第一章(14年2月6日)

主講：操鳳萍cfp423@126.com東南大學(xué)成賢學(xué)院2014年春操作系統(tǒng)討論說(shuō)說(shuō)你所知道的與操作系統(tǒng)有關(guān)的知識(shí)？？作用、分類、地位等方面前言操作系統(tǒng)（OS）是計(jì)算機(jī)最重要的系統(tǒng)軟件，同時(shí)OS也是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最活躍學(xué)科之一，其更新、發(fā)展的速度十分迅速。本課程不是討論某一個(gè)特定的操作系統(tǒng)，而是就一般情況，從功能及應(yīng)用的角度，討論操作系統(tǒng)的組成、原理及各種不同的實(shí)現(xiàn)的機(jī)制。用C語(yǔ)言進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)編程和嵌入式OS開(kāi)發(fā),包括Lniux(RT-linux、uclinux、ubuntu)、ucos、Vxworks、Android和windowsCE/Mobile《操作系統(tǒng)》課程地位計(jì)算機(jī)專業(yè)最為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一是將來(lái)（無(wú)論硬、軟）許多課程的先行課想成為“編程高手”必須掌握的課程考研專業(yè)課之一參考書(shū)籍OperatingSystems:InternalsandDesignPrinciples,WilliamStallings

Appliedoperatingsystemconcept,Silberschatz.A

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)湯子瀛（第三版）西安電子學(xué)習(xí)目的和方法課程特點(diǎn)：概念多、原理性強(qiáng)、較抽象課程學(xué)習(xí)目的：基礎(chǔ)核心課、有利于對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解和軟件開(kāi)發(fā)課程學(xué)習(xí)方法：以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，理論聯(lián)系實(shí)際課程學(xué)習(xí)難點(diǎn)：概念、原理、算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程安排

理論（64學(xué)時(shí)）+實(shí)踐（16時(shí)）第一階段一操作系統(tǒng)引論（8學(xué)時(shí)）二進(jìn)程管理（12學(xué)時(shí)）三處理機(jī)調(diào)度與死鎖（12學(xué)時(shí)）期中測(cè)試及講解（4學(xué)時(shí)）第二階段四存儲(chǔ)管理（12學(xué)時(shí)）五設(shè)備管理（8學(xué)時(shí)）六文件管理（8學(xué)時(shí)）期末考試要求課堂上：認(rèn)真聽(tīng)講，以聽(tīng)為主，加以適當(dāng)筆記課后：做好預(yù)習(xí)，復(fù)習(xí)工作。認(rèn)真獨(dú)立、按時(shí)完成作業(yè)實(shí)驗(yàn)（OS原理編程模擬+源碼分析）從現(xiàn)在開(kāi)始進(jìn)行編程能力的自我培養(yǎng)，為實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：window/Linux推薦編程語(yǔ)言：C/C++實(shí)驗(yàn)編輯工具：VC++

考核筆試（閉卷），需要期中考試?？傇u(píng)=平時(shí)考勤+平時(shí)作業(yè)+平時(shí)課程實(shí)驗(yàn)+期中考試成績(jī)+期末考試成績(jī)各教學(xué)環(huán)節(jié)占總分的比例：平時(shí)考勤：5%，平時(shí)作業(yè)：5%，平時(shí)課程實(shí)驗(yàn)：20%，期末考試成績(jī)：70%。無(wú)故缺課1/3,曠課5次，缺交作業(yè)（含實(shí)驗(yàn)報(bào)告）不得考試第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的大腦、中樞神經(jīng)、是計(jì)算機(jī)的靈魂。你想了解計(jì)算機(jī)的中樞神經(jīng)是怎樣工作的嗎？本章將作綜述。1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)

CompanyLogo本章討論的問(wèn)題為什么要學(xué)習(xí)“操作系統(tǒng)”？操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能、特征。操作系統(tǒng)的分類。學(xué)習(xí)要點(diǎn)主要內(nèi)容：操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用和模型,操作系統(tǒng)的基本類型,操作系統(tǒng)的特征及功能,操作系統(tǒng)的發(fā)展，操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?；疽螅毫私獠僮飨到y(tǒng)的作用、發(fā)展歷史和分類等。重點(diǎn)：操作系統(tǒng)的定義、分類和功能。難點(diǎn)：操作系統(tǒng)的并發(fā)、共享、虛擬、異步性四個(gè)基本特征。CompanyLogo為什么要學(xué)習(xí)“操作系統(tǒng)”1.OS是配置在計(jì)算機(jī)硬件上的第一層軟件，是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的首次擴(kuò)充。2.所有的計(jì)算機(jī)軟件都必須在操作系統(tǒng)的支持下才能運(yùn)行。用戶程序系統(tǒng)應(yīng)用程序操作系統(tǒng)裸機(jī)一、操作系統(tǒng)OS（OperatingSystem）是最重要的系統(tǒng)軟件，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中占據(jù)了特殊重要的地位。CompanyLogo二、操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最活躍發(fā)展最迅速的領(lǐng)域。三、應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)與OS密切相關(guān)。了解操作系統(tǒng)的組成及工作原理，能更加有效地設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的應(yīng)用軟件。四、反之，高質(zhì)量的應(yīng)用軟件對(duì)發(fā)揮計(jì)算機(jī)的效能，充分利用計(jì)算機(jī)的資源，提高經(jīng)濟(jì)效益，起著重要作用。為什么要學(xué)習(xí)“操作系統(tǒng)”CompanyLogo1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)目前存在著多種類型的OS，不同類型的OS，其目標(biāo)各有所側(cè)重。通常在計(jì)算機(jī)硬件上配置的OS，其目標(biāo)有以下幾點(diǎn)：

1.方便性

2.有效性

3.可擴(kuò)充性

4.開(kāi)放性

CompanyLogo1.1.2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)之間的接口用戶在OS幫助下，能夠方便、快捷、安全、可靠地操縱計(jì)算機(jī)硬件和運(yùn)行自己的程序。這種接口是軟件接口。CompanyLogo圖1-1OS作為接口的示意圖

使用方式

命令方式。

系統(tǒng)調(diào)用方式。

圖形、窗口方式。CompanyLogo

2.OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者處理機(jī)管理，用于分配和控制處理機(jī)；存儲(chǔ)器管理，主要負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配與回收；

I/O設(shè)備管理，負(fù)責(zé)I/O設(shè)備的分配與操縱；文件管理，負(fù)責(zé)文件的存取、共享和保護(hù)。CompanyLogo

3.計(jì)算機(jī)資源的抽象對(duì)于一臺(tái)完全無(wú)軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(即裸機(jī))，即使其功能再?gòu)?qiáng)，也必定是難于使用的。OS是鋪設(shè)在計(jì)算機(jī)硬件上的多層系統(tǒng)軟件，它隱藏了對(duì)硬件的操作的細(xì)節(jié)。如:Read和Write命令課本P3圖1-2CompanyLogo1.2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)

1.人工操作方式（45年—50年代中）無(wú)操作系統(tǒng)，人工直接使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。這種人工操作方式有以下兩方面的缺點(diǎn)：

(1)用戶獨(dú)占全機(jī)。(2)CPU等待人工操作。CompanyLogo2.脫機(jī)輸入/輸出(Off-LineI/O)方式這種脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn)如下：減少了CPU的空閑時(shí)間。(2)提高I/O速度。

圖1-2脫機(jī)I/O示意圖CompanyLogo1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.單道批處理系統(tǒng)(SimpleBatchProcessingSystem)的處理過(guò)程

圖1-3單道批處理系統(tǒng)的處理流程

(1)自動(dòng)性。

(2)順序性。

(3)單道性。

一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，并在系統(tǒng)中配上監(jiān)控程序，在它的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)的連續(xù)處理操作系統(tǒng)前身CompanyLogo單道程序系統(tǒng)的工作情況用戶程序監(jiān)督程序I/O操作I/O中斷請(qǐng)求啟動(dòng)I/O

I/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顯然，單道程序系統(tǒng)CPU的利用率低。CompanyLogo

多道批處理系統(tǒng)（BatchProcessingSystem）

為解決CPU利用率低的問(wèn)題，引入了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。1.2.3多道批處理系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個(gè)隊(duì)列，稱為“后備隊(duì)列”；然后，由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。CompanyLogo程序A

程序B

程序C

程序D調(diào)度程序程序AI/O請(qǐng)求程序BI/O請(qǐng)求程序CI/O請(qǐng)求程序DI/O請(qǐng)求程序AI/O完成程序BI/O完成程序A再次被調(diào)度程序CI/O完成t多道程序系統(tǒng)的工作情況為了進(jìn)一步提高CPU的利用率，形成了多道程序系統(tǒng)，觀察下面多道程序系統(tǒng)的工作情況：CompanyLogo多道性，內(nèi)存中同時(shí)存放多道相互獨(dú)立的程序。宏觀上多道程序并行，微觀上交替執(zhí)行。

共享軟、硬件資源,使計(jì)算機(jī)四類資源（CPU、內(nèi)存、外設(shè)、信息文件）,尤其是CPU得到充分利用。1.多道批處理系統(tǒng)特點(diǎn)1.2.3多道批處理系統(tǒng)

CompanyLogo程序A

程序B

程序C

程序D調(diào)度程序程序AI/O請(qǐng)求程序BI/O請(qǐng)求程序CI/O請(qǐng)求程序DI/O請(qǐng)求程序AI/O完成程序BI/O完成程序A再次被調(diào)度程序CI/O完成t用戶程序監(jiān)督程序I/O操作I/O中斷請(qǐng)求啟動(dòng)I/O

I/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t1t2t3t4t5t6t7t8CompanyLogo

2、在OS中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)可帶來(lái)以下好處提高CPU的利用率。

提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率。增加系統(tǒng)吞吐量。在保持CPU、I/O設(shè)備不斷忙碌的同時(shí)，也必然會(huì)大幅度地提高系統(tǒng)的吞吐量，從而降低作業(yè)加工所需的費(fèi)用。CompanyLogo3.多道批處理系統(tǒng)的缺點(diǎn)

平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)。(2)無(wú)交互能力。

CompanyLogo【例】所謂___是指將一個(gè)以上的作業(yè)放入主存,并且處于運(yùn)行狀態(tài),這些作業(yè)共享處理機(jī)的時(shí)間和外圍設(shè)備等其他資源A.多重處理B.多道程序設(shè)計(jì)C.實(shí)時(shí)處理D.共行執(zhí)行【答案】B課堂練習(xí)題

CompanyLogo【例】批處理操作系統(tǒng)的目的是（）A提高系統(tǒng)與用戶的交互性B提高系統(tǒng)資源利用率C降低用戶作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間D減少用戶作業(yè)的等待時(shí)間【分析】批處理操作系統(tǒng)中，操作人員將作業(yè)成批地裝入計(jì)算機(jī)中，由操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中某個(gè)特定區(qū)域（輸入井）將其組織好并按一定的算法選擇其中的一個(gè)或多個(gè)作業(yè)，將其調(diào)入內(nèi)存使其運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)束后，把結(jié)果放入“輸出井”，有計(jì)算機(jī)統(tǒng)一輸出后交給用戶【答案】BCompanyLogo4.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。

os定義？CompanyLogo1.2.4分時(shí)系統(tǒng)

1.分時(shí)系統(tǒng)(Time-SharingSystem)的產(chǎn)生

推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，是提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，則是用戶的需求。用戶的需求具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)人—機(jī)交互。

(2)共享主機(jī)。

(3)便于用戶上機(jī)。

CompanyLogo分時(shí)系統(tǒng)（TimeSharingSystem）

所謂“分時(shí)”是指多個(gè)用戶對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行時(shí)間上的分享。是通過(guò)分配“時(shí)間片”(TimeSlice)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。CompanyLogo2.分時(shí)系統(tǒng)的特征

多路性

一臺(tái)主機(jī)同時(shí)連接多臺(tái)終端，系統(tǒng)支持多個(gè)終端用戶同時(shí)工作，按照分時(shí)原則為用戶服務(wù)。獨(dú)立性

各用戶終端相互獨(dú)立工作，互不干擾。及時(shí)性

用戶請(qǐng)求能得到及時(shí)響應(yīng)。交互性

提供人機(jī)對(duì)話功能。CompanyLogo討論:以下說(shuō)法對(duì)嗎？

分時(shí)操作系統(tǒng)是一個(gè)聯(lián)機(jī)的（On-line）、多用戶（Multiuser）、交互式（Interactive）操作系統(tǒng)。？CompanyLogo3.實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)有哪些主要問(wèn)題需要解決？按“時(shí)間片輪轉(zhuǎn)”的調(diào)度策略;影響響應(yīng)時(shí)間的因素：A、系統(tǒng)開(kāi)銷—包括對(duì)外存的訪問(wèn)時(shí)間及信息傳輸時(shí)間。單道系統(tǒng)—主要是內(nèi)外存交換。多道系統(tǒng)—進(jìn)程調(diào)度與內(nèi)外存交換。B、用戶數(shù)目—響應(yīng)時(shí)間nq（n-用戶數(shù)、q-時(shí)間片）C、時(shí)間片—時(shí)間片愈短，響應(yīng)時(shí)間愈快。但過(guò)短，增加系統(tǒng)開(kāi)銷。D、對(duì)換信息量—信息量大，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。響應(yīng)時(shí)間—分時(shí)系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵。CompanyLogo【例】如果分時(shí)操作系統(tǒng)的時(shí)間片一定,那么___,則響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng).A.用戶數(shù)越少B.用戶數(shù)越多C.內(nèi)存越少D.內(nèi)存越多【答案】BCompanyLogo1.“實(shí)時(shí)”—立即、及時(shí)，指系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的外部事件，并以足夠快的速度完成對(duì)時(shí)間事件的處理。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)

（工業(yè)過(guò)程控制，飛行物發(fā)射自控系統(tǒng)）實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)（情報(bào)檢索，機(jī)票訂購(gòu)等）1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)

CompanyLogo

2.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特征

及時(shí)性

對(duì)響應(yīng)時(shí)間有較高要求。采取措施?容錯(cuò)管理功能（過(guò)載保護(hù)、故障檢測(cè)、系統(tǒng)重構(gòu)）?硬件的冗余措施（多處理機(jī)、系統(tǒng)前后臺(tái)工作）多路性對(duì)多路現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集,對(duì)多個(gè)對(duì)象或執(zhí)行機(jī)制進(jìn)行控制。

對(duì)信息的采集及對(duì)對(duì)象的控制相互獨(dú)立，互不干擾。獨(dú)立性人與系統(tǒng)的交互，僅限于對(duì)某些專用服務(wù)程序的訪問(wèn)。交互性可靠性實(shí)時(shí)系統(tǒng)的處理對(duì)象多為重要的經(jīng)濟(jì)或軍事目標(biāo)，要求系統(tǒng)具有高可靠性。

2.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特征

及時(shí)性

對(duì)響應(yīng)時(shí)間有較高要求。CompanyLogo【例】___操作系統(tǒng)允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)連接多臺(tái)終端,多個(gè)用戶可以通過(guò)各自的終端同時(shí)交互地使用計(jì)算機(jī).A.網(wǎng)絡(luò)B.分布式C.分時(shí)D.實(shí)時(shí)【答案】CCompanyLogo【例】批處理系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是_____

。ACPU的利用率不高B失去了交互性C不具備并行性D以上都不是【解析】批處理系統(tǒng)的特點(diǎn)是：用戶將其控制意圖通過(guò)作業(yè)控制語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)成作業(yè)說(shuō)明書(shū)，然后交給系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)按作業(yè)說(shuō)明書(shū)去控制作業(yè)的運(yùn)行，在此期間，用戶沒(méi)法和系統(tǒng)交流?！敬鸢浮浚˙）CompanyLogo【例】多道程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是多道，宏觀上_____和微觀上_____.【分析】多道程序環(huán)境下，若干個(gè)程序宏觀上同時(shí)執(zhí)行，微觀上交替執(zhí)行。當(dāng)其中一個(gè)程序由于某種原因而不能占用CPU時(shí)，其他程序占用CPU，提高CPU的利用率?！窘獯稹亢暧^上并行；微觀上串行CompanyLogo【例】批處理系統(tǒng)主要解決_____問(wèn)題，分時(shí)系統(tǒng)主要解決_____問(wèn)題【解答】吞吐量；交互性CompanyLogo

從兩個(gè)不同的角度討論操作系統(tǒng)的功能：資源管理

協(xié)調(diào)、管理計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，提高其利用率。2.

用戶角度

為用戶提供使用計(jì)算機(jī)的環(huán)境和服務(wù)。計(jì)算機(jī)四大類資源

CPU內(nèi)存外設(shè)信息文件

處理機(jī)管理存儲(chǔ)器管理設(shè)備管理文件管理用戶接口

1.4操作系統(tǒng)的主要功能

CompanyLogo1、處理機(jī)管理

基本任務(wù)是：按照一定策略，對(duì)處理機(jī)進(jìn)行分配及進(jìn)行資源回收。在多道程序系統(tǒng)中，處理機(jī)的分配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為單位的，故處理機(jī)管理又歸結(jié)為進(jìn)程管理。進(jìn)程調(diào)度

按照某種調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU的分配。進(jìn)程控制

進(jìn)程的創(chuàng)建、撤消、狀態(tài)轉(zhuǎn)換等控制。

進(jìn)程同步

協(xié)調(diào)、控制系統(tǒng)中進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行。

?互斥方式?同步方式進(jìn)程通信

進(jìn)程之間交換信息—高級(jí)通信方式。1.4操作系統(tǒng)的主要功能

CompanyLogo

2、存儲(chǔ)器管理主要涉及內(nèi)存管理，任務(wù)是為多道程序的執(zhí)行提供必要、良好的環(huán)境。為用戶提供足夠大的存儲(chǔ)空間。內(nèi)存分配與回收存儲(chǔ)保護(hù)地址映射內(nèi)存擴(kuò)充1.4操作系統(tǒng)的主要功能

CompanyLogo3、設(shè)備管理

基本任務(wù)是為用戶提供統(tǒng)一的與設(shè)備無(wú)關(guān)的接口。對(duì)各種外設(shè)進(jìn)行調(diào)度、分配、實(shí)現(xiàn)設(shè)備的中斷處理及錯(cuò)誤處理等。

緩沖技術(shù)虛擬設(shè)備技術(shù)1.4操作系統(tǒng)的主要功能

CompanyLogo

4、文件管理

即對(duì)計(jì)算機(jī)軟件資源的管理?；救蝿?wù)是：

1.負(fù)責(zé)文件的物理存儲(chǔ)空間的組織分配與回收。

2.實(shí)現(xiàn)文件的按名存取。

3.實(shí)現(xiàn)文件與目錄的創(chuàng)建、讀、寫(xiě)、及修改、刪除等基本操作。

4.文件的保護(hù)與保密。1.4操作系統(tǒng)的主要功能

CompanyLogo5、用戶接口從用戶的角度考慮操作系統(tǒng)的功能。用戶與操作系統(tǒng)的接口，通常有三種形式：

1.命令接口（聯(lián)機(jī)、脫機(jī)）

2.程序接口（系統(tǒng)調(diào)用）是為用戶程序在執(zhí)行過(guò)程中訪問(wèn)系統(tǒng)資源而設(shè)置的一組廣義指令，以函數(shù)的形式提供。

3.圖形接口是一種全新的人機(jī)界面，提供圖形用戶界面（GUI）和符號(hào)操作。1.4操作系統(tǒng)的主要功能

CompanyLogo1.3操作系統(tǒng)的基本特性1.3.1并發(fā)(Concurrence)并行性和并發(fā)性是既相似又有區(qū)別的兩個(gè)概念，并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；而并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。CompanyLogo程序A

程序B

程序C

程序D調(diào)度程序程序AI/O請(qǐng)求程序BI/O請(qǐng)求程序CI/O請(qǐng)求程序DI/O請(qǐng)求程序AI/O完成程序BI/O完成程序A再次被調(diào)度程序CI/O完成t多道程序系統(tǒng)的工作情況宏觀上有多個(gè)程序在同時(shí)運(yùn)行，但在單處理機(jī)系統(tǒng)中，微觀上這些程序只能是分時(shí)地交替執(zhí)行。CompanyLogo并發(fā)性（Concurrence）

在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指在一段時(shí)間內(nèi)，宏觀上有多道“程序”同時(shí)運(yùn)行。

顯然，在微觀上，多道“程序”只能交替執(zhí)行。

并發(fā)性有效地改善了系統(tǒng)資源的利用率，提高系統(tǒng)的吞吐量。當(dāng)然，也使操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)變得復(fù)雜。CompanyLogo課堂討論進(jìn)程”并發(fā)“與計(jì)算機(jī)中CPU個(gè)數(shù)有沒(méi)有關(guān)系？

【分析】倘若在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有多個(gè)處理機(jī)，則這些可以并發(fā)執(zhí)行的程序便可被分配到多個(gè)處理機(jī)上，實(shí)現(xiàn)并行執(zhí)行，即利用每個(gè)處理機(jī)來(lái)處理一個(gè)可并發(fā)執(zhí)行的程序，這樣，多個(gè)程序便可同時(shí)執(zhí)行。CompanyLogo共享性（Sharing）是指多個(gè)進(jìn)程共同使用有限的資源。有兩種方式：互斥訪問(wèn)

一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)該資源。只有該進(jìn)程釋放資源后，其他進(jìn)程才能訪問(wèn)。該資源稱為臨界資源。同時(shí)訪問(wèn)

在宏觀上，允許多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”訪問(wèn)某個(gè)資源。磁盤(pán)打印機(jī)CompanyLogo

1.互斥共享方式僅當(dāng)A進(jìn)程訪問(wèn)完并釋放該資源后，才允許另一進(jìn)程對(duì)該資源進(jìn)行訪問(wèn)。我們把這種資源共享方式稱為互斥式共享，而把在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)的資源稱為臨界資源或獨(dú)占資源。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)備，以及某些軟件中所用的棧、變量和表格，都屬于臨界資源，它們要求被互斥地共享。

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2.同時(shí)訪問(wèn)方式

系統(tǒng)中還有另一類資源，允許在一段時(shí)間內(nèi)由多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”對(duì)它們進(jìn)行訪問(wèn)。如:磁盤(pán)設(shè)備及一些用重入碼編寫(xiě)的文件。

并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征，它們又是互為存在的條件。

并發(fā)、共享是操作系統(tǒng)最基本的特征，資源共享是進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的必然結(jié)果，同時(shí)只有對(duì)資源實(shí)施有效管理，才能實(shí)現(xiàn)和保證進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行。CompanyLogo

虛擬是操作系統(tǒng)的奇妙的功能，是指通過(guò)某種技術(shù)把一個(gè)物理設(shè)備變成邏輯上的多個(gè)。例如：分時(shí)系統(tǒng)中，將一個(gè)物理CPU虛擬為多個(gè)。虛擬存儲(chǔ)管理，將一個(gè)統(tǒng)一編址的物理存儲(chǔ)器變?yōu)槎鄠€(gè)邏輯上獨(dú)立編址的存儲(chǔ)器等。如：虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、虛擬外部設(shè)備和虛擬信道等。1.3.3虛擬(Virtual)CompanyLogo

也稱為不確定性（Nondeterministic），指在多道程序環(huán)境下，各進(jìn)程交錯(cuò)執(zhí)行，“走走停?！保鬟M(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行順序是不確定的。即進(jìn)程是以異步方式執(zhí)行的。1.3.4異步性(Asynchronism)CompanyLogo【分析】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。當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程提出某種資源要求時(shí)，如打印請(qǐng)求，而此時(shí)打印機(jī)正在為其它某進(jìn)程打印，由于打印機(jī)屬于臨界資源，因此正在執(zhí)行的進(jìn)程必須等待，且放棄處理機(jī)，直到打印機(jī)空閑，并再次把處理機(jī)分配給該進(jìn)程時(shí)，該進(jìn)程方能繼續(xù)執(zhí)行。

CompanyLogo【例】操作系統(tǒng)是對(duì)_____進(jìn)行管理的軟件A軟件B硬件C計(jì)算機(jī)資源D應(yīng)用程序【答案】C課堂練習(xí)CompanyLogo【例】操作系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的組成部分，是為了提高計(jì)算機(jī)的_____和方便用戶使用計(jì)算機(jī)而配備的一種系統(tǒng)軟件。A速度B利用率C靈活性D兼容性【答案】BCompanyLogo【例】操作系統(tǒng)的基本功能包括___,___,___,___.除此之外還為用戶使用操作系統(tǒng)提供了用戶接口【解答】處理機(jī)管理；存儲(chǔ)器管理；設(shè)備管理；信息（或文件）管理CompanyLogo【例】所謂操作系統(tǒng)虛擬機(jī)的概念，是指_____【分析】一臺(tái)由硬件組成的計(jì)算機(jī)稱為裸機(jī)，不易使用。操作系統(tǒng)為用戶使用計(jì)算機(jī)提供了許多服務(wù)，從而把一臺(tái)難于使用的裸機(jī)改造成功能強(qiáng)大，方便使用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所謂虛擬，是把一個(gè)物理上的實(shí)體變?yōu)槿舾陕銠C(jī)上的對(duì)應(yīng)物。在單CPU的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中能同時(shí)運(yùn)行多道程序，好像每個(gè)程序都獨(dú)享一個(gè)CPU，就是虛擬。【答案】操作系統(tǒng)為用戶使用計(jì)算機(jī)提供了許多服務(wù)，從而把一臺(tái)難于使用的裸機(jī)改造成功能更強(qiáng)大，使用更方便的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。CompanyLogo微內(nèi)核（英文中常譯作microkernel）。是一種能夠提供必要服務(wù)的操作系統(tǒng)內(nèi)核；其將操作系統(tǒng)劃分成兩大部分:微內(nèi)核和多個(gè)服務(wù)器，通常在微內(nèi)核中都采用了Ｃ／Ｓ結(jié)構(gòu)。1.5OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)微內(nèi)核CompanyLogo微內(nèi)核提供一組“最基本”的服務(wù)，如進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、存儲(chǔ)管理。其他服務(wù)，如文件管理、網(wǎng)絡(luò)支持等通過(guò)接口連到微內(nèi)核。在用戶模式下運(yùn)行，而處理這些服務(wù)同處理其他的任何一個(gè)程序一樣。微內(nèi)核

1.5OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)CompanyLogoCompanyLogo客戶機(jī)／服務(wù)器模式（Client/ServerModel）

該模式的ＯＳ由兩部分構(gòu)成：⑴運(yùn)行在核心態(tài)的內(nèi)核。提供了ＯＳ的基本操作，如線程調(diào)度、虛擬存儲(chǔ)、消息傳遞、設(shè)備驅(qū)動(dòng)以及內(nèi)核的原語(yǔ)操作集和中斷處理。⑵運(yùn)行在用戶態(tài)并以C/S方式運(yùn)行的進(jìn)程層，每個(gè)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)一組服務(wù)。CompanyLogo可以用商業(yè)對(duì)比來(lái)解釋微內(nèi)核的模塊概念?？紤]一個(gè)過(guò)度忙碌的商務(wù)經(jīng)理。通過(guò)將工作分給其他人，這位經(jīng)理可以將他的能力更有效地用于重要的商務(wù)工作中去，并集中于其他一些任務(wù)，例如開(kāi)辟新的商務(wù)分支等?？梢怨蛡蛞恍┬氯藖?lái)支持增長(zhǎng)的商務(wù)活動(dòng)。經(jīng)理協(xié)調(diào)這些工作，但由其他的人做好雇傭他們時(shí)說(shuō)好要做的事。與此類似，微內(nèi)核操作系統(tǒng)支持執(zhí)行少量核心任務(wù)，并管理可安裝模塊的活動(dòng)。用這種方式，微內(nèi)核對(duì)于它能做的工作是非常有效的，并是可移植的，它可以被設(shè)計(jì)在不同的處理器上運(yùn)行。CompanyLogo客戶進(jìn)程客戶進(jìn)程進(jìn)程服務(wù)器終端服務(wù)器…文件服務(wù)器存儲(chǔ)器服務(wù)器請(qǐng)求回答核心}用戶方式}核心方式優(yōu)點(diǎn)：（課本31頁(yè)）1.提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)充性。2.提高OS的可靠性。（黑莓使用的操作系統(tǒng)QNX）3.可用于分布式系統(tǒng)中。客戶機(jī)／服務(wù)器模式（Client/ServerModel）CompanyLogo【例】現(xiàn)代操作系統(tǒng)從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)分通常包括____和____兩部分【解答】?jī)?nèi)核；外核CompanyLogo1.6操作系統(tǒng)的新發(fā)展

近年來(lái)，隨著VLSI技術(shù)和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，操作系統(tǒng)成為發(fā)展最迅速、最活躍的領(lǐng)域之一。在微機(jī)操作系統(tǒng)不斷發(fā)展的同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)成了熱門(mén)課題。CompanyLogo網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上安裝運(yùn)行的是“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)”，特點(diǎn)是：具有強(qiáng)大的多用戶并發(fā)處理能力支持多種網(wǎng)絡(luò)通信功能，提供專門(mén)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)安全性強(qiáng)，可靠性好以目前常用的NOS來(lái)說(shuō),主要有UNIX系統(tǒng),Netware系統(tǒng)和WindowsNT系統(tǒng)Linux，UNIX，BSD，WindowsServer，MacOSXServer，NovellNetWareCompanyLogo實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軍事指揮和武器控制系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度和工業(yè)控制系統(tǒng)、證券交易系統(tǒng)等，安裝運(yùn)行的是“實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”，特點(diǎn)是：對(duì)外部事件能在允許的時(shí)間范圍內(nèi)快速作出響應(yīng)，具有很高的可靠性和安全性如微軟的WindowsNT或IBM的OS/390有實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征

QNX系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性，之前廣泛用于高端領(lǐng)域，比如通信、地鐵、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域，因?yàn)檫@些領(lǐng)域需要QNX這種能夠迅速反應(yīng)和穩(wěn)定性很高的系統(tǒng)。最為典型的，QNX系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于寶馬音箱系統(tǒng)以及軍用的Crusher坦克中。CompanyLogo嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用中運(yùn)行的是“嵌入式操作系統(tǒng)”，特點(diǎn)是：快速、高效、具有實(shí)時(shí)處理功能代碼非常緊湊，存儲(chǔ)器需求小某些功能縮減版本的Linux（Android,Tizen,MeeGo,webOS）或者其他操作系統(tǒng)。WindowsCE、QNX（QuickUNIX）、塞班、iOS

CompanyLogoUNIX和Linux操作系統(tǒng)都屬于主流操作系統(tǒng)，