操作系統(tǒng)課件-第1章引論

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)1方昀計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系多學(xué)科樓703自我介紹2

操作系統(tǒng)課程特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)要求與教學(xué)目標(biāo)3操作系統(tǒng)課程特點(diǎn)1理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象、理解困難2理論性和實(shí)踐性緊密結(jié)合3發(fā)展迅速，知識(shí)更新快4涉及內(nèi)容廣泛，與多個(gè)方向交叉5知識(shí)點(diǎn)多，綜合性強(qiáng)，靈活性大4教材內(nèi)容

第一章操作系統(tǒng)引論，第二章進(jìn)程管理，第三章處理機(jī)調(diào)度與死鎖，第四章存儲(chǔ)器管理，第五章設(shè)備管理，第六章文件管理，第七章操作系統(tǒng)接口。覆蓋操作系統(tǒng)的基本概念、基本方法、設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，盡可能系統(tǒng)、清晰、全面、綜合地展示操作系統(tǒng)的概念、特性和精髓。

5教學(xué)參考書1.操作系統(tǒng)教程（第四版）孫鐘秀主編，高等教育出版社2.操作系統(tǒng)教程——原理和實(shí)例分析孟靜主編，高等教育出版社3.操作系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)曹先彬，陳香蘭編著6操作系統(tǒng)的重要性操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，操作系統(tǒng)課程則是計(jì)算機(jī)教育的基本內(nèi)容。先行課程:程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過本課程的學(xué)習(xí),不但對(duì)先行課程是一次總結(jié)和提高;同時(shí)也為后繼課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。7研究與操作系統(tǒng)相關(guān)的問題圍繞以下問題研究操作系統(tǒng)：什么是操作系統(tǒng)?為什么要操作系統(tǒng)?操作系統(tǒng)是做什么的?操作系統(tǒng)是如何做的?操作系統(tǒng)是如何使用的?為什么要學(xué)操作系統(tǒng)這門課?8操作系統(tǒng)(課程)教學(xué)目標(biāo)

1)明確操作系統(tǒng)的作用、功能和地位，并建立起以操作系統(tǒng)為中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)(全局和整體)的認(rèn)識(shí)。2)掌握操作系統(tǒng)中進(jìn)程管理和調(diào)度等控制程序執(zhí)行的關(guān)鍵技術(shù)。3)掌握操作系統(tǒng)中資源管理的關(guān)鍵技術(shù)。4)掌握并發(fā)程序設(shè)計(jì)的基本思想，并有解決相關(guān)問題的能力。5)掌握操作系統(tǒng)的構(gòu)造技術(shù)，具有剖析和設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊的初步能力。6)了解1至2個(gè)主流操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，熟練掌握和應(yīng)用。9

第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的歷史

操作系統(tǒng)的類型

操作系統(tǒng)的功能和特征

操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10第一章操作系統(tǒng)引論§1.1操作系統(tǒng)的概念一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成

中央處理機(jī)（CPU）

硬件子系統(tǒng)

存儲(chǔ)器裸機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

輸入輸出設(shè)備

操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言軟件子系統(tǒng)編譯程序···

應(yīng)用程序11硬件部分：構(gòu)成了系統(tǒng)本身和用戶作業(yè)賴以活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)和環(huán)境。系統(tǒng)軟件：主要管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本身的操作；應(yīng)用軟件:主要解決用戶的問題。2．操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位和作用

應(yīng)用軟件系···

統(tǒng)編譯軟件軟程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言件操作系統(tǒng)裸機(jī)12計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)的地位：是系統(tǒng)硬件之上的第一層軟件，為其他軟件提供單向支撐（單向服務(wù)）作用。虛擬機(jī)：對(duì)裸機(jī)功能的首次擴(kuò)充，把裸機(jī)改造成功能更強(qiáng)、使用更方便的機(jī)器。裸機(jī)：沒有任何軟件支持的計(jì)算機(jī)。13操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象

裸機(jī)——用戶必須對(duì)物理接口的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)有充分的了解，該物理機(jī)器是難以使用的。為了方便用戶使用I/O設(shè)備，人們?cè)诼銠C(jī)上覆蓋上一層I/O設(shè)備管理軟件。用戶所看到的機(jī)器將是一臺(tái)比裸機(jī)功能更強(qiáng)、使用更方便的機(jī)器。這就是說，在裸機(jī)上鋪設(shè)的I/O軟件隱藏了對(duì)I/O設(shè)備操作的具體細(xì)節(jié)，向上提供了一組抽象的I/O設(shè)備。14二、操作系統(tǒng)的目標(biāo)1、有效地控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各種硬件和軟件資源，提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源利用率；2、合理地組織計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作流程，以改善系統(tǒng)性能。3、提供一個(gè)計(jì)算機(jī)用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更易于使用；三、操作系統(tǒng)的定義

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)大型的系統(tǒng)軟件，它管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的全部軟、硬件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，為用戶應(yīng)用程序的運(yùn)行提供一個(gè)友好的界面和良好的工作環(huán)境。15一、操作系統(tǒng)的產(chǎn)生

1．人工操作階段

電子管時(shí)代，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度較慢，沒有操作系統(tǒng)，人們采用人工操作方式使用計(jì)算機(jī)。手工操作計(jì)算機(jī)§1.2操作系統(tǒng)的歷史特點(diǎn):

1、用戶獨(dú)占全機(jī)2、CPU等待人工操作

3、獨(dú)占性4、串行性缺點(diǎn):1、計(jì)算機(jī)的有效機(jī)時(shí)嚴(yán)重浪費(fèi)2、效率低162.成批處理階段

晶體管時(shí)代，隨著中央處理機(jī)速度的大幅度提高，人工操作的慢速度和中央處理機(jī)運(yùn)算的高速度之間出現(xiàn)了矛盾，即所謂人機(jī)矛盾。為解決這一矛盾，只有設(shè)法去掉人工操作，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的自動(dòng)過渡，這樣就出現(xiàn)了成批處理。監(jiān)督程序：是一個(gè)常駐內(nèi)存的小的核心代碼，用于實(shí)現(xiàn)各作業(yè)之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)接，提高了系統(tǒng)效率。

單道批處理系統(tǒng)的處理流程

監(jiān)督程序17[例]用戶以卡片形式提交作業(yè)。18成批處理經(jīng)歷了兩個(gè)階段：聯(lián)機(jī)批處理階段和脫機(jī)批處理階段。聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)：作業(yè)的I/O和計(jì)算全部由CPU直接控制。聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)——CPU與I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾19脫機(jī)批處理系統(tǒng)：由主機(jī)和外圍計(jì)算機(jī)（衛(wèi)星機(jī)）組成，外圍計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)I/O處理，主機(jī)和外圍計(jì)算機(jī)可以并行工作。脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn)：1）減少了CPU的空閑時(shí)間2）提高I/O速度

203.執(zhí)行系統(tǒng)通道：是獨(dú)立于CPU，專門用來控制輸入輸出設(shè)備的I/O處理機(jī)。I/O設(shè)備CPU主存通道中斷：當(dāng)主機(jī)接到某信號(hào)（如I/O完成信號(hào)），馬上停止原來的工作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行這一事件，處理完后，回到原處繼續(xù)工作。

借助于通道和中斷技術(shù)，輸入輸出操作可以在中央處理機(jī)控制之下完成。這時(shí)，原有的監(jiān)督程序不僅要負(fù)責(zé)調(diào)度作業(yè)自動(dòng)運(yùn)行，而且還要提供輸入輸出控制功能，它比原有的監(jiān)督程序的功能增強(qiáng)了。這個(gè)發(fā)展了的監(jiān)督程序常駐內(nèi)存，稱為執(zhí)行系統(tǒng)。21二、操作系統(tǒng)的完善1．

多道批處理系統(tǒng)

多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是指在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放多個(gè)作業(yè)，它們?cè)诠芾沓绦蚩刂浦陆惶鎴?zhí)行，共享系統(tǒng)中的各種資源。

多道程序運(yùn)行的特征：

1）主存中存放多道程序；

2）宏觀上并行；

3）微觀上串行。22提交收容完成用戶作業(yè)錄入作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度運(yùn)行就緒等待執(zhí)行

批處理系統(tǒng)中作業(yè)處理及狀態(tài)內(nèi)存磁盤

OSABC23242．分時(shí)系統(tǒng)

多用戶交互式系統(tǒng)。多個(gè)用戶通過交互方式分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)。分時(shí)技術(shù)：把處理機(jī)的時(shí)間劃分成很短的時(shí)間片，按時(shí)間片輪流地把處理機(jī)分配給各聯(lián)機(jī)用戶使用?！謺r(shí)操作系統(tǒng)工作方式示意圖工作方式主機(jī)終端終端終端終端終端25主要特征：(1)多路性：指一臺(tái)計(jì)算機(jī)與若干臺(tái)終端相連，各終端用戶可以同時(shí)操作，共同使用同一系統(tǒng)的資源。(2)獨(dú)占性：由于分時(shí)操作系統(tǒng)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)，因而每個(gè)終端用戶彼此之間都感覺不到別人也在使用這臺(tái)計(jì)算機(jī)，好像自己獨(dú)占整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。(3)及時(shí)性：用戶的請(qǐng)求能在較短的時(shí)間內(nèi)得到及時(shí)響應(yīng)。(4)交互性：分時(shí)操作系統(tǒng)支持聯(lián)機(jī)操作方式。用戶可以通過終端，采用人機(jī)會(huì)話的方式直接控制程序運(yùn)行，同程序進(jìn)行會(huì)話。263.實(shí)時(shí)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)按其用途的不同可分為兩種類型：實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)和實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)。

實(shí)時(shí)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要能夠?qū)皶r(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，并以足夠快的速度完成對(duì)事件的處理。271.實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。通常是指以計(jì)算機(jī)為中心的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用：對(duì)導(dǎo)彈發(fā)射、飛機(jī)飛行、鋼鐵生產(chǎn)、電力生產(chǎn)、石油化工生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制等。

2.實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，用戶通過終端提出服務(wù)請(qǐng)求，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)用戶提出的問題對(duì)信息進(jìn)行檢索和處理，并在很短的時(shí)間內(nèi)通過終端對(duì)用戶作出回答。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)的應(yīng)用：情報(bào)檢索系統(tǒng)、航空訂票系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)和圖書管理系統(tǒng)等。28實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)(1)

即時(shí)響應(yīng)：系統(tǒng)必須保證對(duì)實(shí)時(shí)信息的分析和處理的速度比其進(jìn)入系統(tǒng)的速度要快。(2)

高可靠性：與其它類型系統(tǒng)相比，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)更注重其穩(wěn)定性和可靠性。(3)

專業(yè)性[雙工系統(tǒng)]：一臺(tái)做為主機(jī)，另一臺(tái)作為后備機(jī)與主機(jī)并行運(yùn)行。一旦主機(jī)發(fā)生故障，后備機(jī)便立即代替主機(jī)繼續(xù)工作，以保證系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。29三、微型機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展1．單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)

微型機(jī)操作系統(tǒng)。主要配置在8位和16位微型機(jī)上。最有代表性的單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)是CP/M和MS-DOS。

1)CP/M

1974年第一代通用8位微處理機(jī)芯片Intel8080出現(xiàn)后的第二年，DigitalResearch公司就開發(fā)出帶有軟盤系統(tǒng)的8位微機(jī)操作系統(tǒng)。

2)MS-DOS

1981年IBM公司首次推出了IBM-PC個(gè)人計(jì)算機(jī)(16位微機(jī))，在微機(jī)中采用了微軟公司開發(fā)的MS-DOS(DiskOperatingSystem)操作系統(tǒng)。302．單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)

只允許一個(gè)用戶上機(jī)，但允許用戶把程序分為若干個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行，從而有效地改善了系統(tǒng)的性能。最有代表性的是由微軟公司推出的Windows。

允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用同一臺(tái)機(jī)器，共享主機(jī)系統(tǒng)中的各種資源，而每個(gè)用戶程序又可進(jìn)一步分為幾個(gè)任務(wù)，使它們能并發(fā)執(zhí)行，從而可進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。其中最有代表性的是UNIXOS，LinuxOS是UNIXOS的變種。

3．多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)31四、操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展1．網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通過通信設(shè)備和通信線路將地理上分散的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相互連接起來，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)。

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)用戶和網(wǎng)絡(luò)之間的接口，它除了具有通常操作系統(tǒng)的資源管理功能外，還具有網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)資源共享、系統(tǒng)安全和多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)的功能。

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)既要為本機(jī)用戶提供使用網(wǎng)絡(luò)資源的手段，又要為網(wǎng)絡(luò)用戶使用本機(jī)資源提供服務(wù)。322、分布式操作系統(tǒng)

分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的一種特殊的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)沒有主次之分；網(wǎng)絡(luò)中任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間可以通過通信交換信息；網(wǎng)絡(luò)中的資源供各用戶共享。分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)一體化的系統(tǒng)（統(tǒng)一的界面，標(biāo)準(zhǔn)的接口），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)。

分布式操作系統(tǒng)能使系統(tǒng)中若干臺(tái)計(jì)算機(jī)相互協(xié)作完成一個(gè)共同的任務(wù)。它負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)的劃分、信息的傳輸控制協(xié)調(diào)等工作，為用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的界面和標(biāo)準(zhǔn)的接口。33（2）堅(jiān)強(qiáng)性：當(dāng)系統(tǒng)中的部分計(jì)算機(jī)或通路發(fā)生故障時(shí)，其余部分可自動(dòng)重構(gòu)成為一個(gè)新的系統(tǒng)。（1）統(tǒng)一性：邏輯上的統(tǒng)一系統(tǒng)，使用戶感覺不到系統(tǒng)是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的，系統(tǒng)能夠自動(dòng)的實(shí)施任務(wù)分配和協(xié)調(diào)?；咎卣鳎?/p>

網(wǎng)絡(luò)OS和分布式OS的區(qū)別：(1)分布式系統(tǒng)具有各個(gè)計(jì)算機(jī)間相互通訊，無主從關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有主從關(guān)系。(2)分布式系統(tǒng)資源為所有用戶共享；而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有限制地共享。(3)分布式系統(tǒng)中若干個(gè)計(jì)算機(jī)可相互協(xié)作共同完成一項(xiàng)任務(wù)。強(qiáng)項(xiàng)：分布式計(jì)算。34五、操作系統(tǒng)領(lǐng)域中新的操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)，是運(yùn)行在嵌入式智能芯片環(huán)境中，對(duì)整個(gè)智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。有線電視機(jī)頂盒領(lǐng)域，PowerTV移動(dòng)通信領(lǐng)域，EPOC、移動(dòng)PDA掌上計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，PalmOS數(shù)字影像領(lǐng)域，Digita35§1.3操作系統(tǒng)的類型按功能特征的不同把操作系統(tǒng)分為：(1)

批處理操作系統(tǒng)(2)

分時(shí)操作系統(tǒng)(3)

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(4)

單用戶操作系統(tǒng)(5)

分布式操作系統(tǒng)(6)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)一、批處理操作系統(tǒng)

批處理操作系統(tǒng)一般適用于大中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。批處理操作系統(tǒng)可分為單道批處理操作系統(tǒng)和多道批處理操作系統(tǒng)兩種。361．單道批處理操作系統(tǒng)

單道批處理操作系統(tǒng)是早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中配置的一種操作系統(tǒng)類型。主要代表有：FMS（FORTRAN監(jiān)控系統(tǒng)）、IBYSY（IBM/7094）。

2．多道批處理操作系統(tǒng)多道批處理操作系統(tǒng)是在60年代中期以后計(jì)算中心（或數(shù)據(jù)中心）等較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上所配置的一種操作系統(tǒng)。主要代表有：IBM360/370。

主要特征：(1)

成批處理。(2)

多道程序運(yùn)行。(3)

用戶脫機(jī)使用計(jì)算機(jī)。37優(yōu)點(diǎn)：有利于提高系統(tǒng)資源利用率、增大作業(yè)吞吐量。缺點(diǎn)：無交互性，這給程序設(shè)計(jì)人員帶來很大的不便。二、分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)提供了多個(gè)用戶共同使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)的環(huán)境。主要代表：Unix、VAX/VMX、CTSS、MUTICS等。主要特征：(1)

多路性(2)

獨(dú)占性(3)

及時(shí)性(4)

交互性38三、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要特征：(1)

即時(shí)響應(yīng)(2)

高可靠性(3)

專業(yè)性四、單用戶操作系統(tǒng)

是為個(gè)人用微型計(jì)算機(jī)所配置的操作系統(tǒng)。這類操作系統(tǒng)在處理機(jī)的調(diào)度、存儲(chǔ)保護(hù)等方面將簡(jiǎn)單得多，為用戶提供良好的工作環(huán)境和方便的用戶接口成為這類操作系統(tǒng)的主要目標(biāo)。典型系統(tǒng)：MS-DOS、Windows、Linux等。39五、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)典型系統(tǒng)：WindowsNTServer、NetWare

主要特征：(1)

網(wǎng)絡(luò)通信(2)

資源共享(3)

互操作(4)

協(xié)作處理六、分布式操作系統(tǒng)主要特征：(1)

統(tǒng)一性(2)

堅(jiān)強(qiáng)性40§1.4操作系統(tǒng)的功能和特征一、操作系統(tǒng)的功能1．處理機(jī)管理

處理機(jī)管理的主要任務(wù)是對(duì)中央處理機(jī)的分配和運(yùn)行實(shí)施有效的管理。(1)進(jìn)程控制。為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程，撤消已結(jié)束的進(jìn)程以及控制進(jìn)程在運(yùn)行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。(2)進(jìn)程調(diào)度。指按一定的算法從進(jìn)程就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程，把處理機(jī)分配給它，并為該進(jìn)程設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，使之投入運(yùn)行。(3)進(jìn)程同步。指系統(tǒng)對(duì)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)行協(xié)調(diào)。(4)進(jìn)程通信。對(duì)于相互合作的進(jìn)程，在它們運(yùn)行期間，彼此之間往往要交換一定量的信息，進(jìn)程通信將負(fù)責(zé)完成進(jìn)程間的信息交換。412．存儲(chǔ)管理

存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)調(diào)度應(yīng)和處理機(jī)的調(diào)度結(jié)合起來，只有程序在主存時(shí)才有可能被處理機(jī)執(zhí)行，而且僅當(dāng)它可以到處理機(jī)上執(zhí)行時(shí)才把它調(diào)入主存。(1)內(nèi)存分配。存儲(chǔ)管理的基本功能是為每道程序分配內(nèi)存空間，在作業(yè)結(jié)束時(shí)收回作業(yè)所占空間。(2)存儲(chǔ)保護(hù)。保證各程序在自己的存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)運(yùn)行而不相互干擾。(3)存儲(chǔ)擴(kuò)充。由于物理內(nèi)存的大小可能限制了大型作業(yè)或多個(gè)作業(yè)的并發(fā)執(zhí)行，因此，存儲(chǔ)管理借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)來獲得增加內(nèi)存的效果，使系統(tǒng)能運(yùn)行內(nèi)存需求量遠(yuǎn)比物理內(nèi)存大得多的作業(yè)，或讓更多的作業(yè)并發(fā)執(zhí)行。423．設(shè)備管理設(shè)備分配。當(dāng)用戶程序提出輸入輸出請(qǐng)求后，設(shè)備管理根據(jù)一定的設(shè)備分配原則和系統(tǒng)中設(shè)備情況對(duì)設(shè)備進(jìn)行分配。(2)設(shè)備傳輸控制。啟動(dòng)指定的輸入輸出設(shè)備，完成用戶規(guī)定的輸入輸出操作，并對(duì)由設(shè)備發(fā)來的中斷請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，根據(jù)中斷類型進(jìn)行相應(yīng)的處理。(3)設(shè)備無關(guān)性。即用戶向系統(tǒng)申請(qǐng)的設(shè)備與實(shí)際使用的設(shè)備無關(guān)。（即使用設(shè)備的邏輯名）434．文件管理（軟件資源管理）(1)

文件存儲(chǔ)空間的管理。負(fù)責(zé)為新建文件分配存儲(chǔ)空間，回收已撤消文件所占用的空間，以提高文件存儲(chǔ)空間的利用率和文件系統(tǒng)的工作速度。(2)

目錄管理。主要負(fù)責(zé)為每一個(gè)文件建立其目錄項(xiàng)，并通過對(duì)目錄項(xiàng)的有效組織和管理，實(shí)現(xiàn)為用戶按名存取的功能。(3)

文件保護(hù)。為了防止文件被竊取和破壞，文件系統(tǒng)必須提供有效的保護(hù)機(jī)制，以保證文件系統(tǒng)的安全性。(4)文件操作管理。用于實(shí)現(xiàn)文件的操作，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的讀寫。445．作業(yè)管理(OS接口)操作系統(tǒng)提供兩種形式的接口供用戶使用。用戶接口提供一組操作控制命令供用戶直接或間接控制自己的作業(yè)或通過該接口取得操作系統(tǒng)的服務(wù)。聯(lián)機(jī)用戶接口:

它由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序所組成。用戶用以直接控制自己作業(yè)的執(zhí)行。

脫機(jī)用戶接口(批處理用戶接口):

接口由一組作業(yè)控制語(yǔ)言(JCL)組成。用戶不能直接與自己的作業(yè)交互作用，只能委托系統(tǒng)代替用戶對(duì)作業(yè)進(jìn)行控制和干預(yù)。(2)程序接口提供一組系統(tǒng)調(diào)用供用戶應(yīng)用程序和其它系統(tǒng)程序調(diào)用操作系統(tǒng)的功能。45二、操作系統(tǒng)的特征(1)并發(fā)性：是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。

在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)有多道程序在同時(shí)運(yùn)行。但在單處理機(jī)系統(tǒng)中，每一時(shí)刻僅能執(zhí)行一道程序，故微觀上這些程序是在處理機(jī)上交替執(zhí)行。（2）共享性

從資源使用的角度來講，所謂共享性是指操作系統(tǒng)程序與多個(gè)用戶程序共同使用系統(tǒng)中的各種資源。46（4）異步性(不確定性）

指在多道程序環(huán)境下，程序以異步方式執(zhí)行。即每道程序在何時(shí)執(zhí)行、各自執(zhí)行的順序、完成每道程序所需要的時(shí)間都是不確定的，也是不可預(yù)知的。（3）虛擬性指把一個(gè)物理上的實(shí)體，變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。前者是實(shí)際存在的；而后者是虛的，只是用戶的一種感覺。例如：虛擬處理機(jī)、虛擬存儲(chǔ)器、虛擬I/O設(shè)備。

并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征。47§1.5操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境一、CPU與外設(shè)并行工作CPU

主存通道2通道3通道1

通道n

I/O

控制器

I/O

控制器

I/O

控制器

I/O

控制器

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組織

48二、I/O中斷的作用

在輸入輸出控制系統(tǒng)控制下，外部設(shè)備獨(dú)立工作，不需要中央處理機(jī)的干預(yù)。但由于外部設(shè)備是由中央處理機(jī)根據(jù)程序的要求而啟動(dòng)的，因此，當(dāng)外部設(shè)備工作結(jié)束后，應(yīng)把工作情況反饋給中央處理機(jī)。這種反饋通過I/O中斷完成的。三、管態(tài)與目態(tài)

處理機(jī)的工作狀態(tài)。根據(jù)對(duì)資源和機(jī)器指令的使用權(quán)限，把處理機(jī)執(zhí)行時(shí)的工作狀態(tài)分為管態(tài)和目態(tài)。49目態(tài)：用戶程序執(zhí)行時(shí)中央處理機(jī)所處的狀態(tài)。當(dāng)中央處理機(jī)處于目態(tài)時(shí)不允許執(zhí)行特權(quán)指令。

在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，中央處理機(jī)的狀態(tài)處于動(dòng)態(tài)變化之中。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，硬件置中央處理機(jī)的初始狀態(tài)為管態(tài)，然后裝入操作系統(tǒng)程序。如果操作系統(tǒng)選擇了用戶程序占用處理機(jī)，則把管態(tài)轉(zhuǎn)換成目態(tài)。如果中斷裝置發(fā)現(xiàn)了一個(gè)事件，則又將其置為管態(tài)，讓操作系統(tǒng)去處理出現(xiàn)的事件。管態(tài)：操作系統(tǒng)程序執(zhí)行時(shí)中央處理機(jī)所處的狀態(tài)。當(dāng)中央處理機(jī)處于管態(tài)時(shí)可執(zhí)行包括特權(quán)指令在內(nèi)的一切機(jī)器指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的分配和管理并為用戶使用外部設(shè)備進(jìn)行服務(wù)。

50程序狀態(tài)字（PSW）的內(nèi)容：指令地址程序基本狀態(tài)條件碼（結(jié)果特征）中斷碼管態(tài)/目態(tài)中斷屏蔽位等待/計(jì)算中斷屏蔽位中斷碼指令地址071415163134364063

等待/計(jì)算管態(tài)/目態(tài)條件碼程序狀態(tài)字（PSW）：是用來控制指令執(zhí)行順序并且保留和指示與程序有關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)的信息單元。例如：IBM360/370系列計(jì)算機(jī)的程序狀態(tài)字為：51

多級(jí)存儲(chǔ)體系

輔助存儲(chǔ)器（外存）

Cache

主存儲(chǔ)器（內(nèi)存）存取速度存儲(chǔ)容量慢快小存取速度存儲(chǔ)容量大四、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)多級(jí)存儲(chǔ)體系，包括主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器。52

操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使操作系統(tǒng)容易設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和維護(hù)；它應(yīng)靈活、可靠、正確、高效、并易于驗(yàn)證其正確性。

操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法有：無序模塊法、層次結(jié)構(gòu)法、內(nèi)核擴(kuò)充法及管程設(shè)計(jì)法等。§1.6操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一、整體結(jié)構(gòu)(無序模塊法)

整個(gè)操作系統(tǒng)就是許多模塊的集合,其中每個(gè)過程都可以調(diào)用其他過程。優(yōu)點(diǎn):運(yùn)行效率很高,存儲(chǔ)占用相對(duì)較小。缺點(diǎn):可維護(hù)性可讀性較差,系統(tǒng)難以擴(kuò)充。53無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)模塊之間可以互相調(diào)用的單模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)程管理內(nèi)存管理設(shè)備管理文件管理54

功能模塊n

用戶態(tài)

核心態(tài)

應(yīng)用程序

應(yīng)用程序

系統(tǒng)調(diào)用

功能模塊1

功能模塊3

功能模塊4

功能模塊2

計(jì)算機(jī)硬件

整體式結(jié)構(gòu)55二、層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)法的最大特點(diǎn)是把整體問題局部化。一個(gè)大型復(fù)雜的操作系統(tǒng)被劃分為若干層，每一層有若干模塊，每個(gè)模塊提供一組可被其它模塊調(diào)用的功能，各層之間只能是單向依賴或單向調(diào)用的關(guān)系。層次劃分的一般原則：

·

直接負(fù)責(zé)硬件資源驅(qū)動(dòng)、分配和管理的模塊應(yīng)放在內(nèi)層。例如：處理機(jī)調(diào)度、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、中斷處理等功能模塊。

·

直接與用戶程序、庫(kù)程序及各種外部程序接口提供系統(tǒng)服務(wù)的模塊應(yīng)放在外層。

·

既非資源分配策略，又與硬件特性無關(guān)的模塊放在中間層。

·

把各種資源管理模塊都要用到的公共模塊放在內(nèi)層。。56模塊化結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)