操作系統(tǒng)教學(xué)課件

操作系統(tǒng)OperatingSystem兩個問題全球最大的軟件公司Microsoft（微軟）最重要的軟件產(chǎn)品（立家之本）操作系統(tǒng)（Windows）全球第二大的軟件公司Oracle（甲骨文）最重要的軟件產(chǎn)品（立家之本）數(shù)據(jù)庫（Oracle）自我介紹孫錦程計算機(jī)教研組主樓315電子郵件：china_sjcsina為什么學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)

加深對使用的操作系統(tǒng)的理解，有利于深入編程；用戶為了開發(fā)應(yīng)用程序必須與操作系統(tǒng)打交道編程時借鑒操作系統(tǒng)的設(shè)計思想和算法（比如插件開發(fā)、微內(nèi)核）操作系統(tǒng)中所用的許多概念和技巧可以推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域存在人們意識不到的大量“操作系統(tǒng)”（如:嵌入式系統(tǒng)－家電、手機(jī)）設(shè)計操作系統(tǒng)或者修改現(xiàn)有的系統(tǒng)選擇購買操作系統(tǒng)：因為我們并不總使用Windows2000/XP操作系統(tǒng)涉及到計算機(jī)科學(xué)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)算法網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)核心技術(shù)并能在其他地方應(yīng)用操作系統(tǒng)是目前最復(fù)雜的軟件系統(tǒng)

課程的地位及特點本課程地位

專業(yè)核心課程

考研核心課程

技術(shù)開發(fā)的理論基礎(chǔ)課程的特點實踐性強(qiáng)（從實踐總結(jié)出原理）涉及面廣（并行程序，性能問題，結(jié)構(gòu)問題，程序方法論，軟件工程等等）錯綜復(fù)雜：縱橫交錯如何學(xué)好本課程1、理論學(xué)習(xí)2、實驗、實習(xí)3、源代碼分析、參與（Linux）重點參考書1、湯子瀛等，《計算機(jī)操作系統(tǒng)》，西安電子科技大學(xué)2、南京大學(xué)孫鐘秀院士，《操作系統(tǒng)教程》第三版，高等教育出版社3、Silberschatz，《操作系統(tǒng)概念》（中、英文）第六版，高等教育出版社

參考書操作系統(tǒng)基礎(chǔ)屠立德屠祁清華大學(xué)出版社現(xiàn)代操作系統(tǒng)陳向群等譯機(jī)械工業(yè)出版社操作系統(tǒng)吳企淵梁燕清華大學(xué)出版社計算機(jī)操作系統(tǒng)徐甲同等西安電科大出版社操作系統(tǒng)教程孟慶昌西安電科大出版社計算機(jī)操作系統(tǒng)教程張堯?qū)W史美林清華大學(xué)出版社計算機(jī)操作系統(tǒng)教程周長林左萬歷高等教育出版社Windows操作系統(tǒng)原理尤晉元、史美林機(jī)械工業(yè)出版社OperatingSystemsPrinciplesLubomirBic清華大學(xué)出版社本課程課件第一章概論第二章進(jìn)程管理第三章內(nèi)存管理第四章設(shè)備管理第五章文件管理和作業(yè)管理第六章網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)第一章概論第二章進(jìn)程管理第三章內(nèi)存管理第四章設(shè)備管理第五章文件管理和作業(yè)管理第六章網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)第一節(jié)操作系統(tǒng)的概念第二節(jié)操作系統(tǒng)的發(fā)展第三節(jié)操作系統(tǒng)的分類第四節(jié)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第一章

概論第一節(jié)操作系統(tǒng)的概念計算機(jī)系統(tǒng)操作系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)的地位計算機(jī)硬件操作系統(tǒng)實用程序應(yīng)用程序操作系統(tǒng)設(shè)計者程序員終端用戶

操作系統(tǒng)是一個系統(tǒng)軟件，它管理計算機(jī)系統(tǒng)中的軟件和硬件資源，在計算機(jī)硬件和用戶之間起到一個接口作用。操作系統(tǒng)的定義教材定義：用以控制和管理計算機(jī)硬件和軟件資源、合理地組織計算機(jī)的工作流程以及方便用戶使用計算機(jī)的程序的集合。這個定義具有以下三個方面的含義：1、操作系統(tǒng)統(tǒng)一控制和管理計算機(jī)系統(tǒng)所擁有的硬件和軟件資源，使之可以得到更加有效合理的利用。2、操作系統(tǒng)能合理地組織計算機(jī)系統(tǒng)的工作流程，增強(qiáng)系統(tǒng)的處理能力。3、操作系統(tǒng)提供了用戶與裸機(jī)之間的接口，使用戶更方便地使用計算機(jī)。兩個簡單有趣的定義1、購買“操作系統(tǒng)”時，零售商所裝的所有東西。2、一直運行在計算機(jī)上的程序二、操作系統(tǒng)的特征1、并發(fā)性2、共享性3、異步性/隨機(jī)性4、虛擬性二、操作系統(tǒng)的特征1、并發(fā)性

并發(fā)性是指在計算機(jī)系統(tǒng)中同時存在有多個程序，從宏觀上看，這些程序是同時向前推進(jìn)的。單CPU環(huán)境下，并發(fā)程序是在CPU上交替運行的。用戶程序與用戶程序；用戶程序和操作系統(tǒng)程序之間并發(fā)執(zhí)行。在多處理器環(huán)境下，多個程序的并發(fā)特征，就不僅在宏觀上是并發(fā)的，而且在微觀（即在處理機(jī)一級）上也是并發(fā)的。

但是，不論是什么計算環(huán)境，我們所指的并發(fā)都是在一個操作系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下的并發(fā)。2、共享性

是指操作系統(tǒng)程序與多個用戶程序共享系統(tǒng)中的各種資源。并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)兩個最基本的特性，它們互為依存。1、資源的共享是由于程序的并發(fā)執(zhí)行而引起的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然就不存在資源共享問題。2、若系統(tǒng)不能對資源共享實施有效管理，必然會影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至程序無法并發(fā)執(zhí)行，操作系統(tǒng)也就失去了并發(fā)性，導(dǎo)致整個系統(tǒng)效率地下。3、隨機(jī)性/異步性

操作系統(tǒng)的運行是在一個隨機(jī)的環(huán)境中運行的，即用戶不能對所運行的程序的行為以及硬件設(shè)備的情況做任何的假定。我們無法知道一個運行著的程序會在什么時候做什么事情，也無法知道一個設(shè)備什么時候向處理器發(fā)出中斷請求，因此我們也無法知道操作系統(tǒng)正處于什么樣的狀態(tài)之中。它是把物理上的一個實體變成邏輯上的多個對應(yīng)物，或者把物理上的多個實體變成邏輯上的一個對應(yīng)物的技術(shù)。多道程序設(shè)計中的CPUSpooling技術(shù)窗口技術(shù)時分/頻分多路－物理信道虛擬存儲器4、虛擬性計算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)中央處理器外存儲器內(nèi)存儲器輸出設(shè)備系統(tǒng)總線輸入設(shè)備適配器適配器適配器I/O端口I/O端口外存儲器接口控制器運算器存儲器三、操作系統(tǒng)的功能從功能即資源管理的觀點看，操作系統(tǒng)的主要任務(wù)就是管理計算機(jī)系統(tǒng)的資源。操作系統(tǒng)的功能和目標(biāo)處理機(jī)管理（進(jìn)程管理）存儲器管理（內(nèi)存管理）設(shè)備管理文件管理作業(yè)管理操作系統(tǒng)的功能和目標(biāo)一、處理機(jī)管理（進(jìn)程管理）

進(jìn)程管理主要是對處理機(jī)進(jìn)行管理。CPU是計算機(jī)中最寶貴的硬件資源。為了提高CPU的利用率，操作系統(tǒng)采用了多道程序技術(shù)。當(dāng)一個程序因等待某一條件而不能運行下去時，就把處理機(jī)占用權(quán)轉(zhuǎn)交給另外一個可運行程序?；蛘撸?dāng)出現(xiàn)了一個比當(dāng)前運行的程序更重要的可運行程序時，后者應(yīng)能搶占CPU。為了描述多道程序的并發(fā)執(zhí)行，就引入了進(jìn)程的概念。通過進(jìn)程管理協(xié)調(diào)多道程序之間的關(guān)系，解決處理機(jī)實施分配策略，使CPU資源得到最充分的利用。正是由于操作系統(tǒng)對處理機(jī)管理策略的不同，從而呈現(xiàn)在用戶面前的就是具有不同性質(zhì)的操作系統(tǒng)，例如批處理方式、分時處理方式和實時處理方式等。

二、內(nèi)存管理有關(guān)內(nèi)存的知識內(nèi)存是現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)操作的中心，內(nèi)存是可以被CPU和I/O設(shè)備所共同訪問的數(shù)據(jù)的倉庫。一個程序要執(zhí)行的話，它必須先映射成絕對地址并裝入內(nèi)存。存儲器管理主要管理內(nèi)存資源。它包括以下幾點：1）內(nèi)存分配：在內(nèi)存中除了操作系統(tǒng)、其他系統(tǒng)軟件外，還有一個或多個用戶程序，操作系統(tǒng)要解決分配問題，使其互不沖突。2）存儲保護(hù)：由于系統(tǒng)中有多個程序，要保證他們之間互部干擾，保證用戶程序不破壞系統(tǒng)程序。3）內(nèi)存擴(kuò)充：當(dāng)用戶作業(yè)所需要的內(nèi)存量超過計算機(jī)系統(tǒng)所提供的實際內(nèi)存容量時，就要把內(nèi)存和外存結(jié)合起來，為用戶提供一個比實際內(nèi)存大的多的虛擬存儲器。類似于倉庫管理

三、設(shè)備管理四、文件管理

系統(tǒng)中的信息資源（程序和數(shù)據(jù)）是以文件的形式存放在外存儲器上的，需要時再將其裝入。文件管理的任務(wù)就是有效支持文件存儲、檢索修改，解決文件共享、保密和保護(hù)，以方便用戶安全、方便地訪問文件。五、作業(yè)管理/用戶接口

1）程序級：提供一組廣義指令供用戶程序調(diào)用。

2）作業(yè)級：提供一組控制操作指令供用戶去組織、控制自己的作業(yè)執(zhí)行。

基本任務(wù)：使用戶合理調(diào)度運行用戶作業(yè)

小結(jié)操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)的特征－并發(fā)、共享、隨機(jī)、虛擬操作系統(tǒng)的功能－進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件管理、作業(yè)管理第一節(jié)操作系統(tǒng)的概念第二節(jié)操作系統(tǒng)的發(fā)展第三節(jié)操作系統(tǒng)的分類第四節(jié)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第一章

概論

如同任何其他事物一樣，操作系統(tǒng)也有它的誕生、成長和發(fā)展過程。為了更清楚地把握操作系統(tǒng)的實質(zhì)，了解操作系統(tǒng)的發(fā)展是很有必要的，因為操作系統(tǒng)的許多概念都是在操作系統(tǒng)的發(fā)展過程中出現(xiàn)并逐步得到發(fā)展和成熟的。第二節(jié)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史穿孔操作員計算機(jī)室卡片盒

許多機(jī)時被操作員在機(jī)房里走來走去的過程浪費了。一、手工操作

在第一代計算機(jī)時期，構(gòu)成計算機(jī)的主要器件是電子管，計算機(jī)運行速度慢，沒有操作系統(tǒng)。用戶直接用機(jī)器語言編制程序，并在上機(jī)時獨占全部計算機(jī)資源，用戶既是程序員，又是操作員。程序員手工操作階段開關(guān)置內(nèi)存地址，按’裝入地址’按鈕開關(guān)置程序始址，按’運行’按鈕開關(guān)置機(jī)器指令，按’裝入數(shù)據(jù)’按鈕穿孔->紙帶（卡片）裝上輸入機(jī)->程序和數(shù)據(jù)送入計算機(jī)->控制臺開關(guān)啟動程序運行->計算->輸出結(jié)果->取走紙帶。操作過程運行時間=作業(yè)時間+操作時間缺點：用戶獨占資源人工干預(yù)較多（浪費處理機(jī)時間，極易出錯）計算時間拉長例子：計算機(jī)速度計算時間作業(yè)建立和人工干預(yù)手工占的比例每秒1萬次運行1個小時花了3分鐘5%每秒10萬次運行6分鐘花了3分鐘50%每秒100萬次運行36秒花了3分鐘83%改進(jìn)的兩個重點：縮短手工操作和人工干預(yù)時間CPU和I/O速度不匹配，矛盾越來越突出。20世紀(jì)50年代晶體管計算機(jī)出現(xiàn)，開始出現(xiàn)各種高級語言，操作人員、程序人員和維護(hù)人員開始有了明確分工。由于處理器速度的提高，造成手工操作的輸入輸出與計算機(jī)處理速度的不匹配現(xiàn)象。因此，人們設(shè)計了監(jiān)督程序（或稱為管理程序）來實現(xiàn)作業(yè)的自動轉(zhuǎn)換處理。程序員將數(shù)據(jù)、程序以及用作業(yè)語言書寫的作業(yè)說明書作為作業(yè)信息提交給操作員，操作員將這些作業(yè)信息“成批”地輸入到計算機(jī)中，有監(jiān)督程序識別每一個作業(yè)進(jìn)行處理。這種自動定序的處理方式稱為“批處理”。

二、批處理

聯(lián)機(jī)I/O批處理原理：借助于作業(yè)控制語言變革了計算機(jī)的手工操作方式。用戶不再通過開關(guān)和按鈕來控制計算機(jī)的執(zhí)行，而是通過作業(yè)控制卡來描述對作業(yè)的加工和控制步驟，并把作業(yè)控制卡和程序、數(shù)據(jù)提交給操作員，操作員收集到一批作業(yè)后一起把它們放到卡片機(jī)上輸入計算機(jī)。計算機(jī)上則運行一個駐留在內(nèi)存的執(zhí)行程序，以對作業(yè)進(jìn)行自動控制和成批處理，自動進(jìn)行作業(yè)轉(zhuǎn)換以減少系統(tǒng)空閑和手工操作時間。監(jiān)督程序標(biāo)準(zhǔn)輸入程序編譯程序裝配程序標(biāo)準(zhǔn)輸出和處理程序輸入用戶作業(yè)程序編譯后的用戶作業(yè)程序裝配好的用戶作業(yè)程序執(zhí)行、輸出結(jié)果調(diào)用子程序轉(zhuǎn)到下一個作業(yè)聯(lián)機(jī)I/O批處理的缺點：速度慢，I/O設(shè)備和CPU仍然串行工作，CPU時間浪費相當(dāng)大。脫機(jī)I/O批處理：另設(shè)一臺輔機(jī)，僅與I/O設(shè)備打交道，不與主機(jī)連接。I/O工作脫離了主機(jī)，輔機(jī)和主機(jī)可以并行工作，大大加快了程序的處理和數(shù)據(jù)的輸入輸出。.用戶紙帶機(jī)卡片機(jī)打印機(jī)輸入磁帶輸出磁帶系統(tǒng)監(jiān)督程序聯(lián)機(jī)批處理.用戶紙帶機(jī)卡片機(jī)打印機(jī)輸入磁帶輸出磁帶監(jiān)督程序

脫機(jī)批處理衛(wèi)星機(jī)系統(tǒng)在早期的單道批處理系統(tǒng)中，內(nèi)存中僅有單個作業(yè)在運行，致使系統(tǒng)中仍有許多資源空閑，設(shè)備利用率低，系統(tǒng)性能較差。例子：計算某個數(shù)據(jù)處理問題，要求從輸入機(jī)（速度為6400字符／秒）輸入500個字符，經(jīng)處理（費時52毫秒）后，將結(jié)果（假定為2000個字符）存到磁帶上（磁帶機(jī)速度為10萬字符／秒），然后，再讀500個字符處理，直至所有的輸入數(shù)據(jù)全部處理完畢。

單道算題運行時處理器的使用效率處理器的利用率為：

52/（78十52十20）≈35%

分析上面的例子，可以看出效率不高的原因，當(dāng)輸入機(jī)輸入500個字符后，處理器只花了52毫秒就處理完了，而這時第二批輸入數(shù)據(jù)還要再等98毫秒時間才能輸入完畢，在此期間CPU一直空閑著。這個例子說明單道程序工作時，計算機(jī)系統(tǒng)的各部件的利用率沒有得到充分發(fā)揮。為了提高效率，考慮讓計算機(jī)同時接受兩道算題，當(dāng)?shù)谝坏莱绦蛟诘却鈬O(shè)備的時候，讓第二道程序運行，以降低CPU空閑等待時間，那么，處理器的利用率顯然可以有所提高。例如，計算機(jī)在接受上述算題時還接受了另一道算題：從另一臺磁帶機(jī)上輸入2000個字符，經(jīng)42毫秒的處理后，從行式打印機(jī)（速度為1350行／分）上輸出兩行。當(dāng)這兩道算題同時進(jìn)入內(nèi)存計算時，計算過程如圖所示。其中，P1表示程序甲占用CPU對輸入機(jī)輸入的500個字符進(jìn)行處理，由于52毫秒處理便結(jié)束，下次處理要等待98毫秒之后，故這個時間段內(nèi)CPU是空閑的。系統(tǒng)調(diào)度程序乙工作，它從磁帶機(jī)上輸入2000個字符后，P2表示對這批數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。相應(yīng)的I/O設(shè)備和CPU的操作都是并行的。不難算出，此時處理器的利用率為：（52+42）/150≈63％三、多道程序系統(tǒng)

第二代計算機(jī)后期，特別是計算機(jī)進(jìn)入第三代以后，系統(tǒng)軟件和硬件都有了很大發(fā)展，特別是主存容量的增大以及大容量輔助存儲器的出現(xiàn)，這一切都使得計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化。由以中央處理器為中心的結(jié)構(gòu)改變?yōu)橐灾鞔鏋橹行?，而通道使得輸入輸出操作與CPU操作的并行處理成為可能。

所謂多道是指允許多個程序同時存在于主存中，由中央處理器以切換方式為之服務(wù)，使得多個程序可以同時執(zhí)行，計算機(jī)資源不再被某一個用戶所獨占。

多道程序設(shè)計的好處：1、提高了CPU的利用率；2、提高了內(nèi)存和I/O設(shè)備的利用率；3、改進(jìn)了系統(tǒng)的吞吐率；4、充分發(fā)揮了系統(tǒng)的并行性缺點是：延長了作業(yè)周轉(zhuǎn)時間在多道程序設(shè)計中需要解決的技術(shù)問題：存儲保護(hù)與程序浮動；處理器的管理和分配；系統(tǒng)資源的管理和調(diào)度仍需要進(jìn)行的改進(jìn)：在批處理系統(tǒng)中，用戶不能干預(yù)自己程序的運行，無法得知程序運行情況，對程序和排錯不利。單用戶

隨著計算機(jī)的發(fā)展，硬件價格越來越低,人們開始關(guān)注計算機(jī)使用的方便性，也就是說如何提高和增加計算機(jī)的人-機(jī)對話功能，因此很快就出現(xiàn)了分時系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是在一臺計算機(jī)上掛若干臺聯(lián)機(jī)終端，用戶通過自己的終端與計算機(jī)對話來控制、調(diào)試、干預(yù)他的程序。而系統(tǒng)則是將處理機(jī)的時間劃分為小的時間間隔（又稱時間片），輪流地為每個終端上的作業(yè)服務(wù)，使每個用戶都感覺好象自己在使用計算機(jī)。

四、分時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)多個聯(lián)機(jī)用戶通過終端（鍵盤/顯示器）同時使用一臺計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行計算分時操作系統(tǒng)具有以下特性：同時性獨立性及時性交互性日常生活：律師分時操作系統(tǒng)

分時操作系統(tǒng)和批處理操作系統(tǒng)都基于多道程序設(shè)計技術(shù)，但存在下列區(qū)別：

目標(biāo)不同：批處理（提高系統(tǒng)資源利用率和作業(yè)吞吐率）、分時（多個用戶快速響應(yīng)）

適應(yīng)作業(yè)的性質(zhì)不同：批處理（適應(yīng)已經(jīng)調(diào)試好的大型作業(yè)）、分時（正在調(diào)試的小作業(yè)）

資源使用率不同：批處理（合理安排不同負(fù)載的作業(yè)，使資源利用率較佳）、分時（終端用戶使用相同程序時，調(diào)用開銷較?。?。

作業(yè)控制方式不同：批處理（用戶通過JCL語句書寫作業(yè)控制流，預(yù)先提交，脫機(jī)工作）、分時（用戶鍵盤輸入，交互方式，聯(lián)機(jī)作業(yè)）批處理、多道程序=〉充分利用系統(tǒng)資源（CPU、內(nèi)存、外設(shè)）分時系統(tǒng)=〉為用戶提供與計算機(jī)系統(tǒng)直接交互的能力，允許許多用戶共享計算機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng)的正式形成

多道和分時系統(tǒng)的出現(xiàn)，標(biāo)志著現(xiàn)代操作系統(tǒng)的正式形成。操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力

器件快速更新?lián)Q代計算體系結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展提高計算機(jī)系統(tǒng)的資源利用率的需要讓用戶使用計算機(jī)越來越方便的需要滿足用戶新要求，提供給用戶新服務(wù)第一節(jié)操作系統(tǒng)的概念第二節(jié)操作系統(tǒng)的發(fā)展第三節(jié)操作系統(tǒng)的分類第四節(jié)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第一章

概論第三節(jié)操作系統(tǒng)的分類

根據(jù)操作系統(tǒng)在用戶界面的使用環(huán)境和功能特征的不同，操作系統(tǒng)一般可分為三種基本類型，即批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)和實時系統(tǒng)。隨著計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，又出現(xiàn)了嵌入式操作系統(tǒng)、個人操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。單用戶操作系統(tǒng)多用戶操作系統(tǒng)批處理系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)1、批處理操作系統(tǒng)（BatchProcessing)

批處理操作系統(tǒng)的工作方式是：用戶將作業(yè)交給系統(tǒng)操作員，系統(tǒng)操作員將許多用戶作業(yè)組成一批作業(yè)，輸入到計算機(jī)中，在系統(tǒng)中形成一個自動轉(zhuǎn)接的連續(xù)的作業(yè)流，然后啟動操作系統(tǒng)，系統(tǒng)自動、依次執(zhí)行每個作業(yè)。最后由操作員將作業(yè)結(jié)果交給用戶。優(yōu)點：作業(yè)流自動化；效率高；吞吐率高。缺點：無交互手段；調(diào)試程序困難。

分時操作系統(tǒng)的工作方式是：一臺主機(jī)連接了若干終端，每個終端有一個用戶在使用。用戶交互地向系統(tǒng)提出命令請求，系統(tǒng)采用時間片輪轉(zhuǎn)法方式處理服務(wù)請求，并通過交互方式在終端上向用戶顯示結(jié)果。

分時系統(tǒng)具有多路性、交互性、“獨占”性和及時性的特征：

多路性：宏觀上看多人同時使用一個CPU;

交互性：用戶根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)果進(jìn)一步提出新請求；

“獨占”性：用戶感覺不到計算機(jī)為其他用戶服務(wù);

及時性：系統(tǒng)對用戶提出的請求及時響應(yīng)。2、分時操作系統(tǒng)3、實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)是指計算機(jī)能及時響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的嚴(yán)格時間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實時設(shè)備和實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地工作的操作系統(tǒng)。目前有三種典型的實時系統(tǒng)：過程控制系統(tǒng)、信息查詢系統(tǒng)和事務(wù)處理系統(tǒng)。1)計算機(jī)用于生產(chǎn)過程控制時，要求系統(tǒng)能現(xiàn)場實時采集數(shù)據(jù)，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時處理，進(jìn)而能自動地發(fā)出控制信號控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使某些參數(shù)（壓力、溫度、距離、濕度）能按預(yù)定規(guī)律變化，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)，飛機(jī)自動駕駛系統(tǒng)，火炮自動控制系統(tǒng)都是實時過程控制系統(tǒng)。2)計算機(jī)還可用于控制進(jìn)行實時信息處理，情報檢索系統(tǒng)是典型的實時信息處理系統(tǒng)，計算機(jī)接收成千上百從各處終端發(fā)來的服務(wù)請求和提問，系統(tǒng)應(yīng)在極快的時間內(nèi)做出回答和響應(yīng)。3)事務(wù)處理系統(tǒng)不僅對終端用戶及時作出響應(yīng)，而且要對系統(tǒng)中的文件或數(shù)據(jù)庫頻繁更新。例如，銀行業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)，每次銀行客戶發(fā)生業(yè)務(wù)往來，均需修改文件或數(shù)據(jù)庫。要求這樣的系統(tǒng)響應(yīng)快捷、安全保密，可靠性高。操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展

微機(jī)（個人計算機(jī)）操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的發(fā)展分布式操作系統(tǒng)的發(fā)展嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展

個人計算機(jī)系統(tǒng)是一種單用戶多任務(wù)的操作系統(tǒng)。它主要供個人使用，功能強(qiáng)、價格便宜。4、個人計算機(jī)操作系統(tǒng)

從七十年代中期到八十年代早期，微型計算機(jī)上運行的一般是單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)，如：CP/M、CDOS（Cromemco磁盤操作系統(tǒng)）、MDOS（Motorola磁盤操作系統(tǒng)）和早期的MS-DOS（Microsoft磁盤操作系統(tǒng)）。八十年代以后到九十年代初，微機(jī)操作系統(tǒng)開始支持單用戶多任務(wù)和分時操作。以MP/M、XENIX和后期MS-DOS為代表。

近年來，微機(jī)操作系統(tǒng)得到了進(jìn)一步發(fā)展，以Windows、OS/2、MACOS和Linux為代表的新一代微機(jī)操作系統(tǒng)具有GUI、多用戶和多任務(wù)、虛擬存儲管理、網(wǎng)絡(luò)通信支持、數(shù)據(jù)庫支持、多媒體支持、應(yīng)用編程支持API等功能。5、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一種操作系統(tǒng)，是在各種計算機(jī)操作系統(tǒng)之上按網(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、通訊、安全、資源共享和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。其主要目標(biāo)是計算機(jī)之間的相互通訊和資源共享。因為現(xiàn)代操作系統(tǒng)的主要特征之一就是網(wǎng)絡(luò)功能，因此，除了20世紀(jì)90年代初期時，Novell公司的Netware系統(tǒng)被稱為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之外，人們一般不再特指某個操作系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。6、分布式操作系統(tǒng)

大量的計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)被連接在一起，可以獲得極高的運算能力和廣泛的數(shù)據(jù)共享。這種系統(tǒng)被稱為分布式操作系統(tǒng)。

分布式操作系統(tǒng)具有：統(tǒng)一性、共享性、“透明性和自治性的特征：

統(tǒng)一性：它是一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng);

共享性：所有的分布式系統(tǒng)中的資源是共享的；

透明性：用戶并不知道某一操作具體運行在哪一臺計算機(jī)。

自治性：分布式系統(tǒng)中的多個主機(jī)都處于平等地位。7、嵌入式操作系統(tǒng)電子消費產(chǎn)品-家用電器、手機(jī)、武器、控制設(shè)備嵌入式（計算機(jī)）系統(tǒng)硬件不再以物理上獨立的裝置或設(shè)備形式出現(xiàn)，而是大部分甚至全部都隱藏和嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中。特點：微型化-可用內(nèi)存?。?MB以內(nèi)、沒有外存、微處理器字長短且運算速度有限、能提供的能源較少、外部設(shè)備和被控設(shè)備千變?nèi)f化）可定制-專業(yè)化實時性-語音、視頻、軍事武器、航空航天、交通運輸可靠性第一節(jié)操作系統(tǒng)的概念第二節(jié)操作系統(tǒng)的發(fā)展第三節(jié)操作系統(tǒng)的分類第四節(jié)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第一章

概論第四節(jié)操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)一、操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計概況和其構(gòu)件二、操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊接口法（模塊組合法、整體式結(jié)構(gòu)）層次式結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)和微核結(jié)構(gòu)1.4.1操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計概況(1)

操作系統(tǒng)設(shè)計呈現(xiàn)出以下特征：一是復(fù)雜程度高，二是生成周期長，三是正確性難保證。例如，IBMOS/360、Windows2000操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計概況(2)

操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計有兩層含義

一.是研究操作系統(tǒng)程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)；二.是組成操作系統(tǒng)程序的構(gòu)造過程和方法。采用不同的構(gòu)件和構(gòu)造方法可組成不同結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的內(nèi)核現(xiàn)代操作系統(tǒng)中大都采用了進(jìn)程的概念，為了解決系統(tǒng)的并發(fā)性、共享性和隨機(jī)性，并使進(jìn)程能協(xié)調(diào)地工作，單靠計算機(jī)硬件提供的功能是十分不夠的。例如，進(jìn)程調(diào)度工作目前就不能用硬件來實現(xiàn)；而進(jìn)程自己調(diào)度自己也是困難的。所以，系統(tǒng)必須有一個軟件部分能對硬件處理器及有關(guān)資源進(jìn)行首次改造，以便給進(jìn)程的執(zhí)行提供良好運行環(huán)境，這個部分就是操作系統(tǒng)的內(nèi)核。操作系統(tǒng)的內(nèi)核內(nèi)核不是進(jìn)程，是提供支持系統(tǒng)運行的基本功能的一組程序模塊，有了內(nèi)核的支撐，運行環(huán)境得到改善，安全性得到保證，系統(tǒng)效率就能提高。分類：微內(nèi)核和單內(nèi)核。內(nèi)核的執(zhí)行有以下屬性操作系統(tǒng)的狀態(tài)：核心態(tài)（管態(tài)）、用戶態(tài)（目態(tài)）。內(nèi)核和裸機(jī)組成了一臺虛擬機(jī)。內(nèi)核被觸發(fā)和內(nèi)核處理流程

運行進(jìn)程發(fā)現(xiàn)中斷源發(fā)現(xiàn)中斷源裝配中斷碼交換PSW自愿中斷事件保護(hù)現(xiàn)場分析和傳遞參數(shù)原語?原語處理創(chuàng)建系統(tǒng)進(jìn)程系統(tǒng)調(diào)用處理強(qiáng)迫中斷事件機(jī)器故障中斷處理I/O中斷處理程序中斷處理隊列調(diào)整低級調(diào)度運行進(jìn)程是否管態(tài)目態(tài)目態(tài)硬件完成操作系統(tǒng)內(nèi)核完成外中斷處理創(chuàng)建系統(tǒng)進(jìn)程二、操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1、模塊組合結(jié)構(gòu)

2、層次結(jié)構(gòu)

3、虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)

4、客戶/服務(wù)器和微核法1模塊組合（接口）法這是早期使用的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計方法?！澳K接口”，一是“模塊化”，二是“接口”。將一個大型軟件系統(tǒng)按功能劃分成若干相對獨立的模塊，并規(guī)定好模塊之間的接口，使模塊之間的聯(lián)系盡可能少。然后對模塊分別進(jìn)行設(shè)計、調(diào)試，最后將模塊按規(guī)定的接口連接起來，形成完整的、模塊化的操作系統(tǒng)。功能1功能3功能2功能4功能7功能8功能5功能6功能9功能10功能12功能11模塊接口法優(yōu)點：①結(jié)構(gòu)緊密、組合方便，對不同環(huán)境和用戶的不同需求，可以組合不同模塊來滿足，靈活性大；②針對某個功能可用最有效的算法和任意調(diào)用其他模塊中的過程來實現(xiàn)，因此，效率較高；③由于劃分成模塊和子模塊，設(shè)計和編碼可齊頭并進(jìn)，能加快操作系統(tǒng)研制過程。缺點：模塊獨立性差，模塊之間牽連甚多，形成復(fù)雜的調(diào)用關(guān)系，甚至可能有很多循環(huán)調(diào)用，造成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不清晰，正確性難保證，可靠性降低，系統(tǒng)功能的增、刪、改十分困難。為了克服模塊接口法的缺點，人們又進(jìn)一步提出了有序分層法。2、層次結(jié)構(gòu)

操作系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)就是把所有模塊按功能的調(diào)用次序分別排列成若干層，各層之間的模塊只能是單向依賴或單向調(diào)用。層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：把復(fù)雜的整體問題分解成若干個比較簡單的相對獨立的部分，使的一個復(fù)雜的操作系統(tǒng)分解成許多功能單一的模塊。

這種層次結(jié)構(gòu)是單向依賴的，上一層模塊所提供的功能是建立在下一層的基礎(chǔ)上的，或著說上一層功能是下一層功能的擴(kuò)充和延續(xù)，逐步為用戶提供一個功能強(qiáng)大的計算機(jī)系統(tǒng)。處理器分配和多道程序內(nèi)存和磁盤管理

進(jìn)程通訊輸入/輸出管理用戶程序操作員

功能優(yōu)缺點1、整體問題局部化：分解為單一功能的模塊，組織成層次結(jié)構(gòu)，具有單向依賴性，使層次間的依賴和調(diào)用關(guān)系清晰規(guī)范。2、增加、修改和替換一個層次不影響其他層次，有利于系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充。3、層次結(jié)構(gòu)是分層單向依賴的，必須要建立模塊間的通信機(jī)制，系統(tǒng)花費在通信上的開銷較大。3、虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)系統(tǒng)的最早嘗試是IBM公司的CP/CMS，后來改名為VM/370（SeawrightandMacKinnon，1979），這一系統(tǒng)的后繼產(chǎn)品今天仍然在IBMS/390等大型主機(jī)上廣泛使用。它基于如下思想，一個分時系統(tǒng)應(yīng)該提供以下特性：（1）多道程序；（2）一個具有比裸機(jī)更方便、界面擴(kuò)展的計算機(jī)。VM/370的主旨在于將此二者徹底地隔離開來。物理計算機(jī)資源通過多重化和共享技術(shù)可改變成多個虛擬機(jī)。這種技術(shù)的基本做法是：通過用一類物理設(shè)備來模擬另一類物理設(shè)備，或通過分時地使用一類物理設(shè)備，把一個物理實體改變成若干個邏輯上的對應(yīng)物。物理實體是實際存在的，而邏輯上的對應(yīng)物是虛幻的、感覺上的。虛機(jī)器4客戶/服務(wù)器與微內(nèi)核結(jié)構(gòu)

客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的思想：將操作系統(tǒng)分成兩大部分：一是運行在用戶態(tài)并以客戶/服務(wù)器方式活動的進(jìn)程;

二是運行在核心態(tài)的內(nèi)核。

客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的思想每個進(jìn)程實現(xiàn)一類服務(wù)，稱服務(wù)器進(jìn)程(如文件服務(wù)、進(jìn)程管理服務(wù)、存儲管理服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)等)。它的任務(wù)是檢查是否有客戶提出服務(wù)請求，如果有請求則在滿足客戶的要求后返回結(jié)果，于是，用戶進(jìn)程與服務(wù)器進(jìn)程形成了客戶/服務(wù)器（C/S）關(guān)系。

客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的思想

運行在核心態(tài)的內(nèi)核把該消息傳給服務(wù)器;

服務(wù)器執(zhí)行相應(yīng)操作，再通過內(nèi)核用消息把結(jié)果返回給用戶。微內(nèi)核應(yīng)用進(jìn)程頁面管理程序缺頁中斷恢復(fù)地址空間函數(shù)調(diào)用示例：內(nèi)核外的頁面管理程序做缺頁處理

內(nèi)核只實現(xiàn)極少任務(wù)，主要起信息驗證、交換的作用，因而，稱微內(nèi)核(Microkernel)，這種結(jié)構(gòu)也就稱為客戶/服務(wù)器與微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的優(yōu)點有:1）一致性接口

2）可擴(kuò)充性

3）可移植性

4）可靠性

5）支持分布式系統(tǒng)

6）支持面向?qū)ο蟮牟僮飨到y(tǒng)缺點：性能問題：發(fā)送消息和接收消息需要花費一定的時間代價，所有進(jìn)程只能通過微內(nèi)核相互通信，所以它就成為系統(tǒng)的瓶頸。（如：GUI圖形引擎、微內(nèi)核大?。谝淮?00KB代碼和140個系統(tǒng)調(diào)用，第二代12KB和7個系統(tǒng)調(diào)用）Linux是單內(nèi)核操作系統(tǒng)，Mach是微內(nèi)核操作系統(tǒng)，Windows2000/XP是改進(jìn)的C/S結(jié)構(gòu)（微內(nèi)核＋分層結(jié)構(gòu)）。流行操作系統(tǒng)簡介DOS操作系統(tǒng)Windows操作系統(tǒng)Unix操作系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)IBM操作系統(tǒng)其他流行操作系統(tǒng)DOS操作系統(tǒng)：DiskOperatingSystem1980年11月，IBM公司和Microsoft公司正式簽約委托Microsoft為其即將推出的IBM-PC機(jī)開發(fā)一個操作系統(tǒng)，這就是PC-DOS，又稱IBM-DOS。1981年，Microsoft推出了MS-DOS1.0版，兩者的功能基本一致，統(tǒng)稱DOS。到1994年推出了最后的版本DOS6.22DOS操作系統(tǒng)微軟的發(fā)家之寶。DOS采用匯編語言書寫，系統(tǒng)開銷小，運行效率高。另外，DOS針對PC機(jī)環(huán)境來設(shè)計，實用性好，較好地滿足了低檔微機(jī)工作的需要。但是，隨著PC機(jī)性能的突飛猛進(jìn)，DOS的缺點不斷顯露出來，已經(jīng)無法發(fā)揮硬件的能力，又缺乏對數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體等的支持，沒有通用的應(yīng)用程序接口，加上用戶界面不友善，操作使用不方便，從而，逐步讓位于Windows等其他操作系統(tǒng)。Windows操作系統(tǒng)Microsoft公司成立于1975年，到現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上最大的軟件公司。從1983年11月Microsoft公司宣布Windows誕生到今天的WindowsXP，Windows已經(jīng)走過了20個年頭，并且成為風(fēng)靡全球的微機(jī)操作系統(tǒng)。目前個人計算機(jī)上采用Windows操作系統(tǒng)的占90%，微軟公司幾乎壟斷了PC行業(yè)。UNIX操作系統(tǒng)它最早由美國電報電話公司貝爾實驗室的Thompson和Ritchie于1969年在DEC公司的小型系列機(jī)PDP-7上開發(fā)成功，1971年被移植到PDP-11上。1973年Ritchie在BCPL(BasicCombinedProgrammingLanguage)語言基礎(chǔ)上開發(fā)出C語言，這對UNIX的發(fā)展產(chǎn)生了重要作用，用C語言改寫后的第3版UNIX具有高度易讀性、可移植性，為迅速推廣和普及走出了決定性的一步UNIX取得成功的最重要原因是系統(tǒng)的開放性，公開源代碼，用戶可以方便地向UNIX系統(tǒng)中逐步添加新功能和工具，這樣可使UINX越來越完善，能提供更多服務(wù)，成為有效的程序開發(fā)支撐平臺。它是目前唯一可以安裝和運行在從微型機(jī)、工作站直到大型機(jī)和巨型機(jī)上的操作系統(tǒng)。Unix系統(tǒng)和C語言的設(shè)計者Ritcchie和Thompson共同獲得了1983年度的ACM圖靈獎(ACMTuringAward)和軟件系統(tǒng)獎(SoftwareSystemAward)。Linux和自由軟件Linux是由芬蘭藉科學(xué)家LinusTorvalds于1991年編寫完成的一個操作系統(tǒng)內(nèi)核，當(dāng)時他還是芬蘭首都赫爾辛基大學(xué)計算機(jī)系的學(xué)生，在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程中，自己動手編寫了一個操作系統(tǒng)原型，從此，一個新的操作系統(tǒng)誕生了。Linus把這個系統(tǒng)放在Internet上，允許自由下載實例研究：Windows2000/XPWindows2000/XP的設(shè)計者們認(rèn)為：(1)采用整體式或?qū)哟问讲僮飨到y(tǒng)體系結(jié)構(gòu)是不恰當(dāng)?shù)模鼈冊诳蓴U(kuò)充性和可移植性方面效果不好。(2）采用類似于Mach的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)也是不恰當(dāng)?shù)?，純的微?nèi)核設(shè)計只涉及最小內(nèi)核，其他服務(wù)都運行在用戶態(tài)，它的運算成本太高，在商業(yè)上不適用。Windows2000/XP把許多系統(tǒng)服務(wù)代碼放在核心態(tài)運行，包括：文件服務(wù)、設(shè)備管理、圖形引擎等。在一個實際操作系統(tǒng)的設(shè)計過程中，要綜合考慮來自用戶、系統(tǒng)、兼容性等方方面面的因素。因此，Windows2000/XP采用基于對象的技術(shù)來設(shè)計系統(tǒng)，提出了一種客戶/服務(wù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在純微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上做了一些擴(kuò)展，它融合了層次式結(jié)構(gòu)和純微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的特點。對操作系統(tǒng)性能影響很大的組件放在內(nèi)核下運行，而其他一些功能則在內(nèi)核外實現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是模塊化程度高、靈活性大、便于維護(hù)、系統(tǒng)性能好。Windows2000/XP客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡框

系統(tǒng)進(jìn)程服務(wù)進(jìn)程應(yīng)用程序環(huán)境子系統(tǒng)

子系統(tǒng)動態(tài)鏈接庫用戶態(tài)核心態(tài)

執(zhí)行體內(nèi)核設(shè)備驅(qū)動程序

硬件抽象層圖形引擎Windows2000/XP客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)線程NTDLL.DLLService.exeRPCSpooler事件日志服務(wù)進(jìn)程任務(wù)管理器IE瀏覽器用戶程序子系統(tǒng)DLL