01操作系統(tǒng)概論教學(xué)課件

01操作系統(tǒng)概論01操作系統(tǒng)概論01操作系統(tǒng)概論2021/3/232操作系統(tǒng)唐恒亮為什么要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)？涉及到計算機(jī)科學(xué)的很多領(lǐng)域計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)/硬件、軟件設(shè)計、程序設(shè)計語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法操作系統(tǒng)包括了所有軟件設(shè)計/實(shí)現(xiàn)問題，有助于理解和掌握現(xiàn)有的大量操作系統(tǒng)資源共享/管理、安全和身份驗(yàn)證、友好界面設(shè)計等 1.1操作系統(tǒng)的概念1.1.1計算機(jī)系統(tǒng)資源分類硬件系統(tǒng)主機(jī)：中央處理器(CPU)：運(yùn)算器和控制器內(nèi)存儲器：隨機(jī)存儲器-RAM只讀存儲器-ROM外設(shè)：外存儲器：硬盤、U盤、磁帶、光盤輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀1.1操作系統(tǒng)的概念1.1.1計算機(jī)系統(tǒng)資源分類軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)（OS）、各種語言編譯系統(tǒng)（編譯程序）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等應(yīng)用軟件會計系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)、訂票系統(tǒng)等1.1操作系統(tǒng)的概念—1.1.2OS與軟硬件關(guān)系裸機(jī)虛擬機(jī)（擴(kuò)展機(jī)）OS是連接軟硬件的橋梁，是各種應(yīng)用程序的支撐環(huán)境1.1操作系統(tǒng)的概念1.1.3引入OS的目的方便性（從用戶的角度來看）將裸機(jī)改造成虛擬機(jī)，提供良好的界面、可靠安全的服務(wù)管理有效性（從系統(tǒng)管理員的角度來看）管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織計算機(jī)的工作流程；操作系統(tǒng)是計算機(jī)資源的管理者可擴(kuò)充性（從發(fā)展的觀點(diǎn)來看）為系統(tǒng)功能擴(kuò)充提供支撐平臺：追加方便，無干擾開放性（從廠商的觀點(diǎn)來看）通用、不同廠家的產(chǎn)品均可以采用1.1操作系統(tǒng)的概念1.1.4OS的定義是計算機(jī)系統(tǒng)中一個系統(tǒng)軟件，是計算機(jī)與用戶間的接口，用戶正是通過OS來支配計算機(jī)，使其性能得以發(fā)揮。OS管理和控制著計算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源，合理地組織計算機(jī)工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個功能強(qiáng)、使用方便的工作環(huán)境1.1操作系統(tǒng)的概念1.1.4OS的定義----可以簡單概括為四句話：是計算機(jī)系統(tǒng)中一個系統(tǒng)軟件；是連接軟硬件的橋梁；管理和控制著計算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源，合理地組織計算機(jī)工作流程；是硬件與用戶間的接口。1.2操作系統(tǒng)的歷史推動OS發(fā)展主要動力需求推動發(fā)展計算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展提高資源的利用率和系統(tǒng)性能計算機(jī)發(fā)展的初期，計算機(jī)系統(tǒng)昂貴，用作集中計算方便用戶用戶上機(jī)、調(diào)試程序，分散計算時的事務(wù)處理和非專業(yè)用戶（商業(yè)和辦公、家庭）1.2操作系統(tǒng)的歷史OS的發(fā)展與計算機(jī)的發(fā)展密不可分第一代：1946~20世紀(jì)50年代末，電子管時代，無OS第二代：20世紀(jì)50年代末~60年代中期，晶體管時代，批處理系統(tǒng)第三代：20世紀(jì)60年代中期~70年代中期，集成電路，多道程序設(shè)計第四代：20世界70年代中期至今，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，分時系統(tǒng)21世紀(jì)：普適計算、網(wǎng)格計算及巨型、微型、并行、分布、網(wǎng)格化、智能化和生物信息化等方面發(fā)展1.2操作系統(tǒng)的歷史OS的發(fā)展過程手工操作階段批處理執(zhí)行系統(tǒng)多道程序系統(tǒng)分時系統(tǒng)實(shí)時系統(tǒng)通用操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布操作系統(tǒng)1.2.1手工操作階段----電子管時代無操作系統(tǒng)用戶獨(dú)占、手工操作、需人工干預(yù)隨著計算機(jī)技術(shù)發(fā)展（計算速度提高，第一代→第二代），手工操作不再適應(yīng)手工操作只能完成簡單的控制手工操作速度慢，降低了計算機(jī)的效率1.2.1手工操作階段----電子管時代例如：用戶在平均每秒1000次（第一代）上算一題，運(yùn)行時間為1小時，手工操作時間為3分鐘，此時操作時間與運(yùn)行時間之比為多少？若計算機(jī)速度提高到60萬次每秒（第二代），運(yùn)行時間之比又為多少？解決方法擺脫手工操作，減少人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的自動過渡——早期的批處理系統(tǒng)1.2.2早期批處理—晶體管時代提高CPU利用率的方法早期：用戶自行完成運(yùn)行管理和具體操作用戶需自己建立、運(yùn)行程序，并做結(jié)束處理程序執(zhí)行步驟出錯則重新開始解決方案：配備專門的計算機(jī)操作員：減少操作失誤采用批處理方法：監(jiān)督程序自動依次處理聯(lián)機(jī)批處理脫機(jī)批處理1.2.2早期批處理—聯(lián)機(jī)批處理一、聯(lián)機(jī)批處理 模式： 主機(jī)直接和慢速的輸入輸出（I/O）設(shè)備直接連接作業(yè)執(zhí)行流程作業(yè)的概念作業(yè)的定義從用戶的角度來看:從輸入開始到輸出結(jié)束,用戶交給計算機(jī)系統(tǒng)來完成的工作作業(yè)步：一個作業(yè)處理過程中計算機(jī)所做的相對獨(dú)立的工作從系統(tǒng)的角度來看由用戶提交的程序、數(shù)據(jù)文件以及表達(dá)該作業(yè)執(zhí)行的控制意圖說明書組成作業(yè)的組織作業(yè):由程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書三部分組成程序和數(shù)據(jù)完成用戶所需求的業(yè)務(wù)處理工作作業(yè)說明書體現(xiàn)用戶的控制意圖作業(yè)控制塊表（JCB）作業(yè)說明書在系統(tǒng)中生成的表格作業(yè)說明書作業(yè)的基本情況描述作業(yè)控制描述資源要求描述2023/7/23《計算機(jī)操作系統(tǒng)教程》22作業(yè)的組織以上所講的作業(yè)都是批處理系統(tǒng)中作業(yè)管理與調(diào)度的對象分時系統(tǒng)沒有作業(yè)的概念分時系統(tǒng)采用時間片輪轉(zhuǎn)分時使用處理機(jī)，用戶的程序和數(shù)據(jù)信息直接輸入到內(nèi)存工作區(qū)中和其他程序一起搶占系統(tǒng)資源投入執(zhí)行，而不必進(jìn)入外存輸入井等待作業(yè)調(diào)度程序選擇。因此。分時系統(tǒng)沒有作業(yè)控制表，也沒有作業(yè)調(diào)度程序，直接采用進(jìn)程管理232023/7/23《計算機(jī)操作系統(tǒng)教程》卡片聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶磁帶機(jī)卡片閱讀機(jī)輸出磁帶打印機(jī)1.2.2早期批處理—聯(lián)機(jī)批處理優(yōu)點(diǎn)：解決了作業(yè)自動轉(zhuǎn)接，減少了作業(yè)建立和人工操作的時間缺點(diǎn)：作業(yè)輸入和執(zhí)行結(jié)果輸出過程中CPU空閑慢速I/O設(shè)備和快速主機(jī)之間仍是串行工作CPU資源仍有很大的浪費(fèi)1.2.2早期批處理—脫機(jī)批處理二、脫機(jī)批處理 模式：（1）主機(jī)直接和慢速的輸入輸出設(shè)備脫離 （2）直接與速度較快的磁帶機(jī)相連衛(wèi)星機(jī)：不與主機(jī)直接相連而專門用于與I/O設(shè)備打交道輸入設(shè)備通過它把作業(yè)輸入到輸入磁帶輸出磁帶將作業(yè)執(zhí)行結(jié)果輸出到輸出設(shè)備工作過程：（1）輸入設(shè)備通過衛(wèi)星機(jī)把作業(yè)輸入到磁帶，成批存儲（2）把磁帶裝到主機(jī)的磁帶機(jī)上（3）主機(jī)上的監(jiān)督程序從磁帶上把第一個作業(yè)調(diào)入內(nèi)存并執(zhí)行和輸出（4）重復(fù)（3）直道一批作業(yè)完成（5）輸出磁帶，將作業(yè)執(zhí)行結(jié)果輸出到輸出設(shè)備1.2.2早期批處理—脫機(jī)批處理優(yōu)點(diǎn)輸入/輸出與主機(jī)并行：同一批內(nèi)各作業(yè)的自動依次更替，改善了主機(jī)CPU和I/O設(shè)備的使用效率，提高了吞吐量。監(jiān)督程序的引入：管理作業(yè)的運(yùn)行缺點(diǎn)磁帶或磁盤需要人工裝卸，作業(yè)需人工分類監(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)）監(jiān)督程序管理下的解題過程1.2.2早期批處理—執(zhí)行系統(tǒng)三、執(zhí)行系統(tǒng)20世紀(jì)60年代初，計算機(jī)硬件在通道技術(shù)和中斷技術(shù)兩方面得以發(fā)展，這些技術(shù)的出現(xiàn)使監(jiān)督程序在負(fù)責(zé)作業(yè)運(yùn)行的同時提供I/O控制功能1.2.2早期批處理—執(zhí)行系統(tǒng)通道技術(shù)通道是一種專門用來控制外部設(shè)備工作的專用處理部件，負(fù)責(zé)I/O設(shè)備與主存之間的信息傳輸啟動后可獨(dú)立于CPU運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)CPU與I/O設(shè)備的并行通道有專用的I/O處理器，可與CPU并行工作可實(shí)現(xiàn)I/O聯(lián)機(jī)處理1.2.2早期批處理—執(zhí)行系統(tǒng)中斷技術(shù)中斷：主機(jī)接到外部信號停止處理機(jī)上還在運(yùn)行的程序，而轉(zhuǎn)去執(zhí)行其它程序，執(zhí)行完畢后主機(jī)回到原來的程序斷點(diǎn)處繼續(xù)工作斷點(diǎn)：當(dāng)一程序還在處理機(jī)上運(yùn)行而被暫停保護(hù)現(xiàn)場→查找中斷源→中斷處理子程序→恢復(fù)現(xiàn)場1.2.2早期批處理—執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)借助于通道和中斷技術(shù)，輸入輸出可在主機(jī)控制下完成原來的監(jiān)督程序的功能擴(kuò)大了，它不僅要負(fù)責(zé)作業(yè)運(yùn)行的自動調(diào)度，而且還要提供I/O的控制功能發(fā)展了的監(jiān)督程序常駐內(nèi)存成為執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸入輸出聯(lián)機(jī)操作輸入輸出工作在主機(jī)控制下的通道完成1.2.2早期批處理—執(zhí)行系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了主機(jī)、通道和I/O設(shè)備的并行操作提高了系統(tǒng)效率，方便用戶對I/O設(shè)備的使用缺點(diǎn)計算機(jī)系統(tǒng)按單道順序處理作業(yè)以計算機(jī)為主的作業(yè)，輸入輸出量少，外圍設(shè)備空閑以輸入輸出為主的作業(yè)，主機(jī)空閑計算機(jī)資源利用率不高1.2.3多道程序系統(tǒng)單道作業(yè)運(yùn)行（批處理系統(tǒng)）每次只調(diào)用一個用戶作業(yè)程序進(jìn)入內(nèi)存并運(yùn)行單道程序系統(tǒng)的運(yùn)行情況1.2.3多道程序系統(tǒng)多道程序系統(tǒng)的運(yùn)行情況1.2.3多道程序系統(tǒng)多道批處理的運(yùn)行特征多道計算機(jī)內(nèi)存中同時存放幾個相互獨(dú)立的作業(yè)宏觀上并行運(yùn)行系統(tǒng)內(nèi)的幾個作業(yè)都處于運(yùn)行狀態(tài)，但都未運(yùn)行完微觀上串行運(yùn)行各作業(yè)交替使用CPU，交替執(zhí)行1.2.3多道程序系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)采用了多道程序設(shè)計技術(shù)待處理的多個作業(yè)存放在外部存儲器中，形成隊列，等待運(yùn)行需調(diào)入作業(yè)時，由作業(yè)調(diào)度程序?qū)ν獯嬷械囊慌鳂I(yè)，根據(jù)其對資源的要求和一定的調(diào)度原則，調(diào)幾個作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存令其交替運(yùn)行某個作業(yè)完成時，再調(diào)入一個或幾個作業(yè)1.2.3多道程序系統(tǒng)多道程序系統(tǒng)需要解決的一些技術(shù)同步與互斥問題并行運(yùn)行的程序共享計算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件資源并行運(yùn)行的程序既有對資源的競爭又須相互同步覆蓋技術(shù)、對換技術(shù)、虛擬存儲技術(shù)等內(nèi)存管理技術(shù)內(nèi)存不足時，需提高內(nèi)存使用效率內(nèi)存保護(hù)的要求系統(tǒng)程序和用戶程序存儲區(qū)的安全性、可靠性1.2.3多道程序系統(tǒng)同步與互斥間接相互制約關(guān)系來源于進(jìn)程間的資源共享關(guān)系，例如打印機(jī)直接相互制約關(guān)系來源于進(jìn)程間的合作，例如利用緩沖區(qū)傳遞信息進(jìn)程同步的主要任務(wù)對多個相關(guān)進(jìn)程在執(zhí)行次序上進(jìn)行協(xié)調(diào)，以使并發(fā)執(zhí)行的諸進(jìn)程之間能有效地共享資源和相互合作，從而使程序的執(zhí)行具有可在現(xiàn)性互斥舉例：一張機(jī)票賣給兩個人如何解決？互斥舉例：一張機(jī)票賣給兩個人解決方案采取一定的措施，當(dāng)一個進(jìn)程讀取數(shù)據(jù)并修改數(shù)據(jù)，在它重寫之前，不允許其它進(jìn)程對該數(shù)據(jù)進(jìn)行操作1.2.3多道程序系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高：CPU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(diǎn)：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1.2.4分時操作系統(tǒng)手工操作模式聯(lián)機(jī)方式+獨(dú)占資源+直接控制→浪費(fèi)資源批處理模式脫機(jī)方式+無法干預(yù)→無人機(jī)交互，不便使用新目標(biāo)：既保證計算機(jī)效率，又能方便用戶使用CPU速度提高+分時技術(shù)+多個用戶終端1.2.4分時操作系統(tǒng)分時系統(tǒng)多用戶共享計算資源的系統(tǒng)，一般連接多個顯示終端可通過終端向系統(tǒng)發(fā)出各種操作控制命令1.2.4分時操作系統(tǒng)分時技術(shù)就是把處理機(jī)的運(yùn)行時間分成一個個很短的時間片，按時間輪流把處理機(jī)分配給聯(lián)機(jī)的各個用戶短時間片獨(dú)享多時間片輪用1.2.4分時操作系統(tǒng)分時OS的特點(diǎn)交互性便于控制提交作業(yè)方便便于用戶間交往同時性獨(dú)占性分時操作系統(tǒng)是一個聯(lián)機(jī)的、多用戶、交互式的OS缺點(diǎn)：響應(yīng)速度相對慢多用戶分時操作系統(tǒng)是當(dāng)今最普遍使用的一類操作系統(tǒng)短時間片獨(dú)享多時間片輪用1.2.5實(shí)時操作系統(tǒng)實(shí)時對隨機(jī)發(fā)生的外部事件作出及時的響應(yīng)并作出相應(yīng)的處理用于實(shí)時控制用于工業(yè)過程控制、軍事實(shí)時控制、金融等領(lǐng)域特點(diǎn)：即時響應(yīng)、高可靠性設(shè)計實(shí)時OS需考慮的因素實(shí)時時鐘管理（定時處理和延時處理）連續(xù)的人機(jī)對話過載保護(hù)高可靠性和安全性SymbianAndroidWindowsMobileLinux1.2.6通用操作系統(tǒng)具有多種類型操作系特征的OS實(shí)時批處理系統(tǒng)優(yōu)先處理任務(wù)，通常實(shí)時任務(wù)稱為前臺作業(yè)插空批作業(yè)處理，通常批作業(yè)稱為后臺作業(yè)分時批處理系統(tǒng)保障分時用戶，無分時用戶進(jìn)行批處理可按前后臺方式處理1.2.6通用操作系統(tǒng)UNIX：通用多用戶分時交互型OS核心精干、功能強(qiáng)大應(yīng)用于工作站：SUN-Solaris、IBM-AIXWindows、Linux均基于UNIX原理功能齊全應(yīng)用范圍廣泛操作方式多樣系統(tǒng)復(fù)雜龐大付出代價巨大可靠性可維護(hù)性可理解性開放性1.2.7OS的進(jìn)一步發(fā)展20世紀(jì)80年代，大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)發(fā)展→PC機(jī)、網(wǎng)絡(luò)化、分布式處理、智能化、巨型化個人計算機(jī)上的OS嵌入式OS（Android、Symbian等）網(wǎng)絡(luò)OS分布式OS智能化OS1.3OS的基本類型根據(jù)OS的使用環(huán)境和對作業(yè)的處理方式批處理操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實(shí)時操作系統(tǒng)個人計算機(jī)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)1.3.1批處理操作系統(tǒng)處理流程1.3.1批處理操作系統(tǒng)特征用戶脫機(jī)使用計算機(jī)成批處理多道程序運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)資源利用率高、作業(yè)吞吐量大缺點(diǎn)無交互性，提交作業(yè)后喪失控制能力作業(yè)周轉(zhuǎn)時間較長，用戶使用不便1.3.1批處理操作系統(tǒng)多道程序系統(tǒng)單CPU，交替使用CPU。多重處理系統(tǒng)多個CPU，真正并行執(zhí)行多道程序多道程序設(shè)計技術(shù)→多重處理有效性高吞吐量、高可靠性、高計算能力、高并行處理能力等1.3.2分時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)是一個聯(lián)機(jī)的、多用戶的、交互式的操作系統(tǒng)最流行的多用戶分時操作系統(tǒng)：UNIX1.3.2分時操作系統(tǒng)采用時間片輪轉(zhuǎn)的方式，一臺計算機(jī)為多個終端用戶服務(wù)特點(diǎn)：雖分時，似獨(dú)享（響應(yīng)時間快）交互性→方便多用戶同時性→高效獨(dú)立性→滿意1.3.3實(shí)時操作系統(tǒng)一種聯(lián)機(jī)操作系統(tǒng)計算機(jī)應(yīng)用于實(shí)時控制和實(shí)時信息處理領(lǐng)域推動了實(shí)時操作系統(tǒng)的發(fā)展一種即時響應(yīng)系統(tǒng)對實(shí)時信息的分析和處理的速度比其進(jìn)入系統(tǒng)的速度要快高可靠性專用性資源利用率較低！1.3.4通用操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的三種基本類型批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實(shí)時系統(tǒng)兼具多種功能的操作系統(tǒng)兼有批處理、分時處理、實(shí)時處理和多重處理功能，或其中兩種以上功能1.3.5個人計算機(jī)上的OS聯(lián)機(jī)交互式的單用戶OS：似通用分時系統(tǒng)特征應(yīng)用領(lǐng)域：事務(wù)處理、個人娛樂系統(tǒng)要求：使用方便、支持多種硬件和外部設(shè)備（多媒體設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程通信）、效率不必很高常用的個人計算機(jī)操作系統(tǒng)單用戶單任務(wù)：MSDOS單用戶多任務(wù)：OS/2,MSWindows3.x,Windows95,WindowsNT,Windows2000Professional多用戶多任務(wù)：UNIX(SCOUNIX,Solarisx86,Linux,FreeBSD)1.3.6網(wǎng)絡(luò)OS在通常操作系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上提供網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的操作系統(tǒng)。為網(wǎng)上計算機(jī)進(jìn)行方便而有效的網(wǎng)絡(luò)資源共享提供網(wǎng)絡(luò)用戶所需各種服務(wù)的軟件和相關(guān)規(guī)程網(wǎng)絡(luò)功能與操作系統(tǒng)的結(jié)合程度是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)早期：操作系統(tǒng)附加網(wǎng)絡(luò)軟件后期：網(wǎng)絡(luò)功能成為操作系統(tǒng)的有機(jī)組成部分區(qū)別：網(wǎng)絡(luò)功能的強(qiáng)弱、使用是否方便等1.3.6網(wǎng)絡(luò)OS功能：信息交換、資源共享、可互操作、協(xié)作處理通常操作系統(tǒng)的功能：處理機(jī)管理、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理等網(wǎng)絡(luò)通信功能：通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)資源管理：協(xié)調(diào)各用戶使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：文件和設(shè)備共享，信息發(fā)布網(wǎng)絡(luò)管理：安全管理、故障管理、性能管理等互操作：直接控制對方比交換數(shù)據(jù)更為困難1.3.6網(wǎng)絡(luò)OS特征互聯(lián)的群體，物理分散計算機(jī)自治通信設(shè)施信息交換、資源共享、可互操作、協(xié)作處理20世紀(jì)90年代初期，Novell公司的Netware等系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng)均具上網(wǎng)功能1.3.7分布式OS通過通信網(wǎng)絡(luò)將物理上分布的具有自治功能的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和計算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享，協(xié)作完成任務(wù)1.3.7分布式OS與網(wǎng)絡(luò)OS的區(qū)別是否有制定標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議：分布式系統(tǒng)未制定標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議并行性：分布式OS可以將一個進(jìn)程分散在各機(jī)上并行執(zhí)行；網(wǎng)絡(luò)OS則各機(jī)上的進(jìn)程獨(dú)立透明性：用戶是否知道或指定資源在哪個機(jī)器上（如CPU、內(nèi)存或外設(shè)）；分布式OS系統(tǒng)對用戶是透明的健壯性：分布式系統(tǒng)要求更強(qiáng)的容錯能力（工作時系統(tǒng)重構(gòu)）分布式以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，物理上松耦合，邏輯上緊耦合目前分布式系統(tǒng)處于研究階段，尚無真正實(shí)用的分布式系統(tǒng)；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已得到廣泛應(yīng)用1.3OS的基本類型根據(jù)OS的使用環(huán)境和對作業(yè)的處理方式批處理操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實(shí)時操作系統(tǒng)個人計算機(jī)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)1.4操作系統(tǒng)的特征和功能職能：管理和控制計算機(jī)系統(tǒng)中的所有硬、軟件資源合理組織計算機(jī)工作流程提供用戶一個良好工作環(huán)境和友好接口特征并發(fā)性并行性與并發(fā)性程序與進(jìn)程：靜態(tài)實(shí)體與活動實(shí)體共享性互斥共享方式：在一段時間內(nèi)只允許一個進(jìn)程訪問的資源——臨界資源同時訪問方式：在一段時間內(nèi)允許多個進(jìn)程對它進(jìn)行訪問虛擬性：操作系統(tǒng)本身就是一個虛擬機(jī)，是物理機(jī)的虛擬異步性：作業(yè)完成的先后次序與進(jìn)入內(nèi)存的次序并不完全一致1.4操作系統(tǒng)的特征和功能功能1.4.1處理機(jī)管理1.4.2存儲管理1.4.3設(shè)備管理1.4.4信息管理1.4.5用戶接口硬件資源軟件資源資源管理1.4.1處理機(jī)管理—進(jìn)程管理主要功能進(jìn)程控制：創(chuàng)建、撤銷、掛起、改變運(yùn)行優(yōu)先級等進(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)資源共享進(jìn)程互斥方式進(jìn)程同步方式進(jìn)程通信：進(jìn)程之間傳送數(shù)據(jù)，以協(xié)調(diào)進(jìn)程間的協(xié)作進(jìn)程調(diào)度：進(jìn)程的運(yùn)行切換，以充分利用處理機(jī)資源和提高系統(tǒng)性能對處理機(jī)進(jìn)行分配（調(diào)度），以進(jìn)程為基本單位。1.4.2存儲管理主要功能內(nèi)存分配：為每道程序分配內(nèi)存空間，保證存儲區(qū)不沖突靜態(tài)分配方式動態(tài)分配內(nèi)存保護(hù)：保證進(jìn)程間互不干擾、相互保密內(nèi)存保護(hù)機(jī)制：程序間相互破壞內(nèi)存擴(kuò)充（覆蓋、交換和虛擬存儲）邏輯上的擴(kuò)充，提高內(nèi)存利用率、擴(kuò)大進(jìn)程的內(nèi)存空間管理目標(biāo)：提高存儲器的利用率、方便用戶使用、提供足夠的存儲空間，方便進(jìn)程并發(fā)運(yùn)行。主要目標(biāo)：對存儲器進(jìn)行分配、保護(hù)、擴(kuò)充和管理。1.4.3設(shè)備管理主要功能緩沖管理匹配CPU和外設(shè)的速度，提高兩者的利用率設(shè)備分配與回收多用戶間共享I/O設(shè)備資源設(shè)備操作利用設(shè)備驅(qū)動程序（通常在內(nèi)核中）完成對設(shè)備的操作虛擬設(shè)備(virtualdevice)設(shè)備由多個進(jìn)程共享，每個進(jìn)程如同獨(dú)占該設(shè)備設(shè)備管理的目標(biāo)是：方便設(shè)備使用、提高CPU與I/O設(shè)備利用率1.4.4信息管理——文件系統(tǒng)管理信息（文件）：程序和數(shù)據(jù)功能文件存儲空間管理為每個文件分配外存空間，以提高空間利用率和讀寫性能目錄管理方便用戶從外存中查找文件文件的讀寫管理和存取控制文件的讀寫管理文件的存取控制：安全性解決軟件資源的存儲、共享、保密和保護(hù)，操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)這一功能的部分稱為文件系統(tǒng)。1.4.5用戶接口程序級接口提供一組廣義指令供用戶程序和其他系統(tǒng)程序調(diào)用通過廣義指令向操作系統(tǒng)提出申請，并由操作系統(tǒng)代為完成作業(yè)級接口提供一組控制操作命令供用戶去組織和控制自己作業(yè)的運(yùn)行目標(biāo)：提供一個友好的用戶訪問操作系統(tǒng)的接口。1.5計算機(jī)硬件簡介1.5.1基本硬件元素處理器、存儲器、輸入輸出控制與總線、外部設(shè)備等PC：程序計數(shù)器IR：指令寄存器MAR：內(nèi)存地址寄存器MBR：內(nèi)存緩沖寄存器I/OAR：I/O地址寄存器I/OBR：I/O緩沖寄存器1.5.1基本硬件元素處理器（CPU）控制和執(zhí)行計算機(jī)的指令操作存儲器可分內(nèi)存、外存和緩存，用于存儲數(shù)據(jù)和程序I/O控制器和緩沖控制和暫存外部設(shè)備與計算機(jī)內(nèi)存之間交換的數(shù)據(jù)和程序1.5.2主要寄存器與OS相關(guān)的主要寄存器用戶可編程寄存器數(shù)據(jù)寄存器地址寄存器條件碼寄存器控制與狀態(tài)寄存器程序計數(shù)器指令寄存器程序狀態(tài)字PSW中斷現(xiàn)場保護(hù)寄存器過程調(diào)用用堆棧1.5.2主要寄存器數(shù)據(jù)寄存器用來保存操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果等信息，從而節(jié)省讀取操作數(shù)所需占用總線和訪問存儲器的時間地址寄存器用來存放內(nèi)存中某個數(shù)據(jù)或指令的地址，或存放某段數(shù)據(jù)與指令的入口地址以及被用來進(jìn)行更復(fù)雜的地址計算條件碼寄存器（標(biāo)志寄存器）運(yùn)算結(jié)果標(biāo)志位（進(jìn)位標(biāo)志、奇偶標(biāo)志、溢出標(biāo)志等）1.5.2主要寄存器程序計數(shù)器PC下一周期被執(zhí)行指令的地址指令寄存器IR裝有待執(zhí)行指令程序狀態(tài)字PSW各比特位代表系統(tǒng)當(dāng)前各種不同狀態(tài)與信息控制CPU操作：如CPU是否響應(yīng)外部可屏蔽中斷中斷現(xiàn)場保護(hù)寄存器用于保存中斷程序現(xiàn)場和鏈接中斷恢復(fù)處過程調(diào)用用堆棧堆棧用于存放過程調(diào)用時的調(diào)用名、調(diào)用參數(shù)以及返回地址1.5.3存儲器的訪問速度存儲器件可移動存儲介質(zhì)硬盤磁盤緩存內(nèi)存高速緩存（cache）寄存器一般容量越大速度越慢1.5.4指令的執(zhí)行與中斷指令的執(zhí)行與中斷指令執(zhí)行中斷2023/7/2379《操作系統(tǒng)》具有中斷的指令執(zhí)行過程1.5.4指令的執(zhí)行與中斷1.5.5操作系統(tǒng)的啟動OS復(fù)責(zé)管理計算機(jī)軟硬件資源OS也是一種資源，如何啟動運(yùn)行？啟動計算機(jī)時，計算機(jī)硬件自動產(chǎn)生一中斷信號，