操作系統(tǒng)課件

操作系統(tǒng)劉剛samuel2005@126.com137966836352/6/20231課程性質(zhì)與教學(xué)目的基本要求課程主要內(nèi)容學(xué)分及學(xué)時分配參考書目前期課程及后續(xù)課程《操作系統(tǒng)》課程簡介2/6/20232操作系統(tǒng)是現(xiàn)代計算機最重要的大型系統(tǒng)軟件之一作用對計算機系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和管理提供各種強有力的系統(tǒng)服務(wù)為用戶創(chuàng)造靈活而又方便的使用環(huán)境操作系統(tǒng)這門課程主要講述操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件的工作原理，包括進(jìn)程管理、存儲管理、I/O設(shè)備管理、文件管理。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解并掌握計算機系統(tǒng)中的五大類型，資源管理的基本技術(shù)、方法，從而更好地理解操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件的工作原理。課程性質(zhì)與教學(xué)目的2/6/20233通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)在知識和技能兩方面達(dá)到要求：知識方面——掌握操作系統(tǒng)，主要包括：計算機資源管理的總體思路、進(jìn)程管理、存儲管理、I/O設(shè)備管理、文件管理。要求學(xué)生掌握資源管理系統(tǒng)軟件的綜合性能評價的方法，理解不同資源管理的基本功能、方法。技能方面——根據(jù)掌握的操作系統(tǒng)知識對系統(tǒng)軟件進(jìn)行分析，并進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度、存儲管理、I/O設(shè)備調(diào)度等相應(yīng)算法的設(shè)計及實現(xiàn)?；疽?/6/20235課程性質(zhì)與教學(xué)目的基本要求課程主要內(nèi)容學(xué)分及學(xué)時分配參考書目前期課程及后續(xù)課程《操作系統(tǒng)》課程簡介2/6/20236課程主要內(nèi)容操作系統(tǒng)引論進(jìn)程管理處理機調(diào)度與死鎖存儲器管理設(shè)備管理文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)接口（略講）操作系統(tǒng)的功能管理系統(tǒng)軟硬件資源擴展計算機的功能向用戶提供服務(wù)2/6/20237學(xué)分及學(xué)時分配學(xué)時：課程講授學(xué)時64合計：64學(xué)時2/6/20239課程性質(zhì)與教學(xué)目的基本要求課程主要內(nèi)容學(xué)時及學(xué)時分配參考書目前期課程及后續(xù)課程《操作系統(tǒng)》課程簡介2/6/202310參考書目《操作系統(tǒng)原理》，蘇開根等，武漢大學(xué)出版社

《操作系統(tǒng)》，馮耀霖，杜舜國，西安電子科技大學(xué)出版社《操作系統(tǒng)與習(xí)題解析》，李春保，清華大學(xué)出版社《操作系統(tǒng)概念》，[美]AbrahamSilberschatz,PeterBaerGalvin,GregGagne著，鄭扣根譯，高等教育出版社2/6/202311前期課程及后續(xù)課程前期課程《高級語言程序設(shè)計》《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》2/6/202313第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)計算機軟件與理論教學(xué)團隊劉剛2/6/202314第一章操作系統(tǒng)引論提出問題：計算機系統(tǒng)資源由誰來管理？計算機系統(tǒng)如何執(zhí)行程序？計算機系統(tǒng)如何為用戶提供服務(wù)？計算機操作系統(tǒng)是什么？如果讓你設(shè)計操作系統(tǒng)，你如何設(shè)計？OS的地位和作用——簡單的說，操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心，是唯一的控制和管理整個計算機系統(tǒng)硬件的軟件2/6/202315操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力2/6/202317計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)計算機系統(tǒng)(層次結(jié)構(gòu))軟件硬件及固件（裸機）應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件編輯軟件，編譯軟件操作系統(tǒng) 計算機系統(tǒng)的組成2/6/202318操作系統(tǒng)的地位緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下（是其他軟件的共同環(huán)境）2/6/202319操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力2/6/202321OS作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口OS處于用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間，用戶通過OS來使用計算機系統(tǒng)系統(tǒng)方式命令行菜單式命令腳本式系統(tǒng)調(diào)用形式上類似于過程OS作為接口的示意圖調(diào)用，在應(yīng)用編程中使用圖形用戶接口圖形、窗口等2/6/202322OS作為計算機系統(tǒng)資源的管理者計算機的硬件資源包括處理機、存儲器、I/O設(shè)備及數(shù)據(jù)和程序等管理的內(nèi)容：資源的當(dāng)前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況）、資源的分配、回收和訪問操作，相應(yīng)管理策略（包括用戶權(quán)限）處理機管理存儲器管理I/O設(shè)備管理文件管理2/6/202323OS用作擴充機器OS是擴展機(extendedmachine)/虛擬機(virtualmachine)將覆蓋了軟件的機器稱為擴充機器或虛擬機在裸機上添加：設(shè)備管理、文件管理、存儲管理（針對內(nèi)存和外存）、處理機管理（針對CPU）合理組織工作流程：作業(yè)管理、進(jìn)程管理操作系統(tǒng)的非形式化定義（關(guān)鍵點）：系統(tǒng)軟件，程序模塊的集合，資源管理和用戶接口功能OS能把一臺“裸機”改造成功能更強大、用戶使用更方便靈活、更安全可靠的虛擬機裸機I/O設(shè)備管理軟件文件管理軟件窗口軟件2/6/202325操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力2/6/202326操作系統(tǒng)舉例UNIX家族及類UNIX系統(tǒng)BSDFreeBSD

NetBSD

OpenBSDSunSolaris

SCOUNIX

Darwin

MINIX

Linux2/6/202329操作系統(tǒng)舉例UNIX家族及類UNIX系統(tǒng)1969年，在AT&T的BellLabs，KenThompson和DennisRitchie（他們曾是大型操作系統(tǒng)Multics的兩名開發(fā)者，Multics太龐大了最終沒有成功）為了一項名為太空旅游的實驗計劃，需要一個操作系統(tǒng)。他們找了一臺閑置的PDP-7機器，在上面寫了個Multics的改編版，1971年正式發(fā)布。這個東東就是后來名揚天下的UNIX了。2/6/202330操作系統(tǒng)舉例UNIX家族及類UNIX系統(tǒng)1973年，DennisRitchie用他自己開發(fā)的C語言重寫了一遍UNIX，奠定了UNIX普及化的基礎(chǔ)。1976年他們首次將第六版的UNIX流傳到AT&T以外的地方。UCBerkeley的人以UNIX7.0為基礎(chǔ)，發(fā)表了稱作BSD的系統(tǒng)，并且開發(fā)到1992年的4.4版；而AT&T也不斷改進(jìn)他們的系統(tǒng)，發(fā)表了商業(yè)化的SystemⅢ直到SystemⅤ。以后UNIX的發(fā)展都是圍繞這兩大主流展開的。

2/6/202331操作系統(tǒng)舉例UNIX家族及類UNIX系統(tǒng)UNIX的設(shè)計目標(biāo)是小而美：希望能在任何小系統(tǒng)上執(zhí)行，而核心只提供必不可少的一些功能，其他的則根據(jù)需要加上去。這已經(jīng)成為操作系統(tǒng)的一種設(shè)計哲學(xué)?，F(xiàn)在許多公司有了自己的UNIX版本，但它們基本特性是一致的：開放性、多用戶、多任務(wù)、功能強、實現(xiàn)高效、網(wǎng)絡(luò)功能豐富。為了克服UNIX版本差異對可移植性的損害，1990年ISO制定了ISO/IEC9945-1-1990標(biāo)準(zhǔn)，這是整個可移植操作系統(tǒng)界面（POSIX）的第一部分，這就是常說的UNIX操作系統(tǒng)的界面標(biāo)準(zhǔn)。

2/6/202332操作系統(tǒng)舉例BSD系列

目前的x86平臺上的BSD系統(tǒng)大多基于Berkeley的4.4BSDLite，這是去掉了那些來自AT&T的代碼后公開發(fā)布的一個不完整的系統(tǒng)。其中最有名的當(dāng)屬FreeBSD，其他還有NetBSD，OpenBSD等版本，都是免費的，可以在相應(yīng)的官方網(wǎng)站下載。

2/6/202333操作系統(tǒng)舉例FreeBSD由加州伯克利學(xué)校(Berkeley)編寫，第一個版本由1993年正式推出。BSDUnix和UnixSystemV是Unix操作系統(tǒng)的兩大主流，以后的Unix系統(tǒng)都是這兩種系統(tǒng)的衍生產(chǎn)品。FreeBSD其實是一種地道的Unix系統(tǒng)，但是由于法律上的原因，它不能使用“Unix”字樣作為商標(biāo)。它同樣是一個免費的操作系統(tǒng)，用戶可以從互聯(lián)網(wǎng)上得到它。

2/6/202334操作系統(tǒng)舉例SunSolaris

SunMicrosystems公司早期的操作系統(tǒng)版本SunOS是基于BSD的。在1993年，他們與AT&T合作，轉(zhuǎn)向了UNIXSystemV，并發(fā)布了稱作Solaris.SystemVrelease4的系統(tǒng)，這是一個UNIXSystemV和BSD的整合體。Solaris系統(tǒng)主要是用在Sun公司自己的SPARC機器上，但他們也發(fā)布了相應(yīng)的x86版本，并且免費。

2/6/202335操作系統(tǒng)舉例SCOUNIXSantaCruzOperation（SCO）公司的UNIX主要有兩套。一方面，1980年的時候，Microsoft開始研制UNIX的PC版本XENIX，后來賣給了SCO。在這個基礎(chǔ)上，SCO又不斷引入AT&T的技術(shù)，后來發(fā)展成為了SCOOpenServer系列。目前我國銀行，郵政等系統(tǒng)很多都用的這個操作系統(tǒng)。2/6/202336操作系統(tǒng)舉例SCOUNIX另一方面，1993年，AT&T把他們關(guān)于UNIX的整個隊伍、技術(shù)包括版權(quán)賣給了Nowell公司，有了UnixWare。1995年，Nowell又把這一套東東賣給了SCO，這樣SCO就成了UNIX的嫡傳正宗。SCO整合了自己的技術(shù)，發(fā)布了UnixWare7，之后被Caldera并購。Caldera這塊招牌不夠響，又換回了SCO。2/6/202337操作系統(tǒng)舉例Darwin

Darwin是Apple公司Macintosh電腦的操作系統(tǒng)MacOSX的內(nèi)核，在1999年的時候出的第一個版本。它基于FreeBSD和Mach3.0技術(shù)，這兩個都是開放源碼的。Apple對Darwin也采用了開放源碼的策略，制作發(fā)行版讓人們自由下載，包括x86版本。注意Darwin畢竟不是MacOSX，少了那個漂亮的的Aqua用戶界面。目前有一些添加了免費GUI的版本，如GNU-Darwin。

2/6/202338操作系統(tǒng)舉例MINIX由于版權(quán)的問題，UNIX的源碼不再適用于教學(xué)，為此1987年著名的荷蘭計算機科學(xué)家AndrewTanenbaum專門寫了了個簡化的類UNIX系統(tǒng)MINIX（mini-UNIX的意思）來給入門者學(xué)習(xí)。2/6/202339操作系統(tǒng)舉例Linux1991年，芬蘭學(xué)生LinusTorvalds開始使用MINIX時，對MINIX提供的功能不滿意。于是他自己寫了一個類UNIX操作系統(tǒng)（盡管還是用MINIX編譯的）并放到網(wǎng)上讓人們自由下載，取名叫Linux。Linux剛出現(xiàn)的時候是被Tanenbaum所鄙視的，因為它是集成化內(nèi)核，不是MINIX采用的代表先進(jìn)思想的微內(nèi)核；但由于遵循GPL協(xié)議，Linux仍得到了蓬勃發(fā)展。2/6/202340操作系統(tǒng)舉例Linux1994年，Linux的第一個商業(yè)發(fā)行版Slackware問世。1996年，NIST的計算機系統(tǒng)實驗室確認(rèn)Linux1.2.13版符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)。它的發(fā)行版比比皆是，知名的有RedHat，Mandrake，Lycoris等等。2/6/202341操作系統(tǒng)舉例DOS和它的接班人DOS

Windows

OS/22/6/202342操作系統(tǒng)舉例DOS和它的接班人DOS的全稱是DiskOperationSystem。1973年，技術(shù)天才CaryKilldal和兩名合作者一起開發(fā)出了第一個磁盤操作系統(tǒng)CP/M，這是70年代末、80年代初最有影響的8位操作系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，SeattleComputerProducts（SCP）的TimPatterson于1978年開始開發(fā)QDOS，此后又成功研制出16位微型機的實驗性操作系統(tǒng)86-DOS。2/6/202343操作系統(tǒng)舉例DOS和它的接班人1980年，IBM公司推出新機型IBMPC，采用Intel8086CPU，需要一個16位的操作系統(tǒng)。他們和Killdal洽談CP/M操作系統(tǒng)的合作不順利，于是Microsoft有機可乘了。時間緊迫，Microsoft若是開發(fā)新的操作系統(tǒng)事不現(xiàn)實的，就找到SCP買下了DOS的使用權(quán)。終于MS-DOS打敗了CP/M。2/6/202344操作系統(tǒng)舉例DOS和它的接班人1981年，花費半年時間編寫的MS-DOS1.0和IBMPC同時在IT界亮相，但其兼容性仍受到業(yè)界懷疑。1987年，MS-DOS3.3發(fā)布，它的流行確立了MS-DOS的霸主地位。MS-DOS的最后的版本為MS-DOS6.22，這是一個相當(dāng)成熟的系統(tǒng)。后來的DOS就整合到Windows9x中了，在Windows的命令行模式中可以看到它的影子。Microsoft逐漸疏遠(yuǎn)DOS之后，IBM公司繼續(xù)開發(fā)自己的PC-DOS。2/6/202345操作系統(tǒng)舉例Windows1970年，美國Xerox公司成立了著名的研究機構(gòu)PaloAlto研究中心。Apple公司的創(chuàng)始人之一SteveJobs參觀該研究中心時看到了可以支持GUI（GraphicalUserInterfaces）和三鍵鼠標(biāo)的Alto原型，便著手進(jìn)行自己的GUI系統(tǒng)研究開發(fā)工作。1983年第一個GUI系統(tǒng)AppleLisa開發(fā)出來了，第二年推出的AppleMacintosh是世界上第一個成功的商用GUI系統(tǒng)。當(dāng)時Apple公司只開發(fā)了自己微機上的GUI系統(tǒng)，這樣就給Microsoft開發(fā)Windows提供了機會。2/6/202346操作系統(tǒng)舉例WindowsMicrosoft在1983年春季宣布開始研究開發(fā)Windows，希望它成為基于Intelx86微處理芯片計算機上的標(biāo)準(zhǔn)GUI操作系統(tǒng)。由于種種原因，Windows的交貨時間不斷推遲，一時成為笑柄。直到1985年11月20日，可以同時執(zhí)行多個程序的窗口式系統(tǒng)Windows1.0才正式上市

2/6/202347操作系統(tǒng)舉例Windows奠定Microsoft在操作系統(tǒng)上的壟斷地位的是1990年5月份推出Windows3.0。一年之后有了更穩(wěn)定的Windows3.1。1993年5月，Microsoft發(fā)布了WindowsNT，主要針對網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器市場。1995年8月推出的新一代操作系統(tǒng)Windows95是第一個不要求用戶預(yù)裝MS-DOS的版本，這是Microsoft發(fā)展史上的一個里程碑，也是操作系統(tǒng)發(fā)展史上的一個里程碑。

2/6/202348操作系統(tǒng)舉例OS/2早期的OS/2源自于多任務(wù)的DOS版本，Microsoft在1983年就開始研究多任務(wù)的DOS版本。但是由于80286CPU設(shè)計上的問題，OS/2無法從286的保護模式下支持DOS程序。這個問題差一點讓OS/2胎死腹中，此后對OS/2的研究一直處于相對緩慢的狀態(tài)。這個系統(tǒng)還曾幾度易名，直到1987年4月才被定名為OS/2。2/6/202349操作系統(tǒng)舉例OS/21991年，Microsoft由于在Windows方面獲得了巨大成功而宣布退出OS/2的研究開發(fā)。OS/22.0因此延期，盡管性能優(yōu)越但銷售量仍不及Windows3.1，OS/2的光芒從此一直被Windows所掩蓋。1996年，IBM發(fā)布了OS/2Warp4，然后就宣布不繼續(xù)開發(fā)了。2/6/202350操作系統(tǒng)舉例OS/2OS/2的愛好者們不愿意看到一個如此優(yōu)秀的操作系統(tǒng)就這樣消失，經(jīng)過一番努力，SerenitySystems公司取得了IBM的授權(quán)繼續(xù)開發(fā)OS/2，新的產(chǎn)品命名為eComStation。2/6/202351操作系統(tǒng)舉例其他商業(yè)化操作系統(tǒng)Netware

BeOS

QNX

B-right/V

Plan9&Inferno

TSX-32

TheOS2/6/202352操作系統(tǒng)舉例Netware

1981年，硬件公司NovellDataSystems的老板JackMessman看到三個剛大學(xué)畢業(yè)的年輕人在玩一個他們自己編的叫“Snipes”的游戲，是在不同的機器上玩的同一個游戲，拿到今天來說就是網(wǎng)絡(luò)游戲了。他敏銳的商業(yè)頭腦讓他馬上雇了這三個人，開發(fā)出名叫NetWare的系統(tǒng)來實現(xiàn)不同機器間信息的共享。當(dāng)時還有別的公司也有類似的動作，Novell的成功得益于他們的產(chǎn)品和IBMPC的緊密結(jié)合。NetWare在80年代曾經(jīng)輝煌一時，現(xiàn)在受到WindowsNTServer系列的沖擊在走下坡路。2/6/202353操作系統(tǒng)舉例Plan9&Inferno

Plan9和Inferno這兩個操作系統(tǒng)都出自UNIX的老家BellLabs，目前由VitaNuova公司負(fù)責(zé)發(fā)行。BellLabs看到UNIX這樣一個古老的分時系統(tǒng)有根本上的缺陷，很難和在它誕生之后出現(xiàn)的的新思想相適應(yīng)，于80年代后期開始了Plan9的研究。這樣一個系統(tǒng)在吸收了UNIX設(shè)計思想的長處的同時，針對分布式應(yīng)用有了許多創(chuàng)新。Plan9在1993年第一次發(fā)行，目前仍主要用于研究目的。Inferno是于90年代后期開始開發(fā)的分布式操作系統(tǒng)，與Plan9不同的是它不僅可以獨立運行，還可以作為一個應(yīng)用軟件在很多其他平臺上運行。2/6/202354第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計2/6/202355操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)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)2/6/202356人工操作方式1946~50年代（電子管），集中計算（計算中心），計算機資源昂貴工作方式用戶：用戶既是程序員，又是操作員；用戶是計算機專業(yè)人員；編程語言：機器語言輸入輸出：紙帶或卡片計算機的工作特點用戶獨占全機：不出現(xiàn)資源被其他用戶占用，資源利用率低CPU等待用戶：計算前，手工裝入紙帶或卡片；計算完成后，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低嚴(yán)重降低了計算機資源的利用率———人機矛盾！2/6/202357脫機輸入/輸出（Off-LineI/O）方式事先將用戶程序或數(shù)據(jù)的紙帶或卡片準(zhǔn)入紙帶輸入機，在外圍機的控制下輸入到磁帶上，CPU從磁帶上讀入數(shù)據(jù)；輸出過程正好相反特點減少了CPU的空閑時間提高I/O速度硬件不斷發(fā)展，CPU速度的提高、系統(tǒng)規(guī)模擴大，人機矛盾嚴(yán)重，如何解決？磁帶磁帶磁帶磁帶2/6/202358無操作系統(tǒng)的主要問題主要矛盾計算機處理能力的提高，手工操作的低效率（造成浪費）；用戶獨占全機的所有資源；提高效率的途徑專門的操作員，批處理2/6/202359操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)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)2/6/202360單道批處理系統(tǒng)（SimpleBatchProcessingSystem）50年代末~60年代中（晶體管）：利用磁帶把若干個作業(yè)分類編成作業(yè)執(zhí)行序列，每個批作業(yè)由一個專門的監(jiān)督程序（Monitor）自動依次處理?？墒褂脜R編語言開發(fā)批處理中的作業(yè)的組成用戶程序數(shù)據(jù)作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言）批供一次加載的磁帶或磁盤，通常由若干個作業(yè)組裝成，在處理中使用一組相同的系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)帶）2/6/202361單道批處理系統(tǒng)的處理流程把下一個作業(yè)的源程序轉(zhuǎn)換為目標(biāo)程序源程序有錯嗎？否裝配目標(biāo)程序還有下一個作業(yè)？是否停止運行目標(biāo)程序是開始2/6/202362兩種批處理方式-聯(lián)機批處理用戶提交作業(yè)：以紙帶或卡片為介質(zhì)操作員合成批作業(yè)：結(jié)果為磁帶介質(zhì)批作業(yè)處理：對批作業(yè)中的每個作業(yè)進(jìn)行相同的處理：從磁帶讀入用戶作業(yè)和編譯鏈接程序，編譯鏈接用戶作業(yè)，生成可執(zhí)行程序；啟動執(zhí)行；執(zhí)行結(jié)果輸出這時的問題：慢速的輸入輸出處理仍直接由主機來完成。輸入輸出時，CPU處于等待狀態(tài)2/6/202363兩種批處理方式-脫機批處理衛(wèi)星機：完成面向用戶的輸入輸出（紙帶或卡片），中間結(jié)果暫存在磁帶或磁盤上利用衛(wèi)星機完成輸入輸出功能。主機與衛(wèi)星機可并行工作作業(yè)控制命令由監(jiān)督程序(monitor)來執(zhí)行，完成如裝入程序、編譯、運行等操作優(yōu)點：同一批內(nèi)各作業(yè)的自動依次更替，改善了主機CPU和I/O設(shè)備的使用效率，提高了吞吐量缺點：磁帶或磁盤需要人工裝卸，作業(yè)需要人工分類，監(jiān)督程序易遭到用戶程序的破壞（由人工干預(yù)才可恢復(fù)）2/6/202364單道批處理系統(tǒng)的特征自動性在順利的情況下，磁帶上的一批作業(yè)能自動地逐個地依次運行，而無需人工干預(yù)順序性磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入內(nèi)存，完成順序與進(jìn)入內(nèi)存順序相同單道性內(nèi)存中只有一道程序運行CPU和I/O設(shè)備使用忙閑不均（取決于當(dāng)前作業(yè)的特性）對計算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑對I/O為主的作業(yè)，CPU空閑2/6/202365操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)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)2/6/202366多道批處理系統(tǒng)

(MultiprogramedBatchSystem)60年代中~70年代中（集成電路），利用多道批處理提高資源的利用率多道批處理的運行特征多道：內(nèi)存中同時存放幾個作業(yè)，并允許并發(fā)執(zhí)行，從而有效地提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量無序性：多個作業(yè)完成的先后順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之間無嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系調(diào)度性：作業(yè)調(diào)度，從后備隊列進(jìn)入內(nèi)存；進(jìn)程調(diào)度，分配處理機運行舉例在當(dāng)前運行的作業(yè)需作I/O處理時，CPU轉(zhuǎn)而執(zhí)行另一個作業(yè)CPU、I/O設(shè)備忙閑不均、內(nèi)存利用率低，如何解決？2/6/202367單道與多道程序運行情況2/6/202368多道批處理系統(tǒng)的特征多道性多道程序駐留內(nèi)存：提高了資源的利用率；程序并發(fā)執(zhí)行：提高了系統(tǒng)的吞吐量；無序性作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存先后順序和完成的先后順序無對應(yīng)性調(diào)度性作業(yè)提交給系統(tǒng)需經(jīng)過兩次調(diào)度作業(yè)調(diào)度進(jìn)程調(diào)度2/6/202369多道批處理系統(tǒng)的特點優(yōu)點資源利用率高：CPU、I/O設(shè)備和內(nèi)存利用率較高；作業(yè)吞吐量大：單位時間內(nèi)完成的工作總量大缺點用戶交互性差：整個作業(yè)完成后或中間出錯時，才與用戶交互，不利于調(diào)試和修改作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間長：短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間顯著增長2/6/202370單道與多道批處理的比較不嚴(yán)格對應(yīng)需要交替占用多道多道批處理嚴(yán)格對應(yīng)不需要獨占一道單道批處理程序完成次序與其進(jìn)入內(nèi)存次序間的關(guān)系是否需要作業(yè)和進(jìn)程調(diào)度占用CPU的情況內(nèi)存中駐留程序數(shù)目2/6/202371多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題處理機管理：如何共享、分配及回收處理機、提高利用率內(nèi)存管理：如何分配、互不重疊及干擾I/O設(shè)備管理：如何共享及分配、方便用戶、提高利用率文件管理：如何組織數(shù)據(jù)和程序、便于使用、保證數(shù)據(jù)的安全性及一致性作業(yè)管理：如何根據(jù)作業(yè)類型進(jìn)行組織操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地對各類作業(yè)進(jìn)調(diào)度，以及方便用戶使用的程序集合2/6/2023724.多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題處理機管理問題。(2)內(nèi)存管理問題。(3)I/O設(shè)備管理問題。(4)文件管理問題。(5)作業(yè)管理問題。第三章處理機調(diào)度與死鎖第四章存儲器管理第五章設(shè)備管理第六章文件管理第三章處理機調(diào)度與死鎖2/6/202373操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)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)2/6/202374分時系統(tǒng)(Time-SharingSystem)產(chǎn)生原因：用戶需要人—機交互共享主機便于用戶上機：遠(yuǎn)程聯(lián)機70年代中期至今把計算機的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時間）進(jìn)行時間上的分割，每個時間段稱為一個時間片（timeslice），每個用戶依次輪流使用時間片2/6/202375分時系統(tǒng)(Time-SharingSystem)"分時"的含義分時是指多個用戶分享使用同一臺計算機；多個程序分時共享硬件和軟件資源多個用戶分時：單個用戶使用計算機的效率低，因而允許多個應(yīng)用程序同時在內(nèi)存中，分別服務(wù)于不同的用戶。有用戶輸入時由CPU執(zhí)行，處理完一次用戶輸入后程序暫停，等待下一次用戶輸入－－時走時停前臺和后臺程序(foreground&background)分時：后臺程序不占用終端輸入輸出，不與用戶交互－－現(xiàn)在的圖形用戶界面(GUI)，除當(dāng)前交互的程序(輸入焦點)之外，其他程序均作為后臺按時間片(timeslice)分配：各個程序在CPU上執(zhí)行的輪換時間2/6/202376分時系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題如何使用戶能與自已的作業(yè)進(jìn)行交互是分時系統(tǒng)的關(guān)鍵問題及時接收及時處理為了實現(xiàn)交互，用戶作業(yè)必須及時進(jìn)入內(nèi)存；不允許一個作業(yè)長期占用處理機，須按時間片分配分時系統(tǒng)實現(xiàn)方法：單道分時系統(tǒng)具有“前臺”和“后臺”的分時系統(tǒng)多道分時系統(tǒng)：作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存：多路卡單道分時+單道批處理2/6/202377分時系統(tǒng)的特征多路性共享系統(tǒng)資源，提高了資源利用率。節(jié)省維護開支，可靠性高。促進(jìn)了計算機的普遍應(yīng)用，提高資源利用率：遠(yuǎn)地用戶通過終端（較便宜）聯(lián)機使用獨立性每個用戶一臺終端，互不干擾，感覺像一個人獨占計算機及時性用戶請求應(yīng)盡快得到響應(yīng)交互性用戶可通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機對話，請求系統(tǒng)提供多方面的服務(wù)，如文件編輯、數(shù)據(jù)處理、資源共享等系統(tǒng)能及時對用戶的操作進(jìn)行響應(yīng)，顯著提高調(diào)試和修改程序的效率：縮短了周轉(zhuǎn)時間2/6/202378操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)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)如何解決緊急任務(wù)？2/6/202379實時系統(tǒng)(Real-TimeSystem)用于工業(yè)過程控制、軍事實時控制、金融等領(lǐng)域，包括：實時控制：當(dāng)計算機應(yīng)用于生產(chǎn)過程的控制形成以計算機為中心的控制系統(tǒng)時，系統(tǒng)要求能實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時處理，從而自動地控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，使某些參數(shù)（如濕度、壓力、液位）能按預(yù)定的規(guī)律變化，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和提高產(chǎn)量。

實時信息處理：能及時接收從遠(yuǎn)程終端發(fā)來的服務(wù)請求，對信息進(jìn)行檢索和處理，并在很短時間內(nèi)作出回答主要設(shè)計目標(biāo)：響應(yīng)時間短；實時時鐘管理；連續(xù)人機對話；過載防護；高度可靠性和安全2/6/202380實時系統(tǒng)(Real-TimeSystem)任務(wù)的類型周期性實時任務(wù)非周期性實時任務(wù)：截止時間(deadline)，開始截止時間（最晚開始時間）和完成截止時間（最晚完成時間）對截止時間的要求硬實時任務(wù)（hardreal-timetask）：必須滿足截止時間要求軟實時任務(wù)（softreal-timetask）通常把兼有分時、實時和批處理三者或其中兩者的操作系統(tǒng)，稱作通用操作系統(tǒng)。可適用于計算、事務(wù)處理等多種領(lǐng)域，能運行在多種硬件平臺上，如UNIX系統(tǒng)、WindowsNT等。－－通用化、小型化2/6/202381實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的比較分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)多路性多終端服務(wù)多路現(xiàn)場、多個對象、多個執(zhí)行機構(gòu)獨立性終端服務(wù)互相獨立、互不干擾信息采集和對象控制互不干擾及時性用戶可接受的實時信息系統(tǒng)同分時系統(tǒng)實時控制系統(tǒng)要求高交互性強僅對特定服務(wù)可靠性一般強，通常采取容錯措施2/6/202382操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)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)2/6/202383網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)功能2/6/202384網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)

通過通信設(shè)施將物理上分散的具有自治功能的多個計算機系統(tǒng)互連起來的實現(xiàn)信息交換、資源共享、可互操作和協(xié)作處理的系統(tǒng)。2/6/202385網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)在各種計算機操作系統(tǒng)上，按網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的軟件包括網(wǎng)絡(luò)管理、通信、安全、資源共享和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用目標(biāo)：是相互通信及資源共享2/6/202386操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)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)2/6/202387分布式操作系統(tǒng)基于兩種環(huán)境多處理器系統(tǒng)多計算機系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級的形式保持了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的全部功能2/6/202388分布式操作系統(tǒng)特征是一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)資源進(jìn)一步共享透明性：資源共享與分布對用戶是透明的自治性：處于分布式系統(tǒng)的多個主機處于平等地位，無主從關(guān)系處理能力增強、速度更快、可靠性增強2/6/202389分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和分布式的區(qū)別分布式具有各個計算機間相互通訊，無主從關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)有主從關(guān)系分布式系統(tǒng)資源為所有用戶共享；而網(wǎng)絡(luò)有限制地共享分布式系統(tǒng)中若干個計算機可相互協(xié)作共同完成一項任務(wù)2/6/202390操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)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)2/6/202391嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，完成特定功能的軟硬件系統(tǒng)它們是一個大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中的一部分，這個大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)可以不是“計算機”由于它們被嵌入在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，因此稱為嵌入式系統(tǒng)2/6/202392嵌入式操作系統(tǒng)EOS（EmbeddedOperatingSystem）在嵌入式系統(tǒng)中的OS是運行在嵌入式智能芯片環(huán)境中對整個智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件國際上有名的嵌入式操作系統(tǒng)有WindowsCE、PalmOS、Linux、VxWorks、pSOS、QNX、OS-9、LynxOS等。2/6/202393嵌入式操作系統(tǒng)典型嵌入式操作系統(tǒng)的特性完成某一項或有限項功能；不是通用型的在性能和實時性方面有嚴(yán)格的限制能源、成本和可靠性通常是影響設(shè)計的重要因素占有資源少、易于連接系統(tǒng)功能可針對需求進(jìn)行裁剪、調(diào)整和生成，以便滿足最終產(chǎn)品的設(shè)計要求2/6/202394嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入計算的各種應(yīng)用特點掌上電腦 運算速度：100KIPS

在大小上優(yōu)化、支持手寫、低能耗工業(yè)設(shè)備 運算速度：1MIPS

安全優(yōu)先，控制流程為主軍事裝備 運算速度：1GIPS

可靠性最重要2/6/202395第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計2/6/202396操作系統(tǒng)的基本特征并發(fā)（Concurrence）共享（Sharing）虛擬（Virtual）異步性（Asynchronism）注意：這里指的是通用操作系統(tǒng)?。。?/6/202397并發(fā)（Concurrence）并發(fā)是指多個事件在同一時間段內(nèi)發(fā)生。操作系統(tǒng)是一個并發(fā)系統(tǒng)，各進(jìn)程間的并發(fā)，系統(tǒng)與應(yīng)用間的并發(fā)。操作系統(tǒng)要完成這些并發(fā)過程的管理。并行(parallel)是指在同一時刻發(fā)生在多道程序處理時，宏觀上并發(fā)，微觀上交替執(zhí)行（在單處理器情況下）程序的靜態(tài)實體是可執(zhí)行文件，而動態(tài)實體是進(jìn)程（或稱作任務(wù)），并發(fā)指的是進(jìn)程（或線程）注意區(qū)分并發(fā)和并行??！2/6/2023981.3.1進(jìn)程(Process)

應(yīng)當(dāng)指出，通常的程序是靜態(tài)實體（PassiveEntity），它們是不能并發(fā)執(zhí)行的。為使多個程序能并發(fā)執(zhí)行，系統(tǒng)必須分別為每個程序建立進(jìn)程。簡單說來，進(jìn)程是指在系統(tǒng)中能獨立運行并作為資源分配的基本單位，它是由一組機器指令、數(shù)據(jù)和堆棧等組成的，是一個活動實體。多個進(jìn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行和交換信息。一個進(jìn)程在運行時需要一定的資源，如CPU、存儲空間及I/O設(shè)備等。2/6/2023991.3.1進(jìn)程(Process)

在操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程的目的，是使多個程序能并發(fā)執(zhí)行。

進(jìn)程和并發(fā)是現(xiàn)代OS中最重要的基本概念，也是OS運行的基礎(chǔ)。進(jìn)程都是OS中可以擁有資源和作為獨立運行的基本單位。直到80年代中期，人么才有提出了比進(jìn)程更小的單位——線程（Threads）。2/6/2023100操作系統(tǒng)的基本特征并發(fā)（Concurrence）共享（Sharing）虛擬（Virtual）異步性（Asynchronism）2/6/2023101共享(Sharing)是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程（線程）共同使用。因資源屬性不同，對資源共享的方式也不同互斥共享（如音頻設(shè)備、打印機等）資源分配后到釋放前，不能被其他進(jìn)程所用。同時訪問（如可重入代碼，磁盤文件）同時是宏觀上的，在微觀上進(jìn)程可能是交替地對資源進(jìn)行訪問并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個最基本的特征。一方面，資源共享是以程序(進(jìn)程)的并發(fā)執(zhí)行為條件的；另一方面，若系統(tǒng)不能對資源共享實施有效管理，協(xié)調(diào)好諸進(jìn)程對共享資源的訪問，也必然影響到程序并發(fā)執(zhí)行的程度并發(fā)和共享是相互依存的??！2/6/2023102操作系統(tǒng)的基本特征并發(fā)（Concurrence）共享（Sharing）虛擬（Virtual）異步性（Asynchronism）2/6/2023103虛擬(Virtual)通過某種技術(shù)把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應(yīng)物，主要目的在于提高資源的利用率如CPU－－每個用戶（進(jìn)程）的"虛處理機"存儲器－－每個進(jìn)程都占有的地址空間（指令＋數(shù)據(jù)＋堆棧）顯示設(shè)備－－多窗口或虛擬終端(virtualterminal)打印設(shè)備－－將臨界資源變?yōu)橥瑫r訪問資源2/6/2023104操作系統(tǒng)的基本特征并發(fā)（Concurrence）共享（Sharing）虛擬（Virtual）異步性（Asynchronism）2/6/2023105異步性(Asynchronism)也稱不確定性，指進(jìn)程的執(zhí)行順序和執(zhí)行時間的不確定性進(jìn)程的運行速度不可預(yù)知：分時系統(tǒng)中，多個進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，"時走時停"，不可預(yù)知每個進(jìn)程的運行推進(jìn)快慢判據(jù)：無論快慢，應(yīng)該結(jié)果相同－－通過進(jìn)程互斥和同步手段來保證難以重現(xiàn)系統(tǒng)在某個時刻的狀態(tài)（包括重現(xiàn)運行中的錯誤）性能保證：實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)相似，但通過資源預(yù)留以保證性能2/6/2023106第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計2/6/2023107操作系統(tǒng)的主要功能處理機管理存儲器管理設(shè)備管理文件管理用戶接口2/6/20231081.4操作系統(tǒng)的主要功能1.4.1處理機管理功能1.進(jìn)程控制2.進(jìn)程同步3.進(jìn)程通信4.進(jìn)程調(diào)度處理機的分配和運行，都是以進(jìn)程為基本單位，因而對處理機的管理，可歸結(jié)為對進(jìn)程的管理。處理機管理的主要功能，是1.創(chuàng)建和撤銷進(jìn)程2.對諸進(jìn)程的運行進(jìn)行協(xié)商3.是進(jìn)程之間的信息交換4.按照一定的算法把處理機分配給進(jìn)程2/6/2023109處理機管理完成處理機資源的分配、回收調(diào)度等功能。處理機調(diào)度的單位可為進(jìn)程或線程進(jìn)程控制創(chuàng)建、撤消、掛起、改變運行優(yōu)先級等－－主動改變進(jìn)程的狀態(tài)；在現(xiàn)代OS中，進(jìn)行控制還應(yīng)具有為一個進(jìn)程創(chuàng)建和撤消線程的功能進(jìn)程同步協(xié)調(diào)并發(fā)進(jìn)程之間的推進(jìn)步驟，以協(xié)調(diào)資源共享；－－交換信息能力弱互斥方式諸進(jìn)程訪問臨界資源時采用這種方式同步方式在相互合作完成任務(wù)的進(jìn)程之間由同步機構(gòu)對執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)2/6/2023110處理機管理—續(xù)進(jìn)程通信負(fù)責(zé)進(jìn)程之間傳送數(shù)據(jù)，以協(xié)調(diào)進(jìn)程間的協(xié)作；－－交換信息能力強，也可以用來協(xié)調(diào)進(jìn)程之間的推進(jìn)如，輸入進(jìn)程、計算進(jìn)程、打印進(jìn)程之間的通信進(jìn)程調(diào)度作業(yè)和進(jìn)程的運行切換，以充分利用處理機資源和提高系統(tǒng)性能；－－未必是進(jìn)程控制操作所引起（可能是時間片輪轉(zhuǎn)、I/O操作）作業(yè)調(diào)度從外存調(diào)入內(nèi)存進(jìn)程調(diào)度是從內(nèi)存中的進(jìn)程就緒隊列中選一個分配處理機在多線程OS中，要考慮線程調(diào)度考慮同一類型內(nèi)的公平性、高效率（吞吐量大）、作業(yè)或進(jìn)程的周轉(zhuǎn)時間等2/6/2023111操作系統(tǒng)的主要功能處理機管理存儲器管理設(shè)備管理文件管理用戶接口2/6/20231121.4.2存儲器管理功能1.內(nèi)存分配存儲器管理的主要任務(wù)，是為多道程序的運行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲器，提高存儲器的利用率以及能從邏輯上擴充內(nèi)存。2.內(nèi)存保護3.地址映射4.內(nèi)存擴充2/6/2023113存儲器管理管理目標(biāo)提高利用率、方便用戶使用、提供足夠的存儲空間、方便進(jìn)程并發(fā)運行內(nèi)存分配為每道程序分配空間：靜態(tài)分配、動態(tài)分配提高利用率允許正在運行程序申請附加空間內(nèi)存保護確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運行，彼此互不干擾如：訪問合法性檢查、甚至要防止從"垃圾"中竊取其他進(jìn)程的信息一種方法是設(shè)置兩個界限寄存器，由硬件實現(xiàn)越界檢查采用什么樣的分配策略？2/6/2023114存儲器管理—續(xù)地址映射程序中的地址稱為“邏輯地址”或“相對地址”內(nèi)存中單元的地址稱為"物理地址"多道程序下，進(jìn)程裝入內(nèi)存后要由邏輯地址到內(nèi)存物理地址進(jìn)行變換內(nèi)存擴充借助于虛擬存儲技術(shù)，從邏輯上去擴充內(nèi)存容量改善了系統(tǒng)的性能，基本上不增加硬件投資請求調(diào)入功能置換功能2/6/2023115操作系統(tǒng)的主要功能處理機管理存儲器管理設(shè)備管理文件管理用戶接口2/6/20231161.4.3設(shè)備管理功能設(shè)備管理用于管理計算機系統(tǒng)中所有的外圍設(shè)備，而設(shè)備管理的主要任務(wù)是，完成用戶進(jìn)程提出的I/O請求；為用戶進(jìn)程分配其所需的I/O設(shè)備；提高CPU和I/O設(shè)備的利用率；提高I/O速度；方便用戶使用I/O設(shè)備。為實現(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。2/6/2023117設(shè)備管理管理目標(biāo)方便的設(shè)備使用、提高CPU與I/O設(shè)備利用率、提高I/O速度緩沖區(qū)管理匹配CPU和外設(shè)的速度，提高兩者的利用率（單緩沖區(qū)、雙緩沖區(qū)和公用緩沖區(qū)）單緩沖、雙緩沖、公共緩沖池設(shè)備分配與回收在多用戶間共享I/O設(shè)備資源針對不同類型設(shè)備采用不同策略，如獨占設(shè)備分配虛擬設(shè)備(virtualdevice)：設(shè)備由多個進(jìn)程共享，每個進(jìn)程如同獨占設(shè)備獨立性用戶申請的設(shè)備與實際操作的物理設(shè)備無關(guān)2/6/2023118操作系統(tǒng)的主要功能處理機管理存儲器管理設(shè)備管理文件管理用戶接口2/6/20231191.4.4文件管理功能文件管理的主要任務(wù)，是對用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理，以方便用戶使用，并保證文件的安全性。

1.文件存儲空間的管理 2.目錄管理 3.文件的讀/寫管理和保護

2/6/2023120文件管理管理主要目標(biāo)對用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理，以方便用戶使用并保證文件安全文件存儲空間管理解決如何存放信息，以提高空間利用率和讀寫性能存儲空間的使用情況，空間分配與回收目錄管理解決信息檢索問題，能按名存取目錄項包括文件名、文件屬性、文件在磁盤上的物理位置等2/6/2023121文件管理—續(xù)文件的讀寫根據(jù)用戶請求，從外存中讀取數(shù)據(jù)；或?qū)?shù)據(jù)寫入外存文件保護解決信息安全問題防止未經(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2/6/2023122操作系統(tǒng)的主要功能處理機管理存儲器管理設(shè)備管理文件管理用戶接口2/6/2023123用戶接口目標(biāo)提供一個友好的用戶訪問操作系統(tǒng)的接口命令接口聯(lián)機用戶接口 這是為聯(lián)機用戶提供的，它由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序所組成。當(dāng)用戶在終端或控制臺上每鍵入一條命令后，系統(tǒng)便立即轉(zhuǎn)入命令解釋程序，對該命令加以解釋并執(zhí)行該命令脫機用戶接口 該接口是為批處理作業(yè)的用戶提供的，故也稱為批處理用戶接口。該接口由一組作業(yè)控制語言JCL組成。批處理作業(yè)的用戶不能直接與自己的作業(yè)交互作用，只能委托系統(tǒng)代替用戶對作業(yè)進(jìn)行控制和干預(yù)2/6/2023124用戶接口—續(xù)程序接口該接口是為用戶程序在執(zhí)行中訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置的，是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務(wù)的惟一途徑。它是由一組系統(tǒng)調(diào)用組成，每一個系統(tǒng)調(diào)用都是一個能完成特定功能的子程序，每當(dāng)應(yīng)用程序要求OS提供某種服務(wù)(功能)時，便調(diào)用具有相應(yīng)功能的系統(tǒng)調(diào)用圖形接口圖形用戶接口采用了圖形化的操作界面，用非常容易識別的各種圖標(biāo)(icon)來將系統(tǒng)的各項功能、各種應(yīng)用程序和文件，直觀、逼真地表示出來。用戶可用鼠標(biāo)或通過菜單和對話框，來完成對應(yīng)用程序和文件的操作2/6/2023125第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計2/6/2023126操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件工程的基本概念傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)2/6/2023127軟件工程的基本概念軟件是指當(dāng)計算機運行時，能提供所要求的功能和性能的指令和程序的集合，以及該程序能夠正確地處理信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范的軟件還應(yīng)具有描述程序功能需求以及程序如何操作使用的文檔軟件工程是指運用系統(tǒng)的、規(guī)范的和可定量的方法，來開發(fā)、運行和維護軟件目的是為了解決在軟件開發(fā)中所出現(xiàn)的編程隨意、軟件質(zhì)量不可保證以及維護困難等問題2/6/2023128操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件工程的基本概念傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)2/6/2023129傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)設(shè)計者只是把他的注意力放在功能的實現(xiàn)和獲得高的效率上，缺乏首尾一致的設(shè)計思想此時的OS是為數(shù)眾多的一組過程的集合，各過程之間可以相互調(diào)用，在操作系統(tǒng)內(nèi)部不存在任何結(jié)構(gòu)缺點操作系統(tǒng)既龐大又雜亂，缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)，調(diào)試?yán)щy程序難以閱讀和理解，增加了維護人員的負(fù)擔(dān)2/6/2023130傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—續(xù)模塊化OS結(jié)構(gòu)模塊由眾多服務(wù)過程（模塊接口）組成，可以隨意調(diào)用其他模塊中的服務(wù)過程優(yōu)點具有一定靈活性，在運行中的高效率缺點功能劃分和模塊接口難保正確和合理模塊之間的依賴關(guān)系（功能調(diào)用關(guān)系）復(fù)雜（調(diào)用深度和方向），降低了模塊之間的相對獨立性－－不利于修改2/6/2023131傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—續(xù) 模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2/6/2023132傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—續(xù)分層式OS結(jié)構(gòu)有序分層的概念基本原則是每一層都僅使用其底層所提供的功能和服務(wù)，這樣可使系統(tǒng)的調(diào)試和驗證都變得容易層次的設(shè)置程序嵌套運行頻率公用模塊用戶接口裸機A1A2An2/6/2023133操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件工程的基本概念傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)2/6/2023134微內(nèi)核(MicroKernel)OS結(jié)構(gòu)把操作系統(tǒng)分成若干分別完成一組特定功能的服務(wù)進(jìn)程，等待客戶提出請求；而系統(tǒng)內(nèi)核只實現(xiàn)操作系統(tǒng)的基本功能(如：虛擬存儲、消息傳遞)微內(nèi)核(MicroKernel)將更多操作系統(tǒng)功能放在核心之外，作為獨立的服務(wù)進(jìn)程運行；服務(wù)進(jìn)程，如進(jìn)程服務(wù)器、存儲管理服務(wù)器、文件服務(wù)器客戶進(jìn)程（系統(tǒng)客戶和應(yīng)用客戶）－－需支持多進(jìn)程2/6/2023135微內(nèi)核的基本功能微內(nèi)核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如進(jìn)程管理、存儲器管理、進(jìn)程間通信、低級I/O功能進(jìn)程管理存儲器管理進(jìn)程通信管理I/O設(shè)備管理2/6/2023136客戶/服務(wù)器模式(Client-ServerModel)為了提高OS的靈活性和可擴充性而將OS劃分為兩部分，一部分是用于提供各種服務(wù)的一組服務(wù)器(進(jìn)程);另一部分是內(nèi)核，用來處理客戶和服務(wù)器之間的通信所有這些服務(wù)器(進(jìn)程)都運行在用戶態(tài)。當(dāng)有一用戶進(jìn)程(現(xiàn)在稱為客戶進(jìn)程)要求讀文件的一個盤塊時，該進(jìn)程便向文件服務(wù)器(進(jìn)程)發(fā)出一個請求內(nèi)核來接收客戶的請求，再將該請求送至相應(yīng)的服務(wù)器；同時它也接收服務(wù)器的應(yīng)答，并將此應(yīng)答回送給請求客戶；內(nèi)核還有與硬件直接相關(guān)的一些功能2/6/2023137面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計技術(shù)(Object-OrientatedProgramming)對象是指在現(xiàn)實世界中具有相同屬性、服從相同規(guī)則的一系列事物的抽象，而把其中的具體事物稱為對象的實例OS中的各類實體如進(jìn)程、線程、消息、存儲器等，都使用了對象這一概念過程3過程2過程1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一個對象的示意圖2/6/2023138面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點可修改性和可擴充性由于隱蔽了表示實體的數(shù)據(jù)和操作，因而可以改變對象的表示而不會影響其它部分，從而可以方便地改變老的對象和增加新的對象繼承性繼承性是面向?qū)ο蠹夹g(shù)所具有的重要特性。繼承性是指子對象可以繼承父對象的屬性，這樣，在創(chuàng)建一個新的對象時，便可減少大量的時空開銷正確性和可靠性由于對象是構(gòu)成操作系統(tǒng)的基本單元，可以獨立地對它進(jìn)行測試，這樣，比較易于保證其正確性和可靠性，從而比較容易保證整個系統(tǒng)的正確性和可靠性2/6/2023139OS設(shè)計原則可維護性：容易修改與否稱為可維護性改錯性維護：改正已發(fā)現(xiàn)的錯誤；適應(yīng)性維護：修改軟件，使之適應(yīng)新的運行環(huán)境（硬件環(huán)境和軟件環(huán)境）；如：操作系統(tǒng)的移植。完善性維護：增加新功能；可靠性正確性：正確實現(xiàn)所要求的功能和性能；穩(wěn)健性：對意外（故障和誤操作）作出適當(dāng)?shù)奶幚?；可理解性：易于理解，以方便測試、維護和交流；性能：有效地使用系統(tǒng)資源；盡可能快地響應(yīng)用戶請求；2/6/2023140現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特點微內(nèi)核結(jié)構(gòu)只給內(nèi)核分配最基本的功能，可簡化實現(xiàn)，提供靈活性多線程把執(zhí)行一個應(yīng)用程序的進(jìn)程劃分成可以同時運行的多個線程。提高程序的執(zhí)行效率。對稱多處理有多個處理器共享同一個主存儲器和I/O設(shè)備，可以執(zhí)行相同的功能。提高并行性、可靠性分布式操作系統(tǒng)面向?qū)ο笤O(shè)計提高模塊獨立性，便于擴展2/6/2023141目前常用的操作系統(tǒng)Microsoft公司的操作系統(tǒng)產(chǎn)品UNIX家庭OS/390由軟件中的操作系統(tǒng)：LINUX2/6/2023142目前常用的操作系統(tǒng)微軟Windows操作系統(tǒng)1983年10月，PC機競爭廠家的圖形界面相關(guān)產(chǎn)品上市面對市場壓力，比爾.蓋茨在1983年11月10日宣布推出Windows操作系統(tǒng)然而宣布容易，交貨就不簡單了，Windows交貨期的災(zāi)難，成了當(dāng)年計算機界的笑柄直到1985年11月20日，Windows1.0才正式上市2/6/2023143目前常用的操作系統(tǒng)Windows的歷史記錄Windows在當(dāng)時微軟歷史上創(chuàng)了幾個記錄：延遲交貨次數(shù)最多，投入開發(fā)人員最多，開發(fā)時間最長，更換主管人員最多不過幾年之后，Windows終于創(chuàng)造了銷售成績最佳的歷史記錄1992年4月，推出Windows3.1,1993年5月，發(fā)表WindowsNTWindows95，WindowsCE，Windows98，Windows2000，WindowsXP,.net個人計算機采用Windows占90％以上，微軟公司成了壟斷PC行業(yè)的同義詞2/6/2023144目前常用的操作系統(tǒng)UNIXUNIX是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的代表