第二章操作系統(tǒng)概述浙江工業(yè)大學(xué)

1、1/74操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)概述第二章第二章2/75操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（Operating System, Operating System, OSOS）是最重要的系統(tǒng)軟件。本章從）是最重要的系統(tǒng)軟件。本章從OSOS的作用、發(fā)展史、類型、特征和功能的作用、發(fā)展史、類型、特征和功能等多方面介紹等多方面介紹OSOS。教學(xué)目的教學(xué)目的3/75教學(xué)要求教學(xué)要求w 熟悉操作系統(tǒng)作用和定義，了解熟悉操作系統(tǒng)作用和定義，了解操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)的歷史。w 熟練掌握多道程序設(shè)計技術(shù)的概念，掌握批處理熟練掌握多道程序設(shè)計技術(shù)的概念，掌握批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)及實(shí)時系統(tǒng)三種系統(tǒng)、分時系統(tǒng)及實(shí)時系統(tǒng)三種操作系統(tǒng)基本

2、類操作系統(tǒng)基本類型，了解微機(jī)操作系統(tǒng)、型，了解微機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)和操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)。w 掌握掌握操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)并發(fā)性、共享性、虛擬性和異步性并發(fā)性、共享性、虛擬性和異步性等等特征，了解現(xiàn)代操作系統(tǒng)特征，熟悉操作系統(tǒng)特征，了解現(xiàn)代操作系統(tǒng)特征，熟悉操作系統(tǒng)功能。功能。4/74操作系統(tǒng)的目標(biāo)和功能5/75操作系統(tǒng)的目標(biāo)和功能操作系統(tǒng)的目標(biāo)和功能操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)Operating Systemw 控制應(yīng)用程序執(zhí)行的程序控制應(yīng)用程序執(zhí)行的程序w 在應(yīng)用程序和計算機(jī)硬件之間提供接口在應(yīng)用程序和計算機(jī)硬件之間提供接口w 設(shè)計目標(biāo)設(shè)計目標(biāo)n

3、方便方便(Convenience)： 使計算機(jī)更易于使用n有效有效 (Efficiency)：使計算機(jī)系統(tǒng)資源得到最大化利用n擴(kuò)展的能力擴(kuò)展的能力 (Ability to evolve)：有效地開發(fā)、測試和引進(jìn)新的系統(tǒng)功能6/75 操作系統(tǒng)作用操作系統(tǒng)作用 從計算機(jī)系統(tǒng)組成觀點(diǎn)從計算機(jī)系統(tǒng)組成觀點(diǎn)操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件 計算機(jī)系統(tǒng)組成：w 軟件軟件：應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)和常用 的例行服務(wù)程序） w 硬件硬件：輸入輸出（輸入輸出（IO）設(shè)備設(shè)備 存儲器存儲器(內(nèi)存內(nèi)存) 中央處理器中央處理器(CPU)7/75從資源管理程序觀點(diǎn)從資源管理程序觀點(diǎn)

4、操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源管理操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源管理者者w 操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源管理程序，它用于控制和管理計算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源。w 計算機(jī)系統(tǒng)資源： 操作系統(tǒng)模塊： 軟件： 文件系統(tǒng)文件系統(tǒng) 硬件：IO設(shè)備 設(shè)備管理設(shè)備管理 存儲器 存儲器管理存儲器管理 處理器 處理器（進(jìn)程）管理處理器（進(jìn)程）管理8/75作為資源管理器的操作系統(tǒng)作為資源管理器的操作系統(tǒng)w 與普通計算機(jī)軟件類似，是由處理器執(zhí)行與普通計算機(jī)軟件類似，是由處理器執(zhí)行的一段程序或一組程序。的一段程序或一組程序。w 操作系統(tǒng)經(jīng)常釋放對處理器的控制，并且操作系統(tǒng)經(jīng)常釋放對處理器的控制，并且依賴處理器的特性重新獲得對處理器的控依賴處理器的特性

5、重新獲得對處理器的控制權(quán)。制權(quán)。 實(shí)際上，操作系統(tǒng)就是一組程序，在處理實(shí)際上，操作系統(tǒng)就是一組程序，在處理器上同樣以指令的方式執(zhí)行。器上同樣以指令的方式執(zhí)行。9/75操作系統(tǒng)控制處理器使用其他系統(tǒng)操作系統(tǒng)控制處理器使用其他系統(tǒng)資源，并通過進(jìn)程調(diào)度分配處理器資源，并通過進(jìn)程調(diào)度分配處理器給不同的用戶程序使用。給不同的用戶程序使用。kernel, 包含操包含操作系統(tǒng)中最常作系統(tǒng)中最常用的功能模塊用的功能模塊10/75從軟件分層、擴(kuò)充機(jī)器的觀點(diǎn)從軟件分層、擴(kuò)充機(jī)器的觀點(diǎn) 操作系統(tǒng)是擴(kuò)充裸機(jī)的第一層系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)是擴(kuò)充裸機(jī)的第一層系統(tǒng)軟件軟件：語言處理程序 虛擬機(jī)2軟件：操作系統(tǒng) 虛擬機(jī)1 硬件（裸

6、機(jī)）：一臺完全沒有軟件的計算機(jī)系統(tǒng)一臺完全沒有軟件的計算機(jī)系統(tǒng) 虛擬機(jī)虛擬機(jī)：二者結(jié)合變成了功能更強(qiáng)大使用更方便的機(jī)器。 操作系統(tǒng)是擴(kuò)展的機(jī)器，是虛擬機(jī)。11/75從服務(wù)用戶的觀點(diǎn)從服務(wù)用戶的觀點(diǎn)操作系統(tǒng)是用戶與裸機(jī)之間接口操作系統(tǒng)是用戶與裸機(jī)之間接口 用戶 接口 操作系統(tǒng) 裸機(jī)w 系統(tǒng)提供的接口有二類： 一類是作業(yè)級接口作業(yè)級接口，它提供一組鍵盤命令，供用戶組織和控制自己的作業(yè)運(yùn)行。 另一類是程序級接口程序級接口，它提供一組系統(tǒng)調(diào)用，即OS中某個模塊功能，供用戶程序和其它程序調(diào)用。計算機(jī)系統(tǒng)分層和視圖計算機(jī)系統(tǒng)分層和視圖普通普通用戶用戶編程員編程員操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)設(shè)計師設(shè)計師計算機(jī)硬件計算機(jī)

7、硬件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)實(shí)用程序?qū)嵱贸绦驊?yīng)用程序應(yīng)用程序13/75操作系統(tǒng)的易擴(kuò)展性w 操作系統(tǒng)發(fā)展的原因n硬件升級和新型硬件的出現(xiàn)n新的服務(wù)n糾正錯誤w 對操作系統(tǒng)設(shè)計要求n構(gòu)造系統(tǒng)采用模塊結(jié)構(gòu)n清楚定義模塊間的接口n備有說明文檔14/75w 程序運(yùn)行：從進(jìn)程的觀點(diǎn)程序運(yùn)行：從進(jìn)程的觀點(diǎn)操作系統(tǒng)是由若干個可以并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程和一個對進(jìn)程進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)的核心（kernel）組成。w 程序開發(fā)程序開發(fā)w I/OI/O設(shè)備管理設(shè)備管理w 文件訪問控制文件訪問控制w 系統(tǒng)訪問系統(tǒng)訪問w 錯誤檢測和響應(yīng)錯誤檢測和響應(yīng)w 記賬記賬操作系統(tǒng)提供的服務(wù)操作系統(tǒng)提供的服務(wù)15/75 2.2 操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)的

8、歷史 1 第第0 0代（代（4040年代未年代未5050年代初）無操作系統(tǒng)年代初）無操作系統(tǒng) 這時的計算機(jī)操作是由程序員采用人工操作方式直接使用計算機(jī)硬件系統(tǒng)。2 2 第一代（第一代（5050年代中年代中5050年代末）初級單道批處理系統(tǒng)年代末）初級單道批處理系統(tǒng) 它是為了減少人工操作時間和作業(yè)轉(zhuǎn)換時間提高CPU利用率而設(shè)計的。系統(tǒng)自動成批處理作業(yè)，這是初級單道批處理系統(tǒng)。3 3 第二代（第二代（6060年代初年代初6060年代中）多道程序設(shè)計共享系統(tǒng)年代中）多道程序設(shè)計共享系統(tǒng) 這一代操作系統(tǒng)包括多道批處理系統(tǒng)、采用交互方式的分時系統(tǒng)和以提高瞬時響應(yīng)時間為特征的實(shí)時系統(tǒng)。16/75操作系統(tǒng)的

9、歷史操作系統(tǒng)的歷史4 4 第三代（第三代（6060年代中年代中7070年代中）多模式系統(tǒng)年代中）多模式系統(tǒng) 這一代計算機(jī)系統(tǒng)是通用系統(tǒng)，這一代操作系統(tǒng)是多模式系統(tǒng)，即一個系統(tǒng)同時支持批處理、分時處理、實(shí)時處理和多重處理。5 第四代（第四代（7070年代中年代中 ）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)系統(tǒng)n網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行信息交換、資源共享和互操作等功能。n分布式操作系統(tǒng)將地域上分散的各系統(tǒng)互連成一個具有整體功能的系統(tǒng)，并可將一個任務(wù)分布地在各系統(tǒng)上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)分布式處理。17/75操作系統(tǒng)研發(fā)的過程操作系統(tǒng)研發(fā)的過程w第一個歷史階段：大型主機(jī)時代，操作系統(tǒng)作為

10、硬件的組成部分之一，由硬件開第一個歷史階段：大型主機(jī)時代，操作系統(tǒng)作為硬件的組成部分之一，由硬件開發(fā)商自己設(shè)計；發(fā)商自己設(shè)計；w第二個歷史階段：個人電腦或小型主機(jī)時代，軟件與硬件齊頭并進(jìn)，其間又經(jīng)歷第二個歷史階段：個人電腦或小型主機(jī)時代，軟件與硬件齊頭并進(jìn)，其間又經(jīng)歷了兩個階段：基于命令行的了兩個階段：基于命令行的DOS操作系統(tǒng)和基于窗口圖形界面的操作系統(tǒng)和基于窗口圖形界面的Windows操作系操作系統(tǒng)。統(tǒng)。w 第三個歷史階段：第三個歷史階段：WEB時代。微軟公司的時代。微軟公司的NET技術(shù)與技術(shù)與SUN公司的公司的SUN ONE平平臺。臺。n“開發(fā)下一代的互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)開發(fā)下一代的互聯(lián)網(wǎng)操作

11、系統(tǒng)”課題列入國家課題列入國家863“十五十五”計劃中的基礎(chǔ)軟件計劃中的基礎(chǔ)軟件平臺研發(fā)重點(diǎn)項目平臺研發(fā)重點(diǎn)項目n2003年以首席科學(xué)家陳榕為首的北京科泰世紀(jì)科技有限公司開發(fā)年以首席科學(xué)家陳榕為首的北京科泰世紀(jì)科技有限公司開發(fā)“和欣和欣”操作操作系統(tǒng)系統(tǒng)1.0的產(chǎn)品。的產(chǎn)品。n2003年年1月月11日，以汪成為院士為主任、中國工程院副院長鄔賀銓院士為副主日，以汪成為院士為主任、中國工程院副院長鄔賀銓院士為副主任組成的鑒定委員會，所作的一項技術(shù)成果鑒定表明：繼我國去年任組成的鑒定委員會，所作的一項技術(shù)成果鑒定表明：繼我國去年“龍芯龍芯”通通用用CPU研制成功，標(biāo)志著我國作為研制成功，標(biāo)志著我國作

12、為IT硬件技術(shù)核心的硬件技術(shù)核心的CPU研制取得了關(guān)鍵的研制取得了關(guān)鍵的群體性突破；而今，群體性突破；而今，和欣和欣操作系統(tǒng)這一面向未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的核心軟操作系統(tǒng)這一面向未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的核心軟件的開發(fā)成功，則意味著我國基礎(chǔ)軟件研究開發(fā)實(shí)現(xiàn)群體突破也有了良好開端。件的開發(fā)成功，則意味著我國基礎(chǔ)軟件研究開發(fā)實(shí)現(xiàn)群體突破也有了良好開端。和欣和欣操作系統(tǒng)是一個具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的操作系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)和實(shí)操作系統(tǒng)是一個具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的操作系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)和實(shí)施技術(shù)有創(chuàng)新性，在嵌入式操作系統(tǒng)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先，國際先進(jìn)水平。施技術(shù)有創(chuàng)新性，在嵌入式操作系統(tǒng)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先，國際先進(jìn)水平。18/7

13、51.串行處理串行處理（無操作系統(tǒng)）無操作系統(tǒng)）w 特點(diǎn)特點(diǎn)n機(jī)器在控制臺上運(yùn)行，控制臺由機(jī)器在控制臺上運(yùn)行，控制臺由顯示燈顯示燈(display lights)、觸發(fā)器、觸發(fā)器（ toggle switches ）、輸入設(shè)備）、輸入設(shè)備和打印機(jī)構(gòu)成。和打印機(jī)構(gòu)成。 n用機(jī)器代碼編寫的程序通過輸入用機(jī)器代碼編寫的程序通過輸入設(shè)備載入計算機(jī)；顯示燈指示出設(shè)備載入計算機(jī)；顯示燈指示出程序的執(zhí)行情況；程序輸出結(jié)果程序的執(zhí)行情況；程序輸出結(jié)果在打印機(jī)上顯示在打印機(jī)上顯示n程序員直接與計算機(jī)硬件打交道。程序員直接與計算機(jī)硬件打交道。n計算機(jī)系統(tǒng)以計算機(jī)系統(tǒng)以串行串行方式工作。方式工作。用戶必須順序用戶必

14、須順序訪問計算機(jī)訪問計算機(jī)19/75兩個主要問題兩個主要問題w 調(diào)度調(diào)度(Schedule time)n假設(shè)用戶預(yù)訂假設(shè)用戶預(yù)訂3小時的工作時間，結(jié)果只用了小時的工作時間，結(jié)果只用了30分鐘就完成了工作，剩下的分鐘就完成了工作，剩下的2小時小時30分鐘機(jī)器不分鐘機(jī)器不能分配給其他程序使用。存在大量的時間浪費(fèi)問能分配給其他程序使用。存在大量的時間浪費(fèi)問題。題。n如果用戶程序通過預(yù)訂的時間還沒有完成工作，如果用戶程序通過預(yù)訂的時間還沒有完成工作，程序?qū)⒈粺o條件終止程序?qū)⒈粺o條件終止w 準(zhǔn)備時間準(zhǔn)備時間n包括在內(nèi)存中加載編譯器和源程序、保存編包括在內(nèi)存中加載編譯器和源程序、保存編譯好的程序（目標(biāo)程序

15、）、加載目標(biāo)程序和譯好的程序（目標(biāo)程序）、加載目標(biāo)程序和公用函數(shù)并鏈接在一塊。公用函數(shù)并鏈接在一塊。n在這期間出現(xiàn)錯誤，只能重新開始在這期間出現(xiàn)錯誤，只能重新開始20/752. 批處理系統(tǒng)批處理系統(tǒng) （Batch System）簡單批處理系統(tǒng)簡單批處理系統(tǒng)w 目標(biāo)：目標(biāo)：為了解決人工操作（無操作系統(tǒng)）嚴(yán)重降低了計算機(jī)資源利用率的問題，即解決CPU等待人工操作和高速CPU與低速I/O間矛盾等問題。n脫機(jī)輸入輸出技術(shù)脫機(jī)輸入輸出技術(shù)：該技術(shù)利用一臺外圍機(jī)，脫離主機(jī)先將低速輸入設(shè)備（如紙帶機(jī)）的數(shù)據(jù)，輸入到較高速大容量的輸入設(shè)備（如磁帶）上。w 典型代表：用于IBM7090/7094的IBSYS人機(jī)

16、矛盾人機(jī)矛盾21/75磁帶機(jī)磁帶機(jī)輸出磁帶輸出磁帶卡片卡片簡單批處理系統(tǒng)簡單批處理系統(tǒng)IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶輸入磁帶卡片閱讀機(jī)卡片閱讀機(jī)打印機(jī)打印機(jī)Operating System22/75批處理技術(shù)批處理技術(shù)w 它利用磁帶容量較大的特點(diǎn)，先將一批作業(yè)按序以脫機(jī)方式輸入到磁帶上。w 主機(jī)在監(jiān)控程序監(jiān)控程序控制下，根據(jù)卡片機(jī)讀入控制作業(yè)操作信息，逐個從磁帶上讀入作業(yè)到內(nèi)存，調(diào)入?yún)R編編釋程序?qū)⒃闯绦蚍g成目標(biāo)代碼，連接裝配后執(zhí)行，結(jié)果輸出打印。w 執(zhí)行完畢后再調(diào)入下一個作業(yè)，系統(tǒng)就這樣自動地一個一個作業(yè)地進(jìn)行處理，直至完成。w 早期單道批處理系統(tǒng)解決了作業(yè)自動轉(zhuǎn)換，從而

17、減少作業(yè)建立和人工操作時間。23/75監(jiān)控程序（監(jiān)控程序（Monitors）控制作業(yè)執(zhí)行順序的軟件?？刂谱鳂I(yè)執(zhí)行順序的軟件。w 用戶不再需要直接與硬件打交道用戶不再需要直接與硬件打交道w 所有作業(yè)按序組織成一批，并放在輸入設(shè)備上，所有作業(yè)按序組織成一批，并放在輸入設(shè)備上，供監(jiān)控程序調(diào)度供監(jiān)控程序調(diào)度w 監(jiān)控程序自動地開始加載作業(yè)監(jiān)控程序自動地開始加載作業(yè)w 每個程序結(jié)束后返回到監(jiān)控程序，由監(jiān)控程序每個程序結(jié)束后返回到監(jiān)控程序，由監(jiān)控程序自動加載下一個作業(yè)自動加載下一個作業(yè)24/75兩個角度兩個角度w 監(jiān)控程序角度監(jiān)控程序角度n控制事件的順序控制事件的順序n每次從輸入設(shè)備上讀取一個作業(yè)每次從輸入

18、設(shè)備上讀取一個作業(yè)n作業(yè)讀入后，監(jiān)控程序把控制權(quán)交給作業(yè)，作業(yè)讀入后，監(jiān)控程序把控制權(quán)交給作業(yè)，以便于作業(yè)執(zhí)行以便于作業(yè)執(zhí)行n當(dāng)作業(yè)完成后，通過分支指令將控制權(quán)又交當(dāng)作業(yè)完成后，通過分支指令將控制權(quán)又交還給監(jiān)控程序還給監(jiān)控程序25/75w 處理器角度處理器角度n處理器首先執(zhí)行主存中所存儲的監(jiān)控程序的指令處理器首先執(zhí)行主存中所存儲的監(jiān)控程序的指令n根據(jù)監(jiān)控程序指令功能讀取作業(yè)并存儲到主存中根據(jù)監(jiān)控程序指令功能讀取作業(yè)并存儲到主存中n作業(yè)讀入后，監(jiān)控程序執(zhí)行分支指令，使處理器下作業(yè)讀入后，監(jiān)控程序執(zhí)行分支指令，使處理器下一條指令從用戶程序的開始處繼續(xù)執(zhí)行（控制權(quán)交一條指令從用戶程序的開始處繼續(xù)執(zhí)行

19、（控制權(quán)交給用戶程序）（給用戶程序）（如何實(shí)現(xiàn)？如何實(shí)現(xiàn)？）n處理器執(zhí)行用戶程序的指令，直到遇到結(jié)束指令或處理器執(zhí)行用戶程序的指令，直到遇到結(jié)束指令或錯誤條件錯誤條件n處理器從監(jiān)控程序中取下一條指令（控制權(quán)交還給處理器從監(jiān)控程序中取下一條指令（控制權(quán)交還給監(jiān)控程序）監(jiān)控程序）兩個角度兩個角度26/75基本控制卡片基本控制卡片是現(xiàn)代作業(yè)控制語言和命令解釋器的先驅(qū)是現(xiàn)代作業(yè)控制語言和命令解釋器的先驅(qū)27/75硬件功能支持硬件功能支持w 依賴于處理器可以從內(nèi)存不同地方取指令的能依賴于處理器可以從內(nèi)存不同地方取指令的能力。力。w 存儲器保護(hù)存儲器保護(hù)（ Memory protection ）n用戶程序

20、不能訪問包含監(jiān)控程序的內(nèi)存區(qū)域用戶程序不能訪問包含監(jiān)控程序的內(nèi)存區(qū)域w 計時器計時器（ Timer ）n避免一個作業(yè)獨(dú)占系統(tǒng)避免一個作業(yè)獨(dú)占系統(tǒng)w 特權(quán)指令特權(quán)指令（ Privileged instructions ）n只能由監(jiān)控程序執(zhí)行的指令只能由監(jiān)控程序執(zhí)行的指令n用戶模式用戶模式/系統(tǒng)模式系統(tǒng)模式w 中斷中斷28/75單道程序系統(tǒng)利用率單道程序系統(tǒng)利用率計算機(jī) 96%的時間用于等待 I/O設(shè)備完成文件數(shù)據(jù)傳送29/75多道程序設(shè)計多道程序設(shè)計 (Multiprogramming)w 內(nèi)存空間同時容納兩個或多個用戶程序，當(dāng)一內(nèi)存空間同時容納兩個或多個用戶程序，當(dāng)一個用戶程序需要等待個用戶程

21、序需要等待I/O設(shè)備時，處理器可以設(shè)備時，處理器可以分配給另一個用戶程序執(zhí)行分配給另一個用戶程序執(zhí)行30/7531/75現(xiàn)代多道批處理系統(tǒng)現(xiàn)代多道批處理系統(tǒng)w 目標(biāo)目標(biāo)：為了進(jìn)一步提高資源利用率，在硬件采用通道和中斷技術(shù)支持并行操作的情況下，引入了多道程序設(shè)計技術(shù)，由此引入多道批處理系統(tǒng)。w 多道程序設(shè)計技術(shù)：多道程序設(shè)計技術(shù)： 它是在計算機(jī)內(nèi)存同時存放幾道相互獨(dú)立的程序，這幾道程序都處于運(yùn)行過程中，它們先后開始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢。多道程序在宏觀上并多道程序在宏觀上并行執(zhí)行，而在微觀上多道程序在某個部件上（如行執(zhí)行，而在微觀上多道程序在某個部件上（如CPUCPU、I/OI/O）是串行

22、的，即多道程序輪流地使用部件，是串行的，即多道程序輪流地使用部件，交替執(zhí)行。交替執(zhí)行。32/75兩道批處理系統(tǒng)運(yùn)行圖（兩道批處理系統(tǒng)運(yùn)行圖（一個一個CPUCPU和二個和二個I IO O設(shè)備：磁盤和磁帶）設(shè)備：磁盤和磁帶）33/75兩道兩道批處理系統(tǒng)運(yùn)行圖說明：批處理系統(tǒng)運(yùn)行圖說明：1.1.在計算機(jī)內(nèi)存同時存放幾道程序在計算機(jī)內(nèi)存同時存放幾道程序( (程序程序A A、 B B和監(jiān)和監(jiān)督程序督程序) )2.2.系統(tǒng)各系統(tǒng)各部件（如部件（如CPUCPU、IOAIOA、IOBIOB）支持并行工作，支持并行工作，在某個時刻在某個時刻各各部件可運(yùn)行不同的程序。部件可運(yùn)行不同的程序。3.3.多道程序多道程序

23、( (程序程序A A、 B B和監(jiān)督程序和監(jiān)督程序) )在某個部件上在某個部件上（如（如CPUCPU、I/OAI/OA、I/OBI/OB）是串行工作。是串行工作。4.4.在多道程序中，監(jiān)督程序在多道程序中，監(jiān)督程序( (操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)) )是控制中心，是控制中心，程序要使用某個部件（程序要使用某個部件（CPUCPU、I/OAI/OA、I/OBI/OB），），必須必須由監(jiān)督程序調(diào)度和分配（根據(jù)一定的算法）。由監(jiān)督程序調(diào)度和分配（根據(jù)一定的算法）。34/75示例（示例（250M可用內(nèi)存，一個磁盤，一個可用內(nèi)存，一個磁盤，一個終端和一臺打印機(jī)，同時提交三個用戶終端和一臺打印機(jī)，同時提交三個用戶程序

24、）程序）35/75單道和多道情況下利用率對比36/75多道程序設(shè)計技術(shù)的好處和特征多道程序設(shè)計技術(shù)的好處和特征好處：好處：（1）提高內(nèi)存和）提高內(nèi)存和I/O設(shè)備的利用率；設(shè)備的利用率；（2）提高的利用率；）提高的利用率；（3）增加系統(tǒng)吞吐量。）增加系統(tǒng)吞吐量。特征：特征：（1）多道性）多道性 宏觀上并發(fā)宏觀上并發(fā) 微觀上串行微觀上串行（2）無序性）無序性（3）調(diào)度性）調(diào)度性(作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度 進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度)37/75多道程序批處理系統(tǒng)硬件支持多道程序批處理系統(tǒng)硬件支持w I/O中斷中斷和和DMA技術(shù)技術(shù)w 內(nèi)存管理內(nèi)存管理技術(shù)以管理同時駐留在主存中技術(shù)以管理同時駐留在主存中的用戶程序的用戶

25、程序w 調(diào)度算法調(diào)度算法決定到底將處理器或決定到底將處理器或I/O設(shè)備分設(shè)備分配給哪個進(jìn)程使用配給哪個進(jìn)程使用38/75w目標(biāo)目標(biāo)：分時系統(tǒng)的形成和發(fā)展的動力是分時系統(tǒng)的形成和發(fā)展的動力是用戶的需要用戶的需要。n用戶希望自己能直接控制程序的運(yùn)行，及時進(jìn)行人機(jī)交互，以便能方便地修改程序的錯誤。n用戶希望一臺計算機(jī)能為多臺用戶共享，解決當(dāng)時（六十年代）計算機(jī)昂貴而缺少的矛盾，方便用戶上機(jī)。3. 分時系統(tǒng)分時系統(tǒng) (Time-Sharing Systems) 第一個分時系統(tǒng)（第一個分時系統(tǒng)（CTSSCTSS）由）由MITMIT的的Fernando Fernando CorbatoCorbato等等1

26、9611961年在一改年在一改裝的裝的IBM 7090/94IBM 7090/94機(jī)上開發(fā)成功（有機(jī)上開發(fā)成功（有3232個交互式用戶）個交互式用戶）約翰約翰麥卡錫麥卡錫John McCarthyJohn McCarthy(1927.9.4-2011.10.24)(1927.9.4-2011.10.24)分時概念的創(chuàng)始人分時概念的創(chuàng)始人19711971年的圖靈獎獲得者年的圖靈獎獲得者費(fèi)爾南多考巴脫Fernando Fernando CorbatoCorbato實(shí)現(xiàn)分時系統(tǒng)的功臣實(shí)現(xiàn)分時系統(tǒng)的功臣 19901990年的圖靈獎獲得者年的圖靈獎獲得者 分時系統(tǒng)分時系統(tǒng) 40/75分時系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理實(shí)現(xiàn)

27、原理w 在一臺主機(jī)上連接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，它同時允許許多用戶通過終端以交互方式使用計算機(jī)并共享主機(jī)中的資源。w 所謂分時分時是指多個用戶分時共享使用同一臺計算機(jī)，也就是說把計算機(jī)的系統(tǒng)資源（尤其是把計算機(jī)的系統(tǒng)資源（尤其是CPUCPU時間）時間）進(jìn)行時間上分割，即將整個工作時間分成一個個的進(jìn)行時間上分割，即將整個工作時間分成一個個的時間片，每個時間片分給一個用戶使用，這樣時間片，每個時間片分給一個用戶使用，這樣將將CPUCPU工作時間分別提供給多個用戶使用，每個用戶工作時間分別提供給多個用戶使用，每個用戶依次地輪流使用一個時間片。依次地輪流使用一個時間片。41/75主機(jī)主機(jī)終終端端

28、42/75分時系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)分時系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)采用采用調(diào)進(jìn)調(diào)出調(diào)進(jìn)調(diào)出的單道分時系統(tǒng)的單道分時系統(tǒng) 在單道分時系統(tǒng)內(nèi)存中只駐留一道程序，其余程序都在外存上。每當(dāng)內(nèi)存中一個程序運(yùn)行一個時間片后，便調(diào)至外存（稱為調(diào)出）。再從外存中選一個程序裝入內(nèi)存（稱為調(diào)進(jìn)）并運(yùn)行一個時間片，依此方法使所有的作業(yè)都能在一規(guī)定的時間內(nèi)輪流運(yùn)行一個時間片，這樣便能使所有的用戶都能與自己的作業(yè)交互。在多個作業(yè)的輪流運(yùn)行過程中，每個作業(yè)往往可能頻繁地調(diào)進(jìn)調(diào)出多次，開銷大，故系統(tǒng)的性能較差。43/75兼容分時系統(tǒng)（兼容分時系統(tǒng)（Compatible Time-Sharing System，CTSS）w 由由MIT 研發(fā)的第一個分時

29、系統(tǒng)研發(fā)的第一個分時系統(tǒng) 控制權(quán)分配給用戶時，該用戶的程序和數(shù)據(jù)控制權(quán)分配給用戶時，該用戶的程序和數(shù)據(jù)被載入；被載入；系統(tǒng)每隔系統(tǒng)每隔0.2秒產(chǎn)生時鐘中斷；秒產(chǎn)生時鐘中斷； 中斷使操作系統(tǒng)重獲控制權(quán)，并將處理器分中斷使操作系統(tǒng)重獲控制權(quán)，并將處理器分配給另一個用戶；配給另一個用戶；原用戶程序和數(shù)據(jù)被寫出到磁盤；原用戶程序和數(shù)據(jù)被寫出到磁盤；為簡化設(shè)計，用戶程序總是被加載到相同的為簡化設(shè)計，用戶程序總是被加載到相同的內(nèi)存單元中。內(nèi)存單元中。JOB1:15000JOB2:20000JOB3:5000JOB4:1000044/75基于多道程序設(shè)計的多道分時系統(tǒng)基于多道程序設(shè)計的多道分時系統(tǒng)w 現(xiàn)代計

30、算機(jī)采用大容量內(nèi)存并采用內(nèi)存與磁盤對換現(xiàn)代計算機(jī)采用大容量內(nèi)存并采用內(nèi)存與磁盤對換技術(shù)擴(kuò)充內(nèi)存，現(xiàn)代分時系統(tǒng)引入多道程序設(shè)計技技術(shù)擴(kuò)充內(nèi)存，現(xiàn)代分時系統(tǒng)引入多道程序設(shè)計技術(shù)，在內(nèi)存中存放多道作業(yè)排成一個隊列，依次輪術(shù)，在內(nèi)存中存放多道作業(yè)排成一個隊列，依次輪流地獲得一個時間片來運(yùn)行。流地獲得一個時間片來運(yùn)行。w 由于由于切換切換作業(yè)就在內(nèi)存，不要花費(fèi)大量時間用于調(diào)作業(yè)就在內(nèi)存，不要花費(fèi)大量時間用于調(diào)進(jìn)調(diào)出，故多道分時系統(tǒng)具有較好的系統(tǒng)性能。作進(jìn)調(diào)出，故多道分時系統(tǒng)具有較好的系統(tǒng)性能。作業(yè)調(diào)度算法也不限于時間片不變，次序不變的簡單業(yè)調(diào)度算法也不限于時間片不變，次序不變的簡單輪轉(zhuǎn)。象輪轉(zhuǎn)。象UNI

31、XUNIX操作系統(tǒng)對系統(tǒng)中各進(jìn)程采用可搶占操作系統(tǒng)對系統(tǒng)中各進(jìn)程采用可搶占的動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法，它也實(shí)現(xiàn)了各作業(yè)分時共的動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法，它也實(shí)現(xiàn)了各作業(yè)分時共享計算機(jī)，但時間片大小和輪轉(zhuǎn)次序都在變化。享計算機(jī)，但時間片大小和輪轉(zhuǎn)次序都在變化。w 批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)都是多道程序系統(tǒng)，是屬于批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)都是多道程序系統(tǒng)，是屬于處理用戶作業(yè)的系統(tǒng)。系統(tǒng)本身沒有要完成的作業(yè)，處理用戶作業(yè)的系統(tǒng)。系統(tǒng)本身沒有要完成的作業(yè)，它只是起著管理調(diào)度系統(tǒng)資源，向用戶提供服務(wù)的它只是起著管理調(diào)度系統(tǒng)資源，向用戶提供服務(wù)的作用，這類系統(tǒng)可以說是作用，這類系統(tǒng)可以說是“通用系統(tǒng)通用系統(tǒng)”。45/75分時系

32、統(tǒng)的重要指標(biāo)分時系統(tǒng)的重要指標(biāo)響應(yīng)時間響應(yīng)時間w 響應(yīng)時間響應(yīng)時間是分時系統(tǒng)的重要指標(biāo)，它是用戶發(fā)出是分時系統(tǒng)的重要指標(biāo)，它是用戶發(fā)出終端命令到系統(tǒng)開始作出響應(yīng)的時間間隔終端命令到系統(tǒng)開始作出響應(yīng)的時間間隔。系統(tǒng)的響應(yīng)時間主要是根據(jù)用戶所能接受的等待時間確定的。w 假設(shè)分時系統(tǒng)中用戶數(shù)為n，每個用戶的運(yùn)行時間片為q，則系統(tǒng)的響應(yīng)時間為Tnq。每個用戶分到的時間片q由二部分組成，用于進(jìn)程切換時間W和用于真正處理時間S。nT n qnq S + W 46/75w 分時系統(tǒng)中時間片q的選擇是一個復(fù)雜而關(guān)鍵的任務(wù)。n時間片過大，造成響應(yīng)時間不變時用戶數(shù)減少，或造成用戶數(shù)不變響應(yīng)時間過長；n時間片過小，

33、在一個時間片內(nèi)切換開銷相對增加，一個進(jìn)程相對要花費(fèi)更多的時間片才能運(yùn)行結(jié)束，一個進(jìn)程在系統(tǒng)中的周轉(zhuǎn)時間大大增長。n最佳的時間片值應(yīng)既能使分時用戶得到好的響應(yīng)時間，同時又要使在一個時間片內(nèi)切換開銷相對較小可忽略。 w UNIX系統(tǒng)是典型的分時系統(tǒng)，UNIX系統(tǒng)是一個多用戶，多任務(wù)操作系統(tǒng)。47/754.實(shí)時系統(tǒng)實(shí)時系統(tǒng) （Real-Time Systems） w 目標(biāo)目標(biāo)：為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)時間，對隨機(jī)發(fā)生的外部事件作出及時響應(yīng)并對其進(jìn)行處理。w 分類分類實(shí)時控制系統(tǒng)實(shí)時控制系統(tǒng) 此類實(shí)時控制系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)過程的自動控制，實(shí)驗數(shù)據(jù)自動采集，武器的控制、包括火炮自動控制、飛機(jī)自動駕駛、導(dǎo)彈的制導(dǎo)

34、系統(tǒng)。實(shí)時信息處理系統(tǒng)實(shí)時信息處理系統(tǒng) 這類系統(tǒng)主要用于實(shí)時信息處理，象飛機(jī)訂票系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)。48/75實(shí)時系統(tǒng)實(shí)時系統(tǒng)特征特征快速的響應(yīng)時間快速的響應(yīng)時間 實(shí)時系統(tǒng)是為了提高系統(tǒng)響應(yīng)時間而設(shè)計的操作系統(tǒng)，特別是實(shí)時控制系統(tǒng)，對外部事件的響應(yīng)要十分及時迅速。實(shí)時系統(tǒng)的響應(yīng)時間是由控制對象所能接受的時延確定的。外部事件往往以中斷方式通知系統(tǒng)，系統(tǒng)有較強(qiáng)的中斷處理能力，實(shí)時系統(tǒng)的設(shè)計也以“事件驅(qū)動”方式來設(shè)計。49/75有限的交互能力有限的交互能力 批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)是“通用系統(tǒng)”，實(shí)時系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，它為專門的應(yīng)用而設(shè)計，系統(tǒng)本身就包含有控制某實(shí)時過程和處理實(shí)時信息的專用應(yīng)用程序。實(shí)

35、時系統(tǒng)（如實(shí)時信息處息系統(tǒng)）它能提供人機(jī)交互方式，但用戶只能訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序，不能象分時系統(tǒng)一般向終端用戶提供多方面服務(wù)。高可靠性高可靠性 批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)雖也要求系統(tǒng)可靠，相比之下，實(shí)時系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度可靠。因此實(shí)時系統(tǒng)中往都采用雙機(jī)系統(tǒng)，多級容錯措施來保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。實(shí)時系統(tǒng)實(shí)時系統(tǒng)特征特征50/755. 微機(jī)操作系統(tǒng)微機(jī)操作系統(tǒng) （Desktop Systems） 配置在微機(jī)上的OS稱為微機(jī)操作系統(tǒng)。常用的有MS-DOS、MS Windows、OS/2、SCO UNIX、 Linux等。w 單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)MS-DOSMS-DOS MS

36、-DOS是Microsoft公司開發(fā)的首先在IBM-PC機(jī)上使用的微機(jī)OS，MS-DOS操作系統(tǒng)現(xiàn)成了事實(shí)上的16位微機(jī)單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。w 多任務(wù)操作系統(tǒng)多任務(wù)操作系統(tǒng)MS WindowsMS WindowsWindows98/2000/XP是Microsoft公司開發(fā)的一個圖形用戶界面的多任務(wù)、多線程、全32位的操作系統(tǒng)。51/75Windows操作系統(tǒng)系列操作系統(tǒng)系列w Windows 2000 系列 ：Windows 2000 professional、Windows 2000 Server、Windows 2000 Advanced Server和 Windows 2000

37、 Datacenter Server。w Windows XP三個版本：Windows XP Home Edition有良好的數(shù)字媒體平臺，適合家庭用戶和游戲愛好者；Windows XP Professional 是為商業(yè)用戶設(shè)計的，有高級別的可擴(kuò)展性和可靠性；Windows XP 64-BitEdition可滿足最高級別的專業(yè)技術(shù)工作站用戶的需要。w Windows Server System：是一個全面、集成而且具有互操作能力的服務(wù)器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，提供了一個公用體系結(jié)構(gòu)，Windows Server System的基礎(chǔ)是Windows Server 2003操作系統(tǒng)。 52/75其他微機(jī)操作系

38、統(tǒng)其他微機(jī)操作系統(tǒng)w 多多用戶用戶多多任務(wù)操作系統(tǒng)任務(wù)操作系統(tǒng)SCO UNIXSCO UNIX SCO公司將運(yùn)行于大、中、小型機(jī)上UNIX操作系統(tǒng)移植到微機(jī)上，UNIX是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)。w LinuxLinux Linux操作系統(tǒng)是一個遵循標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)界面的標(biāo)準(zhǔn)免費(fèi)操作系統(tǒng)，具有UNIX BSD和UNIX SYS 的擴(kuò)展特性。它的版權(quán)所有者是芬蘭籍的Linus B.Toroalds先生和其它開發(fā)人員。Linux可以在基于Intel處理器的個人計算機(jī)上運(yùn)行，它可以將一臺普通的個人電腦變成功能強(qiáng)勁的UNIX工作站。 53/75Linux操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)w Linux有一個基本內(nèi)核，一些組織和

39、廠商將內(nèi)核與應(yīng)用程序、文擋包裝起來，再加上安裝、設(shè)置和管理工具，就構(gòu)成了直接供一般用戶使用的套件。w Linux版本分為兩部分：內(nèi)核版本和發(fā)行套件版本。n內(nèi)核版本指的是在Linus領(lǐng)導(dǎo)下開發(fā)的系統(tǒng)內(nèi)核的版本號，目前最新內(nèi)核版本號為V4.1.7 （2015.9.14）。n發(fā)行套件常見的有Slackware、Red Hat Linux、Debian 等。Red Hat Linux具有支持多種硬件平臺（如Intel、Sparc和Alpha平臺），軟件安裝、配置、升級、維護(hù)簡單，系統(tǒng)管理工具方便等優(yōu)點(diǎn)，是初學(xué)者的最佳選擇。54/756. 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（Network Operating S

40、ystem, NOSNetwork Operating System, NOS）w 定義：定義：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是使網(wǎng)絡(luò)上各計算機(jī)能方便地是使網(wǎng)絡(luò)上各計算機(jī)能方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信、有效地共享網(wǎng)絡(luò)資源，為網(wǎng)絡(luò)用戶有效地共享網(wǎng)絡(luò)資源，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供所需各種服務(wù)的軟件和有關(guān)規(guī)程的集合。提供所需各種服務(wù)的軟件和有關(guān)規(guī)程的集合。w 功能功能: :l高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信l對網(wǎng)絡(luò)中共享資源（在LAN中有硬盤、打印機(jī)等）有效的管理l提供電子郵件、文件傳輸、共享硬盤、打印機(jī)等服務(wù)l網(wǎng)絡(luò)安全管理l提供互操作能力55/75現(xiàn)代操作系統(tǒng)特點(diǎn)現(xiàn)代操作系統(tǒng)特點(diǎn)內(nèi)裝網(wǎng)絡(luò)內(nèi)裝網(wǎng)絡(luò)w 現(xiàn)代操作系統(tǒng)已把網(wǎng)絡(luò)功能

41、包含到操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，作為操作系統(tǒng)核心功能的一個組成部分。微軟公司的Windows 2000，AT & T公司的UNIX System V、Sun公司的SunOS、HP公司的HPOX、IBM公司的AIX、Linux等都已把TCPIP網(wǎng)絡(luò)功能包含在內(nèi)核中。w Windows 2000把網(wǎng)絡(luò)功能作為該系統(tǒng)執(zhí)行體的輸入輸出（IO）系統(tǒng)的一部分。NT的IO系統(tǒng)包含有五部分：輸入輸出（IO）管理程序、文件系統(tǒng)、緩沖存儲管理系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動程序、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序。56/757. 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng) （ Distributed Operating Systems ）w 定義：定義：分布式操作系

42、統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)是能直接對分布式計算機(jī)系是能直接對分布式計算機(jī)系統(tǒng)中各類資源進(jìn)行動態(tài)分配和管理，有效控制和統(tǒng)中各類資源進(jìn)行動態(tài)分配和管理，有效控制和協(xié)調(diào)諸任務(wù)的并行執(zhí)行，允許系統(tǒng)中的處理單元協(xié)調(diào)諸任務(wù)的并行執(zhí)行，允許系統(tǒng)中的處理單元無主、次之分，并向系統(tǒng)提供統(tǒng)一的、有效的接無主、次之分，并向系統(tǒng)提供統(tǒng)一的、有效的接口的軟件集合口的軟件集合。w 基于兩種環(huán)境:多處理器(CPU)系統(tǒng)或多計算機(jī)系統(tǒng)（集群）w 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。57/75分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的區(qū)別分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的區(qū)別w 分布性分布性 處理上的分布性是分布式操作系統(tǒng)的最基

43、本特征。處理上的分布性是分布式操作系統(tǒng)的最基本特征。網(wǎng)絡(luò)雖有分布處理的功能，但網(wǎng)絡(luò)的控制功能，則大多集中在某個主機(jī)或服務(wù)器上，它的控制方式是集中的，分布式系統(tǒng)的處理分布是資源、功能、任務(wù)和控制都是分布的。w 透明性透明性 分布操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信息傳輸協(xié)調(diào)工作，并為用戶提供一個統(tǒng)一的界面，標(biāo)準(zhǔn)的接口，用戶通過這一界面實(shí)現(xiàn)所需要的操作和使用系統(tǒng)資源。分布式OS通常很好地隱藏系統(tǒng)內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，如對象的物理位置、并發(fā)控制、系統(tǒng)故障等對用戶都是透明的。58/75分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的區(qū)別分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的區(qū)別w 統(tǒng)一性統(tǒng)一性 分布式系統(tǒng)要求一個統(tǒng)一的操

44、作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作的統(tǒng)一性，而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般是在各自操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上加上負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)訪問功能模塊，網(wǎng)絡(luò)各系統(tǒng)操作不一致。w 健壯性健壯性 由于分布式系統(tǒng)的處理和控制功能是分布的，設(shè)備出現(xiàn)故障時，可通過容錯技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，從而仍保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因而系統(tǒng)具有鍵壯性，即具有較好的可用性和可靠性。而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)其控制功能大多集中在主機(jī)和服務(wù)器中，使系統(tǒng)具有潛在的不可靠性。59/758. 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng) （ Embedded Embedded OSOS )w 嵌入式系統(tǒng)是在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，完成特定功能的軟硬件系統(tǒng)。通常在電器、電子和智能機(jī)械上，嵌入安裝各種微處理器或微控制芯片。它們是一

45、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(jī)”。w 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)就是運(yùn)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。通常工作在反應(yīng)式或?qū)μ幚頃r間有較嚴(yán)格要求環(huán)境中。60/75嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)w 嵌入式操作系統(tǒng)具有高可靠性、實(shí)時性、占有資源少、嵌入式操作系統(tǒng)具有高可靠性、實(shí)時性、占有資源少、智能化能源管理、易于連接、低成本等優(yōu)點(diǎn)。智能化能源管理、易于連接、低成本等優(yōu)點(diǎn)。w 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，如手機(jī)的通信控制、工業(yè)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，如手機(jī)的通信控制、工業(yè)監(jiān)

46、控、智能化生活空間監(jiān)控、智能化生活空間( (信息家電、智能大廈等等信息家電、智能大廈等等) )、通、通信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等等。信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等等。n如汽車上的電子控制設(shè)備實(shí)際上是一個電腦網(wǎng)絡(luò)，一輛現(xiàn)如汽車上的電子控制設(shè)備實(shí)際上是一個電腦網(wǎng)絡(luò)，一輛現(xiàn)代化的轎車?yán)锩婵赡苡袛?shù)十個微處理器和相應(yīng)的操作平臺，代化的轎車?yán)锩婵赡苡袛?shù)十個微處理器和相應(yīng)的操作平臺，它們需要通信，需要監(jiān)控汽車的運(yùn)行等等。它們需要通信，需要監(jiān)控汽車的運(yùn)行等等。這就構(gòu)成一個這就構(gòu)成一個嵌入式系統(tǒng)，它包括任務(wù)處理、計算、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)采嵌入式系統(tǒng)，它包括任務(wù)處理、計算、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、智能控制、人機(jī)交互等諸多方面的技術(shù)

47、集、數(shù)據(jù)管理、智能控制、人機(jī)交互等諸多方面的技術(shù)，而它需要一系列針對應(yīng)用環(huán)境的操作平臺來控制、協(xié)調(diào)各而它需要一系列針對應(yīng)用環(huán)境的操作平臺來控制、協(xié)調(diào)各種系統(tǒng)需求與服務(wù)，控制資源配置，這些平臺共同構(gòu)成了種系統(tǒng)需求與服務(wù)，控制資源配置，這些平臺共同構(gòu)成了這個嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。這個嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。 61/75嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用智能卡智能卡移動通信移動通信計算機(jī)外設(shè)計算機(jī)外設(shè)機(jī)頂盒機(jī)頂盒零售設(shè)備零售設(shè)備印刷機(jī)印刷機(jī)復(fù)印機(jī)復(fù)印機(jī)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器電話交換設(shè)備電話交換設(shè)備62/752.3 操作系統(tǒng)發(fā)展的主要成就操作系統(tǒng)發(fā)展的主要成就w 進(jìn)程進(jìn)程（Processes ）

48、w 存儲器管理存儲器管理（Memory Management ）w 信息保護(hù)和安全信息保護(hù)和安全（Information protection and security ）w 調(diào)度和資源管理調(diào)度和資源管理（Scheduling and resource management ）w 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（System structure ）63/75多道程序設(shè)計的主要問題多道程序設(shè)計的主要問題w 不正確的同步不正確的同步（Improper synchronization ）n信號機(jī)制設(shè)計出錯會導(dǎo)致兩個進(jìn)程之間沒法信號機(jī)制設(shè)計出錯會導(dǎo)致兩個進(jìn)程之間沒法保證同步性保證同步性w 失敗的互斥失敗的互斥（Fa

49、iled mutual exclusion ）w 不確定的程序操作不確定的程序操作（Nondeterminate program operation ）n程序的結(jié)果可能取決于多個程序的執(zhí)行先后程序的結(jié)果可能取決于多個程序的執(zhí)行先后順序順序w 死鎖死鎖（Deadlocks ）64/75進(jìn)程進(jìn)程w 一段可執(zhí)行的程序一段可執(zhí)行的程序w 計算機(jī)中正在運(yùn)行的程序的一個實(shí)例計算機(jī)中正在運(yùn)行的程序的一個實(shí)例w 可以分配給處理器并由處理器執(zhí)行的一個可以分配給處理器并由處理器執(zhí)行的一個實(shí)體實(shí)體w 由一個順序的執(zhí)行線程、一個當(dāng)前的狀態(tài)由一個順序的執(zhí)行線程、一個當(dāng)前的狀態(tài)以及一組相關(guān)的系統(tǒng)資源所描述的活動單以及一組

50、相關(guān)的系統(tǒng)資源所描述的活動單元元65/75進(jìn)程進(jìn)程包含三個部分：包含三個部分：n一段可執(zhí)行的程序一段可執(zhí)行的程序n程序所需的相關(guān)數(shù)據(jù)程序所需的相關(guān)數(shù)據(jù)n程序執(zhí)行的上下文環(huán)境程序執(zhí)行的上下文環(huán)境l操作系統(tǒng)用于管理和控制進(jìn)程所需的操作系統(tǒng)用于管理和控制進(jìn)程所需的所有數(shù)據(jù)（如所有數(shù)據(jù)（如PC, 數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容, 進(jìn)進(jìn)程優(yōu)先級程優(yōu)先級,進(jìn)程狀態(tài)等）進(jìn)程狀態(tài)等）66/75進(jìn)程進(jìn)程進(jìn)程表，由操作系統(tǒng)創(chuàng)建和維護(hù)基址寄存器和界限寄存器，限定了進(jìn)程所占用的內(nèi)存范圍67/75內(nèi)存管理內(nèi)存管理w 進(jìn)程隔離進(jìn)程隔離（Process isolation ）：）：保證進(jìn)程的獨(dú)保證進(jìn)程的獨(dú)立性立性w 自動分配

51、和管理自動分配和管理（Automatic allocation and management ）：）：根據(jù)需要動態(tài)地分配存儲空間根據(jù)需要動態(tài)地分配存儲空間w 支持模塊化程序設(shè)計支持模塊化程序設(shè)計（Support of modular programming）：）：分段機(jī)制支持程序員動態(tài)地分段機(jī)制支持程序員動態(tài)地修改程序的模塊大小修改程序的模塊大小w 保護(hù)和訪問控制保護(hù)和訪問控制（Protection and access control ）：）：實(shí)現(xiàn)內(nèi)存空間的保護(hù)和共享實(shí)現(xiàn)內(nèi)存空間的保護(hù)和共享w 長期存儲長期存儲（Long-term storage ）：）：文件系統(tǒng)滿文件系統(tǒng)滿足數(shù)據(jù)斷電后的長

52、期保存足數(shù)據(jù)斷電后的長期保存68/75虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存w 允許程序員從邏輯的角度訪問存儲器，而不需要允許程序員從邏輯的角度訪問存儲器，而不需要考慮物理內(nèi)存上可用的空間數(shù)量和數(shù)據(jù)所存儲的考慮物理內(nèi)存上可用的空間數(shù)量和數(shù)據(jù)所存儲的實(shí)際物理地址實(shí)際物理地址w 程序員使用虛地址訪問內(nèi)存，通過地址映射機(jī)制程序員使用虛地址訪問內(nèi)存，通過地址映射機(jī)制（通常由硬件實(shí)現(xiàn)）將虛地址動態(tài)映射為內(nèi)存中（通常由硬件實(shí)現(xiàn)）將虛地址動態(tài)映射為內(nèi)存中的實(shí)地址的實(shí)地址w 一個進(jìn)程被分成若干個塊（分頁和分段），每一一個進(jìn)程被分成若干個塊（分頁和分段），每一塊都可以放置在內(nèi)存中用戶空間的任何地方塊都可以放置在內(nèi)存中用戶空間的任何地

53、方w 進(jìn)程執(zhí)行時，只需要一部分塊在內(nèi)存中即可。當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行時，只需要一部分塊在內(nèi)存中即可。當(dāng)訪問的塊不在內(nèi)存中時，產(chǎn)生缺頁訪問的塊不在內(nèi)存中時，產(chǎn)生缺頁(缺段缺段)中斷，中斷，將所要訪問的塊從磁盤調(diào)入內(nèi)存將所要訪問的塊從磁盤調(diào)入內(nèi)存69/75虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存70/75虛擬內(nèi)存地址映射虛擬內(nèi)存地址映射地址映射機(jī)制地址映射機(jī)制存儲分配策略存儲分配策略71/75信息保護(hù)和安全信息保護(hù)和安全w 可用性可用性 (Availability)n確保系統(tǒng)正常可用確保系統(tǒng)正?？捎脀 機(jī)密性機(jī)密性 (Confidentiality)n確保用戶不能訪問未授權(quán)的數(shù)據(jù)確保用戶不能訪問未授權(quán)的數(shù)據(jù)w 數(shù)據(jù)完整性數(shù)據(jù)完整性

54、(Data integrity)n保護(hù)數(shù)據(jù)不被未授權(quán)修改保護(hù)數(shù)據(jù)不被未授權(quán)修改w 認(rèn)證認(rèn)證 (Authenticity)n用戶身份的認(rèn)證用戶身份的認(rèn)證n數(shù)據(jù)的合法性數(shù)據(jù)的合法性72/75調(diào)度和資源管理調(diào)度和資源管理w 公平性公平性（Fairness ）n平等、公平地訪問資源平等、公平地訪問資源w 有差別的響應(yīng)性有差別的響應(yīng)性（Differential responsiveness ）n根據(jù)進(jìn)程的不同優(yōu)先級差別對待根據(jù)進(jìn)程的不同優(yōu)先級差別對待w 有效性有效性（Efficiency ）n最大化吞吐量最大化吞吐量n最小化響應(yīng)時間最小化響應(yīng)時間n盡可能容納更多的用戶盡可能容納更多的用戶73/75系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)w 層次化、模塊化的組織和開發(fā)操作系統(tǒng)層次化、模塊化的組織和開發(fā)操作系統(tǒng)w 每一層都實(shí)現(xiàn)一組特定的子功能（模塊）每一層都實(shí)現(xiàn)一組特定的子功能（模塊）w 最低層直接跟硬件打交道，最高層則面向用戶，最低層直接跟硬件打交道，最高層則面向用戶，為用戶提供操作系統(tǒng)的操作界面為用戶提供操作系統(tǒng)的操作界面w 底層通過接口給上一層提供服務(wù)底層通過接口給上一層提供服務(wù)w 模塊內(nèi)的修改不會影響到其他模塊的功能實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)的修改不會影響到其他模塊的功能實(shí)現(xiàn)（只要接口不變）（只要接口