入机），把程序和数据输入计算机，当程序行完毕，由用户取走纸带和计算结果后，才让下一个用户上机操作。批处理系统—饭店厨师z单道批处理系统（系统对作业的处理是成批地进行，且在内存中始终只保持一道作业）。z多道批处理系统（计算机内存中同时存放若干道已开始运行且尚未结束的程序，它们交替运行，共享系统中的各种硬、软资源，从而使处理机得到充分利用）。批处理系统工作示意图CPU作业1作业2后备读卡机打印机作业磁盘作业N输出设备多道批处理系统示意图CPU分时系统—酒吧服务z一台主机连接了若干个终端；z每个终端有一个用户在使用；z交互式地向系统提出命令请求；z系统接受每个用户的命令；z采用时间片轮转方式处理服务请求；z通过交互方式在终端上向用户显示结果；z用户根据上步结果发出下道命令；z与批处理系统最大的不同点是：运行过程是交互式发展的。分时系统示意图分时系统：单用户多任务z面向PC，单个用户所使用；z采用分时技术支持多任务；z支持多用户并发；zWindows,Linux,Macintosh。处理机管理（进程管理）z基本概念{程序(Code)：外存储器上的机器语言代码文件；{作业(Job)：提交给操作系统执行的程序(任务）；{进程（Process）：进入内存开始被CPU执行的作业；外存储器程序作业保持终止内存中的进程状态运行状态等待进程调度I/O就绪状态时间片用完I/O完成I/O想象一下你去医院看病的过程。并行系统—大饭店z多处理器；z多个任务在多处理器上的调度（负载平衡Load-Balancing）；z一个任务在多处理器上的任务分解和并行处理（缩放：Scaling）；z各处理器可以有独立内存或共享内存天河一号：千万亿次并行计算机6144颗英特尔CPU和5120颗AMDGPU，其峰值性能达每秒1206万亿次双精度浮点运算实时系统z计算任务必须按外部的节拍来完成；z必须保证及时和可靠；z主要应用于控制领域（飞行器、工业过程等）。内存管理z内存分配—活动空间的合理分配{规划操作系统进程和用户进程的空间分配z内存保护—保证进程间互不侵犯{进程对内存空间访问的规则z虚拟地址映射—使程序摆脱地址依赖{为每个进程提供连续的逻辑空间地址