第一章(四版)jsp

1、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)主講主講 陳曉明陳曉明2014年9月Email: minny- Tel:3600543(H) 2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論2教材：教材：湯小丹湯小丹. .計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第四版）計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第四版）. .西安電子科技大學(xué)出版社西安電子科技大學(xué)出版社 參考書：參考書：n鄒恒明.計(jì)算機(jī)的心智計(jì)算機(jī)的心智-操作系統(tǒng)之哲學(xué)原理操作系統(tǒng)之哲學(xué)原理. 機(jī)械工業(yè)出版社nAndrew S.Tanenbaum.現(xiàn)代操作系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社 nWilliam Stallings. 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)內(nèi)核與設(shè)計(jì)原理內(nèi)核與設(shè)計(jì)原理. 電子工 業(yè)出版社n

2、張獻(xiàn)忠. 操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)輔導(dǎo). 清華大學(xué)出版社2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論3參考網(wǎng)站參考網(wǎng)站n中大操作系統(tǒng)中大操作系統(tǒng)CAI:CAI:http:/i- /n南開操作系統(tǒng)南開操作系統(tǒng)CAICAI：2/OSTEACH/frame_4.asp2/OSTEACH/frame_4.aspn貴大操作系統(tǒng)貴大操作系統(tǒng) CAI:CAI:3636n貴大開放實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)貴大開放實(shí)驗(yàn)系統(tǒng): : 37

3、372022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論4本課程地位本課程地位n專業(yè)核心課程n考研核心課程n技術(shù)開發(fā)的理論基礎(chǔ)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論5操作系統(tǒng)與其它專業(yè)課程的關(guān)系操作系統(tǒng)與其它專業(yè)課程的關(guān)系前趨基礎(chǔ)課程前趨基礎(chǔ)課程計(jì)算機(jī)組成原理（組織與結(jié)構(gòu)）計(jì)算機(jī)組成原理（組織與結(jié)構(gòu)）程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后繼發(fā)展課程后繼發(fā)展課程軟件工程軟件工程數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)高級(jí)程序設(shè)計(jì)高級(jí)程序設(shè)計(jì)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論6成績(jī)考核方法成績(jī)考核方法n作業(yè)、出勤率：20n考試成績(jī)：80注意：作業(yè)、報(bào)告上交時(shí)間2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論7本課

4、程內(nèi)容本課程內(nèi)容n第一章第一章 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論n第二章第二章 進(jìn)程的描述與控制進(jìn)程的描述與控制n第三章第三章 處理機(jī)調(diào)度與死鎖處理機(jī)調(diào)度與死鎖n第四章第四章 存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理n第五章第五章 虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器n第六章第六章 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)n第七章第七章 文件管理文件管理n第八章第八章 磁盤存儲(chǔ)器的管理磁盤存儲(chǔ)器的管理n第九章第九章 操作系統(tǒng)接口操作系統(tǒng)接口2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論8第一章第一章 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論n操作系統(tǒng)是什么？操作系統(tǒng)是什么？n在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中扮演什么角色？在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中扮演什么角色？n它的來歷是什么？它的來歷是什么？n它

5、有一些什么基本概念？它有一些什么基本概念？n我們應(yīng)如何看待操作系統(tǒng)？我們應(yīng)如何看待操作系統(tǒng)？n它是如何參與到程序的執(zhí)行過程中的？它是如何參與到程序的執(zhí)行過程中的？2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論9第一章第一章 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論n1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用n1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程n1.3 操作系統(tǒng)的基本特性操作系統(tǒng)的基本特性n1.4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能n1.5 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境n1.6 OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論10n魔術(shù)師魔術(shù)師 將丑陋變得美好，將沒有變?yōu)橛校瑢⒊舐?/p>

6、得美好，將沒有變?yōu)橛?，將少變?yōu)槎?；將少變?yōu)槎?；n管理者管理者 對(duì)所有計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行管理以達(dá)對(duì)所有計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行管理以達(dá)到公平和效率的到公平和效率的“雙料雙料”境界境界操作系統(tǒng)所扮演的角色2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論11程序是如何運(yùn)行的？程序是如何運(yùn)行的？程序設(shè)計(jì)語言程序設(shè)計(jì)語言高級(jí)語言程序高級(jí)語言程序編譯器和匯編器編譯器和匯編器機(jī)器語言程序機(jī)器語言程序操作系統(tǒng)（加載器、文件、內(nèi)存）操作系統(tǒng)（加載器、文件、內(nèi)存）進(jìn)進(jìn) 程程操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（CPUCPU調(diào)度，進(jìn)程管理）調(diào)度，進(jìn)程管理）CPUCPU上執(zhí)行上執(zhí)行操作系統(tǒng)（文件、輸入輸出）操作系統(tǒng)（文件、輸入輸出）結(jié)結(jié) 果果人工編寫人工編寫

7、程序語言執(zhí)程序語言執(zhí)行環(huán)境行環(huán)境指令集結(jié)構(gòu)指令集結(jié)構(gòu)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論12操作系統(tǒng)是什么操作系統(tǒng)是什么? ?n操作系統(tǒng)為你完成所有 “硬件相關(guān)、應(yīng)用無關(guān)”的工作，以給你 方便、效率、安全2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論13n計(jì)算機(jī)系統(tǒng)： 計(jì)算機(jī)軟件n計(jì)算機(jī)硬件：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備操作系統(tǒng)是什么操作系統(tǒng)是什么? ?計(jì)算機(jī)硬件2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論14 編譯程序編譯程序 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 解釋程序解釋程序 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 語言處理系統(tǒng)語言處理系統(tǒng) 匯編程序匯編程序 常用的例行程序常用的例行程序 庫連接程序等庫連接程序等計(jì)算機(jī)軟件計(jì)

8、算機(jī)軟件 連接編譯程序連接編譯程序 診斷排錯(cuò)程序診斷排錯(cuò)程序 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件 ：火車售票系統(tǒng)、超市管理系統(tǒng)火車售票系統(tǒng)、超市管理系統(tǒng)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論15操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（operating system，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱OS）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，它是這樣一是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，它是這樣一些程序模塊的集合些程序模塊的集合它們管理和控制計(jì)算機(jī)它們管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟件和硬件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的軟件和硬件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大

9、、使用方便和可擴(kuò)展的工作環(huán)供一個(gè)功能強(qiáng)大、使用方便和可擴(kuò)展的工作環(huán)境，從而在計(jì)算機(jī)與其用戶之間起到接口的作境，從而在計(jì)算機(jī)與其用戶之間起到接口的作用。用。 2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論161.1 1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用n操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo)n方便性方便性（配置OS后計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更容易使用）n有效性有效性（改善資源利用率，提高系統(tǒng)的吞吐量）n可擴(kuò)充性可擴(kuò)充性（為適應(yīng)計(jì)算機(jī)硬件、體系結(jié)構(gòu)以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展的要求。與OS的結(jié)構(gòu)聯(lián)系緊密，推動(dòng)了OS結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展）n開放性開放性（OS應(yīng)遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。是90年代后計(jì)算機(jī)技術(shù)的核心問題，是衡量新出系統(tǒng)或軟件能否被

10、廣泛應(yīng)用的至關(guān)重要的因素）2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論17操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備如何使用？如何使用？底層硬件控制底層硬件控制用戶輸入用戶輸入處理結(jié)果處理結(jié)果課程導(dǎo)論課程導(dǎo)論2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論18操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用nOSOS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口接口n命令方式命令方式n系統(tǒng)調(diào)用方式系統(tǒng)調(diào)用方式n圖形、窗口方式圖形、窗口方式2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論19nOSOS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者n處理器處理器n存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器nI/OI/O設(shè)備設(shè)備n文件（

11、數(shù)據(jù)和程序）文件（數(shù)據(jù)和程序）操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論20操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用nOSOS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)資源的抽象n裸機(jī)：裸機(jī)：沒有配置任何軟件的計(jì)算機(jī)沒有配置任何軟件的計(jì)算機(jī)n軟件軟件是在硬件基礎(chǔ)之上對(duì)硬件的性能加以是在硬件基礎(chǔ)之上對(duì)硬件的性能加以擴(kuò)充擴(kuò)充和完善和完善n把覆蓋了軟件的機(jī)器稱為把覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)器擴(kuò)充機(jī)器或或虛機(jī)器虛機(jī)器nOSOS包含了若干個(gè)層次，因此在裸機(jī)上覆蓋包含了若干個(gè)層次，因此在裸機(jī)上覆蓋OSOS后，后，便可獲得一臺(tái)功能顯著增強(qiáng)，使用極為方便的便可獲得一臺(tái)功能顯著增強(qiáng)，使用極為方便的多層擴(kuò)

12、充機(jī)器多層擴(kuò)充機(jī)器或或多層虛機(jī)器多層虛機(jī)器。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論21推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿ν苿?dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿不斷提高計(jì)算機(jī)資源的利用率（多道批處理系統(tǒng)、SPOOLing系統(tǒng)、虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）n方便用戶（分時(shí)系統(tǒng)、圖形用戶界面）n器件的不斷更新?lián)Q代（隨微機(jī)芯片的發(fā)展，微機(jī)OS也不斷發(fā)展；OS支持的外設(shè)越來越多）n計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展（OS由單機(jī)系統(tǒng)發(fā)展為多機(jī)系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)OS)n不斷提出新的應(yīng)用需求(實(shí)時(shí)OS，嵌入式OS)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論221.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 操作系統(tǒng)因由

13、客觀的需要而產(chǎn)生，它操作系統(tǒng)因由客觀的需要而產(chǎn)生，它伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展而逐漸伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展而逐漸發(fā)展和不斷完善，它與運(yùn)行其上的計(jì)算機(jī)發(fā)展和不斷完善，它與運(yùn)行其上的計(jì)算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)休戚與共，它的功能由弱組成與體系結(jié)構(gòu)休戚與共，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，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)的核心。至今，它已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論231.2 1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 n操作系統(tǒng)的產(chǎn)生操作系統(tǒng)的產(chǎn)生 n1.2.1 人工操作階段（20世紀(jì)40年代） n1.2.2 單道批

14、處理階段（ 20世紀(jì)50年代） n1.2.3 執(zhí)行系統(tǒng)階段（20世紀(jì)60年代初）n操作系統(tǒng)的形成操作系統(tǒng)的形成 n1.2.4 多道批處理（ 20世紀(jì)60年代中） n1.2.5 分時(shí)系統(tǒng)（ 20世紀(jì)60年代后）n1.2.6 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ 20世紀(jì)60年代后）2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論24n操作系統(tǒng)的發(fā)展（操作系統(tǒng)的發(fā)展（8080年代開始）年代開始）n1.2.7 微機(jī)操作系統(tǒng)n1.2.8 多處理機(jī)操作系統(tǒng)n1.2.9 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)n1.2.10 分布式操作系統(tǒng)n1.2.11 嵌入式操作系統(tǒng)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論251.2.1 人工操作階段2022-4-29第一章 操作

15、系統(tǒng)引論26手工交互方式的特點(diǎn)手工交互方式的特點(diǎn)(1) 程序設(shè)計(jì)直接編制二進(jìn)制程序設(shè)計(jì)直接編制二進(jìn)制目標(biāo)程序目標(biāo)程序 (2) 輸入輸出設(shè)備主要是輸入輸出設(shè)備主要是紙帶和卡片紙帶和卡片 (3) 程序員上機(jī)必須程序員上機(jī)必須預(yù)約機(jī)時(shí)預(yù)約機(jī)時(shí)(4) 程序員程序員自己自己上機(jī)操作上機(jī)操作 (5) 程序的啟動(dòng)與結(jié)束處理都以程序的啟動(dòng)與結(jié)束處理都以手工方式手工方式進(jìn)行進(jìn)行(6) 程序員的操作以程序員的操作以交互方式交互方式進(jìn)行進(jìn)行(控制臺(tái)控制臺(tái)) (7) 單用戶方式單用戶方式(8) 程序執(zhí)行過程得不到任何幫助程序執(zhí)行過程得不到任何幫助2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論27手工交互方式的缺點(diǎn)手工交互方式

16、的缺點(diǎn)n用戶獨(dú)占計(jì)算機(jī)用戶獨(dú)占計(jì)算機(jī)n手工裝卸、人工判斷、手工修改與調(diào)試內(nèi)存指手工裝卸、人工判斷、手工修改與調(diào)試內(nèi)存指令等造成令等造成CPU空閑；空閑；n提前完成造成剩余預(yù)約時(shí)間內(nèi)的提前完成造成剩余預(yù)約時(shí)間內(nèi)的CPU完全空閑；完全空閑；nI/O設(shè)備的慢速與設(shè)備的慢速與CPU的速度不匹配造成的的速度不匹配造成的CPU空閑等待時(shí)間。空閑等待時(shí)間。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論281.2.2 單道批處理系統(tǒng) 晶體管計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)的雛形，稱為監(jiān)監(jiān)督程序督程序。 為縮短手工操作的時(shí)間，使作業(yè)與作業(yè)之間的過渡擺脫人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，便出現(xiàn)了批處理（把若干個(gè)作業(yè)合成一批，調(diào)入計(jì)算機(jī)執(zhí)行，完成后再

17、調(diào)入下一批作業(yè)） 單道批處理： 聯(lián)機(jī)批處理 脫機(jī)批處理 2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論29 用戶將作業(yè)交到機(jī)房，操作員將一批作業(yè)輸入到輔存（如磁帶）上，形成一個(gè)作業(yè)隊(duì)列。當(dāng)需要調(diào)入作業(yè)時(shí)，監(jiān)督程序從這一批中選一道作業(yè)調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行。當(dāng)這一作業(yè)完成時(shí)，監(jiān)督程序調(diào)入另一道程序，直到這一批作業(yè)全部完成。 單道批處理系統(tǒng)的工作過程單道批處理系統(tǒng)的工作過程2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論30聯(lián)機(jī)批處理：由CPU直接控制作業(yè)輸入輸出脫機(jī)批處理：由外圍機(jī)控制作業(yè)輸入輸出2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論31聯(lián)機(jī)批處理和脫機(jī)批處理2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論32卡片卡片IBM1401

18、IBM7094IBM1401輸入磁帶輸入磁帶磁帶機(jī)磁帶機(jī)卡片閱讀卡片閱讀機(jī)機(jī)輸出磁帶輸出磁帶打印機(jī)打印機(jī)脫機(jī)批處理2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論33n作業(yè)（步）間不需要人的干預(yù)n監(jiān)控程序監(jiān)控程序常駐內(nèi)存，開機(jī)后第一個(gè)進(jìn)入內(nèi)存，直到關(guān)機(jī)一直駐留在內(nèi)存中n專職操作員，程序員不在現(xiàn)場(chǎng)n單道n監(jiān)控程序只為一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)n開發(fā)過程可以使用FORTRAN等高級(jí)語言，程序的最后一條指令需是返回控制到監(jiān)控程序單道批處理階段的特征單道批處理階段的特征2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論34n作業(yè)轉(zhuǎn)換時(shí)間大大減小，系統(tǒng)運(yùn)行效果提高（自動(dòng)性、順序性）n存在I/O慢造成的CPU空閑等待時(shí)間（單道）n程序

19、員（和非編程用戶）無法同計(jì)算機(jī)交互n一個(gè)操作系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成只能在一種機(jī)器上運(yùn)行對(duì)單道批處理系統(tǒng)的評(píng)價(jià)對(duì)單道批處理系統(tǒng)的評(píng)價(jià)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論35批處理操作系統(tǒng)n重要實(shí)例重要實(shí)例nIBM開發(fā)的開發(fā)的FORTRAN監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視系統(tǒng)FMS，用于，用于IBM709；nIBM開發(fā)的基于磁帶的工作監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的基于磁帶的工作監(jiān)控系統(tǒng)IBSYS，用于用于IBM7090和和7094；n密歇根大學(xué)開發(fā)的密歇根大學(xué)開發(fā)的UMES(密歇根大學(xué)執(zhí)行密歇根大學(xué)執(zhí)行體系統(tǒng)），用于體系統(tǒng)），用于IBM7094。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論361.2.3 執(zhí)行系統(tǒng)階段n批處理仍有缺點(diǎn)：如需要額外的

20、衛(wèi)星機(jī)、磁帶機(jī)的裝卸需要手動(dòng)操作等n20世紀(jì)60年代初期，硬件在兩個(gè)方面取得了重要的進(jìn)展：通道的引入和中斷技術(shù)的出現(xiàn)。這是操作系統(tǒng)發(fā)展史上的重要事件，推進(jìn)操作系統(tǒng)進(jìn)入執(zhí)行系統(tǒng)階段。n執(zhí)行系統(tǒng)階段是操作系統(tǒng)的初級(jí)階段，它為操作系統(tǒng)的最終形成奠定了基礎(chǔ)。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論3.4 4 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)操作系統(tǒng)發(fā)展史上革命性變革。操作系統(tǒng)發(fā)展史上革命性變革。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)：在內(nèi)存中存放多道程序,使它們?cè)诠芾沓绦虻目刂葡孪嗷ゴ┎宓剡\(yùn)行。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論38單道和多道程序工作過程比較2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引

21、論39多道程序運(yùn)行的特點(diǎn)多道程序運(yùn)行的特點(diǎn)n多道。n宏觀上并行：同時(shí)有多道程序在內(nèi)存運(yùn)行，某一時(shí)間段上，各道程序不同程度地向前推進(jìn)。n微觀上串行：任一時(shí)刻最多只有一道作業(yè)占用CPU，多道程序交替使用CPU 。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論40多道批處理系統(tǒng)的工作過程多道批處理系統(tǒng)的工作過程在批處理系統(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)多道批處理系統(tǒng)。 用戶將作業(yè)交到機(jī)房，操作員將一批作業(yè)輸入到輔存（如磁盤）上，形成一個(gè)作業(yè)隊(duì)列。當(dāng)需要調(diào)入作業(yè)時(shí)，管理程序從這一批中選幾道作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，讓它們進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行。當(dāng)一些作業(yè)完成時(shí)，管理程序調(diào)入另一些程序，直到這一批作業(yè)全部完成。 20

22、22-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論41多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)n資源利用率高。資源指CPU及設(shè)備。n系統(tǒng)吞吐量大。系統(tǒng)吞吐量系統(tǒng)吞吐量指系統(tǒng)在單位時(shí)間完成的總工作量。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論42多道批處理系統(tǒng)的缺點(diǎn)多道批處理系統(tǒng)的缺點(diǎn)n平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)。作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間是指從作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)開始，直至其完成并退出系統(tǒng)為止所經(jīng)歷的時(shí)間。n無交互能力。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論43多道批處理系統(tǒng)n典型的多道批處理系統(tǒng)是典型的多道批處理系統(tǒng)是IBM的的OS/360，它運(yùn)行在，它運(yùn)行在IBM的第三代計(jì)算的第三代計(jì)算機(jī)機(jī)System/360，System/

23、370，System/4300等上。等上。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論4.5 5 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)n推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的動(dòng)力是提高資源提高資源利用率利用率和系統(tǒng)吞吐量系統(tǒng)吞吐量。n推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ怯脩舻男枰航换?、共享主機(jī)、方便上機(jī)交互、共享主機(jī)、方便上機(jī)。n分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)是指在一臺(tái)主機(jī)上連接多個(gè)帶有顯示器和是指在一臺(tái)主機(jī)上連接多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶通過自己的鍵盤，鍵盤的終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶通過自己的鍵盤，以交互的方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。以交互的方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。2022-4-29第一章

24、操作系統(tǒng)引論45圖示主機(jī)主機(jī)終終端端2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論46分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互是即使有多個(gè)用戶同時(shí)通過自己的鍵盤鍵入命令，系統(tǒng)也應(yīng)能全部地及時(shí)接收并處理。n及時(shí)接收作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存、不允許一個(gè)作業(yè)長(zhǎng)期占用處理機(jī)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論47分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題n及時(shí)處理（劃分時(shí)間片） 多個(gè)用戶分時(shí)使用主機(jī)，每一用戶分得一個(gè)時(shí)間片，用完這個(gè)時(shí)間片后操作系統(tǒng)將處理機(jī)分給另一用戶，如此循環(huán)，每一用戶可以周期性地獲得CPU使用權(quán)，這樣每一用戶都有一種獨(dú)占CPU的感覺。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)

25、引論48分時(shí)系統(tǒng)的特征分時(shí)系統(tǒng)的特征n多路性：允許同一主機(jī)聯(lián)接多臺(tái)終端。n獨(dú)立性：每一用戶獨(dú)占一個(gè)終端。n及時(shí)性：用戶請(qǐng)求能及時(shí)響應(yīng)。n交互性：可進(jìn)行廣泛的人機(jī)對(duì)話。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論49分時(shí)操作系統(tǒng)n分時(shí)操作系統(tǒng)里最有名的應(yīng)該是分時(shí)操作系統(tǒng)里最有名的應(yīng)該是MULTICS和和UNIX。n分時(shí)操作系統(tǒng)通常運(yùn)行在第三代機(jī)分時(shí)操作系統(tǒng)通常運(yùn)行在第三代機(jī)PDP，VAX和和CRAY上，其中上，其中PDP，VAX是是DEC公司生產(chǎn)的，公司生產(chǎn)的，CRAY是是CRAY公司生公司生產(chǎn)的。產(chǎn)的。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論50.6 6 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)n實(shí)時(shí)系

26、統(tǒng)（RealTime System）是指系統(tǒng)能及時(shí)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)一致地運(yùn)行。n實(shí)時(shí)控制：如工業(yè)控制、武器的控制等。 n實(shí)時(shí)信息處理：如聯(lián)網(wǎng)訂票系統(tǒng)。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論511.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征：n多路性n獨(dú)立性n及時(shí)性n交互性n可靠性2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論52實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)n商業(yè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的代表有商業(yè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的代表有VxWorks和和EMC的的DART系統(tǒng)。系統(tǒng)。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論531.2.7 微機(jī)操作系統(tǒng)微機(jī)操作系統(tǒng) 單用戶單任務(wù)

27、OS：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。最具代表性的是CP/M和MS-DOS。 單用戶多任務(wù)OS：只允許一個(gè)用戶上機(jī)、但允許將一個(gè)用戶程序分為若干個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行。最具代表性的是OS/2和MS-WINDOWS。 多用戶多任務(wù)OS：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)的各類資源，同時(shí)用戶程序又可進(jìn)一步分成幾個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行。最具代表性的是UNIX OS。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論54CP/M CP/M 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)n隨著大規(guī)模集成電路發(fā)展，個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代到來了隨著大規(guī)模集成電路發(fā)展，個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代到來了, ,各種類各種類型的個(gè)人計(jì)算機(jī)

28、和軟件層出不窮型的個(gè)人計(jì)算機(jī)和軟件層出不窮n19731973年年Gary Gary KildallKildall看到對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的需求看到對(duì)個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的需求, ,設(shè)設(shè)計(jì)了計(jì)了CP/MCP/M操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)( (Control Program/Microprocessor or Microcomputer)Control Program/Microprocessor or Microcomputer)nCP/MCP/M操作系統(tǒng)有較好的層次結(jié)構(gòu)。它的操作系統(tǒng)有較好的層次結(jié)構(gòu)。它的BIOSBIOS把操作系統(tǒng)的其把操作系統(tǒng)的其他模塊與硬件配置分隔開，所以它的可移植性好他模塊與硬件配置

29、分隔開，所以它的可移植性好, , 具有較好具有較好的可適應(yīng)性和易學(xué)易用性的可適應(yīng)性和易學(xué)易用性n到了到了19811981年，年，CP/MCP/M操作系統(tǒng)成為世界上流行最廣的操作系統(tǒng)成為世界上流行最廣的8 8位操作位操作系統(tǒng)之一系統(tǒng)之一2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論55微軟微軟MS DOSn個(gè)人計(jì)算機(jī)的成功，逼得個(gè)人計(jì)算機(jī)的成功，逼得IBMIBM采取緊急戰(zhàn)略行動(dòng)采取緊急戰(zhàn)略行動(dòng), ,決定要在決定要在19801980年盡快生產(chǎn)出微型計(jì)算機(jī)，以應(yīng)付挑戰(zhàn)年盡快生產(chǎn)出微型計(jì)算機(jī)，以應(yīng)付挑戰(zhàn)n但沒有操作系統(tǒng)不行。要想快就是找現(xiàn)成系統(tǒng)配套，但沒有操作系統(tǒng)不行。要想快就是找現(xiàn)成系統(tǒng)配套，IBMIBM公

30、公司洽談司洽談 CP/MCP/M操作系統(tǒng)不順利，機(jī)遇落到了微軟公司操作系統(tǒng)不順利，機(jī)遇落到了微軟公司n在關(guān)鍵時(shí)刻，開發(fā)新操作系統(tǒng)時(shí)間和人手上已經(jīng)不可能，在關(guān)鍵時(shí)刻，開發(fā)新操作系統(tǒng)時(shí)間和人手上已經(jīng)不可能，微軟找到西雅圖計(jì)算機(jī)產(chǎn)品公司，達(dá)成由微軟經(jīng)銷西雅圖微軟找到西雅圖計(jì)算機(jī)產(chǎn)品公司，達(dá)成由微軟經(jīng)銷西雅圖計(jì)算機(jī)產(chǎn)品公司的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品公司的QDOSQDOS操作系統(tǒng)的協(xié)議操作系統(tǒng)的協(xié)議n當(dāng)時(shí)西雅圖公司并不知道當(dāng)時(shí)西雅圖公司并不知道QDOSQDOS將被轉(zhuǎn)賣給將被轉(zhuǎn)賣給IBMIBM，否則歷史將否則歷史將會(huì)怎樣演變，誰也無法知曉會(huì)怎樣演變，誰也無法知曉2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論56nIBMIBM在

31、在19811981年推出個(gè)人計(jì)算機(jī)，宣布了年推出個(gè)人計(jì)算機(jī)，宣布了DOSDOS操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)n隨著隨著IBM PCIBM PC和和MS DOSMS DOS普及，普及，CP/MCP/M逐漸走向下坡路逐漸走向下坡路nMS DOSMS DOS有優(yōu)良的文件系統(tǒng)有優(yōu)良的文件系統(tǒng) 但受到但受到Intel x86Intel x86體系結(jié)構(gòu)的限制，缺乏以硬件為基礎(chǔ)的存體系結(jié)構(gòu)的限制，缺乏以硬件為基礎(chǔ)的存儲(chǔ)保護(hù)機(jī)制儲(chǔ)保護(hù)機(jī)制 隨著隨著IBM PCIBM PC機(jī)及其兼容機(jī)的暢銷，機(jī)及其兼容機(jī)的暢銷，MS DOSMS DOS成為成為1616位微機(jī)單用位微機(jī)單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)戶單任務(wù)操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) 從從1981

32、1981的的 1.0 1.0版到版到19981998年在年在Windows 95/98Windows 95/98之下的之下的7.07.0版，版，MS MS DOSDOS歷經(jīng)了歷經(jīng)了1616個(gè)年頭個(gè)年頭n迄今仍有迄今仍有MS DOSMS DOS愛好者繼續(xù)開發(fā)各種愛好者繼續(xù)開發(fā)各種DOSDOS軟件產(chǎn)品軟件產(chǎn)品微軟微軟MS DOS2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論57IBM OS/2 19871987年年4 4月，月，IBMIBM公司在宣布下一代個(gè)人系統(tǒng)公司在宣布下一代個(gè)人系統(tǒng)PS/2PS/2的同時(shí)，發(fā)的同時(shí)，發(fā)表了表了OS/2OS/2。 它是一種在它是一種在8028680286保護(hù)方式下工作的

33、單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)保護(hù)方式下工作的單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng) 該系統(tǒng)的硬件必須以該系統(tǒng)的硬件必須以8028680286或或8038680386為芯片，存儲(chǔ)容量在為芯片，存儲(chǔ)容量在1 1MBMB以上并帶有硬盤。以上并帶有硬盤。 OS/2OS/2能夠?qū)崿F(xiàn)真正的多任務(wù)處理，它允許能夠?qū)崿F(xiàn)真正的多任務(wù)處理，它允許1616個(gè)任務(wù)并發(fā)執(zhí)行個(gè)任務(wù)并發(fā)執(zhí)行，能在最大，能在最大1616MBMB實(shí)存及實(shí)存及1 1GBGB虛存之間進(jìn)行地址映射，并具有可虛存之間進(jìn)行地址映射，并具有可運(yùn)行原運(yùn)行原MS DOSMS DOS軟件的機(jī)制軟件的機(jī)制2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論58微軟微軟Windows 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)n

34、19831983年年1010月，月，PCPC機(jī)競(jìng)爭(zhēng)廠家的圖形界面相關(guān)產(chǎn)機(jī)競(jìng)爭(zhēng)廠家的圖形界面相關(guān)產(chǎn)品上市品上市n面對(duì)市場(chǎng)壓力，比爾面對(duì)市場(chǎng)壓力，比爾. .蓋茨在蓋茨在19831983年年1111月月1010日宣日宣布推出布推出WindowsWindows操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)n然而宣布容易，交貨就不簡(jiǎn)單了，然而宣布容易，交貨就不簡(jiǎn)單了，WindowsWindows交貨交貨期的災(zāi)難，成了當(dāng)年計(jì)算機(jī)界的笑柄期的災(zāi)難，成了當(dāng)年計(jì)算機(jī)界的笑柄n直到直到19851985年年1111月月2020日，日，Windows 1.0Windows 1.0才正式上市才正式上市2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論59Win

35、dows 的歷史記錄的歷史記錄n WindowsWindows在當(dāng)時(shí)微軟歷史上創(chuàng)了幾個(gè)記錄：延遲交貨次數(shù)最多，投入開發(fā)在當(dāng)時(shí)微軟歷史上創(chuàng)了幾個(gè)記錄：延遲交貨次數(shù)最多，投入開發(fā)人員最多，開發(fā)時(shí)間最長(zhǎng)，更換主管人員最多人員最多，開發(fā)時(shí)間最長(zhǎng)，更換主管人員最多 1990 1990年微軟公司推出的年微軟公司推出的Windows 3.0Windows 3.0以其易學(xué)易用、友好的圖形用戶界面、以其易學(xué)易用、友好的圖形用戶界面、支持多任務(wù)的優(yōu)點(diǎn)，很快占領(lǐng)了市場(chǎng)。支持多任務(wù)的優(yōu)點(diǎn)，很快占領(lǐng)了市場(chǎng)。 1992 1992年推出的年推出的Windows 3.1Windows 3.1版，提供了版，提供了386386增

36、強(qiáng)模式，提高了運(yùn)行速度，功增強(qiáng)模式，提高了運(yùn)行速度，功能也更強(qiáng)大。能也更強(qiáng)大。 1993 1993年推出了年推出了Windows NTWindows NT是一個(gè)全新的是一個(gè)全新的3232位多任務(wù)操作系統(tǒng)，成為位多任務(wù)操作系統(tǒng)，成為WindowsWindows家族中功能最強(qiáng)并支持網(wǎng)絡(luò)功能的操作系統(tǒng)。家族中功能最強(qiáng)并支持網(wǎng)絡(luò)功能的操作系統(tǒng)。 1995 1995年推出了年推出了Windows 95,Windows 95,之后在此基礎(chǔ)上又推出了之后在此基礎(chǔ)上又推出了Windows 97Windows 97、98 98 ，提供了提供了InternetInternet瀏纜器和網(wǎng)絡(luò)功能，使它們成了當(dāng)今個(gè)人計(jì)

37、算機(jī)上最廣泛瀏纜器和網(wǎng)絡(luò)功能，使它們成了當(dāng)今個(gè)人計(jì)算機(jī)上最廣泛使用的操作系統(tǒng)。使用的操作系統(tǒng)。n 個(gè)人計(jì)算機(jī)采用個(gè)人計(jì)算機(jī)采用WindowsWindows占占9090以上，微軟公司成了壟斷以上，微軟公司成了壟斷PCPC行業(yè)的同義詞行業(yè)的同義詞2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論60Windows系列系列2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論61n多處理機(jī)系統(tǒng)（70年代）的類型：n緊密耦合MPS：多處理機(jī)通過高速線路互連，它們共享主存和外設(shè)。n松散耦合MPS：通過通道或通信線路實(shí)現(xiàn)多臺(tái)計(jì)算機(jī)互連，每臺(tái)計(jì)算機(jī)可獨(dú)立工作，必要時(shí)通過通信線路與其它計(jì)算機(jī)交互。 2.8 多處理機(jī)操作系統(tǒng)

38、多處理機(jī)操作系統(tǒng)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論62n多處理機(jī)操作系統(tǒng)的類型：n非對(duì)稱多處理模式：主從模式，主處理機(jī)只有一個(gè)，配置操作系統(tǒng)。從處理機(jī)可有多個(gè)。n對(duì)稱多處理模式：所有處理機(jī)都相同。操作系統(tǒng)可根據(jù)需要運(yùn)行于其中的任一處理機(jī)上。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論63 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：通過通訊設(shè)施將物理上分散的具有自治功能：通過通訊設(shè)施將物理上分散的具有自治功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來的，實(shí)現(xiàn)信息交換、資源共享、可的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來的，實(shí)現(xiàn)信息交換、資源共享、可互操作和協(xié)作處理的系統(tǒng)?；ゲ僮骱蛥f(xié)作處理的系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的特征網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的特征：（1 1）計(jì)算機(jī)

39、網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)互連的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的群體。）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)互連的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的群體。（2 2）這些計(jì)算機(jī)是自治的，每臺(tái)計(jì)算機(jī)有自己的操作系統(tǒng)，各）這些計(jì)算機(jī)是自治的，每臺(tái)計(jì)算機(jī)有自己的操作系統(tǒng)，各自獨(dú)立工作，它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制下協(xié)同工作。自獨(dú)立工作，它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制下協(xié)同工作。（3 3）系統(tǒng)互連要通過通信設(shè)施（軟、硬件）來實(shí)現(xiàn)。）系統(tǒng)互連要通過通信設(shè)施（軟、硬件）來實(shí)現(xiàn)。（4 4）系統(tǒng)通過通信設(shè)施執(zhí)行信息交換、資源共享、互操作和協(xié)）系統(tǒng)通過通信設(shè)施執(zhí)行信息交換、資源共享、互操作和協(xié)作處理，實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用要求。作處理，實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用要求。1.2.9 1.2.9 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)2022-4-29第

40、一章 操作系統(tǒng)引論641.2.10 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng) 在以往的系統(tǒng)中，其處理和控制功能都高度集中在一臺(tái)主機(jī)上，所有的任務(wù)都由主機(jī)處理，這樣的系統(tǒng)稱為集中式處理系統(tǒng)。所謂分布式系統(tǒng)分布式系統(tǒng)，是指由多個(gè)分散的處理單元經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接而形成的系統(tǒng)。在分布式處理系統(tǒng)中，系統(tǒng)的處理和控制功能都分散在系統(tǒng)的各個(gè)處理單元上。系統(tǒng)中的所有任務(wù)可以動(dòng)態(tài)地分配到各個(gè)處理單元中去。 2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論65分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng) 與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的比較與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的比較n分布性分布性：在分布式系統(tǒng)中只有一個(gè)分布式操作系統(tǒng)，而在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各個(gè)結(jié)點(diǎn)可以有不同的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。n并行性并行

41、性：分布式系統(tǒng)中可以將一個(gè)或多個(gè)任務(wù)動(dòng)態(tài)分配到不同的單元上，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中每個(gè)用戶的一個(gè)或多個(gè)任務(wù)通常都在本地處理。n透明性透明性：分布式系統(tǒng)具有透明性，如用戶要訪問某文件，他只需要知道文件名，無需知道文件在哪個(gè)站點(diǎn)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說，用戶要訪問一個(gè)文件時(shí)要知道文件名及位置。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論66 n共享性共享性：在分布式系統(tǒng)中，各站點(diǎn)的所有資源都可供全系統(tǒng)共享，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中一般僅有服務(wù)器上的部分資源可供全網(wǎng)共享。n健壯性健壯性：分布式系統(tǒng)有健壯性，當(dāng)某站點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，正在該站點(diǎn)處理的任務(wù)能被自動(dòng)遷移到好的站點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中若服務(wù)器故障往往導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。分布式操作系統(tǒng)分布式操作

42、系統(tǒng) 與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的比較與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的比較2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論67 .11 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)n在機(jī)器人、PDA、車載系統(tǒng)、家用電器、手機(jī)等設(shè)備上，都需要一個(gè)支持多道程序設(shè)計(jì)的環(huán)境，提供這種環(huán)境的操作系統(tǒng)稱為嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System)。嵌入式操作系統(tǒng)大多用于控制，因而具有實(shí)時(shí)特性。n代表性的嵌入式操作系統(tǒng)有WinCE(微軟公司的Vinus計(jì)劃)、PalmOS、VxWorks、國內(nèi)的Hopen(女媧計(jì)劃)等2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論681）可裁減性：嵌入式操作系統(tǒng)的硬件配置和應(yīng)用需求差別很大，

43、要求嵌入式操作系統(tǒng)必須具備較好的適應(yīng)性，即可裁減。2）可移植性：在嵌入式開發(fā)中存在多種多樣的CPU和底層硬件環(huán)境，僅流行的CPU就會(huì)達(dá)到十幾款，在設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮，通過一種可移植方案來實(shí)現(xiàn)不同硬件平臺(tái)上的移植。3）可擴(kuò)展性：指可以很容易地在嵌入式操作系統(tǒng)上擴(kuò)展新的功能。這要求在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮功能之間的獨(dú)立性，并為將來的擴(kuò)展預(yù)留接口。嵌入式操作系統(tǒng)與一般操作系統(tǒng)的差別嵌入式操作系統(tǒng)與一般操作系統(tǒng)的差別2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論69嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用智能卡智能卡移動(dòng)通信移動(dòng)通信計(jì)算機(jī)外設(shè)計(jì)算機(jī)外設(shè)機(jī)頂盒機(jī)頂盒零售設(shè)備零售設(shè)備印刷機(jī)印刷機(jī)復(fù)印機(jī)復(fù)印機(jī)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器

44、電話交換設(shè)備電話交換設(shè)備2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論701.3 操作系統(tǒng)的基本特性操作系統(tǒng)的基本特性 n1.3.1 并發(fā)（Concurrence）n1.3.2 共享（Sharing）n1.3.3 虛擬（Virtual）n1.3.4 異步性（Asynchronism）2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論711.3.1 并發(fā) 所謂并發(fā)是指在內(nèi)存中放多道作業(yè)， 在一個(gè)時(shí)間段上來看，每一道作業(yè)都能不同程度地向前推進(jìn)。但在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上只能有一道占用CPU。與并發(fā)相關(guān)的兩個(gè)概念：與并發(fā)相關(guān)的兩個(gè)概念：n 串行：在內(nèi)存中每次只能放一道作業(yè)，只有它完全執(zhí)行完后別的作業(yè)才能進(jìn)入內(nèi)存執(zhí)行。n并行：

45、 存在于有多個(gè)多個(gè)CPU的環(huán)境中， 在內(nèi)存中放多道作業(yè)，在任一時(shí)間點(diǎn)上都可能有多道作業(yè)在不同的CPU上同時(shí)執(zhí)行。 2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論72引入進(jìn)程：引入進(jìn)程：程序是靜態(tài)實(shí)體，在多道程序系統(tǒng)中，不能并發(fā)執(zhí)行，操作系統(tǒng)引入進(jìn)程的目的就是為了使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行。引入線程：引入線程：進(jìn)程是操作系統(tǒng)中可以擁有資源并作為獨(dú)立運(yùn)行的基本單位。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程因故不能繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，操作系統(tǒng)便調(diào)度另一進(jìn)程運(yùn)行。由于進(jìn)程擁有自己的資源，故使調(diào)度付出的開銷較大，為此20世紀(jì)80年代中期，人們引入了比進(jìn)程更小的單位線程，以便進(jìn)一步提高系統(tǒng)的并發(fā)性。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論731.3.2 共享

46、共享：系統(tǒng)中的資源可供多個(gè)并發(fā)的進(jìn)程共同使用。兩種資源共享方式：n 互斥共享方式（臨界/獨(dú)占資源）n 同時(shí)訪問方式并發(fā)與共享互為條件！并發(fā)與共享互為條件！2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論741.3.3 虛擬n通過某種技術(shù)將一個(gè)物理實(shí)體映射為若干個(gè)邏輯上對(duì)應(yīng)物。n虛擬是操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源的重要手段，可提高資源利用率。n操作系統(tǒng)中利用了兩種方式實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)：時(shí)分復(fù)用技術(shù)和空分復(fù)用技術(shù)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論75時(shí)分復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用技術(shù)即分時(shí)使用方式，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，廣泛利用該技術(shù)來實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)、虛擬設(shè)備等，以提高資源的利用率。 虛擬處理機(jī)技術(shù)：利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，為每道程

47、序建立一個(gè)進(jìn)程，讓多道程序并發(fā)地執(zhí)行，以此來分時(shí)使用一臺(tái)處理機(jī)。即利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，把一臺(tái)物理上的處理機(jī)虛擬為多臺(tái)邏輯上的處理機(jī)，在每臺(tái)邏輯處理機(jī)上運(yùn)行一道程序。 虛擬設(shè)備技術(shù)：可以通過虛擬設(shè)備技術(shù)，將一臺(tái)物理I/O設(shè)備虛擬為多臺(tái)邏輯上的I/O設(shè)備，并允許每個(gè)用戶占用一臺(tái)邏輯上的I/O設(shè)備，這樣便可使原來僅允許在一段時(shí)間內(nèi)由一個(gè)用戶訪問的設(shè)備（即臨界資源），變?yōu)樵谝欢螘r(shí)間內(nèi)允許多個(gè)用戶同時(shí)訪問的共享設(shè)備。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論76空分復(fù)用技術(shù)空分復(fù)用技術(shù)由頻分復(fù)用技術(shù)發(fā)展而來。在計(jì)算機(jī)中使用空分復(fù)用技術(shù)來提高存儲(chǔ)空間的利用率。 虛擬磁盤技術(shù)：通過虛擬磁盤技術(shù)將一臺(tái)硬盤虛擬為

48、多臺(tái)虛擬磁盤，即將硬盤劃分為若干個(gè)卷，再通過安裝程序?qū)⑺鼈兎謩e安裝在C、D、E等等邏輯驅(qū)動(dòng)器上，這樣機(jī)器上便有了若干虛擬磁盤，使用起來即方便又安全。 虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)：空分復(fù)用是利用存儲(chǔ)器的空閑空間來存放其它程序，以提高內(nèi)存的利用率。但單純的空分復(fù)用存儲(chǔ)器不能實(shí)現(xiàn)邏輯上擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量的功能，必須引入虛擬存儲(chǔ)技術(shù)才能達(dá)到此目的。而虛擬存儲(chǔ)技術(shù)在本質(zhì)上就是使內(nèi)存分時(shí)復(fù)用，它可以使一道程序通過時(shí)分復(fù)用方式，在遠(yuǎn)小于它的內(nèi)存空間運(yùn)行。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論77應(yīng)著重指出應(yīng)著重指出：如果虛擬的實(shí)現(xiàn)是通過時(shí)分復(fù)用的方法來實(shí)現(xiàn)的，即對(duì)某一物理設(shè)備進(jìn)行分時(shí)使用，設(shè)N是某物理設(shè)備所對(duì)應(yīng)的虛擬的邏輯

49、設(shè)備數(shù)，則每臺(tái)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1/N。類似地，如果是利用空分復(fù)用方法來實(shí)現(xiàn)虛擬，此時(shí)一臺(tái)虛擬設(shè)備平均占用的空間必然也等于或低于物理設(shè)備所擁有空間的1/N。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論781.3.4 異步性 多道程序環(huán)境下，多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，但只有進(jìn)程在獲得所需資源后方能執(zhí)行。n在單處理機(jī)環(huán)境下，每次只允許一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行，其余進(jìn)程只能等待。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，此時(shí)打印機(jī)正在為另一進(jìn)程打印，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)，該進(jìn)程方能繼續(xù)執(zhí)行。即進(jìn)程的執(zhí)行通常是以“走走停?！钡姆?/p>

50、式運(yùn)行。n內(nèi)存中的每個(gè)進(jìn)程在何時(shí)獲得處理機(jī)運(yùn)行，何時(shí)又因提出某種資源請(qǐng)求而暫停，進(jìn)程以怎樣的速度向前推進(jìn)，每道程序需多少時(shí)間才能完成，等等，都是不可預(yù)知的，此即進(jìn)程的異步性。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論791.1.4 4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能 n1.4.1 處理機(jī)管理 n1.4.2 存儲(chǔ)管理 n1.4.3 設(shè)備管理 n1.4.4 文件管理n1.4.5 用戶接口2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論80 4.1 處理機(jī)管理處理機(jī)管理 處理機(jī)是最重要的資源，現(xiàn)代操作系統(tǒng)允許多個(gè)程序共享處理機(jī)，按照某種算法（分時(shí)、優(yōu)先級(jí)）交替地使用處理機(jī)。處理機(jī)管理包括以下幾

51、方面：進(jìn)程控制進(jìn)程控制、進(jìn)程同步進(jìn)程同步、進(jìn)程通信進(jìn)程通信、調(diào)度調(diào)度2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論8 4.2 存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理 第二重要資源。存儲(chǔ)器管理要具備下列功能：n內(nèi)存分配 n地址映射：把程序中的邏輯地址映射為物理地址 n存儲(chǔ)保護(hù)：使多道程序間互不干擾n存儲(chǔ)擴(kuò)充：用輔存擴(kuò)充主存，實(shí)現(xiàn)“虛擬存儲(chǔ)器” 2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論8 4.3 設(shè)備管理設(shè)備管理最龐大、瑣碎的部分，因?yàn)椋?n物理設(shè)備品種繁多、用法各異 n各種外設(shè)能和主機(jī)并行工作n主機(jī)與各類外設(shè)速度極不匹配，級(jí)差很大2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論83主要任務(wù)主要任務(wù): :

52、完成用戶進(jìn)程提出的I/O請(qǐng)求 為用戶進(jìn)程分配其所需的I/O設(shè)備 提高CPU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2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論84設(shè)備管理的功能設(shè)備管理的功能n緩沖管理：為設(shè)備提供緩沖區(qū)以緩和CPU與設(shè)備的I/O速度不匹配的矛盾。 n設(shè)備分配 n設(shè)備處理（設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序）：實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論8 4.4 文件系統(tǒng)管理文件系統(tǒng)管理文件系統(tǒng)管理的功能： n文件存儲(chǔ)空間管理。n目錄管理：為了用戶方便找到他所需的文件。 n文件的讀寫管理和保護(hù)：文件保護(hù)就是防止文件被非法使用。2022-4-2

53、9第一章 操作系統(tǒng)引論8 4.5 操作系統(tǒng)與用戶之間的接口操作系統(tǒng)與用戶之間的接口n用戶接口：為了便于用戶直接或間接地控制自己的作業(yè)。 （聯(lián)機(jī)用戶接口、脫機(jī)用戶接口和圖形用戶接口）n程序接口：為用戶程序在執(zhí)行中訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置的。由一組系統(tǒng)調(diào)用組成。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論871.5 操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境n1.5.1 1.5.1 定時(shí)裝置定時(shí)裝置：為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理和維護(hù)，硬件必須提供定時(shí)裝置，即實(shí)時(shí)時(shí)鐘。硬件時(shí)鐘通常有兩種，即絕對(duì)時(shí)鐘和間隔時(shí)鐘 1.絕對(duì)時(shí)鐘絕對(duì)時(shí)鐘：類似電子表，其值保存在硬件寄存器中，開機(jī)時(shí)由電源供電計(jì)時(shí)，關(guān)機(jī)時(shí)由機(jī)內(nèi)電池供電計(jì)時(shí)，程序一般可通過

54、特權(quán)指令設(shè)定、修改和讀取其值。 操作系統(tǒng)根據(jù)絕對(duì)時(shí)鐘的值記錄作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)和處理的時(shí)間、文件修改和存取的時(shí)間、資源占用時(shí)間、日志記錄時(shí)間等 2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論882.間隔時(shí)鐘間隔時(shí)鐘：也稱鬧鐘，它每隔固定的時(shí)間，如10ms，發(fā)生一次時(shí)鐘中斷。時(shí)鐘中斷發(fā)生后，操作系統(tǒng)獲得系統(tǒng)的控制權(quán)，以便運(yùn)行系統(tǒng)管理和實(shí)現(xiàn)程序開發(fā)。只有通過中斷才能實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)，盡管還有其他可能引起中斷的事件，但時(shí)鐘中斷是最“可靠”的，因此間隔時(shí)鐘是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論89n1.5.2 1.5.2 系統(tǒng)棧系統(tǒng)棧：這是內(nèi)存中操作系統(tǒng)空間的一個(gè)固定區(qū)域，它主要有兩個(gè)用途：中斷

55、響應(yīng)時(shí)保存中斷現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于嵌套中斷，被中斷程序的現(xiàn)場(chǎng)信息依次壓入系統(tǒng)棧，中斷返回時(shí)逆序彈出；保存操作系統(tǒng)子程序間相互調(diào)用的參數(shù)、返回值、返回點(diǎn)以及子程序的局部變量。 每個(gè)運(yùn)行程序有一個(gè)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)棧，進(jìn)程切換時(shí)同時(shí)伴隨系統(tǒng)棧的切換，但硬件只有一個(gè)系統(tǒng)棧指針。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論90n1.5.3 1.5.3 特權(quán)指令和非特權(quán)指令：特權(quán)指令和非特權(quán)指令：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)由特權(quán)指令集和非特權(quán)指令集兩部分組成，它們的使用與系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)。 1.特權(quán)指令特權(quán)指令：只能在管態(tài)下才能執(zhí)行的指令，如開關(guān)中斷、修改地址映射寄存器、置程序狀態(tài)字、停機(jī)等。這些指令一般只有操作系統(tǒng)才能執(zhí)行。 2.非特

56、權(quán)指令非特權(quán)指令：在管態(tài)和目態(tài)下均可執(zhí)行的指令,它的執(zhí)行只與運(yùn)行程序本身有關(guān)，如數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令等。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論91n1.5.4 1.5.4 處理機(jī)狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換處理機(jī)狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換 1.1.處理機(jī)狀態(tài)處理機(jī)狀態(tài)：為構(gòu)造一個(gè)可靠的系統(tǒng)，硬件至少要區(qū)分兩：為構(gòu)造一個(gè)可靠的系統(tǒng)，硬件至少要區(qū)分兩種狀態(tài)種狀態(tài): :管態(tài)和目態(tài)，它由一位觸發(fā)器標(biāo)識(shí)，通常屬于程序狀管態(tài)和目態(tài)，它由一位觸發(fā)器標(biāo)識(shí)，通常屬于程序狀態(tài)字態(tài)字(PSW)(PSW)的一部分。的一部分。 （1 1）管態(tài)：也稱為系統(tǒng)態(tài)、核心態(tài)，是操作系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所處）管態(tài)：也稱為系統(tǒng)態(tài)、核心態(tài)，是操作系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所處的狀

57、態(tài)。計(jì)算機(jī)處于管態(tài)時(shí)可運(yùn)行硬件所提供的所有指令。利的狀態(tài)。計(jì)算機(jī)處于管態(tài)時(shí)可運(yùn)行硬件所提供的所有指令。利用特權(quán)指令可以修改程序狀態(tài)字，即在管態(tài)下可以改變機(jī)器狀用特權(quán)指令可以修改程序狀態(tài)字，即在管態(tài)下可以改變機(jī)器狀態(tài)，由管態(tài)轉(zhuǎn)換為目態(tài)態(tài)，由管態(tài)轉(zhuǎn)換為目態(tài) （2 2）目態(tài)：也稱為用戶態(tài)，是一般用戶程序運(yùn)行時(shí)所處的狀）目態(tài)：也稱為用戶態(tài)，是一般用戶程序運(yùn)行時(shí)所處的狀態(tài)。處理器在處于目態(tài)時(shí)只能執(zhí)行非特權(quán)指令。一旦用戶程序態(tài)。處理器在處于目態(tài)時(shí)只能執(zhí)行非特權(quán)指令。一旦用戶程序在目態(tài)下執(zhí)行特權(quán)指令，硬件將產(chǎn)生中斷，進(jìn)入操作系統(tǒng)，特在目態(tài)下執(zhí)行特權(quán)指令，硬件將產(chǎn)生中斷，進(jìn)入操作系統(tǒng)，特權(quán)指令的執(zhí)行將被制止。

58、目態(tài)程序不能將其運(yùn)行的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為權(quán)指令的執(zhí)行將被制止。目態(tài)程序不能將其運(yùn)行的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為管態(tài)，這樣就可以防止用戶侵入系統(tǒng)，從而起到保護(hù)系統(tǒng)的作管態(tài)，這樣就可以防止用戶侵入系統(tǒng)，從而起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。用。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論922.狀態(tài)轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換：在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，處理器的狀態(tài)處于動(dòng)態(tài)變化中，但變化是有規(guī)律的。 （1）目態(tài)到管態(tài)的轉(zhuǎn)換：目態(tài)程序無法直接控制處理器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，唯一的途徑是中斷。中斷發(fā)生時(shí)，中斷向量中的處理器狀態(tài)字應(yīng)標(biāo)識(shí)處于管態(tài)，這個(gè)標(biāo)識(shí)一般是由操作系統(tǒng)初始化程序來設(shè)置的。 （2）管態(tài)到目態(tài)的轉(zhuǎn)換：可通過修改程序狀態(tài)字來實(shí)現(xiàn)。由于操作系統(tǒng)運(yùn)行于管態(tài)，用戶程序運(yùn)行

59、于目態(tài)，因此這種狀態(tài)轉(zhuǎn)換伴隨著由操作系統(tǒng)到用戶程序的轉(zhuǎn)換。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論93n1.5.5 1.5.5 地址映射機(jī)構(gòu)地址映射機(jī)構(gòu):在多道程序系統(tǒng)中，內(nèi)存中同時(shí)存在多個(gè)程序，一個(gè)程序在內(nèi)存中的存放位置是隨機(jī)確定的，而且通?？梢愿淖儯虼顺绦虿荒懿捎梦锢淼刂?，而只能采用邏輯地址。為使每個(gè)程序的基本單位都能從0開始編址，硬件需要提供地址映射機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)將運(yùn)行程序所產(chǎn)生的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存的物理地址。地址映射機(jī)構(gòu)在不同的硬件環(huán)境中不盡相同，它在很大程度上確定了存儲(chǔ)管理方式。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論94n1.5.6 1.5.6 存儲(chǔ)保護(hù)設(shè)施存儲(chǔ)保護(hù)設(shè)施：在多道程序系統(tǒng)中

60、，一個(gè)程序有意或無意產(chǎn)生的錯(cuò)誤地址可能會(huì)侵犯其他程序空間甚至操作系統(tǒng)空間，一個(gè)程序?qū)泊鎯?chǔ)區(qū)域試圖執(zhí)行非法操作，這些都有可能影響其他程序甚至整個(gè)系統(tǒng)。為防止這些情況的發(fā)生，硬件必須提供存儲(chǔ)保護(hù)措施，當(dāng)發(fā)生存儲(chǔ)越界錯(cuò)誤或非法存取錯(cuò)誤時(shí)，硬件的存儲(chǔ)保護(hù)設(shè)施能夠立即發(fā)現(xiàn)，并觸發(fā)中斷進(jìn)入管態(tài)加以制止。2022-4-29第一章 操作系統(tǒng)引論95n1.5.7 1.5.7 中斷裝置中斷裝置：發(fā)現(xiàn)并響應(yīng)中斷的硬件機(jī)構(gòu)，具有以下兩個(gè)功能： 1.發(fā)現(xiàn)中斷：中斷發(fā)生時(shí)能夠識(shí)別。有多個(gè)中斷事件同時(shí)發(fā)生時(shí)，按優(yōu)先級(jí)別響應(yīng)最高者。 2.響應(yīng)中斷：將目前運(yùn)行進(jìn)程的中斷向量PSW和PC壓入系統(tǒng)棧，然后根據(jù)中斷原因到指定的內(nèi)存單元將