實(shí)驗(yàn)二模擬頁面置換過程5b15d第一章引論

1、操作系統(tǒng)教程課件第 1頁第一章 引論1.1 操作系統(tǒng)概念1.2 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3 操作系統(tǒng)的分類1.4 操作系統(tǒng)的功能1.5 操作系統(tǒng)的特征和作用1.6 本章小結(jié)操作系統(tǒng)教程課件第 2頁1. 1 操作系統(tǒng)概念 任何一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是由兩部分組成：計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件。為了對(duì)硬件的性能加以擴(kuò)充和完善，為了方便用戶上機(jī)，在硬件外添加了能實(shí)現(xiàn)各種功能的軟件程序。在這些軟件中有一個(gè)很重要的軟件系統(tǒng)稱為操作系統(tǒng)，它管理系統(tǒng)中所有的軟硬件資源，并組織控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的工作流程。 軟件一般可以分為以下幾類：（1）系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、編譯程序、程序設(shè)計(jì)語言、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)的程序。（

2、2）應(yīng)用軟件：應(yīng)用程序及軟件包等。（3）工具軟件：各種診斷程序、檢查程序、引導(dǎo)程序、實(shí)用程序等。 操作系統(tǒng)教程課件第 3頁 硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有硬件就不能執(zhí)行指令和實(shí)施最原始、最簡(jiǎn)單的操作，軟件也就失去了效用；而若只有硬件，沒有配置相應(yīng)的軟件，計(jì)算機(jī)就不能發(fā)揮它潛在的能力，這些硬件也就沒有活力。因此，硬件和軟件這二者是互相依賴、互相促進(jìn)的。只有軟件和硬件有機(jī)地結(jié)合在一起的系統(tǒng)，才能稱得上是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。操作系統(tǒng)將系統(tǒng)中的各種軟、硬件資源有機(jī)地組合成一個(gè)整體，使計(jì)算機(jī)真正體現(xiàn)了系統(tǒng)的完整性和可利用性。1. 1 操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)教程課件第 4頁 引入操作系統(tǒng)的目的可從兩方面來考察

3、： 1.從系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn)來看，引入操作系統(tǒng)是為了合理地去組織計(jì)算機(jī)工作流程，管理和分配計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件及軟件資源，使之能為多個(gè)用戶所共享。因此，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)資源的管理者。 2.從用戶的觀點(diǎn)來看，引入操作系統(tǒng)是為了給用戶使用計(jì)算機(jī)提供一個(gè)良好的界面，以使用戶無需了解許多有關(guān)硬件和系統(tǒng)軟件的細(xì)節(jié)，就能方便靈活地使用計(jì)算機(jī)。 綜上所述，我們可以把操作系統(tǒng)定義為：操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，它統(tǒng)一管理計(jì)算機(jī)的軟硬件資源和控制程序的執(zhí)行。1. 1 操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)教程課件第 5頁 操作系統(tǒng)的主要目標(biāo)可歸結(jié)為： (1) 方便用戶使用：操作系統(tǒng)通過提供用戶與計(jì)算機(jī)之間的友好界面來方便用戶

4、使用。 (2) 擴(kuò)展機(jī)器功能：操作系統(tǒng)通過擴(kuò)充硬件功能和提供新的服務(wù)來擴(kuò)展機(jī)器功能。 (3) 管理系統(tǒng)資源：操作系統(tǒng)有效地管理系統(tǒng)中的所有硬件和軟件資源，使之得到充分利用。 (4) 提高系統(tǒng)效率：操作系統(tǒng)合理組織計(jì)算機(jī)的工作流程，以改進(jìn)系統(tǒng)性能和提高系統(tǒng)效率。 (5)構(gòu)筑開放環(huán)境：操作系統(tǒng)遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)和構(gòu)造一個(gè)開放環(huán)境。其含義主要是指：遵循有關(guān)國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，支持體系結(jié)構(gòu)的可伸縮性和可擴(kuò)展性；支持應(yīng)用程序在不同平臺(tái)上的可移植性和互操作性。1. 1 操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)教程課件第 6頁1.2 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.2.1 手工操作階段1.2.2 早期批處理系統(tǒng) 1.2.3 執(zhí)

5、行系統(tǒng) 1.2.4 多道批處理系統(tǒng) 1.2.5 分時(shí)系統(tǒng)1.2.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.7 通用操作系統(tǒng)1.2.8 微機(jī)操作系統(tǒng)1.2.9 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)1.2.10 分布式操作系統(tǒng)1.2.11 嵌入式操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)教程課件第 7頁 操作系統(tǒng)是由于客觀的需要而產(chǎn)生的，它伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)本身及其應(yīng)用的日益發(fā)展而逐漸發(fā)展和不斷完善。它的功能由弱到強(qiáng)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位不斷提高。至今，它已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心，無一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是不配置操作系統(tǒng)的 。 計(jì)算機(jī)正向著巨型、微型、并行、分布、網(wǎng)絡(luò)化、智能化幾個(gè)方向發(fā)展。在此基礎(chǔ)上為適應(yīng)客觀需要，操作系統(tǒng)經(jīng)歷了如下的發(fā)展過程：手工操作階段（無操作系統(tǒng)）、批處

6、理系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、多道程序系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、通用操作系統(tǒng)、微機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)。1.2 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展操作系統(tǒng)教程課件第 8頁1.2.1 手工操作階段 在第一代計(jì)算機(jī)時(shí)期，構(gòu)成計(jì)算機(jī)的主要元件是電子管，其運(yùn)算速度慢（只有幾千次/秒）。計(jì)算機(jī)由主機(jī)（運(yùn)控部件、主存）、輸入設(shè)備（如讀卡機(jī)）、輸出設(shè)備（如穿卡機(jī)）和控制臺(tái)組成。當(dāng)時(shí)沒有操作系統(tǒng)，甚至沒有任何軟件。人們?cè)诶眠@樣的計(jì)算機(jī)解題只能采用手工操作方式，而且用戶只能輪流地使用計(jì)算機(jī)。每個(gè)用戶的使用過程大致如下：先把程序卡片裝上讀卡機(jī)，然后啟動(dòng)讀卡機(jī)把程序和數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，接著通過控制臺(tái)開關(guān)啟動(dòng)程序運(yùn)行。計(jì)算完

7、畢，用戶通過穿卡機(jī)輸出結(jié)果。在這個(gè)過程中需要人工裝卡片、人工控制程序運(yùn)行、人工卸卡片，這些都是人工操作，即所謂“人工干預(yù)”。這種由一道程序獨(dú)占機(jī)器且有人工操作的情況，在計(jì)算機(jī)速度較慢時(shí)是允許的，因?yàn)榇藭r(shí)的計(jì)算時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，手工操作所占比例還不很大。 操作系統(tǒng)教程課件第 9頁 50年代后期，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度有了很大的提高，從每秒幾千次、幾萬次發(fā)展到每秒幾十萬次、上百萬次。由于計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度幾十倍、上百倍地提高，手工操作的慢速度和計(jì)算機(jī)的高速度之間形成了矛盾，即所謂人-機(jī)矛盾。隨著計(jì)算機(jī)速度的提高，人-機(jī)矛盾已到了不能容忍的地步。為了解決這一矛盾，只有擺脫人的手工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的自動(dòng)過渡，這樣就出

8、現(xiàn)了成批處理。 1.2.1 手工操作階段操作系統(tǒng)教程課件第 10頁1.2.2早期批處理系統(tǒng) 操作員把用戶提交的作業(yè)分類，把一批中的作業(yè)編成一個(gè)作業(yè)執(zhí)行序列。每一批作業(yè)將有專門編制的監(jiān)督程序自動(dòng)依次處理。 1.聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng) 用戶上機(jī)前，需向機(jī)房的操作員提交程序、數(shù)據(jù)和一個(gè)作業(yè)說明書。這些資料必須變成穿孔信息（例如穿成卡片或紙帶的形式），操作員把各用戶提交的一批作業(yè)裝到輸入設(shè)備上（若輸入設(shè)備是讀卡機(jī)，則該批作業(yè)是一疊卡片），然后由監(jiān)督程序控制送到磁帶上。之后，監(jiān)督程序自動(dòng)輸入第一個(gè)作業(yè)的說明記錄，若系統(tǒng)資源能滿足其要求，則將該作業(yè)的程序、數(shù)據(jù)調(diào)入主存，并從磁帶上調(diào)入所需要的編譯程序。編譯程序?qū)⒂?/p>

9、戶源程序翻譯成目標(biāo)代碼，然后由連接裝配程序把編譯后的目標(biāo)代碼及所需的子程序裝配成一個(gè)可執(zhí)行的程序，接著啟動(dòng)執(zhí)行。計(jì)算完成后輸出該作業(yè)的計(jì)算結(jié)果。一個(gè)作業(yè)處理完畢后，監(jiān)督程序又可以自動(dòng)地調(diào)下一個(gè)作業(yè)處理。重復(fù)上述過程，直到該批作業(yè)全部處理完畢。操作系統(tǒng)教程課件第 11頁 這種聯(lián)機(jī)處理方式解決了作業(yè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，從而減少了作業(yè)建立和人工操作時(shí)間。但是在作業(yè)的輸入和執(zhí)行結(jié)果的輸出過程中，CPU仍處于停止等待狀態(tài)，CPU時(shí)間仍有很大的浪費(fèi)，于是慢速的輸入輸出設(shè)備與快速成的CPU之間形成了一對(duì)矛盾。如果把輸入輸出工作直接交給一個(gè)價(jià)格便宜的專用機(jī)去做，就能充分發(fā)揮主機(jī)的效率，為此出現(xiàn)了脫機(jī)批處理系統(tǒng)。1.2.

10、2早期批處理系統(tǒng) 操作系統(tǒng)教程課件第 12頁 2.脫機(jī)批處理系統(tǒng) 脫機(jī)批處理系統(tǒng)由主機(jī)和衛(wèi)星機(jī)組成，如圖1-2所示。衛(wèi)星機(jī)又稱外圍計(jì)算機(jī)，它不與主機(jī)直接連接，只與外部設(shè)備打交道。衛(wèi)星機(jī)負(fù)責(zé)把輸入機(jī)上的作業(yè)逐個(gè)轉(zhuǎn)輸?shù)捷斎氪艓希?dāng)主機(jī)需要輸入作業(yè)時(shí)，就把輸入帶與主機(jī)連上。主機(jī)從輸入帶上調(diào)入作業(yè)并運(yùn)行，計(jì)算完成后，輸出結(jié)果到輸出磁帶上，再由衛(wèi)星機(jī)負(fù)責(zé)把輸出帶上的信息進(jìn)行輸出。在這樣的系統(tǒng)中，主機(jī)和衛(wèi)星機(jī)可以并行操作，二者分工明確，可以充分發(fā)揮主機(jī)的高速計(jì)算能力，因此脫機(jī)批處理系統(tǒng)和早期聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)相比大大提高了系統(tǒng)的處理能力。 1.2.2早期批處理系統(tǒng) 操作系統(tǒng)教程課件第 13頁1.2.2早期批

11、處理系統(tǒng) 操作系統(tǒng)教程課件第 14頁 批處理系統(tǒng)出現(xiàn)于1950年代末，這是在解決人-機(jī)矛盾以及中央處理器高速度和I/O設(shè)備慢速度這一對(duì)矛盾的過程中發(fā)展起來的。它的出現(xiàn)促使了軟件的發(fā)展，最重要的是它產(chǎn)生了起管理作用的監(jiān)督程序，該程序完成作業(yè)的自動(dòng)過渡并且負(fù)責(zé)裝入和運(yùn)行各種語言翻譯程序（如匯編程序、編譯程度）以及實(shí)用程序（如連接裝配程序）。在此期間也出現(xiàn)了程序庫和程序覆蓋等新的程序設(shè)計(jì)技術(shù)。解題操作過程變成了裝入、匯編（或編譯）、連接裝配、執(zhí)行四個(gè)步驟，從而使上機(jī)操作初步自動(dòng)化。 1.2.2早期批處理系統(tǒng) 操作系統(tǒng)教程課件第 15頁1.2.3 執(zhí)行系統(tǒng) 20世紀(jì)60年代初期，硬件獲得了兩方面的進(jìn)展

12、，一是通道的引入，二是中斷技術(shù)的出現(xiàn)，這兩項(xiàng)重大成果導(dǎo)致了操作系統(tǒng)進(jìn)入執(zhí)行系統(tǒng)階段。 借助于通道和中斷技術(shù)，輸入輸出工作可在主機(jī)控制下完成。這時(shí)，原有的監(jiān)督程序的功能擴(kuò)大了，它不僅要負(fù)責(zé)調(diào)度作業(yè)自動(dòng)地運(yùn)行，而且還要提供輸入輸出控制功能（用戶不能直接使用啟動(dòng)外設(shè)的指令，他的輸入輸出請(qǐng)求必須通過系統(tǒng)去執(zhí)行）。這個(gè)發(fā)展了的監(jiān)督程序常駐主存，稱為執(zhí)行系統(tǒng)。操作系統(tǒng)教程課件第 16頁 執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是聯(lián)機(jī)操作，和早期批處理系統(tǒng)不同的是：輸入輸出工作是由在主機(jī)控制下的通道完成的，主機(jī)和通道、主機(jī)和外設(shè)之間都可以并行操作。在執(zhí)行系統(tǒng)中，用戶程序的輸入輸出工作是委托給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，由系統(tǒng)檢查其命令的合法性，以避

13、免由于不合法的輸入輸出命令造成對(duì)系統(tǒng)的威脅，因此提高了系統(tǒng)的安全性。另外，由于引入了一些新的中斷，如算術(shù)溢出和非法操作碼中斷等，克服了錯(cuò)誤停機(jī)的弊病，而時(shí)鐘中斷可以解決用戶程序中出現(xiàn)的死循環(huán)現(xiàn) 1.2.3 執(zhí)行系統(tǒng) 操作系統(tǒng)教程課件第 17頁1.2.4 多道批處理系統(tǒng) 上述批處理系統(tǒng)因?yàn)槊看沃徽{(diào)用一個(gè)用戶作業(yè)程序進(jìn)入主存并運(yùn)行，故稱為單道批處理系統(tǒng)。其主要特征為： （1）自動(dòng)性。在順利的情況下，在磁帶上的一批作業(yè)能自動(dòng)地逐個(gè)作業(yè)依次運(yùn)行，而無須人工干預(yù)。 （2）順序性。磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入主存，各道作業(yè)完成的順序與它們進(jìn)入主存的順序之間，在正常情況下應(yīng)當(dāng)完全相同，亦即先調(diào)入主存的作業(yè)先

14、完成。 （3）單道性。主存中僅有一道程序并使之運(yùn)行，即監(jiān)督程序每次從磁帶上只調(diào)入一道程序進(jìn)入主存運(yùn)行，僅當(dāng)該程序完成或發(fā)生異常情況時(shí)，才調(diào)入其后繼程序進(jìn)入主存運(yùn)行。操作系統(tǒng)教程課件第 18頁 1.多道程序設(shè)計(jì) 多道程序設(shè)計(jì)是一種軟件技術(shù)，該技術(shù)使同時(shí)進(jìn)入計(jì)算機(jī)主存的幾個(gè)相互獨(dú)立的程序在管理程序控制之下相互交替地運(yùn)行。當(dāng)某道程序因某種原因不能繼續(xù)運(yùn)行下去時(shí)（如等待外部設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)），管理程序便將另一道程序投入運(yùn)行。這樣可以使中央處理器及各外部設(shè)備盡量處于忙碌狀態(tài)，從而大大提高計(jì)算機(jī)的使用效率。 引入多道程序設(shè)計(jì)，可具有以下好處： （1）可提高CPU的利用率； （2）可提高主存和I/O設(shè)備利用率；

15、 （3）可增加系統(tǒng)吞吐量；1.2.4 多道批處理系統(tǒng) 操作系統(tǒng)教程課件第 19頁 在單處理器系統(tǒng)中，多道程序運(yùn)行的特點(diǎn)是： （1）多道：即計(jì)算機(jī)主存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序。 （2）宏觀上并行：同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的幾道程序都處于運(yùn)行過程中，即它們先后開始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢。 （3）微觀上串行：從微觀上看，主存中的多道程序輪流地或分時(shí)地占用處理器，即多道程序交替執(zhí)行。1.2.4 多道批處理系統(tǒng) 操作系統(tǒng)教程課件第 20頁 2.多道批處理系統(tǒng) 在批處理系統(tǒng)中采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，就形成了多道批處理系統(tǒng)。在多道批處理方式下，交到機(jī)房的許多作業(yè)由操作員負(fù)責(zé)將其由輸入設(shè)備轉(zhuǎn)存到輔存設(shè)備（比如磁盤

16、）上，形成一個(gè)作業(yè)隊(duì)列而等待運(yùn)行。當(dāng)需要調(diào)入作業(yè)時(shí)，管理程序中有一個(gè)名為作業(yè)調(diào)度的程序負(fù)責(zé)對(duì)磁盤上的一批作業(yè)進(jìn)行選擇，將其中滿足資源條件且符合調(diào)度原則（比如按先來后到的順序進(jìn)行選擇）的幾個(gè)作業(yè)調(diào)入主存，讓它們交替運(yùn)行。當(dāng)某個(gè)作業(yè)完成計(jì)算任務(wù)時(shí)，輸出其結(jié)果，收回該作業(yè)占用的全部資源，然后根據(jù)主存和其它資源的情況再調(diào)入一個(gè)或幾個(gè)作業(yè)。這種處理方式的特點(diǎn)是：在主存中總是同時(shí)存有幾道程序，系統(tǒng)資源的利用率是比較高的。1.2.4 多道批處理系統(tǒng) 操作系統(tǒng)教程課件第 21頁 多道批處理系統(tǒng)是一種有效但又十分復(fù)雜的系統(tǒng)，為使系統(tǒng)中的多道程序能協(xié)調(diào)地運(yùn)行，必須解決以下一些問題： （1）并行運(yùn)行的程序要共享計(jì)算

17、機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源，既有對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)，但又必須相互同步。因此同步與互斥機(jī)制成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要問題。 （2）多道程序的增加，出現(xiàn)了主存不夠用的問題，提高主存的使用效率也成為關(guān)鍵。因此出現(xiàn)了諸如覆蓋技術(shù)、對(duì)換技術(shù)和虛擬存儲(chǔ)技術(shù)等主存管理技術(shù)。 （3）多道程序存在于主存，為了保證系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)和各用戶程序存儲(chǔ)區(qū)的安全可靠，提出了主存保護(hù)的要求。1.2.4 多道批處理系統(tǒng) 操作系統(tǒng)教程課件第 22頁 1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) 所謂分時(shí)技術(shù)，就是把處理器的時(shí)間分成很短的時(shí)間片（如幾百毫秒），這些時(shí)間片輪流地分配給各聯(lián)機(jī)作業(yè)使用。如果某個(gè)作業(yè)在分配給它的時(shí)間片用完之時(shí)計(jì)算還未完成，該作業(yè)就暫時(shí)中斷，等待

18、下一輪繼續(xù)計(jì)算，此時(shí)處理器讓給另一個(gè)作業(yè)使用。這樣，每個(gè)用戶的各種要求都能得到快速響應(yīng)，給每個(gè)用戶的印象是：好像他獨(dú)占一臺(tái)計(jì)算機(jī)。采用這種分時(shí)技術(shù)的系統(tǒng)稱為分時(shí)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，一個(gè)計(jì)算機(jī)和許多終端設(shè)備連接。每個(gè)用戶可以通過終端向系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令，請(qǐng)求完成某項(xiàng)工作，而系統(tǒng)則分析從終端設(shè)備發(fā)來的命令，完成用戶提出的要求，輸出一些必要的信息，用戶根據(jù)系統(tǒng)提供的運(yùn)行結(jié)果，向系統(tǒng)提出下一步請(qǐng)求。重復(fù)上述交互會(huì)話過程，直到用戶完成預(yù)計(jì)的全部工作為止。操作系統(tǒng)教程課件第 23頁 1.分時(shí)系統(tǒng)的類型 （1）單道分時(shí)系統(tǒng) 在單道分時(shí)系統(tǒng)中，主存只駐留一道程序（作業(yè)），其余作業(yè)都保存在輔存上。每當(dāng)主存中的作

19、業(yè)運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片后，便被調(diào)至輔存（稱為調(diào)出），再從輔存上選一個(gè)作業(yè)裝入主存（稱為調(diào)入）并運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片，依此方法使所有的作業(yè)都能在一規(guī)定的時(shí)間內(nèi)輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片，這樣便能使所有的用戶都能與自己的作業(yè)交互。由于單道分時(shí)系統(tǒng)只有一道作業(yè)駐留在主存，在多個(gè)作業(yè)的輪流運(yùn)行過程中，每個(gè)作業(yè)往往可能頻繁地調(diào)進(jìn)/調(diào)出多次，開銷大，故使系統(tǒng)性能較差。 1.2.5 分時(shí)系統(tǒng)操作系統(tǒng)教程課件第 24頁 （2）具有“前臺(tái)”和“后臺(tái)”的分時(shí)系統(tǒng) 在單道批處理系統(tǒng)中，作業(yè)調(diào)進(jìn)調(diào)出時(shí)CPU空閑；主存中的作業(yè)在執(zhí)行I/O操作時(shí)CPU也空閑。為了充分利用CPU而引入了“前臺(tái)”和“后臺(tái)”的概念。在具有前、后臺(tái)的系統(tǒng)中，主存被

20、固定地劃分為“前臺(tái)區(qū)”和“后臺(tái)區(qū)”兩部分，“前臺(tái)區(qū)”存放按時(shí)間片“調(diào)進(jìn)”和“調(diào)出”的作業(yè)流，“后臺(tái)區(qū)”存放批處理作業(yè)。僅當(dāng)前臺(tái)調(diào)進(jìn)/調(diào)出時(shí)、或前臺(tái)已無作業(yè)可運(yùn)行時(shí)，方才運(yùn)行“后臺(tái)區(qū)” 中的作業(yè)。 1.2.5 分時(shí)系統(tǒng)操作系統(tǒng)教程課件第 25頁 （3）多道分時(shí)系統(tǒng) 在分時(shí)系統(tǒng)中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后，可在主存中同時(shí)存放多道作業(yè)，每道程序無固定位置，如果作業(yè)都較小，主存中便可多裝入幾道作業(yè)，由系統(tǒng)把已具備運(yùn)行條件的所有作業(yè)排成一個(gè)隊(duì)列，使它們依次輪流地獲得一個(gè)時(shí)間片來運(yùn)行。由于切換時(shí)作業(yè)就在主存，不要花費(fèi)調(diào)入、調(diào)出開銷，故多道分時(shí)系統(tǒng)具有較好的系統(tǒng)性能。現(xiàn)代的分時(shí)系統(tǒng)都屬于多道分時(shí)系統(tǒng)。 1.2.

21、5 分時(shí)系統(tǒng)操作系統(tǒng)教程課件第 26頁 2.分時(shí)系統(tǒng)的特征 分時(shí)系統(tǒng)與多道批處理系統(tǒng)相比，具有完全不同的特征，可以歸納成以下四點(diǎn)： （1）同時(shí)性。允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)聯(lián)接多臺(tái)聯(lián)機(jī)終端，系統(tǒng)按分時(shí)原則為每個(gè)用戶服務(wù)。 （2）獨(dú)立性。每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作，互不干擾。因此，用戶會(huì)感覺到就像他一人獨(dú)占主機(jī)。 （3）及時(shí)性。用戶的請(qǐng)求能在很短時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)，此時(shí)間隔是以人們所能接受的等待時(shí)間來確定的，通常為2-3秒鐘。 （4）交互性。用戶可通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)話。其廣泛性表現(xiàn)在：用戶可以請(qǐng)求系統(tǒng)提供多方面的服務(wù)，如文件編輯、數(shù)據(jù)處理和資源共享等。 1.2.5 分時(shí)系統(tǒng)操作系統(tǒng)教程課

22、件第 27頁1.2.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 60年代中期計(jì)算機(jī)由于應(yīng)用于工業(yè)過程控制、軍事實(shí)時(shí)控制、信息實(shí)時(shí)處理等而逐步形成了各種實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。針對(duì)實(shí)時(shí)處理的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是以在允許的時(shí)間范圍之內(nèi)做出響應(yīng)為特征的。它要求計(jì)算機(jī)對(duì)于外來信息能以足夠快的速度進(jìn)行處理，并在被控對(duì)象允許時(shí)間范圍內(nèi)作出快速響應(yīng)，其響應(yīng)時(shí)間要求在秒級(jí)、毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)或更小。 實(shí)時(shí)系統(tǒng)是較少有人為干預(yù)的監(jiān)督和控制系統(tǒng)，僅當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)識(shí)別到了違反系統(tǒng)規(guī)定的限制或本身發(fā)生故障時(shí)，才需要人為干預(yù)。設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)有兩點(diǎn)必須特別注意：第一，要求及時(shí)響應(yīng)、快速處理。第二，實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求有高可靠性和安全性，不強(qiáng)求系統(tǒng)資源的利用率。操作系統(tǒng)教程課件第

23、 28頁 1.2.7通用操作系統(tǒng) 多道批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)的不斷改進(jìn)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)的出現(xiàn)及其應(yīng)用日益廣泛，致使操作系統(tǒng)日益完善。在此基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了通用操作系統(tǒng)。它可以同時(shí)兼有多道批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)處理的功能，或其中兩種以上的功能。例如，將實(shí)時(shí)處理和批處理相結(jié)合構(gòu)成實(shí)時(shí)批處理系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，它首先保證優(yōu)先處理實(shí)時(shí)任務(wù)，插空進(jìn)行批作業(yè)處理，通常把實(shí)時(shí)任務(wù)稱為前臺(tái)作業(yè)，批處理作業(yè)稱為后臺(tái)作業(yè)。將批處理和分時(shí)處理相結(jié)合可構(gòu)成分時(shí)批處理系統(tǒng)。在保證分時(shí)用戶的前提下，在沒有分時(shí)用戶時(shí)可進(jìn)行批作業(yè)的處理。同樣，分時(shí)用戶和批處理作業(yè)可按前后臺(tái)方式處理。 UNIX操作系統(tǒng)是一個(gè)通用的多用戶、分時(shí)、交互型的操作

24、系統(tǒng)。它首先建立的是一個(gè)精干的核心，而其功能卻足以與許多大型的操作系統(tǒng)相媲美，在核心層以外可以支持龐大的軟件系統(tǒng)，它很快得到應(yīng)用和推廣并不斷完善，對(duì)現(xiàn)代操作系統(tǒng)有著重大的影響。操作系統(tǒng)教程課件第 29頁 1.2.8 微機(jī)操作系統(tǒng) 隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展而產(chǎn)生了微機(jī)，配置在微機(jī)上的操作系統(tǒng)稱為微機(jī)操作系統(tǒng)?？砂次C(jī)的字長(zhǎng)而分成8位、16位、32位和64位微機(jī)操作系統(tǒng)。但也可把微機(jī)操作系統(tǒng)分為單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)、單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)和多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)。 單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是：只允許一個(gè)用戶上機(jī)、且只允許用戶程序作為一個(gè)任務(wù)運(yùn)行。單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是：只允許一個(gè)用戶上機(jī)，但

25、允許將一個(gè)用戶程序分為若干個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行，從而有效地改善系統(tǒng)的性能。多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是：允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用同一臺(tái)主機(jī)，共享主機(jī)系統(tǒng)中的各類資源，而每個(gè)用戶程序又可進(jìn)一步分為幾個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行，從而可進(jìn)一步提高資源利用率和增加系統(tǒng)吞吐量。 操作系統(tǒng)教程課件第 30頁 1.2.9 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)主機(jī)都有操作系統(tǒng)，它為用戶程序運(yùn)行提供服務(wù)。當(dāng)某一主機(jī)聯(lián)網(wǎng)使用時(shí)，該系統(tǒng)就要同網(wǎng)絡(luò)中更多的系統(tǒng)和用戶交往，這個(gè)操作系統(tǒng)的功能就要擴(kuò)充，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需要。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的操作系統(tǒng)既要為本機(jī)用戶提供簡(jiǎn)便、有效地使用網(wǎng)絡(luò)資源的手段，又要為網(wǎng)絡(luò)用戶使用本機(jī)資源

26、提供服務(wù)。為此，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)除了具備一般操作系統(tǒng)應(yīng)具有的功能模塊之外，還要增加網(wǎng)絡(luò)功能模塊，主要應(yīng)具有下述五方面的功能： 1.網(wǎng)絡(luò)通信 2.資源管理 3.網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 4.網(wǎng)絡(luò)管理 5.互操作能力 操作系統(tǒng)教程課件第 31頁 1.2.10 分布式操作系統(tǒng) 一個(gè)分布式系統(tǒng)就是若干聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)的集合。這些計(jì)算機(jī)都有自己的局部存貯器和外部設(shè)備。它們既可以獨(dú)立工作（自治性），亦可合作工作。在這個(gè)系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)可以并行操作且有多個(gè)控制中心，即具有并行處理和分布控制的功能。分布式系統(tǒng)是一個(gè)一體化的系統(tǒng)，在整個(gè)系統(tǒng)中有一個(gè)全局的操作系統(tǒng)稱為分布式操作系統(tǒng)，它負(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、控制協(xié)

27、調(diào)等工作，并為用戶提供一個(gè)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)所需的操作和使用系統(tǒng)資源。操作系統(tǒng)教程課件第 32頁 1.2.11 嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)指運(yùn)行在嵌入式環(huán)境中，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及所有操作的各種部件、裝置等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、處理、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。由于它仍舊是一個(gè)操作系統(tǒng)，因此，具有通常操作系統(tǒng)的功能，包括：與硬件相關(guān)的底層軟件、操作系統(tǒng)核心功能（文件系統(tǒng)、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、進(jìn)程管理、處理器管理和中斷處理）、功能強(qiáng)大的還提供圖形界面、通信協(xié)議、小型瀏覽器等設(shè)施。 但由于嵌入式操作系統(tǒng)的硬件平臺(tái)的局限性、應(yīng)用環(huán)境的多樣性和開發(fā)手段的特殊性，它與一般操作系統(tǒng)相比又有很大

28、不同，嵌入式操作系統(tǒng)有下列特點(diǎn)：操作系統(tǒng)教程課件第 33頁 （1）微型化：由于硬件平臺(tái)的局限性，不論從性能還是從成本角度考慮，都不允許它占用很多資源，系統(tǒng)代碼量要少，應(yīng)在保證應(yīng)用功能的前題下，以微型化作為出發(fā)點(diǎn)來設(shè)計(jì)嵌入式操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。 （2）可定制：嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行的平臺(tái)多種多樣，應(yīng)用更是五花八門，因而，表現(xiàn)出專業(yè)化的特點(diǎn)。從減少成本和縮短研發(fā)周期考慮，要求它能運(yùn)行在不同微處理器平臺(tái)上，能針對(duì)硬件變化進(jìn)行結(jié)構(gòu)與功能上的配置，以滿足不同應(yīng)用需要。 1.2.11 嵌入式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)教程課件第 34頁 （3）實(shí)時(shí)性：嵌入式操作系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于過程控制、數(shù)據(jù)采集、傳輸通信、多媒體信息(語

29、音、視頻影像處理)及關(guān)鍵要害領(lǐng)域等要求迅速響應(yīng)的場(chǎng)合，實(shí)時(shí)響應(yīng)要求嚴(yán)格。因而，實(shí)時(shí)性是其主要特點(diǎn)之一。 （4）可靠性：系統(tǒng)構(gòu)件、模塊和體系結(jié)構(gòu)必須達(dá)到應(yīng)有的可靠性，對(duì)關(guān)鍵要害應(yīng)用還要提供容錯(cuò)和防故障措施，進(jìn)一步改進(jìn)可靠性。 1.2.11 嵌入式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)教程課件第 35頁 （5）易移植性：為了提高系統(tǒng)的易移植性，通常采用硬件抽象層和板級(jí)支撐包的底層設(shè)計(jì)技術(shù)。HAL 提供了與設(shè)備無關(guān)的特性，屏蔽硬件平臺(tái)的細(xì)節(jié)和差異，向操作系統(tǒng)上層提供統(tǒng)一接口，保證了系統(tǒng)的可移植性。而一般由硬件廠家提供的，按給定的編程規(guī)范完成BSP，保證了嵌入式操作系統(tǒng)可在新推出的微處理器硬件平臺(tái)上運(yùn)行。目前國(guó)際上主要的嵌

30、入式操作系統(tǒng)可以支持的微處理器已經(jīng)超過幾十種。 （6）開發(fā)環(huán)境：嵌入式操作系統(tǒng)與其定制或配置工具聯(lián)系密切，構(gòu)成了嵌入式操作系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境，其中，通常提供了代碼編輯器、編譯器和鏈接器、程序調(diào)試器、系統(tǒng)配置器和系統(tǒng)仿真器。 1.2.11 嵌入式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)教程課件第 36頁 1.3操作系統(tǒng)的分類 按照操作系統(tǒng)所提供的功能、特點(diǎn)和使用方式進(jìn)行分類，可以分成以下幾種基本類型： （1）批處理操作系統(tǒng) （2）分時(shí)操作系統(tǒng) （3）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) （4）微機(jī)操作系統(tǒng) （5）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) （6）分布式操作系統(tǒng) （7）嵌入式操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)教程課件第 37頁1.4 操作系統(tǒng)的功能1.4.1處理器管理的功能1.

31、4.2作業(yè)管理的功能1.4.3存儲(chǔ)管理的功能1.4.4設(shè)備管理的功能1.4.5文件管理的功能 從資源管理的觀點(diǎn)出發(fā)，操作系統(tǒng)的功能應(yīng)包括：處理器管理、作業(yè)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理和文件管理。操作系統(tǒng)教程課件第 38頁1.4.1 處理器管理的功能 處理器管理的主要任務(wù)是對(duì)處理器進(jìn)行分配，并對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行有效的控制和管理。它包括以下幾方面功能： （1）進(jìn)程控制和管理； （2）進(jìn)程同步和互斥； （3）進(jìn)程通信； （4）進(jìn)程死鎖； （5）線程控制和管理； （6）處理器調(diào)度。操作系統(tǒng)教程課件第 39頁1.4. 2 作業(yè)管理的功能 作業(yè)管理實(shí)現(xiàn)作業(yè)的調(diào)度和控制作業(yè)的執(zhí)行。作業(yè)調(diào)度從等待處理的作業(yè)中選擇可以裝

32、入主存儲(chǔ)器的作業(yè)，然后對(duì)已裝入主存儲(chǔ)器的作業(yè)按用戶的意圖控制其執(zhí)行。作業(yè)管理有以下主要功能： （1）作業(yè)的輸入； （2）作業(yè)的調(diào)度； （3）作業(yè)的控制。操作系統(tǒng)教程課件第 40頁1.4.3 存儲(chǔ)管理的功能 存儲(chǔ)管理的主要任務(wù)是為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲(chǔ)器，提高存儲(chǔ)器的利用率，以及能從邏輯上來擴(kuò)充主存。為此，存儲(chǔ)管理應(yīng)具有以下功能： （1）主存分配與回收； （2）地址轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)保護(hù)； （3）主存的共享與保護(hù)； （4）主存擴(kuò)充。操作系統(tǒng)教程課件第 41頁1.4.4 設(shè)備管理的功能 設(shè)備管理的主要任務(wù)是管理各種外部設(shè)備，完成用戶提出的I/O請(qǐng)求，為用戶分配I/O設(shè)備；提高CPU

33、和I/O設(shè)備的利用率；提高I/O速度；方便用戶使用I/O設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，設(shè)備管理應(yīng)具有以下主要功能： （1）提供設(shè)備控制處理； （2）提供緩沖區(qū)管理 （3）提供設(shè)備獨(dú)立性； （4）實(shí)現(xiàn)設(shè)備的分配與回收； （5）實(shí)現(xiàn)共享設(shè)備的驅(qū)動(dòng)調(diào)度； （6）實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備。操作系統(tǒng)教程課件第 42頁1.4.5 文件管理的功能 文件管理的主要任務(wù)是對(duì)用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行有效管理，以方便用戶使用，并保證文件的安全性。為此，文件管理應(yīng)具有以下主要功能： （1）提供文件的邏輯組織方法； （2）提供文件的物理組織方法； （3）提供文件的存取和使用方法； （4）提供文件的目錄管理； （5）實(shí)現(xiàn)文件的共享和保護(hù)； （

34、6）實(shí)現(xiàn)文件的存儲(chǔ)空間管理。操作系統(tǒng)教程課件第 43頁1.5 操作系統(tǒng)的特征和作用1.5.1 操作系統(tǒng)的特征1.5.2操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)教程課件第 44頁1.5.1 操作系統(tǒng)的特征 雖然不同的操作系統(tǒng)各有自己的特征，如批處理系統(tǒng)具有成批處理的特征，分時(shí)系統(tǒng)具有交互特征，實(shí)時(shí)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)特征，但它們也都具有以下四個(gè)基本特征： 1.并發(fā) 并行性和并發(fā)性是既相似又有區(qū)別的兩個(gè)概念。并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；而并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)多道程序在同時(shí)運(yùn)行。但在單處理器系統(tǒng)中，每一時(shí)刻僅能執(zhí)行一道程序，故微觀上這些程序是

35、在交替執(zhí)行的。操作系統(tǒng)教程課件第 45頁 2.共享 所謂共享是指系統(tǒng)中的資源可供主存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。由于資源的屬性不同，故多個(gè)進(jìn)程對(duì)資源的共享方式也不同，可分為以下兩種資源共享方式： （1）互斥共享方式 系統(tǒng)中的某些資源（如打印機(jī)），雖然它們可以提供給多個(gè)進(jìn)程使用，但在一段時(shí)間內(nèi)卻只允許一個(gè)進(jìn)程訪問該資源。我們把在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源稱為臨界資源，許多物理設(shè)備以及某些變量、表格都屬于臨界資源，它們要求互斥地被共享。 （2）同時(shí)訪問方式 系統(tǒng)中還有另一類資源，允許在一段時(shí)間內(nèi)多個(gè)進(jìn)程同時(shí)對(duì)它進(jìn)行訪問。這里所謂的“同時(shí)”往往是宏觀上的。而在微觀上，這些進(jìn)程可能是交替地對(duì)該資源進(jìn)行訪問。典型的可供多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問的資源是磁盤；一些用重入碼編寫的文件，也可同時(shí)共享。1.5.1 操作系統(tǒng)的特征操作系統(tǒng)教程課件第 46頁 3.虛擬 操作系統(tǒng)中的所謂“虛擬”是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變成若干個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。物理實(shí)體（前者）是實(shí)的，即實(shí)際存在的，而后者是虛的，是用戶感覺上的東西。例如，在多道分時(shí)系統(tǒng)中，雖然只有一個(gè)CPU，但每個(gè)終端