操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

1、2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)1計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（Operating System）2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)2課程要求 平時(shí)成績(jī) 成績(jī)構(gòu)成：考勤點(diǎn)名 + 課堂提問(wèn)/討論 + 其他表現(xiàn) 上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī) 成績(jī)構(gòu)成：6次上機(jī)實(shí)驗(yàn)成績(jī) 期末筆試 2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)3第一章 操作系統(tǒng)引論2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)4本章內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)5什么是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)？ 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的，操計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組成

2、的，操作系統(tǒng)是硬件基礎(chǔ)上的第一層軟件，是作系統(tǒng)是硬件基礎(chǔ)上的第一層軟件，是對(duì)操作系統(tǒng)的第一層擴(kuò)充。對(duì)操作系統(tǒng)的第一層擴(kuò)充。 安裝了操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)稱為虛擬機(jī)安裝了操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)稱為虛擬機(jī)(virtual machine),(virtual machine), 是對(duì)裸機(jī)的擴(kuò)展是對(duì)裸機(jī)的擴(kuò)展. .2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)6操作系統(tǒng)所在的位置 2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)7操作系統(tǒng)將丑陋的硬件轉(zhuǎn)變?yōu)槊利惖某橄?021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)8操作系統(tǒng)的作用：操作系統(tǒng)的作用： 用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口 實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象（實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源

3、的抽象（uglybeautiful） 計(jì)算機(jī)資源的管理者計(jì)算機(jī)資源的管理者 處理機(jī)、存儲(chǔ)器，處理機(jī)、存儲(chǔ)器，I/O，信息，信息 命令方式命令方式 cmd，ping 系統(tǒng)調(diào)用方式系統(tǒng)調(diào)用方式 count=read（fd,buffer,nbytes） 圖形、窗口方式圖形、窗口方式2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)9操作系統(tǒng)的目標(biāo)：操作系統(tǒng)的目標(biāo)： 有效性有效性 方便性方便性 可擴(kuò)充性：功能可擴(kuò)充可擴(kuò)充性：功能可擴(kuò)充 開(kāi)放性開(kāi)放性 linux android2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)10操作系統(tǒng)的發(fā)展史及分類操作系統(tǒng)的發(fā)展史及分類n無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)n單道批處理系統(tǒng)

4、單道批處理系統(tǒng)n多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)n分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)n實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)11無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)ENIAC計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) （ 美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)）運(yùn)算速度：運(yùn)算速度： 5000次/每秒 真空管：真空管： 18000個(gè) 占地面積：占地面積： 182平方米 重重 量量 ： 130噸 功功 耗耗 ： 140kW 2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)12無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 從第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生從第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生(1945年年)到到50年代中期的年代中期的計(jì)算機(jī)，屬于第一代，這時(shí)還未出現(xiàn)計(jì)算機(jī)，屬于第一代，這時(shí)還未出現(xiàn)

5、OS。 人工操作方式人工操作方式：這時(shí)的計(jì)算機(jī)操作是由用戶：這時(shí)的計(jì)算機(jī)操作是由用戶(即程序員即程序員)采用人工操作方式直接使用計(jì)算機(jī)采用人工操作方式直接使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)。 由程序員將事先已穿孔由程序員將事先已穿孔(對(duì)應(yīng)于程序和數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于程序和數(shù)據(jù))的的紙帶紙帶(或卡片或卡片)裝入紙帶輸入機(jī)裝入紙帶輸入機(jī)(或卡片輸入機(jī)或卡片輸入機(jī))，再啟動(dòng)它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，再啟動(dòng)它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)， 然后啟然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行。當(dāng)程序運(yùn)行完畢并取走計(jì)算結(jié)動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行。當(dāng)程序運(yùn)行完畢并取走計(jì)算結(jié)果后，果后， 才讓下一個(gè)用戶上機(jī)。才讓下一個(gè)用戶上機(jī)。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)1

6、3 1張穿孔卡片等于100個(gè)字節(jié) 1MB=10K卡片 這種人工操作方式有以下兩方面的缺點(diǎn)：這種人工操作方式有以下兩方面的缺點(diǎn)： (1) 用戶獨(dú)占全機(jī)。用戶獨(dú)占全機(jī)。 (2) CPU等待人工操等待人工操作。作。沒(méi)有輸入輸出設(shè)備，再好的計(jì)算機(jī)也無(wú)法發(fā)揮作用沒(méi)有輸入輸出設(shè)備，再好的計(jì)算機(jī)也無(wú)法發(fā)揮作用 2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)14 脫機(jī)輸入脫機(jī)輸入/輸出方式輸出方式 (Off-Line I/O) 脫機(jī)：通過(guò)專門(mén)的外圍機(jī)脫機(jī)：通過(guò)專門(mén)的外圍機(jī)來(lái)控制輸入到磁帶上和輸來(lái)控制輸入到磁帶上和輸出到卡片上，當(dāng)出到卡片上，當(dāng)CPU需要需要這些數(shù)據(jù)時(shí)再?gòu)拇艓蠈⑦@些數(shù)據(jù)時(shí)再?gòu)拇艓蠈⑵涓咚僬{(diào)入內(nèi)存。其高速

7、調(diào)入內(nèi)存。n減少了減少了CPU的空閑時(shí)間：的空閑時(shí)間：輸入輸出不占用主機(jī)時(shí)輸入輸出不占用主機(jī)時(shí)間。間。 n提高提高I/O速度速度輸入設(shè)備外圍機(jī)磁盤(pán)主機(jī)外圍機(jī)輸出設(shè)備脫機(jī)I/O示意圖2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)15單道批處理系統(tǒng)（單道批處理系統(tǒng)（ Simple Batch Processing System ）批處理過(guò)程2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)16單道批處理系統(tǒng)的處理流程2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)17 單道批處理系統(tǒng)的特征單道批處理系統(tǒng)的特征 單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS，嚴(yán)，嚴(yán)格地說(shuō)，它只能算作是格地說(shuō)，它只能算作是OS的前身而并非是

8、的前身而并非是現(xiàn)在人們所理解的現(xiàn)在人們所理解的OS。 盡管如此，該系統(tǒng)比起人工操作方式的系盡管如此，該系統(tǒng)比起人工操作方式的系統(tǒng)已有很大進(jìn)步。統(tǒng)已有很大進(jìn)步。 該系統(tǒng)的主要特征如下：該系統(tǒng)的主要特征如下： 自動(dòng)性：作業(yè)依次運(yùn)行，無(wú)須人為干預(yù)自動(dòng)性：作業(yè)依次運(yùn)行，無(wú)須人為干預(yù) 順序性：作業(yè)運(yùn)行順序與進(jìn)入內(nèi)存的順序一致，順序性：作業(yè)運(yùn)行順序與進(jìn)入內(nèi)存的順序一致，先調(diào)入的作業(yè)先完成。先調(diào)入的作業(yè)先完成。 單道性：內(nèi)存中只有一道程序運(yùn)行。單道性：內(nèi)存中只有一道程序運(yùn)行。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)18單道批處理的問(wèn)題：?jiǎn)蔚琅幚淼膯?wèn)題： CPU和和I/O設(shè)備使用不均衡設(shè)備使用不均衡 -對(duì)計(jì)算為主

9、的作業(yè)，外設(shè)空閑對(duì)計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑 -對(duì)對(duì)I/O為主的作業(yè)，為主的作業(yè)，CPU空閑空閑 解決辦法解決辦法 使用多道程序同時(shí)進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行，提高資源利使用多道程序同時(shí)進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行，提高資源利用率，即采用多道程序系統(tǒng)。用率，即采用多道程序系統(tǒng)。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)19多道批處理系統(tǒng)（多道批處理系統(tǒng)（Multiprogrammed Batch Processing System) 多道程序設(shè)計(jì)的概念多道程序設(shè)計(jì)的概念 同時(shí)把多個(gè)作業(yè)放入內(nèi)存并允許它們同時(shí)把多個(gè)作業(yè)放入內(nèi)存并允許它們交替執(zhí)行，共享系統(tǒng)中的各類資源，當(dāng)交替執(zhí)行，共享系統(tǒng)中的各類資源，當(dāng)一道程序因?yàn)槟撤N原因暫停執(zhí)行時(shí)，

10、一道程序因?yàn)槟撤N原因暫停執(zhí)行時(shí)，cpucpu立刻轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一道程序。立刻轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一道程序。 多道批處理系統(tǒng)：是使用多道程序設(shè)計(jì)多道批處理系統(tǒng)：是使用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的批處理系統(tǒng)技術(shù)的批處理系統(tǒng)2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)20提高提高CPU的利用率的利用率可提高內(nèi)存和可提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率設(shè)備利用率增加系統(tǒng)吞吐量增加系統(tǒng)吞吐量多道程序設(shè)計(jì)的好處：多道程序設(shè)計(jì)的好處：2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)21單多道批處理系統(tǒng)比較t1t2t3t4t5t6t7t8結(jié)束中斷I/O 完成啟動(dòng) I /OI/O 中斷請(qǐng)求I/O 完成啟動(dòng) I/OI/O 中斷請(qǐng)求用戶程序監(jiān)督程序I/O 操作(a) 單道

11、程序運(yùn)行情況程 序 A程序A I/O 請(qǐng)求程序A I/O 完成程 序 B程序B I/O 請(qǐng)求程 序 C程序C I/O 請(qǐng)求程 序 D程序D I/O 請(qǐng)求C I/O 完成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)束中斷單道和多道程序運(yùn)行情況單道和多道程序運(yùn)行情況 程序程序A程序程序B程序程序C程序程序D調(diào)度程序調(diào)度程序2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)22單多道批處理系統(tǒng)比較t1t2t3t4t5t6t7t8結(jié)束中斷I/O 完成啟動(dòng) I/OI/O 中斷請(qǐng)求I/O 完成啟動(dòng) I/OI/O 中

12、斷請(qǐng)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(qǐng)求程序A I/O 完成程序B程序B I/O 請(qǐng)求程序C程序C I/O 請(qǐng)求程序D程序D I/O 請(qǐng)求C I/O 完成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)束中斷單道和多道程序運(yùn)行情況單道和多道程序運(yùn)行情況 程序程序A程序程序B程序程序C程序程序D調(diào)度程序調(diào)度程序2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)23 程序運(yùn)行時(shí)間表（單位：ms） 有三個(gè)程序A,B,C，它們使用同一個(gè)設(shè)備進(jìn)行I/O操作，并按A,B,C的優(yōu)先次序執(zhí)行。這三個(gè)程序的計(jì)算和I/O操作

13、時(shí)間如表所示，假設(shè)調(diào)度的時(shí)間可忽略不計(jì)，請(qǐng)分別畫(huà)出單道程序環(huán)境和多道程序環(huán)境下（假設(shè)內(nèi)存中可同時(shí)裝入這三道程序），它們的運(yùn)行時(shí)間關(guān)系圖，并比較它們的總運(yùn)行時(shí)間。程序操作 A B C 計(jì)算 30 60 20 I/O 40 30 40 計(jì)算 10 10 202021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)24 資源利用率高資源利用率高 系統(tǒng)吞吐量大系統(tǒng)吞吐量大 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng) 無(wú)交互能力無(wú)交互能力 批處理：交互性差批處理：交互性差-提高對(duì)提高對(duì)cpu的利用率的利用率多道程序設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)多道程序設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)25多道批處理的需要解決的問(wèn)題多道批處理的需要解決的問(wèn)題u

14、處理機(jī)的管理問(wèn)題。多個(gè)程序之間如何分配以便共處理機(jī)的管理問(wèn)題。多個(gè)程序之間如何分配以便共享處理機(jī)？如何回收？享處理機(jī)？如何回收？u內(nèi)存管理問(wèn)題。如何分配作業(yè)必需的內(nèi)存空間，以內(nèi)存管理問(wèn)題。如何分配作業(yè)必需的內(nèi)存空間，以便他們各得其所而又不會(huì)互相重疊？如何防止一個(gè)便他們各得其所而又不會(huì)互相重疊？如何防止一個(gè)程序破壞其他程序？程序破壞其他程序？uI/O設(shè)備管理問(wèn)題。設(shè)備管理問(wèn)題。I/O設(shè)備為所有程序共享，如何設(shè)備為所有程序共享，如何協(xié)調(diào)以提高設(shè)備使用效率？協(xié)調(diào)以提高設(shè)備使用效率？u文件管理問(wèn)題。如何管理大量的程序和文件？文件管理問(wèn)題。如何管理大量的程序和文件？u作業(yè)管理問(wèn)題。各種不同類型的作業(yè)如何

15、有效管理？作業(yè)管理問(wèn)題。各種不同類型的作業(yè)如何有效管理？增加一組軟件，對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行有效處理，增加一組軟件，對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行有效處理，這組軟件就構(gòu)成了操作系統(tǒng)。這組軟件就構(gòu)成了操作系統(tǒng)。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)26分時(shí)系統(tǒng)（分時(shí)系統(tǒng)（Time Sharing System）n 分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生：分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生：n如果說(shuō)，如果說(shuō)， 推動(dòng)推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，是提高是提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，那么，推動(dòng)，那么，推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，則是形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，則是用戶的需求用戶的需求。n 用戶的需

16、求具體表現(xiàn)用戶的需求具體表現(xiàn) 在以下幾個(gè)方面：在以下幾個(gè)方面：n (1) 人人機(jī)交互機(jī)交互。n (2) 共享主機(jī)共享主機(jī)n (3) 便于用戶上機(jī)。便于用戶上機(jī)。每一個(gè)用戶通過(guò)配有輸入鍵盤(pán)和每一個(gè)用戶通過(guò)配有輸入鍵盤(pán)和輸出顯示器的終端工作站和主機(jī)連接輸出顯示器的終端工作站和主機(jī)連接 2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)27分時(shí)系統(tǒng)（分時(shí)系統(tǒng)（Time Sharing System）n 分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題：分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題：n為實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)，其中，最關(guān)鍵的問(wèn)題是如何使用為實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)，其中，最關(guān)鍵的問(wèn)題是如何使用戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，即當(dāng)用戶在自己的終戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，即當(dāng)

17、用戶在自己的終端上鍵入命令時(shí)，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)果返回給用戶。此后，命令，再將結(jié)果返回給用戶。此后， 用戶可繼續(xù)鍵用戶可繼續(xù)鍵入下一條命令，此即入下一條命令，此即人人機(jī)交互機(jī)交互。n應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，即使有多個(gè)用戶同時(shí)通過(guò)自己的鍵盤(pán)應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，即使有多個(gè)用戶同時(shí)通過(guò)自己的鍵盤(pán)鍵入命令，系統(tǒng)也應(yīng)能全部地及時(shí)接收并處理。鍵入命令，系統(tǒng)也應(yīng)能全部地及時(shí)接收并處理。n及時(shí)接收及時(shí)接收n及時(shí)處理及時(shí)處理n 批處理系統(tǒng)無(wú)法滿足以上要求批處理系統(tǒng)無(wú)法滿足以上要求2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)28分時(shí)系統(tǒng)（分時(shí)系統(tǒng)（Time Sharing S

18、ystem）n 分時(shí)系統(tǒng)的特征：分時(shí)系統(tǒng)的特征：n多路性：一個(gè)機(jī)器同時(shí)連接多個(gè)終端。宏觀上多個(gè)多路性：一個(gè)機(jī)器同時(shí)連接多個(gè)終端。宏觀上多個(gè)用戶同時(shí)工作，微觀上則是每個(gè)用戶作業(yè)輪流運(yùn)行用戶同時(shí)工作，微觀上則是每個(gè)用戶作業(yè)輪流運(yùn)行一個(gè)一個(gè)時(shí)間片時(shí)間片。n獨(dú)立性：每個(gè)用戶使用各自的終端與主機(jī)交互，感獨(dú)立性：每個(gè)用戶使用各自的終端與主機(jī)交互，感覺(jué)不到其它用戶的存在，好像獨(dú)立使用計(jì)算機(jī)。用覺(jué)不到其它用戶的存在，好像獨(dú)立使用計(jì)算機(jī)。用戶之間互不干擾。戶之間互不干擾。n及時(shí)性：用戶的請(qǐng)求應(yīng)當(dāng)在很短時(shí)間內(nèi)響應(yīng)。及時(shí)性：用戶的請(qǐng)求應(yīng)當(dāng)在很短時(shí)間內(nèi)響應(yīng)。n交互性：用戶通過(guò)終端與系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)話。交互性：用戶通過(guò)終端與

19、系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)話。分時(shí)系統(tǒng)主要用于軟件開(kāi)發(fā)和運(yùn)行較小的程序。因?yàn)樵谶@種環(huán)境下分時(shí)系統(tǒng)主要用于軟件開(kāi)發(fā)和運(yùn)行較小的程序。因?yàn)樵谶@種環(huán)境下用戶大部分時(shí)間都在思考，不會(huì)長(zhǎng)期連續(xù)地占用用戶大部分時(shí)間都在思考，不會(huì)長(zhǎng)期連續(xù)地占用CPU，以利于其他，以利于其他用戶使用。用戶使用。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)29實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)( (Real-Time System) )n 所謂所謂“實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)”，是表示，是表示“及時(shí)及時(shí)”，而，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(shí)統(tǒng)能及時(shí)(或即時(shí)或即時(shí))響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(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)一內(nèi)完成對(duì)

20、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。致地運(yùn)行。n 按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來(lái)劃分按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來(lái)劃分n 周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。n 非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。n 根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來(lái)劃分根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來(lái)劃分n 硬實(shí)時(shí)任務(wù)硬實(shí)時(shí)任務(wù)(hard real-time task)。系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對(duì)截止時(shí)。系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對(duì)截止時(shí)間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測(cè)的結(jié)果。間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測(cè)的結(jié)果。n 軟實(shí)時(shí)任務(wù)軟實(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， 但并不嚴(yán)格，若偶爾錯(cuò)過(guò)了任務(wù)

21、的截止時(shí)間，但并不嚴(yán)格，若偶爾錯(cuò)過(guò)了任務(wù)的截止時(shí)間， 對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會(huì)太大。影響也不會(huì)太大。 2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)30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n多路性多路性:類似類似n獨(dú)立性獨(dú)立性:類似類似n及時(shí)性及時(shí)性:區(qū)別顯著區(qū)別顯著n交互性交互性:有區(qū)別有區(qū)別n可靠性可靠性:區(qū)別顯著區(qū)別顯著2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)31微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展n單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)nMS-DOSn單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)nWindows 1.0XPn多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)nLinuxnUnixnSol

22、aris2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)32本章內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)33本章內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)34操作系統(tǒng)的特征n 并發(fā)性并發(fā)性(Concurrence) n 共享性共享性(Sharing)： n 虛擬性虛擬性(Virtual)：n 異步性異步性(Asynchronism)：2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)35操作

23、系統(tǒng)的特征并發(fā)性(Concurrence) n 并發(fā)性并發(fā)性:指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生n 理解：理解： -在多道程序環(huán)境且單處理機(jī)系統(tǒng)下，宏觀上并在多道程序環(huán)境且單處理機(jī)系統(tǒng)下，宏觀上并行，微觀上交替執(zhí)行。行，微觀上交替執(zhí)行。 -多處理機(jī)系統(tǒng)中，并發(fā)可并行執(zhí)行多處理機(jī)系統(tǒng)中，并發(fā)可并行執(zhí)行n 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)事件在并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻同一時(shí)刻發(fā)生發(fā)生并行一定并發(fā)，并發(fā)不一定并行并行一定并發(fā)，并發(fā)不一定并行2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)36并發(fā)

24、性并發(fā)性-串行、并行、并發(fā)比較串行、并行、并發(fā)比較 假設(shè)有三個(gè)程序假設(shè)有三個(gè)程序A,B,C串行并行并發(fā)2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)37并發(fā)性并發(fā)性-進(jìn)程，線程進(jìn)程，線程 進(jìn)程是系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分進(jìn)程是系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單元，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的活配的基本單元，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)實(shí)體。動(dòng)實(shí)體。 操作系統(tǒng)需要增設(shè)若干進(jìn)程管理功能。操作系統(tǒng)需要增設(shè)若干進(jìn)程管理功能。 線程是比進(jìn)程更小的單位，一個(gè)進(jìn)程包線程是比進(jìn)程更小的單位，一個(gè)進(jìn)程包含多個(gè)線程。是獨(dú)立運(yùn)行獨(dú)立調(diào)度的基含多個(gè)線程。是獨(dú)立運(yùn)行獨(dú)立調(diào)度的基本單位本單位2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)38操作系統(tǒng)的特征

25、共享性(Sharing)n 共享性共享性(Sharing)：系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)：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)程并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程(線程線程)共同使用。共同使用。n 由于資源屬性的不同，進(jìn)程對(duì)資源共享的方式主由于資源屬性的不同，進(jìn)程對(duì)資源共享的方式主要有以下兩種資源共享方式。要有以下兩種資源共享方式。n 互斥共享互斥共享n 同時(shí)訪問(wèn)同時(shí)訪問(wèn)2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)39共享性共享性-互斥共享方式互斥共享方式n為什么要采用互斥共享？為什么要采用互斥共享？n系統(tǒng)中的某些資源，如打印機(jī)、磁帶機(jī)，雖然可以提供給多個(gè)進(jìn)程系統(tǒng)中的某些資源，如打印機(jī)、磁帶機(jī)，雖然可以提供給多個(gè)進(jìn)程(線程

26、線程)使用，但規(guī)定在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程使用，但規(guī)定在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程(線程線程)訪問(wèn)該資源。訪問(wèn)該資源。避免結(jié)果不致造成混淆。避免結(jié)果不致造成混淆。n如何保證互斥共享？如何保證互斥共享？n臨界資源臨界資源-在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)的資源（也叫獨(dú)占資在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)的資源（也叫獨(dú)占資源）源）n如何使用臨界資源？如何使用臨界資源？n當(dāng)一個(gè)進(jìn)程當(dāng)一個(gè)進(jìn)程A要訪問(wèn)某資源時(shí)，必須先提出請(qǐng)求，要訪問(wèn)某資源時(shí)，必須先提出請(qǐng)求， 只有資源空閑時(shí)只有資源空閑時(shí)才可分配給請(qǐng)求進(jìn)程才可分配給請(qǐng)求進(jìn)程A使用，使用， 此后若再有其它進(jìn)程也要訪問(wèn)該資源此后若再有其它進(jìn)程也要訪問(wèn)該資源時(shí)時(shí)

27、(只要只要A未用完未用完)則必須等待。僅當(dāng)則必須等待。僅當(dāng)A進(jìn)程釋放該資源后，進(jìn)程釋放該資源后， 另一進(jìn)程另一進(jìn)程才可訪問(wèn)該資源。才可訪問(wèn)該資源。n臨界資源有哪些？臨界資源有哪些？n舉例：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)備，以及某些軟件中所用的棧、舉例：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)備，以及某些軟件中所用的棧、變量和表格變量和表格2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)40共享性共享性-同時(shí)訪問(wèn)方式同時(shí)訪問(wèn)方式n 何謂同時(shí)？何謂同時(shí)？n 同時(shí)并非同步，并行。這里所謂的同時(shí)并非同步，并行。這里所謂的“同時(shí)同時(shí)”往往往往是宏觀上是宏觀上的；的；n 微觀上，進(jìn)程可能是交替地對(duì)該資源進(jìn)行訪問(wèn)。微觀上，進(jìn)程可能是交替地

28、對(duì)該資源進(jìn)行訪問(wèn)。n 可可“同時(shí)同時(shí)”訪問(wèn)的資源有哪些？訪問(wèn)的資源有哪些？n 典型資源是磁盤(pán)設(shè)備典型資源是磁盤(pán)設(shè)備n 與互斥共享方式的區(qū)別？與互斥共享方式的區(qū)別？n 可以在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)使用，不必等待別的進(jìn)程可以在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)使用，不必等待別的進(jìn)程全部使用完畢。全部使用完畢。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)41并發(fā)性與共享性關(guān)系并發(fā)性與共享性關(guān)系n 并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征，它并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征，它們又是互為存在的條件。們又是互為存在的條件。n 如何互為存在條件？如何互為存在條件？n 共享性以并發(fā)性為條件共享性以并發(fā)性為條件n資源共享是以程序資源共享是以程

29、序(進(jìn)程進(jìn)程)的并發(fā)執(zhí)行為條件的，若系統(tǒng)不允許程序并的并發(fā)執(zhí)行為條件的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問(wèn)題；發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問(wèn)題；n 并發(fā)性受共享性影響并發(fā)性受共享性影響n若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效管理，若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效管理， 協(xié)調(diào)好諸進(jìn)程對(duì)共享資源的協(xié)調(diào)好諸進(jìn)程對(duì)共享資源的訪問(wèn)，也必然影響到程序并發(fā)執(zhí)行的程度，甚至根本無(wú)法并發(fā)執(zhí)行。訪問(wèn)，也必然影響到程序并發(fā)執(zhí)行的程度，甚至根本無(wú)法并發(fā)執(zhí)行。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)42操作系統(tǒng)的特征虛擬(Virtual)技術(shù)n 操作系統(tǒng)中的虛擬含義是什么？操作系統(tǒng)中的虛擬含義是什么？n 通過(guò)某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)

30、體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上通過(guò)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(duì)應(yīng)物。的對(duì)應(yīng)物。n 物理實(shí)體物理實(shí)體(前者前者)是實(shí)的，是實(shí)的， 即實(shí)際存在的；而后者即實(shí)際存在的；而后者是虛的，是用戶感覺(jué)上的東西。是虛的，是用戶感覺(jué)上的東西。n 虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)哪些虛擬？虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)哪些虛擬？n 虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、 虛擬外部設(shè)備和虛擬虛擬外部設(shè)備和虛擬信道等。信道等。n Os中的虛擬技術(shù)有幾種方式實(shí)現(xiàn)？中的虛擬技術(shù)有幾種方式實(shí)現(xiàn)？n 時(shí)分復(fù)用方式時(shí)分復(fù)用方式 -利用處理機(jī)的空閑時(shí)間利用處理機(jī)的空閑時(shí)間n 空分復(fù)用方式空分復(fù)用方式 -利用存儲(chǔ)器的空閑空間利用存儲(chǔ)器的空閑空間2021-11-

31、21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)43虛擬技術(shù)虛擬技術(shù)-時(shí)分復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用技術(shù)n 時(shí)分復(fù)用有哪些技術(shù)？時(shí)分復(fù)用有哪些技術(shù)？n 虛擬處理機(jī)技術(shù)虛擬處理機(jī)技術(shù)n 通過(guò)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，讓多道程序并發(fā)執(zhí)行通過(guò)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，讓多道程序并發(fā)執(zhí)行的方法，來(lái)的方法，來(lái)分時(shí)分時(shí)使用一臺(tái)處理機(jī)的。使每個(gè)終使用一臺(tái)處理機(jī)的。使每個(gè)終端用戶都認(rèn)為是有一個(gè)端用戶都認(rèn)為是有一個(gè)CPU在專門(mén)為他服務(wù)。在專門(mén)為他服務(wù)。n 一臺(tái)物理上的一臺(tái)物理上的CPU虛擬為多臺(tái)邏輯上的虛擬為多臺(tái)邏輯上的CPUn 虛擬設(shè)備技術(shù)虛擬設(shè)備技術(shù)n 使原來(lái)僅允許在一段時(shí)間內(nèi)由一個(gè)用戶訪問(wèn)的使原來(lái)僅允許在一段時(shí)間內(nèi)由一個(gè)用戶訪問(wèn)的設(shè)備設(shè)備(即臨界資源即臨界資源

32、)，變?yōu)樵谝欢螘r(shí)間內(nèi)允許多個(gè)，變?yōu)樵谝欢螘r(shí)間內(nèi)允許多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)的共享設(shè)備。如打印機(jī)用戶同時(shí)訪問(wèn)的共享設(shè)備。如打印機(jī)2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)44虛擬技術(shù)虛擬技術(shù)-空分復(fù)用技術(shù)空分復(fù)用技術(shù)n 空分復(fù)用技術(shù)中的主要應(yīng)用？空分復(fù)用技術(shù)中的主要應(yīng)用？n 虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)n 將一臺(tái)機(jī)器的物理存儲(chǔ)器變?yōu)樘摂M存儲(chǔ)器，將一臺(tái)機(jī)器的物理存儲(chǔ)器變?yōu)樘摂M存儲(chǔ)器，以便從邏輯上來(lái)擴(kuò)充存儲(chǔ)器的容量。以便從邏輯上來(lái)擴(kuò)充存儲(chǔ)器的容量。n 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的本質(zhì)是什么？虛擬存儲(chǔ)技術(shù)的本質(zhì)是什么？n 本質(zhì)是使內(nèi)存分時(shí)復(fù)用，單純的空分復(fù)用存本質(zhì)是使內(nèi)存分時(shí)復(fù)用，單純的空分復(fù)用存儲(chǔ)器只能提高內(nèi)存利用率儲(chǔ)器只能提高

33、內(nèi)存利用率2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)45虛擬技術(shù)虛擬技術(shù)-速度速度n 如果虛擬的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)時(shí)分復(fù)用的方法，即如果虛擬的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)時(shí)分復(fù)用的方法，即對(duì)某一物理設(shè)備進(jìn)行分時(shí)使用時(shí)，如果對(duì)某一物理設(shè)備進(jìn)行分時(shí)使用時(shí)，如果n是是某物理設(shè)備所對(duì)應(yīng)的虛擬的邏輯設(shè)備數(shù)，則某物理設(shè)備所對(duì)應(yīng)的虛擬的邏輯設(shè)備數(shù)，則虛擬設(shè)備的平均速度必然等于或低于物理設(shè)虛擬設(shè)備的平均速度必然等于或低于物理設(shè)備速度的備速度的1/n。n 同理，空分復(fù)用中，一臺(tái)虛擬設(shè)備平均占用同理，空分復(fù)用中，一臺(tái)虛擬設(shè)備平均占用的空間必然等于或者低于物理設(shè)備所擁有空的空間必然等于或者低于物理設(shè)備所擁有空間的間的1/n。2021-11-21計(jì)算

34、機(jī)操作系統(tǒng)46操作系統(tǒng)的特征異步性（Asynchronism）n何謂異步性？何謂異步性？n進(jìn)程以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)進(jìn)程以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)n在多道程序環(huán)境下，允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，在多道程序環(huán)境下，允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行， 但只有進(jìn)但只有進(jìn)程在獲得所需的資源后方能執(zhí)行。程在獲得所需的資源后方能執(zhí)行。n在單處理機(jī)環(huán)境下，由于系統(tǒng)中只有一個(gè)處理機(jī)，因而在單處理機(jī)環(huán)境下，由于系統(tǒng)中只有一個(gè)處理機(jī)，因而每次只允許一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行，其余進(jìn)程只能等待。每次只允許一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行，其余進(jìn)程只能等待。n當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程提出某種資源要求時(shí)，如打印請(qǐng)求，當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程提出某種資源要求時(shí)，如打印請(qǐng)求，而此時(shí)

35、打印機(jī)正在為其它某進(jìn)程打印，由于打印機(jī)屬于而此時(shí)打印機(jī)正在為其它某進(jìn)程打印，由于打印機(jī)屬于臨界資源，因此正在執(zhí)行的進(jìn)程必須等待，且放棄處理臨界資源，因此正在執(zhí)行的進(jìn)程必須等待，且放棄處理機(jī)，直到打印機(jī)空閑，并再次把處理機(jī)分配給該進(jìn)程時(shí)，機(jī)，直到打印機(jī)空閑，并再次把處理機(jī)分配給該進(jìn)程時(shí)，該進(jìn)程方能繼續(xù)執(zhí)行。由于資源等因素的限制，使進(jìn)程該進(jìn)程方能繼續(xù)執(zhí)行。由于資源等因素的限制，使進(jìn)程的執(zhí)行通常以的執(zhí)行通常以“停停走走停停走走”的方式運(yùn)行，進(jìn)程以不可預(yù)的方式運(yùn)行，進(jìn)程以不可預(yù)知的進(jìn)度推進(jìn)。知的進(jìn)度推進(jìn)。難以重現(xiàn)系統(tǒng)在某個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)難以重現(xiàn)系統(tǒng)在某個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)47本章

36、內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)48本章內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)49操作系統(tǒng)的主要功能n處理機(jī)管理功能處理機(jī)管理功能n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n存儲(chǔ)器管理功能存儲(chǔ)器管理功能n內(nèi)存管理、保護(hù)、地址映射、擴(kuò)充內(nèi)存管理、保護(hù)、地址映射、擴(kuò)充n設(shè)備管理功能設(shè)備管理功能n緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理緩沖

37、管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理n文件管理功能文件管理功能n文件存儲(chǔ)空間管理、目錄管理、文件保護(hù)文件存儲(chǔ)空間管理、目錄管理、文件保護(hù)n操作系統(tǒng)和用戶之間的接口操作系統(tǒng)和用戶之間的接口2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)50處理機(jī)管理功能-進(jìn)程控制進(jìn)程控制的主要作用是什么？進(jìn)程控制的主要作用是什么？n為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程，分配必要的資源。為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程，分配必要的資源。n撤銷已結(jié)束進(jìn)程，及時(shí)回收該進(jìn)程所占用的各撤銷已結(jié)束進(jìn)程，及時(shí)回收該進(jìn)程所占用的各類資源。類資源。n控制進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。控制進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。n為一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建若干個(gè)線程的功能和撤消為一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建若干個(gè)線程的功能和撤消(終止終

38、止)已完成任務(wù)的線程的功能（在現(xiàn)代已完成任務(wù)的線程的功能（在現(xiàn)代OS中）中） 。 作業(yè)處理機(jī)進(jìn)程作業(yè)進(jìn)程2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)51處理機(jī)管理功能-進(jìn)程同步n 進(jìn)程同步的作用是什么進(jìn)程同步的作用是什么?n 異步性，特點(diǎn)？異步性，特點(diǎn)？n 為多個(gè)進(jìn)程（含線程）的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)為多個(gè)進(jìn)程（含線程）的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)n 進(jìn)程同步的協(xié)調(diào)方式有哪些？進(jìn)程同步的協(xié)調(diào)方式有哪些？n 進(jìn)程互斥方式進(jìn)程互斥方式-臨界資源互斥訪問(wèn)臨界資源互斥訪問(wèn)n進(jìn)程互斥的機(jī)制如何實(shí)現(xiàn)？進(jìn)程互斥的機(jī)制如何實(shí)現(xiàn)？n為每一個(gè)臨界資源配置一把鎖為每一個(gè)臨界資源配置一把鎖W，當(dāng)鎖打開(kāi)時(shí)，進(jìn)程，當(dāng)鎖打開(kāi)時(shí)，進(jìn)程(線程線程)可以可以對(duì)該

39、臨界資源進(jìn)行訪問(wèn)；而當(dāng)鎖關(guān)上時(shí)，則禁止進(jìn)程對(duì)該臨界資源進(jìn)行訪問(wèn)；而當(dāng)鎖關(guān)上時(shí)，則禁止進(jìn)程(線程線程)訪問(wèn)訪問(wèn)該臨界資源。該臨界資源。 信號(hào)量機(jī)制信號(hào)量機(jī)制n 進(jìn)程同步方式進(jìn)程同步方式-在相互合作完成共同任務(wù)的諸進(jìn)程在相互合作完成共同任務(wù)的諸進(jìn)程(線程線程)間，由同步機(jī)構(gòu)對(duì)它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。間，由同步機(jī)構(gòu)對(duì)它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)52處理機(jī)管理功能-進(jìn)程通信n進(jìn)程通信的任務(wù)就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)在相互合作的進(jìn)進(jìn)程通信的任務(wù)就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)在相互合作的進(jìn)程之間的信息交換。程之間的信息交換。輸入進(jìn)程計(jì)算進(jìn)程打印進(jìn)程2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)53處理機(jī)管理功能-調(diào)度為

40、什么要調(diào)度？為什么要調(diào)度？ 因?yàn)樵诤髠潢?duì)列上等待的每個(gè)作業(yè)，要經(jīng)因?yàn)樵诤髠潢?duì)列上等待的每個(gè)作業(yè)，要經(jīng)過(guò)調(diào)度才能執(zhí)行。過(guò)調(diào)度才能執(zhí)行。調(diào)度的分類包括作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度調(diào)度的分類包括作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度兩步兩步。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)54存儲(chǔ)器管理功能-內(nèi)存分配n內(nèi)存分配的主要任務(wù)是為每道程序分配內(nèi)存空間。有內(nèi)存分配的主要任務(wù)是為每道程序分配內(nèi)存空間。有兩種分配方式：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種分配方式：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)n靜態(tài)分配特點(diǎn)：靜態(tài)分配特點(diǎn)：n每個(gè)作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入時(shí)確定的；每個(gè)作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入時(shí)確定的；n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(qǐng)

41、不允許該作業(yè)再申請(qǐng)新的內(nèi)存空間，新的內(nèi)存空間，n不允許作業(yè)在內(nèi)存中不允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動(dòng)移動(dòng)”；n動(dòng)態(tài)分配特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)分配特點(diǎn)：n每個(gè)作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間是在裝入時(shí)確定的；每個(gè)作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間是在裝入時(shí)確定的；n允許作業(yè)在運(yùn)行過(guò)程中，繼續(xù)申請(qǐng)新的附加內(nèi)存空間，允許作業(yè)在運(yùn)行過(guò)程中，繼續(xù)申請(qǐng)新的附加內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)增漲；以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)增漲；n允許作業(yè)在內(nèi)存中允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動(dòng)移動(dòng)”。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)55存儲(chǔ)器管理功能-內(nèi)存保護(hù)內(nèi)存保護(hù)的主要任務(wù)？?jī)?nèi)存保護(hù)的主要任務(wù)？n確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運(yùn)確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存

42、空間內(nèi)運(yùn)行，彼此互不干擾。行，彼此互不干擾。 一種比較簡(jiǎn)單的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，是設(shè)置一種比較簡(jiǎn)單的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，是設(shè)置兩個(gè)界限寄存器兩個(gè)界限寄存器 越界檢查都由硬件實(shí)現(xiàn)越界檢查都由硬件實(shí)現(xiàn)n不允許用戶程序訪問(wèn)操作系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)不允許用戶程序訪問(wèn)操作系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)n不允許用戶轉(zhuǎn)移到非共享的其他用戶程序中去不允許用戶轉(zhuǎn)移到非共享的其他用戶程序中去執(zhí)行。執(zhí)行。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)56存儲(chǔ)器管理功能-內(nèi)存保護(hù)2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)57存儲(chǔ)器管理功能-地址映射n邏輯地址邏輯地址(地址空間中地址空間中)物理地址物理地址(內(nèi)存空間中內(nèi)存空間中)n如何映射？什么是邏輯地址？什么是物理

43、地址？如何映射？什么是邏輯地址？什么是物理地址？ n應(yīng)用程序應(yīng)用程序(源程序源程序)地址都是從地址都是從“0”開(kāi)始的，程序開(kāi)始的，程序中的其它地址都是相對(duì)于起始地址計(jì)算的；由中的其它地址都是相對(duì)于起始地址計(jì)算的；由這些地址所形成的地址范圍稱為這些地址所形成的地址范圍稱為“地址空間地址空間”，其中的地址稱為其中的地址稱為“邏輯地址邏輯地址”或或“相對(duì)地址相對(duì)地址”。n由內(nèi)存中的一系列單元所限定的地址范圍稱為由內(nèi)存中的一系列單元所限定的地址范圍稱為“內(nèi)存空間內(nèi)存空間”， 其中的地址稱為其中的地址稱為“物理地址物理地址”。 在多道程序環(huán)境下，每道程序不可能都從在多道程序環(huán)境下，每道程序不可能都從“0

44、”地址開(kāi)始裝入地址開(kāi)始裝入(內(nèi)存內(nèi)存)2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)58存儲(chǔ)器管理功能-地址映射#include int main(int argc, char *argv ) char s10;char *p= s;int main(int argc, char *argv ) int a = 1;2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)59存儲(chǔ)器管理功能-內(nèi)存擴(kuò)充n如何進(jìn)行擴(kuò)充？如何進(jìn)行擴(kuò)充？n借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容量。量。(1) 請(qǐng)求調(diào)入請(qǐng)求調(diào)入 (2) 置換置換n內(nèi)存容量有變化嗎？?jī)?nèi)存容量有變化嗎？n內(nèi)存容量實(shí)際沒(méi)變，但卻可以承擔(dān)

45、大于這一容內(nèi)存容量實(shí)際沒(méi)變，但卻可以承擔(dān)大于這一容量的更多事情。優(yōu)點(diǎn)：既滿足了用戶的需要，量的更多事情。優(yōu)點(diǎn)：既滿足了用戶的需要，改善了系統(tǒng)的性能，又基本上不增加硬件投資。改善了系統(tǒng)的性能，又基本上不增加硬件投資。 2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)60設(shè)備管理功能-緩沖管理n 為什么要引入緩沖管理？為什么要引入緩沖管理？n 如果在如果在I/O設(shè)備和設(shè)備和CPU之間引入緩沖，則可有之間引入緩沖，則可有效地緩和效地緩和CPU和和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾，設(shè)備速度不匹配的矛盾，提高提高CPU的利用率，進(jìn)而提高系統(tǒng)吞吐量。的利用率，進(jìn)而提高系統(tǒng)吞吐量。n 常見(jiàn)的緩沖機(jī)制？常見(jiàn)的緩沖機(jī)制？n 單緩沖

46、機(jī)制單緩沖機(jī)制n 實(shí)現(xiàn)雙向同時(shí)傳送數(shù)據(jù)的雙緩沖機(jī)制實(shí)現(xiàn)雙向同時(shí)傳送數(shù)據(jù)的雙緩沖機(jī)制n 能供多個(gè)設(shè)備同時(shí)使用的公用緩沖池機(jī)制。能供多個(gè)設(shè)備同時(shí)使用的公用緩沖池機(jī)制。 2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)61設(shè)備管理功能-設(shè)備分配n設(shè)備分配原則？設(shè)備分配原則？n用戶進(jìn)程的用戶進(jìn)程的I/O請(qǐng)求請(qǐng)求n系統(tǒng)的現(xiàn)有資源情況系統(tǒng)的現(xiàn)有資源情況n設(shè)備分配策略。設(shè)備分配策略。n如果在如果在I/O設(shè)備和設(shè)備和CPU之間，存在著設(shè)備之間，存在著設(shè)備控制器和控制器和I/O通道時(shí)，須為分配出去的設(shè)通道時(shí)，須為分配出去的設(shè)備分配相應(yīng)的備分配相應(yīng)的控制器和通道控制器和通道。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)62設(shè)備管理功能-

47、設(shè)備處理n設(shè)備處理的基本任務(wù)？設(shè)備處理的基本任務(wù)？n設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?；救蝿?wù)是用于實(shí)現(xiàn)本任務(wù)是用于實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之和設(shè)備控制器之間的通信間的通信。n由由CPU向設(shè)備控制器發(fā)出向設(shè)備控制器發(fā)出I/O命令，要命令，要求它完成指定的求它完成指定的I/O操作；反之由操作；反之由CPU接收從控制器發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求，并給予接收從控制器發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求，并給予迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)63文件管理功能-文件空間管理n文件空間管理的主要任務(wù)？文件空間管理的主要任務(wù)？n為每個(gè)文件分配必要的外存空間，提高

48、外為每個(gè)文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系統(tǒng)的存的利用率，并能有助于提高文件系統(tǒng)的運(yùn)行速度。運(yùn)行速度。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)64文件管理功能-目錄管理n目錄管理的主要任務(wù)？目錄管理的主要任務(wù)？n(1)為每個(gè)文件建立其目錄項(xiàng)，并對(duì)目錄為每個(gè)文件建立其目錄項(xiàng)，并對(duì)目錄項(xiàng)加以組織，實(shí)現(xiàn)按名存取。項(xiàng)加以組織，實(shí)現(xiàn)按名存取。 n(2)實(shí)現(xiàn)文件共享。實(shí)現(xiàn)文件共享。 只須在外存上保留一份該共享文件的只須在外存上保留一份該共享文件的副本。副本。n(3)提供快速的目錄查詢手段。提供快速的目錄查詢手段。 提高對(duì)文件的檢索速度。提高對(duì)文件的檢索速度。 2021-11-21計(jì)算

49、機(jī)操作系統(tǒng)65文件管理功能-文件的讀寫(xiě)管理與保護(hù)n文件的讀文件的讀/寫(xiě)寫(xiě): (1) 文件的讀文件的讀/寫(xiě)管理。寫(xiě)管理。 根據(jù)根據(jù)用戶的請(qǐng)求，從外存中讀取數(shù)據(jù)；或?qū)?shù)用戶的請(qǐng)求，從外存中讀取數(shù)據(jù)；或?qū)?shù)據(jù)寫(xiě)入外存。據(jù)寫(xiě)入外存。n文件保護(hù)文件保護(hù): 防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶存取文防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶存取文件；件； 防止冒名頂替存取文件；防止冒名頂替存取文件； 防止防止以不正確的方式使用文件。以不正確的方式使用文件。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)66操作系統(tǒng)與用戶之間的接口n用戶接口用戶接口:命令接口命令接口，程序接口，圖形接口程序接口，圖形接口n 程序接口：系統(tǒng)調(diào)用程序接口：系統(tǒng)調(diào)用n在高級(jí)語(yǔ)言以及在

50、高級(jí)語(yǔ)言以及C語(yǔ)言中，往往提供了與各語(yǔ)言中，往往提供了與各系統(tǒng)調(diào)用一一對(duì)應(yīng)的庫(kù)函數(shù)，這樣，應(yīng)用程系統(tǒng)調(diào)用一一對(duì)應(yīng)的庫(kù)函數(shù)，這樣，應(yīng)用程序便可通過(guò)調(diào)用對(duì)應(yīng)的庫(kù)函數(shù)來(lái)使用系統(tǒng)調(diào)序便可通過(guò)調(diào)用對(duì)應(yīng)的庫(kù)函數(shù)來(lái)使用系統(tǒng)調(diào)用。用。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)67系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過(guò)程 一般把處理機(jī)在用戶程序中執(zhí)行稱為用戶用戶態(tài)態(tài)(user mode)，而把處理機(jī)在系統(tǒng)程序中執(zhí)行稱為系統(tǒng)態(tài)系統(tǒng)態(tài)(kernel mode)。 2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)68本章內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2021

51、-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)69無(wú)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)n 在早期開(kāi)發(fā)操作系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)者只是把他的注在早期開(kāi)發(fā)操作系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)者只是把他的注意力放在功能的實(shí)現(xiàn)和獲得高的效率上，缺乏意力放在功能的實(shí)現(xiàn)和獲得高的效率上，缺乏首尾一致的設(shè)計(jì)思想。首尾一致的設(shè)計(jì)思想。 此時(shí)的此時(shí)的OS是為數(shù)眾多的是為數(shù)眾多的一組過(guò)程的集合，一組過(guò)程的集合，各過(guò)程之間可以相互調(diào)用，各過(guò)程之間可以相互調(diào)用，在操作系統(tǒng)內(nèi)部不存在任何結(jié)構(gòu)在操作系統(tǒng)內(nèi)部不存在任何結(jié)構(gòu)，因此，這種，因此，這種OS是無(wú)結(jié)構(gòu)的，也有人把它稱為整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。是無(wú)結(jié)構(gòu)的，也有人把它稱為整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。n此時(shí)程序設(shè)計(jì)的技巧，只是如何編制緊湊的程序，此時(shí)程序設(shè)計(jì)的技巧，

52、只是如何編制緊湊的程序，以便于有效地利用內(nèi)存、對(duì)以便于有效地利用內(nèi)存、對(duì)GOTO語(yǔ)句的使用不加語(yǔ)句的使用不加任何限制，所設(shè)計(jì)出的操作系統(tǒng)既任何限制，所設(shè)計(jì)出的操作系統(tǒng)既龐大又雜亂龐大又雜亂，缺，缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)。乏清晰的程序結(jié)構(gòu)。n一方面會(huì)使所編制出的一方面會(huì)使所編制出的程序錯(cuò)誤很多程序錯(cuò)誤很多，給調(diào)試工作，給調(diào)試工作帶來(lái)很多困難；另一方面也使程序難以閱讀和理解，帶來(lái)很多困難；另一方面也使程序難以閱讀和理解，增加了維護(hù)人員的負(fù)擔(dān)增加了維護(hù)人員的負(fù)擔(dān)。2021-11-21計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)70模塊化OS結(jié)構(gòu)n 為使為使OS具有較清晰的結(jié)構(gòu)，具有較清晰的結(jié)構(gòu)，OS不再是由眾多的過(guò)程直不再是由眾多的過(guò)程直接構(gòu)成，而是將接構(gòu)成，而是將OS按其功能劃分為若干個(gè)按其功能劃分為若干個(gè)具有一定獨(dú)具有一定獨(dú)立性和大小立性和大小的模塊。的模塊。n 每個(gè)模塊具有某方面的管理功能，如進(jìn)程管理模塊、存每個(gè)模塊具有某方面的管理功能，如進(jìn)程管理模塊、存儲(chǔ)器管理模塊、儲(chǔ)器管理模塊、I/O設(shè)備管理模塊和文件管理模塊等，設(shè)備管理模塊和文件管理模塊等，規(guī)定好各模塊間的接