操作系統(tǒng)原理

1、操作系統(tǒng)原理操作系統(tǒng)原理操作系統(tǒng)是一個(gè)大型的程序系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟、硬件資源的分配和管理; 控制和協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng) ; 提供用戶接口，使用戶獲得 良好的工作環(huán)境。以多道程序設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的操作系統(tǒng)具備的主要特征是并發(fā)與共享。 另 外。由于操作系統(tǒng)要隨時(shí)處理各種事件，所以它也具備不確定性。操作系統(tǒng)具有的資源管理功能包括：處理機(jī)分配、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、軟件資源管理。操作系統(tǒng)資源管理的目標(biāo)是提高系統(tǒng)資源 的利用率 和方便用戶使用。操作系統(tǒng)的核心任務(wù)是系統(tǒng)資源分配、控制和協(xié)調(diào)并發(fā)活動(dòng)。批量操作系統(tǒng)的主要特征是“批量”，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的吞吐率高， 缺點(diǎn)是對(duì)用戶的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，用戶不能及時(shí)了解自己程序的運(yùn)行情

2、況并加以控制。分時(shí)操作系統(tǒng)一般采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的辦法， 使一臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)為 多個(gè)終端用戶服務(wù)，該系統(tǒng)對(duì)每個(gè)用戶都能保證足夠快的響應(yīng)時(shí)間 , 并提供交互會(huì)話功能。分時(shí)系統(tǒng)與批量系統(tǒng)的主要差別在于，所有 用戶界面都是通過像電傳打字機(jī)或CR碾機(jī)終端那樣的設(shè)備產(chǎn)生的。每個(gè)用戶通過各自的終端使用計(jì)算機(jī)。分時(shí)系統(tǒng)具有的特點(diǎn)：并行性：共享一臺(tái)計(jì)算機(jī)的眾多聯(lián)機(jī)用戶可以在各自的終端上同時(shí)處理 自己的程序 ; 獨(dú)占性：分時(shí)操作系統(tǒng)采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方法使一臺(tái)計(jì) 算機(jī)同時(shí)為許多終端用戶服務(wù);交互性：用戶與計(jì)算機(jī)之間可以進(jìn)行 “對(duì)話”，用戶可以根據(jù)運(yùn)算結(jié)果提出下一步要求，直到全部工作 完成。（批量操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)的

3、出現(xiàn)標(biāo)志著操作系統(tǒng)的初步形成。）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠?qū)ν獠枯斎氲男畔⒃谝?guī)定的時(shí)間內(nèi)（截止期限deadline ） 處理完畢并作出反應(yīng)。其另一個(gè)重要的特征是可預(yù)測(cè)性分析。操作系統(tǒng)功能應(yīng)該具有有限的、己知的執(zhí)行時(shí)間。對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用 進(jìn)程的 CPU 調(diào)度應(yīng)該是基于時(shí)間約束的，以滿足截止期限的要求。 主存管理，即使 有虛擬主存，也不能采用異步和無法預(yù)測(cè)的頁而或 段的換進(jìn)換出。而文 件在磁盤上的物理結(jié)構(gòu)一般應(yīng)采用連續(xù)分配方 式，以避免耗時(shí)的、不可 確定的文件操作，如動(dòng)態(tài)確定磁盤柱面的 搜尋操作。實(shí)時(shí)系統(tǒng)按其使用 方式分為實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)信息處理。 實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求有高可靠性和安全性， 系統(tǒng)的效率（靈活性）則放在第 二

4、位，系統(tǒng)通常是采用雙工方式工作的。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)沒有分時(shí)操作系統(tǒng)那樣強(qiáng)的交互會(huì)話功能，通常不允許用戶通過實(shí)時(shí)終端設(shè)備去編寫新的程序或修改己有的程序。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)除了具備一般操作系統(tǒng)應(yīng)具有的功能模塊之外 （如 系統(tǒng) 核心、設(shè)備管理、存儲(chǔ)管理、文件系統(tǒng)等），還要增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 通信模 塊，該模塊由通信接口中斷處理程序、通信控制程序以及各級(jí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等軟件組成。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)提供的功能包括：允許用戶 訪問網(wǎng)絡(luò)主機(jī)中 的各種資源; 對(duì)用戶訪問進(jìn)行控制，僅允許授權(quán)用戶 訪問特定的資源; 對(duì)遠(yuǎn)程資源的利用如同本地資源一樣; 提供全網(wǎng)統(tǒng) 一的 記賬辦法 ; 聯(lián)機(jī)地提供最近的網(wǎng)絡(luò)說明資料; 提供比單機(jī)更可靠 的操作

5、。分布式系統(tǒng)又稱為分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)， 是 由多 個(gè)相互連接的處理單元組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，分布式系統(tǒng)是一個(gè) 一體化的 系統(tǒng)。在整個(gè)系統(tǒng)中有一個(gè)全局的操作系統(tǒng)稱為分布式操作系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信息傳輸、 控制協(xié)調(diào)等工作， 并為用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的界面、標(biāo)準(zhǔn)的接口。UNIX是多用戶交互式分時(shí)操作系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上分成核心層和實(shí)用層。其中，核心層小巧，設(shè)計(jì)得非常精干簡(jiǎn)潔，包寸舌進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)幾個(gè)部分，主要算法經(jīng)過反復(fù)推敲 , 對(duì)其中包含的數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)和程序進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，只需占用很小的存 儲(chǔ)空間，并能常駐內(nèi) 存，保證了系統(tǒng)較高的工作效率 ;

6、實(shí)用層豐富， 是那些能從核心層分離出 來的部分， 包含豐富的語言處理程序和其 他操作系統(tǒng)常見的實(shí)用程序 （如 編輯程序、調(diào)試程序、有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和文件管理的實(shí)用程序等），它們以核外程序形式出現(xiàn)并在用戶 環(huán)境下運(yùn)行。UNIX使用靈活的命令語言shello shell屬于核外程序，同時(shí)作為一種程序設(shè)計(jì)語言，它具有許多高級(jí)語言所擁有的控制流能力，如I過、for while 、 unti 1 case 語句，以及對(duì)字符串變量的賦值、 替換、傳 遞參數(shù)、命令替換等能力。用戶可以根據(jù)這些功能用 shell 語言寫出 “ shell ” 程序存入文件，以后用戶只要打入相應(yīng)的 文件名就能執(zhí)行它， 這種方法易

7、于系統(tǒng)的擴(kuò)充。UNIX系統(tǒng)采用樹型目錄結(jié)構(gòu)來組織各種文件及文件的目錄，這 樣的 組織方式有利于輔存空間分配及快速查找文件，也可以為不同 用戶的文 件提供文件共享和存取控制的能力，且保證用戶之間安全 高效的合作。UNIX系統(tǒng)中的文件是無結(jié)構(gòu)的字節(jié)序列。在缺省情況下，文件 都是 順序存取的，但用戶如果需要的話，也可為文件建立自己需要 的結(jié)構(gòu)， 用戶可以通過改變讀/ 寫指針對(duì)文件進(jìn)行隨機(jī)存取。 UNIX 將外部設(shè)備與文件一樣看待，外部設(shè)備如同磁盤上的普通文件一樣被訪問、共享和保護(hù)。UNIX系統(tǒng)所有的實(shí)用程序?qū)雍秃诵膶拥?0%弋碼是用C語言寫成的，這使得UNIX成為一個(gè)可移植的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)的課移

8、植性帶來了應(yīng)用程序的可移植性，因而用戶的應(yīng)用程序既可用于小型機(jī), 又可用于其他的微型機(jī)或大型機(jī)，從而大大提高了用戶的工作效率。UNIX也鼓勵(lì)用戶用UNIX的工具開發(fā)自己適合需要的環(huán)境，造成UNIX系統(tǒng)版木太多，應(yīng)用程序的可移植性不能完全實(shí)現(xiàn); UNIX 的核心是無序模塊結(jié)構(gòu)，不是層次式的，故顯得十分復(fù)雜，不易修改和擴(kuò)充；UNIX也缺少諸如實(shí)時(shí)控制、分布式處理、網(wǎng)絡(luò)處理等能力， 這一缺點(diǎn)也在不斷改進(jìn)中。進(jìn)程是指一個(gè)具有獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行 活 動(dòng)。進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的單位，能與其他進(jìn)程并行的活動(dòng)。 進(jìn)程是 競(jìng)爭(zhēng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有限資源的基本單位，也是進(jìn)行處理機(jī)調(diào)度 的基本單位。進(jìn)

9、程是程序在處理機(jī)上的一次執(zhí)行過程，它是一動(dòng)態(tài)概念; 程序 是指令的有序集合，其本身沒有任何運(yùn)行的含義，它是一個(gè)靜態(tài)概 念。進(jìn)程 是有一定生命期的，它能夠動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生和消亡，即進(jìn)程可 由“創(chuàng)建”而 產(chǎn)生，由調(diào)度而執(zhí)行，因得不到資源而暫停，以致最 后由“撤銷”而消 亡 ; 程序可以作為一種軟件資料而長(zhǎng)期保存。在支持多任務(wù)運(yùn)行的操作系統(tǒng)中，活動(dòng)的最小單位是進(jìn)程。進(jìn)程 一定 包含一個(gè)程序，因?yàn)槌绦蚴沁M(jìn)程完成功能的邏輯描述 ; 而一個(gè)程 序可以對(duì) 應(yīng)多個(gè)進(jìn)程。如果同一程序同時(shí)運(yùn)行于若干不同的數(shù)據(jù)集合上，它將屬于若干個(gè)不同的進(jìn)程?；蛘哒f，若干不同的進(jìn)程可以 包含相同的程序，即用同一程序?qū)Σ煌瑪?shù)據(jù)先后或同時(shí)加以處理， 就對(duì)應(yīng)于好幾個(gè)進(jìn)程。文件的邏輯結(jié)構(gòu)可分為兩種形式：無結(jié)構(gòu)的流式文件、有結(jié)構(gòu) 的記錄式文件。其中，無結(jié)構(gòu)的流式文件是相關(guān)的有序字符的集合，文件長(zhǎng)度即 為所含字符數(shù)。流式文件不分成記錄，而是直接由一連串信息組成。 對(duì)流式文件而言，它是按信息的個(gè)數(shù)或以特殊字符為界進(jìn)行存取的。 流式文件對(duì)操作系統(tǒng)而言，管理比較方便; 對(duì)用戶而言，適于進(jìn)行字 符流的正文處理，也可以不受約束地靈活組織其文件內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)。UNIX