計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)-操作系統(tǒng)引論課件

第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程1.3操作系統(tǒng)的基本特性1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1教學(xué)目的：掌握操作系統(tǒng)的定義及其基本特性、主要功能了解操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史和幾種類型的操作系統(tǒng)教學(xué)難重點(diǎn)：操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)的基本特征OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)目的：2操作系統(tǒng)概念（p8）一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源、合理地對(duì)各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度以及方便用戶的程序集合。1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成操作系統(tǒng)概念（p8）1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)31.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)

有效性：提高系統(tǒng)資源利用率，提高系統(tǒng)吞吐量；方便性：計(jì)算機(jī)只能識(shí)別0、1；用戶熟悉的是各種語(yǔ)言；（1，2如何折中？）可擴(kuò)充性：便于增加新的功能和模塊；（如何設(shè)計(jì)？）開放性：遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（OSI）。1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)4圖1－1OS作為接口的從層狀示意圖計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用，命令，圖標(biāo)，窗口應(yīng)用程序及實(shí)用程序系統(tǒng)設(shè)計(jì)者程序員用戶1.1.2操作系統(tǒng)的作用

1.OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口（用戶觀點(diǎn)）

圖1－1OS作為接口的從層狀示意圖計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)5

(1)命令方式。這是指由OS提供了一組聯(lián)機(jī)命令(語(yǔ)言)，用戶可通過(guò)鍵盤輸入有關(guān)命令，來(lái)直接操縱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。(2)系統(tǒng)調(diào)用方式。OS提供了一組系統(tǒng)調(diào)用，用戶可在自己的應(yīng)用程序中通過(guò)相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，來(lái)操縱計(jì)算機(jī)。(3)圖形、窗口方式。用戶通過(guò)屏幕上的窗口和圖標(biāo)來(lái)操縱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)行自己的程序。用戶通過(guò)三種方式使用計(jì)算機(jī)：(1)命令方式。這是指由OS提供了一組聯(lián)機(jī)命6

2.OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者（功能的觀點(diǎn)）處理機(jī)管理：分配和控制處理機(jī)存儲(chǔ)器管理：分配及回收內(nèi)存I/O(Input/Output)設(shè)備管理：I/O分配與操作文件管理：文件存取、共享和保護(hù)

2.OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者（功能的7

3.OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象

裸機(jī)：對(duì)于一臺(tái)完全無(wú)軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為裸機(jī)?！y于使用。擴(kuò)充機(jī)器（虛機(jī)器）：把覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)或虛擬機(jī)?！奖?。分層擴(kuò)充的特點(diǎn)P43.OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象8洋蔥頭似的擴(kuò)充裸機(jī)作系操統(tǒng)其他應(yīng)用軟件用戶應(yīng)用程序序程洋蔥頭似的擴(kuò)充裸機(jī)作系操統(tǒng)其他應(yīng)用軟件用戶應(yīng)用程序序程91.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?/p>

不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率的需要如批處理系統(tǒng)的出現(xiàn)方便用戶如分時(shí)交互式系統(tǒng)的出現(xiàn)器件的不斷更新?lián)Q代8位->16->32->64->...計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展：?jiǎn)螜C(jī)OS->多機(jī)OS->網(wǎng)絡(luò)OS－…1.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Σ粩嗵岣哂?jì)算機(jī)資源利101.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

（第一代計(jì)算機(jī)）

1.人工操作方式

如紙帶輸入機(jī)

特點(diǎn)：無(wú)任何軟件、獨(dú)占性、獨(dú)占性、串行性缺點(diǎn)：

(1)用戶獨(dú)占全機(jī)(2)CPU等待人工操作

1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)11導(dǎo)致人機(jī)矛盾、CPU和I/O設(shè)備速度不匹配

機(jī)器作業(yè)在機(jī)器上人工操操作時(shí)間與機(jī)器速度計(jì)算所需時(shí)間作時(shí)間有效運(yùn)行時(shí)間之比1萬(wàn)次/秒1小時(shí)3分鐘1：2060萬(wàn)次/秒1分鐘3分鐘3：1人工操作方式缺點(diǎn)：1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

導(dǎo)致人機(jī)矛盾、CPU和I/O設(shè)備速度不匹配

機(jī)器122.脫機(jī)輸入/輸出(Off-LineI/O)方式引入I/O機(jī)的概念，解決CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾。主要優(yōu)點(diǎn)：減少了CPU的空閑時(shí)間。(2)提高I/O速度。

2.脫機(jī)輸入/輸出(Off-LineI/O)方式引入I/131.2.2單道批處理系統(tǒng)(SimpleBatchProcessingSystem)

（第二代計(jì)算機(jī)）

處理過(guò)程（圖1-4）概念監(jiān)督程序（monitor）：在其控制下使一批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)的連續(xù)處理。單道批處理系統(tǒng)：系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理都是成批進(jìn)行的、且內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，稱為單道批處理系統(tǒng)(SimpleBatchProcessingSystem)。解決人機(jī)矛盾，即提高系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量。特征：自動(dòng)性順序性單道性1.2.2單道批處理系統(tǒng)(SimpleBatchPro14還有下一個(gè)作業(yè)？把下一個(gè)作業(yè)的源程序轉(zhuǎn)換為目標(biāo)程序源程序有錯(cuò)嗎？裝配目標(biāo)程序運(yùn)行目標(biāo)程序開始是否停止是否圖1-4單道批處理系統(tǒng)的處理流程

還有下一把下一個(gè)作業(yè)源程序裝配目標(biāo)程序運(yùn)行目標(biāo)程序開始是否停151.2.3多道批處理系統(tǒng)（MultiprogrammedBatchProcessingSystem）（第三代計(jì)算機(jī)）

概念多道：系統(tǒng)中同時(shí)駐留多個(gè)作業(yè)多道程序設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)提高CPU利用率（圖1-5）提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率增加了系統(tǒng)吞吐量特征多道性、宏觀上并行、微觀上串行多道批處理優(yōu)點(diǎn)

資源利用率高、系統(tǒng)吞吐率大缺點(diǎn)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)交互能力（怎么辦？？）1.2.3多道批處理系統(tǒng)（Multiprogrammed16圖1－5用戶程序監(jiān)督程序(a)單道程序運(yùn)行情況I/O操作I/O中斷請(qǐng)求啟動(dòng)I/OI/O完成結(jié)束中斷I/O中斷請(qǐng)求啟動(dòng)I/OI/O完成結(jié)束中斷t1t2t3t4t5t6t7t8表示獲得CPU圖1－5用戶程序監(jiān)督程序(a)單道程序運(yùn)行情況I/O操作I/17圖1－5程序A調(diào)度程序I/O請(qǐng)求(b)四道程序運(yùn)行情況程序B程序C程序DI/O請(qǐng)求I/O請(qǐng)求I/O請(qǐng)求I/O完成I/O完成I/O完成A完成表示獲得CPUC再運(yùn)行圖1－5程序A調(diào)度程序I/O請(qǐng)求(b)四道程序運(yùn)行情況程序B18多道批處理系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題

處理機(jī)管理問(wèn)題。(2)內(nèi)存管理問(wèn)題。(3)I/O設(shè)備管理問(wèn)題。(4)文件管理問(wèn)題。(5)作業(yè)管理問(wèn)題。多道批處理系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題處理機(jī)管理問(wèn)題。191.2.4分時(shí)系統(tǒng)

分時(shí)系統(tǒng)(Time-SharingSystem)的產(chǎn)生用戶的需求表現(xiàn)在：人機(jī)交互性（控制）共享主機(jī)（昂貴）便于用戶上機(jī)（方便）分時(shí)系統(tǒng)：指一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶共享主機(jī)中的資源，各個(gè)用戶都可通過(guò)自己的終端以交互方式使用計(jì)算機(jī)。1.2.4分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)(Time-Sharing20分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題及時(shí)接收。多路卡、輸入緩沖區(qū)及時(shí)處理。交互作業(yè)應(yīng)在內(nèi)存、響應(yīng)時(shí)間應(yīng)短采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)多路性（同時(shí)性）獨(dú)立性（獨(dú)占性）及時(shí)性（1—3sec）交互性：

“會(huì)話”

分時(shí)系統(tǒng)的特征

分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題及時(shí)接收。多路卡、輸入緩沖區(qū)多路性（211.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)

概念所謂“實(shí)時(shí)”，是表示“及時(shí)”，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)(Real-TimeSystem)是指系統(tǒng)能及時(shí)(或即時(shí))響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（deadline）完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。

應(yīng)用需求

實(shí)時(shí)控制。(2)實(shí)時(shí)信息處理。1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)概念應(yīng)用需求實(shí)時(shí)控制。22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（經(jīng)典說(shuō)法）系統(tǒng)滿足用戶時(shí)限（deadline)的要求(現(xiàn)代）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。23

實(shí)時(shí)任務(wù)

按任務(wù)執(zhí)行是否呈現(xiàn)周期性來(lái)劃分

周期性的非周期性的（開始截止時(shí)間或完成截止時(shí)間）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)：必須滿足。實(shí)時(shí)控制軟實(shí)時(shí)任務(wù)：不太嚴(yán)格。實(shí)時(shí)信息處理實(shí)時(shí)任務(wù)按任務(wù)執(zhí)行是否呈現(xiàn)周期性來(lái)劃分24實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)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）)；要求高可靠性和安全性，效率則放在第二位；系統(tǒng)整體性強(qiáng)；不要求很強(qiáng)的“會(huì)話”能力。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)25實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較多路性：相似獨(dú)立性：相同及時(shí)性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求更高交互性：分時(shí)系統(tǒng)交互性更強(qiáng)可靠性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求更高實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較261.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展

字長(zhǎng)劃分：運(yùn)行方式劃分：1．單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)含義：只允許一個(gè)用戶上機(jī)，且只允許用戶程序作為一個(gè)任務(wù)運(yùn)行。（一個(gè)人只做一件事）配置在8位和16位微機(jī)。代表是CP/M，MS-DOS，PC-DOS

。

2．單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)含義：只允許一個(gè)用戶上機(jī)，但允許用戶把程序分為若干個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行。（一個(gè)人同時(shí)做多件事）配置在32位微機(jī)。代表是由微軟公司推出的Windows。1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展2．單用戶多任務(wù)操作系27

3．多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)含義：允許多個(gè)用戶通過(guò)各自的終端使用同一臺(tái)機(jī)器，共享主機(jī)系統(tǒng)中的各種資源，而每個(gè)用戶程序又可進(jìn)一步分為幾個(gè)任務(wù)，使它們能并發(fā)執(zhí)行，從而可進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。（多個(gè)人同時(shí)做多件事）大、中和小型機(jī)中所配置的大多是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，而在32位微機(jī)上也配置有多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，其中最有代表性的是UNIXOS。

3．多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)28UNIXOS是美國(guó)電報(bào)電話公司的Bell實(shí)驗(yàn)室在1969～1970年期間開發(fā)的?，F(xiàn)在最有影響的兩個(gè)能運(yùn)行在微機(jī)上的UNIX操作系統(tǒng)的變型是SolarisOS和LinuxOS。

UNIXOS是美國(guó)電報(bào)電話公司的Bell實(shí)驗(yàn)室在19629LinuxOS：Linux是UNIX的一個(gè)重要變種，最初是由芬蘭學(xué)生LinusTorvalds針對(duì)Intel80386開發(fā)的。1991年在Internet網(wǎng)上發(fā)布第一個(gè)Linux版本，由于源代碼公開，因此有很多人通過(guò)Internet與之合作，使Linux的性能迅速提高，其應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。相應(yīng)地，源代碼也急劇膨脹，此時(shí)它已是具有全面功能的UNIX系統(tǒng)，大量在UNIX上運(yùn)行的軟件(包括1000多種實(shí)用工具軟件和大量的網(wǎng)絡(luò)軟件)被移植到Linux上，而且可以在主要的微機(jī)上運(yùn)行，如Intel80x86Pentium等。

LinuxOS：Linux是UNIX的一個(gè)重要變種，30更多操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NetworkOperatingSystem）是建立在主機(jī)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，用于管理網(wǎng)絡(luò)通信和共享資源，協(xié)調(diào)各主機(jī)上任務(wù)的運(yùn)行，并向用戶提供統(tǒng)一的、有效的網(wǎng)絡(luò)接口的軟件集合，它是用戶和主機(jī)操作系統(tǒng)之間的接口。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)調(diào)、處理、指揮和控制的系統(tǒng)軟件更多操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NetworkOperating31操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展

操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿ζ骷焖俑聯(lián)Q代。計(jì)算體系結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展。提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源利用率的需要。讓用戶使用計(jì)算機(jī)越來(lái)越方便的需要。滿足用戶新要求，提供給用戶新服務(wù)。操作系統(tǒng)發(fā)展的方向從大中型計(jì)算機(jī)來(lái)看，主要是分布式和網(wǎng)絡(luò)化。微機(jī)操作系統(tǒng)主要向多用戶多功能、虛存、圖形、數(shù)據(jù)庫(kù)等方向發(fā)展。操作系統(tǒng)的智能化。操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展

操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?21.3操作系統(tǒng)的基本特性

OS特性一：并發(fā)性并行與并發(fā)并行性（Parallelism）是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。如T3時(shí)刻并發(fā)性(Concurrence)

是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。如T3—T4時(shí)刻并發(fā)性是OS最重要的特征，OS所有的內(nèi)容都圍繞它展開??！1.3操作系統(tǒng)的基本特性O(shè)S特性一：并發(fā)性33引入進(jìn)程

目的：為了使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行。

好處：有效地提高了系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量，并改善了系統(tǒng)的性能。

進(jìn)程(Process)：在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，它是由一組機(jī)器指令、數(shù)據(jù)和堆棧等組成的，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)實(shí)體。

一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)需要一定的資源，如CPU、存儲(chǔ)空間及I/O設(shè)備等。

引入進(jìn)程34線程

在引入線程的OS中，通常都是把進(jìn)程作為分配資源的基本單位，而把線程作為獨(dú)立運(yùn)行和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。

進(jìn)程和并發(fā)是現(xiàn)代操作系統(tǒng)最重要的概念！線程35OS特性二：共享性共享：系統(tǒng)中資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用互斥共享：一段時(shí)間只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)某資源.同時(shí)訪問(wèn)：宏觀上允許在一段時(shí)間內(nèi)由多個(gè)進(jìn)程同時(shí)對(duì)某資源進(jìn)行訪問(wèn),但微觀上仍是互斥的.并發(fā)與共享是OS的兩個(gè)最基本的特征,它們互為存在條件.OS特性二：共享性36OS特性三：虛擬虛擬（不存在）通過(guò)某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。在OS中利用了多種虛擬技術(shù),分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、虛擬外部設(shè)備等?？臻g換時(shí)間時(shí)間換空間OS特性三：虛擬虛擬（不存在）空間換時(shí)間時(shí)間換空間37OS特性四：異步性異步性(Asynchronism)

：進(jìn)程以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。運(yùn)行結(jié)果如何保證正確?

在多道程序環(huán)境下允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，但只有進(jìn)程在獲得所需的資源后方能執(zhí)行。由于資源等因素的限制，使進(jìn)程的執(zhí)行通常都不是“一氣呵成”，而是以“停停走走”的方式運(yùn)行。

OS特性四：異步性381.4操作系統(tǒng)的主要功能

1.4.1處理機(jī)管理功能多道環(huán)境下，處理機(jī)的運(yùn)行及分配都是以進(jìn)程為單位，因此處理機(jī)管理可歸結(jié)為進(jìn)程管理。1、進(jìn)程控制創(chuàng)建/撤消進(jìn)程、遷移進(jìn)程狀態(tài)。一般由進(jìn)程控制原語(yǔ)完成

2．進(jìn)程同步兩種協(xié)調(diào)方式：(1)進(jìn)程互斥方式。(2)進(jìn)程同步方式。

3．進(jìn)程通信類型：直接通信、間接通信1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.4.1處理機(jī)管理功能394、調(diào)度（作業(yè)與進(jìn)程）作業(yè)調(diào)度為作業(yè)分配必要資源，調(diào)入內(nèi)存建立進(jìn)程，并使之進(jìn)入就緒隊(duì)列。進(jìn)程調(diào)度從就緒隊(duì)列中選出進(jìn)程，分配CPU，使之運(yùn)行。調(diào)度算法：FCFS、優(yōu)先權(quán)等4、調(diào)度（作業(yè)與進(jìn)程）401.4.2存儲(chǔ)器管理功能目的：方便用戶使用，且提高存貯器利用率1.內(nèi)存分配：靜態(tài)分配、動(dòng)態(tài)分配2.內(nèi)存保護(hù)：機(jī)制，例：上下界限寄存器3.地址映射：邏輯地址——〉物理地址4.內(nèi)存擴(kuò)充：虛存，邏輯上擴(kuò)充1.4.2存儲(chǔ)器管理功能411.4.3設(shè)備管理功能

任務(wù)：提高I/O利用率和速度，方便用戶1.緩沖管理緩沖區(qū)：用來(lái)解決CPU－I/O矛盾，如：CPU快則應(yīng)多創(chuàng)建緩沖區(qū)。2.設(shè)備分配包括：設(shè)備，設(shè)備控制器，I/O通信的分配和回收3.設(shè)備處理設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序1.4.3設(shè)備管理功能421.4.4文件管理功能

任務(wù)：方便用戶，提供安全性1.文件存儲(chǔ)空間的管理為每個(gè)文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率。2.目錄管理使用戶按名存取，提高速度。3.文件的讀、寫管理和保護(hù)根據(jù)用戶的需求讀寫數(shù)據(jù)，并提供有效的存取控制功能。1.4.4文件管理功能431.4.5操作系統(tǒng)與用戶之間的接口

為了方便用戶使用操作系統(tǒng)，OS又向用戶提供了“用戶與操作系統(tǒng)的接口”。該接口通?？煞譃閮纱箢悾?/p>

(1)用戶接口。它是提供給用戶使用的接口，用戶可通過(guò)該接口取得操作系統(tǒng)的服務(wù)；

(2)程序接口。它是提供給程序員在編程時(shí)使用的接口，是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務(wù)的惟一途徑。

1.4.5操作系統(tǒng)與用戶之間的接口441．用戶接口由一組“命令”集組成，分為聯(lián)機(jī)和脫機(jī)用戶接口聯(lián)機(jī)用戶接口由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序所組成脫機(jī)（批處理用戶接口）用JCL寫作業(yè)說(shuō)明書圖形用戶接口——〉聯(lián)機(jī)用戶接口圖形、icon2．程序接口

系統(tǒng)調(diào)用高級(jí)語(yǔ)言的庫(kù)函數(shù)1．用戶接口451.5OS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一代：無(wú)結(jié)構(gòu)第二代：模塊式第三代：分層式第四代：微內(nèi)核把前三代的OS結(jié)構(gòu)稱為傳統(tǒng)的OS結(jié)構(gòu)，而把第四代的OS結(jié)構(gòu)稱為現(xiàn)代OS結(jié)構(gòu)。1.5OS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一代：無(wú)結(jié)構(gòu)461.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)結(jié)構(gòu)OS一組過(guò)程集，各過(guò)程可相互調(diào)用，也叫整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)：邏輯復(fù)雜，維護(hù)困難.1.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)結(jié)構(gòu)OS471.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu)OS通過(guò)分解和模塊化來(lái)控制大型軟件復(fù)雜度。如：進(jìn)程模塊、內(nèi)存模塊…，各模塊內(nèi)進(jìn)一步劃分子模塊。優(yōu)點(diǎn)：提高了OS設(shè)計(jì)的正確性、可理解性、可維護(hù)性增強(qiáng)的OS的可適應(yīng)性加速了OS的開發(fā)過(guò)程：并行開發(fā)模塊缺點(diǎn)：模塊大小、接口不易確定模塊依賴關(guān)系可能復(fù)雜-〉無(wú)序模塊法1.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu)OS481.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層式操作系統(tǒng)分層式結(jié)構(gòu)的基本概念：自底向上，每一層僅能使用其底層所提供的功能和服務(wù)優(yōu)點(diǎn)(1)易保證系統(tǒng)的正確性(2)易擴(kuò)充和易維護(hù)性缺點(diǎn)效率降低

1.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層式操作系統(tǒng)491.5.2客戶/服務(wù)器模式客戶/服務(wù)器(Client/Server)模式可簡(jiǎn)稱為C/S模式。

C/S模式的組成由客戶機(jī)、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三個(gè)部分組成。(1)客戶機(jī)：通常在一個(gè)LAN網(wǎng)絡(luò)上連接有多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)工作站(簡(jiǎn)稱客戶機(jī))，每臺(tái)客戶機(jī)都是一個(gè)自主計(jì)算機(jī)。

1.5.2客戶/服務(wù)器模式50

(2)服務(wù)器：通常是一臺(tái)規(guī)模較大的機(jī)器，在其上駐留有網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等，它應(yīng)能為網(wǎng)上所有的用戶提供一種或多種服務(wù)。平時(shí)它一直處于工作狀態(tài)，被動(dòng)地等待來(lái)自客戶機(jī)的請(qǐng)求，一旦檢查到有客戶提出服務(wù)請(qǐng)求，便去完成客戶的請(qǐng)求，并將結(jié)果送回客戶。這樣，工作站中的用戶進(jìn)程與服務(wù)器進(jìn)程便形成了客戶/服務(wù)器關(guān)系。(3)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：用于連接所有客戶機(jī)和服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)它們之間通信和網(wǎng)絡(luò)資源共享的系統(tǒng)。(2)服務(wù)器：通常是一臺(tái)規(guī)模較大的機(jī)器，在其上駐留有網(wǎng)51

C/S模式的優(yōu)點(diǎn)(1)數(shù)據(jù)的分布處理和存儲(chǔ)(2)便于集中管理。(3)靈活性和可擴(kuò)充性(4)易于改編應(yīng)用軟件。C/S模式的優(yōu)點(diǎn)521.5.3面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)

面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念面向?qū)ο蠹夹g(shù)是20世紀(jì)80年代初提出并很快流行起來(lái)的。該技術(shù)是基于“抽象”和“隱蔽”原則來(lái)控制大型軟件的復(fù)雜度的。

對(duì)象是指在現(xiàn)實(shí)世界中具有相同屬性、服從相同規(guī)則的一系列事物(事物可以是一個(gè)物理實(shí)體、一個(gè)概念或一個(gè)軟件模塊等)的抽象，而把其中的具體事物稱為對(duì)象的實(shí)例。1.5.3面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)53

面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)在設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)時(shí)，將計(jì)算機(jī)中的實(shí)體作為對(duì)象來(lái)處理，可帶來(lái)如下好處：(1)通過(guò)“重用”提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。(2)使系統(tǒng)具有更好的易修改性和易擴(kuò)展性。(3)更易于保證系統(tǒng)的“正確性”和“可靠性”。面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)541.5.4微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)

1．微內(nèi)核操作系統(tǒng)的基本概念

為了提高操作系統(tǒng)的“正確性”、“靈活性”、“易維護(hù)性”和”可擴(kuò)充性”，在進(jìn)行現(xiàn)代操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，即使在單處理機(jī)環(huán)境下，大多也采用基于客戶/服務(wù)器模式的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，將操作系統(tǒng)劃分為兩大部分：微內(nèi)核和多個(gè)服務(wù)器。MachOS：并行分布式操作系統(tǒng)，現(xiàn)代的微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的例子

Windows2K/XP：為了移植性的考慮，Windows操作系統(tǒng)的大多數(shù)代碼是用C語(yǔ)言編寫的

/bookfiles/296/10029612589.shtml1.5.4微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)55

1)足夠小的內(nèi)核

內(nèi)核是指精心設(shè)計(jì)的、能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代OS最基本的核心功能的部分。用于：①實(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的處理；②實(shí)現(xiàn)一些較基本的功能；③負(fù)責(zé)客戶和服務(wù)器之間的通信。它們只是為構(gòu)建通用OS提供一個(gè)重要基礎(chǔ)，這樣就可以確保把操作系統(tǒng)內(nèi)核做得很小。1)足夠小的內(nèi)核56

2)基于客戶/服務(wù)器模式

由于客戶/服務(wù)器模式具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，故在單機(jī)微內(nèi)核操作系統(tǒng)中幾乎無(wú)一例外地都采用客戶/服務(wù)器模式，將操作系統(tǒng)中最基本的部分放入內(nèi)核中，而把操作系統(tǒng)的絕大部分功能都放在微內(nèi)核外面的一組服務(wù)器(進(jìn)程)中實(shí)現(xiàn)。例如用于提供對(duì)進(jìn)程(線程)進(jìn)行管理的進(jìn)程(線程)服務(wù)器，提供虛擬存儲(chǔ)器管理功能的虛擬存儲(chǔ)器服務(wù)器，提供I/O設(shè)備管理的I/O設(shè)備管理服務(wù)器等，它們都是被作為進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)行在用戶態(tài)，客戶與服務(wù)器之間是借助微內(nèi)核提供的消息傳遞機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)信息交互的。圖1-10示出了在單機(jī)環(huán)境下的客戶/服務(wù)器模式。2)基于客戶/服務(wù)器模式57圖1-10在單機(jī)環(huán)境下的客戶/服務(wù)器模式

①④②③圖1-10在單機(jī)環(huán)境下的客戶/服務(wù)器模式①④②③58

3)應(yīng)用“機(jī)制與策略分離”原理

在現(xiàn)代操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常利用“機(jī)制與策略分離”的原理來(lái)構(gòu)造OS結(jié)構(gòu)。所謂機(jī)制，是指實(shí)現(xiàn)某一功能的具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而策略，則是在機(jī)制的基礎(chǔ)上，借助于某些參數(shù)和算法來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能的優(yōu)化，或達(dá)到不同的功能目標(biāo)。通常，機(jī)制處于一個(gè)系統(tǒng)的基層，而策略則處于系統(tǒng)的高層。在傳統(tǒng)的OS中，將機(jī)制放在OS的內(nèi)核的較低層，把策略放在內(nèi)核的較高層次中。而在微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，通常將機(jī)制放在OS的微內(nèi)核中。正因?yàn)槿绱?，才有可能將?nèi)核做得很小。3)應(yīng)用“機(jī)制與策略分離”原理59

4)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)

操作系統(tǒng)是一個(gè)極其復(fù)雜的大型軟件系統(tǒng)，我們不僅可以通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)分解操作系統(tǒng)的復(fù)雜度，還可以基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的“抽象”和“隱蔽”原則控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，再進(jìn)一步利用“對(duì)象”、“封裝”和“繼承”等概念來(lái)確保操作系統(tǒng)的“正確性”、“可靠性”、“易修改性”、“易擴(kuò)展性”等，并提高操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)速度。正因?yàn)槊嫦驅(qū)ο蠹夹g(shù)能帶來(lái)如此多的好處，故面向?qū)ο蠹夹g(shù)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。4)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)60

2．微內(nèi)核的基本功能

1)進(jìn)程(線程)管理

采用“機(jī)制與策略分離”的原理。2)低級(jí)存儲(chǔ)器管理

只配置最基本的低級(jí)存儲(chǔ)器管理機(jī)制3)中斷和陷入處理將與硬件緊密相關(guān)的一小部分放入微內(nèi)核中處理。此時(shí)微內(nèi)核的主要功能，是捕獲所發(fā)生的中斷和陷入事件，并進(jìn)行相應(yīng)的前期處理。在微內(nèi)核OS中是將進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理以及I/O管理這些功能一分為二，屬于機(jī)制的很小一部分放入微內(nèi)核中，另外絕大部分放在微內(nèi)核外的各種服務(wù)器中來(lái)實(shí)現(xiàn)。2．微內(nèi)核的基本功能61

3．微內(nèi)核操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1)提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性

由于微內(nèi)核OS的許多功能是由相對(duì)獨(dú)立的服務(wù)器軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)開發(fā)了新的硬件和軟件時(shí)，微內(nèi)核OS只須在相應(yīng)的服務(wù)器中增加新的功能，或再增加一個(gè)專門的服務(wù)器。與此同時(shí)，也必然改善系統(tǒng)的靈活性，不僅可在操作系統(tǒng)中增加新的功能，還可修改原有功能，以及刪除已過(guò)時(shí)的功能，以形成一個(gè)更為精干有效的操作系統(tǒng)。

3．微內(nèi)核操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)62

2)增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性

這一方面是由于微內(nèi)核是出于精心設(shè)計(jì)和嚴(yán)格測(cè)試的，容易保證其正確性；另一方面是它提供了規(guī)范而精簡(jiǎn)的應(yīng)用程序接口(API)，為微內(nèi)核外部的程序編制高質(zhì)量的代碼創(chuàng)造了條件。此外，由于所有服務(wù)器都是運(yùn)行在用戶態(tài)，服務(wù)器與服務(wù)器之間采用的是消息傳遞通信機(jī)制，因此，當(dāng)某個(gè)服務(wù)器出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，不會(huì)影響內(nèi)核，也不會(huì)影響其它服務(wù)器。2)增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性63

3)可移植性

隨著硬件的快速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的硬件平臺(tái)，作為一個(gè)好的操作系統(tǒng)，必須具備可移植性，使其能較容易地運(yùn)行在不同的計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)上。在微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)中，所有與特定CPU和I/O設(shè)備硬件有關(guān)的代碼，均放在內(nèi)核和內(nèi)核下面的硬件隱藏層中，而操作系統(tǒng)其它絕大部分(即各種服務(wù)器)均與硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)，因而，把操作系統(tǒng)移植到另一個(gè)計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)上所需作的修改是比較小的。3)可移植性64

4)提供了對(duì)分布式系統(tǒng)的支持

由于在微內(nèi)核OS中，客戶和服務(wù)器之間以及服務(wù)器和服務(wù)器之間的通信，是采用消息傳遞通信機(jī)制進(jìn)行的，致使微內(nèi)核OS能很好地支持分布式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。事實(shí)上，只要在分布式系統(tǒng)中賦予所有進(jìn)程和服務(wù)器惟一的標(biāo)識(shí)符，在微內(nèi)核中再配置一張系統(tǒng)映射表(即進(jìn)程和服務(wù)器的標(biāo)識(shí)符與它們所駐留的機(jī)器之間的對(duì)應(yīng)表)，在進(jìn)行客戶與服務(wù)器通信時(shí)，只需在所發(fā)送的消息中標(biāo)上發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程的標(biāo)識(shí)符，微內(nèi)核便可利用系統(tǒng)映射表，將消息發(fā)往目標(biāo)，而無(wú)論目標(biāo)是駐留在哪臺(tái)機(jī)器上。4)提供了對(duì)分布式系統(tǒng)的支持65

5)融入了面向?qū)ο蠹夹g(shù)

在設(shè)計(jì)微內(nèi)核OS時(shí)，采用了面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，其中的“封裝”，“繼承”，“對(duì)象類”和“多態(tài)性”，以及在對(duì)象之間采用消息傳遞機(jī)制等，都十分有利于提高系統(tǒng)的“正確性”、“可靠性”、“易修改性”、“易擴(kuò)展性”等，而且還能顯著地減少開發(fā)系統(tǒng)所付出的開銷。5)融入了面向?qū)ο蠹夹g(shù)66

4．微內(nèi)核操作系統(tǒng)存在的問(wèn)題

較之早期OS，微內(nèi)核OS的運(yùn)行效率有所降低。

最主要的原因：在完成一次客戶對(duì)OS提出的服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，需要利用消息實(shí)現(xiàn)多次交互和進(jìn)行用戶/內(nèi)核模式及上下文的多次切換。至少需要進(jìn)行四次上下文切換，有時(shí)八次上下文的切換。

怎么辦？把os功能由服務(wù)器移入微內(nèi)核？4．微內(nèi)核操作系統(tǒng)存在的問(wèn)題67圖1-11在傳統(tǒng)OS和微內(nèi)核OS中的上下文切換

①④②③①②⑤⑥⑦⑧圖1-11在傳統(tǒng)OS和微內(nèi)核OS中的上下文切換①④②③68一.操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展操作系統(tǒng)類型：批量OS、分時(shí)OS、實(shí)時(shí)OS、二.操作系統(tǒng)的基本概念：定義、功能、特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作業(yè)題：P33：2、13補(bǔ)充：什么是操作系統(tǒng)？有什么功能？

第一章小結(jié)一.操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展第一章小結(jié)69實(shí)驗(yàn)1#機(jī)房實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：熟悉Linux環(huán)境實(shí)驗(yàn)1#機(jī)房70第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程1.3操作系統(tǒng)的基本特性1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用71教學(xué)目的：掌握操作系統(tǒng)的定義及其基本特性、主要功能了解操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史和幾種類型的操作系統(tǒng)教學(xué)難重點(diǎn)：操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)的基本特征OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)目的：72操作系統(tǒng)概念（p8）一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源、合理地對(duì)各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度以及方便用戶的程序集合。1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成操作系統(tǒng)概念（p8）1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)731.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)

有效性：提高系統(tǒng)資源利用率，提高系統(tǒng)吞吐量；方便性：計(jì)算機(jī)只能識(shí)別0、1；用戶熟悉的是各種語(yǔ)言；（1，2如何折中？）可擴(kuò)充性：便于增加新的功能和模塊；（如何設(shè)計(jì)？）開放性：遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（OSI）。1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)74圖1－1OS作為接口的從層狀示意圖計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用，命令，圖標(biāo)，窗口應(yīng)用程序及實(shí)用程序系統(tǒng)設(shè)計(jì)者程序員用戶1.1.2操作系統(tǒng)的作用

1.OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口（用戶觀點(diǎn)）

圖1－1OS作為接口的從層狀示意圖計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)75

(1)命令方式。這是指由OS提供了一組聯(lián)機(jī)命令(語(yǔ)言)，用戶可通過(guò)鍵盤輸入有關(guān)命令，來(lái)直接操縱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。(2)系統(tǒng)調(diào)用方式。OS提供了一組系統(tǒng)調(diào)用，用戶可在自己的應(yīng)用程序中通過(guò)相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，來(lái)操縱計(jì)算機(jī)。(3)圖形、窗口方式。用戶通過(guò)屏幕上的窗口和圖標(biāo)來(lái)操縱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)行自己的程序。用戶通過(guò)三種方式使用計(jì)算機(jī)：(1)命令方式。這是指由OS提供了一組聯(lián)機(jī)命76

2.OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者（功能的觀點(diǎn)）處理機(jī)管理：分配和控制處理機(jī)存儲(chǔ)器管理：分配及回收內(nèi)存I/O(Input/Output)設(shè)備管理：I/O分配與操作文件管理：文件存取、共享和保護(hù)

2.OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者（功能的77

3.OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象

裸機(jī)：對(duì)于一臺(tái)完全無(wú)軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為裸機(jī)。——難于使用。擴(kuò)充機(jī)器（虛機(jī)器）：把覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)或虛擬機(jī)?！奖?。分層擴(kuò)充的特點(diǎn)P43.OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象78洋蔥頭似的擴(kuò)充裸機(jī)作系操統(tǒng)其他應(yīng)用軟件用戶應(yīng)用程序序程洋蔥頭似的擴(kuò)充裸機(jī)作系操統(tǒng)其他應(yīng)用軟件用戶應(yīng)用程序序程791.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?/p>

不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率的需要如批處理系統(tǒng)的出現(xiàn)方便用戶如分時(shí)交互式系統(tǒng)的出現(xiàn)器件的不斷更新?lián)Q代8位->16->32->64->...計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展：?jiǎn)螜C(jī)OS->多機(jī)OS->網(wǎng)絡(luò)OS－…1.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Σ粩嗵岣哂?jì)算機(jī)資源利801.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

（第一代計(jì)算機(jī)）

1.人工操作方式

如紙帶輸入機(jī)

特點(diǎn)：無(wú)任何軟件、獨(dú)占性、獨(dú)占性、串行性缺點(diǎn)：

(1)用戶獨(dú)占全機(jī)(2)CPU等待人工操作

1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)81導(dǎo)致人機(jī)矛盾、CPU和I/O設(shè)備速度不匹配

機(jī)器作業(yè)在機(jī)器上人工操操作時(shí)間與機(jī)器速度計(jì)算所需時(shí)間作時(shí)間有效運(yùn)行時(shí)間之比1萬(wàn)次/秒1小時(shí)3分鐘1：2060萬(wàn)次/秒1分鐘3分鐘3：1人工操作方式缺點(diǎn)：1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

導(dǎo)致人機(jī)矛盾、CPU和I/O設(shè)備速度不匹配

機(jī)器822.脫機(jī)輸入/輸出(Off-LineI/O)方式引入I/O機(jī)的概念，解決CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾。主要優(yōu)點(diǎn)：減少了CPU的空閑時(shí)間。(2)提高I/O速度。

2.脫機(jī)輸入/輸出(Off-LineI/O)方式引入I/831.2.2單道批處理系統(tǒng)(SimpleBatchProcessingSystem)

（第二代計(jì)算機(jī)）

處理過(guò)程（圖1-4）概念監(jiān)督程序（monitor）：在其控制下使一批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)的連續(xù)處理。單道批處理系統(tǒng)：系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理都是成批進(jìn)行的、且內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，稱為單道批處理系統(tǒng)(SimpleBatchProcessingSystem)。解決人機(jī)矛盾，即提高系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量。特征：自動(dòng)性順序性單道性1.2.2單道批處理系統(tǒng)(SimpleBatchPro84還有下一個(gè)作業(yè)？把下一個(gè)作業(yè)的源程序轉(zhuǎn)換為目標(biāo)程序源程序有錯(cuò)嗎？裝配目標(biāo)程序運(yùn)行目標(biāo)程序開始是否停止是否圖1-4單道批處理系統(tǒng)的處理流程

還有下一把下一個(gè)作業(yè)源程序裝配目標(biāo)程序運(yùn)行目標(biāo)程序開始是否停851.2.3多道批處理系統(tǒng)（MultiprogrammedBatchProcessingSystem）（第三代計(jì)算機(jī)）

概念多道：系統(tǒng)中同時(shí)駐留多個(gè)作業(yè)多道程序設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)提高CPU利用率（圖1-5）提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率增加了系統(tǒng)吞吐量特征多道性、宏觀上并行、微觀上串行多道批處理優(yōu)點(diǎn)

資源利用率高、系統(tǒng)吞吐率大缺點(diǎn)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)交互能力（怎么辦？？）1.2.3多道批處理系統(tǒng)（Multiprogrammed86圖1－5用戶程序監(jiān)督程序(a)單道程序運(yùn)行情況I/O操作I/O中斷請(qǐng)求啟動(dòng)I/OI/O完成結(jié)束中斷I/O中斷請(qǐng)求啟動(dòng)I/OI/O完成結(jié)束中斷t1t2t3t4t5t6t7t8表示獲得CPU圖1－5用戶程序監(jiān)督程序(a)單道程序運(yùn)行情況I/O操作I/87圖1－5程序A調(diào)度程序I/O請(qǐng)求(b)四道程序運(yùn)行情況程序B程序C程序DI/O請(qǐng)求I/O請(qǐng)求I/O請(qǐng)求I/O完成I/O完成I/O完成A完成表示獲得CPUC再運(yùn)行圖1－5程序A調(diào)度程序I/O請(qǐng)求(b)四道程序運(yùn)行情況程序B88多道批處理系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題

處理機(jī)管理問(wèn)題。(2)內(nèi)存管理問(wèn)題。(3)I/O設(shè)備管理問(wèn)題。(4)文件管理問(wèn)題。(5)作業(yè)管理問(wèn)題。多道批處理系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題處理機(jī)管理問(wèn)題。891.2.4分時(shí)系統(tǒng)

分時(shí)系統(tǒng)(Time-SharingSystem)的產(chǎn)生用戶的需求表現(xiàn)在：人機(jī)交互性（控制）共享主機(jī)（昂貴）便于用戶上機(jī)（方便）分時(shí)系統(tǒng)：指一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶共享主機(jī)中的資源，各個(gè)用戶都可通過(guò)自己的終端以交互方式使用計(jì)算機(jī)。1.2.4分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)(Time-Sharing90分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題及時(shí)接收。多路卡、輸入緩沖區(qū)及時(shí)處理。交互作業(yè)應(yīng)在內(nèi)存、響應(yīng)時(shí)間應(yīng)短采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)多路性（同時(shí)性）獨(dú)立性（獨(dú)占性）及時(shí)性（1—3sec）交互性：

“會(huì)話”

分時(shí)系統(tǒng)的特征

分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題及時(shí)接收。多路卡、輸入緩沖區(qū)多路性（911.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)

概念所謂“實(shí)時(shí)”，是表示“及時(shí)”，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)(Real-TimeSystem)是指系統(tǒng)能及時(shí)(或即時(shí))響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（deadline）完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。

應(yīng)用需求

實(shí)時(shí)控制。(2)實(shí)時(shí)信息處理。1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)概念應(yīng)用需求實(shí)時(shí)控制。92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?。ń?jīng)典說(shuō)法）系統(tǒng)滿足用戶時(shí)限（deadline)的要求(現(xiàn)代）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。93

實(shí)時(shí)任務(wù)

按任務(wù)執(zhí)行是否呈現(xiàn)周期性來(lái)劃分

周期性的非周期性的（開始截止時(shí)間或完成截止時(shí)間）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)：必須滿足。實(shí)時(shí)控制軟實(shí)時(shí)任務(wù)：不太嚴(yán)格。實(shí)時(shí)信息處理實(shí)時(shí)任務(wù)按任務(wù)執(zhí)行是否呈現(xiàn)周期性來(lái)劃分94實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)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）)；要求高可靠性和安全性，效率則放在第二位；系統(tǒng)整體性強(qiáng)；不要求很強(qiáng)的“會(huì)話”能力。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn)95實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較多路性：相似獨(dú)立性：相同及時(shí)性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求更高交互性：分時(shí)系統(tǒng)交互性更強(qiáng)可靠性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求更高實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較961.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展

字長(zhǎng)劃分：運(yùn)行方式劃分：1．單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)含義：只允許一個(gè)用戶上機(jī)，且只允許用戶程序作為一個(gè)任務(wù)運(yùn)行。（一個(gè)人只做一件事）配置在8位和16位微機(jī)。代表是CP/M，MS-DOS，PC-DOS

。

2．單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)含義：只允許一個(gè)用戶上機(jī)，但允許用戶把程序分為若干個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行。（一個(gè)人同時(shí)做多件事）配置在32位微機(jī)。代表是由微軟公司推出的Windows。1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展2．單用戶多任務(wù)操作系97

3．多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)含義：允許多個(gè)用戶通過(guò)各自的終端使用同一臺(tái)機(jī)器，共享主機(jī)系統(tǒng)中的各種資源，而每個(gè)用戶程序又可進(jìn)一步分為幾個(gè)任務(wù)，使它們能并發(fā)執(zhí)行，從而可進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。（多個(gè)人同時(shí)做多件事）大、中和小型機(jī)中所配置的大多是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，而在32位微機(jī)上也配置有多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，其中最有代表性的是UNIXOS。

3．多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)98UNIXOS是美國(guó)電報(bào)電話公司的Bell實(shí)驗(yàn)室在1969～1970年期間開發(fā)的?，F(xiàn)在最有影響的兩個(gè)能運(yùn)行在微機(jī)上的UNIX操作系統(tǒng)的變型是SolarisOS和LinuxOS。

UNIXOS是美國(guó)電報(bào)電話公司的Bell實(shí)驗(yàn)室在19699LinuxOS：Linux是UNIX的一個(gè)重要變種，最初是由芬蘭學(xué)生LinusTorvalds針對(duì)Intel80386開發(fā)的。1991年在Internet網(wǎng)上發(fā)布第一個(gè)Linux版本，由于源代碼公開，因此有很多人通過(guò)Internet與之合作，使Linux的性能迅速提高，其應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。相應(yīng)地，源代碼也急劇膨脹，此時(shí)它已是具有全面功能的UNIX系統(tǒng)，大量在UNIX上運(yùn)行的軟件(包括1000多種實(shí)用工具軟件和大量的網(wǎng)絡(luò)軟件)被移植到Linux上，而且可以在主要的微機(jī)上運(yùn)行，如Intel80x86Pentium等。

LinuxOS：Linux是UNIX的一個(gè)重要變種，100更多操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NetworkOperatingSystem）是建立在主機(jī)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，用于管理網(wǎng)絡(luò)通信和共享資源，協(xié)調(diào)各主機(jī)上任務(wù)的運(yùn)行，并向用戶提供統(tǒng)一的、有效的網(wǎng)絡(luò)接口的軟件集合，它是用戶和主機(jī)操作系統(tǒng)之間的接口。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)調(diào)、處理、指揮和控制的系統(tǒng)軟件更多操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NetworkOperating101操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展

操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿ζ骷焖俑聯(lián)Q代。計(jì)算體系結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展。提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源利用率的需要。讓用戶使用計(jì)算機(jī)越來(lái)越方便的需要。滿足用戶新要求，提供給用戶新服務(wù)。操作系統(tǒng)發(fā)展的方向從大中型計(jì)算機(jī)來(lái)看，主要是分布式和網(wǎng)絡(luò)化。微機(jī)操作系統(tǒng)主要向多用戶多功能、虛存、圖形、數(shù)據(jù)庫(kù)等方向發(fā)展。操作系統(tǒng)的智能化。操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展

操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?021.3操作系統(tǒng)的基本特性

OS特性一：并發(fā)性并行與并發(fā)并行性（Parallelism）是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。如T3時(shí)刻并發(fā)性(Concurrence)

是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。如T3—T4時(shí)刻并發(fā)性是OS最重要的特征，OS所有的內(nèi)容都圍繞它展開??！1.3操作系統(tǒng)的基本特性O(shè)S特性一：并發(fā)性103引入進(jìn)程

目的：為了使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行。

好處：有效地提高了系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量，并改善了系統(tǒng)的性能。

進(jìn)程(Process)：在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，它是由一組機(jī)器指令、數(shù)據(jù)和堆棧等組成的，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)實(shí)體。

一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)需要一定的資源，如CPU、存儲(chǔ)空間及I/O設(shè)備等。

引入進(jìn)程104線程

在引入線程的OS中，通常都是把進(jìn)程作為分配資源的基本單位，而把線程作為獨(dú)立運(yùn)行和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。

進(jìn)程和并發(fā)是現(xiàn)代操作系統(tǒng)最重要的概念！線程105OS特性二：共享性共享：系統(tǒng)中資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用互斥共享：一段時(shí)間只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)某資源.同時(shí)訪問(wèn)：宏觀上允許在一段時(shí)間內(nèi)由多個(gè)進(jìn)程同時(shí)對(duì)某資源進(jìn)行訪問(wèn),但微觀上仍是互斥的.并發(fā)與共享是OS的兩個(gè)最基本的特征,它們互為存在條件.OS特性二：共享性106OS特性三：虛擬虛擬（不存在）通過(guò)某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。在OS中利用了多種虛擬技術(shù),分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、虛擬外部設(shè)備等?？臻g換時(shí)間時(shí)間換空間OS特性三：虛擬虛擬（不存在）空間換時(shí)間時(shí)間換空間107OS特性四：異步性異步性(Asynchronism)

：進(jìn)程以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。運(yùn)行結(jié)果如何保證正確?

在多道程序環(huán)境下允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，但只有進(jìn)程在獲得所需的資源后方能執(zhí)行。由于資源等因素的限制，使進(jìn)程的執(zhí)行通常都不是“一氣呵成”，而是以“停停走走”的方式運(yùn)行。

OS特性四：異步性1081.4操作系統(tǒng)的主要功能

1.4.1處理機(jī)管理功能多道環(huán)境下，處理機(jī)的運(yùn)行及分配都是以進(jìn)程為單位，因此處理機(jī)管理可歸結(jié)為進(jìn)程管理。1、進(jìn)程控制創(chuàng)建/撤消進(jìn)程、遷移進(jìn)程狀態(tài)。一般由進(jìn)程控制原語(yǔ)完成

2．進(jìn)程同步兩種協(xié)調(diào)方式：(1)進(jìn)程互斥方式。(2)進(jìn)程同步方式。

3．進(jìn)程通信類型：直接通信、間接通信1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.4.1處理機(jī)管理功能1094、調(diào)度（作業(yè)與進(jìn)程）作業(yè)調(diào)度為作業(yè)分配必要資源，調(diào)入內(nèi)存建立進(jìn)程，并使之進(jìn)入就緒隊(duì)列。進(jìn)程調(diào)度從就緒隊(duì)列中選出進(jìn)程，分配CPU，使之運(yùn)行。調(diào)度算法：FCFS、優(yōu)先權(quán)等4、調(diào)度（作業(yè)與進(jìn)程）1101.4.2存儲(chǔ)器管理功能目的：方便用戶使用，且提高存貯器利用率1.內(nèi)存分配：靜態(tài)分配、動(dòng)態(tài)分配2.內(nèi)存保護(hù)：機(jī)制，例：上下界限寄存器3.地址映射：邏輯地址——〉物理地址4.內(nèi)存擴(kuò)充：虛存，邏輯上擴(kuò)充1.4.2存儲(chǔ)器管理功能1111.4.3設(shè)備管理功能

任務(wù)：提高I/O利用率和速度，方便用戶1.緩沖管理緩沖區(qū)：用來(lái)解決CPU－I/O矛盾，如：CPU快則應(yīng)多創(chuàng)建緩沖區(qū)。2.設(shè)備分配包括：設(shè)備，設(shè)備控制器，I/O通信的分配和回收3.設(shè)備處理設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序1.4.3設(shè)備管理功能1121.4.4文件管理功能

任務(wù)：方便用戶，提供安全性1.文件存儲(chǔ)空間的管理為每個(gè)文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率。2.目錄管理使用戶按名存取，提高速度。3.文件的讀、寫管理和保護(hù)根據(jù)用戶的需求讀寫數(shù)據(jù)，并提供有效的存取控制功能。1.4.4文件管理功能1131.4.5操作系統(tǒng)與用戶之間的接口

為了方便用戶使用操作系統(tǒng)，OS又向用戶提供了“用戶與操作系統(tǒng)的接口”。該接口通?？煞譃閮纱箢悾?/p>

(1)用戶接口。它是提供給用戶使用的接口，用戶可通過(guò)該接口取得操作系統(tǒng)的服務(wù)；

(2)程序接口。它是提供給程序員在編程時(shí)使用的接口，是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務(wù)的惟一途徑。

1.4.5操作系統(tǒng)與用戶之間的接口1141．用戶接口由一組“命令”集組成，分為聯(lián)機(jī)和脫機(jī)用戶接口聯(lián)機(jī)用戶接口由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序所組成脫機(jī)（批處理用戶接口）用JCL寫作業(yè)說(shuō)明書圖形用戶接口——〉聯(lián)機(jī)用戶接口圖形、icon2．程序接口

系統(tǒng)調(diào)用高級(jí)語(yǔ)言的庫(kù)函數(shù)1．用戶接口1151.5OS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一代：無(wú)結(jié)構(gòu)第二代：模塊式第三代：分層式第四代：微內(nèi)核把前三代的OS結(jié)構(gòu)稱為傳統(tǒng)的OS結(jié)構(gòu)，而把第四代的OS結(jié)構(gòu)稱為現(xiàn)代OS結(jié)構(gòu)。1.5OS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一代：無(wú)結(jié)構(gòu)1161.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)結(jié)構(gòu)OS一組過(guò)程集，各過(guò)程可相互調(diào)用，也叫整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)：邏輯復(fù)雜，維護(hù)困難.1.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)結(jié)構(gòu)OS1171.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu)OS通過(guò)分解和模塊化來(lái)控制大型軟件復(fù)雜度。如：進(jìn)程模塊、內(nèi)存模塊…，各模塊內(nèi)進(jìn)一步劃分子模塊。優(yōu)點(diǎn)：提高了OS設(shè)計(jì)的正確性、可理解性、可維護(hù)性增強(qiáng)的OS的可適應(yīng)性加速了OS的開發(fā)過(guò)程：并行開發(fā)模塊缺點(diǎn)：模塊大小、接口不易確定模塊依賴關(guān)系可能復(fù)雜-〉無(wú)序模塊法1.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu)OS1181.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層式操作系統(tǒng)分層式結(jié)構(gòu)的基本概念：自底向上，每一層僅能使用其底層所提供的功能和服務(wù)優(yōu)點(diǎn)(1)易保證系統(tǒng)的正確性(2)易擴(kuò)充和易維護(hù)性缺點(diǎn)效率降低

1.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層式操作系統(tǒng)1191.5.2客戶/服務(wù)器模式客戶/服務(wù)器(Client/Server)模式可簡(jiǎn)稱為C/S模式。

C/S模式的組成由客戶機(jī)、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三個(gè)部分組成。(1)客戶機(jī)：通常在一個(gè)LAN網(wǎng)絡(luò)上連接有多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)工作站(簡(jiǎn)稱客戶機(jī))，每臺(tái)客戶機(jī)都是一個(gè)自主計(jì)算機(jī)。

1.5.2客戶/服務(wù)器模式120

(2)服務(wù)器：通常是一臺(tái)規(guī)模較大的機(jī)器，在其上駐留有網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等，它應(yīng)能為網(wǎng)上所有的用戶提供一種或多種服務(wù)。平時(shí)它一直處于工作狀態(tài)，被動(dòng)地等待來(lái)自客戶機(jī)的請(qǐng)求，一旦檢查到有客戶提出服務(wù)請(qǐng)求，便去完成客戶的請(qǐng)求，并將結(jié)果送回客戶。這樣，工作站中的用戶進(jìn)程與服務(wù)器進(jìn)程便形成了客戶/服務(wù)器關(guān)系。(3)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：用于連接所有客戶機(jī)和服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)它們之間通信和網(wǎng)絡(luò)資源共享的系統(tǒng)。(2)服務(wù)器：通常是一臺(tái)規(guī)模較大的機(jī)器，在其上駐留有網(wǎng)121

C/S模式的優(yōu)點(diǎn)(1)數(shù)據(jù)的分布處理和存儲(chǔ)(2)便于集中管理。(3)靈活性和可擴(kuò)充性(4)易于改編應(yīng)用軟件。C/S模式的優(yōu)點(diǎn)1221.5.3面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)

面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念面向?qū)ο蠹夹g(shù)是20世紀(jì)80年代初提出并很快流行起來(lái)的。該技術(shù)是基于“抽象”和“隱蔽”原則來(lái)控制大型軟件的復(fù)雜度的。

對(duì)象是指在現(xiàn)實(shí)世界中具有相同屬性、服從相同規(guī)則的一系列事物(事物可以是一個(gè)物理實(shí)體、一個(gè)概念或一個(gè)軟件模塊等)的抽象，而把其中的具體事物稱為對(duì)象的實(shí)例。1.5.3面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)123

面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)在設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)時(shí)，將計(jì)算機(jī)中的實(shí)體作為對(duì)象來(lái)處理，可帶來(lái)如下好處：(1)通過(guò)“重用”提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。(2)使系統(tǒng)具有更好的易修改性和易擴(kuò)展性。(3)更易于保證系統(tǒng)的“正確性”和“可靠性”。面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)1241.5.4微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)

1．微內(nèi)核操作系統(tǒng)的基本概念

為了提高操作系統(tǒng)的“正確性”、“靈活性”、“易維護(hù)性”和”可擴(kuò)充性”，在進(jìn)行現(xiàn)代操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，即使在單處理機(jī)環(huán)境下，大多也采用基于客戶/服務(wù)器模式的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，將操作系統(tǒng)劃分為兩大部分：微內(nèi)核和多個(gè)服務(wù)器。MachOS：并行分布式操作系統(tǒng)，現(xiàn)代的微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的例子

Windows2K/XP：為了移植性的考慮，Windows操作系統(tǒng)的大多數(shù)代碼是用C語(yǔ)言編寫的

/bookfiles/296/10029612589.shtml1.5.4微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)125

1)足夠小的內(nèi)核

內(nèi)核是指精心設(shè)計(jì)的、能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代OS最基本的核心功能的部分。用于：①實(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的處理；②實(shí)現(xiàn)一些較基本的功能；③負(fù)責(zé)客戶和服務(wù)器之間的通信。它們只是為構(gòu)建通用OS提供一個(gè)重要基礎(chǔ)，這樣就可以確保把操作系統(tǒng)內(nèi)核做得很小。1)足夠小的內(nèi)核126

2)基于客戶/服務(wù)器模式

由于客戶/服務(wù)器模式具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，故在單機(jī)微內(nèi)核操作系統(tǒng)中幾乎無(wú)一例外地都采用客戶/服務(wù)器模式，將操作系統(tǒng)中最基本的部分放入內(nèi)核中，而把操作系統(tǒng)的絕大部分功能都放在微內(nèi)核外面的一組服務(wù)器(進(jìn)程)中實(shí)現(xiàn)。例如用于提供對(duì)進(jìn)程(線程)進(jìn)行管理的進(jìn)程(線程)服務(wù)器，提供虛擬存儲(chǔ)器管理功能的虛擬存儲(chǔ)器服務(wù)器，提供I/O設(shè)備管理的I/O設(shè)備管理服務(wù)器等，它們都是被作為進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)行在用戶態(tài)，客戶與服務(wù)器