操作系統(tǒng)課件

1、2022-5-102022-5-102 2是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生必修的是計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生必修的之一；之一；是全國各高校計(jì)算機(jī)專業(yè)是全國各高校計(jì)算機(jī)專業(yè)之一；之一；是一門涉及硬件知識的系統(tǒng)軟件課程。在計(jì)算機(jī)是一門涉及硬件知識的系統(tǒng)軟件課程。在計(jì)算機(jī)軟硬件課程的設(shè)置上，起著軟硬件課程的設(shè)置上，起著的作用。的作用。計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。2022-5-102022-5-103 3教材及參考用書教材及參考用書2022-5-102022-5-104 4計(jì)算機(jī)導(dǎo)論計(jì)算機(jī)導(dǎo)論上學(xué)期期末考試，簡答題題目：上學(xué)期期末考試，簡答題題目： 2 2、簡述操作系統(tǒng)的定義及操作

2、系統(tǒng)功能。、簡述操作系統(tǒng)的定義及操作系統(tǒng)功能。答案：答案： 是一種用來管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件資源，控是一種用來管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件資源，控制程序的運(yùn)行、改善人機(jī)界面和為應(yīng)用軟件提供支持的軟制程序的運(yùn)行、改善人機(jī)界面和為應(yīng)用軟件提供支持的軟件系統(tǒng)。件系統(tǒng)。 1 1）資源管理功能：處理機(jī)管理、存儲器管理、）資源管理功能：處理機(jī)管理、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理；設(shè)備管理、文件管理；2 2）人機(jī)交互功能。）人機(jī)交互功能。2022-5-102022-5-105 51.1 1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用 1.2 1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 1.3 1.3 操作系統(tǒng)的基

3、本特性操作系統(tǒng)的基本特性 1.4 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能 操作系統(tǒng)屬于軟件中的操作系統(tǒng)屬于軟件中的系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件, ,起到對系統(tǒng)資源進(jìn)起到對系統(tǒng)資源進(jìn)行管理和分配行管理和分配, ,提高運(yùn)行效率的作用。提高運(yùn)行效率的作用。2022-5-102022-5-106 61.1.1 1.1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.1.2 1.1.2 操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用1.1.3 1.1.3 推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力2022-5-102022-5-107 7計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件軟件硬件及固件硬件及固件( (裸機(jī)裸機(jī)) )應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件

4、系統(tǒng)軟件DBMS,DBMS,編譯軟件編譯軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)2022-5-102022-5-108 8計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具應(yīng)用軟件應(yīng)用用戶應(yīng)用開發(fā)人員操作系統(tǒng)開發(fā)人員緊貼系統(tǒng)硬件之上緊貼系統(tǒng)硬件之上, ,所有其他軟件之下所有其他軟件之下( (是其他軟件的是其他軟件的共同環(huán)境共同環(huán)境) )2022-5-102022-5-109 91.1.1 1.1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo) 目前存在著目前存在著多種類型多種類型的的OS,OS,不同類型的不同類型的OS,OS,其目其目標(biāo)各有所側(cè)重。通常在計(jì)算機(jī)硬件上配置的標(biāo)各有所側(cè)重。通常在計(jì)算機(jī)硬件上配置的OS,OS,其目其目標(biāo)有以下幾點(diǎn)標(biāo)有以下幾

5、點(diǎn): :有效性有效性方便性方便性 可擴(kuò)充性可擴(kuò)充性開放性開放性2022-5-102022-5-1010101.1.有效性有效性( (系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理的角度的角度) )操作系統(tǒng)要合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程操作系統(tǒng)要合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程, ,改善系統(tǒng)資改善系統(tǒng)資源的源的利用率利用率, ,提高系統(tǒng)的提高系統(tǒng)的吞吐量，吞吐量，從而使有限的資源完成更從而使有限的資源完成更多的任務(wù)。多的任務(wù)。 2.2.方便性方便性( (用戶用戶的角度的角度) )操作系統(tǒng)最終是要為用戶服務(wù)的。提供良好的、一致的操作系統(tǒng)最終是要為用戶服務(wù)的。提供良好的、一致的用戶接口用戶接口, ,彌補(bǔ)硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別彌補(bǔ)硬件系

6、統(tǒng)的類型和數(shù)量差別, ,使計(jì)算機(jī)更使計(jì)算機(jī)更容易容易使用。使用。 3.3.可擴(kuò)充性可擴(kuò)充性O(shè)SOS應(yīng)采用應(yīng)采用層次化層次化結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), ,以便于增加新的功能層次和以便于增加新的功能層次和模塊模塊, ,并能修改老的功能層次和模塊。并能修改老的功能層次和模塊。4.4.開放性開放性遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范, ,方便地實(shí)現(xiàn)互連方便地實(shí)現(xiàn)互連, ,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的可移植可移植性性和和互操作性互操作性。2022-5-102022-5-1011111.OS1.OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口用戶通過用戶通過OSOS使用使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。用戶在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。用戶在

7、OSOS幫助下幫助下, ,能夠方便、能夠方便、快捷、安全、可靠地操縱計(jì)算機(jī)硬件和運(yùn)行自己的程序。快捷、安全、可靠地操縱計(jì)算機(jī)硬件和運(yùn)行自己的程序。應(yīng)注意應(yīng)注意,OS,OS是一個(gè)系統(tǒng)軟件是一個(gè)系統(tǒng)軟件, ,因而這種接口是軟件接口。因而這種接口是軟件接口。命令方式命令方式聯(lián)機(jī)用戶接口聯(lián)機(jī)用戶接口( (命令命令) )脫機(jī)用戶接口脫機(jī)用戶接口( (批處理批處理) )系統(tǒng)調(diào)用方式系統(tǒng)調(diào)用方式形式上類似于過程調(diào)用形式上類似于過程調(diào)用, ,在應(yīng)用編程中使用在應(yīng)用編程中使用(API)(API)圖形、窗口方式圖形、窗口方式用戶通過屏幕上的窗口和圖標(biāo)來操縱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)行用戶通過屏幕上的窗口和圖標(biāo)來操縱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

8、和運(yùn)行自己的程序。自己的程序。1.1.2 1.1.2 操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用 Operating System2022-5-102022-5-101212圖圖1-1 OS1-1 OS作為接口的示意圖作為接口的示意圖 2022-5-102022-5-1013132.OS2.OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者計(jì)算機(jī)的資源包括：處理機(jī)、存儲器、計(jì)算機(jī)的資源包括：處理機(jī)、存儲器、I/OI/O設(shè)備設(shè)備及數(shù)據(jù)和程序等。及數(shù)據(jù)和程序等。: :資源的當(dāng)前狀態(tài)資源的當(dāng)前狀態(tài)( (數(shù)量和使用情況數(shù)量和使用情況) )、資源的資源的分配分配、回收回收和和訪問訪問操作操作, ,相應(yīng)管理策略相

9、應(yīng)管理策略( (包包括用戶權(quán)限括用戶權(quán)限) )處理機(jī)管理處理機(jī)管理存儲器管理存儲器管理 I/O設(shè)備設(shè)備管理管理文件管理文件管理2022-5-102022-5-1014143.3.OS實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)資源的抽象實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)資源的抽象 OS是擴(kuò)展機(jī)是擴(kuò)展機(jī)(extended machine)/虛擬機(jī)虛擬機(jī)(virtual machine)將覆蓋了軟件的機(jī)器稱為將覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)器擴(kuò)充機(jī)器或或虛機(jī)器。虛機(jī)器。 在裸機(jī)上添加在裸機(jī)上添加:設(shè)備管理、文件管理、存儲管理設(shè)備管理、文件管理、存儲管理(針對內(nèi)存和針對內(nèi)存和外存外存)、處理機(jī)管理、處理機(jī)管理(針對針對CPU)。在裸機(jī)上覆蓋一層在裸機(jī)上覆蓋

10、一層I/O設(shè)備管理軟件設(shè)備管理軟件,用戶便可以利用這用戶便可以利用這層層I/O設(shè)備管理軟件提供給用戶的接口來進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入設(shè)備管理軟件提供給用戶的接口來進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和輸出和輸出,那么用戶此時(shí)看到的計(jì)算機(jī)是一臺功能強(qiáng)大、使那么用戶此時(shí)看到的計(jì)算機(jī)是一臺功能強(qiáng)大、使用方便的計(jì)算機(jī)用方便的計(jì)算機(jī),但實(shí)際上但實(shí)際上,計(jì)算機(jī)的硬件絲毫沒有變化計(jì)算機(jī)的硬件絲毫沒有變化,這樣的計(jì)算機(jī)稱為軟件擴(kuò)充的機(jī)器這樣的計(jì)算機(jī)稱為軟件擴(kuò)充的機(jī)器,或稱或稱虛機(jī)器虛機(jī)器。 操作系統(tǒng)的操作系統(tǒng)的非非形式化定義形式化定義:系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件,程序模塊的集合程序模塊的集合,具有資源具有資源管理和用戶接口功能管理和用戶接口功能。20

11、22-5-102022-5-1015151.1.3 推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力 1. 不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)昂貴昂貴,用作集中計(jì)算。用作集中計(jì)算。2. 方便用戶方便用戶在一定程序上也是它的界面在一定程序上也是它的界面,風(fēng)格很方便用戶風(fēng)格很方便用戶,只需要只需要鼠標(biāo)點(diǎn)擊鼠標(biāo)點(diǎn)擊,很方便。很方便。 3. 器件的不斷更新?lián)Q代器件的不斷更新?lián)Q代 CPU的位寬度的位寬度(指令和數(shù)據(jù)指令和數(shù)據(jù))、快速外存、快速外存(摩爾定律摩爾定律)。4. 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展 從單處理機(jī)

12、到多處理機(jī)從單處理機(jī)到多處理機(jī);從單機(jī)從單機(jī)OS到網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)OS。2022-5-102022-5-1016161.1 1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1 1. .2 2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3 1.3 操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的基本特征1.4 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能1.5 1.5 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2022-5-102022-5-1017171.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2

13、.4 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展 2022-5-102022-5-1018181.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1.1.人工操作方式人工操作方式1946 50年代年代( (電子管電子管),),集中計(jì)算集中計(jì)算( (計(jì)算中心計(jì)算中心),),計(jì)算機(jī)資源計(jì)算機(jī)資源昂貴，用戶在計(jì)算機(jī)上算題的所有工作都要用戶人工干預(yù)昂貴，用戶在計(jì)算機(jī)上算題的所有工作都要用戶人工干預(yù), ,如程如程序的裝入、運(yùn)行、結(jié)果的輸出等。隨著計(jì)算機(jī)速度的加快序的裝入、運(yùn)行、結(jié)果的輸出等。隨著計(jì)算機(jī)

14、速度的加快, ,人機(jī)人機(jī)矛盾越來越大矛盾越來越大, ,直至無法容忍。必須尋求新的辦法。直至無法容忍。必須尋求新的辦法。 工作方式工作方式用戶用戶: :用戶既是程序員用戶既是程序員, ,又是操作員又是操作員; ;用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員; ;編程語言編程語言: :機(jī)器語言機(jī)器語言輸入輸出輸入輸出: :紙帶或卡片紙帶或卡片 計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)用戶獨(dú)占全機(jī)用戶獨(dú)占全機(jī): :不出現(xiàn)資源被其他用戶占用不出現(xiàn)資源被其他用戶占用, ,資源利用率低資源利用率低CPUCPU等待用戶等待用戶: :計(jì)算前計(jì)算前, ,手工裝入紙帶或卡片手工裝入紙帶或卡片; ;計(jì)算完成后計(jì)算完成后, ,手

15、手工卸取紙帶或卡片工卸取紙帶或卡片;CPU;CPU利用率低利用率低 用用戶戶 紙紙帶帶、卡卡片片 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī) 2022-5-102022-5-1019192. 2. 脫機(jī)輸入脫機(jī)輸入/ /輸出輸出(Off-Line I/O)方式方式 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(jī)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(jī), ,在在外圍機(jī)外圍機(jī)的控制下輸入到的控制下輸入到磁帶磁帶上上,CPU,CPU從從磁帶磁帶上讀入數(shù)據(jù)上讀入數(shù)據(jù); ;輸出過輸出過程正好相反。程正好相反。這種脫機(jī)這種脫機(jī)I/O方式的主要方式的主要優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)如下如下:(1)減少了減少了CPU的空閑時(shí)間。的空閑時(shí)間。 (2)提高

16、提高I/O速度。速度。 圖圖1-2 脫機(jī)脫機(jī)I/O2022-5-102022-5-102020主要矛盾主要矛盾計(jì)算機(jī)處理能力的提高計(jì)算機(jī)處理能力的提高, ,手工操作的低效率手工操作的低效率( (造成造成浪費(fèi)浪費(fèi)););用戶獨(dú)占全機(jī)的所有資源用戶獨(dú)占全機(jī)的所有資源; ;提高效率的途徑提高效率的途徑批處理批處理2022-5-102022-5-1021211.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2.4 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)

17、系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展 2022-5-102022-5-102222批處理技術(shù)批處理技術(shù)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對一批作業(yè)自動進(jìn)行處理的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對一批作業(yè)自動進(jìn)行處理的技術(shù)。技術(shù)。批處理系統(tǒng)批處理系統(tǒng)是指加載在計(jì)算機(jī)上的一個(gè)系統(tǒng)軟件是指加載在計(jì)算機(jī)上的一個(gè)系統(tǒng)軟件, ,在在它的控制下它的控制下, ,計(jì)算機(jī)能夠自動地成批地處理一個(gè)或多計(jì)算機(jī)能夠自動地成批地處理一個(gè)或多個(gè)用戶的作業(yè)。個(gè)用戶的作業(yè)。2022-5-102022-5-1023231.1.單道批處理系統(tǒng)的處理過程單道批處理系統(tǒng)的處理過程 圖圖1-3 1-3 單道批處理系統(tǒng)的處理流程單道批處理系統(tǒng)的處理流程

18、 2022-5-102022-5-1024242.2.單道批處理系統(tǒng)的單道批處理系統(tǒng)的特征特征 (1)自動性自動性 在順利的情況下在順利的情況下,磁帶上的一批作業(yè)能磁帶上的一批作業(yè)能自動地自動地逐個(gè)地依次運(yùn)逐個(gè)地依次運(yùn)行行,而無需人工干預(yù)而無需人工干預(yù)(2)順序性順序性 磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入內(nèi)存磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入內(nèi)存,完成順序完成順序與與進(jìn)入內(nèi)存進(jìn)入內(nèi)存順序順序相同相同(3)單道性單道性 內(nèi)存中只有一道程序運(yùn)行內(nèi)存中只有一道程序運(yùn)行 CPU和和I/O設(shè)備使用設(shè)備使用忙閑不均忙閑不均(取決于當(dāng)前作業(yè)的特性取決于當(dāng)前作業(yè)的特性) 對對計(jì)算計(jì)算為主的作業(yè)為主的作業(yè),外設(shè)空閑外設(shè)空閑

19、 對對I/O為主的作業(yè)為主的作業(yè),CPU空閑空閑2022-5-102022-5-1025251. 1. 多道程序設(shè)計(jì)的基本概念多道程序設(shè)計(jì)的基本概念在該系統(tǒng)中在該系統(tǒng)中, ,用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個(gè)隊(duì)列排成一個(gè)隊(duì)列, ,稱為稱為“后備隊(duì)列后備隊(duì)列”; ;然后然后, ,由由作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊(duì)列中選程序按一定的算法從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存, ,使它們共享使它們共享CPUCPU和系統(tǒng)中的各和系統(tǒng)中的各種資源。種資源。即即把一個(gè)以上的作業(yè)（程序）存放在主存中，并且把一個(gè)以上的作業(yè)（程序）存放在主存中

20、，并且同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，共享處理機(jī)時(shí)間和外部設(shè)備等其同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)，共享處理機(jī)時(shí)間和外部設(shè)備等其他資源的方法。他資源的方法。2022-5-102022-5-102626圖圖1-4 1-4 單道和多道程序運(yùn)行情況單道和多道程序運(yùn)行情況 |CPU|CPU空閑空閑 |CPU|CPU空閑空閑|t1t2t3t4t5t6t7t8結(jié)束中斷I/O 完成啟動 I/OI/O 中斷請求I/O 完成啟動 I/OI/O 中斷請求用戶程序監(jiān)督程序I/O 操作(a) 單道程序運(yùn)行情況程序A程序A I/O 請求程序A I/O 完成程序B程序B I/O 請求程序C程序C I/O 請求程序D程序D I/O 請求C I/O 完成

21、C 再被調(diào)度程序B I/O 完成程序A再被調(diào)度程序A程序B程序C程序D調(diào)度程序(b) 四道程序運(yùn)行情況A完成結(jié)束中斷2022-5-102022-5-1027272.2.多道批處理系統(tǒng)的特征多道批處理系統(tǒng)的特征 (1)(1)多道性多道性 內(nèi)存中內(nèi)存中同時(shí)同時(shí)存放幾個(gè)作業(yè)存放幾個(gè)作業(yè), ,并允許并發(fā)執(zhí)行并允許并發(fā)執(zhí)行, ,從而有從而有效地提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。效地提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。(2)(2)無序性無序性 多個(gè)作業(yè)完成的先后順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之多個(gè)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。間無嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系。(3)(3)調(diào)度性調(diào)度性 作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度, ,從

22、后備隊(duì)列進(jìn)入內(nèi)存從后備隊(duì)列進(jìn)入內(nèi)存; ;進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度, ,分配處分配處理機(jī)運(yùn)行。理機(jī)運(yùn)行。(4)(4)宏觀上并行、微觀上并發(fā)。宏觀上并行、微觀上并發(fā)。2022-5-102022-5-1028283.3.多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :資源利用率高資源利用率高:CPU、內(nèi)存和、內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率較高設(shè)備利用率較高; 系統(tǒng)吞吐量大系統(tǒng)吞吐量大:單位時(shí)間內(nèi)完成的工作總量大。單位時(shí)間內(nèi)完成的工作總量大。缺點(diǎn)缺點(diǎn): :平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長: :短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長; ;無交互能力無交互能力: :整個(gè)作業(yè)完成后或中間出錯時(shí)整個(gè)作業(yè)完成

23、后或中間出錯時(shí), ,才與用戶才與用戶交互交互, ,不利于調(diào)試和修改不利于調(diào)試和修改; ;2022-5-102022-5-1029294.4.多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題 (1)(1)處理機(jī)管理問題處理機(jī)管理問題( (第第3 3章章) ) 分配分配( (回收回收) )處理機(jī)共享資源處理機(jī)共享資源, ,既滿足程序需要既滿足程序需要, ,又提高又提高利用率。利用率。(2)(2)內(nèi)存管理問題內(nèi)存管理問題( (第第4 4章章) ) 分配內(nèi)存以分配內(nèi)存以”各得其所各得其所”, ,且不因相互重迭而丟失信息。且不因相互重迭而丟失信息。(3)(3)I/OI/O設(shè)備管理問題設(shè)備管理問題

24、( (第第5 5章章) ) 既方便用戶使用既方便用戶使用I/OI/O設(shè)備設(shè)備, ,又提高設(shè)備利用率。又提高設(shè)備利用率。(4)(4)文件管理問題文件管理問題( (第第6 6章章) ) 組織程序和數(shù)據(jù)組織程序和數(shù)據(jù), ,便于用戶使用便于用戶使用, ,保證數(shù)據(jù)的安全性和保證數(shù)據(jù)的安全性和一致性。一致性。(5)(5)作業(yè)管理問題作業(yè)管理問題( (第第3 3章章) ) 對各種應(yīng)用程序進(jìn)行組織。對各種應(yīng)用程序進(jìn)行組織。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源,合理地對合理地對各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度,以及方便用戶使用的程序集合。以及方便用戶使用的程序

25、集合。2022-5-102022-5-1030302022-5-102022-5-1031311.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2.4 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展2022-5-102022-5-1032321. 1. 分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生 推動分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力推動分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力, , 是是用戶的需求用戶的需求。用戶的需求

26、具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面用戶的需求具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: : (1)(1)人機(jī)交互。人機(jī)交互。( (對程序進(jìn)行調(diào)試、修改等直接控制對程序進(jìn)行調(diào)試、修改等直接控制) ) (2)(2)共享主機(jī)。共享主機(jī)。( (主機(jī)貴主機(jī)貴, ,提高資源利用率提高資源利用率) ) (3)(3)便于用戶上機(jī)。便于用戶上機(jī)。( (作業(yè)直接從終端進(jìn)入作業(yè)直接從終端進(jìn)入, ,并能控制并能控制) )2022-5-102022-5-103333分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng): :指在一臺計(jì)算機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的指在一臺計(jì)算機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端終端, ,同時(shí)允許多個(gè)用戶共享主機(jī)中的資源同時(shí)允許多個(gè)用戶共享主機(jī)中的資

27、源, ,每個(gè)用戶都可每個(gè)用戶都可通過自己的終端以交互方式使用計(jì)算機(jī)。通過自己的終端以交互方式使用計(jì)算機(jī)。2022-5-102022-5-103434把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源(尤其是尤其是CPU時(shí)間時(shí)間)進(jìn)行進(jìn)行時(shí)間上的分割時(shí)間上的分割,每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)時(shí)間片時(shí)間片(time slice),每個(gè)用戶依次輪流使用時(shí)間片。每個(gè)用戶依次輪流使用時(shí)間片?！胺謺r(shí)分時(shí)”的含義是指多個(gè)用戶分享使用同一的含義是指多個(gè)用戶分享使用同一臺計(jì)算機(jī)臺計(jì)算機(jī);多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源;滿足用戶需要。滿足用戶需要。2022-5-102022-5-10353

28、52.2.分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題 為實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng), , 最關(guān)鍵的問題最關(guān)鍵的問題是如何使用戶能與自是如何使用戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互己的作業(yè)進(jìn)行交互, ,即當(dāng)用戶在自己的終端上鍵入命令時(shí)即當(dāng)用戶在自己的終端上鍵入命令時(shí), , 系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)接收并及時(shí)處理該命令系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)接收并及時(shí)處理該命令, ,再將結(jié)果返回給用再將結(jié)果返回給用戶。此后戶。此后, ,用戶可繼續(xù)鍵入下一條命令用戶可繼續(xù)鍵入下一條命令, ,此即人此即人機(jī)交互。機(jī)交互。應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出, ,即使有多個(gè)用戶同時(shí)通過自己的鍵盤鍵入命即使有多個(gè)用戶同時(shí)通過自己的鍵盤鍵入命令令, ,系統(tǒng)也應(yīng)能全部地

29、系統(tǒng)也應(yīng)能全部地及時(shí)接收及時(shí)接收并并及時(shí)處理及時(shí)處理。(1)(1)及時(shí)接收。及時(shí)接收。( (需配置多路卡需配置多路卡, ,同時(shí)接收各終端數(shù)據(jù)同時(shí)接收各終端數(shù)據(jù)) )(2)(2)及時(shí)處理。及時(shí)處理。( (在不長的時(shí)間能響應(yīng)用戶命令在不長的時(shí)間能響應(yīng)用戶命令) ) 2022-5-102022-5-1036363.3.分時(shí)系統(tǒng)的特征分時(shí)系統(tǒng)的特征 多路性多路性宏觀上多個(gè)用戶同時(shí)工作宏觀上多個(gè)用戶同時(shí)工作, ,微觀上微觀上多個(gè)終端多個(gè)終端輪轉(zhuǎn)時(shí)間片。輪轉(zhuǎn)時(shí)間片。 獨(dú)立性獨(dú)立性每個(gè)用戶一臺終端每個(gè)用戶一臺終端, ,互不干擾互不干擾, ,感覺像一個(gè)人獨(dú)占計(jì)算機(jī)感覺像一個(gè)人獨(dú)占計(jì)算機(jī) 及時(shí)性及時(shí)性用戶請求應(yīng)

30、盡快得到響應(yīng)用戶請求應(yīng)盡快得到響應(yīng)(1-3(1-3秒秒) ) 交互性交互性用戶可通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對話用戶可通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對話2022-5-102022-5-1037371.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2.4 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展 2022-5-102022-5-1038381.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)(Rea

31、l-Time System) “ “實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)”, ,即表示即表示“及時(shí)及時(shí)”, ,而而實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(shí)是指系統(tǒng)能及時(shí)( (或即時(shí)或即時(shí)) )響應(yīng)外部事件的請求響應(yīng)外部事件的請求, ,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對該事在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對該事件的處理件的處理, ,并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。調(diào)一致地運(yùn)行。 要求要求: :響應(yīng)時(shí)間短響應(yīng)時(shí)間短, ,在一定范圍之內(nèi)在一定范圍之內(nèi); ;系統(tǒng)可靠性高系統(tǒng)可靠性高1.1.應(yīng)用需求應(yīng)用需求 (1)(1)實(shí)時(shí)控制。包括實(shí)時(shí)控制。包括: :生產(chǎn)控制和武器控制。生產(chǎn)控制和武器控制。 (2)(2)實(shí)時(shí)信息處理。例實(shí)時(shí)信息處理。例: :信

32、息采集和訂票信息采集和訂票2022-5-102022-5-1039392.2.實(shí)時(shí)任務(wù)實(shí)時(shí)任務(wù) (1)(1)按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性周期性來劃分來劃分周期性周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。例實(shí)時(shí)任務(wù)。例: :信息采集。信息采集。 非周期性非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。實(shí)時(shí)任務(wù)。 外部設(shè)備所發(fā)出的激勵信號并無明顯的周期性外部設(shè)備所發(fā)出的激勵信號并無明顯的周期性, ,但但都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間(Deadline)(Deadline)。它又可分為。它又可分為: :開始開始截止時(shí)間截止時(shí)間( (最晚開始最晚開始時(shí)間時(shí)間) )任務(wù)在某時(shí)間以前任務(wù)在某時(shí)間以前必須開必須開始執(zhí)行始執(zhí)行;

33、 ;完成完成截止時(shí)間截止時(shí)間( (最晚完成最晚完成時(shí)間時(shí)間) )任務(wù)在某時(shí)間以前任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成。必須完成。 2022-5-102022-5-104040(2)(2) 根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃分根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃分 硬硬實(shí)時(shí)任務(wù)實(shí)時(shí)任務(wù)( (hard real-time task) )。 系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對截止時(shí)間截止時(shí)間的要求的要求, ,否則可能出現(xiàn)難否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測的結(jié)果。以預(yù)測的結(jié)果。 軟軟實(shí)時(shí)任務(wù)實(shí)時(shí)任務(wù)( (Soft real-time task) )。 它也聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間它也聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間, , 但并但并不嚴(yán)格不嚴(yán)格, ,若偶若偶爾錯過了

34、爾錯過了任務(wù)的截止時(shí)間任務(wù)的截止時(shí)間, , 對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會太大。對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會太大。 2022-5-102022-5-1041413.3.實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較 (1)(1)多路性多路性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng): :表現(xiàn)為對表現(xiàn)為對多個(gè)對象多個(gè)對象的信息采集和控制。分時(shí)系的信息采集和控制。分時(shí)系統(tǒng)統(tǒng): :為多個(gè)為多個(gè)終端終端服務(wù)。服務(wù)。(2)(2)獨(dú)立性獨(dú)立性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng): :表現(xiàn)為對多個(gè)對象的表現(xiàn)為對多個(gè)對象的互不干擾互不干擾( (分別為溫度、壓分別為溫度、壓力采集力采集) )。分時(shí)系統(tǒng)。分時(shí)系統(tǒng): :每個(gè)用戶每個(gè)用戶獨(dú)占獨(dú)占主機(jī)。主機(jī)。(3

35、)(3)及時(shí)性及時(shí)性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng): :在在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對外部事件響應(yīng)。分時(shí)系統(tǒng)對外部事件響應(yīng)。分時(shí)系統(tǒng): :在在一定時(shí)間一定時(shí)間處理各個(gè)終端用戶作業(yè)。處理各個(gè)終端用戶作業(yè)。(4)(4)交互性交互性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng): :一般情況下一般情況下無無交互性。分時(shí)系統(tǒng)交互性。分時(shí)系統(tǒng): :有有交互引入。交互引入。(5)(5)可靠性可靠性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng): :要求要求高度高度可靠。分時(shí)系統(tǒng)可靠。分時(shí)系統(tǒng): :可靠性可靠性低低。2022-5-102022-5-1042421.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理

36、系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2.4 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展2022-5-102022-5-104343配置在微機(jī)上的配置在微機(jī)上的OS1.2.6 1.2.6 微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶單任務(wù)單用戶單任務(wù)OS：CP/M、MS-DOS單用戶多任務(wù)單用戶多任務(wù)OS：WINDOWS多用戶多任務(wù)多用戶多任務(wù)OS：UNIX、Linux2022-5-102022-5-1044441.1 1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2 1.2 操作系

37、統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3 1.3 操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的基本特征1 1. .4 4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能1 1. .5 5 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2022-5-102022-5-1045451.3.1 并發(fā)（并發(fā)（Concurrence）1.3.2 共享（共享（Sharing）1.3.3 虛擬（虛擬（Virtual）1.3.4 異步性（異步性（Asynchronism）“大家都前進(jìn)了大家都前進(jìn)了”“一件東西大家用一件東西大家用”“變物理為邏輯變物理為邏輯”“你走我停，走走停停你走我停，走走停?！?022-5-102022-5-1046461.3

38、1.3 操作系統(tǒng)的基本特性操作系統(tǒng)的基本特性 1.3.1 1.3.1 并發(fā)并發(fā)(Concurrence) (Concurrence) 并行性并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事是指兩個(gè)或多個(gè)事件在件在同一時(shí)刻同一時(shí)刻發(fā)生發(fā)生; ;并發(fā)性并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。發(fā)生。時(shí)間時(shí)間B BA A時(shí)間時(shí)間B BA A2022-5-102022-5-104747并發(fā)并發(fā)：即：即宏觀宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)有多道程序在上在一段時(shí)間內(nèi)有多道程序在同時(shí)同時(shí)運(yùn)運(yùn)行行, ,在在微觀微觀上上, ,這些程序是在這些程序是在交替交替執(zhí)行的。執(zhí)行的。為使為使程序程序能并發(fā)執(zhí)行能并發(fā)執(zhí)行,

39、,為每個(gè)程序建立為每個(gè)程序建立進(jìn)程進(jìn)程。 進(jìn)程進(jìn)程是能獨(dú)立運(yùn)行并作為作資源分配的基本單是能獨(dú)立運(yùn)行并作為作資源分配的基本單位位, ,是活動實(shí)體。是活動實(shí)體。 引入引入線程線程后后, ,進(jìn)程是分配資源的基本單位進(jìn)程是分配資源的基本單位, ,線程線程作為獨(dú)立運(yùn)行的基本單位。作為獨(dú)立運(yùn)行的基本單位。2022-5-102022-5-1048481.3.1 并發(fā)（并發(fā)（Concurrence）1.3.2 共享（共享（Sharing）1.3.3 虛擬（虛擬（Virtual）1.3.4 異步性（異步性（Asynchronism）2022-5-102022-5-1049491.3.2 1.3.2 共享共享(S

40、haring)(Sharing) 在操作系統(tǒng)環(huán)境下在操作系統(tǒng)環(huán)境下, ,所謂所謂共享共享是指系統(tǒng)中的資源可是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程( (線程線程) )共同使用。共同使用。2022-5-102022-5-1050501. 1. 互斥共享方式互斥共享方式 在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源稱為稱為臨界資源或獨(dú)占資源臨界資源或獨(dú)占資源。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)備備, ,以及以及棧棧、變量變量和和表格表格, ,都屬于臨界資源都屬于臨界資源, ,它們要求它們要求被互斥地共享。被互斥地共享。

41、由于資源屬性的不同由于資源屬性的不同, ,進(jìn)程對進(jìn)程對資源共享的方式資源共享的方式也也不同不同, ,目前目前主要有以下主要有以下兩種兩種資源共享方式。資源共享方式。2022-5-102022-5-105151 2. 2. 同時(shí)訪問方式同時(shí)訪問方式 所謂的所謂的“同時(shí)同時(shí)”往往是宏觀上的往往是宏觀上的, ,而在微觀上而在微觀上, ,這些進(jìn)程可能是交替地對該資源進(jìn)行訪問。這些進(jìn)程可能是交替地對該資源進(jìn)行訪問。典型的典型的可供多個(gè)進(jìn)程可供多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)同時(shí)”訪問的資源是訪問的資源是磁盤磁盤設(shè)備。設(shè)備。 并發(fā)并發(fā)和和共享共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征。是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征。 并發(fā)和共享的關(guān)系

42、。2022-5-102022-5-1052521.3.1 并發(fā)（并發(fā)（Concurrence）1.3.2 共享（共享（Sharing）1.3.3 虛擬（虛擬（Virtual）1.3.4 異步性（異步性（Asynchronism）2022-5-102022-5-1053531.3.3 1.3.3 虛擬虛擬(Virtual)(Virtual) 操作系統(tǒng)中的所謂操作系統(tǒng)中的所謂“虛擬虛擬”, ,是指通過某種技是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對應(yīng)物術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對應(yīng)物。相。相應(yīng)地應(yīng)地, ,用于實(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù), ,稱為稱為虛擬技術(shù)虛擬技術(shù)。在。在OS

43、OS中中利用了多種虛擬技術(shù)利用了多種虛擬技術(shù), ,分別用來實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)、分別用來實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、虛擬內(nèi)存、 虛擬外部設(shè)備和虛擬信道等。虛擬外部設(shè)備和虛擬信道等。CPUCPU每個(gè)用戶（進(jìn)程）的每個(gè)用戶（進(jìn)程）的“虛處理機(jī)虛處理機(jī)“( (分時(shí)系分時(shí)系統(tǒng)統(tǒng)) )存儲器存儲器虛擬存儲器虛擬存儲器打印設(shè)備打印設(shè)備將臨界資源變?yōu)橥瑫r(shí)訪問資源將臨界資源變?yōu)橥瑫r(shí)訪問資源2022-5-102022-5-1054541.3.1 并發(fā)（并發(fā)（Concurrence）1.3.2 共享（共享（Sharing）1.3.3 虛擬（虛擬（Virtual）1.3.4 異步性（異步性（Asynchronism）202

44、2-5-102022-5-1055551.3.4 1.3.4 異步性異步性(Asynchronism(Asynchronism) ) 由于資源等因素的限制由于資源等因素的限制, ,使進(jìn)程的執(zhí)行通常都不是使進(jìn)程的執(zhí)行通常都不是“一一氣呵成氣呵成”, ,而是以而是以“停停走走停停走走”的方式運(yùn)行。的方式運(yùn)行。進(jìn)程進(jìn)程是以人們是以人們不可預(yù)知不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)的速度向前推進(jìn), ,此即進(jìn)程的異步性。此即進(jìn)程的異步性。 很可能是先進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)后完成，而后進(jìn)入內(nèi)存的作很可能是先進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)后完成，而后進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)先完成，或者說，進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。業(yè)先完成，或者說，進(jìn)程是以人們不

45、可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。2022-5-102022-5-1056561.1 1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2 1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3 1.3 操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的基本特征1 1. .4 4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能2022-5-102022-5-1057571.4 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能 操作系統(tǒng)是用戶與硬件之間的橋梁操作系統(tǒng)是用戶與硬件之間的橋梁, ,它主要負(fù)它主要負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有資源責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有資源, ,并負(fù)責(zé)它們的調(diào)并負(fù)責(zé)它們的調(diào)度和使用度和使用, ,充分發(fā)揮這些資源的作用和方

46、便用戶使充分發(fā)揮這些資源的作用和方便用戶使用計(jì)算機(jī)。用計(jì)算機(jī)。從從資源管理資源管理的角度來看的角度來看, ,操作系統(tǒng)的功能主要有操作系統(tǒng)的功能主要有1.4.1 1.4.1 處理機(jī)管理功能處理機(jī)管理功能1.4.2 1.4.2 存儲器管理功能存儲器管理功能1.4.3 1.4.3 設(shè)備管理功能設(shè)備管理功能1.4.4 1.4.4 文件管理功能文件管理功能1.4.5 1.4.5 用戶接口用戶接口2022-5-102022-5-1058581處理機(jī)管理的功能處理機(jī)管理的功能進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信、調(diào)度進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信、調(diào)度2存儲器管理的功能存儲器管理的功能內(nèi)存分配、內(nèi)存保護(hù)、地址映射內(nèi)存

47、分配、內(nèi)存保護(hù)、地址映射邏輯地址、物理地址的定義邏輯地址、物理地址的定義3設(shè)備管理的功能設(shè)備管理的功能緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理、設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理、設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備4文件管理的功能文件管理的功能文件存儲空間的管理、目錄管理、文件的讀、寫管理和存文件存儲空間的管理、目錄管理、文件的讀、寫管理和存取控制取控制5接口管理接口管理命令接口、程序接口、圖形接口命令接口、程序接口、圖形接口2022-5-102022-5-1059591.4 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能 1.4.1 1.4.1 處理機(jī)管理功能處理機(jī)管理功能 1. 1. 進(jìn)程控制進(jìn)程控制

48、創(chuàng)建、撤銷、掛起等主動改變進(jìn)程的狀態(tài)創(chuàng)建、撤銷、掛起等主動改變進(jìn)程的狀態(tài); ;在現(xiàn)代在現(xiàn)代OSOS中中, ,進(jìn)行控制還應(yīng)具有為一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建和撤消線程的功能。進(jìn)行控制還應(yīng)具有為一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建和撤消線程的功能。 處理機(jī)管理的處理機(jī)管理的主要任務(wù)主要任務(wù)是對處理機(jī)進(jìn)行分配是對處理機(jī)進(jìn)行分配, ,并對其運(yùn)行進(jìn)并對其運(yùn)行進(jìn)行有效的控制和管理。在多道程序環(huán)境下行有效的控制和管理。在多道程序環(huán)境下, ,處理機(jī)的分配和運(yùn)行處理機(jī)的分配和運(yùn)行都是以都是以進(jìn)程進(jìn)程為單位為單位, ,所以對處理機(jī)的管理可理解為對進(jìn)程的管理。所以對處理機(jī)的管理可理解為對進(jìn)程的管理。2022-5-102022-5-1060602. 2.

49、進(jìn)程同步進(jìn)程同步 協(xié)調(diào)并發(fā)進(jìn)程之間的推進(jìn)步驟協(xié)調(diào)并發(fā)進(jìn)程之間的推進(jìn)步驟, ,以協(xié)調(diào)資源共享以協(xié)調(diào)資源共享; ;交交換信息能力弱換信息能力弱互斥方式互斥方式 諸進(jìn)程訪問臨界資源時(shí)采用這種方式諸進(jìn)程訪問臨界資源時(shí)采用這種方式同步方式同步方式 在相互合作完成任務(wù)的進(jìn)程之間由同步機(jī)構(gòu)在相互合作完成任務(wù)的進(jìn)程之間由同步機(jī)構(gòu)對執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)對執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)2022-5-102022-5-1061613. 3. 進(jìn)程通信進(jìn)程通信進(jìn)程之間傳送數(shù)據(jù)進(jìn)程之間傳送數(shù)據(jù), ,以協(xié)調(diào)進(jìn)程間的協(xié)作以協(xié)調(diào)進(jìn)程間的協(xié)作; ;交換信息交換信息能力強(qiáng)能力強(qiáng), ,也可以用來協(xié)調(diào)進(jìn)程之間的推進(jìn)。包括直接通信方也可以用來協(xié)調(diào)進(jìn)程之

50、間的推進(jìn)。包括直接通信方式和間接通信方式。式和間接通信方式。如如, ,輸入進(jìn)程、計(jì)算進(jìn)程、打印進(jìn)程之間的通信輸入進(jìn)程、計(jì)算進(jìn)程、打印進(jìn)程之間的通信2022-5-102022-5-1062624. 4. 調(diào)度調(diào)度作業(yè)調(diào)度從外存調(diào)入內(nèi)存作業(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(duì)列中選一個(gè)分配處理進(jìn)程調(diào)度是從內(nèi)存中的進(jìn)程就緒隊(duì)列中選一個(gè)分配處理機(jī)機(jī)2022-5-102022-5-1063631.4 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能 1.4.1 1.4.1 處理機(jī)管理功能處理機(jī)管理功能1.4.2 1.4.2 存儲器管理功能存儲器管理功能1.4.3 1.4.3 設(shè)備管理功能設(shè)備管理

51、功能1.4.4 1.4.4 文件管理功能文件管理功能1.4.5 1.4.5 用戶接口用戶接口2022-5-102022-5-1064641.4.2 1.4.2 存儲器管理功能存儲器管理功能 1.1.內(nèi)存分配內(nèi)存分配 OS OS在實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配時(shí)在實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配時(shí), ,可采取可采取靜態(tài)靜態(tài)和和動態(tài)動態(tài)兩種方式。兩種方式。 靜態(tài)分配靜態(tài)分配: :每個(gè)作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)每個(gè)作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入裝入時(shí)確定的時(shí)確定的; ;在作業(yè)裝入后的整個(gè)運(yùn)行期間在作業(yè)裝入后的整個(gè)運(yùn)行期間, ,不允許該作業(yè)再申請新的內(nèi)不允許該作業(yè)再申請新的內(nèi)存空間存空間, ,也不允許作業(yè)在內(nèi)存中也不允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動移動”;

52、 ; 動態(tài)分配動態(tài)分配: :每個(gè)作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間每個(gè)作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間, ,也是在裝也是在裝入時(shí)確定的入時(shí)確定的, ,但允許作業(yè)在但允許作業(yè)在運(yùn)行運(yùn)行過程中過程中, ,繼續(xù)申請新的附加繼續(xù)申請新的附加內(nèi)存內(nèi)存空間空間, ,以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動態(tài)增漲以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動態(tài)增漲, ,也允許作業(yè)在內(nèi)也允許作業(yè)在內(nèi)存中存中“移動移動”。 管理目標(biāo)管理目標(biāo): :提高提高利用率利用率、方便方便用戶使用、提供足夠的用戶使用、提供足夠的存存儲空間儲空間、方便方便進(jìn)程并發(fā)運(yùn)行。進(jìn)程并發(fā)運(yùn)行。2022-5-102022-5-106565 為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配, ,在內(nèi)存分配的機(jī)制中應(yīng)具有

53、在內(nèi)存分配的機(jī)制中應(yīng)具有這樣的結(jié)構(gòu)和功能這樣的結(jié)構(gòu)和功能: : 內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu): :該結(jié)構(gòu)用于記錄內(nèi)存空間該結(jié)構(gòu)用于記錄內(nèi)存空間的使用情況的使用情況, ,作為內(nèi)存分配的依據(jù)作為內(nèi)存分配的依據(jù); ; 內(nèi)存分配功能內(nèi)存分配功能: :系統(tǒng)按照一定的內(nèi)存分配算法系統(tǒng)按照一定的內(nèi)存分配算法, , 為用戶程序分配內(nèi)存空間為用戶程序分配內(nèi)存空間; ; 內(nèi)存回收功能內(nèi)存回收功能: :系統(tǒng)對于系統(tǒng)對于用戶不再需要的內(nèi)存用戶不再需要的內(nèi)存, ,通過用戶的釋放請求通過用戶的釋放請求, ,去完成系統(tǒng)的回收功能。去完成系統(tǒng)的回收功能。 2022-5-102022-5-1066662. 2. 內(nèi)存保護(hù)內(nèi)

54、存保護(hù) 內(nèi)存保護(hù)的內(nèi)存保護(hù)的主要任務(wù)主要任務(wù), ,是確保每道用戶程序都只在自己的是確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運(yùn)行內(nèi)存空間內(nèi)運(yùn)行, ,彼此彼此互不干擾互不干擾。 為了確保每道程序都只在自己的內(nèi)存區(qū)中運(yùn)行為了確保每道程序都只在自己的內(nèi)存區(qū)中運(yùn)行, ,必須設(shè)置必須設(shè)置內(nèi)存保護(hù)機(jī)制。一種比較簡單的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制內(nèi)存保護(hù)機(jī)制。一種比較簡單的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制, ,是設(shè)置是設(shè)置兩個(gè)界兩個(gè)界限寄存器限寄存器, ,分別用于存放正在執(zhí)行程序的上界和下界。越界檢分別用于存放正在執(zhí)行程序的上界和下界。越界檢查都由查都由硬件硬件實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然當(dāng)然, ,對發(fā)生越界后的處理對發(fā)生越界后的處理, ,還須與軟件配還須與

55、軟件配合來完成。合來完成。 2022-5-102022-5-106767下界寄存器下界寄存器 存放程序裝入內(nèi)存后的開始地址（首址）存放程序裝入內(nèi)存后的開始地址（首址）上界寄存器上界寄存器 存放程序裝入內(nèi)存后的末地址存放程序裝入內(nèi)存后的末地址判別式判別式：下界寄存器下界寄存器 物理地址物理地址 上界寄存器上界寄存器2022-5-102022-5-1068683. 3. 地址映射地址映射程序中的地址稱為程序中的地址稱為“邏輯地址邏輯地址”或或“相對地址相對地址”, ,這些這些程序的地址都是從程序的地址都是從“0”0”開始的開始的, ,程序中的其它地址都是程序中的其它地址都是相對相對于起始地址計(jì)算的

56、于起始地址計(jì)算的內(nèi)存中單元的地址稱為內(nèi)存中單元的地址稱為 物理地址物理地址“, ,由內(nèi)存中的一系由內(nèi)存中的一系列單元所限定的地址范圍列單元所限定的地址范圍多道程序下多道程序下, ,進(jìn)程裝入內(nèi)存后要由進(jìn)程裝入內(nèi)存后要由邏輯地址邏輯地址到到內(nèi)存內(nèi)存物理物理地址地址進(jìn)行變換進(jìn)行變換, ,該功能應(yīng)在該功能應(yīng)在硬件硬件的支持下完成。的支持下完成。2022-5-102022-5-1069694. 4. 內(nèi)存擴(kuò)充內(nèi)存擴(kuò)充借助于借助于虛擬存儲技術(shù)虛擬存儲技術(shù), ,從從邏輯邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容量上去擴(kuò)充內(nèi)存容量, ,借助借助于虛擬存儲技術(shù)。于虛擬存儲技術(shù)。改善了系統(tǒng)的性能改善了系統(tǒng)的性能, ,基本上不增加硬件投資

57、?；旧喜辉黾佑布顿Y。請求調(diào)入功能。請求調(diào)入功能。置換功能。置換功能。2022-5-102022-5-1070701.4 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能 1.4.1 1.4.1 處理機(jī)管理功能處理機(jī)管理功能1.4.2 1.4.2 存儲器管理功能存儲器管理功能1.4.3 1.4.3 設(shè)備管理功能設(shè)備管理功能1.4.4 1.4.4 文件管理功能文件管理功能1.4.5 1.4.5 用戶接口用戶接口2022-5-102022-5-1071711.4.3 1.4.3 設(shè)備管理功能設(shè)備管理功能 設(shè)備管理的設(shè)備管理的主要任務(wù)主要任務(wù)是是, ,完成用戶進(jìn)程提出的完成用戶進(jìn)程提出的I/OI/O請

58、請求求; ;為用戶進(jìn)程分配其所需的為用戶進(jìn)程分配其所需的I/OI/O設(shè)備設(shè)備; ;提高提高CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備設(shè)備的利用率的利用率; ;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(shè)備。設(shè)備。 2022-5-102022-5-1072721. 1. 緩沖管理緩沖管理匹配匹配CPUCPU和外設(shè)的速度和外設(shè)的速度, ,提高兩者的利用率（單緩沖區(qū)、提高兩者的利用率（單緩沖區(qū)、雙緩沖區(qū)和公用緩沖雙緩沖區(qū)和公用緩沖池池）最常見的緩沖區(qū)機(jī)制有最常見的緩沖區(qū)機(jī)制有單緩沖機(jī)制單緩沖機(jī)制、能實(shí)現(xiàn)雙向同時(shí)、能實(shí)現(xiàn)雙向同時(shí)傳送數(shù)據(jù)的傳送數(shù)據(jù)的雙緩沖機(jī)制雙緩沖機(jī)制, ,循環(huán)緩沖循

59、環(huán)緩沖以及能供多個(gè)設(shè)備同時(shí)以及能供多個(gè)設(shè)備同時(shí)使用的使用的公用緩沖池公用緩沖池機(jī)制。機(jī)制。 2022-5-102022-5-1073732.2.設(shè)備分配設(shè)備分配 根據(jù)用戶請求根據(jù)用戶請求, ,分配分配I/OI/O設(shè)備及相應(yīng)的設(shè)備及相應(yīng)的控制器控制器和和通道通道。2022-5-102022-5-1074743. 3. 設(shè)備處理設(shè)備處理 設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)備驅(qū)動程序。其。其基本任務(wù)基本任務(wù)是用于是用于實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)CPUCPU和和設(shè)備控制器設(shè)備控制器之間的通信之間的通信, ,即由即由CPUCPU向設(shè)備控制器發(fā)出向設(shè)備控制器發(fā)出I/OI/O命令命令, ,要求它完成指定的要求

60、它完成指定的I/OI/O操作操作; ;反之由反之由CPUCPU接收從控制器接收從控制器發(fā)來的中斷請求發(fā)來的中斷請求, ,并給予迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。并給予迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。 處理過程處理過程是是: :設(shè)備處理程序首先檢查設(shè)備處理程序首先檢查I/OI/O請求的合法性請求的合法性, ,了了解設(shè)備狀態(tài)是否是空閑的解設(shè)備狀態(tài)是否是空閑的, ,了解有關(guān)的傳遞參數(shù)及設(shè)置設(shè)備的了解有關(guān)的傳遞參數(shù)及設(shè)置設(shè)備的工作方式。然后工作方式。然后, ,便向設(shè)備控制器發(fā)出便向設(shè)備控制器發(fā)出I/OI/O命令命令, ,啟動啟動I/OI/O設(shè)備設(shè)備去完成指定的去完成指定的I/OI/O操作。設(shè)備驅(qū)動程序還應(yīng)能及時(shí)響應(yīng)由控