專(zhuān)必計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論復(fù)習(xí)第8章操作系統(tǒng)

1、第8章操學(xué)習(xí)目標(biāo)u 了解操的發(fā)展歷史、操的分類(lèi)、操的體系結(jié)構(gòu)、常用主流操、操的新發(fā)展。u 掌握操概念、操的功能、操的一些基本概念及組成。u 操(Operating System)是建立在機(jī)上的第一層軟件系統(tǒng)，屬于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件。沒(méi)有操計(jì)算機(jī)將無(wú)法正常工作。，整個(gè)2計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1操操概念的一些基本概念8.1.1u 要理解操的概念，首先要清楚兩點(diǎn)：Ø 操屬于軟件，它是最接近于硬件的第一層軟件。Ø 一臺(tái)計(jì)算機(jī)，首先必須為它安裝操夠正常工作。，計(jì)算機(jī)才能u “操就是合理管理并計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種軟、硬件，并能夠合理組織工作流程、方便用戶使用的程序的集合”。Ø 例如：W

2、indows，Unix，Linux等3計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.1現(xiàn)代操u(mài) 1并發(fā)操的一些基本概念通常都有著一些共同的基本概念。Ø 并發(fā)通常指多個(gè)任務(wù)可以在同一個(gè)時(shí)間段內(nèi)同時(shí)執(zhí)行，即多個(gè)任務(wù)在宏觀上并行，微觀上仍然串行(對(duì)于單CPU系統(tǒng)而言)。而并行則指的是多個(gè)任務(wù)真正意義上的同時(shí)執(zhí)行u 2操內(nèi)核Ø (1) 處理機(jī)的工作狀態(tài)。通常除了系統(tǒng)中非常簡(jiǎn)單的CPU之外，多數(shù)CPU都有兩個(gè)工作模式，分別稱(chēng)為Ø (2) 操稱(chēng)為操模式和用戶模式。內(nèi)核。操在態(tài)下運(yùn)行的部分內(nèi)核。通常，內(nèi)核應(yīng)該具有的基本功管理、I/O管理和文件能有處理機(jī)調(diào)度、。4計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.1u 3進(jìn)程和線程

3、Ø 進(jìn)程(Process)指的是程序的一次執(zhí)行。操的一些基本概念Ø 在操中，進(jìn)程是分配的最小。如果系統(tǒng)不支持線程，那么進(jìn)程同時(shí)也是處理機(jī)調(diào)度的基本u 4死鎖。Ø 當(dāng)多個(gè)進(jìn)程在系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，如果對(duì)于這些的使用不加限制或規(guī)范，就可能引起系統(tǒng)中所有進(jìn)程集合中的進(jìn)程都無(wú)法執(zhí)行完成，它們都在等待本進(jìn)程集合中的進(jìn)程相應(yīng)的，這些進(jìn)程就處于死鎖狀態(tài)。5計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.1操的一些基本概念A(yù)BØ 一個(gè)簡(jiǎn)單的例子， 可以通過(guò)它來(lái)理解死鎖的概念設(shè)有兩個(gè)進(jìn)程A、B，為了完成各自的應(yīng)用它們都需要使用打印機(jī)和 CD刻錄機(jī)。假設(shè)系統(tǒng)首先已經(jīng)將打印機(jī)分配給了進(jìn)程A，CD刻錄機(jī)分配給

4、了進(jìn)程B，并且兩個(gè)進(jìn)程都已經(jīng)開(kāi)始執(zhí)行，用實(shí)箭頭分別指向這兩分配；如果A在執(zhí)行過(guò)程中，還要請(qǐng)求使用CD刻個(gè)進(jìn)程表示這樣的錄機(jī)才能最終完成它的應(yīng)用，而B(niǎo)在執(zhí)行中也要請(qǐng)求使用打印機(jī)才能結(jié)束，用虛箭頭表示這樣的請(qǐng)求。運(yùn)行結(jié)果是，A、B進(jìn)程都會(huì)在某個(gè)時(shí)刻無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行完成，A因?yàn)橐褂肂已經(jīng)擁有的CD刻錄機(jī)而無(wú)法得到，處于一個(gè)阻塞等待狀態(tài)；而B(niǎo)也會(huì)因?yàn)橐褂靡呀?jīng)分配給A的打印機(jī)處于阻塞等待狀態(tài)；最終，進(jìn)程 A、B誰(shuí)都無(wú)法執(zhí)行完成，處于一個(gè)永遠(yuǎn)等待的狀態(tài)，這就是死鎖。6計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論CD 刻錄機(jī)打印機(jī)8.1.1u 5地址空間每臺(tái)計(jì)算機(jī)都配備有一定大小的物理內(nèi)存，這些物理內(nèi)存由一些連續(xù)的物理單元組成，為這些物

5、理單元分別編址， 就是內(nèi)存的物理地址。任何程序要得以執(zhí)行，就必須到物理地址空間。每個(gè)進(jìn)程也有它的地 址空間，通常稱(chēng)為邏輯地址空間或虛地 址空間，指的是進(jìn)程的邏輯地址的集合， 這個(gè)地址的開(kāi)始值通常為0，一直到某個(gè)操的一些基本概念最大值 232-1 。這個(gè)最大值的地址結(jié)構(gòu)有關(guān)，例如，如果采用32位地址結(jié)構(gòu)，這個(gè)最大值就是。一個(gè)進(jìn)程的虛空間通常有的布局。7計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論到操內(nèi)核用戶棧空閑區(qū)堆數(shù)據(jù)段程序段8.1.1u 6I/O設(shè)備操的一些基本概念Ø 操Øu 7.通常將I/O設(shè)備分為兩類(lèi)：字符設(shè)備和塊設(shè)備。設(shè)備狀態(tài)，設(shè)備分配，緩沖功能，設(shè)備文件管理性功能。Ø 邏輯結(jié)構(gòu)，物理

6、結(jié)構(gòu)，存取方式，方便的操作，目錄管理， 安全，可靠性，共享等。表 示目錄8計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論表 示文件8.1.1u 8安全Ø 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的普及以及與發(fā)展。操的一些基本概念的不斷結(jié)合、Ø本身已經(jīng)成為一門(mén)重要的學(xué)科，引起了廣泛的關(guān)注和研究。u 9shellØ shell實(shí)際上是操令解釋器，同時(shí)，它也是命令級(jí)的用戶接口。同時(shí)其本身也是一種高級(jí)編程語(yǔ)言，它有變量和程序結(jié)構(gòu)。Ø 系統(tǒng)管理員通常編寫(xiě)一些shell 理和維護(hù)，通過(guò)執(zhí)行shell來(lái)方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管程序，用戶能夠簡(jiǎn)單并且迅速地開(kāi)始一系列復(fù)雜的任務(wù)或者執(zhí)行一個(gè)重復(fù)的程序。9計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.2操的

7、基本組成Ø 現(xiàn)代操一般由用戶接口、進(jìn)程管理、管理、。I/O設(shè)備管理、文件管理5個(gè)部分組成，操用戶接口I/O 設(shè)備管理管理進(jìn)程管理文件管理10計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.1操的一些基本概念u 1用戶接口Ø 操通常都提供兩類(lèi)用戶接口：命令接口(如shell命令)和程序接口(也稱(chēng)系統(tǒng)調(diào)用，大多數(shù)系統(tǒng)以函數(shù)形 式提供給用戶使用)。Ø 編程通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用請(qǐng)求系統(tǒng)，它就像是一個(gè)黑。系統(tǒng)調(diào)用的過(guò)程匣子，向用戶。了系統(tǒng)內(nèi)部的陷入11計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論系統(tǒng)調(diào)用用戶空間空間8.1.1u 2進(jìn)程管理Ø (1) 進(jìn)程的描述。進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念。Ø (2) 進(jìn)

8、程的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換。進(jìn)程一般有3個(gè)最基本的狀態(tài)：運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)、阻塞態(tài)操的一些基本概念運(yùn)行態(tài)就緒態(tài)阻塞態(tài)Ø (3) 進(jìn)程和調(diào)度。可以暫且將進(jìn)程調(diào)度看作是處理機(jī)調(diào)度。12計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.2操的基本組成Ø (4) 進(jìn)程間通信。進(jìn)程與進(jìn)程之間往往有著不同的劃分為兩類(lèi)：進(jìn)程之間需要共享系統(tǒng)內(nèi)的某些，通常把這些而的進(jìn)程之間的約束。（例兩個(gè)進(jìn)程都要使用系統(tǒng)打印機(jī)，如果打印機(jī)先分配給了其中一個(gè)進(jìn)程，另外一個(gè)進(jìn)程就只有等待前面那個(gè)進(jìn)程該進(jìn)程間的是運(yùn)行在系統(tǒng)內(nèi)的進(jìn)程，它們需要互相發(fā)送消息、相互等待、相互合作，即進(jìn)程之間有著直接的相互影響。(例一批數(shù)據(jù)需要按順序分別計(jì)算并打印輸出，兩個(gè)進(jìn)程計(jì)

9、算進(jìn)程和打印進(jìn)程共同完成)13計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.2操的基本組成u 3管理管理方式主要有單一分區(qū)、多分區(qū)、分段頁(yè)等多種不同的方式。頁(yè)、分Ø (1) 單一分區(qū)管理方式整個(gè)內(nèi)存除了操只分配給一個(gè)進(jìn)程使用。外，其余的內(nèi)存空間Ø (2) 多分區(qū)內(nèi)存除操管理方式。多分區(qū)管理方式將之外的空間劃分成多個(gè)分區(qū)。(a) 單一分區(qū)14計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論(b) 多分區(qū)進(jìn)程 1進(jìn)程 2進(jìn)程 3操用戶進(jìn)程操8.1.2操的基本組成Ø (3) 分頁(yè)動(dòng)態(tài)分區(qū)管理方式管理雖然可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)虛擬存儲(chǔ)，但是，仍然有它的局限性：有時(shí)需要在內(nèi)、外存之間交換多個(gè)進(jìn)程，這一操開(kāi)銷(xiāo)非常大。另外，可用分區(qū)的大

10、小仍然會(huì)限制一個(gè)進(jìn)程能否運(yùn)行。高 00進(jìn)程空間物理空間15計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.2操的基本組成Ø(4) 分段管理方式這種管理方式將進(jìn)程的虛空間按照邏輯性來(lái)加以劃分，可以分為程序段、數(shù)據(jù)段、堆棧段等，然后利用動(dòng)態(tài)分區(qū)管理的方式進(jìn)行內(nèi)存管理，只不過(guò)內(nèi)存分配的對(duì)象不再是整個(gè)進(jìn)程，而是進(jìn)程的一個(gè)段。Ø(5) 段頁(yè)管理方式段頁(yè)式的管理方式將分頁(yè)與分段兩種方式相結(jié)合。16計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.2u 5I/O設(shè)備管理Ø (1) 中斷。當(dāng)設(shè)備完成了輸入/輸出后，會(huì)通過(guò)中斷操的基本組成器向CPU發(fā)出硬件中斷，這些硬件中斷都事先有固定的編號(hào)，稱(chēng)為中斷號(hào)。每個(gè)硬件中斷都有相應(yīng)的中斷服務(wù)

11、程序。中斷器CPU中斷響應(yīng)產(chǎn)生中斷外設(shè)中斷請(qǐng)求總線17計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.2操的基本組成u (2) I/O軟件。ØI/O軟件通常組織成的層次結(jié)構(gòu)。Ø 中斷處理程序。Ø 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。Ø 設(shè)備無(wú)關(guān)軟件層。Ø 用戶層I/O軟件。18計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論用戶層 I/O 軟件設(shè)備無(wú)關(guān)軟件層設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中斷處理程序8.1.2操的基本組成u 5文件管理Ø文件是保存信息的一種主要形式，通常把操中進(jìn)行文件管理的部分(1) 文件命名。(2) 文件屬性。(3) 文件操作。(4) 文件邏輯結(jié)構(gòu)。文件系統(tǒng)。ØØØØ無(wú)結(jié)構(gòu)的

12、字節(jié)序列，如源程序文件、目標(biāo)代碼文件；有結(jié)構(gòu)的的信息式文件，通常指一個(gè)具有特定意義。ØØØ(5) 文件的存取方式。順序存取隨機(jī)存取。(6) 文件的物理結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的文件物理結(jié)構(gòu)有3種：連續(xù)文件、引文件。文件、索19計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.2 連續(xù)文件開(kāi)銷(xiāo)比較大、浪費(fèi)操的基本組成空間文件有利于文件的動(dòng)態(tài)變化，只適合采用順序存取方式，存 取效率不高。 索引文件方便了文件的存取、適應(yīng)于經(jīng)常變化的文件，但文件很大時(shí)索引表也會(huì)變得很龐大。(7) 文件目錄管理。 路徑名。一種是絕對(duì)路徑名，如/usr/jone/tail.c或usrjonetail.c另一種是相對(duì)路徑。 目錄的操作

13、這些常用的操作有創(chuàng)建、刪除、打開(kāi)、關(guān)閉、讀、重命ØØØ名、取消等。20計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.3操在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位Ø 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通?？梢詣澐殖傻膶哟谓Y(jié)構(gòu)。Ø 第一層為機(jī)硬件，第二層到第四層都可以稱(chēng)為軟件層，其中，第二層和第三層為系統(tǒng)軟件層，第二層即為操層。21計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論應(yīng)用系統(tǒng)飛機(jī)票預(yù)定系統(tǒng)Web瀏覽器編譯程序編輯程序DBMS操物理設(shè)備8.1.4操的啟動(dòng)u操的啟動(dòng)是由引導(dǎo)完成，這個(gè)程序通常放在基本輸入/輸出系統(tǒng)中。u操動(dòng)步驟如下：Ø (1) 系統(tǒng)加電，處理器復(fù)位，查找含有計(jì)算機(jī)啟動(dòng)指令的BIOS。Ø (2) BIOS執(zhí)

14、行加電自檢，檢測(cè)系統(tǒng)各個(gè)部件，同時(shí)顯示檢測(cè)信息。的所有活動(dòng)。具體的啟22計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.1.4操的啟動(dòng)Ø(3) 將自檢結(jié)果與CMOS(Complementary M-Oxide-Semiconductor，一種特殊的只讀器，其中了計(jì)算機(jī)的配置信息)配置信息相比較，如果有問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)做出相應(yīng)的處理。Ø(4) 如果自檢，BIOS就會(huì)到外存中分區(qū)引導(dǎo)塊進(jìn)入內(nèi)存，并執(zhí)行引導(dǎo)塊程序?qū)Σ龠M(jìn)行引導(dǎo)，操的初始化等工作。進(jìn)入內(nèi)存后即接，繼Ø(5) 操根據(jù)系統(tǒng)配置信息，執(zhí)行并啟動(dòng)一些系統(tǒng)程序，完成整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)。23計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.2操的發(fā)展Ø 計(jì)算機(jī)硬件發(fā)展與計(jì)算機(jī)應(yīng)

15、用相結(jié)合的角度，通常把操的發(fā)展劃分為手工操作、批處理系統(tǒng)、多道程序系統(tǒng)、現(xiàn)代操等4個(gè)階段。24計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.2.1手工操作階段Ø 主要元器件是電子管，CPU運(yùn)算速度比較慢(只有幾千次/s)。Ø 系統(tǒng)利用率低。Ø 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性也低。25計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.2.2批處理系統(tǒng)階段Ø 20世紀(jì)50年代中期，出現(xiàn)了晶體管元器件Ø CPU的處理速度得到了提高Ø 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性提高Ø 出現(xiàn)了一些早期的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如匯編語(yǔ)言、FORTRAN語(yǔ)言。Ø 提出了批處理系統(tǒng)26計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.2.3多道程序系統(tǒng)階段

16、6; 20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了集成電路Ø CPU的處理速度有了更大提高工藝Ø 系統(tǒng)的性價(jià)比有了很大的提高Ø 人們提出了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)Ø 基本思想：將內(nèi)存劃分為幾個(gè)部分，每一部分稱(chēng)為一 個(gè)內(nèi)存分區(qū)，每個(gè)分區(qū)中存放不同的作業(yè)，這樣CPU的利用率可以得到很大程度的提高。27計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.2.4現(xiàn)代操階段Ø 20世紀(jì)80年代起，大規(guī)模集成電路得到了進(jìn)一步發(fā)展，硬件成本不斷降低計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用 已經(jīng)又從商業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展到了普通的企業(yè)及個(gè)人。Ø 具有圖形用戶界面Ø 出現(xiàn)了操操、多處理機(jī)系統(tǒng)、分布式也飛速發(fā)展。，操28計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.3

17、操原理u 1 進(jìn)程進(jìn)程是指程序的一次執(zhí)行。進(jìn)程具有以下特征:Ø (1) 動(dòng)態(tài)性進(jìn)程是進(jìn)程實(shí)體的執(zhí)行過(guò)程，所以，動(dòng)態(tài)性是進(jìn)程最 基本的特性。Ø (2) 并發(fā)性指多個(gè)進(jìn)程實(shí)體，共存于內(nèi)存中，能在一段時(shí)間段內(nèi) 同時(shí)執(zhí)行。Ø (3)性進(jìn)程是一個(gè)能運(yùn)行的基本。Ø (4) 異步性進(jìn)程按異步方式運(yùn)行。Ø (5) 結(jié)構(gòu)特征塊3部分組成進(jìn)程實(shí)體是由程序段、數(shù)據(jù)進(jìn)程29計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.3操原理u 2進(jìn)程的同步與互斥Ø 進(jìn)程同步是指有協(xié)作關(guān)系的進(jìn)程之間不斷地調(diào) 整它們之間的相對(duì)速度或執(zhí)行過(guò)程，以保證臨界的合理利用和進(jìn)程的順利執(zhí)行。Ø 實(shí)現(xiàn)互斥的

18、一種軟件是采用鎖機(jī)制，即提供一對(duì)上鎖(Lock)和開(kāi)鎖(Unlock)原語(yǔ)，以及一個(gè) 鎖變量w或者是鎖位。30計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.3操原理u 3線程Ø 一個(gè)進(jìn)程內(nèi)部的基本調(diào)度稱(chēng)為線程或輕型線程。5種基本操作來(lái)轉(zhuǎn)換Ø線程的3種基本狀態(tài)，線程 的狀態(tài):(1) 派生；(2) 調(diào)度；(3) 阻塞；(4) 激活；(5) 結(jié)束Ø 線程與進(jìn)程的比較:(1) 進(jìn)程是分配的基本。(2) 線程是分配處理機(jī)的基本在處理機(jī)上運(yùn)行的是線程。(3) 一個(gè)線程只能屬于一個(gè)進(jìn)程，而一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程，且至少有一個(gè)線程。(4) 線程在執(zhí)行過(guò)程中需要協(xié)作同步。不同進(jìn)程的線程間要利，它與分配無(wú)關(guān)，即

19、真正用消息通信的實(shí)現(xiàn)同步。31計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.4操的分類(lèi)u 1.批處理操Ø 主要特點(diǎn)是系統(tǒng)吞吐量大、系統(tǒng)利用率較高、平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間(作業(yè)從提交到結(jié)果輸出的時(shí)間)較長(zhǎng)，系統(tǒng)無(wú)交互力。u 2.分時(shí)操Ø 較好的交互性；同時(shí)，系統(tǒng)u 3.實(shí)時(shí)操利用率也得到了很大的提高。Ø 具有驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，往往是由外部來(lái)觸發(fā)系統(tǒng)的響應(yīng)；有實(shí)時(shí)性和高可靠性的要求。32計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.4操的分類(lèi)u 4.Ø 組成操的各臺(tái)計(jì)算機(jī)物理分散且高度自治，各計(jì)算機(jī)都有各自的軟、硬件，系統(tǒng)的主要目的是共享、信息交換和協(xié)作。u 5.操Ø 具有普通計(jì)算機(jī)具有的通常功能，但同時(shí)具有實(shí)時(shí)系

20、統(tǒng)的特征，通常是更小的具有一定硬件功能的系統(tǒng)。33計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.5操的功能Ø 操功能和的功能通常可分為擴(kuò)展的虛擬機(jī)管理功能兩個(gè)方面 。34計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.5.1管理功能Ø 1處理機(jī)管理Ø 2管理(1) 內(nèi)存分配(2) 內(nèi)存保護(hù)(3) 虛擬(4) 地址Ø 3I/O設(shè)備管理Ø 4文件管理35計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.5.2擴(kuò)展的虛擬機(jī)功能Ø 操互以及為用戶提供了友好的人機(jī)交接口，使得計(jì)算機(jī)看上去像是功能得到了擴(kuò)展的。36計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.5.3操操的功能u 常用的有Windows NT、UNIX、Linux、NetWare等。操除具有一般操

21、的功能外，還 應(yīng)該具有通信、管理以及多種Ø (1)服務(wù)等功能。通信Ø 任務(wù)是在源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。Ø (2)Ø 對(duì)管理中的各種軟、硬件實(shí)施管理;保證數(shù)據(jù)的安全性和一致性。37計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.5.3操的功能u (3)Ø 為服務(wù)用戶提供多種服務(wù)。u (4)管理Ø 保證計(jì)算機(jī)的安全性。u (5) 互操作Ø 能與服務(wù)器通信，還能服務(wù)器上的文件系統(tǒng)。38計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.6u 整體結(jié)構(gòu)Ø 實(shí)質(zhì)上是沒(méi)有結(jié)構(gòu)，整個(gè)操操的體系結(jié)構(gòu)由若干的具有一定功能的過(guò)程組成，過(guò)程和過(guò)程之間可以根據(jù)需要按事先定義的接口相互進(jìn)行調(diào)

22、用。u 分層結(jié)構(gòu)Ø 操按一定的功能模塊分層組織，下一層是相鄰上一層的基礎(chǔ)，層與層之間有嚴(yán)格的接口定義，只在相鄰層之間發(fā)生交互。39計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.6操的體系結(jié)構(gòu)u 虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)Ø 它以運(yùn)行在或某一種操軟件(虛擬機(jī)軟件/機(jī)上的)為基礎(chǔ)，向上提供虛擬機(jī)的功能，每個(gè)虛擬機(jī)都像是u 微內(nèi)核結(jié)構(gòu)機(jī)硬件的。Ø 盡量減小運(yùn)行心態(tài)下的內(nèi)核，將操的一些傳統(tǒng)功能作為服務(wù)器進(jìn)程在用戶態(tài)下運(yùn)行，內(nèi)核的是在多個(gè)服務(wù)器進(jìn)程間以及用戶進(jìn)程與服務(wù)器進(jìn)程間進(jìn)行消息傳遞。40計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.7并發(fā)性Ø 并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。并行性是指兩個(gè)或多個(gè)在同一時(shí)刻發(fā)生。

23、6; 實(shí)現(xiàn)并發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵之一是如何對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)活動(dòng)(進(jìn)程)進(jìn)行切換。在多道程序環(huán)境下，并行 性使多個(gè)程序同一時(shí)刻可在不同CPU上同時(shí)執(zhí)行。41計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.8調(diào)度與分派u 常用的任務(wù)調(diào)度算法如下:u 1優(yōu)先數(shù)調(diào)度Ø 優(yōu)先數(shù)調(diào)度算法是基于設(shè)置的進(jìn)程優(yōu)先數(shù)，把處理器分派 給就緒隊(duì)列中優(yōu)先數(shù)最高的就緒進(jìn)程。u 2時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法調(diào)度Ø 輪轉(zhuǎn)法調(diào)度進(jìn)程的關(guān)鍵：一是要利用時(shí)鐘，定時(shí)發(fā)出時(shí)鐘 中斷，以調(diào)度另一就緒進(jìn)程運(yùn)行；二是決定時(shí)間片大小，時(shí)間片過(guò)大， 系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。u 3分級(jí)調(diào)度為優(yōu)先數(shù)法，難以實(shí)現(xiàn)輪轉(zhuǎn)執(zhí)行，增加Ø 分級(jí)調(diào)度又稱(chēng)反饋隊(duì)列或多級(jí)隊(duì)列調(diào)度，該調(diào)度算法的主 要思想

24、是將就緒進(jìn)程列入多個(gè)不同級(jí)別的就緒進(jìn)程隊(duì)列。42計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.9安全與保護(hù)u 計(jì)算機(jī)安全性基本內(nèi)容是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件、數(shù)據(jù)加以保護(hù)，不因偶然或而造成破壞、更改和泄露，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)得以連續(xù)、正常地運(yùn)行。Ø 1操Ø 2安全需求Ø 3安全策略Ø 4安全模型Ø 5安全機(jī)制(1) 內(nèi)存保護(hù)(2) 運(yùn)行保護(hù)。(3) I/O保護(hù)Ø 6認(rèn)證機(jī)制安全性主要內(nèi)容Ø 7機(jī)制43計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.10 文件系統(tǒng)Ø 操為文件中負(fù)責(zé)管理和文件信息的軟件機(jī)構(gòu)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)文件系統(tǒng)。Ø 文件系統(tǒng)由3部分組成：與文件管理有關(guān)的軟件、

25、被管理的文件以及實(shí)施文件管理所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Ø 從系統(tǒng)角度來(lái)看，文件系統(tǒng)是對(duì)文件器空間進(jìn)行組織和分配，負(fù)責(zé)文件的行保護(hù)和檢索的系統(tǒng)。并對(duì)存入的文件進(jìn)44計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.11容錯(cuò)Ø 系統(tǒng)的恢復(fù)能力就是容錯(cuò)能力，簡(jiǎn)稱(chēng)容錯(cuò)Ø 20世紀(jì)80年代，第一代容錯(cuò)技術(shù)就開(kāi)始進(jìn)入領(lǐng)域Ø 1993年，Intel I860處理器在Stratus的硬件級(jí)容錯(cuò)體系結(jié)構(gòu)中應(yīng)用Ø 1996年，容錯(cuò)技術(shù)得到HP的支持，共同推出StratusContinuum系列，將Stratus容錯(cuò)結(jié)構(gòu)結(jié)合HP PA RISC對(duì)稱(chēng)多處理技術(shù)。45計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.12系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)u 1性能

26、評(píng)價(jià)目的Ø (1) 系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)是指在眾多的系統(tǒng)中選擇一個(gè)最需要的系統(tǒng)，或在眾多的方案中選擇一個(gè)較好的方案，達(dá)到較好的性價(jià)比Ø (2) 對(duì)已其運(yùn)行效率的性能缺陷進(jìn)行改進(jìn)，以便提高Ø (3) 對(duì)未來(lái)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行性能本方面實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)或配置，在性能成46計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.12系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)u 2性能評(píng)價(jià)參數(shù)Ø (1) 可靠性或可利用性。Ø (2) 處理能力或效率。Ø 吞吐率：系統(tǒng)在時(shí)間內(nèi)能處理正常作業(yè)的個(gè)數(shù)。Ø 響應(yīng)的時(shí)間：系統(tǒng)得到輸入到給出輸出之間的時(shí)間。Ø 利用率：在給定的時(shí)間區(qū)間中，各種部件(包括硬設(shè)備 和軟系統(tǒng))被使用的時(shí)間與整個(gè)時(shí)間之比。Ø 丟失率(或阻塞率)：信息傳輸(用戶呼叫)丟失量與信息傳輸(用戶呼叫)總量之比。47計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.12u 3性能評(píng)價(jià)方法Ø (1) 測(cè)量方法。通過(guò)一定的測(cè)量設(shè)備或一定的測(cè)量程序， 直接從系統(tǒng)測(cè)得各項(xiàng)性能指標(biāo)或與之密切相關(guān)的量， 求出相應(yīng)的性能指標(biāo)。Ø (2) 模擬模型方法。用程序動(dòng)態(tài)地模擬系統(tǒng)及其負(fù)載。系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)描述：模擬語(yǔ)言建立系統(tǒng)模型。執(zhí)行：或時(shí)間驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型。統(tǒng)計(jì)分析：性能參數(shù)。Ø (3) 分析方法。用數(shù)學(xué)模型工具的理論與方法描述性能、負(fù)載之間的關(guān)系。48計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論8.13Ø（Script）就是