操作系統引論

1、操作系統引論1計算機操作系統計算機操作系統任課教師任課教師:常志玲常志玲聯系電話：聯系電話公地點：逸夫樓辦公地點：逸夫樓A603洛陽師范學院信息技術學院洛陽師范學院信息技術學院操作系統引論2計算機系統組成計算機系統組成操作系統引論3計算機系統由“誰”來控制、指揮？操作系統引論4u從用戶角度來看，計算機系統應該是一個穩(wěn)定的、對用從用戶角度來看，計算機系統應該是一個穩(wěn)定的、對用戶友好、便于操作的平臺。戶友好、便于操作的平臺。機器系統操作系統語言編譯系統應用系統用戶機器系統操作系統語言編譯系統應用系統用戶對計算機我一竅不通，如對計算機我一竅不通，如何進行操作??？何進行操作！

2、？n但是，實際上用戶對硬件直接進行操作是極其困難、但是，實際上用戶對硬件直接進行操作是極其困難、甚至是不可能的。甚至是不可能的。n怎么辦？怎么辦？操作系統引論5用戶：我要打印這用戶：我要打印這份報告。份報告。裸機：聽不懂！裸機：聽不懂！打印機：沒反應！打印機：沒反應！操作系統引論6我要打印這份報告。我要打印這份報告。用戶用戶接收用戶輸入的文檔內接收用戶輸入的文檔內容；驅動打印機；將文容；驅動打印機；將文檔放入緩沖；文檔送至檔放入緩沖；文檔送至打印機！打印機！安裝了操作系統的計算機安裝了操作系統的計算機工作！打??！工作！打?。〈蛴C打印機操作系統引論7操作系統提供一系列服務：操作系統提供一系列服

3、務： 多任務、用戶界面、內存管理、內存保護、文件存取、網絡、設備控制、硬件控制 、錯誤檢測及恢復系統、安全操作系統能做什么 ?操作系統引論8教材與參考書教材與參考書u教材教材:湯小丹湯小丹.計算機操作系統（第三版）計算機操作系統（第三版）.西安電子西安電子科技大學出版社科技大學出版社u參考書參考書:uAbraham Silberschatz 著著,鄭扣根譯鄭扣根譯.操作系統概念操作系統概念(第六版第六版).高等教育出版社高等教育出版社u孫鐘秀編孫鐘秀編.操作系統教程操作系統教程(第三版第三版).高等教育出版社高等教育出版社u梁紅兵編梁紅兵編.計算機操作系統學習指導與題解計算機操作系統學習指導與

4、題解.西安電西安電子科技大學出版社子科技大學出版社操作系統引論9考核方法考核方法 操作系統引論10課程內容課程內容u第一章 操作系統引論u第二章 進程管理u第三章 處理機調度與死鎖u第四章 存儲器管理u第五章 設備管理u第六章 文件管理u第七章 操作系統接口操作系統引論11第第1章章 操作系統引論操作系統引論操作系統引論12主要內容主要內容u操作系統的目標、作用和模型操作系統的目標、作用和模型u操作系統的發(fā)展過程操作系統的發(fā)展過程u操作系統的基本特征操作系統的基本特征 uOSOS（O Operating perating S Systems)ystems)的主要功能的主要功能uOSOS的結構設

5、計的結構設計操作系統引論13v 方便性（用戶的觀點）方便性（用戶的觀點）v 有效性（系統管理人員的觀點）有效性（系統管理人員的觀點）v 可擴充性可擴充性v 開放性開放性1.1.1 1.1.1 操作系統的目標操作系統的目標 1.1 1.1 操作系統的目標、作用和模型操作系統的目標、作用和模型操作系統引論141.1.2 1.1.2 操作系統的作用操作系統的作用u 作為用戶與計算機硬件系統之間的接口作為用戶與計算機硬件系統之間的接口圖圖11 OS作為接口的示意圖作為接口的示意圖計算機硬件計算機硬件系統調用系統調用，命令，圖標，窗口，命令，圖標，窗口操作系統操作系統應用程序應用程序系統設計者程序員用戶

6、操作系統引論151.1.2 1.1.2 操作系統的作用操作系統的作用u 作為計算機系統資源的管理者作為計算機系統資源的管理者處理機管理：分配和控制處理機處理機管理：分配和控制處理機存儲器管理：分配及回收內存存儲器管理：分配及回收內存I/O(Input/Output)設備管理：設備管理：I/OI/O分配與操作分配與操作文件管理：文件存取、共享和保護文件管理：文件存取、共享和保護 u 作為擴充機器作為擴充機器通常把覆蓋了軟件的機器稱為擴充機器通常把覆蓋了軟件的機器稱為擴充機器（Extended Machine）或虛機器或虛機器（Virtual Machine）。）。操作系統引論16u 不斷提高計算

7、機資源的利用率（批處理系統）不斷提高計算機資源的利用率（批處理系統）u 方便用戶（分時系統）方便用戶（分時系統）u 器件的不斷更新換代（器件的不斷更新換代（8 8位位1616位位3232位）位）u 計算機體系結構的不斷發(fā)展（單處理機多處計算機體系結構的不斷發(fā)展（單處理機多處理機）理機）1.1.3 1.1.3 操作系統發(fā)展的主要動力操作系統發(fā)展的主要動力操作系統引論171.2 1.2 操作系統的發(fā)展過程操作系統的發(fā)展過程操作系統引論181.2 1.2 操作系統的發(fā)展過程操作系統的發(fā)展過程1.2.11.2.1無操作系統的計算機系統無操作系統的計算機系統u人工操作方式：人工操作方式：1946-501

8、946-50年代中期（電子管），集年代中期（電子管），集中計算（計算中心），計算機資源昂貴；中計算（計算中心），計算機資源昂貴；操作系統引論1950年代早期出現穿孔卡片程序寫在卡上然后讀入年代早期出現穿孔卡片程序寫在卡上然后讀入計算機計算機操作系統引論20運算速度：運算速度：50005000次次/ /每秒每秒, 18000, 18000個真空管個真空管, , 占地占地182182平方米，重量平方米，重量130130噸，功耗噸，功耗140kW140kW程序員提前預約一段時間程序員提前預約一段時間, ,然后到機房運行程序，期盼著在接下來的然后到機房運行程序，期盼著在接下來的時間中幾萬個真空管不會燒

9、斷從而可以計算完自己的題目時間中幾萬個真空管不會燒斷從而可以計算完自己的題目操作系統引論21u來自美國密歇根大學研究人員開發(fā)的來自美國密歇根大學研究人員開發(fā)的“世界上最小的計算世界上最小的計算機機”，其體積只有，其體積只有1 1立方毫米，包括一個超級節(jié)能的微型處立方毫米，包括一個超級節(jié)能的微型處理器、一個壓力傳感器、一枚記憶卡、一塊太陽能電池、一理器、一個壓力傳感器、一枚記憶卡、一塊太陽能電池、一片薄薄的蓄電池和一個無線收發(fā)裝置。片薄薄的蓄電池和一個無線收發(fā)裝置。世界上最小的計算機世界上最小的計算機 體積只有體積只有1 1立方毫米立方毫米操作系統引論221.2 1.2 操作系統的發(fā)展過程操作系

10、統的發(fā)展過程1.2.11.2.1無操作系統的計算機系統無操作系統的計算機系統u人工操作方式：人工操作方式：缺點：缺點：用戶獨占全機用戶獨占全機CPUCPU等待人工操作等待人工操作矛盾：矛盾：人機矛盾：人工操作方式與機器利用率的矛盾人機矛盾：人工操作方式與機器利用率的矛盾CPU CPU 和和I/OI/O設備速度不匹配的矛盾設備速度不匹配的矛盾操作系統引論23u脫機輸入脫機輸入/輸出方式輸出方式空閑時間空閑時間圖圖1-2脫機脫機I/O示意圖示意圖外圍機外圍機主機主機外圍機外圍機磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤磁盤輸入設備輸入設備輸出設備輸出設備操作系統引論241.2.2 1.2.2 單道批處理系統單道

11、批處理系統50年代末年代末 60年代中（晶體管）：利用磁帶把若年代中（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)由一個專門的一個專門的監(jiān)督程序監(jiān)督程序（Monitor）自動依次處理）自動依次處理-操作系統的雛形操作系統的雛形。并非真正意義上的。并非真正意義上的OS。操作系統引論25還有下一還有下一個作業(yè)？個作業(yè)？把下一個作業(yè)的源程序轉換把下一個作業(yè)的源程序轉換為目標程序為目標程序源程序源程序有錯嗎？有錯嗎？裝配目標程序裝配目標程序運行目標程序運行目標程序開始開始是是否否停止停止是是否否單道批處理系統處理過程操作系統引論261.2.2

12、 1.2.2 單道批處理系統單道批處理系統操作系統引論27用戶程序用戶程序監(jiān)督程序監(jiān)督程序I/O操作操作I/O中斷請求中斷請求啟動啟動I/OI/O完成完成結束中斷結束中斷I/O中斷請求中斷請求啟動啟動I/OI/O完成完成結束中斷結束中斷t1t2t3t4t5t6t7t8單道程序運行情況？下圖中資源利用率能否提高下圖中資源利用率能否提高操作系統引論281.2.3 1.2.3 多道批處理系統多道批處理系統60年代中年代中 70年代中（集成電路），利用多道年代中（集成電路），利用多道批處理提高資源的利用率。批處理提高資源的利用率。-現代意義上的操現代意義上的操作系統的出現作系統的出現操作系統引論291

13、.2.3 1.2.3 多道批處理系統多道批處理系統四道程序運行情況程序程序A調度程序調度程序I/O請求請求程序程序B程序程序C程序程序DI/O請求請求I/O請求請求I/O請求請求I/O完成完成I/O完成完成I/O完成完成A完成完成表示獲得表示獲得CPUC再運行再運行操作系統引論30舉例舉例u例：計算某個數據處理問題，輸入例：計算某個數據處理問題，輸入500500個字個字符符( (花費花費78ms)78ms)，經，經CPUCPU處理處理52ms52ms后，將結果后，將結果20002000個字符存到磁帶上個字符存到磁帶上( (花費花費20ms) 20ms) ，重復，重復進行，直至輸入數據全部處理完

14、畢進行，直至輸入數據全部處理完畢磁帶機磁帶機378378單道算題運行時處理器的使用效率單道算題運行時處理器的使用效率7878輸入機輸入機處理器處理器130130 150150228228280280300300430430450450時時 間間處理器利用率：處理器利用率：52 /（78十十52十十20） 35%操作系統引論31 u計算機在接受上述算題時還接受了另一算題：計算機在接受上述算題時還接受了另一算題：從另一臺磁帶機上輸入從另一臺磁帶機上輸入20002000個字符，經個字符，經4242毫毫秒的處理后，從行式打印機上輸出兩行秒的處理后，從行式打印機上輸出兩行( (約花約花費費 88ms)

15、88ms) 輸入機輸入機處理器處理器磁帶機磁帶機1 1280280時時 間間磁帶機磁帶機2 2打印機打印機228228378378450450P2P2P2P2兩道算題運行時處理器的使用效率兩道算題運行時處理器的使用效率處理器利用率：（處理器利用率：（52+42）/ 150 6378782020130130P1P11501506262P2P2P1P1300300430430操作系統引論321.2.3 1.2.3 多道批處理系統多道批處理系統 操作系統引論331.2.3 1.2.3 多道批處理系統多道批處理系統u 多道批處理系統需解決的問題多道批處理系統需解決的問題操作系統引論34操作系統概念操作

16、系統是一組控制和管理計算機操作系統是一組控制和管理計算機硬件和軟件硬件和軟件資源資源、合理地對各類、合理地對各類作作業(yè)業(yè)進行進行調度調度以及方便用戶的程序集以及方便用戶的程序集合。合。 操作系統引論35操作系統的定義（說明）操作系統的定義（說明）操作系統是軟件，是系統軟件，是由一整套程序組操作系統是軟件，是系統軟件，是由一整套程序組成。成?；韭毮埽嚎刂坪凸芾硐到y內各種資源，有效地組基本職能：控制和管理系統內各種資源，有效地組織多道程序地運行織多道程序地運行提供眾多服務，方便用戶使用，擴充硬件功能。提供眾多服務，方便用戶使用，擴充硬件功能。操作系統的地位：其他軟件的支撐環(huán)境操作系統的地位：其他

17、軟件的支撐環(huán)境 操作系統引論361.2.4 1.2.4 分時系統分時系統u 分時系統的產生分時系統的產生（70年代中期至今年代中期至今-操作操作系統進入實用化）系統進入實用化）人機交互性人機交互性 共享主機共享主機 便于用戶上機便于用戶上機u 概念：在一臺主機上連接了多個帶概念：在一臺主機上連接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，同時允許有顯示器和鍵盤的終端，同時允許多個用戶通過自己的終端以交互方多個用戶通過自己的終端以交互方式使用計算機，共享主機中的資源。式使用計算機，共享主機中的資源。操作系統引論37主機主機終終端端操作系統引論381.2.4 1.2.4 分時系統分時系統u 分時系統在實現中的關

18、鍵問題分時系統在實現中的關鍵問題及時接收及時接收多路卡多路卡輸入緩沖區(qū)輸入緩沖區(qū)及時處理及時處理作業(yè)直接進入內存作業(yè)直接進入內存分時間片運行分時間片運行操作系統引論391.2.4 1.2.4 分時系統分時系統u分時系統的實例分時系統的實例 CTSSCTSS(Compatibale Time Sharing (Compatibale Time Sharing SystemSystem):1962):1962年開發(fā)的第一個分時系統，年開發(fā)的第一個分時系統，成功運行在成功運行在IBM7094IBM7094機上，支持機上，支持3232個交互個交互式用戶同時工作。式用戶同時工作。 MULTICS MUL

19、TICS (MULTiplexed Information and (MULTiplexed Information and Computing ServiceComputing Service):):運行在運行在GE635GE635、 GE645GE645計算機上使用高級語言計算機上使用高級語言PL/1PL/1編程。編程。引入了許多現代操作系統的概念雛形。引入了許多現代操作系統的概念雛形。操作系統引論403. 分時系統的特征分時系統的特征 多路性。多路性。(宏觀：多用戶同時工作，共享宏觀：多用戶同時工作，共享系統資源；微觀：用戶作業(yè)輪流運行系統資源；微觀：用戶作業(yè)輪流運行 )(2) 獨立性。

20、獨立性。 (3) 及時性。及時性。 (4) 交互性。交互性。 同時有多個用戶使用一臺計算機同時有多個用戶使用一臺計算機宏觀上：是多個人同時使用一個宏觀上：是多個人同時使用一個CPUCPU微觀上：多個人在不同時刻輪流使用微觀上：多個人在不同時刻輪流使用CPUCPU用戶根據系統響應結果進一步用戶根據系統響應結果進一步提出新請求提出新請求( (用戶直接干預每一步用戶直接干預每一步) )用戶感覺不到計算機為其他人服務用戶感覺不到計算機為其他人服務（OSOS提供虛機器，各個用戶的虛提供虛機器，各個用戶的虛機器互不干擾）機器互不干擾）系統對用戶提出的請求及時響應系統對用戶提出的請求及時響應1.2.4 1.

21、2.4 分時系統分時系統操作系統引論41分時操作系統和批處理操作系統的異同分時操作系統和批處理操作系統的異同u相同點：相同點：都基于多道程序設計都基于多道程序設計u不同點：不同點：目標不同。目標不同。批處理系統以提高資源利用率和作業(yè)批處理系統以提高資源利用率和作業(yè)吞吐率為目標；分時系統要滿足多個聯機用戶立吞吐率為目標；分時系統要滿足多個聯機用戶立即型命令的快速響應。即型命令的快速響應。 適應作業(yè)的性質不同適應作業(yè)的性質不同 。批處理適應已經調試好的批處理適應已經調試好的大型作業(yè)，分時系統適應正在調試的小作業(yè)。大型作業(yè)，分時系統適應正在調試的小作業(yè)。資源利用率不同。資源利用率不同。批處理操作系統

22、可合理安排不批處理操作系統可合理安排不同負載的作業(yè)，使各種資源利用率最佳；分時操同負載的作業(yè)，使各種資源利用率最佳；分時操作系統中，多個終端作業(yè)使用相同類型編譯系統、作系統中，多個終端作業(yè)使用相同類型編譯系統、運行系統和公共子系統時，系統調用它們的開銷運行系統和公共子系統時，系統調用它們的開銷較小。較小。 作業(yè)控制方式不同。作業(yè)控制方式不同。批處理通過批處理通過JCLJCL控制作業(yè)，控制作業(yè)，交互型作業(yè)通過操作命令控制。交互型作業(yè)通過操作命令控制。操作系統引論42u 如何設置時間片如何設置時間片根據機器的速度、用戶的多少、響根據機器的速度、用戶的多少、響應的要求、系統的開銷折中考慮，應的要求、

23、系統的開銷折中考慮，選擇合理的時間片長度。選擇合理的時間片長度。操作系統引論431.2.51.2.5實時系統實時系統 用于工業(yè)過程控制、軍事實時控制、金融等領域，用于工業(yè)過程控制、軍事實時控制、金融等領域，包括實時控制、實時信息處理包括實時控制、實時信息處理 操作系統引論441.2.51.2.5實時系統實時系統 u 實時系統是指系統能及時響應外部實時系統是指系統能及時響應外部事件的請求，在規(guī)定時間內完成對事件的請求，在規(guī)定時間內完成對該事件的處理，并控制所有實時任該事件的處理，并控制所有實時任務協調一致地運行。務協調一致地運行。目前有三種典型的實時系統目前有三種典型的實時系統過程控制系統：過程

24、控制系統：導彈制導系統，飛機自導彈制導系統，飛機自動駕駛系統、火炮自動控制系統動駕駛系統、火炮自動控制系統信息查詢系統：信息查詢系統：情報檢索系統情報檢索系統事務處理系統：事務處理系統：銀行業(yè)務處理系統銀行業(yè)務處理系統操作系統引論451.2.51.2.5實時系統實時系統u 實時任務類型實時任務類型 按任務執(zhí)行是否呈現周期性來劃分按任務執(zhí)行是否呈現周期性來劃分 周期性實時任務周期性實時任務 非周期性實時任務非周期性實時任務 根據對截止時間的要求來劃分根據對截止時間的要求來劃分 硬實時任務硬實時任務(Hard real-time Task)(Hard real-time Task) 軟實時任務軟實

25、時任務(Soft real-time Task)(Soft real-time Task)操作系統引論461.2.51.2.5實時系統實時系統u 實時系統與分時系統的比較實時系統與分時系統的比較多路性多路性獨立性獨立性及時性及時性交互性交互性可靠性可靠性u 提供提供是實時操是實時操作系統主要特點作系統主要特點操作系統引論47分時操作系統和實時操作系統的區(qū)別分時操作系統和實時操作系統的區(qū)別u設計目標不同。設計目標不同。前者為了給多用戶提供一個前者為了給多用戶提供一個通用的通用的交互型交互型開發(fā)運行環(huán)境，后者通常為開發(fā)運行環(huán)境，后者通常為特特殊用途提供專用系統殊用途提供專用系統；u交互型強弱不同。

26、交互型強弱不同。前者交互型強，后者弱；前者交互型強，后者弱；u響應時間長短不同。響應時間長短不同。前者以用戶能接受的響前者以用戶能接受的響應時間為標準，通常為應時間為標準，通常為秒級秒級；后者則根據受；后者則根據受控對象的不同而不同，通常都為控對象的不同而不同，通常都為毫秒級甚至毫秒級甚至100微秒級微秒級。操作系統引論48u設計適用于實時環(huán)境的操作系統的主要設計適用于實時環(huán)境的操作系統的主要困難是：困難是：因此實時系統的設計者要采用滿因此實時系統的設計者要采用滿足其實時性的調度算法和相關技術足其實時性的調度算法和相關技術。操作系統引論49u批處理操作系統、分時操作系統和實時批處理操作系統、分

27、時操作系統和實時操作系統是操作系統的操作系統是操作系統的基本類型基本類型。u通用操作系統：兼有批處理、分時和實通用操作系統：兼有批處理、分時和實施處理的全部或兩種功能的操作系統施處理的全部或兩種功能的操作系統操作系統引論501.2.6 其它操作系統其它操作系統u并行操作系統：并行操作系統：美國美國Stanford大學的大學的V-Kernel、美、美國國Bell實驗室的實驗室的Meglos、美國卡耐基大學的、美國卡耐基大學的MACH等等u網絡操作系統：網絡操作系統：UNIX、Netware和和Windows NTu分布式操作系統：分布式操作系統：Plan9(AT&T公司公司)、Amoeba(荷蘭

28、荷蘭)、Cm*(美國美國)、Arachne(美國美國)、Chorus(法國法國)、Guide(法國法國)、Clouds(美國美國)、CMDS(英國英國)u嵌入式操作系統：嵌入式操作系統：Windows CE、Linux、HOPEN操作系統引論51嵌入式操作系統嵌入式操作系統智能卡智能卡移動通信移動通信計算機外設計算機外設機頂盒機頂盒零售設備零售設備印刷機印刷機復印機復印機互聯網服務器互聯網服務器電話交換設備電話交換設備操作系統引論521.3 1.3 操作系統的基本特征操作系統的基本特征 u并發(fā)性并發(fā)性并行性并行性是指兩個或多個事件在同一時刻是指兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生。發(fā)生。并發(fā)性并發(fā)性是

29、兩個或多個事件在同一時間間是兩個或多個事件在同一時間間隔內發(fā)生。隔內發(fā)生。進程進程：系統中能獨立運行并作為資源分：系統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、配的基本單位，它是由一組機器指令、數據和堆棧等組成的，是一個能獨立運數據和堆棧等組成的，是一個能獨立運行的活動實體。行的活動實體。線程線程：操作系統引論531.3 1.3 操作系統的基本特征操作系統的基本特征u共享性共享性所謂共享，是指系統中資源可供內存所謂共享，是指系統中資源可供內存中多個并發(fā)執(zhí)行的中多個并發(fā)執(zhí)行的進程進程共同使用。共同使用。資源共享方式資源共享方式互斥共享互斥共享：一段時間只允許一個進程訪問：一段時間

30、只允許一個進程訪問該資源（臨界資源）該資源（臨界資源）( (打印機打印機) )同時訪問同時訪問：微觀上仍是互斥的（磁帶機）：微觀上仍是互斥的（磁帶機）操作系統引論541.3 1.3 操作系統的基本特征操作系統的基本特征u虛擬虛擬所謂虛擬，是指通過某種技術把一個物所謂虛擬，是指通過某種技術把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應物。用理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應物。用來實現虛擬的技術被稱為虛擬技術。來實現虛擬的技術被稱為虛擬技術。虛擬技術虛擬技術時分復用技術時分復用技術 虛擬處理機技術虛擬處理機技術多道程序設計多道程序設計 虛擬設備技術虛擬設備技術SPOOLingSPOOLing技術技術空分復用技術

31、空分復用技術 虛擬磁盤技術虛擬磁盤技術 虛擬存儲器技術虛擬存儲器技術操作系統引論55u異步性異步性異步性指在多道程序環(huán)境下，每個程序不異步性指在多道程序環(huán)境下，每個程序不知何時執(zhí)行、何時暫停，即它們以不可預知何時執(zhí)行、何時暫停，即它們以不可預知的速度向前推進。知的速度向前推進。操作系統引論561.4 1.4 操作系統的主要功能操作系統的主要功能u操作系統的主要操作系統的主要任務任務，是為多道程序的，是為多道程序的運行提供良好的運行環(huán)境，以保證多道運行提供良好的運行環(huán)境，以保證多道程序能有條不紊地、高效地運行，并能程序能有條不紊地、高效地運行，并能最大程度地提高系統中各種資源的利用最大程度地提高

32、系統中各種資源的利用率和方便用戶使用。率和方便用戶使用。u操作系統的操作系統的功能功能處理機管理處理機管理設備管理設備管理用戶接口用戶接口存儲器管理存儲器管理文件管理文件管理操作系統引論571.4.1 處理機管理功能處理機管理功能u1. 進程控制進程控制進程控制指為作業(yè)創(chuàng)建進程、撤銷進程，進程控制指為作業(yè)創(chuàng)建進程、撤銷進程，并控制進程在運行過程中的狀態(tài)轉換。并控制進程在運行過程中的狀態(tài)轉換。u2.進程同步進程同步進程同步指對進程進程同步指對進程(線程線程)的執(zhí)行次序進行的執(zhí)行次序進行協調，使進程協調，使進程(線程線程)能有條不紊地運行。能有條不紊地運行。協調方式協調方式:進程互斥方式進程互斥方

33、式進程同步方式進程同步方式操作系統引論581.4.1 處理機管理功能處理機管理功能u3.進程通信進程通信進程通信指進程進程通信指進程(線程線程)之間的信息交換，使進程之間的信息交換，使進程(線程線程)能很好地相互合作。能很好地相互合作。通信方式通信方式直接通信方式直接通信方式間接通信方式間接通信方式u4. 調度調度作業(yè)調度作業(yè)調度：為作業(yè)分配必要資源，調入內存建立：為作業(yè)分配必要資源，調入內存建立進程，并使之進入就緒隊列進程，并使之進入就緒隊列進程調度進程調度：從就緒隊列中選出進程，分配：從就緒隊列中選出進程，分配CPU，使之運行使之運行操作系統引論591.4.2 1.4.2 存儲器管理存儲器

34、管理u1.1.內存分配內存分配主要任務：為每道程序分配內存空間，主要任務：為每道程序分配內存空間，使它們各得其所；提高存儲器利用率，使它們各得其所；提高存儲器利用率，以減少不可用的內存空間；允許正在運以減少不可用的內存空間；允許正在運行的程序申請附加的內存空間，以適應行的程序申請附加的內存空間，以適應程序和數據動態(tài)增長的需要。程序和數據動態(tài)增長的需要。分配方式分配方式靜態(tài)分配靜態(tài)分配作業(yè)的內存空間在裝入時確定作業(yè)的內存空間在裝入時確定動態(tài)分配動態(tài)分配操作系統引論601.4.2 1.4.2 存儲器管理存儲器管理u2.2.內存保護內存保護任務：確保每道用戶程序在自己的內存空間內運任務：確保每道用戶

35、程序在自己的內存空間內運行行實現：設置上、下界寄存器實現：設置上、下界寄存器u3.3.地址映射地址映射地址類型地址類型邏輯地址（相對地址）：用戶目標程序所使用的地址邏輯地址（相對地址）：用戶目標程序所使用的地址物理地址（絕對地址）：主存中的實際存儲單元地址物理地址（絕對地址）：主存中的實際存儲單元地址將程序中的邏輯地址轉換成內存中的物理地址，將程序中的邏輯地址轉換成內存中的物理地址，以使程序能正確執(zhí)行。以使程序能正確執(zhí)行。操作系統引論611.4.2 1.4.2 存儲器管理存儲器管理u4.4.內存擴充內存擴充實現：利用虛存技術實現：利用虛存技術功能：功能：請求調入功能請求調入功能置換功能置換功能

36、操作系統引論621.4.3 1.4.3 設備管理設備管理u 設備管理的任務設備管理的任務完成用戶提出的完成用戶提出的I/OI/O請求請求為用戶分配所需設備為用戶分配所需設備提高提高CPUCPU和和I/OI/O設備的利用率設備的利用率提高提高I/OI/O速度速度方便用戶使用方便用戶使用I/OI/O設備設備操作系統引論631.4.3 1.4.3 設備管理設備管理u1.1.緩沖管理緩沖管理利用緩沖來緩和利用緩沖來緩和CPUCPU和和I/OI/O設備速度不匹配設備速度不匹配的矛盾，提高的矛盾，提高CPUCPU和和I/OI/O設備的利用率和設備的利用率和I/OI/O速度。速度。緩沖機制：單緩沖、雙緩沖、

37、公用緩沖池緩沖機制：單緩沖、雙緩沖、公用緩沖池u2.2.設備分配設備分配為用戶分配完成為用戶分配完成I/OI/O所需的設備和設備控所需的設備和設備控制器，在配置有通道的系統中，分配通道。制器，在配置有通道的系統中，分配通道。操作系統引論641.4.3 1.4.3 設備管理設備管理u3.3.設備處理（設備驅動程序）設備處理（設備驅動程序）啟動設備進行真正的啟動設備進行真正的I/OI/O操作，響應并處操作，響應并處理設備控制器發(fā)來的中斷請求。理設備控制器發(fā)來的中斷請求。操作系統引論651.4.4 1.4.4 文件管理的功能文件管理的功能u1.1.文件存貯空間的管理文件存貯空間的管理為文件分配必要的

38、存儲空間，并盡量提高文為文件分配必要的存儲空間，并盡量提高文件存儲空間的利用率和文件訪問的效能。件存儲空間的利用率和文件訪問的效能。u2.2.目錄管理目錄管理通過目錄的方式來組織文件，以實現文件的通過目錄的方式來組織文件，以實現文件的按名存取，提高文件的檢索速度。按名存取，提高文件的檢索速度。u3.3.文件的讀文件的讀/ /寫管理和保護寫管理和保護實現文件的讀實現文件的讀/ /寫操作，并提供有效的存取寫操作，并提供有效的存取控制功能保護文件的安全性?？刂乒δ鼙Ｗo文件的安全性。操作系統引論661.4.5 1.4.5 操作系統與用戶之間的接口操作系統與用戶之間的接口u1.1.命令接口命令接口提供一

39、組聯機命令和作業(yè)控制語言，供用戶直提供一組聯機命令和作業(yè)控制語言，供用戶直接或間接地控制自己的作業(yè)。接或間接地控制自己的作業(yè)。u2.2.圖形用戶接口圖形用戶接口提供圖標、窗口和菜單等元素，使用戶可方便提供圖標、窗口和菜單等元素，使用戶可方便地通過指點設備和少量鍵盤操作，取得地通過指點設備和少量鍵盤操作，取得OSOS的服的服務。務。u 3.3.程序接口程序接口提供一組系統調用，供用戶調用提供一組系統調用，供用戶調用OSOS的功能的功能操作系統引論67 1.5 OS 1.5 OS的結構設計的結構設計傳統的操作傳統的操作系統結構系統結構現代操作現代操作系統結構系統結構操作系統引論681.5.1 1.

40、5.1 傳統的操作系統結構傳統的操作系統結構操作系統引論691. 1.無結構的操作系統無結構的操作系統uIBM的的OS/360系統被設計成一個通用操作系統系統被設計成一個通用操作系統u由由4000個模塊組成，約個模塊組成，約100萬條指令萬條指令u經費達數億美元經費達數億美元u每個版本都隱藏著無數的錯誤每個版本都隱藏著無數的錯誤u其負責人其負責人Brooks在描述其研制過程的困難和混亂時說：在描述其研制過程的困難和混亂時說：“巨獸在泥潭中做垂死掙扎，掙扎得越猛，泥漿就沾巨獸在泥潭中做垂死掙扎，掙扎得越猛，泥漿就沾得越多。最后，沒有一個野獸能逃脫淹沒在泥潭中的命得越多。最后，沒有一個野獸能逃脫淹

41、沒在泥潭中的命運，運，程序設計就像是這樣一個泥潭。程序設計就像是這樣一個泥潭。一批批程序員一批批程序員在泥潭中掙扎在泥潭中掙扎沒有人料到問題會這樣棘手沒有人料到問題會這樣棘手”操作系統引論701.5.1 1.5.1 傳統的操作系統結構傳統的操作系統結構u2.2.模塊化結構模塊化結構采用模塊化程序設計技術，將操作系統按其功能劃分成采用模塊化程序設計技術，將操作系統按其功能劃分成若干個具有一定獨立性和大小的模塊，并規(guī)定好個模塊若干個具有一定獨立性和大小的模塊，并規(guī)定好個模塊之間的接口。之間的接口。進程控制 進程調度內存分配內存保護磁盤管理目錄管理進程管理存儲器管理文件管理操作系統模塊子模塊操作系統

42、引論711.5.1 1.5.1 傳統的操作系統結構傳統的操作系統結構u2.2.模塊化結構模塊化結構 優(yōu)點：優(yōu)點： 提高了提高了OSOS設計的正確性、可理解性和可維護性設計的正確性、可理解性和可維護性 增強的增強的OSOS的適應性的適應性 加速了加速了OSOS的開發(fā)過程的開發(fā)過程 缺點：缺點： 接口不易確定接口不易確定 模塊依賴關系可能復雜（對于大型軟件而言）模塊依賴關系可能復雜（對于大型軟件而言）操作系統引論72u操作系統劃分為若干層，在低層上構建高層。底層（操作系統劃分為若干層，在低層上構建高層。底層（0層）為硬件；最高層（層）為硬件；最高層（ N層）為用戶層層）為用戶層u考慮模塊化，層的選

43、擇是按照每層只使用低層次的功能考慮模塊化，層的選擇是按照每層只使用低層次的功能和服務原則定義的和服務原則定義的u每一層向上一層隱藏了數據結構、操作（和硬件）每一層向上一層隱藏了數據結構、操作（和硬件）u層次化結構方法的層次化結構方法的難點難點在對每一層的適當劃分在對每一層的適當劃分1.5.1 1.5.1 傳統的操作系統結構傳統的操作系統結構操作系統引論73 OS/2層次化結構層次化結構操作系統引論741.5.2 微內核操作系統結構微內核操作系統結構u內核不是進程，是提供支持系統運行的基本功能的一組程序模塊，有了內核的支撐，進程運行環(huán)境得到改善，安全性得到保證，系統效率就能提高。u分類：微內核和

44、單內核。uLinux是單內核操作系統 ，Mach是微內核操作系統 ，Windows2000/XP改進的C/S結構 。操作系統引論75內核的基本功能及內核的基本功能及屬性屬性基本功能基本功能: 1 1）中斷處理）中斷處理 2 2）短程調度）短程調度 3 3）原語管理）原語管理 基本屬性基本屬性: : 1 1）內核是由中斷驅動的）內核是由中斷驅動的 2 2）內核的執(zhí)行是連續(xù)的）內核的執(zhí)行是連續(xù)的 3 3）內核在屏蔽中斷狀態(tài)下執(zhí)行）內核在屏蔽中斷狀態(tài)下執(zhí)行 4 4）內核可以使用特權指令）內核可以使用特權指令操作系統引論761.5.2 微內核操作系統結構微內核操作系統結構u主要思想：主要思想：在操作系統內核中只留下一些最基本的功在操作系統內核中只留下一些最基本的功能，而將其他服務盡可能地從內核分離出能，而將其他服務盡可能地從內核分離出去，用若干個運行在用戶態(tài)下的進程來實去，用若干個運行在用戶態(tài)下的進程來實現，形成所謂的現，形成所謂的“客戶客戶/服務器服務器”模式。模式。操作系統引論771.5.2 微內核操作系統結構微內核操作系統結構客戶進程客戶進程進程服務器進程服務器 終端服務器終端服務器文件服務器文件服務器存儲服務器存儲服務器請求請求回答回答核心核心u微內核的基本功能微內核的基本功能進程（線程管理）進程（