操作系統(tǒng)引論2

1、2 ） 為了解決多道程序在計(jì)算機(jī)內(nèi)部能協(xié)調(diào)、為了解決多道程序在計(jì)算機(jī)內(nèi)部能協(xié)調(diào)、同步、正確地運(yùn)行所面臨的一系列復(fù)雜問題，同步、正確地運(yùn)行所面臨的一系列復(fù)雜問題，就產(chǎn)生了一系列解決這些問題的程序，久而就產(chǎn)生了一系列解決這些問題的程序，久而久之，在這些程序的基礎(chǔ)上就產(chǎn)生了真正的久之，在這些程序的基礎(chǔ)上就產(chǎn)生了真正的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)提高了計(jì)算機(jī)工采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)提高了計(jì)算機(jī)工作的效率，即增加了單位時(shí)間的算題量，作的效率，即增加了單位時(shí)間的算題量，但對(duì)每道程序來說，卻但對(duì)每道程序來說，卻延長了計(jì)算時(shí)間延長了計(jì)算時(shí)間。？1小時(shí)小時(shí)3018分鐘分鐘 例如，甲、乙兩道程序，獨(dú)占計(jì)

2、算機(jī)單道運(yùn)例如，甲、乙兩道程序，獨(dú)占計(jì)算機(jī)單道運(yùn)行時(shí)每道花行時(shí)每道花1個(gè)小時(shí)，若此時(shí)處理器利用率為個(gè)小時(shí)，若此時(shí)處理器利用率為30，粗略地說，甲，粗略地說，甲(或乙或乙)程序執(zhí)行時(shí)所需要程序執(zhí)行時(shí)所需要的處理器時(shí)間為：的處理器時(shí)間為：l假定按多道程序設(shè)計(jì)方法運(yùn)行，處理器的利假定按多道程序設(shè)計(jì)方法運(yùn)行，處理器的利用率達(dá)用率達(dá)50，即處理器使用時(shí)間總共為：，即處理器使用時(shí)間總共為：36/0.5=72（分鐘）（分鐘）(12080)12033l甲、乙兩道程序，如果單道運(yùn)行，花甲、乙兩道程序，如果單道運(yùn)行，花6060分鐘就分鐘就可得到結(jié)果?？傻玫浇Y(jié)果。l多道運(yùn)行時(shí)，卻要花多道運(yùn)行時(shí)，卻要花80分鐘才有結(jié)

3、果，延長分鐘才有結(jié)果，延長了了20分鐘，即延長了分鐘，即延長了33的時(shí)間：的時(shí)間：（80-60）/60=33%多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)提高資源利用率和系統(tǒng)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐率是以犧牲用戶的響應(yīng)時(shí)間為代價(jià)的吞吐率是以犧牲用戶的響應(yīng)時(shí)間為代價(jià)的多道程序設(shè)計(jì)時(shí)的多道程序設(shè)計(jì)時(shí)的程序程序選擇選擇與與程序道數(shù)程序道數(shù)多多少不是任意的少不是任意的 要考慮資源的均衡使用要考慮資源的均衡使用 內(nèi)存儲(chǔ)器的容量和用戶的響應(yīng)時(shí)間等因素內(nèi)存儲(chǔ)器的容量和用戶的響應(yīng)時(shí)間等因素也影響多道程序道數(shù)的多寡也影響多道程序道數(shù)的多寡 如兩道程序都要用打印機(jī)，若系統(tǒng)只有一如兩道程序都要用打印機(jī)，若系統(tǒng)只有一臺(tái)，就算它們

4、同時(shí)被接受進(jìn)入計(jì)算機(jī)內(nèi)存運(yùn)臺(tái)，就算它們同時(shí)被接受進(jìn)入計(jì)算機(jī)內(nèi)存運(yùn)行，也未必能提高效率行，也未必能提高效率 多重處理系統(tǒng)是指配置了多個(gè)物理多重處理系統(tǒng)是指配置了多個(gè)物理CPU，能真正實(shí)現(xiàn)同一時(shí)刻執(zhí)行多道程，能真正實(shí)現(xiàn)同一時(shí)刻執(zhí)行多道程序的系統(tǒng)。序的系統(tǒng)。要有效地使用多重處理系統(tǒng)，必須采用多要有效地使用多重處理系統(tǒng)，必須采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)；反過來，多道程序設(shè)計(jì)道程序設(shè)計(jì)技術(shù)；反過來，多道程序設(shè)計(jì)不一定要求有多重處理系統(tǒng)支持不一定要求有多重處理系統(tǒng)支持 為了解決多道程序在計(jì)算機(jī)內(nèi)部能協(xié)調(diào)、為了解決多道程序在計(jì)算機(jī)內(nèi)部能協(xié)調(diào)、同步、正確地運(yùn)行所面臨的一系列復(fù)雜問同步、正確地運(yùn)行所面臨的一系列復(fù)雜問題

5、，就產(chǎn)生了一系列解決這些問題的程序，題，就產(chǎn)生了一系列解決這些問題的程序，久而久之，在這些程序的基礎(chǔ)上就產(chǎn)生了久而久之，在這些程序的基礎(chǔ)上就產(chǎn)生了真正的操作系統(tǒng)。真正的操作系統(tǒng)。批處理操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)(1)用戶把要處理的應(yīng)用問題編成程序，連同用戶把要處理的應(yīng)用問題編成程序，連同數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書一起交給操作員；數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書一起交給操作員；操作員集中一批用戶作業(yè)（程序、數(shù)據(jù)、操作員集中一批用戶作業(yè)（程序、數(shù)據(jù)、作業(yè)說明書），以脫機(jī)的方式輸入到計(jì)算作業(yè)說明書），以脫機(jī)的方式輸入到計(jì)算機(jī)中，由機(jī)中，由操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)來來統(tǒng)一調(diào)度統(tǒng)一調(diào)度和和自動(dòng)控制自動(dòng)控制作業(yè)的執(zhí)行。作業(yè)的執(zhí)行。批處理操作系

6、統(tǒng)（批處理操作系統(tǒng)（Batch Operating System）：批量化處理作業(yè)）：批量化處理作業(yè)批處理操作系統(tǒng)(2)批處理系統(tǒng)的主要特征：批處理系統(tǒng)的主要特征： 成批、自動(dòng)地處理作業(yè)成批、自動(dòng)地處理作業(yè) 多道程序并發(fā)運(yùn)行多道程序并發(fā)運(yùn)行 用戶不能與自己的作業(yè)交互用戶不能與自己的作業(yè)交互 作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間長作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間長分時(shí)操作系統(tǒng)(1) 允許多個(gè)聯(lián)機(jī)用戶同時(shí)使用一允許多個(gè)聯(lián)機(jī)用戶同時(shí)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理的操作系臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理的操作系統(tǒng) 稱 分 時(shí) 操 作 系 統(tǒng)統(tǒng) 稱 分 時(shí) 操 作 系 統(tǒng) （ T i m e Sharing Operating System）分時(shí)操作系統(tǒng)的控制分

7、時(shí)操作系統(tǒng)的控制 分時(shí)操作系統(tǒng)(2)分時(shí)操作系統(tǒng)具有以下特性：分時(shí)操作系統(tǒng)具有以下特性： 同時(shí)性：同時(shí)性： 獨(dú)占性：獨(dú)占性： 及時(shí)性：及時(shí)性： 交互性：交互性：分時(shí)操作系統(tǒng)(3) 三種具體的實(shí)現(xiàn)方式：三種具體的實(shí)現(xiàn)方式：1）單道分時(shí)系統(tǒng)）單道分時(shí)系統(tǒng) 1962年，第一個(gè)分時(shí)系統(tǒng)年，第一個(gè)分時(shí)系統(tǒng)CTSS，運(yùn)行，運(yùn)行在在IBM 7094機(jī)上，支持機(jī)上，支持32個(gè)交互式用戶個(gè)交互式用戶同時(shí)工作。同時(shí)工作。用戶用戶外存外存內(nèi)存內(nèi)存輸輸 入入作業(yè)作業(yè)0作業(yè)作業(yè)1輪流輪流某作業(yè)運(yùn)某作業(yè)運(yùn)行一個(gè)時(shí)行一個(gè)時(shí)間片間片 雖然實(shí)現(xiàn)了人機(jī)雖然實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，但作業(yè)在內(nèi)交互，但作業(yè)在內(nèi)外存之間頻繁地調(diào)外存之間頻繁地調(diào)

8、入、調(diào)出，入、調(diào)出，CPU經(jīng)經(jīng)常處于空閑狀態(tài)，常處于空閑狀態(tài)，系統(tǒng)性能不好。系統(tǒng)性能不好。分時(shí)操作系統(tǒng)(4)2）具有）具有“前臺(tái)前臺(tái)”和和“后臺(tái)后臺(tái)”的分時(shí)系統(tǒng)的分時(shí)系統(tǒng) 內(nèi)存被固定地劃分為內(nèi)存被固定地劃分為“前臺(tái)前臺(tái)”和和“后臺(tái)后臺(tái)”兩兩部分，部分，“前臺(tái)前臺(tái)”存放按時(shí)間片存放按時(shí)間片“調(diào)進(jìn)調(diào)進(jìn)”與與“調(diào)出調(diào)出”的作業(yè)流，的作業(yè)流，“后臺(tái)后臺(tái)”存放批處理作業(yè)。僅當(dāng)前臺(tái)存放批處理作業(yè)。僅當(dāng)前臺(tái)區(qū)已無作業(yè)調(diào)進(jìn)區(qū)已無作業(yè)調(diào)進(jìn)/出時(shí)，才運(yùn)行出時(shí)，才運(yùn)行“后臺(tái)區(qū)后臺(tái)區(qū)”作業(yè)。作業(yè)。好處好處：前臺(tái)區(qū)作業(yè)能與用戶及時(shí)進(jìn)行人機(jī)交互，前臺(tái)區(qū)作業(yè)能與用戶及時(shí)進(jìn)行人機(jī)交互，便于調(diào)試、修改，調(diào)好的程序轉(zhuǎn)向后臺(tái)區(qū)的批

9、處便于調(diào)試、修改，調(diào)好的程序轉(zhuǎn)向后臺(tái)區(qū)的批處理系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。理系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。對(duì)后臺(tái)區(qū)的作業(yè)如能按一定原則優(yōu)化組合對(duì)后臺(tái)區(qū)的作業(yè)如能按一定原則優(yōu)化組合后進(jìn)行作業(yè)調(diào)度，能提高系統(tǒng)效率。后進(jìn)行作業(yè)調(diào)度，能提高系統(tǒng)效率。分時(shí)操作系統(tǒng)(5)3）多道分時(shí)系統(tǒng)）多道分時(shí)系統(tǒng) 如果用戶的作業(yè)較小的話，內(nèi)存便可多如果用戶的作業(yè)較小的話，內(nèi)存便可多裝入幾道作業(yè)，由系統(tǒng)將已具備運(yùn)行條件裝入幾道作業(yè)，由系統(tǒng)將已具備運(yùn)行條件的作業(yè)排成一個(gè)隊(duì)列，使它們依次獲得一的作業(yè)排成一個(gè)隊(duì)列，使它們依次獲得一個(gè)時(shí)間片來運(yùn)行個(gè)時(shí)間片來運(yùn)行由于切換和運(yùn)行都在內(nèi)存，較為靈活方由于切換和運(yùn)行都在內(nèi)存，較為靈活方便，不必調(diào)入便，不必調(diào)入/調(diào)出

10、，故具有較好的性能調(diào)出，故具有較好的性能實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(1)Real Time Operating System：指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，能指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，能迅速迅速接收接收并以足夠快的速度予以并以足夠快的速度予以處理處理，處理的結(jié)果，處理的結(jié)果又能又能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)去控制相應(yīng)的生產(chǎn)過程去控制相應(yīng)的生產(chǎn)過程或給出相應(yīng)的服務(wù)信息的操作系統(tǒng)?；蚪o出相應(yīng)的服務(wù)信息的操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(2)兩種典型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)兩種典型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)( (如化學(xué)反應(yīng)堆的控制如化學(xué)反應(yīng)堆的控制) )信息查詢系統(tǒng)信息查詢系統(tǒng)( (如飛機(jī)訂票系統(tǒng)如飛機(jī)訂票系統(tǒng)) ) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特

11、點(diǎn)：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：1）許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)是）許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)是“專用系統(tǒng)專用系統(tǒng)”，它們?yōu)?，它們?yōu)閷ｉT的應(yīng)用而設(shè)計(jì)；專門的應(yīng)用而設(shè)計(jì)； 無論是批處理系統(tǒng)，還是分時(shí)系統(tǒng)，系無論是批處理系統(tǒng)，還是分時(shí)系統(tǒng)，系統(tǒng)本身并沒有要完成的作業(yè)，只是起著管統(tǒng)本身并沒有要完成的作業(yè)，只是起著管理調(diào)度系統(tǒng)資源，向用戶提供服務(wù)的作理調(diào)度系統(tǒng)資源，向用戶提供服務(wù)的作用用通用系統(tǒng)通用系統(tǒng)；實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(3)2）實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于控制實(shí)時(shí)過程，要求對(duì)外）實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于控制實(shí)時(shí)過程，要求對(duì)外部事件的響應(yīng)部事件的響應(yīng)十分迅速、及時(shí)十分迅速、及時(shí)，一般開始，一般開始至截止時(shí)間為秒級(jí)、毫秒級(jí)、微秒級(jí)等至截止時(shí)間為秒級(jí)、毫秒級(jí)、微秒級(jí)等3）可

12、靠性可靠性 批處理系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)雖然也要求系統(tǒng)可批處理系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)雖然也要求系統(tǒng)可靠，但相比之下，實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度靠，但相比之下，實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度可靠，稍有差錯(cuò)就會(huì)造成巨大損失，往往都可靠，稍有差錯(cuò)就會(huì)造成巨大損失，往往都采用雙機(jī)系統(tǒng)采用雙機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(4) 實(shí)際的系統(tǒng)往往兼有多道批處理、分時(shí)和實(shí)際的系統(tǒng)往往兼有多道批處理、分時(shí)和實(shí)時(shí)三者、或其中兩者的功能實(shí)時(shí)三者、或其中兩者的功能微機(jī)操作系統(tǒng)(1)分類l 單用戶單任務(wù)OS：如DOSl 單用戶多任務(wù)OS：如Windows 98、Windows 2000l 多用戶多任務(wù)OS：如Unix并行操作系統(tǒng)(1)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用每前進(jìn)一步都

13、要求增加計(jì)算機(jī)的處理能力。為達(dá)到極高性能，除提高元提高元器件速度外，必須改進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)器件速度外，必須改進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這主要采用增加處理機(jī)數(shù)量，通過并行處理（Parallel processing）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。為了發(fā)揮并行計(jì)算機(jī)的性能，需要有并行并行算法、并行語言算法、并行語言等許多軟件的配合，由此產(chǎn)生了并行操作系統(tǒng)。并行操作系統(tǒng)(2) 目前已經(jīng)研究出來的并行操作系統(tǒng)有： V-Kernel，美國Stanford大學(xué) Meglos, 美國Bell實(shí)驗(yàn)室 MACH，美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(1)能夠控制計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中方便地傳送信息和共享資源，并能為網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種所需服務(wù)的操作系統(tǒng)，

14、稱網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)絡(luò)操作系統(tǒng)（Network Operating System）。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) (2) 1）網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信 2）資源管理資源管理 3）網(wǎng)絡(luò)管理：流量、性能 4）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：郵件服務(wù)、文件傳輸分布式操作系統(tǒng)(1) 分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由多臺(tái)分散的計(jì)算機(jī)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由多臺(tái)分散的計(jì)算機(jī)經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而成，經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而成，滿足條件： 系統(tǒng)中任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)可以通過系統(tǒng)的安全通信機(jī)制來交換信息； 系統(tǒng)中的資源為所有用戶共享，用戶只要考慮系統(tǒng)中是否有所需資源，而無需考慮資源在哪臺(tái)計(jì)算機(jī)上； 分布式操作系統(tǒng)(2) 系統(tǒng)中的若干臺(tái)機(jī)器可互相協(xié)作完成同一個(gè)任務(wù)，即一個(gè)程序可以分布于幾臺(tái)計(jì)算機(jī)上并

15、行運(yùn)行。 分布式操作系統(tǒng)(3)1) 進(jìn)程通信：2) 資源共享：3) 并行計(jì)算并行計(jì)算： 4) 網(wǎng)絡(luò)管理：分布式操作系統(tǒng)(4) 已經(jīng)研制出來的分布式操作系統(tǒng)有：已經(jīng)研制出來的分布式操作系統(tǒng)有：l Cm *(美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)) ，l X樹系統(tǒng)樹系統(tǒng)(美國加州大學(xué)伯克利分校美國加州大學(xué)伯克利分校) ，l Arachne(美國威斯康星大學(xué)美國威斯康星大學(xué)) ，l Chorus(法國國家信息與自動(dòng)化研究所法國國家信息與自動(dòng)化研究所) ，l Plan9(美國美國Bell實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室) ，l Amoeba(荷蘭自由大學(xué)荷蘭自由大學(xué)) ，l Guide(法國法國Bull研究中心研究中心)

16、，l Clouds(美國喬治亞理工學(xué)院美國喬治亞理工學(xué)院) ，l CMDS(英國劍橋大學(xué)英國劍橋大學(xué)) 。分布式操作系統(tǒng)(5) 分布式系統(tǒng)研究和開發(fā)的主要方向： 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：非共享/共享通路結(jié)構(gòu)； 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)：資源管理、同步機(jī)制、死鎖檢測(cè)與解除等等； 分布式程序設(shè)計(jì)分布式程序設(shè)計(jì)：語言開發(fā)； 分布式數(shù)據(jù)庫分布式數(shù)據(jù)庫： 設(shè)計(jì)開發(fā)新的分布式數(shù)據(jù)庫； 分布式應(yīng)用分布式應(yīng)用：研究各種分布式并行算法，研究其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用；嵌入式操作系統(tǒng)什么是嵌入式操作系統(tǒng)什么是嵌入式操作系統(tǒng)? ?指運(yùn)行在嵌入式(計(jì)算機(jī))環(huán)境中，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及所有操作的各種部件、裝置等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)

17、調(diào)、處理、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)具有通常操作系統(tǒng)的功具有通常操作系統(tǒng)的功能，包括：與硬件相關(guān)的底層軟件、操能，包括：與硬件相關(guān)的底層軟件、操作系統(tǒng)核心功能（文件系統(tǒng)、存儲(chǔ)管理、作系統(tǒng)核心功能（文件系統(tǒng)、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、進(jìn)程管理、處理器管理和中設(shè)備管理、進(jìn)程管理、處理器管理和中斷處理）、功能強(qiáng)大的還提供圖形界面、斷處理）、功能強(qiáng)大的還提供圖形界面、通信協(xié)議、小型瀏覽器等設(shè)施。通信協(xié)議、小型瀏覽器等設(shè)施。嵌入式嵌入式(計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī))系統(tǒng)系統(tǒng)的硬件不再以物理上獨(dú)的硬件不再以物理上獨(dú)立的裝置或設(shè)備形式出現(xiàn)，而是大部分甚至立的裝置或設(shè)備形式出現(xiàn)，而是大部分甚至全部都隱藏和

18、嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中，對(duì)功全部都隱藏和嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般由：嵌入式系統(tǒng)一般由：嵌入式微處理器嵌入式微處理器、外圍外圍硬件設(shè)備硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)以及以及用戶的應(yīng)用用戶的應(yīng)用程序程序等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備等四個(gè)部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)如：掌上嵌入式系統(tǒng)如：掌上 PDA、電視機(jī)頂盒、電視機(jī)頂盒、手機(jī)、數(shù)字電視、微波爐、數(shù)字相機(jī)、空手機(jī)、數(shù)字電視、微波爐、數(shù)字相機(jī)、空調(diào)、自動(dòng)售貨機(jī)、工業(yè)