第1章 操作系統(tǒng)引論-1

1、第一章操作系統(tǒng)引論 操作系統(tǒng)主講：劉亞輝1第一章操作系統(tǒng)引論 課程安排：課程安排： 上課：上課：48學(xué)時學(xué)時 上機：上機：20學(xué)時學(xué)時 考試方式：閉卷考試方式：閉卷試卷試卷：80%；平時；平時：20%講授內(nèi)容：講授內(nèi)容： 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論 進(jìn)程管理進(jìn)程管理 處理機調(diào)度與死處理機調(diào)度與死鎖鎖 存儲管理存儲管理 設(shè)備管理設(shè)備管理 文件管理文件管理2第一章操作系統(tǒng)引論 參考書：參考書：1、計算機操作系統(tǒng)計算機操作系統(tǒng) 郁紅英，清華大學(xué)出版社郁紅英，清華大學(xué)出版社2、操作系統(tǒng)概念操作系統(tǒng)概念美美Silberschatz等編著等編著 ，鄭扣根鄭扣根 譯，高等教育出版社。譯，高等教育出版社。3第一

2、章操作系統(tǒng)引論 第一章 操作系統(tǒng)引論 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 1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 1.3操作系統(tǒng)的基本特性操作系統(tǒng)的基本特性 4第一章操作系統(tǒng)引論 5計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)計計算算機機系系統(tǒng)統(tǒng)軟件軟件硬件硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)：操作系統(tǒng)：WindowsWindows、UnixUnix、LinuxLinux語言處理程序：匯編、編譯程序等語言處理程序：匯編、編譯程序等辦公軟件、信息管理系統(tǒng)、各種軟件辦公軟件、信息管理系統(tǒng)、各種軟件包等包等輸入設(shè)備：輸入設(shè)備：鍵盤鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、鼠標(biāo)、掃描儀 輸出設(shè)備：輸出設(shè)備：顯示器顯示器、打

3、印機、打印機 外外 存：硬盤、光盤、閃存存：硬盤、光盤、閃存 外部設(shè)備外部設(shè)備主機主機運算器運算器控制器控制器內(nèi)存內(nèi)存CPU隨機存儲器隨機存儲器(RAM)只讀存儲器只讀存儲器(ROM)高速緩沖存儲器高速緩沖存儲器(Cache)(Cache) 回顧回顧第一章操作系統(tǒng)引論 操操硬件硬件作作統(tǒng)統(tǒng)系系用用軟軟件件硬件與軟件的關(guān)系硬件與軟件的關(guān)系頭顱頭顱人的頭顱與思想的關(guān)系人的頭顱與思想的關(guān)系操作系統(tǒng)作用操作系統(tǒng)作用文化、思想文化、思想應(yīng)應(yīng)6第一章操作系統(tǒng)引論 7計算機硬件計算機硬件內(nèi)存插槽內(nèi)存插槽總線插槽總線插槽接口卡接口卡CPUCPU并行口并行口USB接口接口芯片組芯片組鼠標(biāo)口鼠標(biāo)口鍵盤口鍵盤口串行

4、口串行口回顧回顧第一章操作系統(tǒng)引論 插槽內(nèi)存條8馮.諾依曼提出“存儲程序”原理 p 計算機采用二進(jìn)制碼（0，1）存儲與處理p 在內(nèi)存中存儲程序與數(shù)據(jù)p 計算機由（運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出）五大基本部件組成輸入設(shè)備內(nèi)存儲器輸出設(shè)備中央處理器運算器控制器程序數(shù)據(jù)結(jié)果數(shù)據(jù)控制命令信號控制命令信號地址指令數(shù)據(jù) 圖1 計算機的硬件組成 回顧回顧9各部件的主要功能 存儲器：存儲各種信息的部件 運算器：進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算的部件 控制器：控制指揮所有部件協(xié)調(diào)工作的部件 指令：讓計算機工作的命令，由操作碼和操作數(shù)構(gòu)成 程序：完成某項任務(wù)的指令集合 輸入設(shè)備：輸入信息到計算機內(nèi)部，轉(zhuǎn)換信息 輸出設(shè)備

5、：將計算機內(nèi)部的信息輸出回顧回顧10第一章操作系統(tǒng)引論 11存儲器存儲器訪問速度快訪問速度快信息暫時性信息暫時性相對價格高相對價格高訪問速度慢訪問速度慢信息永久性信息永久性相對價格低相對價格低微型計算機存儲器分內(nèi)部存儲器和外部存儲器微型計算機存儲器分內(nèi)部存儲器和外部存儲器內(nèi)部存儲器內(nèi)部存儲器外部存儲器外部存儲器回顧回顧第一章操作系統(tǒng)引論 121.11.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo)第一章操作系統(tǒng)引論 什么是操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源、合理地對各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度、以及方便用戶使用的程序集合。下列哪些軟件是操作系統(tǒng)？下列哪些軟件是操作系統(tǒng)？Office FoxPro Wi

6、ndows 8 DOSUnix Linux PowerPoint MacOS13第一章操作系統(tǒng)引論 .1操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.1.方便性方便性 一個未配置一個未配置OS的計算機系統(tǒng)是極難使用的，因為計算機硬件的計算機系統(tǒng)是極難使用的，因為計算機硬件只能識別只能識別0和和1這樣的機器代碼。如果我們在計算機硬件上配置了這樣的機器代碼。如果我們在計算機硬件上配置了OS，用戶便可通過，用戶便可通過OS所提供的各種命令來使用計算機系統(tǒng)。所提供的各種命令來使用計算機系統(tǒng)。2.2.有效性有效性 （1）資源忙，而得到有效的利用）資源忙，而得到有效的利用（2）數(shù)據(jù)有序而節(jié)省存儲空間）數(shù)

7、據(jù)有序而節(jié)省存儲空間（3）合理地組織計算機工作流程）合理地組織計算機工作流程14第一章操作系統(tǒng)引論 3.可擴充性可擴充性（1）適應(yīng)硬件與網(wǎng)絡(luò)發(fā)展要求適應(yīng)硬件與網(wǎng)絡(luò)發(fā)展要求；（2）應(yīng)采用層次化結(jié)構(gòu)應(yīng)采用層次化結(jié)構(gòu)4.開放性開放性 指系統(tǒng)能遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，特別是遵循開放指系統(tǒng)能遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，特別是遵循開放系統(tǒng)互連系統(tǒng)互連(OSI)國際標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)。90年代以后計算機技術(shù)年代以后計算機技術(shù)的一個核心問題的一個核心問題。15第一章操作系統(tǒng)引論 161.1.2操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用1.OS作為作為用戶與用戶與計算機計算機硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)之間之間的接口的接口2.OS作為作為計算機計算機系統(tǒng)資

8、源系統(tǒng)資源的管理者的管理者3.OS實現(xiàn)了對計算機資源的抽象（實現(xiàn)了對計算機資源的抽象（用作擴充機器用作擴充機器）第一章操作系統(tǒng)引論 軟件接口，給用戶提供三種方式軟件接口，給用戶提供三種方式(用戶通過三種方式使用計算用戶通過三種方式使用計算機，用以操縱硬件和運行自己的程序機，用以操縱硬件和運行自己的程序)：（1）命令方式）命令方式（2）系統(tǒng)調(diào)用方式）系統(tǒng)調(diào)用方式（3）圖形、窗口方式）圖形、窗口方式1.OS作為作為用戶與用戶與計算機計算機硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)之間之間的接口的接口用 戶應(yīng)用程序系統(tǒng)調(diào)用 命令 圖標(biāo)、窗口操作系統(tǒng)計算機硬件圖1-1 OS作為接口的示意圖 第一章操作系統(tǒng)引論 182.OS作為

9、作為計算機計算機系統(tǒng)資源系統(tǒng)資源的管理者的管理者（1）處理機管理（2）存儲器管理（3）設(shè)備管理（4）文件管理第一章操作系統(tǒng)引論 193.OS實現(xiàn)了對計算機資源的抽象實現(xiàn)了對計算機資源的抽象裸機：裸機： 無任何軟件的計算機系統(tǒng)無任何軟件的計算機系統(tǒng)擴充機器：擴充機器： 覆蓋了軟件的機器又稱虛擬機覆蓋了軟件的機器又稱虛擬機第一章操作系統(tǒng)引論 圖1-2 I/O軟件隱藏了I/O操作實現(xiàn)的細(xì)節(jié) 物理接口硬件用戶用戶I/O軟件物理接口硬件機器指令虛機器I/O操作命令(Read，Write)20第一章操作系統(tǒng)引論 為了方便用戶使用文件系統(tǒng)，人們又在第一層軟件上再再覆蓋上一層用于文件的管理軟件覆蓋上一層用于文

10、件的管理軟件，同樣由它來實現(xiàn)對文件操作的細(xì)節(jié)，并向上提供一組對文件進(jìn)行存取操作的命令，用戶可利用這組命令進(jìn)行文件的存取。此時，用戶所看到的是一臺功能更強、使用更方便的虛機器。該層軟件實現(xiàn)了對硬件資源操作的第二個層次的抽象。而當(dāng)人們又在文件管理軟件上再覆蓋一層面向用戶的窗口軟件后再覆蓋一層面向用戶的窗口軟件后，用戶便可在窗口環(huán)境下方便地使用計算機，形成一臺功能更強的虛機器。由此可知，OS是鋪設(shè)在計算機硬件上的多層系統(tǒng)軟件，它們不僅增強了系統(tǒng)的功能，而且還隱藏了對硬件操作的細(xì)節(jié)，由它們實現(xiàn)了對計算機硬件操作的多個層次的抽象。 21第一章操作系統(tǒng)引論 221.2 1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的

11、發(fā)展過程第一章操作系統(tǒng)引論 231.2.1 未配置未配置操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)1.2.2 單道批處理系統(tǒng)（單道批處理系統(tǒng)（50年代）年代）1.2.3 多道批處理系統(tǒng)（多道批處理系統(tǒng)（60年代）年代）1.2.4 分時系統(tǒng)（分時系統(tǒng)（60年代）年代）1.2.5 實時系統(tǒng)（實時系統(tǒng)（60年代）年代）1.2.6 微機操作系統(tǒng)的發(fā)展微機操作系統(tǒng)的發(fā)展1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程第一章操作系統(tǒng)引論 1.2.1 未配置未配置操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)1 1、人工操作方式、人工操作方式 缺點：缺點：(1) (1) 用戶獨占全機。此時，計算機及其全用戶獨占全機。此

12、時，計算機及其全部資源只能由上機用戶獨占。部資源只能由上機用戶獨占。(2) CPU(2) CPU等待人工操作。當(dāng)用戶進(jìn)行裝帶等待人工操作。當(dāng)用戶進(jìn)行裝帶( (卡卡) )、卸帶、卸帶( (卡卡) )等人工操作時，等人工操作時，CPUCPU及內(nèi)存及內(nèi)存等資源是空閑的。等資源是空閑的。24第一章操作系統(tǒng)引論 圖4脫機I/O示意圖 輸入設(shè)備外圍機磁盤主機外圍機輸出設(shè)備25磁帶2 2、脫機輸入、脫機輸入/輸出輸出(Off-Line I/O)技術(shù)技術(shù)輸入輸出機261.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng) 過程：一批作業(yè)以脫機方式輸入到磁過程：一批作業(yè)以脫機方式輸入到磁帶上，在監(jiān)督程序的控制下連續(xù)處理。帶上

13、，在監(jiān)督程序的控制下連續(xù)處理。 特征：特征：（1）自動性）自動性（2）順序性）順序性無人工干預(yù)無人工干預(yù)按進(jìn)入內(nèi)存的先后執(zhí)行按進(jìn)入內(nèi)存的先后執(zhí)行（3）單道性）單道性 內(nèi)存中只保持一道作業(yè)。內(nèi)存中只保持一道作業(yè)。雖然系統(tǒng)對作業(yè)的處理都是成批地進(jìn)行的，但是在內(nèi)存雖然系統(tǒng)對作業(yè)的處理都是成批地進(jìn)行的，但是在內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，故稱此系統(tǒng)為單道批處理系統(tǒng)中始終只保持一道作業(yè)，故稱此系統(tǒng)為單道批處理系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論 圖圖1-4 1-4 單道批處理系統(tǒng)的處理流程單道批處理系統(tǒng)的處理流程 把下一個作業(yè)的源程序轉(zhuǎn)換為目標(biāo)程序源程序有錯嗎？否裝 配目標(biāo)程序還有下一個作業(yè)？是否停止運 行目標(biāo)程序是開始

14、271.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)多道多道：內(nèi)存中同時存放多個相互獨立的程序內(nèi)存中同時存放多個相互獨立的程序，多道技術(shù)是多道技術(shù)是共享共享的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。1、多道批處理特征多道批處理特征多道性多道性 內(nèi)存中有多道程序，可并發(fā)執(zhí)行內(nèi)存中有多道程序，可并發(fā)執(zhí)行無序性無序性 完成時間與進(jìn)入內(nèi)存先后無關(guān)完成時間與進(jìn)入內(nèi)存先后無關(guān)調(diào)度性調(diào)度性 作業(yè)從提交到完成經(jīng)兩次調(diào)度作業(yè)從提交到完成經(jīng)兩次調(diào)度（1）作業(yè)調(diào)度）作業(yè)調(diào)度 外存外存內(nèi)存（選多個內(nèi)存（選多個）（2）進(jìn)程調(diào)度）進(jìn)程調(diào)度 分配處理機（選分配處理機（選1個個）第一章操作系統(tǒng)引論 在在OS中引入多道程序設(shè)計技術(shù)可帶來以下好處：中引入多道程序

15、設(shè)計技術(shù)可帶來以下好處： (1) 提高提高CPU的利用率的利用率。當(dāng)內(nèi)存中僅有一道程序時，每。當(dāng)內(nèi)存中僅有一道程序時，每逢該程序在運行中發(fā)出逢該程序在運行中發(fā)出I/O請求后，請求后，CPU空閑，必須在其空閑，必須在其I/O完成后完成后CPU才繼續(xù)運行；尤其因才繼續(xù)運行；尤其因I/O設(shè)備的低速性，更使設(shè)備的低速性，更使CPU的利用率顯著降低。圖的利用率顯著降低。圖(a)示出了單道程序的運行情況，示出了單道程序的運行情況，從圖中可以看出：從圖中可以看出：在在t2t3、t6t7時間間隔內(nèi)時間間隔內(nèi)CPU空閑空閑。在引入多道程序設(shè)計技術(shù)后，由于同時在內(nèi)存中裝有若干道在引入多道程序設(shè)計技術(shù)后，由于同時在

16、內(nèi)存中裝有若干道程序，（通過作業(yè)調(diào)度算法使用程序，（通過作業(yè)調(diào)度算法使用CPUCPU）并使它們交替地運行，）并使它們交替地運行，這樣，當(dāng)正在運行的程序因這樣，當(dāng)正在運行的程序因I/O而暫停執(zhí)行時，系統(tǒng)可調(diào)度而暫停執(zhí)行時，系統(tǒng)可調(diào)度另一道程序運行，從而另一道程序運行，從而保持了保持了CPU處于忙碌狀態(tài)處于忙碌狀態(tài)。圖。圖 (b)示示出了四道程序時的運行情況。出了四道程序時的運行情況。 29圖1-6 單道和多道程序運行情況 t1t2t3t4t5t6t7t8結(jié)束中斷I/O 完成啟動 I/OI/O 中斷請求I/O 完成啟動 I/OI/O 中斷請求用戶程序監(jiān)督程序I/O 操作(a) 單道程序運行情況程序

17、A程序A I/O 請求程序A I/O 完成程序B程序B I/O 請求程序C程序C I/O 請求程序D程序D I/O 請求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) 四道程序運行情況A完成結(jié)束中斷書p7調(diào)度程序程序A程序B程序C程序D第一章操作系統(tǒng)引論 (2) 可提高內(nèi)存和可提高內(nèi)存和I/OI/O設(shè)備利用率設(shè)備利用率。為了能運行較大的作業(yè)，通常內(nèi)存都具有較大容量較大容量，但由于80%以上的作業(yè)都屬于中小型中小型，因此在單道程序環(huán)境下，也必定造成內(nèi)存的浪費內(nèi)存的浪費。類似地，對于系統(tǒng)中所配置的多種類型的I/O設(shè)備，在單道程序環(huán)境下也不能充分

18、利用。如果允許在內(nèi)存中裝入多道程序，并允許它們并發(fā)并發(fā)執(zhí)行，則無疑會大大提高內(nèi)存和I/O設(shè)備的利用率。(3) 增加系統(tǒng)吞吐量增加系統(tǒng)吞吐量。在保持CPU、I/O設(shè)備不斷忙碌的同時，也必然會大幅度地提高系統(tǒng)的吞吐量，從而降低作業(yè)加工所需的費用。 31322、多道批處理優(yōu)缺點多道批處理優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點： 資源利用率高資源利用率高 系統(tǒng)吞吐量大系統(tǒng)吞吐量大吞吐量：吞吐量：單位時間內(nèi)完成的總工作量單位時間內(nèi)完成的總工作量原因原因 （1）資源忙）資源忙 （2）完成或運行不下去時才切換）完成或運行不下去時才切換缺點：缺點： 平均周轉(zhuǎn)時間長平均周轉(zhuǎn)時間長 作業(yè)周轉(zhuǎn)時間：從作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)開始到完成并退出系統(tǒng)作業(yè)

19、周轉(zhuǎn)時間：從作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)開始到完成并退出系統(tǒng)所所經(jīng)歷的時間。通常幾小時，甚至幾天經(jīng)歷的時間。通常幾小時，甚至幾天。 無交互能力無交互能力 修改和調(diào)試極不方便修改和調(diào)試極不方便。第一章操作系統(tǒng)引論 331.2.4 分時系統(tǒng)分時系統(tǒng)定義：一臺主機上連接了多個終端，同時允許多個定義：一臺主機上連接了多個終端，同時允許多個用戶通過自己的終端，以交互方式使用計算機，共用戶通過自己的終端，以交互方式使用計算機，共享主機中的資源享主機中的資源。 產(chǎn)生動力產(chǎn)生動力：（1）人）人機交互機交互。（。（邊運行邊調(diào)試邊運行邊調(diào)試）（2）共享主機。（）共享主機。（設(shè)備昂貴設(shè)備昂貴）（3）便于用戶上機（在終端上輸入、控制

20、）便于用戶上機（在終端上輸入、控制）34分時系統(tǒng)特征分時系統(tǒng)特征多路性多路性 允許在一臺主機上同時聯(lián)接多臺聯(lián)機終端，允許在一臺主機上同時聯(lián)接多臺聯(lián)機終端，系統(tǒng)按分時原則為每個用戶服務(wù)系統(tǒng)按分時原則為每個用戶服務(wù)。宏觀上，是多個宏觀上，是多個用戶同時工作，共享系統(tǒng)資源；而微觀上，則是每用戶同時工作，共享系統(tǒng)資源；而微觀上，則是每個用戶作業(yè)輪流運行一個個用戶作業(yè)輪流運行一個時間片時間片。獨立性獨立性 每個用戶感覺獨占主機。每個用戶感覺獨占主機。及時性及時性 較短時間響應(yīng)（較短時間響應(yīng)（2-3秒）秒）交互性交互性 用戶可以請求系統(tǒng)提供多方面的服務(wù)，如文用戶可以請求系統(tǒng)提供多方面的服務(wù)，如文件編輯、數(shù)

21、據(jù)處理和資源共享等。件編輯、數(shù)據(jù)處理和資源共享等。時間片時間片：每個作業(yè)只運行一個很短的時間（例如：每個作業(yè)只運行一個很短的時間（例如0.1秒），通常把這段時間成為秒），通常把這段時間成為。第一章操作系統(tǒng)引論 351.2.5 實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)實時：及時響應(yīng)外部事件請求實時：及時響應(yīng)外部事件請求應(yīng)用需求應(yīng)用需求：（1）實時控制：）實時控制：工業(yè)生產(chǎn)、武器控制工業(yè)生產(chǎn)、武器控制、飛機的自動駕駛飛機的自動駕駛（2）實時信息處理：）實時信息處理：火車火車訂票系統(tǒng)訂票系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論 1.2.6 1.2.6 微機操作系統(tǒng)的發(fā)展微機操作系統(tǒng)的發(fā)展 隨著隨著VLSIVLSI（超大規(guī)模集成電路）（超大規(guī)

22、模集成電路）和計算機體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，和計算機體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，先后形成了微機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等。先后形成了微機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等。（1 1）單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)）單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是，只允許一個用戶上機，單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是，只允許一個用戶上機，且只允許用戶作為一個任務(wù)運行。且只允許用戶作為一個任務(wù)運行。這是最簡單的微機操作系這是最簡單的微機操作系統(tǒng)，主要配置在統(tǒng)，主要配置在8位和位和16位微機上。最有代表性的單用戶單任位微機上。最有代表性的單用戶單任務(wù)微機操作系統(tǒng)是務(wù)微機操作系統(tǒng)是CP/M和和MS-DOS。 36第一章操作系統(tǒng)引論 （2 2）單用

23、戶多任務(wù)操作系統(tǒng)）單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是，單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是，只允許一個只允許一個用戶上機用戶上機，但允許，但允許用戶把程序分為若干個任務(wù)用戶把程序分為若干個任務(wù)，使，使它們它們并發(fā)并發(fā)執(zhí)行，從而有效地改善了系統(tǒng)的性能。目執(zhí)行，從而有效地改善了系統(tǒng)的性能。目前在前在3232位微機上配置的操作系統(tǒng)基本上都是單用戶位微機上配置的操作系統(tǒng)基本上都是單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，其中最有代表性的是由微軟公司多任務(wù)操作系統(tǒng)，其中最有代表性的是由微軟公司推出的推出的WindowsWindows。37第一章操作系統(tǒng)引論 （3 3）多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)）多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)多用戶多

24、任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是，允許多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是，允許多個用戶多個用戶通過各通過各自的終端使用自的終端使用同一臺同一臺機器，機器，共享共享主機系統(tǒng)中的各種資源，而主機系統(tǒng)中的各種資源，而每個用戶程序又可進(jìn)一步分為幾個任務(wù)每個用戶程序又可進(jìn)一步分為幾個任務(wù)，使它們能，使它們能并發(fā)執(zhí)行并發(fā)執(zhí)行，從而可進(jìn)一步從而可進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。在大、中和小。在大、中和小型機中所配置的大多是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，而在型機中所配置的大多是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，而在32位微位微機上也有不少是配置的多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，其中最有代機上也有不少是配置的多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，

25、其中最有代表性的是表性的是UNIX OS。 38 現(xiàn)在最有影響的兩個能運行在微機上的現(xiàn)在最有影響的兩個能運行在微機上的UNIX操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的變型是的變型是Solaris OS和和Linux OS。 第一章操作系統(tǒng)引論 391.3 操作系統(tǒng)的基本特性第一章操作系統(tǒng)引論 401.3.1 并發(fā)性（最重要特征）并發(fā)性（最重要特征）1.3.2 共享性共享性1.3.3 虛擬性虛擬性1.3.4 異步性異步性1.3 操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的基本特征411.3.1并發(fā)性并發(fā)性 并行性并行性：指兩個或多個事件在：指兩個或多個事件在同一時刻同一時刻發(fā)生；發(fā)生； 并發(fā)性并發(fā)性：是指兩個或多個事件在：是指兩個或

26、多個事件在同一時間間隔內(nèi)同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。發(fā)生。單處理機系統(tǒng)：宏觀并發(fā)，微觀串行。單處理機系統(tǒng)：宏觀并發(fā)，微觀串行。多處理機系統(tǒng)：可能有并行。多處理機系統(tǒng)：可能有并行。在在多道程序多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指在一段時間內(nèi)宏觀上有多個程環(huán)境下，并發(fā)性是指在一段時間內(nèi)宏觀上有多個程序在同時運行，但在序在同時運行，但在單處理機單處理機系統(tǒng)中，每一時刻卻僅能有一道系統(tǒng)中，每一時刻卻僅能有一道程序執(zhí)行，故程序執(zhí)行，故微觀微觀上這些程序只能是上這些程序只能是分時地交替執(zhí)行分時地交替執(zhí)行。倘若在。倘若在計算機系統(tǒng)中有計算機系統(tǒng)中有多個處理機多個處理機，則這些可以并發(fā)執(zhí)行的程序便可，則這些可以并發(fā)執(zhí)行的程序便

27、可被被分配分配到多個處理機上，實現(xiàn)并行執(zhí)行，即利用到多個處理機上，實現(xiàn)并行執(zhí)行，即利用每個處理機來每個處理機來處理一個可并發(fā)執(zhí)行的程序處理一個可并發(fā)執(zhí)行的程序，這樣，多個程序便可同時執(zhí)行。，這樣，多個程序便可同時執(zhí)行。 p13頁421.3.2 共享性共享性（1）互斥共享方式）互斥共享方式 對臨界資源的訪問；對臨界資源的訪問；臨界資源：臨界資源：把在一段時間內(nèi)只允許一個進(jìn)程訪問的資源稱為臨界資源或獨占資源。 打印機等硬件；棧、變量、表格等軟件打印機等硬件；棧、變量、表格等軟件互斥訪問：互斥訪問：當(dāng)一個進(jìn)程當(dāng)一個進(jìn)程A要訪問某資源時，必須先提出請求。如要訪問某資源時，必須先提出請求。如果此時該資源

28、空閑，系統(tǒng)便可將之分配給請求進(jìn)程果此時該資源空閑，系統(tǒng)便可將之分配給請求進(jìn)程A使用。此后使用。此后若再有其它進(jìn)程也要訪問該資源時若再有其它進(jìn)程也要訪問該資源時(只要只要A未用完未用完)，則必須等待，則必須等待。僅當(dāng)。僅當(dāng)A進(jìn)程訪問完并釋放該資源后，才允許另一進(jìn)程對該資源進(jìn)程訪問完并釋放該資源后，才允許另一進(jìn)程對該資源進(jìn)行訪問。進(jìn)行訪問。第一章操作系統(tǒng)引論 43（2）同時訪問方式）同時訪問方式 允許在一段時間內(nèi)由多個進(jìn)程允許在一段時間內(nèi)由多個進(jìn)程“同時同時”對它們對它們進(jìn)行訪問，如：磁盤、重入碼寫的文件。進(jìn)行訪問，如：磁盤、重入碼寫的文件。操作系統(tǒng)兩個最基本的特征：操作系統(tǒng)兩個最基本的特征：并發(fā)

29、并發(fā)和和共享共享第一章操作系統(tǒng)引論 441.3.3 虛擬性虛擬性通過某種技術(shù)把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上通過某種技術(shù)把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應(yīng)物。的對應(yīng)物。如：虛擬處理器、虛擬內(nèi)存等如：虛擬處理器、虛擬內(nèi)存等第一章操作系統(tǒng)引論 1.3.4 異步性異步性進(jìn)程以不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。進(jìn)程以不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。在多道程序環(huán)境下允許多個進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，但只有進(jìn)程在多道程序環(huán)境下允許多個進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，但只有進(jìn)程在獲得所需的資源后方能執(zhí)行。在單處理機環(huán)境下，由于系在獲得所需的資源后方能執(zhí)行。在單處理機環(huán)境下，由于系統(tǒng)中只有一臺處理機，因而每次只允許統(tǒng)中只有一臺處理機，因而每次只允許一個進(jìn)程

30、執(zhí)行，其余一個進(jìn)程執(zhí)行，其余進(jìn)程只能等待進(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，如。當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程提出某種資源要求時，如打印請求，而此時打印機正在為其它某進(jìn)程打印，由于打印打印請求，而此時打印機正在為其它某進(jìn)程打印，由于打印機屬于臨界資源，因此正在執(zhí)行的進(jìn)程必須等待，且放棄處機屬于臨界資源，因此正在執(zhí)行的進(jìn)程必須等待，且放棄處理機，直到打印機空閑，并再次把處理機分配給該進(jìn)程時，理機，直到打印機空閑，并再次把處理機分配給該進(jìn)程時，該進(jìn)程方能繼續(xù)執(zhí)行?？梢?，由于資源等因素的限制，使進(jìn)該進(jìn)程方能繼續(xù)執(zhí)行。可見，由于資源等因素的限制，使進(jìn)程的執(zhí)行通常都不是程的執(zhí)行通常都不是“一氣呵成一氣呵

31、成”，而是以，而是以“停停走走停停走走”的的方式運行方式運行。 45第一章操作系統(tǒng)引論 內(nèi)存中的每個進(jìn)程在何時能獲得處理機運行，何時又因內(nèi)存中的每個進(jìn)程在何時能獲得處理機運行，何時又因提出某種資源請求而暫停，以及進(jìn)程以怎樣的速度向前推進(jìn)，提出某種資源請求而暫停，以及進(jìn)程以怎樣的速度向前推進(jìn)，每道程序總共需多少時間才能完成，等等，這些都是不可預(yù)每道程序總共需多少時間才能完成，等等，這些都是不可預(yù)知的。由于各用戶程序性能的不同，比如，有的側(cè)重于計算知的。由于各用戶程序性能的不同，比如，有的側(cè)重于計算而較少需要而較少需要I/O，而有的程序其計算少而，而有的程序其計算少而I/O多，這樣，很可多，這樣，

32、很可能是先進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)后完成，而后進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)先完成。能是先進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)后完成，而后進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)先完成?；蛘哒f，或者說，進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，此即進(jìn)程進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，此即進(jìn)程的異步性的異步性(Asynchronism)。盡管如此，但只要在操作系統(tǒng)中配。盡管如此，但只要在操作系統(tǒng)中配置有完善的進(jìn)程同步機制，且運行環(huán)境相同，作業(yè)經(jīng)多次運置有完善的進(jìn)程同步機制，且運行環(huán)境相同，作業(yè)經(jīng)多次運行都會獲得完全相同的結(jié)果。因此，異步運行方式是允許的，行都會獲得完全相同的結(jié)果。因此，異步運行方式是允許的，而且是操作系統(tǒng)的一個重要特征。而且是操作系統(tǒng)的一個重要特征。 4

33、6第一章操作系統(tǒng)引論 資源管理資源管理5.用戶接口用戶接口1.處理機管理（硬件）處理機管理（硬件）2.存儲器管理（硬件）存儲器管理（硬件）3.設(shè)備管理（硬件）設(shè)備管理（硬件）4.文件管理（軟件）文件管理（軟件）命令命令接口接口程序接口程序接口圖形接口圖形接口1.4 操作系統(tǒng)的五大功能操作系統(tǒng)的五大功能聯(lián)機用戶接口聯(lián)機用戶接口脫機用戶接口脫機用戶接口5. 用戶接口用戶接口(1)聯(lián)機用戶接口聯(lián)機用戶接口 適用：幾乎所有計算機的操作系統(tǒng)中。適用：幾乎所有計算機的操作系統(tǒng)中。 組成：組成：命令命令+終端處理程序終端處理程序+命令解釋程序命令解釋程序 過程：過程： 用戶在鍵盤上輸入命令；用戶在鍵盤上輸入

34、命令； 終端處理程序接收命令并顯示在屏幕上；終端處理程序接收命令并顯示在屏幕上； 命令解釋程序解釋并執(zhí)行該命令。命令解釋程序解釋并執(zhí)行該命令。第一章操作系統(tǒng)引論 聯(lián)機聯(lián)機命令命令舉例：舉例： UNIX: login; logout； DOS: copy; format;命令解釋程序：命令解釋程序：操作系統(tǒng)的最高層，如：操作系統(tǒng)的最高層，如： MS-DOS:COMMAND.COM UNIX: Shell.第一章操作系統(tǒng)引論 (2) 脫機用戶接口脫機用戶接口 適用：批處理系統(tǒng)。又稱批處理用戶接口適用：批處理系統(tǒng)。又稱批處理用戶接口 組成：組成：JCL+作業(yè)說明書作業(yè)說明書+命令解釋程序命令解釋程序

35、 JCL：作業(yè)控制語言：作業(yè)控制語言 過程：過程： 用戶把對作業(yè)的控制用用戶把對作業(yè)的控制用JCL寫在寫在作作業(yè)說明書業(yè)說明書上，上，命令解釋程序按照命令解釋程序按照作業(yè)說明作業(yè)說明書書解釋并執(zhí)行。解釋并執(zhí)行。第一章操作系統(tǒng)引論 (3)程序接口程序接口 目的：為用戶程序目的：為用戶程序訪問系統(tǒng)資源訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置。而設(shè)置。 組成：一組系統(tǒng)調(diào)用組成：一組系統(tǒng)調(diào)用 系統(tǒng)調(diào)用：一個系統(tǒng)調(diào)用是一個能完成特系統(tǒng)調(diào)用：一個系統(tǒng)調(diào)用是一個能完成特定功能的子程序。定功能的子程序。第一章操作系統(tǒng)引論 系統(tǒng)調(diào)用過程系統(tǒng)調(diào)用過程系統(tǒng)調(diào)系統(tǒng)調(diào)用命令用命令 用戶程序用戶程序 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能 調(diào)用調(diào)用 返回返回第一章

36、操作系統(tǒng)引論 1.5 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 操作系統(tǒng)的發(fā)展階段：操作系統(tǒng)的發(fā)展階段：第一代：無結(jié)構(gòu)第一代：無結(jié)構(gòu)OS第二代：模塊化第二代：模塊化OS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第三代：分層式第三代：分層式OS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第四代：微內(nèi)核第四代：微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)（20世紀(jì)世紀(jì)90年代）年代）傳傳統(tǒng)統(tǒng)OS結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)第一章操作系統(tǒng)引論 中斷中斷54請求系統(tǒng)服務(wù)請求系統(tǒng)服務(wù)；實現(xiàn)并行工作實現(xiàn)并行工作；處理突發(fā)事件處理突發(fā)事件；滿足實時要求，滿足實時要求，都需要打斷處理器正常的工作，為此，提出了中斷的概念。都需要打斷處理器正常的工作，為此，提出了中斷的概念。中斷中斷是指程序執(zhí)行過程中，當(dāng)發(fā)生某個事件時，終止是指程序執(zhí)行過程中，當(dāng)發(fā)生某個事件時，終止CPU上現(xiàn)行程序的運行，引出處理該事件的程序執(zhí)行的過程。上現(xiàn)行程序的運行，引出處理該事件的程序執(zhí)行的過程。第一章操作系統(tǒng)引論 中斷：中斷：55 CPU對對I/O設(shè)備發(fā)來的中斷信號的一種響應(yīng)。設(shè)備發(fā)來的中斷信號的一種響應(yīng)。CPU暫停正在暫停正在執(zhí)行的程序，執(zhí)行的程序，保留保留CPU環(huán)境后環(huán)境后，自動地轉(zhuǎn)去執(zhí)行該，自動地轉(zhuǎn)去執(zhí)行該I/O設(shè)備的中設(shè)備的中斷處理程序。執(zhí)行完后，再回到斷點，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。斷處理程序。執(zhí)行完后，再回到斷點，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。 中斷是由外部設(shè)備引起的，又稱外中斷。中斷是由外部設(shè)備引起的