网络操作系统第一章 网络操作系统概述
课时安排,6课时
重点与要点,本章从计算机系统的组成、功能,网络系统的结构以及资源的角度计论操作系统与计算机之间、
操作系统与网络系统之间的关系,对网络操作系统的概念、功能、特征和结构模式等进行分析和讨论,以构建网络操作系统的基本概念、整体框架,明确网络操作系统在网络中的地位与作用。
教学内容,
1.1 计算机与操作系统
1.2 计算机网络系统
1.3 网络操作系统一些重要的基本概念,
计算机系统,
操作系统,
计算机网络,
网络操作系统,
1.1计算机与操作系统
1.1.1计算机系统组成
1.1.2操作系统的概念
1.1.3操作系统的类型
1.1.1计算机系统组成
1、计算机系统的特点
2、计算机系统的组成
3、计算机的组成
4、存储程序原理
1、计算机系统的特点
能进行精确、快速的计算和判断,能用性好,使用方便,能联成网络。
2、计算机系统的组成
1)、计算机的硬件
运算器:主要功能是对数据进行算术逻辑运算。
主存:主要功能是存储二进制信息
控制器:
输入设备:
输出设备:
辅助存储器:
转换设备:
I/O控制系统:
电源和场地设备:
2)、计算机的软件:
软件:是计算机系统中的程序和有关文档的集合。
程序:是计算任务的处理对象和处理规则的描述。;
文件:是为了便于了解程序所需的资料说明。
它们之间的关系,Page_3
分类:(按应用和虚拟机的观点)
系统软件支撑软件应用软件
3、计算机的组成
计算机的运算器、存储器和 I/O设备等主要功能部件相互连接和相互作用,借以实现机器指令级的各种功能和特性。 可以把运算器、存储器和 I/O设备看成是一台计算机的逻辑组成中最基本的功能部件。
计算机系统结构作为从程序设计者角度所看到的计算机属性,在计算机系统的层次结构中处于机器语言级;
而计算机组织作为计算机系统结构的逻辑实现和物理实现,其任务就是围绕提高性能价格比的目标,实现计算机在机器指令级的功能和特性。研究和建立各种功能不同的部件的相互连接和相互作用,完成各个功能部件内部的逻辑设计等是逻辑实现的内容;把逻辑设计深化到元件器件级,则是物理实现的内容。
输入设备 输出设备存 储 器运 算 器控 制 器数据程序计算机工作流程图数据流指令流
4、存储程序原理
根据存储程序原理构造的计算机称为存储程序计算机,又称为冯 ·诺依曼计算机。
存储程序的基本点是指令驱动,即程序由指令组成,并和数据一起存放在计算机存储器中。
概括,“存储程序和程序控制”
1.1.2操作系统的概念
0、前言
1、操作系统的定义
2、操作系统的特征
3、操作系统的功能
0、前言
操作系统是计算机硬件平台上设置的第一层软件,是对硬件功能的首次扩充,其他软件则是建立在操作系统基础之上的。操作系统统一管理和支持各种软件的运行。
它不仅是硬件与所有其他软件之间的接口,而且任何计算机都必须在其硬件平台上加载相应的操作系统之后,才能构成一个可以协调运转的计算机。
只有在操作系统的指挥和控制下,各种计算机资源 才能够被分配给用户使用。
1、操作系统的定义
操作系统是计算机系统中的一个系统软件,它能有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源,合理组织计算机工作流程,控制程序的执行,并向用户提供各种服务功能,使得用户能够灵活、
方便和有效地使用计算机,使整个计算机系统能高效行运行。
从不同的角度看,操作系统具有不同的作用:
从功能 角度看:操作系统是一个计算机资源管理系统 。
从用户角度看:是用户和计算机之间的接口,
用户通过它来使用计算机。
从管理角度看:可减少管理者的干预,从而提高计算机的使用价值。
从软件角度看:是一种系统软件,是由控制和管理系统运行的程序和数据结构等内容构成。
根据以上可以简单的再对操作系统定义:
操作系统是计算机系统中软硬件资源的控制中心,它以尽量合理的方法组织多个用户共享计算机的各种资源。
操作系统追求的主要目标有两个:
一、方便使用计算机二、提高资源利用率
2、操作系统的特征
1)、并发性
是指同时处理存在的多个平行活动的能力
在单 CPU下:并发执行的程序是交替在
CPU上运行
在分布式系统中:多个计算机的并存使程序的并发特征得到更充分的体现。
注,单道和多道批处理系统。
2)、共享性
是指多个计算任务对资源的共同享用并发活动的目的要求共享资源和信息。
注:多道批处理系统:是内存中可同时驻留多道作业,并允许它们并发执行。
3)、随机性
操作系统的运行是在随机的环境中进行的,也就是说人们不能对于所运行的程序的行为以及硬件设备的情况做任何假定。
一个设备可能在任何时候向处理器发出中断请求。同时也无法知道运行着的程序会在什么时候做什么事情,因而一般来说无法确切地知道操作系统正处于什么样的状态之中,这就是 随机性 的含义。
3、操作系统的功能
1)、进程管理
2)、存储管理
3)、文件管理
4)、设备管理
5)、作业管理
1)、进程管理
进程管理主要是对处理器进行管理。
为了描述多道程序的并发执行,就要引入进程的概念。通过进程进程管理协调多道程序之间的关系,解决处理器实施分配调度策略、进行分配和进行回收等问题,以使 CPU资源得到充分的利用。
处理机管理就是提出调度策略和给出调度算法,
使每个用户都能满意,同时又能充分地利用
CPU。
2)、存储管理
存储管理主要是管理主存资源。
当多个程序共享有限的主存资源时,会有一些问题需要解决;
当内存不够用,存储必须解决内存的扩充问题;
3)、文件管理
计算机系统中的信息是以文件形式存放在辅存上的,需要时再把它们装入主存。
文件管理的任务是有效地支持文件的存储、检索和修改等操作,解决文件的共享、保密和保护问题,以使用户方便、
安全地访问文件。
4)、设备管理
操作系统应该用户提供设备管理。
设备管理是指对计算机系统中所有 I/O设备的管理。
设备管理不仅涵盖了进行实际 I/O操作的设备,还涵盖了诸如设备控制器、通道等 I/O支持设备
5)、作业管理
作业管理功能:是操作系统向用户提供使用它自已的手段;
作业管理的任务是为用户提供一个使用系统的良好环境,使用用户能有效地组织自己的工作流程,并使整个系统高效地运行。
1.1.3操作系统的类型
1、操作系统简史
2、操作系统分类
3、操作系统研究角度
4、操作系统研究方向
1、操作系统简史
20世纪 50年代出现了单通道批处理系统
20世纪 60年代出现了多道程序系统
多道程序的管理和实现,标志着现代意义上的操作系统的出现(通道技术、中断技术)。
分时和实时系统的出现,标志着操作系统步入实用化的阶段。
分时系统:
实时系统,Page_7
20世纪 60年代末的 Unix是现代操作系统的代表
20世纪 70年代末 MS-DOS
20世纪 80年代具有交互式图形功能的操作系统出现
20世纪 90年代,Linux
当今操作系统的二大发展方向:
1、大型:分布式操作系统
2、微型:嵌入式操作系统
机群操作系统:适用于多台计算机构成的集群
2、操作系统分类
1)、批处理操作系统
2)、分时操作系统
3)、实时操作系统
4)、嵌入式操作系统
5)、个人计算机操作系统
6)、网络操作系统
7)、分布式操作系统
1)、批处理操作系统
工作方式:用户将作业交给系统操作员,系统操作员将许多用户作业组成一批作业,之后输入到计算机中,在系统中形成一个自动转接的连续的作业流,然后启动操作系统,系统自动、
依次执行每个作业。最后由操作员将作业结果交给用户。
特点:多道和成批处理。
优点:作业流程自动化、效率高、吞吐率高。
缺点:无交互手段、调试程序困难。
2)、分时操作系统
工作方式:一台主机连接若干个终端,
每个终端有一个用户在使。用户交互式地向系统提出命令请求,系统接受每个用户的命令,采用时间片轮转方式处理服务请求,并通过交互方式在终端上向用户显示结果。用户根据前一步的结果发出下一步的命令。
时间片:分时操作系统将 CPU的时间划分成的若干个片段。
操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用户服务。每个用户轮流使用一个时间片而使每个用户并不感到有别的用户存在。
分时系统具有多路性、交互性、“独占”性和及时性的特征。
多路性:是指同时有多个用户使用一台计算机宏观:是多个人同时使用一个 CPU
微观:是多个人在不同时刻轮流使用 CPU
交互性:是指用户根据系统响应结果进一步提出新的请求
,独占”性是指用户感觉不到计算机为其他人服务,
就像整个系统为他个所独占
及时性:是指系统对用户提出的请及时的响应。
常见的通用操作系统是分时系统与批处理系统的结合。
其原则是:分时优先,批处理在后。
“前台”响应需频繁交互的作业,如终端的要求
“后台”处理时间要求不强的作业。
3)、实时操作系统
定义:是指使计算机能及时响应外部事件的请求,在规定的时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作系统。
主要追求的目标:对外部请求在严格时间范围内做出反应,有高可靠性和完整性。
4)、嵌入式操作系统
是指运行在嵌入式系统环境中,
对整个嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。
(一些插件的模式可用方式 )
5)、个人计算机操作系统
是一种单用户多任务的操作系统。
主要特点:是计算机在某一时间内为单个用户服务项目,采用图形界面人面交互的工作方式,界面友好 ;使用方便。
6)、网络操作系统
是基于计算机网络的,是在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的软件,包括网络管理、通信、安全、
资源共享和各种网络应用。
其目标是相互通信及资源共享。
7)、分布式操作系统
大量的计算机通过网络被连结在一起,可以获得极高的运算能力及广泛的数据共享。
其特点:
统一性:它是一个统一的操作系统共享性:所有的分式系统中的资源是共享的透明性:用户不知道分布式系统是运行在多台计算机上,在用户眼里整个分布式系统像是一台计算机,对用户来讲是透明的自治性:即处于分布式系统的多个主机都处于平等地位。
分布式系统的优点:
分布式;
可靠性;
机群:是分布式的一种,一个机群通常由一群处理器密集构成。
机群操作系统:是分布式操作系统的一个新品种,有了机群操作系统,可以用低成本的微型计算机和以太网络设备等产品,构造出性能相当于超级计算机运算性能的机群。
网络操作系统 /分布式操作系统的区别?
网络操作系统,(网络中各主机相对独立 )
可以构架于不的操作系统之上,
通过网络协议实现网络资源的统一配置对网络资源访问不透明
分布式操作系统,(各主机并在一起 )
是一种操作系统构架。
所有资源都是透明的。
3、操作系统研究角度
1)、软件的观点
2)、资源管理的观点
3)、进程的观点
4)、虚拟器观点
5)、服务提供者的观点
1)、软件的观点
外在特性:它的外部表现形式,即它的操作命令定义集和它的界面,完全确定了操作系统这个软件的使用方式。
内在特性:它具有一般软件的结构特点,
然而这种软件不是一般的应用软件,它具有一般软件所不具备的特殊结构。
2)、资源管理的观点
操作系统是一个资源的管理者。
操作系统要提供一些机制去协调程序间的竟争与同步,要提供一些机制对资源进行合理使用,要对资源施加保护,并采取虚拟技术来“扩充”资源等。
3)、进程的观点
这种观点把操作系统看作是由 若干个可以同时独立运行的程序 和一个对这些程序进行协调的核心所组成。
而操作系统的核心则控制和协调这些进程的运行,解决进程之间的通信,它从系统各部分可以并行工作为出发点,考虑管理任务的分割和相互之间的关系,通过进程之间通信来解决共享资源时所带来的竞争问题。
通常,进程可以分为:用户、系统二大类
这些可以同时运行的程序,称为进程
4)、虚拟器观点
从用户的机器扩充观点看,操作系统为用户使用计算机提供了许多服务功能和良好的工作环境。
虚拟计算机:用户不再直接使用硬件,
而是通过操作系统来控制和使用计算机,
从而把计算机扩充为功能更强、使用更加方便的计算机系统
操作系统虚拟机器:操作系统的全部功能,如系统调用、命令、作业控制语言等。
虚拟器的观点从功能分解的角度出发;
考虑操作系统的结构,将操作系统分成若干个层次,每一层次完成特定的功能,
从而构成一个虚拟机器,并为上一层次提供支持,构成它的运行环境。
5)、服务提供者的观点
从用户角度看操作系统,则它应能为用户提供比裸机功能更强、服务质量更高,
使用户感觉方便灵活的虚拟机器。
操作系统能为用户提供一组功能强大的、
方便、好的广义指令(系统调用)
4、操作系统研究方向
1)、操作系统的标准化研究
2)、并行操作系统的研究
3)、网络操作系统和分布式操作系统的研究
4)、智能化操作系统的研究
1.2 计算机网络系统
1.2.1 网络系统的概念
1.2.2网络体系结构
1.2.3网络系统组成
1.2.4网络系统的工作模式
1.2.1 计算机网络系统的概念
1、网络基本概念
广义的观点:“计算机技术与通信技术相结合,实现远程信息处理以进一汪达到资源共享的系统。”
资源共享的观点:“以资源共享为目的,
用通信线路连接起来的具有独立功能的计算机系统的集合。”
物理结构的观点:“在网络协议的控制下,由多台主计算机、若干台终端、数据传输设备以及计算机与计算机、终端与计算机之间进行通信的设备所组成的计算复合系统。”
用户透明的观点:“存在一个能为用户自动管理资源的网络操作系统,由它来调用完成任务所需的资源,而整个网络对用户是透明的。”
根据以上可归纳定义计算机网络:利用通信线路将地理位置分散的、具有独立功能 的多台计算机系统,通过传输介质以一定的 拓扑结构 连接起来,按照某种协议进行数据通信,并通过一个能为用户自动管理资源的网络操作系统,以实现资源共享、分布式处理,提高系统的可用性的计算机系统。
2、网络基本功能
1)数据通信
2)资源共享
3)增加可靠性
4)提高系统处理能力
3、网络系统分类
1)、按照覆盖的范围分类局域网、城域网、广域网,Internet
2)、按传输技术分类广播式传输、点对点式传输入
3)、按网络交换方式分类电路交换、报文交换、分组交换
4)、按网络拓扑结构分类星型网络、环型网络、总线型网络、
网状型网络
5)、其他分类方式按通信速率:窄带、宽带按数据交换:直接、存储转发、混合交换按通信介质:有线、无线按通信性:资源共享网络和分布式网络。
按使用范围:公用和专用
1.2.2网络体系结构
网络系统的体系结构:是指从系统结构角度来分析和研究计算机网络系统,其核心问题是网络系统的逻辑构造和功能分配。
ISO 于 1979年颁布了 OSI
OSI参考模型为设计网络互联系统提供了抽象的概念框架,是一种异构系统互联的分层结构。它包括七层。
1.2.3网络系统组成
计算机网络系统由通信子网和资源子网组成、网络软件系统。
通信子网:是计算机网络中实现网络通信功能设备及其软件的集合
资源子网:网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合
1、网络硬件设备
1)、服务器
2)、工作站
3)、网卡与标准接口
4)、传输介质
5)、网络互联设备
1.2.4网络系统的工作模式
1、集中模式
2、对等模式
3、客户机 /服务器模式
4、浏览器 /服务器模式
1.3 网络操作系统
1.3.1网络操作系统功能
1.3.2网络操作系统特征
1.3.3网络操作系统构成
1.3.4常用网络操作系统前言:
在计算机上配置操作系统的主要目的是用它来管理系统中的资源和方便用户使用,是用户与计算机硬件系统之间的接口。
在网络系统上配置的操作系统称为网络操作系统,它是管理网络中的共享资源、
实现用户通信,以及方便用户使用网络,
因而网络操作系统是用户与网络硬件之间的接口。
1.3.1网络操作系统功能
1、层次结构上的网络操作系统功能
网络操作系统完成 OSI参考模型 7层结构中的第 3~7层所做的工作。
2、网络系统上的网络操作系统功能
网络系统除了具备通常 操作系统 所具有的基本功能之外,还应具有网络通信软件、网络管理软件
1.3.2网络操作系统特征
它除了具有单机操作系统的 4 大特征:并发、资源共享、虚拟和异步性;还应具有:
1、开放性
2、一致性
3、透明性
1.3.3网络操作系统构成
从分层的角度看:主要包括三大部分:
网络驱动程序、网络协议软件、应用程序接口软件
从逻辑结构上看:可分包括四个部分:
网络环境软件、网络管理软件、工作站网络软件和网络服务软件。
1.3.4常用网络操作系统
1,Unix
2,NetWare
3,Windows NT Server
4,Windows 2000操作系统
5,Linux操作系统
分时系统:是指多个用户通过终端设备与计算机交互作用来运行自已的作业,
并且共享一个计算机系统而不干扰,就好像每个用户都拥有一个计算机。