操作系統(tǒng)教學(xué)一課件

操作系統(tǒng)

（一）概念1/4/20231OpratingSystem操作系統(tǒng)

（一）12/28/20221OpratingS操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)的特征與功能多道程序設(shè)計(jì)的概念操作系統(tǒng)的模型本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1/4/20232OpratingSystem本章學(xué)習(xí)目標(biāo)12/28/20222OpratingSyst§1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用軟件實(shí)用軟件(編譯系統(tǒng)DBMS工具軟件診斷程序編輯程序裝入程序裝配程序

…)

硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件用戶程序員1/4/20233OpratingSystem§1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)

用戶1用戶2用戶3用戶4用戶n財(cái)務(wù)系統(tǒng)航空訂票上網(wǎng)瀏覽電子商務(wù)科學(xué)計(jì)算（應(yīng)用程序）編譯程序匯編程序編輯程序數(shù)據(jù)庫(kù)（系統(tǒng)程序）操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件………1/4/20234OpratingSystem用戶1用戶2用戶3用戶4用戶n財(cái)務(wù)系統(tǒng)航空訂票上網(wǎng)瀏覽電一、計(jì)算機(jī)硬件

硬件系統(tǒng)CPU主機(jī)

內(nèi)存RAM

ROM外設(shè)輸入設(shè)備

輸出設(shè)備外部存儲(chǔ)器運(yùn)算器

控制器具有總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有通道結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1/4/20235OpratingSystem一、計(jì)算機(jī)硬件硬件系統(tǒng)CPU主機(jī)內(nèi)存RAMRO二、計(jì)算機(jī)軟件

軟件：使用計(jì)算機(jī)所必須的程序和各種文檔的集合。程序：是指令（語(yǔ)句）的有序集合。計(jì)算機(jī)軟件可分為：應(yīng)用軟件：所有與用戶應(yīng)用相關(guān)的程序，如財(cái)務(wù)、管理決策、電子郵件、辦公自動(dòng)化軟件等都屬于應(yīng)用軟件范疇。系統(tǒng)軟件：

實(shí)用程序?qū)诱Z(yǔ)言處理、DBMS、編輯軟件以及鏈接程序、裝配程序、裝人程序、診斷程序等應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境、運(yùn)行環(huán)境。操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)下層直接與硬件相鄰，控制硬件運(yùn)行。向上支撐各級(jí)軟件運(yùn)行，上層各軟件通過操作系統(tǒng)訪問硬件，實(shí)現(xiàn)各程序間的通信。1/4/20236OpratingSystem二、計(jì)算機(jī)軟件12/28/20226OpratingSys§2、操作系統(tǒng)一、操作系統(tǒng)定義：

管理系統(tǒng)資源、協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作流程、方便用戶使用的程序的集合。二、操作系統(tǒng)的作用1、管理系統(tǒng)資源：

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括各種軟件和硬件資源，歸納起來(lái)有如下四類：

處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備和信息（數(shù)據(jù)和程序）。

OS是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者；

2、操作系統(tǒng)為用戶提供方便的使用接口

用戶可按需要鍵入操作命令，或從“菜單”中選擇命令，操作系統(tǒng)按用戶給予的命令控制系統(tǒng)（程序）運(yùn)行，完成相關(guān)任務(wù)。用戶以最簡(jiǎn)單、方便的方式操作計(jì)算機(jī)運(yùn)行。OS是用戶與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的接口；

1/4/20237OpratingSystem§2、操作系統(tǒng)一、操作系統(tǒng)定義：12/28/202§2、操作系統(tǒng)3、協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作流程

在系統(tǒng)中同時(shí)運(yùn)行各種系統(tǒng)程序、各種用戶程序，這些程序要爭(zhēng)奪CPU、內(nèi)存、總線、外設(shè)等各種資源。為保證它們有條不紊地運(yùn)行必須由操作系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)、管理4、OS具有強(qiáng)大的虛擬功能：

操作系統(tǒng)有擴(kuò)充機(jī)器的功能，在原有硬件的基礎(chǔ)上附上各層軟件，把裸機(jī)改造成功能強(qiáng)大的虛擬機(jī)。1/4/20238OpratingSystem§2、操作系統(tǒng)3、協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作流程12/28/20228O§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)力不斷提高資源利用率的需要方便用戶器件的不斷更新?lián)Q代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展一、無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)代的計(jì)算機(jī)1、人工操作方式特點(diǎn)：用戶獨(dú)占全機(jī)人工操作，慢且易出錯(cuò)整個(gè)運(yùn)行過程是順序式1/4/20239OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)力12/28/§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展2、脫機(jī)輸入輸出方式為了解決人機(jī)矛盾及CPU和外設(shè)的矛盾50年代出現(xiàn)脫機(jī)輸入輸出技術(shù)。由于程序和數(shù)據(jù)的輸入輸出都是在外圍機(jī)的控制下完成（脫離主機(jī)）固稱為脫機(jī)輸入輸出方式。其優(yōu)點(diǎn)：減少CPU空閑時(shí)間，緩和了人機(jī)矛盾；提高了I/O速度，緩和了CPU與外設(shè)的矛盾。二、批處理操作系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)（SimpleBatchSystem)將一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，在系統(tǒng)中配置監(jiān)控程序（Monitor),在它的控制下，使這批作業(yè)能一個(gè)個(gè)地連續(xù)處理。由于系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理是成批進(jìn)行、但內(nèi)存中只保持一道作業(yè)，固稱為單道批處理系統(tǒng)。1/4/202310OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展2、脫機(jī)輸入輸出方式12/28/2§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)一）其特征：自動(dòng)性，磁帶上的一批作業(yè)能自動(dòng)逐個(gè)運(yùn)行，無(wú)需人工干預(yù)；順序性，各作業(yè)順序進(jìn)入磁帶、順序進(jìn)入內(nèi)存，各作業(yè)的完成順序與進(jìn)入內(nèi)存的順序相同；單道性，內(nèi)存中僅有一道程序運(yùn)行。多道批處理系統(tǒng)多道程序基本概念60年代中期引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，形成多道批處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，用戶提交的作業(yè)在外存上形成后備隊(duì)列，由作業(yè)調(diào)度程序以一定算法從后備隊(duì)列中挑選若干作業(yè)入內(nèi)存，使它們共享CPU和其它資源，以達(dá)到提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐率的目的。優(yōu)點(diǎn)：提高CPU利用率；提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率；提高系統(tǒng)吞吐率1/4/202311OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)一）其特征：12/28/202§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)二）多道批處理系統(tǒng)的特征多道性無(wú)序性調(diào)度性作業(yè)調(diào)度進(jìn)程調(diào)度多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：資源利用率提高；系統(tǒng)吞吐量大。系統(tǒng)吞吐量指單位時(shí)間系統(tǒng)完成的總工作量。缺點(diǎn)：平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)；平均周轉(zhuǎn)時(shí)間指作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)開始，直到其完成并退出系統(tǒng)所經(jīng)歷的時(shí)間。批處理系統(tǒng)中由于作業(yè)要排隊(duì)，依次處理，因而作業(yè)的調(diào)度周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)。無(wú)交互能力。用戶一旦將作業(yè)交給系統(tǒng)，不能與自已的作業(yè)進(jìn)行交互。1/4/202312OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)二）多道批處理系統(tǒng)的特征12/§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)三）多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題CPU管理內(nèi)存管理I/O設(shè)備管理文件管理作業(yè)管理三、分時(shí)操作系統(tǒng)（Time-SharingSystem）分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)的形成的動(dòng)力是提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的動(dòng)力則是用戶的需要。主要表現(xiàn)在：人---機(jī)交互的需要多個(gè)使用者共享主機(jī)的需要便于用戶上機(jī)分時(shí)系統(tǒng)的特征多路性獨(dú)占性及時(shí)性交互性1/4/202313OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)三）多道批處理系統(tǒng)需要解決的問§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)四）四、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)（Real-TimeSystem）的引入多道批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)仍不能解決如下問題：實(shí)時(shí)控制實(shí)時(shí)信息處理

實(shí)時(shí)系統(tǒng)：指系統(tǒng)能即時(shí)響應(yīng)外部事件請(qǐng)求，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行的系統(tǒng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的比較多路性獨(dú)立性及時(shí)性：交互性可靠性需要強(qiáng)調(diào)的是，多道批處理系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是三個(gè)基本的操作系統(tǒng)，而一個(gè)實(shí)際的操作系統(tǒng)可能兼有其中三者或二者的功能。1/4/202314OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)四）四、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)12/28§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)五）五、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本特征自治性：每臺(tái)計(jì)算機(jī)能獨(dú)立運(yùn)行，獨(dú)立承擔(dān)分配給它的任務(wù)；分布性：它包含地理分布、功能分布、任務(wù)分布三個(gè)要素；互連性：把地理位置分散的資源實(shí)現(xiàn)物理連接；統(tǒng)一性：在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)控制下使分散的計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)能夠相互協(xié)調(diào)工作。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)范圍的操作系統(tǒng)，其主要任務(wù)是用統(tǒng)一的方法管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中共享資源的使用和任務(wù)的處理。為此，它有如下四個(gè)功能：網(wǎng)絡(luò)通信資源管理提供多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)接口根據(jù)以上功能，可以給出網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的定義如下：

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是建立于主機(jī)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，用于管理網(wǎng)絡(luò)通信和共享資源，協(xié)調(diào)各主機(jī)任務(wù)運(yùn)行，并向用戶提供統(tǒng)一的、有效的網(wǎng)絡(luò)接口的軟件的集合。1/4/202315OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)五）五、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)12/28§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)六）六、分布式操作系統(tǒng)

分布式操作系統(tǒng)是70和80年代發(fā)展起來(lái)的一種多處理機(jī)（或多計(jì)算機(jī)）系統(tǒng)。在此之前稱集中式系統(tǒng)，所有計(jì)算或處理功能集中在一臺(tái)主機(jī)上。而分布式系統(tǒng)計(jì)算和處理功能是分散在構(gòu)成分布式系統(tǒng)的各個(gè)處理單元上。分布式系統(tǒng)是由多個(gè)處理單元構(gòu)成的系統(tǒng)。其中，每個(gè)單元都處理機(jī)和局部存儲(chǔ)器，能獨(dú)立承擔(dān)分配給它的任務(wù)。各處理單元通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起。由統(tǒng)一的操作系統(tǒng)進(jìn)行管理。若處理單元是計(jì)算機(jī)則稱為分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它通常指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。分布式系統(tǒng)的特征分布性自治性模塊性并行性分布式系統(tǒng)的功能資源管理任務(wù)分配分布式進(jìn)程同步和通信管理出現(xiàn)浮動(dòng)由上可見，所謂分布式操作系統(tǒng)是：能直接對(duì)系統(tǒng)中各類資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配和管理，有效地控制和協(xié)調(diào)任務(wù)的并行執(zhí)行，允許系統(tǒng)中的處理單元無(wú)主次之分，并向用戶提供統(tǒng)一的、有效的接口的軟件的集合。1/4/202316OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)六）六、分布式操作系統(tǒng)12/2§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展七、嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式(計(jì)算機(jī))系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)不再以獨(dú)立的物理形態(tài)出現(xiàn)，而是嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)之中。嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行在嵌入式環(huán)境中，控制各種硬件部件和各種控制軟件協(xié)調(diào)運(yùn)行。它在工業(yè)控制、軍用武器系統(tǒng)中達(dá)到廣泛使用。嵌入式操作系統(tǒng)具有普通操作系統(tǒng)功能，但由于其應(yīng)用的特殊性和工作環(huán)境的多樣性又有其自身的特點(diǎn)：微型化可定制實(shí)時(shí)可靠易移植1/4/202317OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展七、嵌入式操作系統(tǒng)12/28/20§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)七）微機(jī)操作系統(tǒng)單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)CP/MDOS單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)如：Windows95/98/meOS/2System7多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)WindowsNT/2000/2003/XPServerUnixLinux1/4/202318OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)七）微機(jī)操作系統(tǒng)12/28/2§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)操作系統(tǒng)的特征并發(fā)（Concurrence）在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性指同一時(shí)間鍵隔內(nèi)多道程序同時(shí)運(yùn)行，但在單處理機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)程序運(yùn)行，微觀上它們是交替運(yùn)行。為使程序能并發(fā)執(zhí)行，系統(tǒng)必須為每個(gè)程序建立進(jìn)程。操作系統(tǒng)必須有控制和管理各種并發(fā)活動(dòng)的能力。共享（Sharing）所謂共享指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。由于資源屬性不同共享的方式也不同，可分為兩種共享方式：互斥共享方式：在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源稱臨界資源，典型的是許多物理設(shè)備、變量、表格等；同時(shí)共享方式：在一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)對(duì)它進(jìn)行訪問的資源，典型的是內(nèi)存、磁盤、重入碼編寫的文件等。迸發(fā)和共享是操作系統(tǒng)最基本的兩個(gè)特征。它們又是互為存在條件的。虛擬（Virtual）指將某個(gè)物理實(shí)體變成多個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。如，CPU（虛處理機(jī)），I/O設(shè)備，物理信道等；異步性（Asynchronism）進(jìn)程的運(yùn)行總是異步的走走停停的，這是競(jìng)爭(zhēng)資源的緣故。因此、每道程序何時(shí)結(jié)束是不可預(yù)知的。1/4/202319OpratingSystem§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)操作系統(tǒng)的特征共享（Sharing§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)（續(xù)一）操作系統(tǒng)的服務(wù)操作系統(tǒng)的服務(wù)類型程序執(zhí)行（進(jìn)程控制）I/O操作操縱文件系統(tǒng)通信差錯(cuò)檢測(cè)和信息維護(hù)系統(tǒng)調(diào)用的作用OS以不同的方法提供OS服務(wù)，所有的操作系統(tǒng)使用的最基本方法是以“系統(tǒng)調(diào)用（SystemCall)”方式提供的。應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用（C語(yǔ)言是以函數(shù)方式提供給程序員）來(lái)調(diào)用OS的特定過程，以實(shí)現(xiàn)特定服務(wù)系統(tǒng)調(diào)用本身是由若干條指令構(gòu)成的過程，但它與一般的過程不同，它是運(yùn)行在系統(tǒng)態(tài)，而一般過程是運(yùn)行在用戶態(tài)。由此導(dǎo)致進(jìn)入方式的不同，應(yīng)用程序及其調(diào)用都運(yùn)行在用戶態(tài)，而一般程序不能直接進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用，它表現(xiàn)通過中斷進(jìn)入OS（此時(shí)為系統(tǒng)態(tài)），然后再轉(zhuǎn)入特定功能（系統(tǒng)調(diào)用）過程。也正因?yàn)槿绱?，才把這些調(diào)用稱為系統(tǒng)調(diào)用。1/4/202320OpratingSystem§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)（續(xù)一）操作系統(tǒng)的服務(wù)12/28/§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)（續(xù)二）系統(tǒng)調(diào)用類型進(jìn)程控制（ProcessControl）類系統(tǒng)調(diào)用:如創(chuàng)建、終止、設(shè)置進(jìn)程屬性等；文件操縱（）系統(tǒng)調(diào)用:如創(chuàng)建文件、打開文件、讀、寫、設(shè)置文件屬性等；設(shè)備管理（Devicemanagement)系統(tǒng)調(diào)用通信系統(tǒng)調(diào)用信息維護(hù)（Informationmaintenance)系統(tǒng)調(diào)用:主要用在用戶程序和OS間傳遞信息。訪管指令前面講到用戶程序通過中斷請(qǐng)求系統(tǒng)調(diào)用，從而進(jìn)入管態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)功能服務(wù)子過程。但眾多的服務(wù)請(qǐng)求，如何響應(yīng)？這是通過“訪管指令”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。CPU有一條專門接受用戶系統(tǒng)功能服務(wù)請(qǐng)求的指令，即訪管指令，當(dāng)用戶發(fā)出系統(tǒng)功能服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，引起訪管中斷，如果具備響應(yīng)條件，則中斷當(dāng)前程序執(zhí)行，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；再將查找具體的系統(tǒng)功能號(hào)，尋找入口地址，設(shè)置該過程的PSW（它已設(shè)置為系統(tǒng)態(tài)）和現(xiàn)場(chǎng)，調(diào)用該功能過程執(zhí)行。1/4/202321OpratingSystem§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)（續(xù)二）系統(tǒng)調(diào)用類型12/28/2§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用設(shè)計(jì)步驟：編寫系統(tǒng)調(diào)用程序；設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)用入口地址表，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)對(duì)應(yīng)各個(gè)系統(tǒng)調(diào)用程序入口地址，并指定系統(tǒng)調(diào)用自帶參數(shù)個(gè)數(shù)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)；系統(tǒng)調(diào)用相關(guān)概念系統(tǒng)調(diào)用程序是可重入碼，以便同時(shí)為多個(gè)迸發(fā)服務(wù)；系統(tǒng)調(diào)用又稱“廣義指令”，但它不同于一般的機(jī)器指令，它是機(jī)器指令的擴(kuò)充，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能的擴(kuò)充；匯編和C可直接使用系統(tǒng)調(diào)用，但普通的高級(jí)語(yǔ)言是通過編譯系統(tǒng)將有關(guān)資源的操作轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用的；1/4/202322OpratingSystem§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)12/28/2022§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的區(qū)別運(yùn)行狀態(tài)不同一般用戶程序調(diào)用過程都在用戶態(tài)運(yùn)行一般系統(tǒng)程序調(diào)用過程都在系統(tǒng)態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生狀態(tài)切換，從用戶態(tài)切換到系統(tǒng)態(tài)，執(zhí)行完畢又返回用戶態(tài)；進(jìn)入方式不同一般過程直接調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用通過軟中斷進(jìn)入OS后，經(jīng)過分析才能調(diào)用處理程序提供的方式不同一般過程由編譯系統(tǒng)提供，不同的編譯系統(tǒng)提供的過程可能不同；系統(tǒng)調(diào)用由OS提供，其功能、種類與數(shù)量固定不變；調(diào)用方式不同一般過程使用調(diào)用指令按名調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用必須使用訪管指令，按功能號(hào)調(diào)用與調(diào)用代碼的關(guān)系不同1/4/202323OpratingSystem§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的區(qū)別12/

操作系統(tǒng)有如下功能存儲(chǔ)管理處理機(jī)管理設(shè)備管理文件管理用戶接口（作業(yè)管理）§5、操作系統(tǒng)的功能1/4/202324OpratingSystem

操作系統(tǒng)有如下功能§5、操作系統(tǒng)的功能12/28/2022§6、操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境

中央處理器操作系統(tǒng)作為一個(gè)程序會(huì)在處理器上運(yùn)行。若一個(gè)計(jì)算機(jī)只有一個(gè)CPU，則稱為單機(jī)系統(tǒng)，若有多個(gè)CPU，則稱為多機(jī)系統(tǒng)。特權(quán)指令每個(gè)處理器都有自已的指令系統(tǒng)。對(duì)單用戶系統(tǒng)，它的指令系統(tǒng)中的全部指令，普通的非系統(tǒng)用戶也能使用。對(duì)多用戶的多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境中，它的指令系統(tǒng)中的指令必須分成“特權(quán)指令”和“非特權(quán)指令”。特權(quán)指令在系統(tǒng)中只能由操作系統(tǒng)使用的指令，這些指令（如啟動(dòng)系統(tǒng)、啟動(dòng)某設(shè)備、設(shè)置時(shí)鐘、控制中斷屏蔽指令、清內(nèi)存指令、建立存儲(chǔ)保護(hù)指令等）如果允許用戶隨便使用，則可能使系統(tǒng)陷入混亂。用戶程序只能使用非特權(quán)指令。CPU如何區(qū)分當(dāng)前是在操作系統(tǒng)還是普通用戶在其上執(zhí)行呢？這依耐于處理器狀態(tài)標(biāo)識(shí)。1/4/202325OpratingSystem§6、操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境

中央處理器12/28/202225§6、操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境（續(xù)一）

處理器的狀態(tài)處理器上可執(zhí)行用戶程序、操作系統(tǒng)程序，根據(jù)程序?qū)Y源和機(jī)器指令使用權(quán)限而將此時(shí)的處理器設(shè)置為不同的狀態(tài)。通常設(shè)置為管態(tài)（核心態(tài)）和目態(tài)（用戶態(tài)）。當(dāng)處理器處于管態(tài)時(shí)，可執(zhí)行全部指令（包括特權(quán)和非特權(quán)指令）、使用所有資源，并具有改變處理器狀態(tài)的能力。當(dāng)處理器處于目態(tài)時(shí)，只能執(zhí)行非特權(quán)指令。程序狀態(tài)字CPU上有一個(gè)專門的寄存器用于指示處理器狀態(tài)，稱“程序狀態(tài)字（PSW）”。處理器狀態(tài)包括條件碼——反映指令執(zhí)行后的結(jié)果特征；中斷屏蔽碼——指出是否允許中斷；CPU的工作狀態(tài)——指出是管態(tài)還是目態(tài)——用以說明當(dāng)前CPU上執(zhí)行的是操作系統(tǒng)還是一般用戶，從而確定是否可以使用特權(quán)指令換擁有其它特殊權(quán)利。不同的機(jī)器有不同的程序狀態(tài)字格式，可包含不同的信息。WindowsNT和Unix使用的32位CPU（奔騰）有32位寄存器——EFLAGS，而M68000的程序狀態(tài)字PSW如圖：TSI2I1I0XNZVC151310401/4/202326OpratingSystem§6、操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境（續(xù)一）

處理器的狀態(tài)T§6、操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境（續(xù)二）T自陷（Trap）中斷標(biāo)志位；SCPU狀態(tài)標(biāo)志位，1說明處于管態(tài)，0說明CPU處于目態(tài)；I0~~I2中斷屏蔽位，共8級(jí)中斷，只接受高于此值的優(yōu)先級(jí)中斷；C進(jìn)位；N結(jié)果為負(fù)；Z結(jié)果為零；V溢出；主存儲(chǔ)器緩沖技術(shù)中斷技術(shù)時(shí)鐘、時(shí)鐘隊(duì)列TSI2I1I0XNZVC1/4/202327OpratingSystem§6、操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境（續(xù)二）T自陷（Trap）中§7、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)一、概念多個(gè)算題同時(shí)裝入內(nèi)存以并發(fā)方式工作執(zhí)行，這種設(shè)計(jì)技術(shù)稱“多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)”。這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱“多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)”。其工作原理見圖：二、為什么要采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)提高CPU利用率提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率提高系統(tǒng)的吞吐率1/4/202328OpratingSystem§7、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)一、概念12/28/202228OprC1/4/202329OpratingSystemC12/28/202229OpratingSystem§7、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)三、多道程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)多道性同時(shí)無(wú)序性無(wú)法確定并發(fā)順序宏觀上并行實(shí)際是各個(gè)程序競(jìng)爭(zhēng)占有CPU運(yùn)行，但宏觀上并行工作。調(diào)度性選擇合適的程序在CPU上運(yùn)行四、多道程序設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)1、多道程序設(shè)計(jì)必須解決的問題存儲(chǔ)保護(hù)處理器管理和進(jìn)程調(diào)度系統(tǒng)資源管理在保證系統(tǒng)安全、正常工作的前提下，實(shí)現(xiàn)資源分配和回收，促使盡可能多的進(jìn)程迸發(fā)運(yùn)行2、多道程序設(shè)計(jì)可能出現(xiàn)的問題1/4/202330OpratingSystem§7、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)三、多道程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn)12/28/2§7、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)⑴可能延長(zhǎng)單個(gè)程序的執(zhí)行時(shí)間⑵并行工作道數(shù)與系統(tǒng)效率不成正比1/4/202331OpratingSystem§7、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)⑴可能延長(zhǎng)單個(gè)程序的執(zhí)行時(shí)間12/28§8、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有如下兩大問題：復(fù)雜、周期長(zhǎng)；正確性難以保證；操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含兩大內(nèi)容：考慮操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)；分析操作系統(tǒng)的構(gòu)造過程和方法一、整體式結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)---模塊組合法，是早期OS的設(shè)計(jì)方法特點(diǎn)：模塊以功能劃分而非以程序或數(shù)據(jù)特點(diǎn)劃分?jǐn)?shù)據(jù)作為全程量使用模塊間可不加限制地調(diào)用和轉(zhuǎn)移，模塊間信息傳遞可任意約定1/4/202332OpratingSystem§8、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有如下兩大問題：12/§8、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊密接口簡(jiǎn)單系統(tǒng)效率高整體式結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)模塊獨(dú)立性差結(jié)構(gòu)不清晰不易閱讀和分析不易維護(hù)并發(fā)性受到限典型的是IBM初期的操作系統(tǒng)1/4/202333OpratingSystem§8、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)12/28/20223§8、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、分層結(jié)構(gòu)將操作系統(tǒng)分解成為內(nèi)核和若干模塊，并以一定的原則分為若干層，并建立單向依耐關(guān)系1、分層原則依耐硬件的模塊在最底層，以便屏蔽硬件特性控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的核心模塊在最底層，如CPU調(diào)度，進(jìn)程和線程控制，通信機(jī)制等把廣泛調(diào)用的模塊靠近底層命令解釋在最上層接受控制的模塊在較高層，文件處理在中部功能類似和相近的在同層2、分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)1/4/202334OpratingSystem§8、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、分層結(jié)構(gòu)12/28/202234O§8、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、C/S結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)C/S結(jié)構(gòu)將OS分成兩部分：運(yùn)行在用戶態(tài)，以C/S方式活動(dòng)的、完成具體服務(wù)的服務(wù)進(jìn)程運(yùn)行在核心態(tài)的內(nèi)核，短小且功能單一，如信息檢索、驗(yàn)證、傳遞等，構(gòu)成C/S的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，典型的是Windows2000/XP.2、優(yōu)點(diǎn)1/4/202335OpratingSystem§8、操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、C/S結(jié)構(gòu)12/28/2022351/4/202336OpratingSystem12/28/202236OpratingSystem結(jié)束語(yǔ)當(dāng)你盡了自己的最大努力時(shí)，失敗也是偉大的，所以不要放棄，堅(jiān)持就是正確的。WhenYouDoYourBest,FailureIsGreat,SoDon'TGiveUp,StickToTheEnd結(jié)束語(yǔ)謝謝大家榮幸這一路，與你同行It'SAnHonorToWalkWithYouAllTheWay演講人：XXXXXX時(shí)間：XX年XX月XX日

謝謝大家演講人：XXXXXX操作系統(tǒng)

（一）概念1/4/202339OpratingSystem操作系統(tǒng)

（一）12/28/20221OpratingS操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)的特征與功能多道程序設(shè)計(jì)的概念操作系統(tǒng)的模型本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1/4/202340OpratingSystem本章學(xué)習(xí)目標(biāo)12/28/20222OpratingSyst§1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)用軟件實(shí)用軟件(編譯系統(tǒng)DBMS工具軟件診斷程序編輯程序裝入程序裝配程序

…)

硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)系統(tǒng)軟件用戶程序員1/4/202341OpratingSystem§1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件應(yīng)

用戶1用戶2用戶3用戶4用戶n財(cái)務(wù)系統(tǒng)航空訂票上網(wǎng)瀏覽電子商務(wù)科學(xué)計(jì)算（應(yīng)用程序）編譯程序匯編程序編輯程序數(shù)據(jù)庫(kù)（系統(tǒng)程序）操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件………1/4/202342OpratingSystem用戶1用戶2用戶3用戶4用戶n財(cái)務(wù)系統(tǒng)航空訂票上網(wǎng)瀏覽電一、計(jì)算機(jī)硬件

硬件系統(tǒng)CPU主機(jī)

內(nèi)存RAM

ROM外設(shè)輸入設(shè)備

輸出設(shè)備外部存儲(chǔ)器運(yùn)算器

控制器具有總線結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有通道結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1/4/202343OpratingSystem一、計(jì)算機(jī)硬件硬件系統(tǒng)CPU主機(jī)內(nèi)存RAMRO二、計(jì)算機(jī)軟件

軟件：使用計(jì)算機(jī)所必須的程序和各種文檔的集合。程序：是指令（語(yǔ)句）的有序集合。計(jì)算機(jī)軟件可分為：應(yīng)用軟件：所有與用戶應(yīng)用相關(guān)的程序，如財(cái)務(wù)、管理決策、電子郵件、辦公自動(dòng)化軟件等都屬于應(yīng)用軟件范疇。系統(tǒng)軟件：

實(shí)用程序?qū)诱Z(yǔ)言處理、DBMS、編輯軟件以及鏈接程序、裝配程序、裝人程序、診斷程序等應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境、運(yùn)行環(huán)境。操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)下層直接與硬件相鄰，控制硬件運(yùn)行。向上支撐各級(jí)軟件運(yùn)行，上層各軟件通過操作系統(tǒng)訪問硬件，實(shí)現(xiàn)各程序間的通信。1/4/202344OpratingSystem二、計(jì)算機(jī)軟件12/28/20226OpratingSys§2、操作系統(tǒng)一、操作系統(tǒng)定義：

管理系統(tǒng)資源、協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作流程、方便用戶使用的程序的集合。二、操作系統(tǒng)的作用1、管理系統(tǒng)資源：

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括各種軟件和硬件資源，歸納起來(lái)有如下四類：

處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備和信息（數(shù)據(jù)和程序）。

OS是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者；

2、操作系統(tǒng)為用戶提供方便的使用接口

用戶可按需要鍵入操作命令，或從“菜單”中選擇命令，操作系統(tǒng)按用戶給予的命令控制系統(tǒng)（程序）運(yùn)行，完成相關(guān)任務(wù)。用戶以最簡(jiǎn)單、方便的方式操作計(jì)算機(jī)運(yùn)行。OS是用戶與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的接口；

1/4/202345OpratingSystem§2、操作系統(tǒng)一、操作系統(tǒng)定義：12/28/202§2、操作系統(tǒng)3、協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作流程

在系統(tǒng)中同時(shí)運(yùn)行各種系統(tǒng)程序、各種用戶程序，這些程序要爭(zhēng)奪CPU、內(nèi)存、總線、外設(shè)等各種資源。為保證它們有條不紊地運(yùn)行必須由操作系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)、管理4、OS具有強(qiáng)大的虛擬功能：

操作系統(tǒng)有擴(kuò)充機(jī)器的功能，在原有硬件的基礎(chǔ)上附上各層軟件，把裸機(jī)改造成功能強(qiáng)大的虛擬機(jī)。1/4/202346OpratingSystem§2、操作系統(tǒng)3、協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作流程12/28/20228O§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)力不斷提高資源利用率的需要方便用戶器件的不斷更新?lián)Q代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展一、無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)代的計(jì)算機(jī)1、人工操作方式特點(diǎn)：用戶獨(dú)占全機(jī)人工操作，慢且易出錯(cuò)整個(gè)運(yùn)行過程是順序式1/4/202347OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)力12/28/§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展2、脫機(jī)輸入輸出方式為了解決人機(jī)矛盾及CPU和外設(shè)的矛盾50年代出現(xiàn)脫機(jī)輸入輸出技術(shù)。由于程序和數(shù)據(jù)的輸入輸出都是在外圍機(jī)的控制下完成（脫離主機(jī)）固稱為脫機(jī)輸入輸出方式。其優(yōu)點(diǎn)：減少CPU空閑時(shí)間，緩和了人機(jī)矛盾；提高了I/O速度，緩和了CPU與外設(shè)的矛盾。二、批處理操作系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)（SimpleBatchSystem)將一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，在系統(tǒng)中配置監(jiān)控程序（Monitor),在它的控制下，使這批作業(yè)能一個(gè)個(gè)地連續(xù)處理。由于系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理是成批進(jìn)行、但內(nèi)存中只保持一道作業(yè)，固稱為單道批處理系統(tǒng)。1/4/202348OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展2、脫機(jī)輸入輸出方式12/28/2§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)一）其特征：自動(dòng)性，磁帶上的一批作業(yè)能自動(dòng)逐個(gè)運(yùn)行，無(wú)需人工干預(yù)；順序性，各作業(yè)順序進(jìn)入磁帶、順序進(jìn)入內(nèi)存，各作業(yè)的完成順序與進(jìn)入內(nèi)存的順序相同；單道性，內(nèi)存中僅有一道程序運(yùn)行。多道批處理系統(tǒng)多道程序基本概念60年代中期引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，形成多道批處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，用戶提交的作業(yè)在外存上形成后備隊(duì)列，由作業(yè)調(diào)度程序以一定算法從后備隊(duì)列中挑選若干作業(yè)入內(nèi)存，使它們共享CPU和其它資源，以達(dá)到提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐率的目的。優(yōu)點(diǎn)：提高CPU利用率；提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率；提高系統(tǒng)吞吐率1/4/202349OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)一）其特征：12/28/202§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)二）多道批處理系統(tǒng)的特征多道性無(wú)序性調(diào)度性作業(yè)調(diào)度進(jìn)程調(diào)度多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：資源利用率提高；系統(tǒng)吞吐量大。系統(tǒng)吞吐量指單位時(shí)間系統(tǒng)完成的總工作量。缺點(diǎn)：平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)；平均周轉(zhuǎn)時(shí)間指作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)開始，直到其完成并退出系統(tǒng)所經(jīng)歷的時(shí)間。批處理系統(tǒng)中由于作業(yè)要排隊(duì)，依次處理，因而作業(yè)的調(diào)度周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)。無(wú)交互能力。用戶一旦將作業(yè)交給系統(tǒng)，不能與自已的作業(yè)進(jìn)行交互。1/4/202350OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)二）多道批處理系統(tǒng)的特征12/§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)三）多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題CPU管理內(nèi)存管理I/O設(shè)備管理文件管理作業(yè)管理三、分時(shí)操作系統(tǒng)（Time-SharingSystem）分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)的形成的動(dòng)力是提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的動(dòng)力則是用戶的需要。主要表現(xiàn)在：人---機(jī)交互的需要多個(gè)使用者共享主機(jī)的需要便于用戶上機(jī)分時(shí)系統(tǒng)的特征多路性獨(dú)占性及時(shí)性交互性1/4/202351OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)三）多道批處理系統(tǒng)需要解決的問§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)四）四、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)（Real-TimeSystem）的引入多道批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)仍不能解決如下問題：實(shí)時(shí)控制實(shí)時(shí)信息處理

實(shí)時(shí)系統(tǒng)：指系統(tǒng)能即時(shí)響應(yīng)外部事件請(qǐng)求，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行的系統(tǒng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的比較多路性獨(dú)立性及時(shí)性：交互性可靠性需要強(qiáng)調(diào)的是，多道批處理系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是三個(gè)基本的操作系統(tǒng)，而一個(gè)實(shí)際的操作系統(tǒng)可能兼有其中三者或二者的功能。1/4/202352OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)四）四、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)12/28§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)五）五、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本特征自治性：每臺(tái)計(jì)算機(jī)能獨(dú)立運(yùn)行，獨(dú)立承擔(dān)分配給它的任務(wù)；分布性：它包含地理分布、功能分布、任務(wù)分布三個(gè)要素；互連性：把地理位置分散的資源實(shí)現(xiàn)物理連接；統(tǒng)一性：在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)控制下使分散的計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)能夠相互協(xié)調(diào)工作。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)范圍的操作系統(tǒng)，其主要任務(wù)是用統(tǒng)一的方法管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中共享資源的使用和任務(wù)的處理。為此，它有如下四個(gè)功能：網(wǎng)絡(luò)通信資源管理提供多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)接口根據(jù)以上功能，可以給出網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的定義如下：

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是建立于主機(jī)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，用于管理網(wǎng)絡(luò)通信和共享資源，協(xié)調(diào)各主機(jī)任務(wù)運(yùn)行，并向用戶提供統(tǒng)一的、有效的網(wǎng)絡(luò)接口的軟件的集合。1/4/202353OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)五）五、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)12/28§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)六）六、分布式操作系統(tǒng)

分布式操作系統(tǒng)是70和80年代發(fā)展起來(lái)的一種多處理機(jī)（或多計(jì)算機(jī)）系統(tǒng)。在此之前稱集中式系統(tǒng)，所有計(jì)算或處理功能集中在一臺(tái)主機(jī)上。而分布式系統(tǒng)計(jì)算和處理功能是分散在構(gòu)成分布式系統(tǒng)的各個(gè)處理單元上。分布式系統(tǒng)是由多個(gè)處理單元構(gòu)成的系統(tǒng)。其中，每個(gè)單元都處理機(jī)和局部存儲(chǔ)器，能獨(dú)立承擔(dān)分配給它的任務(wù)。各處理單元通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起。由統(tǒng)一的操作系統(tǒng)進(jìn)行管理。若處理單元是計(jì)算機(jī)則稱為分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它通常指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。分布式系統(tǒng)的特征分布性自治性模塊性并行性分布式系統(tǒng)的功能資源管理任務(wù)分配分布式進(jìn)程同步和通信管理出現(xiàn)浮動(dòng)由上可見，所謂分布式操作系統(tǒng)是：能直接對(duì)系統(tǒng)中各類資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配和管理，有效地控制和協(xié)調(diào)任務(wù)的并行執(zhí)行，允許系統(tǒng)中的處理單元無(wú)主次之分，并向用戶提供統(tǒng)一的、有效的接口的軟件的集合。1/4/202354OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)六）六、分布式操作系統(tǒng)12/2§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展七、嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式(計(jì)算機(jī))系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)不再以獨(dú)立的物理形態(tài)出現(xiàn)，而是嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)之中。嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行在嵌入式環(huán)境中，控制各種硬件部件和各種控制軟件協(xié)調(diào)運(yùn)行。它在工業(yè)控制、軍用武器系統(tǒng)中達(dá)到廣泛使用。嵌入式操作系統(tǒng)具有普通操作系統(tǒng)功能，但由于其應(yīng)用的特殊性和工作環(huán)境的多樣性又有其自身的特點(diǎn)：微型化可定制實(shí)時(shí)可靠易移植1/4/202355OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展七、嵌入式操作系統(tǒng)12/28/20§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)七）微機(jī)操作系統(tǒng)單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)CP/MDOS單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)如：Windows95/98/meOS/2System7多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)WindowsNT/2000/2003/XPServerUnixLinux1/4/202356OpratingSystem§3、操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展（續(xù)七）微機(jī)操作系統(tǒng)12/28/2§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)操作系統(tǒng)的特征并發(fā)（Concurrence）在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性指同一時(shí)間鍵隔內(nèi)多道程序同時(shí)運(yùn)行，但在單處理機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)程序運(yùn)行，微觀上它們是交替運(yùn)行。為使程序能并發(fā)執(zhí)行，系統(tǒng)必須為每個(gè)程序建立進(jìn)程。操作系統(tǒng)必須有控制和管理各種并發(fā)活動(dòng)的能力。共享（Sharing）所謂共享指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。由于資源屬性不同共享的方式也不同，可分為兩種共享方式：互斥共享方式：在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源稱臨界資源，典型的是許多物理設(shè)備、變量、表格等；同時(shí)共享方式：在一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)對(duì)它進(jìn)行訪問的資源，典型的是內(nèi)存、磁盤、重入碼編寫的文件等。迸發(fā)和共享是操作系統(tǒng)最基本的兩個(gè)特征。它們又是互為存在條件的。虛擬（Virtual）指將某個(gè)物理實(shí)體變成多個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。如，CPU（虛處理機(jī)），I/O設(shè)備，物理信道等；異步性（Asynchronism）進(jìn)程的運(yùn)行總是異步的走走停停的，這是競(jìng)爭(zhēng)資源的緣故。因此、每道程序何時(shí)結(jié)束是不可預(yù)知的。1/4/202357OpratingSystem§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)操作系統(tǒng)的特征共享（Sharing§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)（續(xù)一）操作系統(tǒng)的服務(wù)操作系統(tǒng)的服務(wù)類型程序執(zhí)行（進(jìn)程控制）I/O操作操縱文件系統(tǒng)通信差錯(cuò)檢測(cè)和信息維護(hù)系統(tǒng)調(diào)用的作用OS以不同的方法提供OS服務(wù)，所有的操作系統(tǒng)使用的最基本方法是以“系統(tǒng)調(diào)用（SystemCall)”方式提供的。應(yīng)用程序通過系統(tǒng)調(diào)用（C語(yǔ)言是以函數(shù)方式提供給程序員）來(lái)調(diào)用OS的特定過程，以實(shí)現(xiàn)特定服務(wù)系統(tǒng)調(diào)用本身是由若干條指令構(gòu)成的過程，但它與一般的過程不同，它是運(yùn)行在系統(tǒng)態(tài)，而一般過程是運(yùn)行在用戶態(tài)。由此導(dǎo)致進(jìn)入方式的不同，應(yīng)用程序及其調(diào)用都運(yùn)行在用戶態(tài)，而一般程序不能直接進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用，它表現(xiàn)通過中斷進(jìn)入OS（此時(shí)為系統(tǒng)態(tài)），然后再轉(zhuǎn)入特定功能（系統(tǒng)調(diào)用）過程。也正因?yàn)槿绱耍虐堰@些調(diào)用稱為系統(tǒng)調(diào)用。1/4/202358OpratingSystem§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)（續(xù)一）操作系統(tǒng)的服務(wù)12/28/§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)（續(xù)二）系統(tǒng)調(diào)用類型進(jìn)程控制（ProcessControl）類系統(tǒng)調(diào)用:如創(chuàng)建、終止、設(shè)置進(jìn)程屬性等；文件操縱（）系統(tǒng)調(diào)用:如創(chuàng)建文件、打開文件、讀、寫、設(shè)置文件屬性等；設(shè)備管理（Devicemanagement)系統(tǒng)調(diào)用通信系統(tǒng)調(diào)用信息維護(hù)（Informationmaintenance)系統(tǒng)調(diào)用:主要用在用戶程序和OS間傳遞信息。訪管指令前面講到用戶程序通過中斷請(qǐng)求系統(tǒng)調(diào)用，從而進(jìn)入管態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)功能服務(wù)子過程。但眾多的服務(wù)請(qǐng)求，如何響應(yīng)？這是通過“訪管指令”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。CPU有一條專門接受用戶系統(tǒng)功能服務(wù)請(qǐng)求的指令，即訪管指令，當(dāng)用戶發(fā)出系統(tǒng)功能服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，引起訪管中斷，如果具備響應(yīng)條件，則中斷當(dāng)前程序執(zhí)行，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；再將查找具體的系統(tǒng)功能號(hào)，尋找入口地址，設(shè)置該過程的PSW（它已設(shè)置為系統(tǒng)態(tài)）和現(xiàn)場(chǎng)，調(diào)用該功能過程執(zhí)行。1/4/202359OpratingSystem§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)（續(xù)二）系統(tǒng)調(diào)用類型12/28/2§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用設(shè)計(jì)步驟：編寫系統(tǒng)調(diào)用程序；設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)用入口地址表，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)對(duì)應(yīng)各個(gè)系統(tǒng)調(diào)用程序入口地址，并指定系統(tǒng)調(diào)用自帶參數(shù)個(gè)數(shù)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)；系統(tǒng)調(diào)用相關(guān)概念系統(tǒng)調(diào)用程序是可重入碼，以便同時(shí)為多個(gè)迸發(fā)服務(wù)；系統(tǒng)調(diào)用又稱“廣義指令”，但它不同于一般的機(jī)器指令，它是機(jī)器指令的擴(kuò)充，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能的擴(kuò)充；匯編和C可直接使用系統(tǒng)調(diào)用，但普通的高級(jí)語(yǔ)言是通過編譯系統(tǒng)將有關(guān)資源的操作轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用的；1/4/202360OpratingSystem§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)12/28/2022§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的區(qū)別運(yùn)行狀態(tài)不同一般用戶程序調(diào)用過程都在用戶態(tài)運(yùn)行一般系統(tǒng)程序調(diào)用過程都在系統(tǒng)態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生狀態(tài)切換，從用戶態(tài)切換到系統(tǒng)態(tài)，執(zhí)行完畢又返回用戶態(tài)；進(jìn)入方式不同一般過程直接調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用通過軟中斷進(jìn)入OS后，經(jīng)過分析才能調(diào)用處理程序提供的方式不同一般過程由編譯系統(tǒng)提供，不同的編譯系統(tǒng)提供的過程可能不同；系統(tǒng)調(diào)用由OS提供，其功能、種類與數(shù)量固定不變；調(diào)用方式不同一般過程使用調(diào)用指令按名調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用必須使用訪管指令，按功能號(hào)調(diào)用與調(diào)用代碼的關(guān)系不同1/4/202361OpratingSystem§4、操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)系統(tǒng)調(diào)用與一般過程調(diào)用的區(qū)別12/

操作系統(tǒng)有如下功能存儲(chǔ)管理處理機(jī)管理設(shè)備管理文件管理用戶接口（作業(yè)管理）§5、操作系統(tǒng)的功能1/4/202362OpratingSystem

操作系統(tǒng)有如下功能§5、操作系統(tǒng)的功能12/28/2022§6、操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境

中央處理器操作系統(tǒng)作為一個(gè)程序會(huì)在處理器上運(yùn)行。若一個(gè)計(jì)算機(jī)只有一個(gè)CPU，則稱為單機(jī)系統(tǒng)，若有多個(gè)CPU，則稱為多機(jī)系統(tǒng)。特權(quán)指令每個(gè)處理器都有自已的指令系統(tǒng)。對(duì)單用戶系統(tǒng)，它的指令系統(tǒng)中的全部指令，普通的非系統(tǒng)用戶也能使用。對(duì)多用戶的多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境中，它的指令系統(tǒng)中的指令必須分成“特權(quán)指令”和“非特權(quán)指令”。特權(quán)指令在系統(tǒng)中只能由操作系統(tǒng)使用的指令，這些指令（如啟動(dòng)系統(tǒng)、啟動(dòng)某設(shè)備、設(shè)置時(shí)鐘、控制中斷屏蔽指令、清內(nèi)存指令、建立存儲(chǔ)保護(hù)指令等）如果允許用戶隨便使用，則可能使系統(tǒng)陷入混亂。用戶程序只能使用非特權(quán)指令。CPU如何區(qū)分當(dāng)前是在操作系統(tǒng)還是普通用戶在其上執(zhí)行呢？這依耐于處理器狀態(tài)標(biāo)識(shí)。1/4/202363OpratingSystem§6、操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境

中央處理器12/28/202225§6、操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境（續(xù)一）

處理器的狀態(tài)處理器上可執(zhí)行用戶程序、操作系統(tǒng)程序，根據(jù)程序?qū)Y源和機(jī)器指令使用權(quán)限而將此時(shí)的處理器設(shè)置為不同的狀態(tài)。通常設(shè)置為管態(tài)（核心態(tài)）和目態(tài)（用戶態(tài)）。當(dāng)處理器處于管態(tài)時(shí)，可執(zhí)行全部指令（包括特權(quán)和非特權(quán)指令）、使用所有資源，并具有改變處理器狀態(tài)的能力。當(dāng)處理器處于目態(tài)時(shí)，只能執(zhí)行非特權(quán)指令。程序狀態(tài)字CPU上有一個(gè)專門的寄存器用于指示處理器狀態(tài)，稱“程序狀態(tài)字（PSW）”。處理器狀態(tài)包括條件碼——反映指令執(zhí)行后的結(jié)果特征；中斷屏蔽碼——指出是否允許中斷；CPU的工作狀態(tài)——指出是管態(tài)還是目態(tài)——用以說明當(dāng)前CPU上執(zhí)行的是操作系統(tǒng)還是一般用戶，從而確定是否可以使用特權(quán)指令換擁有其它特殊權(quán)利。不同的機(jī)器有不同的程序狀態(tài)字格式，可包含不同的信息。WindowsNT和Unix使用的32位CPU（奔騰）有32位寄存器——EFLAGS，而M68000的程序狀態(tài)字PSW如圖：TSI2I1I0XNZVC151310401/4/202364OpratingSystem§6、操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境（續(xù)一）

處理器的狀態(tài)T§6、操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境（續(xù)二）T自陷（Trap）中斷標(biāo)志位；SCPU狀態(tài)標(biāo)志位，1說明處于管態(tài)，0