操作系統(tǒng)2002--概述

1、操操 作作 系系 統(tǒng)統(tǒng) 概概 述述一、什么是操作系統(tǒng)一、什么是操作系統(tǒng)三、操作系統(tǒng)的主要分類三、操作系統(tǒng)的主要分類二、操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程二、操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程四、現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)四、現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)五、操作系統(tǒng)的環(huán)境五、操作系統(tǒng)的環(huán)境六、操作系統(tǒng)的管理功能六、操作系統(tǒng)的管理功能七、操作系統(tǒng)與用戶的接口七、操作系統(tǒng)與用戶的接口一、什么是操作系統(tǒng)一、什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的基本部分（用戶和計(jì)算機(jī)硬件之間的接口模塊，是計(jì)算機(jī)的核心控制軟件），它負(fù)責(zé)組織和管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件資源（資源分配合理、安全有效）；協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部分之間（組織多道程序運(yùn)行）、系統(tǒng)與使用者之間（良好

2、的工作環(huán)境、使用方便）以及使用者和使用者之間的關(guān)系，使整個(gè)系統(tǒng)能高效地運(yùn)轉(zhuǎn)并為系統(tǒng)的使用者提供一個(gè)研制和運(yùn)行程序的良好、方便的環(huán)境。1 1、科普的觀點(diǎn)、科普的觀點(diǎn) 操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的管理和控制中心，它依照設(shè)計(jì)者制定的各種調(diào)度策略組織和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源，使之能高效地運(yùn)行。2 2、功能的觀點(diǎn)、功能的觀點(diǎn) 操作系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)資源管理系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部資源的分配、控制、調(diào)度和回收。3 3、用戶的觀點(diǎn)、用戶的觀點(diǎn) 操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)與用戶之間的接口，用戶通過(guò)這種接口使用計(jì)算機(jī)。4 4、軟件的觀點(diǎn)、軟件的觀點(diǎn) 操作系統(tǒng)是程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合。5 5、管理的觀點(diǎn)、管理的觀點(diǎn) 操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)

3、硬件和軟件資源的合理而協(xié)調(diào)的管理者。6 6、 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 是一個(gè)大型的程序系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制并協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信息的存取和保護(hù)。它提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境。操作系統(tǒng)使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效率和高度自動(dòng)化。目前流行的操作系統(tǒng)：DOSUNIX LINUX MINIXWINDOWS NT WINDOWS 95/98/2000并行UNIX、Mach/OS、OFS/1 操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位用戶n用戶2用戶1編譯程序 編譯程序 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng). 操作系統(tǒng)硬件 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是按用戶的要求接收和存儲(chǔ)信息、自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)

4、處理并輸出結(jié)果信息的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件（子）系統(tǒng)和軟件（子）系統(tǒng)組成 操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一種系統(tǒng)軟件，由它統(tǒng)一管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源和控制程序的執(zhí)行。資 源計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在使用各種資源時(shí)會(huì)遇到那些問(wèn)題： 任何一個(gè)程序的執(zhí)行都必須要首先獲得資源 在資源有限的情況下，對(duì)資源的請(qǐng)求和使用就會(huì)產(chǎn)生沖突。 因此，需要一個(gè)管理者或者仲裁者對(duì)這種 情況加以管理和控制中央處理機(jī)（CPU）內(nèi)存 I/O設(shè)備（鍵盤、顯示器、打字機(jī)、鼠標(biāo)）外部設(shè)備 存儲(chǔ)設(shè)備（硬盤、軟盤、光盤、磁帶） 其它設(shè)備（MODEM、通信口）系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、語(yǔ)言編譯器、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）應(yīng)用軟件 （CAD、MIS、用戶自己開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)等）工具

5、軟件（軟、硬件檢測(cè)疹斷程序）第一個(gè)目的： 機(jī)器擴(kuò)充，成為一臺(tái)功能更強(qiáng)的虛擬機(jī)（沒(méi)有操作系統(tǒng)，則所有資源的使用均由用戶來(lái)控制，結(jié)果不可預(yù)測(cè)?。?。第二個(gè)目的： 提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作效率（資源管理的角度） 監(jiān)視各種資源并隨時(shí)記錄它們的狀態(tài)； 實(shí)施某種策略以決定誰(shuí)獲得資源，何時(shí)獲得，獲得多少； 分配資源供需求者使用，回收資源，以便再分配。二、操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程二、操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率的需要 方便用戶的需要 器件的不斷更新?lián)Q代 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展1、人工操作階段 操作過(guò)程：程序員將其編好的程序從紙帶或卡片機(jī)上裝入內(nèi)存；然后，通過(guò)按適當(dāng)?shù)逆I或開(kāi)關(guān)去加

6、載開(kāi)始地址并啟動(dòng)程序運(yùn)行；在程序運(yùn)行過(guò)程中，程序員通過(guò)控制臺(tái)上的各種顯示燈來(lái)監(jiān)測(cè)程序的執(zhí)行情況，如發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，就停止程序的運(yùn)行，查看存儲(chǔ)單元和寄存器里的內(nèi)容，對(duì)它進(jìn)行排錯(cuò)；最后結(jié)果打印輸出或鑿孔輸出。使用計(jì)算機(jī)早期系統(tǒng)的一般操作步驟是：?jiǎn)?dòng)讀卡機(jī)執(zhí)行匯編語(yǔ)言解釋程序啟動(dòng)讀卡機(jī)或磁帶機(jī)把目標(biāo)程序裝入計(jì)算機(jī)；運(yùn)行目標(biāo)程序 特點(diǎn)：采用預(yù)約方式分配機(jī)時(shí)（計(jì)劃時(shí)間和實(shí)際使用時(shí)間不一致）；手工操作方式啟動(dòng)設(shè)備和主機(jī)運(yùn)行；用機(jī)器語(yǔ)言編制程序；程序員（兼操作員，因此，對(duì)其要求很高）獨(dú)占計(jì)算機(jī)和所有附屬設(shè)備。問(wèn)題：（1）用戶獨(dú)占全機(jī)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)的全部資源只能由一個(gè)用戶獨(dú)占。（2）CPU等待人工操作。當(dāng)用戶進(jìn)行裝帶

7、（卡）、卸帶（卡）等人工操作時(shí)。CPU是空閑的。 用戶在計(jì)算機(jī)上算題的所有工作都要用戶人工干預(yù)，如程序的裝入、運(yùn)行、結(jié)果的輸出等。 隨著計(jì)算機(jī)速度的加快，人機(jī)矛盾越來(lái)越大，例如：上機(jī)操作要1 分鐘 ，運(yùn)行時(shí)間20分鐘（10萬(wàn)次/sec） 上機(jī)操作要 1分鐘 ，運(yùn)行時(shí)間0.2分鐘（1000萬(wàn)次/sec）解決辦法：雇傭?qū)I(yè)的操作人員。操作系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程要解決的主要矛盾： 人的操作速度與計(jì)算機(jī)計(jì)算速度之間的矛盾； CPU速度的迅速提高和I/O設(shè)備的速度提高緩慢之間 的矛盾。2、簡(jiǎn)單的監(jiān)控（監(jiān)督）程序（早期的批處理） CPU速度提高，I/O所占時(shí)間比例越來(lái)越大，效率越來(lái)越低（機(jī)器的成本是按照生命期的長(zhǎng)短

8、攤到 CPU上的，因此機(jī)時(shí)非常寶貴）。 為了解決CPU和IO設(shè)備之間速度不匹配的矛盾，50年代末出現(xiàn)了脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)。在一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，事先把紙帶（或卡片）機(jī)上的數(shù)據(jù)（或程序）輸入到磁帶（或磁盤）上，當(dāng)CPU需要時(shí)，再?gòu)拇艓Вɑ虼疟P）上高速的調(diào)入內(nèi)存。當(dāng)CPU輸出時(shí)，也采用類似的技術(shù)。磁盤打印機(jī)主機(jī)輸入設(shè)備外圍機(jī)外圍機(jī)磁盤特點(diǎn)：使用專業(yè)操作員（排錯(cuò)工作仍由程序員完成），提高裝卸作業(yè)的效率；把作業(yè)按組或批來(lái)組織（同類型如FORTRAN放在一起）， 減少系統(tǒng)軟件的裝載次數(shù)。 仍然存在的問(wèn)題：由人判斷作業(yè)的正常還是異常終止，完成信息轉(zhuǎn)儲(chǔ)，控制作業(yè)切換，在人做這些工作的時(shí)候，CPU空閑。 這時(shí)

9、出現(xiàn)初級(jí)的操作系統(tǒng)常駐監(jiān)控程序（常駐內(nèi)存），完成自動(dòng)作業(yè)定序。此時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)的控制權(quán)在常駐監(jiān)控程序與用戶程序之間切換。這就是早期的批處理階段。由于是串行執(zhí)行作業(yè)，因此稱為單道批處理。 為常駐監(jiān)控程序提供對(duì)作業(yè)進(jìn)行控制的信息的方式：控制卡片。因此，常駐監(jiān)控程序的內(nèi)容主要有：控制卡片解釋程序、系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序的加載程序以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。 早期批處理又分為聯(lián)機(jī)批處理和脫機(jī)批處理（使用衛(wèi)星計(jì)算機(jī)）兩種。 CPU可以與外部設(shè)備并行工作SPOOLing （Simultaneous Peripheral Operation on Line）技術(shù) 磁盤CPU打印機(jī)輸入機(jī)3、多道批處理系統(tǒng)階段 計(jì)算機(jī)的發(fā)展提

10、供了大容量硬盤和通道（專門用來(lái)控制輸入輸出設(shè)備的處理機(jī)）。原來(lái)以CPU 為 中心的結(jié)構(gòu)改變?yōu)橐灾鞔鏋橹行牡慕Y(jié)構(gòu)，使得I/O和CPU并行起來(lái)操作成為可能，這樣，CPU的大部分時(shí)間就可全部作數(shù)據(jù)處理用。為改善和提供效率，幾道（不同性質(zhì)的）程序交替運(yùn)行是一個(gè)可行的方法。這就是“多道程序設(shè)計(jì)”。60年代計(jì)算機(jī)硬件獲得兩個(gè)重大的進(jìn)展n通道技術(shù)n中斷技術(shù)通道通道: : 是一種專用部件，負(fù)責(zé)外部設(shè)備與內(nèi)存之間信息的傳輸。中斷：指主機(jī)接到外界的信號(hào)（來(lái)自CPU外部或內(nèi)部）時(shí)，立即 中止原來(lái)的工作，轉(zhuǎn)去處理這一外來(lái)事件，處理完后， 主機(jī)又回到原來(lái)工作點(diǎn)繼續(xù)工作。多道系統(tǒng)的特征： 計(jì)算機(jī)內(nèi)同時(shí)存在幾道程序 多道性

11、 這些程序均處于運(yùn)行過(guò)程中 - 無(wú)序性 程序是交替串行運(yùn)行 - 調(diào)度性多道系統(tǒng)必須解決的問(wèn)題： 處理機(jī)管理問(wèn)題 內(nèi)存管理問(wèn)題 IO設(shè)備管理問(wèn)題 作業(yè)管理問(wèn)題 文件管理問(wèn)題三、操作系統(tǒng)的主要分類三、操作系統(tǒng)的主要分類1、批處理操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)單道批處理操作系統(tǒng)多道批處理操作系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)磁盤打印機(jī)輸入機(jī)CPU磁盤作業(yè)內(nèi)存后備作業(yè)輸出信息單道批處理系統(tǒng)的特征 （1）自動(dòng)性。在順利的情況下，在磁帶上的一批作業(yè)能自動(dòng)地逐個(gè)作業(yè)依次運(yùn)行，而無(wú)須人工干預(yù)。 （2）順序性。磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入內(nèi)存，各道作業(yè)完成的順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之間，在正常情況下應(yīng)當(dāng)完全相同，亦即先調(diào)入內(nèi)存的作業(yè)先

12、完成。 （3）單道性。在內(nèi)存中僅有一道程序并使之運(yùn)行，即監(jiān)督程序每次從磁帶上只調(diào)入一道程序進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行，僅當(dāng)該程序完成或發(fā)生異常情況時(shí)，才調(diào)入其它程序進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行。多道批處理系統(tǒng)磁盤打印機(jī)輸入機(jī)CPU磁盤作業(yè) 1作業(yè) 2作業(yè) 3內(nèi)存后備作業(yè)輸出信息在OS中引人多道程序設(shè)計(jì)可帶來(lái)以下好處：1、提高CPU的利用率。2、提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率。3、增加系統(tǒng)吞吐量。多道批處理系統(tǒng)的特征多道性多道性：在內(nèi)存中可同時(shí)駐留多道程序，并允 許它們并發(fā)執(zhí)行，從而有效地提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量 v 無(wú)序性無(wú)序性：多個(gè)作業(yè)完成的先后順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之間，并無(wú)嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即先進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)可能較后

13、甚至最后完成，而后進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)又可能先完成。 v 調(diào)度性調(diào)度性：作業(yè)從提交給系統(tǒng)開(kāi)始直至完成，需要經(jīng)過(guò)以下兩次調(diào)度： 作業(yè)調(diào)度 進(jìn)程調(diào)度多道批處理系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)v 資源利用率高：由于在內(nèi)存中裝入了多道程序， 使它們共享資源，保持資源處于忙碌狀態(tài)，從而 使各種資源得以充分利用。 v 系統(tǒng)吞吐大：系統(tǒng)吞吐量是指系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi) 所完成的總工作量。能提高系統(tǒng)吞吐量的原因可 歸結(jié)為：第一，CPU和其它資源保持“忙碌”狀態(tài)； 第二，僅當(dāng)作業(yè)完成時(shí)或運(yùn)行不下去時(shí)才進(jìn)行切 換，系統(tǒng)開(kāi)銷小，CPU和其它資源保持“忙碌”狀 態(tài)；僅當(dāng)作業(yè)完成時(shí)或運(yùn)行下去時(shí)才進(jìn)行切換， 系統(tǒng)開(kāi)銷小。缺點(diǎn)：v 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng) 在批

14、處理系統(tǒng)中，由于作業(yè)要排隊(duì)， 依次進(jìn)行處理，因而作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)； v 無(wú)交互能力 用戶一但將作業(yè)提交給系統(tǒng)后直至作業(yè) 完成，用戶都不能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，這對(duì)修改 和調(diào)試程序都是極不方便的。 用戶響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。用戶既不能了解自己程序的運(yùn)行情況，也不能控制計(jì)算機(jī)。2、分時(shí)系統(tǒng) 是以聯(lián)機(jī)操作為標(biāo)志的操作系統(tǒng)，特別適合于程序的動(dòng)態(tài)調(diào)試和修改。計(jì)算機(jī)硬件分時(shí)操作系統(tǒng)CPUn分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：由于中斷技術(shù)的使用，使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)能連接多個(gè)用戶終端，用戶可通過(guò)各自的終端使用和控制計(jì)算機(jī)，我們把一臺(tái)計(jì)算機(jī)連接多個(gè)終端的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為分時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，或稱分時(shí)系統(tǒng)。n分時(shí)技術(shù)：把處理機(jī)的響應(yīng)時(shí)間

15、分成若于個(gè)大小相等（或不相等）的時(shí)間單位，稱為時(shí)間片（如100毫秒），每個(gè)終端用戶獲得CPU，就等于獲得一個(gè)時(shí)間片，該用戶程序開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)時(shí)間片到（用完），用戶程序暫停運(yùn)行，等待下一次運(yùn)行。關(guān)鍵問(wèn)題：q 及時(shí)接收用戶的指令q 及時(shí)處理，滿足用戶的要求指導(dǎo)思想：q 使所有的用戶作業(yè)都直接進(jìn)入內(nèi)存；q 在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，能使每個(gè)作業(yè)都運(yùn)行一次 （較短的時(shí)間）用戶需求：q 人-機(jī)交互q 共享主機(jī)q 便于用戶上機(jī)分類：q 單道分時(shí)系統(tǒng)q 具有“前臺(tái)”和“后臺(tái)”的分時(shí)系統(tǒng)q 多道分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)的特征：v 多路性多路性 允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)聯(lián)接多臺(tái)聯(lián)機(jī) 終端，系統(tǒng)按分時(shí)原則為每個(gè)用戶服務(wù)；v 獨(dú)占性獨(dú)占性

16、 每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操 作，互不干擾；v 及時(shí)性及時(shí)性 用戶的請(qǐng)求能在很短時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)。v 交互性交互性 用戶可通過(guò)終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人 機(jī)對(duì)話 能使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收到外部信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行處理，并且在嚴(yán)格的規(guī)定時(shí)間內(nèi)處理結(jié)束，再給出反饋信號(hào)的操作系統(tǒng)稱為“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”。3、實(shí)時(shí)系統(tǒng)n早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是用于科學(xué)與工程的數(shù)值計(jì)算，如第一臺(tái)計(jì)算機(jī)（1944年）產(chǎn)生的原因就是解決大口徑火炮設(shè)計(jì)中的計(jì)算問(wèn)題：彈道軌跡、彈著點(diǎn)和材料的各種應(yīng)力分布的計(jì)算。還有原子彈設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中大量的計(jì)算問(wèn)題，用當(dāng)時(shí)的計(jì)算工具已經(jīng)解決不了。n到了60年代初，計(jì)算機(jī)開(kāi)始應(yīng)用到生產(chǎn)過(guò)程控制、工業(yè)控制、防空系統(tǒng)、信息處

17、理等，在這些應(yīng)用中不但要解決計(jì)算間題，還要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算，即實(shí)時(shí)處理。在實(shí)時(shí)處理中的一個(gè)核心的問(wèn)題就是響應(yīng)時(shí)間問(wèn)題。分類： 實(shí)時(shí)控制 實(shí)時(shí)信息處理特點(diǎn)： 及時(shí)響應(yīng)，快速處理 高的可靠性和安全性響應(yīng)時(shí)間：指用戶發(fā)出命令，到系統(tǒng)完成用戶命令所需的時(shí)間。批處理操作系統(tǒng) 沒(méi)有分時(shí)操作系統(tǒng) 秒級(jí)(一般情況）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 微秒級(jí) 甚至更小 系統(tǒng)滿足用戶時(shí)限（deadline)的 要求實(shí)時(shí)任務(wù)的類型 接任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來(lái)劃分 周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。要求按指定的周期循環(huán)執(zhí)行，以便周期性地控制某個(gè)外部事件。 非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。任務(wù)的執(zhí)行無(wú)明顯的周期性，但都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間（deadline）。

18、它又可分為：開(kāi)始截止時(shí)間：任務(wù)在某時(shí)間以前，必須開(kāi)始執(zhí)行；完成截止時(shí)間：任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成。根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來(lái)劃分 硬實(shí)時(shí)任務(wù)（hard real-time task）。系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對(duì)截止時(shí)間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測(cè)的結(jié)果。 軟實(shí)時(shí)任務(wù)（soft real-time task）。它也聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間，但并不嚴(yán)格，若過(guò)了任務(wù)的截止時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響不會(huì)大大。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)：1、系統(tǒng)對(duì)外部的信號(hào)必須能及時(shí)響應(yīng)，(在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（deadline）)；2、要求高可靠性和安全性，效率則放在第二位；3、系統(tǒng)整體性強(qiáng)；4、不要求很強(qiáng)的“會(huì)話”能力。分時(shí)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)的比較v 多路性

19、都具有多路性v 獨(dú)立性 都具有獨(dú)立性v 及時(shí)性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)及時(shí)性具有比分時(shí)系統(tǒng) 更高的要求v 交互性 分時(shí)系統(tǒng)具有比實(shí)時(shí)系統(tǒng)更廣泛的 交互性要求v 可靠性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)可靠性具有比分時(shí)系統(tǒng) 更高的要求4、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置的操作系統(tǒng)稱為“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)”。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)可被視為多處理機(jī)操作系統(tǒng)的一種（這里未提到緊耦合多處理機(jī)操作系統(tǒng)）。 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分為兩大類：一類是專用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，如Netware、LAN manager、VINES等，另一類是從單機(jī)操作系統(tǒng)演化而來(lái)、單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通用的操作系統(tǒng)，如：UNIX、Windows NT、OS/2等，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的主要功能是：管理網(wǎng)絡(luò)中的各種

20、資源、協(xié)調(diào)各主機(jī)的運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和資源共享。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議： 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)中各主機(jī)（HOST）之間傳遞信息的規(guī)則的集合。如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)議、TCP/IP協(xié)議等。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng): 在通常的操作系統(tǒng)中增加了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議（一般到傳送層）功能和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理功能的操作系統(tǒng)。如UNIX、LINUX, WINDOWS NT都是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。 現(xiàn)在上網(wǎng)使用的IE4、Netscape、Mail Server等屬于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，不屬網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的范疇。星型網(wǎng)絡(luò)星型網(wǎng)絡(luò) 每一個(gè)遠(yuǎn)地結(jié)點(diǎn)通過(guò)一條單獨(dú)的傳輸線路，與中新結(jié)點(diǎn)連接，即采用點(diǎn) - 點(diǎn)連接方式，使網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)星形。樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)樹(shù)型網(wǎng)絡(luò) 將

21、一個(gè)多級(jí)星型網(wǎng)絡(luò)按層次排列，便形成樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)。樹(shù)的根即網(wǎng)絡(luò)的最高層是中央處理機(jī)，樹(shù)的葉即網(wǎng)絡(luò)的最低層，為終端式個(gè)人計(jì)算機(jī)?？偩€型網(wǎng)絡(luò)總線型網(wǎng)絡(luò) 將若干個(gè)結(jié)點(diǎn)通過(guò)一條高速總線互連起來(lái)所形成的網(wǎng)絡(luò)，采用廣播方式，即由一個(gè)結(jié)點(diǎn)所發(fā)出的信息，可被總線上的所有結(jié)點(diǎn)接收。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)環(huán)型網(wǎng)絡(luò) 采用高速點(diǎn) - 點(diǎn)信道，將各結(jié)點(diǎn)連接成環(huán)形，網(wǎng)絡(luò)中的信息流是定向的，由一個(gè)源結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息，將繞環(huán)傳輸一周后返回源結(jié)點(diǎn)。網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò) 各個(gè)結(jié)點(diǎn)間通過(guò)點(diǎn) - 點(diǎn)連接，形成不規(guī)則的形狀，結(jié)點(diǎn)之間通常都有多余通路。按網(wǎng)絡(luò)地理范圍分類廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)WAN（Wide Area Network）這種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所跨越的距離，通常為

22、數(shù)百公里到數(shù)千公里，甚至是上萬(wàn)公里；網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍可以為一個(gè)地區(qū)或一個(gè)國(guó)家、乃至幾大洲；其傳輸速率為幾kb/S到幾Mb/s；網(wǎng)絡(luò)中的通信設(shè)施為國(guó)家所有。局域網(wǎng)局域網(wǎng)LAN（Local Area Network） 這種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所跨越的距離，通常為幾十米至數(shù)公里；網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍為一棟樓或一個(gè)單位；其傳輸速率 較高，通常為幾百kb/S到100Mb/s；網(wǎng)絡(luò)設(shè)施屬單位所有。 6、分布式操作系統(tǒng) 為分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置的操作系統(tǒng)稱為“分布式操作系統(tǒng)”。是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級(jí)形式。 進(jìn)一步說(shuō)明： 系統(tǒng)是由多個(gè)處理器或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，采用統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，所有主機(jī)的NOS統(tǒng)一，界面相同； 計(jì)算資源可以是

23、物理上相鄰的，通過(guò)共享主存進(jìn)行通訊，也可以是地理上分布的，使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)報(bào)文進(jìn)行通訊； 計(jì)算資源組成一個(gè)整體，對(duì)用戶是透明的； 計(jì)算可以分布； 各計(jì)算機(jī)地位平等，一臺(tái)計(jì)算機(jī)的失效不影響其它計(jì)算機(jī)工作。 分布式操作系統(tǒng)技術(shù)目前還不成熟。分布式OS與網(wǎng)絡(luò)OS的比較v 分布性 前者比后者具有更強(qiáng)的分布性v 并行性 前者可以將計(jì)算任務(wù)分配到多個(gè)處 理單元上，而后者無(wú)任務(wù)分配功能v 透明性 前者可以使資源和服務(wù)透明地分布 在系統(tǒng)的各個(gè)站點(diǎn)上，而后者的透明性主 要是操作實(shí)現(xiàn)上的透明性v 共享性 前者的處理和控制功能是分布的， 可以為系統(tǒng)中所有用戶共享，而后者的資 源通常是集中在服務(wù)器上v 健壯性 前

24、者比后者具有更強(qiáng)的健壯性四、現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)四、現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)特特 征征v 并發(fā) 并發(fā)與并行二者是有區(qū)別的v 共享 指系統(tǒng)中的資源可供多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn) 程共享使用 互斥共享方式 / 同時(shí)訪問(wèn)方式v 虛擬 所謂虛擬，是指通過(guò)某種技術(shù)把一個(gè)物 理實(shí)體變成若干個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物v 異步性 進(jìn)程是以走走停停的方式執(zhí)行，具體的 執(zhí)行過(guò)程無(wú)法預(yù)知(不確定性)必須解決的問(wèn)題由并發(fā)引起的問(wèn)題： 并發(fā)是指能處理多個(gè)同時(shí)性活動(dòng)的能力。如CPU與I/O設(shè)備同時(shí)工作、顯示器與打印機(jī)同時(shí)工作、鼠標(biāo)與揚(yáng)聲器同時(shí)工作。由并發(fā)引起的問(wèn)題是如何從一個(gè)活動(dòng)切換到另一個(gè)活動(dòng)，怎樣保護(hù)一個(gè)活動(dòng)，如何實(shí)現(xiàn)相互依賴的活動(dòng)

25、之間的同步。由共享引起的問(wèn)題：共享指多個(gè)計(jì)算任務(wù)（或多道程序）對(duì)系統(tǒng)資源的共同使用。問(wèn)題：資源的分配、對(duì)數(shù)據(jù)同時(shí)存取的保護(hù)。由異步性引起的問(wèn)題：異步性導(dǎo)致不確定性。從用戶運(yùn)行程序的要求的角度看，操作系統(tǒng)必須是確定的，即用戶給定一個(gè)程序和相應(yīng)的初始數(shù)據(jù)，無(wú)論在什么時(shí)候，在什么計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行，產(chǎn)生的結(jié)果都應(yīng)是相同的。從另一個(gè)角度看操作系統(tǒng)又存在不確定性：這是由共享和并發(fā)引起的。在操作系統(tǒng)中可運(yùn)行多道用戶程序，而每個(gè)用戶程序的運(yùn)行時(shí)間、要使用哪些系統(tǒng)資源、使用多長(zhǎng)時(shí)間、使用的資源是共享還是獨(dú)占的，操作系統(tǒng)在程序運(yùn)行前是不知道的。這就要求操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要很好地解決并發(fā)和共享的問(wèn)題，否則，將會(huì)產(chǎn)生不可

26、重現(xiàn)的錯(cuò)誤，這種不可重現(xiàn)的錯(cuò)誤稱為不確定性。例如兩個(gè)用戶共享一臺(tái)打印機(jī)。服服 務(wù)務(wù)1、操作系統(tǒng)的公共服務(wù)v 程序執(zhí)行v I/O操作v 文件系統(tǒng)操縱v 通信v 差錯(cuò)檢測(cè)2、系統(tǒng)調(diào)用五、操作系統(tǒng)的環(huán)境五、操作系統(tǒng)的環(huán)境計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)：四層硬件、操作系統(tǒng)、其它軟件（系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件）、用戶。用戶n用戶2用戶1編譯程序 編譯程序 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng). 操作系統(tǒng)硬件1、操作系統(tǒng)與硬件的關(guān)系 中斷系統(tǒng)是操作系統(tǒng)與硬件密切配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。操作系統(tǒng)的有些工作（如交換程序狀態(tài)字）由硬件完成。 經(jīng)常使用又十分成熟的軟件功能由硬件實(shí)現(xiàn)（軟件硬化）。 由于操作系統(tǒng)“開(kāi)銷”的存在，使得操作系統(tǒng)的功能需與硬件基礎(chǔ)匹配，追求

27、高功能，開(kāi)銷過(guò)大，則得不償失。2、操作系統(tǒng)與其它系統(tǒng)軟件的關(guān)系 操作系統(tǒng)是整個(gè)軟件系統(tǒng)的核心，所有其它軟件（如編譯程序、編輯程序、運(yùn)行程序、連接裝配程序及各種軟件開(kāi)發(fā)工具）都是在它的支持下工作（隔離軟、硬件，資源的分配和使用，程序運(yùn)行的協(xié)調(diào)等）。3、操作系統(tǒng)與用戶的關(guān)系 操作系統(tǒng)與程序設(shè)計(jì)者之間的界面就是操作系統(tǒng)向程序設(shè)計(jì)者提供的功能。 要求：使用系統(tǒng)合理和方便。 操作系統(tǒng)與最終用戶的界面。六、操作系統(tǒng)的管理功能六、操作系統(tǒng)的管理功能1、處理器管理2、存儲(chǔ)器管理3、文件管理4、設(shè)備管理5、作業(yè)管理處理器管理處理器管理 處理機(jī)管理的主要任務(wù)，是對(duì)處理機(jī)進(jìn)行分配，并對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行有效地控制和管理。在

28、多道程序環(huán)境下，處理機(jī)的分配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為基本單位，因而對(duì)處理機(jī)的管理可歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理。它包括以下幾個(gè)方面： 進(jìn)程控制 進(jìn)程同步 進(jìn)程通信 調(diào)度存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理 存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)，是為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲(chǔ)器，提高存儲(chǔ)器的利用率，以及能從邏輯上來(lái)擴(kuò)充內(nèi)存。 內(nèi)存分配 內(nèi)存保護(hù) 地址映射 內(nèi)存擴(kuò)充 文件管理文件管理 1、文件空間的管理2、目錄管理3、文件的讀、寫(xiě)管理和存取控制防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶存取文件；防止冒名頂替存取文件；防止以不正確的方式使用文件 設(shè)備管理設(shè)備管理 設(shè)備管理的主要任務(wù)，是完成用戶提出的IO請(qǐng)求，為用戶分配I0設(shè)備；提高CPU和IO設(shè)備的

29、利用率；提高IO速度；以及方便用戶使用IO設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，設(shè)備管理應(yīng)具有緩沖管理、設(shè)備分配和設(shè)備處理，以及虛擬設(shè)備等功能。 1 緩沖管理2 設(shè)備分配3 設(shè)備處理4 設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備作業(yè)管理作業(yè)管理 作業(yè)管理實(shí)現(xiàn)作業(yè)的調(diào)度和控制作業(yè)的執(zhí)行。作業(yè)調(diào)度是從等待處理的作業(yè)中選擇可以裝入主存儲(chǔ)器的作業(yè)，對(duì)已經(jīng)裝入主存儲(chǔ)器的作業(yè)按用戶的意圖控制其執(zhí)行。 作業(yè)管理的組成部分： 作業(yè)建立 作業(yè)調(diào)度 作業(yè)完成七、操作系統(tǒng)與用戶的接口七、操作系統(tǒng)與用戶的接口計(jì)算機(jī)用戶是如何使用計(jì)算機(jī)的呢？以程序設(shè)計(jì)為例：把編好源程序后上機(jī)調(diào)試的工作分成四個(gè)步驟，稱為四個(gè)作業(yè)步：n 編輯n 編譯n 連接n 運(yùn)行 操作系統(tǒng)

30、中負(fù)責(zé)管理操作系統(tǒng)與用戶的通信的部分稱為用戶接口 命令接口 聯(lián)機(jī)用戶接口 脫機(jī)用戶接口 程序接口操作系統(tǒng)提供兩個(gè)用戶接口：程序級(jí)：系統(tǒng)調(diào)用操作命令級(jí)： 作業(yè)控制語(yǔ)言（ 早期批處理操作系統(tǒng)） 鍵盤命令（交互式操作系統(tǒng)，分時(shí)操 作系統(tǒng)為代表） 圖形用戶接口（UNIX、WINDOWS）作業(yè)控制語(yǔ)言 在批處理操作系統(tǒng)時(shí)代，用戶使用計(jì)算機(jī)是采用脫機(jī)方式，即用戶將自己的程序、數(shù)據(jù)和用作業(yè)控制語(yǔ)言編寫(xiě)的上機(jī)操作的步驟的程序一起提交給計(jì)算中心（或機(jī)房），隔一段時(shí)間去機(jī)房取結(jié)果。 作業(yè)控制語(yǔ)言是一種語(yǔ)言，用來(lái)寫(xiě)程序操作步驟的程序 。 鍵盤命令 分時(shí)操作系統(tǒng)誕生后，用戶可以通過(guò)用戶終端直接使用計(jì)算機(jī)，并且可與計(jì)算

31、機(jī)“對(duì)話”，這就是所謂的交互式計(jì)算機(jī)。用戶可通過(guò)鍵盤直接向計(jì)算機(jī)發(fā)布各種命令，計(jì)算機(jī)可接受、執(zhí)行用戶命令。 有時(shí)將鍵盤命令按命令的功能分類，如UNIX系統(tǒng)中把鍵盤命令分成：基本命令、高級(jí)命令。命令接口的基本任務(wù)： 解釋操作系統(tǒng)命令語(yǔ)言，傳送指令給操作系 統(tǒng)的其余部分以執(zhí)行這些命令； 從操作系統(tǒng)接收信息，并提呈給用戶。命令語(yǔ)言的種類： 系統(tǒng)訪問(wèn)命令 文件管理命令 編輯、編譯和執(zhí)行命令 詢問(wèn)命令 操作員專用命令DOS系統(tǒng)把鍵盤命令分為：文件管理（COPY、COMP、TYPE、DEL、REN）磁盤管理（FORMAT、CHKDSK、DISKCOPY、 DISKCOMP）目錄管理（DIR、CD、MD、RD、TREE）設(shè)備工作模式（CLS、MODE）日期、時(shí)間、系統(tǒng)設(shè)置（DATE、TIME、VER、 VOL）運(yùn)行用戶程序(MASM、LINK、DEBUG)命令的執(zhí)行過(guò)程： 命令的處理由命令解釋程序完成。操作員打入