《操作系統(tǒng)概論》PPT課件

1、操作系統(tǒng),1,操作系統(tǒng),主講人：xxx,操作系統(tǒng),2,第1章 操作系統(tǒng)概論,本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 本章主要講解操作系統(tǒng)的基本知識(shí)。 通過(guò)本章學(xué)習(xí)，我們應(yīng)該掌握以下內(nèi)容： 操作系統(tǒng)的功能和地位 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程（分類） 操作系統(tǒng)的特征 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng),3,1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng),1.1.1硬件與軟件 一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 計(jì)算機(jī)硬件是各種物理設(shè)備的總稱，是完成工作任務(wù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。如圖1-1所示。,操作系統(tǒng),4,圖1-1 計(jì)算機(jī)硬件的組成,操作系統(tǒng),5,計(jì)算機(jī)軟件 計(jì)算機(jī)軟件是指程序和與程序相關(guān)的文檔的集合，按功能劃分，軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。 軟件通過(guò)對(duì)硬

2、件基本功能的控制與組合實(shí)現(xiàn)人們所需的高級(jí)功能，如學(xué)習(xí)、游戲、娛樂(lè)、辦公等。人們?cè)诟邔油ㄟ^(guò)軟件來(lái)使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成各種功能。 軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂,操作系統(tǒng),6,1.1.2 操作系統(tǒng)的形成 通常，把未配置任何軟件的計(jì)算機(jī)稱為“裸機(jī)”。 第一代計(jì)算機(jī)：19461958，電子管計(jì)算機(jī)，無(wú)操作系統(tǒng),操作系統(tǒng),7,電子體管計(jì)算機(jī)使用方式（全手工方式） 程序首先從紙帶或卡片輸入機(jī)上裝入輸入機(jī) 然后輸入機(jī)把程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器，用戶利用控制臺(tái)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)程序開(kāi)始執(zhí)行。 計(jì)算結(jié)束，用戶取走打印結(jié)果。 特點(diǎn)：使用計(jì)算的全過(guò)程 需要人工裝卸紙帶、人工控制運(yùn)行。 手工操作時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間所占比例較小，資源

3、利用率很低。,操作系統(tǒng),8,第二代計(jì)算機(jī)：晶體管計(jì)算機(jī)（19581964年） 特點(diǎn)：仍然沒(méi)有操作系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度不斷提高，因此加劇了“人-機(jī)矛盾”。嚴(yán)重制約了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作效率。 改進(jìn)辦法：減少手工操作，讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制用戶作業(yè)的啟動(dòng)、運(yùn)行，廢除上、下機(jī)手工交接。 具體實(shí)現(xiàn)：讓計(jì)算系統(tǒng)一次集中處理一批用戶作業(yè)，故被稱為“批處理系統(tǒng)”，其管理程序就是現(xiàn)今操作系統(tǒng)的雛形。如圖1-2所示。,操作系統(tǒng),9,圖1-2 批處理系統(tǒng)示意圖,操作系統(tǒng),10,第三代計(jì)算機(jī)： 集成電路和大規(guī)模集成電路（ 1964年以后） 人們開(kāi)始把CPU、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備以及各種軟件都視為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“資源”，在軟件

4、設(shè)計(jì)上提出了“多道程序設(shè)計(jì)”的技術(shù)。 在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾個(gè)相互獨(dú)立的程序，讓它們?nèi)ァ肮蚕怼?、去“?jìng)爭(zhēng)”系統(tǒng)中的這些資源，具有這種功能的軟件就是“操作系統(tǒng)”。,操作系統(tǒng),11,1.1.3 操作系統(tǒng)的基本觀點(diǎn) 操作系統(tǒng)是在裸機(jī)上加載的第一層軟件，是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)功能的首次擴(kuò)充，它直接控制、管理各種硬件資源。 操作系統(tǒng)為用戶提供作業(yè)控制接口，使用戶能夠通過(guò)終端輸入一定命令來(lái)控制作業(yè)流程。 操作系統(tǒng)為應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員提供系統(tǒng)功能調(diào)用，提高應(yīng)用開(kāi)發(fā)效率。 統(tǒng)一管理系統(tǒng)資源，使并發(fā)進(jìn)程能夠按照一定原則合理共享系統(tǒng)資源，提高資源利用率。,操作系統(tǒng),12,1.1.3 操作系統(tǒng)的觀點(diǎn) 操作系統(tǒng)為用戶提供了一

5、臺(tái)功能經(jīng)過(guò)擴(kuò)展了的機(jī)器或“虛擬機(jī)”，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)生活中并不存在具有這種功能的真實(shí)機(jī)器，它只是用戶的一種感覺(jué)而已。 如圖1-3 操作系統(tǒng)提供了一臺(tái)虛擬機(jī),操作系統(tǒng),13,圖1-3 操作系統(tǒng)提供了一臺(tái)虛擬機(jī),操作系統(tǒng),14,1.1.4 Operating System，OS定義 操作系統(tǒng):是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心系統(tǒng)軟件，負(fù)責(zé)管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源、合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程和有效利用資源，在計(jì)算機(jī)與用戶之間起接口的作用，以方便用戶使用計(jì)算機(jī)的大型系統(tǒng)程序。,操作系統(tǒng),15,1.1.5 操作系統(tǒng)地位 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是分層次的，最低層是未配置任何軟件的硬件裸機(jī)，硬件之上是軟件，軟件又分為若干層次，

6、最低層是操作系統(tǒng)。 操作系統(tǒng)是覆蓋在裸機(jī)之上的第一層軟件，它直接控制、管理各種硬件資源。所以操作系統(tǒng)是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制管理中心。,操作系統(tǒng),16,圖 14 操作系統(tǒng)與軟件硬件之間的關(guān)系,操作系統(tǒng),17,裸機(jī),操作系統(tǒng),系統(tǒng)工具,應(yīng)用軟件,應(yīng)用用戶,應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員,操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),圖15計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng),18,1.2 操作系統(tǒng)的功能,操作系統(tǒng)的目的： 方便用戶使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源利用率 操作系統(tǒng)的功能可以從三個(gè)方面來(lái)考慮 資源管理管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件資源 虛擬計(jì)算實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件方面的功能 提供人機(jī)接口用戶通過(guò)人機(jī)接口來(lái)使用計(jì)算機(jī),操作系統(tǒng),19,處

7、理機(jī)管理 存儲(chǔ)管理 設(shè)備管理 文件管理 作業(yè)管理,1.2.1從資源管理的角度來(lái)理解操作系統(tǒng)的功能,操作系統(tǒng),20,多用戶：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有多個(gè)用戶同時(shí)聯(lián)機(jī)使用。 多任務(wù)：同一用戶可能同時(shí)運(yùn)行多道程序和多個(gè)任務(wù)。如我們?cè)谶M(jìn)行數(shù)據(jù)處理的同時(shí)可以上網(wǎng)聊天、聽(tīng)音樂(lè)。 并發(fā)執(zhí)行：由于有多道程序處于運(yùn)行狀態(tài)，使得計(jì)算機(jī)資源不是由一個(gè)程序在運(yùn)行時(shí)獨(dú)占使用，而是由多個(gè)并發(fā)運(yùn)行的程序共享使用。,現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)面臨的系統(tǒng)環(huán)境,操作系統(tǒng),21,由于多用戶、多任務(wù)、并發(fā)執(zhí)行使得資源管理與分配與程序能否正確執(zhí)行以及系統(tǒng)資源利用率緊密相關(guān)。 因此，操作系統(tǒng)的目標(biāo)之一就是統(tǒng)一管理分配計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源，在保證并發(fā)執(zhí)行的應(yīng)用程序順

8、利運(yùn)行的前提下提高資源利用率。,多用戶、多任務(wù)、并發(fā)執(zhí)行帶來(lái)的問(wèn)題：,操作系統(tǒng),22,一、管理計(jì)算機(jī)資源,1.2.1.1 處理機(jī)管理 處理機(jī)的任務(wù)是運(yùn)行的程序，程序在某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象上的一次運(yùn)行過(guò)程稱為進(jìn)程，所以處理機(jī)管理又叫進(jìn)程管理。 單處理機(jī)系統(tǒng)中的程序運(yùn)行方式： 單道程序順序執(zhí)行 多道程序并發(fā)運(yùn)行,操作系統(tǒng),23,單處理機(jī)系統(tǒng)：?jiǎn)蔚莱绦蝽樞驁?zhí)行,要執(zhí)行的多道程序順序依次執(zhí)行，一個(gè)程序運(yùn)行完畢才能運(yùn)行下一個(gè)程序，即在一個(gè)程序運(yùn)行期間不插入運(yùn)行其他程序。 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需要在多個(gè)進(jìn)程之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 缺點(diǎn)：資源利用率低，因?yàn)樵谙到y(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程中，始終是一道程序獨(dú)占系統(tǒng)全部資源，一般一道程序不

9、會(huì)同時(shí)進(jìn)行計(jì)算和輸入輸出操作，使得處理機(jī)與外部設(shè)備不能并行工作。,操作系統(tǒng),24,單處理機(jī)系統(tǒng)：多道程序并發(fā)執(zhí)行,在內(nèi)存中同時(shí)存放多道程序，按一定調(diào)度策略多道程序交叉運(yùn)行，形成“微觀上串行，宏觀上并行”的情況，使得處理機(jī)和外部設(shè)備可以并行工作。 優(yōu)點(diǎn): (1) 多道程序并發(fā)執(zhí)行資源利用率高 (2)多道程序可以提供多個(gè)用戶同時(shí)聯(lián)機(jī)操作，一臺(tái)主機(jī)可以同時(shí)連接若干用戶終端，同時(shí)若干用戶可以分別通過(guò)自己的終端使用主機(jī)。,操作系統(tǒng),25,單處理機(jī)系統(tǒng)中多道程序并發(fā)執(zhí)行的處理機(jī)管理,處理機(jī)調(diào)度：?jiǎn)翁幚頇C(jī)系統(tǒng)中并發(fā)運(yùn)行多道程序，必須按照一定策略對(duì)處理機(jī)進(jìn)行調(diào)度，決定在某個(gè)時(shí)刻把處理機(jī)分配給哪個(gè)進(jìn)程進(jìn)行計(jì)算操

10、作，這是處理機(jī)管理的核心任務(wù)。 進(jìn)程控制：操作系統(tǒng)提供了一些原語(yǔ)對(duì)進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制。（原語(yǔ)在運(yùn)行過(guò)程中不可中斷） 進(jìn)程通信：操作系統(tǒng)提供了一系列的通信原語(yǔ)供應(yīng)用程序調(diào)用。 進(jìn)程同步：操作系統(tǒng)采取一定的策略來(lái)處理并發(fā)進(jìn)程之間的制約關(guān)系，即進(jìn)程同步協(xié)調(diào)運(yùn)行。,操作系統(tǒng),26,1.2.1.2 存儲(chǔ)器管理,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用了馮諾依曼提出的存儲(chǔ)程序原理，即把要運(yùn)行的程序先一次性存放在存儲(chǔ)器中，然后由處理機(jī)自動(dòng)從存儲(chǔ)器中依次取出程序指令運(yùn)行，處理機(jī)的運(yùn)行過(guò)程就是不斷地取指令、執(zhí)行指令循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，每次取一條指令，執(zhí)行一條指令。 存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的重要資源，與處理機(jī)稱為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的主機(jī) 多道程序

11、環(huán)境中，要在內(nèi)存中同時(shí)存放多道程序，必須對(duì)內(nèi)存進(jìn)行合理的管理，以保證程序順利運(yùn)行，并提高內(nèi)存的利用率。,約翰馮諾依曼（ John Von Nouma，19031957），美藉匈牙利人，20世紀(jì)最杰出的數(shù)學(xué)家之一，計(jì)算機(jī)之父，博弈論之父 ，猶太人。與同為猶太人的哈耶克一樣，是上世紀(jì)最偉大的全才之一,操作系統(tǒng),27,存儲(chǔ)管理功能,（1）內(nèi)存分配：內(nèi)存分配的任務(wù)是為每道程序分配一定的存儲(chǔ)空間。 在內(nèi)存分配過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存需求總和超過(guò)實(shí)際內(nèi)存空間，因此，制定分配策略時(shí)應(yīng)以提高內(nèi)存利用率為目標(biāo)。 （2）地址轉(zhuǎn)換：編寫(xiě)程序時(shí)使用的是邏輯地址空間，程序調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行時(shí)使用的是物理地址空間，為了確保能正確訪問(wèn)數(shù)

12、據(jù)和指令，必須在程序裝入內(nèi)存時(shí)把邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址，這一操作稱為地址轉(zhuǎn)換，也稱重定位。,操作系統(tǒng),28,（3）內(nèi)存保護(hù)：內(nèi)存保護(hù)的任務(wù)是確保每道程序都在自己的內(nèi)存空間中運(yùn)行，互不干擾，即不允許訪問(wèn)（存取）其他程序的存儲(chǔ)空間。 用戶程序訪問(wèn)操作系統(tǒng)只能通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用才能實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)提供的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)內(nèi)存越界時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理。 （4）內(nèi)存擴(kuò)充。采用擴(kuò)充技術(shù)為多道程序提供充足的內(nèi)存空間。物理上并不增加內(nèi)存，邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存。擴(kuò)充內(nèi)存方法（1）進(jìn)程整體交換；（2）部分裝入內(nèi)存，邊裝入邊運(yùn)行。,存儲(chǔ)管理功能,操作系統(tǒng),29,1.2.1.3 設(shè)備管理,設(shè)備管理的任務(wù)是： 接受用戶程序提

13、出的I/O請(qǐng)求，為用戶程序分配I/O設(shè)備 使CPU和I/O設(shè)備并行操作，提高CPU和I/O設(shè)備的利用率 提高I/O速度 方便用戶程序使用I/O設(shè)備 完成以上任務(wù)操作系統(tǒng)應(yīng)具備：設(shè)備分配、緩沖管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、設(shè)備無(wú)關(guān)性等功能。,操作系統(tǒng),30,（1）設(shè)備分配：根據(jù)用戶程序的I/O請(qǐng)求，分配所需設(shè)備。 （2）緩沖管理：主要是因?yàn)檫M(jìn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)與I/O設(shè)備控制器之間直接傳輸數(shù)據(jù)速度不匹配與效率很低的問(wèn)題。 緩沖管理的任務(wù)是解決CPU和外設(shè)速度不匹配的矛盾，使他們能夠充分并行工作，從而提高CPU和I/O設(shè)備的利用率，最提高系統(tǒng)吞吐量。 （3）設(shè)備驅(qū)動(dòng)：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)CPU與設(shè)備控制器之間的通信。,設(shè)

14、備管理,操作系統(tǒng),31,（4）設(shè)備無(wú)關(guān)性：設(shè)備無(wú)關(guān)性又稱設(shè)備獨(dú)立性。即用戶編寫(xiě)的應(yīng)用程序與實(shí)際使用的物理設(shè)備無(wú)關(guān)。 用戶編寫(xiě)的應(yīng)用程序中不直接指定使用哪臺(tái)具體的物理設(shè)備，而是使用操作系統(tǒng)提供的邏輯設(shè)備，然后由操作系統(tǒng)把用戶程序中使用的邏輯設(shè)備映射到具體的物理設(shè)備，實(shí)施具體的I/O操作。 優(yōu)點(diǎn)：是用戶應(yīng)用進(jìn)程的運(yùn)行與某臺(tái)具體物理設(shè)備的狀態(tài)無(wú)關(guān)，而由操作系統(tǒng)為其分配一臺(tái)合適的設(shè)備完成I/O操作。這樣會(huì)避免出現(xiàn)有設(shè)備可用但進(jìn)程卻無(wú)法運(yùn)行的情況。,設(shè)備管理,操作系統(tǒng),32,1.2.1. 4 文件管理,操作系統(tǒng)中引入文件管理的動(dòng)因？ 由于計(jì)算機(jī)中的程序和數(shù)據(jù)需要長(zhǎng)期保存和反復(fù)使用，促成了文件管理的發(fā)展。

15、 例如:銀行中的存貸款數(shù)據(jù)、學(xué)校的學(xué)籍管理軟件、學(xué)籍?dāng)?shù)據(jù)等。 操作系統(tǒng)等軟件資源也都需要以文件的形式存放在外部存儲(chǔ)介質(zhì)中，供用戶反復(fù)使用。,操作系統(tǒng),33,文件系統(tǒng)：操作系統(tǒng)中對(duì)文件進(jìn)行管理的子系統(tǒng)稱為文件系統(tǒng)。 任務(wù)：為用戶提供一種簡(jiǎn)便的、統(tǒng)一的存取和管理文件的方法，對(duì)用戶而言，按名存取是一種簡(jiǎn)便的存取文件的手段 實(shí)現(xiàn)文件的共享 維護(hù)文件的秘密和安全（文件的存取控制）,1.2.1. 4 文件管理,操作系統(tǒng),34,文件管理功能,（1）文件存儲(chǔ)空間的管理：為新文件分配所需的外部存儲(chǔ)空間，回收釋放的文件存儲(chǔ)空間。分配與回收時(shí)應(yīng)該考慮到提高外存空間的利用率以及文件存取速度。 （2）目錄管理：為方便在

16、外存中找到所需文件，應(yīng)該在外存中建立目錄，每一個(gè)文件對(duì)應(yīng)一個(gè)目錄項(xiàng)。 任務(wù)：建立外存中文件的目錄結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)用戶程序?qū)ξ募摹鞍疵嫒　薄?（3）文件操作：如，創(chuàng)建、刪除、打開(kāi)、關(guān)閉等 （4）文件的存取權(quán)限控制：為防止文件被非授權(quán)使用，操作系統(tǒng)提供了文件存取權(quán)限控制。,操作系統(tǒng),35,1.2.2 提供人機(jī)接口,用戶是通過(guò)操作系統(tǒng)提供的人機(jī)接口來(lái)使用計(jì)算。操作系統(tǒng)為用戶提供了兩種接口。 作業(yè)控制級(jí)接口 程序級(jí)接口 1.2.2.1 作業(yè)控制級(jí)接口 作業(yè)是用戶在機(jī)器上所作的一系列相關(guān)的工作。一道作業(yè)由若干順序相關(guān)的作業(yè)步構(gòu)成。,操作系統(tǒng),36,作業(yè)步驟：編輯編譯連接運(yùn)行 作業(yè)步驟之間的關(guān)系： （1）每

17、個(gè)作業(yè)步運(yùn)行的結(jié)果是產(chǎn)生下一個(gè)作業(yè)步所需的文件。 （2）一個(gè)作業(yè)步能否開(kāi)始執(zhí)行依賴于前一個(gè)作業(yè)步是否順利完成。 （3）各作業(yè)步之間的關(guān)系不一定是單向的，而可以從當(dāng)前作業(yè)返回上一作業(yè)步。,用戶作業(yè)實(shí)例（Turbo C編程實(shí)例）,操作系統(tǒng),37,編 輯,編 譯,連 接,運(yùn) 行,源程序,目標(biāo)程序,可執(zhí)行程序,圖15 作業(yè)示例,操作系統(tǒng),38,主要是指操作系統(tǒng)應(yīng)該向用戶提供作業(yè)工作流程控制的手段。 作業(yè)級(jí)接口的構(gòu)成：命令和命令解釋器。 例如，在DOS系統(tǒng)中有內(nèi)部命令、外部命令、命令解釋器（） 作業(yè)控制級(jí)接口分為：聯(lián)機(jī)用戶接口和脫機(jī)用戶接口,什么是作業(yè)控制級(jí)接口？,操作系統(tǒng),39,（1）聯(lián)機(jī)用戶接口 由

18、一組鍵盤(pán)字符命令（或鼠標(biāo)命令）和命令解釋器組成，使用戶可以聯(lián)機(jī)交互方式使用計(jì)算機(jī)。 用戶每次鍵入一個(gè)合法命令（解釋器能執(zhí)行的命令），啟動(dòng)一個(gè)作業(yè)步；一個(gè)作業(yè)步運(yùn)行完畢后，再鍵入下一個(gè)命令名，啟動(dòng)下一個(gè)作業(yè)步。 在一個(gè)作業(yè)步結(jié)束后，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，可以由用戶修正錯(cuò)誤，然后重新啟動(dòng)該作業(yè)步。用戶可根據(jù)作業(yè)運(yùn)行情況隨時(shí)進(jìn)行作業(yè)步的調(diào)整。,操作系統(tǒng),40,聯(lián)機(jī)用戶接口:鍵盤(pán)字符命令接口和圖形接口 （A）鍵盤(pán)命令：要求用戶能熟記命令名字和格式，并嚴(yán)格按照規(guī)定的格式輸入命令。 （B）圖形接口：采用圖形化的操作界面（GUI）。 常見(jiàn)操作系統(tǒng)有：IBM公司OS/2、Apple公司的Macintosh、Micros

19、oft公司的Windows,操作系統(tǒng),41,（2）脫機(jī)用戶接口 操作命令的形式為作業(yè)控制語(yǔ)言，用戶以脫機(jī)批處理方式使用計(jì)算機(jī)。 用戶對(duì)作業(yè)流程的控制意圖是利用作業(yè)控制語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)成一份作業(yè)說(shuō)明書(shū)來(lái)表達(dá)的。用戶將作業(yè)控制說(shuō)明書(shū)交給系統(tǒng)，系統(tǒng)逐條解釋執(zhí)行說(shuō)明書(shū)中的命令。 用戶一旦提交了作業(yè)，作業(yè)流程就由操作系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)控制說(shuō)明書(shū)自動(dòng)控制，用戶無(wú)法干預(yù)該作業(yè)的運(yùn)行。 用戶必須事先設(shè)計(jì)好作業(yè)流程，還要預(yù)測(cè)作業(yè)運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，并給出發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)的處理方法。,操作系統(tǒng),42,聯(lián)機(jī)用戶接口與脫機(jī)用戶接口比較 聯(lián)機(jī)用戶接口可以靈活方便地控制作業(yè)流程，及時(shí)處理作業(yè)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，系統(tǒng)運(yùn)行效率比較低，作

20、業(yè)運(yùn)行過(guò)程中作業(yè)步銜接依靠人工干預(yù)控制，操作速度比較慢。 脫機(jī)用戶接口使作業(yè)自動(dòng)運(yùn)行，沒(méi)有人工干預(yù)，提高高了系統(tǒng)運(yùn)行效率；缺點(diǎn)是用戶不能靈活地控制作業(yè)流程。,操作系統(tǒng),43,1.2.2.2 程序級(jí)接口 操作系統(tǒng)提供的程序級(jí)接口由一組系統(tǒng)功能調(diào)用命令以及完成這些命令的程序模塊組成。 例如，DOS系統(tǒng)的功能調(diào)用，INT 21H Windows系統(tǒng)的API（Application Programming Interface）,操作系統(tǒng),44,1.3操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 1.3.1 推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?（1）不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率的需要。 發(fā)展初期，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特別昂貴，人們迫切需要提高計(jì)算機(jī)系

21、統(tǒng)中的資源利用率。 （2）方便用戶。 提供友好的界面；提供豐富實(shí)用的系統(tǒng)功能調(diào)用；提供人機(jī)交互操作方式。,操作系統(tǒng),45,1.3.1 推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?（3）計(jì)算機(jī)硬件不斷更新?lián)Q代。 操作系統(tǒng)是基于硬件系統(tǒng)的，直接對(duì)硬件進(jìn)行管理和控制，所以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的發(fā)展必然推動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展。 （4）計(jì)算體系結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展 硬件體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展必然推動(dòng)操作系統(tǒng)的發(fā)展。例如，單處理機(jī)系統(tǒng)發(fā)展為多處理機(jī)系統(tǒng)時(shí)，操作系統(tǒng)由單處理機(jī)系統(tǒng)發(fā)展為多處理機(jī)系統(tǒng)；有計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，就有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。,操作系統(tǒng),46,1.3.2 單道批處理系統(tǒng),操作系統(tǒng),47,1.3.2 單道批處理系統(tǒng),單道批處理系統(tǒng)也稱監(jiān)督程序，是操作系

22、統(tǒng)的雛形。 監(jiān)督程序常駐內(nèi)存，在它的控制下，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)的自動(dòng)過(guò)渡，從而減少了手工操作。 這一時(shí)期出現(xiàn)了匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言編程工具，每一種語(yǔ)言編譯程序（如匯編語(yǔ)言或某種高級(jí)語(yǔ)言的編譯程序）、實(shí)用程序（如連接程序）都作為監(jiān)督程序的子例程，當(dāng)需要用到它們時(shí)由監(jiān)督程序進(jìn)行調(diào)用。,操作系統(tǒng),48,1.3.2 單道批處理系統(tǒng),批處理系統(tǒng)分類：?jiǎn)蔚琅幚砗投嗟琅幚?1.3.2.1 聯(lián)機(jī)批處理（P10,圖示） 操作員把一批作業(yè)裝到輸入設(shè)備上（紙帶輸入機(jī)/卡片閱讀機(jī)），然后由監(jiān)督程序控制把這批作業(yè)輸入到磁帶上，然后在監(jiān)督程序的控制下，使這批作業(yè)一個(gè)接一個(gè)的連續(xù)執(zhí)行，直至磁帶上的所有作業(yè)運(yùn)行完畢。 特點(diǎn)：作業(yè)從

23、輸入機(jī)到磁帶，從磁帶調(diào)入內(nèi)存，輸出打印結(jié)果，都是在中央處理機(jī)直接控制下完成。 缺點(diǎn)：CUP參與輸入輸出，CPU與I/O設(shè)備不能并行運(yùn)行，處理機(jī)利用率比較低。,操作系統(tǒng),49,1.3.2 單道批處理系統(tǒng),圖16 脫機(jī)批處理,1.3.2.2 脫機(jī)批處理,操作系統(tǒng),50,1.3.2.2 脫機(jī)批處理,脫機(jī)批處理系統(tǒng)構(gòu)成：主機(jī)和衛(wèi)星機(jī) 衛(wèi)星機(jī)也稱外圍處理機(jī)，不與主機(jī)直接連接，只與外部設(shè)備打交道。 脫機(jī)批處理工作方式:衛(wèi)星機(jī)把紙帶/卡片上的作業(yè)輸入到磁帶上，當(dāng)主機(jī)需要執(zhí)行作業(yè)時(shí)把輸入帶連接到主機(jī)上，主機(jī)從輸入帶上把作業(yè)調(diào)入內(nèi)存執(zhí)行，作業(yè)完成后主機(jī)把計(jì)算結(jié)果送到輸出磁帶上，然后由衛(wèi)星機(jī)負(fù)責(zé)把輸出磁帶上的數(shù)據(jù)

24、輸出打印,操作系統(tǒng),51,1.3.2.2 脫機(jī)批處理,脫機(jī)批處理優(yōu)點(diǎn)： 主機(jī)不直接對(duì)慢速設(shè)備（紙帶/卡片輸入機(jī)、打印機(jī)）進(jìn)行控制，可以用更多的時(shí)間進(jìn)行有效的計(jì)算工作，能更充分發(fā)揮高速計(jì)算能力。 脫機(jī)批處理系統(tǒng)處理能力大大提高，資源利用率和系統(tǒng)吞吐量明顯改善。,操作系統(tǒng),52,1.3.3 多道批處理系統(tǒng),1.3.3.1 引入多道批處理的動(dòng)因？ 在單道批處理系統(tǒng)中內(nèi)存中只有一道作業(yè)，作業(yè)運(yùn)行過(guò)程中，輸入、輸出和計(jì)算操作是串行工作，系統(tǒng)始終存在空閑資源。為了進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)的吞吐量，在20世紀(jì)60年代中期引入了多道程序并發(fā)執(zhí)行技術(shù)，從而形成了多道批處理系統(tǒng)。 1.3.3.2 多道程序并發(fā)執(zhí)

25、行基本思想： 內(nèi)存中同時(shí)存放多道程序，在操作系統(tǒng)的控制下交替執(zhí)行。,操作系統(tǒng),53,1.3.3.2 多道程序并發(fā)執(zhí)行基本思想,在多道批處理系統(tǒng)中，用戶提交的作業(yè)放在外存中，并排成一個(gè)隊(duì)列，稱為后備作業(yè)。 作業(yè)調(diào)度程序按一定策略從后備隊(duì)列中選擇若干作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使他們并發(fā)運(yùn)行，從而共享系統(tǒng)中的資源，提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。 雖然產(chǎn)生于上個(gè)世紀(jì)60年代，但目前許多大、中型機(jī)器上都配置了這種操作系統(tǒng)。,操作系統(tǒng),54,1.3.3.3 多道程序并發(fā)執(zhí)行系統(tǒng)的特征,（1）多道性。在內(nèi)存中同時(shí)駐留多道程序，分別為它們創(chuàng)建進(jìn)程。 （2）調(diào)度性。單處理機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)時(shí)刻只能運(yùn)行一道程序指令，所以同時(shí)在內(nèi)存

26、中的多道程序不能同時(shí)在一個(gè)CPU上運(yùn)行，必須進(jìn)行調(diào)度。所謂調(diào)度，即采用合理的調(diào)度策略使多道程序并發(fā)執(zhí)行。 （3）宏觀上并行，微觀上串行。在單處理機(jī)系統(tǒng)中，同時(shí)處于內(nèi)存中的多道程序在微觀上交替占用CPU運(yùn)行，是串行的，而在操作系統(tǒng)的調(diào)度下，用戶感覺(jué)多道程序在并行運(yùn)行。,操作系統(tǒng),55,1.3.3.3 多道程序并發(fā)執(zhí)行系統(tǒng)的特征,(4) 異步性。內(nèi)存中的多道程序各自開(kāi)始執(zhí)行的時(shí)間、結(jié)束時(shí)間不由其進(jìn)入內(nèi)存的次序決定，在操作系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下，多道程序以不可預(yù)知的時(shí)間開(kāi)始運(yùn)行，并以不可預(yù)知的速度運(yùn)行，不可預(yù)知其結(jié)束時(shí)間。 （5）多道批處理的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：縮短作業(yè)之間的交接時(shí)間，減少處理機(jī)的空閑等待時(shí)間

27、，提高系統(tǒng)的吞吐量。 缺點(diǎn)：用戶響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。用戶既不能了解自己程序的運(yùn)行情況，也不能控制計(jì)算機(jī)。,操作系統(tǒng),56,1.3.3.3單道程序與多道程序并發(fā)執(zhí)行比較,操作系統(tǒng),57,1.3.3.3單道程序與多道程序并發(fā)執(zhí)行比較,操作系統(tǒng),58,1.3.3 分時(shí)系統(tǒng),分時(shí)系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)因？ 多道批處理系統(tǒng)充分地提高了計(jì)算機(jī)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，但缺少人機(jī)交互能力，用戶把作業(yè)提交給計(jì)算機(jī)后，就完全脫離了自己的作業(yè)，不能干預(yù)作業(yè)的運(yùn)行，因此希望能夠進(jìn)行人機(jī)交互以便控制用戶作業(yè)運(yùn)行流程。 1.3.3.1 分時(shí)系統(tǒng) 在分時(shí)系統(tǒng)中，一臺(tái)主機(jī)可以連接若干終端，每個(gè)用戶可以通過(guò)終端與主機(jī)交互。,操作系統(tǒng),59,1

28、.3.3 分時(shí)系統(tǒng),圖 17 分時(shí)系統(tǒng)示意圖,操作系統(tǒng),60,1.3.3 分時(shí)系統(tǒng),圖 17 分時(shí)系統(tǒng)示意圖,操作系統(tǒng),61,1.3.3 分時(shí)系統(tǒng),1.3.3.1 分時(shí)系統(tǒng) 分時(shí)技術(shù)：CPU速度不斷提高和中斷技術(shù)的使用，使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)連接多個(gè)用戶終端，而每個(gè)用戶可在自己的終端上聯(lián)機(jī)使用計(jì)算機(jī)，好像自己獨(dú)占機(jī)器一樣。 分時(shí)處理：用戶與應(yīng)用程序隨時(shí)可以交互，控制程序運(yùn)行，適于商業(yè)和辦公事務(wù)處理。 時(shí)間片：把處理機(jī)的響應(yīng)時(shí)間（CPU周期，100毫秒）分成若于個(gè)大小相等（或不相等）的時(shí)間單位，稱為時(shí)間片（如20毫秒），每個(gè)終端用戶獲得規(guī)定時(shí)間單位CPU，就可以運(yùn)行，否則等待。 工作原理：高速的主

29、機(jī)按一定次序輪流為各終端用戶服務(wù)，每一個(gè)用戶一次僅使用主機(jī)很短的一段時(shí)間（稱為時(shí)間片），在分得的時(shí)間片內(nèi)沒(méi)有完成工作則暫時(shí)中斷，將處理機(jī)分配給下一個(gè)用戶。,操作系統(tǒng),62,1.3.3 分時(shí)系統(tǒng),分時(shí)系統(tǒng)工作示意圖,操作系統(tǒng),63,1.3.3 分時(shí)系統(tǒng),1.3.3.1 分時(shí)系統(tǒng)具有的特征 多個(gè)用戶同時(shí)聯(lián)機(jī)操作，即多路性。同一臺(tái)主機(jī)同時(shí)連接多個(gè)終端，各用戶獨(dú)占一個(gè)終端，通過(guò)終端使用主機(jī)。 各用戶獨(dú)立。一臺(tái)主機(jī)同時(shí)為若干用戶服務(wù)，而各用戶獨(dú)立操作，互不干涉，對(duì)每個(gè)用戶而言好像獨(dú)占主機(jī)。 交互性。各用戶通過(guò)終端聯(lián)機(jī)以交互方式使用主機(jī)。即用戶可以通過(guò)操作系統(tǒng)提供一組人機(jī)交互命令，如UNIX/Linux中

30、的Shell命令來(lái)隨意干預(yù)和控制作業(yè)的運(yùn)行流程。,操作系統(tǒng),64,1.3.3 時(shí)實(shí)系統(tǒng)（Real-Time OS）,1 引入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的動(dòng)因？ （1）計(jì)算計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展 早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要用于科學(xué)與工程方面的數(shù)值計(jì)算，如第一臺(tái)計(jì)算機(jī)（1946年）產(chǎn)生的原因就是解決大口徑火炮設(shè)計(jì)中的計(jì)算問(wèn)題：彈道軌跡、彈著點(diǎn)和材料的各種應(yīng)力分布的計(jì)算。還有原子彈設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中大量的計(jì)算問(wèn)題，用當(dāng)時(shí)的計(jì)算工具已經(jīng)解決不了。 60年代初，計(jì)算機(jī)開(kāi)始應(yīng)用到生產(chǎn)過(guò)程控制、工業(yè)控制、防空系統(tǒng)、信息處理等，在這些應(yīng)用中不但要解決計(jì)算間題，還要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算，即實(shí)時(shí)處理。在實(shí)時(shí)處理中的一個(gè)核心的問(wèn)題就是響應(yīng)時(shí)

31、間問(wèn)題。,操作系統(tǒng),65,（2）特殊領(lǐng)域應(yīng)用的需要 由于計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程領(lǐng)域的應(yīng)用，需要計(jì)算機(jī)能及時(shí)采集，比如工作現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力、方位等數(shù)據(jù)，并需要對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。因此需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。,1.3.3 時(shí)實(shí)系統(tǒng),操作系統(tǒng),66,1.3.3 時(shí)實(shí)系統(tǒng),化學(xué)生產(chǎn)反應(yīng)堆的控制系統(tǒng),操作系統(tǒng),67,1.3.3 時(shí)實(shí)系統(tǒng),（3）什么是響應(yīng)時(shí)間？ 指用戶發(fā)出命令到系統(tǒng)完成用戶命令所需的時(shí)間。 批處理操作系統(tǒng)：沒(méi)有 分時(shí)操作系統(tǒng)：毫秒級(jí)(一般情況） 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：微秒級(jí)，甚至更小（經(jīng)典說(shuō)法）。 系統(tǒng)要滿足用戶時(shí)限（deadline)的 要求(現(xiàn)代）,操作系統(tǒng),68,1.3.

32、3 時(shí)實(shí)系統(tǒng),（4）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是又一種類型的操作系統(tǒng)，對(duì)外部的請(qǐng)求，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)處理完畢。 實(shí)時(shí)是指計(jì)算機(jī)對(duì)于用戶請(qǐng)求能足夠快地進(jìn)行處理，并做出反應(yīng)。要求毫秒、微秒級(jí)。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的應(yīng)用 （1）實(shí)時(shí)控制：工業(yè)過(guò)程控制、防空系統(tǒng)等 （2）實(shí)時(shí)信息處理：情報(bào)檢索和查詢、飛機(jī)訂票系統(tǒng)、銀行信用卡系統(tǒng)。,操作系統(tǒng),69,1.3.3 時(shí)實(shí)系統(tǒng),2 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特征 （1）及時(shí)性。 系統(tǒng)要能及時(shí)響應(yīng)外部實(shí)時(shí)信號(hào)，響應(yīng)時(shí)間間隔要足以能夠控制發(fā)出實(shí)時(shí)信號(hào)的環(huán)境。一般都有規(guī)定的時(shí)限，稱為deadline，即死限。 （2）要求高可靠性和安全性，效率則放在第二位。 由于實(shí)時(shí)系統(tǒng)

33、的應(yīng)用環(huán)境比較特殊，任何軟硬件故障都可能帶來(lái)嚴(yán)重的后果，因此，必須采取相應(yīng)的軟硬件措施，以保證系統(tǒng)高度可靠性。 比如雙工制。準(zhǔn)備兩臺(tái)功能相同的計(jì)算機(jī)，其中一臺(tái)為主機(jī)，另一臺(tái)為后備機(jī)器，主機(jī)與后備機(jī)器并行工作，但不產(chǎn)生控制輸出，若主機(jī)發(fā)生故障，后備機(jī)器立即替代主機(jī)繼續(xù)工作，保證系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。,操作系統(tǒng),70,1.3.4 微機(jī)操作系統(tǒng),在微型計(jì)算機(jī)上配置操作系統(tǒng)的主要任務(wù)是方便用戶使用計(jì)算機(jī)，而不太需要考慮資源利用率的問(wèn)題。 常見(jiàn)的微型計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)有：DOS、Windows、UNIX/Linux等。 1、單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng) 單用戶單任務(wù)是指，只允許一個(gè)用戶上機(jī)，要運(yùn)行的多個(gè)任務(wù)必須按照一定的

34、順序依次執(zhí)行，不能交替執(zhí)行。 代表：CP/M（Control Program Monitor，屬于8位微型計(jì)算操作系統(tǒng)）和DOS,操作系統(tǒng),71,1.3.4 微機(jī)操作系統(tǒng),2 單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng) 單用戶多任務(wù)是指只允許一個(gè)用戶上機(jī)，但可以并發(fā)執(zhí)行多道程序，從而充分利用系統(tǒng)資源，滿足用戶同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的需求。 典型代表：IBM OS/2、Windows 3 多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng) 在微型計(jì)算機(jī)上配置多用戶操作系統(tǒng)就可以使微型計(jì)算機(jī)同時(shí)為多個(gè)用戶服務(wù)。 Unix由美國(guó)AT&T公司的Bell實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)，可應(yīng)用于各種機(jī)型還有LINUX,操作系統(tǒng),72,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),(一) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念

35、 a.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是互連計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間通信和資源共享的一種技術(shù)。 所謂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是指把地理上分散的、具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)，通過(guò)通信線路加以連接，以達(dá)到數(shù)據(jù)通信和資源共享為目的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 b. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的背景 微電子技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用社會(huì)化 通信技術(shù)的進(jìn)步和普及,操作系統(tǒng),73,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),c、 特征 資源共享性 獨(dú)立自主性 計(jì)算機(jī)通信 d、微機(jī)網(wǎng)絡(luò) 微型機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)展, 微機(jī)網(wǎng)絡(luò)也隨之崛起，并獲得高速的發(fā)展，巳成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最活躍的一個(gè)分支,操作系統(tǒng),74,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),傳統(tǒng)

36、局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,操作系統(tǒng),75,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),（二）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 主機(jī) 主機(jī)是組成網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立自主的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于運(yùn)行用戶程序(即應(yīng)用程序),也有些文獻(xiàn)把它稱為末端系統(tǒng)ES(End System)。,操作系統(tǒng),76,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),通信子網(wǎng)(Communication Subnet) 是將入網(wǎng)主機(jī)連接起來(lái)的實(shí)體。子網(wǎng)的任務(wù)是在入網(wǎng)主機(jī)之間傳遞信息,以提供通信服務(wù). IMP(Interface Message Processor，信息處理機(jī)接口)屬于通信子網(wǎng)的一部分,操作系統(tǒng),77,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),（三）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程 主機(jī)和通信子網(wǎng)的概念及其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最早

37、來(lái)自ARPAnet網(wǎng)。ARPAnet是最早出現(xiàn)的重要網(wǎng)絡(luò)之一，也是產(chǎn)生TCP/IP 技術(shù)和最早應(yīng)用TCP/IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。 （1）1969年，在美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA，Defence Advance Research Project Agency）的資助下，建立起ARPANET網(wǎng)絡(luò)。 （2）由于硬件網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，促使人們產(chǎn)生了對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間互連的需要，這促進(jìn)了DARPA重視網(wǎng)絡(luò)互連問(wèn)題，并導(dǎo)致TCP/IP的出現(xiàn)。 （3）1979年，DARPA組織成立“Internet控制與分配委員會(huì)（Internet Control and Configuration Boa

38、rd,ICCB）”以協(xié)調(diào)TCP/IP研究中的各項(xiàng)問(wèn)題。 （4）1980年，DARPA開(kāi)始將ARPANET上使用的機(jī)器全部采用TCP/IP。,操作系統(tǒng),78,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),（三）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程 （5）1983年，美國(guó)國(guó)防通信局（Defence Communication Agency，DCA）將ARPANet分成兩部分：一部分仍叫ARPANet，用于研究工作；另一部分稱為著名的MILNET，用于軍方的非機(jī)密通信。 （6）1985年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)NSF（National Scientific Foundation）加入TCP/IP研究開(kāi)發(fā)，并成為主角。 （6）1986年，N

39、SF開(kāi)始在全美國(guó)資助地區(qū)網(wǎng)（Regional Network）建設(shè)，使全美國(guó)的科研機(jī)構(gòu)加入NSFNET，并使NSFNET逐漸取代ARPANET稱為Internet的新主干。 （7）1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，使得TCP/IP為美軍迅速、準(zhǔn)確地完成數(shù)據(jù)通信任務(wù)立下汗馬功勞，因此使得互諒網(wǎng)絡(luò)聲名遠(yuǎn)揚(yáng)。 （8）1997年，我國(guó)上網(wǎng)人數(shù)27萬(wàn)人到2007年1.3億人,操作系統(tǒng),79,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),典型現(xiàn)代局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,操作系統(tǒng),80,操作系統(tǒng),81,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),（四）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 在計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其主要目的是為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信和資源

40、共享，因此需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)來(lái)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施管理，并為用戶提供統(tǒng)一、方便的網(wǎng)絡(luò)接口。 （1）重要概念：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)中各主機(jī)（HOST）之間傳遞信息的規(guī)則的集合。如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)議、TCP/IP協(xié)議等。,操作系統(tǒng),82,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,操作系統(tǒng),83,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),TCP/IP協(xié)議層次圖,操作系統(tǒng),84,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),OSI與TCP/IP對(duì)照?qǐng)D,操作系統(tǒng),85,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),（2）重要概念：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),操作系統(tǒng),86,（3） 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)存在形式 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是在普通操作系統(tǒng)的基

41、礎(chǔ)上增加了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議（一般到傳送層）功能和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理功能的系統(tǒng)軟件。 可以是專門(mén)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，如Novell公司的Netware局域網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。 可以是具有網(wǎng)絡(luò)管理與服務(wù)功能的操作系統(tǒng)，如Windows NT、UNIX、LINUX等都是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。 現(xiàn)在上網(wǎng)使用的IE、Netscape、Mail Server等屬于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，不屬網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的范疇。,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),操作系統(tǒng),87,1.3.5 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),（4）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的四個(gè)基本功能： （4.1）網(wǎng)絡(luò)通信：為通信雙方建立和拆除通信通路，實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和校正。 （4.2）資源管理：采用統(tǒng)

42、一、有效的策略，協(xié)調(diào)諸用戶對(duì)共享資源的使用，用戶使用遠(yuǎn)地資源如同使用本地資源一樣。 （4.3）提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：向用戶提供多項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比如電子郵件服務(wù)，比如遠(yuǎn)程登錄服務(wù)，再比如文件傳輸服務(wù)等。 （4.4）提供網(wǎng)絡(luò)接口：向網(wǎng)絡(luò)用戶提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)使用接口，以方便用戶上網(wǎng)，使用共享資源，獲得網(wǎng)絡(luò)提供的各種服務(wù)。,操作系統(tǒng),88,1.3.6 分布式操作系統(tǒng),1 分布式操作系統(tǒng)(Distributed System) 分布式系統(tǒng)是70年代和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)。 分布式系統(tǒng)與集中式處理系統(tǒng)比較而言：計(jì)算或處理功能分散在構(gòu)成分布式系統(tǒng)的各處理單元上。 在分布式系統(tǒng)中需要一個(gè)全局分

43、布式操作系統(tǒng)來(lái)負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源分配與調(diào)度、任務(wù)劃分、數(shù)據(jù)傳輸、控制協(xié)調(diào)等工作，并為用戶提供統(tǒng)一的界面。,操作系統(tǒng),89,1.3.6 分布式操作系統(tǒng),2 分布式系統(tǒng)構(gòu)成 分布式系統(tǒng)是指由多個(gè)處理單元構(gòu)成的系統(tǒng)。 每個(gè)處理單元都包含有處理機(jī)和局部存儲(chǔ)器，它們獨(dú)立承擔(dān)分配給他們的任務(wù)。 各處理單元通過(guò)互連網(wǎng)絡(luò)連接在一起，在統(tǒng)一的分布式操作系統(tǒng)的控制和管理下，實(shí)現(xiàn)各處理單元間的通信、資源共享、動(dòng)態(tài)地分配任務(wù)和對(duì)任務(wù)進(jìn)行并行計(jì)算。,操作系統(tǒng),90,1.3.6 分布式操作系統(tǒng),3 分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的區(qū)別： 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)主要目的是進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和資源共享，不具備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源分配與調(diào)度、計(jì)算任務(wù)

44、劃分功能 分布式操作系統(tǒng)在硬件連接方面與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并無(wú)區(qū)別，最根本的特征是分布式計(jì)算與存儲(chǔ)。 分布式計(jì)算就是把大型計(jì)算任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)，并分配給不同計(jì)算機(jī)（處理單元）進(jìn)行并行運(yùn)算處理。,操作系統(tǒng),91,1.3.6 分布式操作系統(tǒng),4 分布式系統(tǒng)的基本特征 （1）分布性：功能分布性、任務(wù)分布性、地理分布性。分布系統(tǒng)較計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而言更著重于任務(wù)分布性以及完整的任務(wù)分配功能。 （2）自治性：分布式系統(tǒng)中的處理單元有獨(dú)立的處理機(jī)和存儲(chǔ)器，具有獨(dú)立執(zhí)行任務(wù)的能力，每個(gè)處理機(jī)具有自己獨(dú)立的操作系統(tǒng)。 （3）并行性：一個(gè)作業(yè)的各子任務(wù)被分配到多個(gè)處理單元上并行處理，使分布式系統(tǒng)表現(xiàn)出并行性。,操作系統(tǒng),9

45、2,1.4 操作系統(tǒng)的特征,1 并發(fā)（Concurrence） 并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在一定時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。 在單處理機(jī)系統(tǒng)中，并發(fā)性是指宏觀上有多道程序同時(shí)運(yùn)行，但微觀上是交替執(zhí)行的。多道程序并發(fā)執(zhí)行能提高資源利用率和系統(tǒng)的吞吐量。 多道程序并發(fā)執(zhí)行由操作系統(tǒng)統(tǒng)一控制，并保證并發(fā)程序順利運(yùn)行。,操作系統(tǒng),93,1.4 操作系統(tǒng)的特征,2 共享 資源共享是指系統(tǒng)中硬件和軟件資源不再為某個(gè)程序所獨(dú)占，而是供多個(gè)用戶共同使用。 （1）互斥共享：系統(tǒng)中的資源很多，雖能提供給多個(gè)作業(yè)使用，但在一段時(shí)間內(nèi)卻只能允許一個(gè)作業(yè)訪問(wèn)該資源。 臨界資源：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在訪問(wèn)

46、一個(gè)資源時(shí)，其他進(jìn)程則必須等待，僅當(dāng)該資源訪問(wèn)完成并釋放后，才允許另外的進(jìn)程對(duì)該資源進(jìn)行訪問(wèn)，則稱這種資源為臨界資源。常見(jiàn)的臨界資源有字符設(shè)備、磁帶、變量等,操作系統(tǒng),94,1.4 操作系統(tǒng)的特征,2 共享 （2）同時(shí)訪問(wèn)。系統(tǒng)中的資源允許在一段時(shí)間內(nèi)，由多個(gè)進(jìn)程同時(shí)對(duì)它進(jìn)行訪問(wèn)?！巴瑫r(shí)”是指宏觀，微觀仍然是交替進(jìn)行訪問(wèn)。典型資源：磁盤(pán) 并發(fā)與共享互為存在條件：資源共享是以程序的并發(fā)執(zhí)行為條件，若不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問(wèn)題。 若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效的管理，也必將影響到程序并發(fā)執(zhí)行，甚至根本無(wú)法并發(fā)執(zhí)行。,操作系統(tǒng),95,1.4 操作系統(tǒng)的特征,3 虛擬（Virtual）

47、所謂虛擬，是指通過(guò)多路技術(shù)把一個(gè)物理上的實(shí)體，從軟件實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)映射成為若干個(gè)邏輯實(shí)體，用戶程序使用邏輯實(shí)體。物理實(shí)體是實(shí)際存在的，邏輯對(duì)應(yīng)物是虛擬的，只是用戶的一種感覺(jué)。如圖18所示虛擬計(jì)算。 （1）多路技術(shù)：操作系統(tǒng)使多個(gè)應(yīng)用程序共享物理資源的技術(shù)稱為多路技術(shù)。 （2）多路技術(shù)分為：時(shí)分多路技術(shù)和空分多路技術(shù) （2.1）時(shí)分多路技術(shù)：資源在不同的時(shí)刻為不同的虛擬計(jì)算機(jī)服務(wù)，也稱為分時(shí)共享。,操作系統(tǒng),96,1.4 操作系統(tǒng)的特征,圖1-8 一個(gè)操作系統(tǒng)上的多個(gè)虛擬計(jì)算,操作系統(tǒng),97,1.4 操作系統(tǒng)的特征,操作系統(tǒng),98,1.4 操作系統(tǒng)的特征,（2.1.1）利用時(shí)分多路技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬打印

48、機(jī) 如果計(jì)算機(jī)上運(yùn)行兩個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序（虛擬計(jì)算機(jī)），操作系統(tǒng)要為每個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)分配一臺(tái)虛擬打印機(jī)，保證每個(gè)應(yīng)用程序使用打印機(jī)時(shí)不至于相互混淆。 實(shí)現(xiàn)方法：創(chuàng)建多重打印機(jī)映射，操作系統(tǒng)為每個(gè)虛擬的計(jì)算機(jī)（應(yīng)用程序）分配一個(gè)磁盤(pán)文件，存放打印文件,從而實(shí)現(xiàn)虛擬打印機(jī)分配，該方法也稱SPOOLING技術(shù)。 （2.1.2）時(shí)分多路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用CPU，圖19,操作系統(tǒng),99,1.4 操作系統(tǒng)的特征,圖 1-9 時(shí)分復(fù)用CPU,操作系統(tǒng),100,1.4 操作系統(tǒng)的特征,（2.1.2）時(shí)分多路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用CPU，圖19 多路技術(shù)可以把一臺(tái)物理上的CPU虛擬為多臺(tái)邏輯上的CPU 在多道程序系統(tǒng)中，雖

49、然只有一CPU，每次只能執(zhí)行一道程序，通過(guò)分時(shí)使用，在一段時(shí)間間隔內(nèi)，宏觀上這臺(tái)處理機(jī)能同時(shí)運(yùn)行多道程序，給用戶的感覺(jué)是每道程序都有一個(gè)CPU在服務(wù)。 （2.2）空分多路技術(shù)：資源被分成更小的單位，每一個(gè)虛擬的計(jì)算機(jī)擁有一部分資源?？辗侄嗦芳夹g(shù)常用于主存和輔助存儲(chǔ)器，從空間上分享資源。如圖1-10,操作系統(tǒng),101,1.4 操作系統(tǒng)的特征,圖1-10 內(nèi)存空分多路技術(shù),操作系統(tǒng),102,1.4 操作系統(tǒng)的特征,4 不確定性（即異步） 操作系統(tǒng)中有兩種不確定性:(1)程序執(zhí)行結(jié)果是不確定的，即對(duì)同一程序使用相同的輸入，在相同的環(huán)境下運(yùn)行，但經(jīng)過(guò)多次運(yùn)行，卻可能獲得完全不同的結(jié)果，也即程序是不可以

50、再現(xiàn)的。（2）多道程序環(huán)境下，程序的執(zhí)行是以異步方式運(yùn)行的。 在多道程序并發(fā)運(yùn)行環(huán)境中，每道程序在什么時(shí)候開(kāi)始執(zhí)行，何時(shí)暫停，以怎樣的速度向前推進(jìn)，何時(shí)發(fā)生中斷，都具有不確定性。,操作系統(tǒng),103,1.5 操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng)作為一種大型的系統(tǒng)軟件，構(gòu)成操作系統(tǒng)的各個(gè)獨(dú)立功能模塊之間存在的結(jié)構(gòu)關(guān)系即是操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。 操作系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)：層次結(jié)構(gòu)和微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。 1.5.1 層次結(jié)構(gòu) 層次結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想：操作系統(tǒng)的各功能模塊依照相互關(guān)系，把系統(tǒng)中的模塊分為若干層，除底層模塊外，其它模塊都建立在下一層的基礎(chǔ)上，每一層僅能使用其下一層提供的服務(wù)。 接近用戶應(yīng)用的模塊在上層，貼近硬件的模塊在下層,操作系統(tǒng),104,1.5 操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),層次結(jié)構(gòu)圖，如右 內(nèi)核主要包括