操作系統(tǒng)概述課件_第1頁
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第1章操作系統(tǒng)概述1.1操作系統(tǒng)的概念1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展1.3操作系統(tǒng)的功能1.4操作系統(tǒng)的特征1.5操作系統(tǒng)的邏輯結構1.6常用操作系統(tǒng)介紹1.7操作系統(tǒng)的幾種觀點1.1操作系統(tǒng)的概念1.1.1計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)就是按照人的要求接收和存儲信息,自動進行數(shù)據(jù)處理和計算,并輸出結果信息的機器系統(tǒng)。它是一個相當復雜的系統(tǒng),即使是目前非常普及的個人計算機也是如此。計算機系統(tǒng)擁有豐富的硬件、軟件資源,操作系統(tǒng)要對這些資源進行管理。一個計算機系統(tǒng)由硬件(子)系統(tǒng)和軟件(子)系統(tǒng)組成。其中,硬件系統(tǒng)是借助電、磁、光、機械等原理構成的各種物理部件的有機結合,它構成了系統(tǒng)本身和用戶作業(yè)賴以活動的物質(zhì)基礎和工作環(huán)境;計算機硬件通常是由中央處理機(運算器和控制器)、存儲器、輸入設備和輸出設備等部件組成。軟件系統(tǒng)是各種程序和文件,用于指揮整個系統(tǒng)按照指定的要求進行工作。下一頁

返回1.1操作系統(tǒng)的概念現(xiàn)代計算機不再簡單地被認為是一種普通的電子設備,它是一種進行計算或者控制那些可以表示為數(shù)字或者邏輯形式的操作的設備。近年來,大型計算機系統(tǒng)的模型呈現(xiàn)為層次式結構,即將一個操作系統(tǒng)分為若干層次。圖1-1所示是一般的計算機系統(tǒng)的層次結構。從層次結構中可以看出,最外層是各種用戶,最底層是硬件系統(tǒng)。人與硬件系統(tǒng)的接口是軟件系統(tǒng),軟件系統(tǒng)大致可以分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件如操作系統(tǒng)、編輯軟件、多種語言處理程序(匯編和編譯程序等)、連接裝配程序、系統(tǒng)實用程序、多種工具軟件等;應用軟件是為應用編制的程序,諸如財務系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)、航空訂票系統(tǒng)等。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念一臺沒有任何軟件支持的計算機稱為裸機(baremachine),它只是構成了計算機系統(tǒng)的物質(zhì)基礎,而實際呈現(xiàn)在用戶面前的計算機系統(tǒng)是經(jīng)過若干層軟件改造的計算機。計算機的硬件和軟件以及應用之間是一種層次結構關系。裸機在最里層,覆蓋在裸機上的第一層軟件是操作系統(tǒng),經(jīng)過操作系統(tǒng)提供的資源管理功能和方便用戶的各種服務功能把裸機改造成為功能更強、使用更為方便的機器,通常稱之為虛擬機(virtualmachine)或擴展機(extendedmachine),而各種應用程序運行在操作系統(tǒng)之上,它們以操作系統(tǒng)作為支撐環(huán)境,同時又向用戶提供完成其作業(yè)所需的各種服務。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念1.計算機硬件簡介操作系統(tǒng)管理和控制計算機系統(tǒng)中的所有軟硬件資源。由計算機系統(tǒng)的層次結構可以看出,操作系統(tǒng)是一個運行在硬件之上的系統(tǒng)軟件,因此有必要對運行操作系統(tǒng)的硬件環(huán)境有所了解。計算機硬件是指計算機系統(tǒng)中由電子、機械和光電元件等組成的各種物理裝置的總稱。這些物理裝置按系統(tǒng)結構的要求構成一個有機整體,為計算機軟件運行提供物質(zhì)基礎。簡而言之,計算機硬件的功能是輸入并存儲程序和數(shù)據(jù),以及執(zhí)行程序把數(shù)據(jù)加工成可以利用的形式。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念構成計算機的基本硬件元素有4種:運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備。從外觀上來看,微機由主機箱和外部設備組成。主機箱內(nèi)主要包括CPU、內(nèi)存、主板、硬盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、各種擴展卡、連接線、電源等;外部設備包括鼠標、鍵盤、顯示器、音箱等,這些設備通過接口和連接線與主機相連。運算器能進行加、減、乘、除等基本運算。存儲器不僅能存放數(shù)據(jù),而且能存放指令,計算機能區(qū)分是數(shù)據(jù)還是指令。控制器能自動執(zhí)行指令。操作人員能通過輸入、輸出設備和主機進行通信。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念(1)運算器:是計算機中執(zhí)行各種算術和邏輯運算操作的部件。計算機運行時,運算器的操作和操作種類由控制器決定。運算器處理的數(shù)據(jù)來自存儲器,處理后的結果數(shù)據(jù)通常送回存儲器,或暫時寄存在運算器中。運算器的處理對象是數(shù)據(jù),所以數(shù)據(jù)長度和計算機數(shù)據(jù)表示方法對運算器的性能影響極大。運算器由算術邏輯單元(ALU)、累加寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和狀態(tài)條件寄存器組成,它是數(shù)據(jù)加工處理部件。相對控制器而言,運算器接受控制器的命令而進行操作,即運算器所進行的全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號來指揮的,所以它是執(zhí)行部件。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念(2)控制器:是發(fā)布命令的“決策機構”,即完成協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。根據(jù)事先給定的命令發(fā)出控制信息,使整個計算機指令執(zhí)行過程一步一步地進行,是計算機的神經(jīng)中樞??刂破鞯闹饕δ苁牵簭膬?nèi)存中取出一條指令,并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置;對指令進行譯碼或測試,并產(chǎn)生相應的操作控制信號,以便啟動規(guī)定的動作;指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入/輸出設備之間數(shù)據(jù)流動的方向。(3)存儲器:是計算機系統(tǒng)中的記憶設備,用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中的全部信息,包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念它根據(jù)控制器指定的位置存入和取出信息。按用途存儲器可分為主存儲器(內(nèi)存)和輔助存儲器(外存)。外存通常是磁性介質(zhì)或光盤等,能長期保存信息。內(nèi)存指主板上的存儲部件,用來存放當前正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)和程序,但僅用于暫時存放程序和數(shù)據(jù),關閉電源或斷電,數(shù)據(jù)就會丟失。主存儲器與運算器、控制器等部件直接交換信息。(4)輸入設備:是向計算機輸入數(shù)據(jù)和信息的設備,是計算機與用戶或其他設備通信的橋梁。輸入設備是用戶和計算機系統(tǒng)之間進行信息交換的主要裝置之一。鍵盤、鼠標、攝像頭、掃描儀、光筆、手寫輸入板、游戲桿、語音輸入裝置等都屬于輸入設備。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念輸入設備(inputdevice)是人或外部與計算機進行交互的一種裝置,用于把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)據(jù)的程序輸入計算機中。現(xiàn)在的計算機能夠接收各種各樣的數(shù)據(jù),既可以是數(shù)值型的數(shù)據(jù),也可以是各種非數(shù)值型的數(shù)據(jù),如圖形、圖像、聲音等都可以通過不同類型的輸入設備輸入計算機中,進行存儲、處理和輸出。(5)輸出設備:用于將計算機中的數(shù)據(jù)或信息輸出給用戶,是人與計算機交互的一種部件。它把各種計算結果數(shù)據(jù)或信息以數(shù)字、字符、圖像、聲音等形式表示出來。常見的輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀、影像輸出系統(tǒng)、語音輸出系統(tǒng)、磁記錄設備等。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念自從計算機誕生以來,硬件在計算機系統(tǒng)成本中一直占主要比重,直到進入20世紀80年代才開始發(fā)生明顯的變化。由于軟件在計算機系統(tǒng)中的地位日趨重要,其開發(fā)成本也越來越高,從而使得它在計算機系統(tǒng)成本中的比重迅速提高,進入20世紀90年代已逐漸與硬件平分秋色。從計算機硬件角度看,主機部分無論從重要性還是從成本來看,其主導地位一直保持到20世紀70年代中期。后來,作為計算機的“手足”“感官”和“數(shù)據(jù)倉庫”的外圍設備的重要性日益增長,新型高性能品種不斷涌現(xiàn),加上數(shù)據(jù)庫技術的成熟要求輔助存儲器的容量越來越大,從而使得外圍設備在硬件成本中的比重越來越大。特別是由于輸入輸出設備的發(fā)展,人同計算機的界面越來越友好。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念2.計算機軟件計算機軟件是指計算機系統(tǒng)中的程序及其文檔。程序是計算任務的處理對象和處理規(guī)則的描述;文檔是為了便于了解程序所需的闡明性資料。程序必須裝入機器內(nèi)部才能工作,文檔一般是給人看的,不一定裝入機器。軟件是用戶與硬件之間的接口界面。用戶主要通過軟件與計算機進行交流。軟件是計算機系統(tǒng)設計的重要依據(jù)。為了方便用戶,為了使計算機系統(tǒng)具有較高的總體效用,在設計計算機系統(tǒng)時,必須從整體上考慮軟件與硬件的結合,以及用戶的要求和軟件的要求。計算機軟件總體分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念1.1.2操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)(operatingsystem,OS)是由一系列程序模塊組成的,它的基本功能是資源管理和方便用戶管理中央處理器、內(nèi)存、I/O設備和文件,提供用戶接口。操作系統(tǒng)就是告訴用戶操作系統(tǒng)內(nèi)外部的工作原理,包括操作系統(tǒng)內(nèi)外部的工作過程、結構、界面,以及相應的技術、理論、概念、算法等。操作系統(tǒng)是裸機之上的第一層軟件。操作系統(tǒng)是控制其他程序運行,管理系統(tǒng)資源并為用戶提供操作界面的系統(tǒng)軟件的集合。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念它管理系統(tǒng)資源的使用和各種應用程序的活動。其主要功能有兩個:第一,為程序開發(fā)和執(zhí)行提供一個方便的環(huán)境;第二,為保證計算機系統(tǒng)順利執(zhí)行,操作系統(tǒng)對各個計算機活動進行調(diào)度。操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展是與計算機硬件的發(fā)展密切相關的。隨著CPU的速度越來越快,它與機械設備在速度上越來越不匹配,由此推動了批處理系統(tǒng)的產(chǎn)生。以后出現(xiàn)的通道和中斷機構,又推動了多道程序系統(tǒng)的產(chǎn)生。以后又相繼出現(xiàn)了多道批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、實時系統(tǒng)、個人機系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)這類系統(tǒng)軟件有自己的基本特征,即并發(fā)、共享和異步性。在操作系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度、管理下,各種實體充分并行,而且安全地共享資源,約束和協(xié)調(diào)彼此間的關系。操作系統(tǒng)提供了大量的服務,在最底層是系統(tǒng)調(diào)用,它允許正在運行的程序直接得到操作系統(tǒng)的服務;在較高層,命令解釋程序為用戶提供請求服務的機制,而不必編寫程序。這些命令可來自卡片(批處理)或直接來自終端(交互式或分時系統(tǒng))。系統(tǒng)程序提供了滿足用戶請求的另一種機制。在高層是圖形界面,用戶利用鼠標、窗口、菜單、圖標等圖形工具可方便有效地進行軟件開發(fā)和系統(tǒng)管理等工作。上一頁

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返回1.1操作系統(tǒng)的概念綜上所述,操作系統(tǒng)可以定義為:操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的系統(tǒng)軟件,能有效地組織和管理計算機系統(tǒng)中的各種軟硬件資源的分配、調(diào)度工作,控制協(xié)調(diào)多個任務的活動,實現(xiàn)信息的存取保護,并向用戶提供各種服務功能,使用戶獲得良好的工作環(huán)境。上一頁

返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)的形成迄今已有50余年的時間,在20世紀50年代中期出現(xiàn)了第一個簡單的批處理操作系統(tǒng),到20世紀60年代中期產(chǎn)生了多道批處理操作系統(tǒng),不久又出現(xiàn)了基于多道程序的分時系統(tǒng)。20世紀80年代是微機操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)形成和大發(fā)展的時代。此后,分布式操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。1.2.1操作系統(tǒng)的形成階段1.手工操作階段第一代計算機時期,構成計算機的主要元器件是電子管,計算機運算速度慢,沒有操作系統(tǒng),甚至沒有任何軟件。這時的計算機操作是由用戶(即程序員)采用人工操作方式直接使用計算機硬件系統(tǒng),由手工控制作業(yè)的輸入輸出,通過控制臺開關啟動程序運行。下一頁

返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展到20世紀50年代,出現(xiàn)了穿孔卡片和紙帶,程序員將事先已穿孔(對應于程序和數(shù)據(jù))的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(或卡片輸入機),再啟動它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計算機,然后啟動計算機運行。當程序運行完畢并取走計算結果后,才允許下一個用戶上機操作。手工操作階段,計算機的工作過程如圖1-2所示。手工操作階段計算機的特點如下:

(1)用戶獨占CPU和系統(tǒng)所有資源。一臺計算機的全部資源只能由一個用戶獨占。

(2)輸入輸出主要是紙帶和卡片。

(3)CPU和系統(tǒng)資源等待人工操作,資源利用率很低。

(4)程序的啟動和退出都以手工方式來操作。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展可見,手工操作方式嚴重降低了計算機資源的利用率,即形成了所謂的高速的計算機設備與低速的手工操作之間的矛盾。對早期的計算機而言,由于計算機本身擁有的資源并不是很多,雖然計算速度慢,但人機矛盾尚不突出。隨著處理機速度的提高,系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大,人機矛盾也就變得日趨嚴重。2.早期批處理階段在早期計算機發(fā)展階段,用戶上機時需要自己建立和運行作業(yè),并做結束處理。在程序員操作的過程中,由于沒有任何用于管理的軟件,很容易出現(xiàn)問題,這些都由用戶自己承擔。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展由于每個作業(yè)步都由許多作業(yè)組成,程序員由于手工操作,很容易出現(xiàn)錯誤而需要從頭開始。在當時,計算機的價格是極其昂貴的,使用計算機的時間是非常寶貴的,提高CPU的利用率成為一項迫切的任務。批處理就是應這種要求而產(chǎn)生的。所謂批處理(batchprocessing)就是將作業(yè)按照它們的性質(zhì)分組(或分批),然后再成組(或成批)地提交給計算機系統(tǒng),由計算機白動完成后再輸出結果,從而減少作業(yè)建立和結束過程中的時間浪費。根據(jù)在內(nèi)存中允許存放的作業(yè)數(shù),批處理系統(tǒng)又分為單道批處理系統(tǒng)和多道批處理系統(tǒng)。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展早期的批處理系統(tǒng)屬于單道批處理系統(tǒng),其目的是減少作業(yè)間轉(zhuǎn)換時的人工操作,從而減少CPU的等待時間。它的特征是內(nèi)存中只允許存放一個作業(yè),即只有當前正在運行的作業(yè)才能駐留內(nèi)存,作業(yè)的執(zhí)行順序是先進先出,即按順序執(zhí)行。批處理系統(tǒng)的工作方式是:用戶將作業(yè)交給系統(tǒng)操作員,系統(tǒng)操作員將許多用戶的作業(yè)組成一批作業(yè),之后輸入計算機中,在系統(tǒng)中形成一個自動轉(zhuǎn)接的連續(xù)的作業(yè)流,然后啟動操作系統(tǒng),系統(tǒng)自動、依次執(zhí)行每個作業(yè),最后由操作員將作業(yè)結果交給用戶。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展早期的批處理方式分為聯(lián)機批處理和脫機批處理方式。首先出現(xiàn)的是聯(lián)機批處理系統(tǒng)。1)聯(lián)機批處理聯(lián)機批處理由CPU直接控制作業(yè)的輸入與輸出,這是操作系統(tǒng)的雛形,稱為監(jiān)控程序(monitor),負責作業(yè)的處理。在聯(lián)機批處理系統(tǒng)中,主機與輸入機之間增加一個存儲設備——磁帶,在存于主機的操作系統(tǒng)的自動控制下,計算機可以自動把成批的用戶作業(yè)通過輸入機讀入磁帶中,再自動把磁帶上的用戶作業(yè)讀入主機內(nèi)存并執(zhí)行,最終把計算結果向輸出機輸出。完成了前一批作業(yè)后,監(jiān)控程序又從輸入機上輸入另一批作業(yè),保存在磁帶上,并按前述步驟重復操作。整個過程如圖1-3所示。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展這樣,監(jiān)控程序不停地處理各個作業(yè),從而實現(xiàn)了作業(yè)到作業(yè)的自動轉(zhuǎn)接,減少了作業(yè)的建立時間和手工操作時間,實現(xiàn)了用戶作業(yè)的自動成批執(zhí)行,從而有效地克服了人機之間的矛盾,提高了計算機的利用率。但是,在作業(yè)輸入和結果輸出時,主機與外設在處理速度上是不匹配的,主機高速的CPU的計算速度與低速的輸入/輸出設備的速度不相適應,在聯(lián)機批處理方式下,外設都處于主機的控制之下。在外設處理數(shù)據(jù)時,主機處于“忙”的狀態(tài),主機高速的CPU與低速的外設之間的矛盾就顯現(xiàn)出來了。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展2)脫機批處理系統(tǒng)為了克服與緩解高速主機與低速外設的矛盾,提高CPU的利用率,在批處理系統(tǒng)當中引入了脫機批處理系統(tǒng),即脫離主機控制的輸入/輸出批處理系統(tǒng),如圖1-4所示。在脫機批處理系統(tǒng)中,除了主機外,另設一臺衛(wèi)星機,從圖1-4中可以看出,該計算機僅與輸入/輸出設備相連,不與主機相連。輸入設備上的作業(yè)通過衛(wèi)星機輸入高速磁帶上,主機從高速磁帶上把作業(yè)讀入內(nèi)存并執(zhí)行。作業(yè)執(zhí)行完成后,主機負責將結果輸出到高速磁盤,然后,衛(wèi)星機從磁盤將結果讀出并交給打印機進行打印輸出。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展這樣,輸入/輸出設備脫離了主機,衛(wèi)星機和主機可以并行工作,大大加快了程序的處理和數(shù)據(jù)的輸入和輸出。衛(wèi)星機在這里起的主要作用,一是從輸入設備上讀取用戶作業(yè)并存放到輸入磁帶上;二是從輸出磁帶上讀取執(zhí)行結果并傳給輸出設備。脫機批處理系統(tǒng)在20世紀60年代應用十分廣泛,它極大地緩解了人機矛盾及主機與外設的矛盾。IBM-7090/7094配備的監(jiān)督程序就是脫機批處理系統(tǒng),它是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的原型。脫機批處理系統(tǒng)雖然優(yōu)于手工操作及批處理系統(tǒng),但仍存在不足:每次主機內(nèi)存中僅存一道作業(yè),每當在它運行期間發(fā)出輸入/輸出請求后,高速的CPU便處于等待低速的輸入/輸出設備完成的狀態(tài),致使CPU空閑。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展3.多道程序系統(tǒng)1)多道程序設計技術在單道批處理系統(tǒng)中,內(nèi)存中僅有一道任務,無法充分利用系統(tǒng)中的所有資源,導致系統(tǒng)中仍有許多資源空閑,設備利用率低,系統(tǒng)性能差。在20世紀60年代中期,計算機的體系結構發(fā)生了很大的變化,由以CPU為中心的結構改變?yōu)橐灾鞔鏋橹行模乖趦?nèi)存中同時裝入多個作業(yè)(或任務)成為可能,使多道程序的概念成為現(xiàn)實。所謂多道程序設計,指的是允許多個程序同時進入一個計算機系統(tǒng)的主存儲器并啟動進行計算的方法。也就是說,計算機內(nèi)存中可以同時存放多道(兩個以上相互獨立的)程序,使它們在系統(tǒng)中并發(fā)執(zhí)行,共享系統(tǒng)中的各種資源。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展多道程序設計的基本思想是:在內(nèi)存中同時存放多道程序,在管理程序的控制下交替執(zhí)行。這些程序共享CPU和系統(tǒng)中的其他資源。20世紀60年代中期引入了多道程序設計技術,由此形成了多道批處理系統(tǒng)。單道程序與多道程序的運行過程分別如圖1-5和圖1-6所示。從圖1-5可以看出,在A程序計算時,I/O空閑,當A程序進行I/O操作時,CPU空閑,B程序也是如此,只有在A程序完成操作后,B程序才能進入內(nèi)存中開始工作,兩者是串行的。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展從圖1-6可以看出,A、B兩道程序同時存放在內(nèi)存中,它們在系統(tǒng)的控制下,可以相互穿插、交替地在CPU上運行。當某道程序因某種原因不能繼續(xù)運行下去時,比如進行I/O操作,操作系統(tǒng)便將另一道程序投入運行,這樣可以使CPU和外部設備始終處于“忙”的狀態(tài),大大提高了資源的利用率,也提高了系統(tǒng)的效率。顯然,采用多道程序設計后,不僅使CPU得到了充分利用,同時還可改善I/O設備和內(nèi)存的利用率,從而提高了整個系統(tǒng)的資源利用率和系統(tǒng)吞吐量,最終提高了整個系統(tǒng)的效率。多道程序設計技術對操作系統(tǒng)的發(fā)展起到的作用如下:(1)操作系統(tǒng)在引入多道程序設計技術后,使得系統(tǒng)具有了多道,宏觀上并行,微觀上串行的特點。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展(2)多道程序設計主要是使OS能更好地對計算機進行管理。(3)使計算機的硬件資源得到更充分的利用。在OS中引入多道程序設計技術帶來的好處如下:(1)提高了CPU的利用率。(2)提高了內(nèi)存和I/O設備的利用率。(3)增加系統(tǒng)吞吐量。多道程序系統(tǒng)的出現(xiàn),標志著操作系統(tǒng)進入漸趨成熟的階段,先后出現(xiàn)了作業(yè)調(diào)度管理、處理機管理、存儲器管理、外部設備管理、文件系統(tǒng)管理等功能。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展2)多道批處理系統(tǒng)現(xiàn)在的批處理系統(tǒng)主要指多道批處理系統(tǒng),它通常用在以科學計算為主的大中型計算機上,由于多道程序能交替使用CPU,提高了CPU及其他系統(tǒng)資源的利用率,同時也提高了系統(tǒng)的效率。多道批處理系統(tǒng)的缺點是延長了作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間,用戶不能進行直接干預,缺少交互性,不利于程序的開發(fā)與調(diào)試。多道批處理系統(tǒng)的特點如下:

(1)多道:在內(nèi)存中同時存放多個作業(yè),使之同時處于運行狀態(tài),這些作業(yè)共享CPU和外部設備等資源。

(2)成批:用戶和其作業(yè)之間沒有交互性。用戶不能干預作業(yè)的運行,發(fā)現(xiàn)作業(yè)錯誤不能及時改正。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展4.分時系統(tǒng)由于CPU速度的不斷提高和采用分時技術,一臺計算機可同時連接多個用戶終端,每個用戶可在自己的終端上聯(lián)機使用計算機,好像自己獨占機器一樣。分時是指多個用戶分享同一臺計算機,多個程序分時共享硬件和軟件資源。所謂分時技術,就是把處理機的運行時間分成很短的時間片,這些時間片輪流分配給各個聯(lián)機的作業(yè)使用。如果某作業(yè)在分配給它的時間片用完時仍未完成,則該作業(yè)就暫時中斷,等待下一輪運行,并把處理機的控制權讓給另一個作業(yè)使用。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展由于計算機速度很快,作業(yè)運行輪轉(zhuǎn)的速度也很快,使得用戶總感覺好像白己獨占了一臺計算機。每個用戶可以通過自己的終端向系統(tǒng)發(fā)出各種操作控制命令,在人機交互的情況下,完成作業(yè)的運行。在分時系統(tǒng)中響應時間是非常重要的,減少用戶數(shù)目和減少時間片的大小無疑會改善響應時間,但這會損害系統(tǒng)的性能。采用虛存技術能減少內(nèi)外存之間的對換信息量,從而使CPU有更多的時間去處理終端用戶作業(yè),響應時間能顯著縮短。分時系統(tǒng)的特征可以概括為以下4點。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展(1)同時性:若干用戶可同時上機使用計算機系統(tǒng)。

(2)交互性:用戶能方便地與系統(tǒng)進行人一機對話。

(3)獨立性:系統(tǒng)中各用戶可以彼此獨立進行操作,互不干擾和破壞,用戶感覺就像自己獨自一個人占用主機一樣。

(4)及時性:用戶的請求能在很短的時間內(nèi)得到響應,此時間間隔是以人們所能接受的等待時間為限,通常為2~3s。分時系統(tǒng)為用戶提供了友好的接口,即用戶能在較短時間內(nèi)得到響應,能以對話方式完成對程序的編寫、調(diào)試、修改、運行和得到運行的結果;促進了計算機普及,一個分時系統(tǒng)可帶多臺終端,可同時為多個用戶使用,這給教學和辦公自動化提供了很大的方便;便于資源共享和交換信息,為軟件開發(fā)和工程設計提供了良好的環(huán)境。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展5.實時系統(tǒng)雖然多道批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)已能獲得較令人滿意的資源利用率和系統(tǒng)響應時間,但隨著計算機應用領域的日益廣泛,它們已不能滿足實時控制與實時信息處理兩個領域的需求,于是就產(chǎn)生了實時系統(tǒng)。其具體含義是指能夠及時響應隨機發(fā)生的外部事件,并在嚴格的時間范圍內(nèi)完成對事件的處理。實時操作系統(tǒng)是以在允許的時間范圍內(nèi)做出快速響應為特征的。它要求計算機對于外來信息能以足夠快的速度進行處理,并在被控對象允許的時間范圍內(nèi)做出快速響應,其響應時間要求在秒級、毫秒級甚至是微秒級或者更小。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展通常,實時系統(tǒng)在一個特定的應用中是作為一種控制設備來使用的。通過模一數(shù)轉(zhuǎn)換裝置,將描述物理設備狀態(tài)的某些物理量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳給計算機,計算機分析接收來的數(shù)據(jù),記錄結果,并通過數(shù)一模轉(zhuǎn)換裝置向物理設備發(fā)送控制信號,來調(diào)整物理設備的狀態(tài)。實時系統(tǒng)可分為如下兩類。(1)實時控制系統(tǒng)。當用于飛機飛行、導彈發(fā)射等的自動控制時,要求計算機能盡快處理測量系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù),即時地對飛機或?qū)椷M行控制,或?qū)⒂嘘P信息通過顯示終端提供給決策人員。當用于軋鋼、石化等工業(yè)生產(chǎn)過程控制時,也要求計算機能夠即時處理由各種傳感器送進來的數(shù)據(jù),然后控制相應的執(zhí)行機構。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展(2)實時信息處理系統(tǒng)。當用于預訂飛機票,查詢有關航班、航線、票價等事宜時,或當用于銀行系統(tǒng)情報檢索系統(tǒng)時,都要求計算機能對終端設備發(fā)來的服務請求予以正確回答。此類對響應即時性的要求稍弱于實時控制系統(tǒng)。實時系統(tǒng)的主要特點如下。(1)及時響應。每一個信息接收、分析、處理和發(fā)送的過程必須在嚴格的時間限度內(nèi)完成。(2)高可靠性。需采取冗余措施,雙機系統(tǒng)前后臺工作,也包括必要的保密措施等。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展6.通用操作系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)的不斷改進,實時系統(tǒng)的出現(xiàn)及其應用的日益廣泛,使得操作系統(tǒng)日益完善,它們構成了操作系統(tǒng)的3種基本類型。在此基礎上,又發(fā)展了具有多種類型操作特征的操作系統(tǒng),稱為通用操作系統(tǒng)。它可以同時兼有多道批處理、分時、實時處理的功能,或其中兩種以上的功能。20世紀60年代中期,國際上開始研制一些大型通用操作系統(tǒng)。這些系統(tǒng)試圖達到功能齊全,可適應各種應用范圍和操作方式變化多端的環(huán)境的目標。但是,這些系統(tǒng)過于復雜和龐大,研制時不僅付出了巨大的代價,且在解決其可靠性、可維護性和可理解性方面都遇到了很大的困難。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展相比之下,UNIX操作系統(tǒng)卻是一個例外。這是一個通用的多用戶交互型的操作系統(tǒng)。它首先建立一個精干的核心,而其功能足以與許多大型的操作系統(tǒng)相媲美,在核心層以外,可以支持龐大的軟件系統(tǒng)。它很快得到推廣應用,并得以不斷完善,對現(xiàn)代操作系統(tǒng)有著重大的影響。至此,操作系統(tǒng)的基本概念、功能、基本結構和組成已漸趨完善。衡量一個通用操作系統(tǒng)的性能時,可以通過以下幾個指標進行:

(1)系統(tǒng)的可靠性、可維護性和可用性。

(2)系統(tǒng)的吞吐量。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展(3)系統(tǒng)的響應時間。

(4)可移植性,即把一個操作系統(tǒng)從一種硬件環(huán)境移植到另一種硬件環(huán)境所需要的工作量。

(5)系統(tǒng)資源利用率。7.操作系統(tǒng)的進一步發(fā)展進入20世紀80年代,大規(guī)模集成電路工藝技術的飛速發(fā)展,微處理機的出現(xiàn)和發(fā)展,掀起了計算機大發(fā)展、大普及的浪潮。一方面迎來了個人計算機時代,同時計算機又向計算機網(wǎng)絡、分布式處理、巨型計算機和智能化方向發(fā)展。于是操作系統(tǒng)有了進一步發(fā)展,如個人計算機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)等。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展1)個人計算機操作系統(tǒng)個人計算機上的操作系統(tǒng)是一種聯(lián)機交互的單用戶操作系統(tǒng),它提供的聯(lián)機交互功能與通用分時系統(tǒng)提供的功能很相似。2)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡是指通過通信設施,將地理上分散的、具有自治功能的多個計算機系統(tǒng)互聯(lián)起來,實現(xiàn)信息交換、資源共享、互操作和協(xié)作處理的系統(tǒng)。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)就是在原來各自計算機操作系統(tǒng)上,按照網(wǎng)絡體系結構的各個協(xié)議標準增加網(wǎng)絡管理模塊,其中包括通信、資源共享、系統(tǒng)安全和各種網(wǎng)絡應用服務等功能。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展網(wǎng)絡操作系統(tǒng)與通常的操作系統(tǒng)的區(qū)別是:網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡上各計算機能方便而有效地共享網(wǎng)絡資源,為網(wǎng)絡用戶提供所需的各種服務的軟件和有關規(guī)程的集合。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)與通常的操作系統(tǒng)有所不同,它除了應具有通常操作系統(tǒng)應具有的處理機管理、存儲器管理、設備管理和文件管理外,還應具有以下兩大功能:

(1)提供高效、可靠的網(wǎng)絡通信能力。

(2)提供多種網(wǎng)絡服務功能,如遠程作業(yè)錄入并進行處理的服務功能;文件轉(zhuǎn)輸服務功能;電子郵件服務功能;遠程打印服務功能。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展3)分布式操作系統(tǒng)大量的實際應用要求一個完整的、一體化的系統(tǒng),而且又具有分布處理能力。計算機網(wǎng)絡是分布式系統(tǒng)的物理基礎,因為計算機之間的通信是經(jīng)由通信鏈路的消息交換完成的,它和常規(guī)網(wǎng)絡一樣具有模塊性、并行性、自治性和通信性等特點。但是,它比常規(guī)網(wǎng)絡又有進一步的發(fā)展。例如,常規(guī)網(wǎng)絡中的并行性僅僅意味著獨立性,而分布式系統(tǒng)中的并行性還意味著合作。原因在于,分布式系統(tǒng)已不再是一個物理上的松散耦合系統(tǒng),而是一個邏輯上的緊密耦合的系統(tǒng)。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展從表面上看,分布式系統(tǒng)與計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)沒有多大區(qū)別。分布式系統(tǒng)也是通過通信網(wǎng)絡,將地理上分散的具有自治功能的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)互連起來,實現(xiàn)信息交換和資源共享,協(xié)作完成任務。但有如下明顯的區(qū)別應予以考慮。

(1)分布式系統(tǒng)要求一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng),實現(xiàn)系統(tǒng)操作的統(tǒng)一性。

(2)分布式操作系統(tǒng)管理分布式系統(tǒng)中的所有資源,負責全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務劃分、信息傳輸和控制協(xié)調(diào)工作,并為用戶提供一個統(tǒng)一的界面。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展(3)用戶通過這一界面,實現(xiàn)所需的操作系統(tǒng)和使用系統(tǒng)資源,至于操作定在哪一臺計算機上執(zhí)行,或使用哪臺計算機的資源,則是由操作系統(tǒng)完成的,用戶不必知道,這就是系統(tǒng)的透明性。

(4)分布式系統(tǒng)更強調(diào)分布式計算和處理,因此對于多機合作和系統(tǒng)的重構、堅強性和容錯能力有更高的要求,希望系統(tǒng)有更短的響應時間、高吞吐量和高可靠性。4)嵌入式操作系統(tǒng)隨著以計算機技術、通信技術為主的信息技術的快速發(fā)展和Internet的廣泛應用,計算機是貫穿社會信息化的核心技術,網(wǎng)絡和通信是社會信息化賴以存在的基礎設施,電子消費品是人與社會信息化的主要接口。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展信息設備的使用將要求把計算機嵌入各種設備中,以適應不同的應用領域。由于嵌入式計算機與其他計算機系統(tǒng)有著巨大的差別,它需要相應軟件的支持,而嵌入式操作系統(tǒng)是各類嵌入式軟件的基本支撐。嵌入式操作系統(tǒng)是指嵌入各種設備、裝置或系統(tǒng)中,控制和協(xié)調(diào)系統(tǒng)各種部件操作,完成特定功能的系統(tǒng)軟件。它具有操作系統(tǒng)的基本功能,又具有微型化、實時性、可靠性和易移植等特點。目前比較有代表性的嵌入式操作系統(tǒng)是VxWorks。VxWorks支持各種工業(yè)標準,包括POSIX、ANSIC和TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展1.2.2操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用主要體現(xiàn)在以下兩方面。1.管理系統(tǒng)資源操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)中的各種資源,包括硬件資源和軟件資源。在計算機系統(tǒng)中,所有硬件部件(如CPU、存儲器、輸入/輸出設備等)稱為硬件資源,程序和數(shù)據(jù)等信息稱為軟件資源。操作系統(tǒng)對每一種資源的管理都必須進行以下幾項工作。1)監(jiān)視資源監(jiān)視資源包括監(jiān)視資源的量、狀態(tài)、位置、使用者、可供分配的量和使用歷史等。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展2)決定分配資源策略決定分配資源策略包括選擇某種資源分配策略,決定誰有權限可以獲得這種資源,何時可以獲得,可以獲得多少,如何退回資源等。3)分配資源分配資源是指按照已決定的資源分配策略,對符合條件的申請者分配某種資源,并進行相應的管理事務處理。4)回收資源回收資源是指在使用者放棄某種資源之后,對該種資源進行善后處理,如果是可重復使用的資源,則進行回收、整理,以備再次使用。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展2.為用戶提供友好的界面操作系統(tǒng)必須為最終用戶和系統(tǒng)用戶的各種工作提供友好的界面,以方便用戶的工作。典型的操作系統(tǒng)界面有以下兩類。1)命令行界面命令行界面,如UNIX和MS-DOS操作系統(tǒng),在這類操作系統(tǒng)環(huán)境下,用戶通過鍵盤輸入完成某種工作的命令,操作系統(tǒng)分析命令的正確性,然后執(zhí)行命令并返回執(zhí)行結果。2)圖形化界面圖形化界面,如MSWindows操作系統(tǒng),在其提供的圖形化界面環(huán)境下,用戶可通過鼠標單擊某個按鈕或選擇某個菜單來完成相應的命令。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展1.2.3操作系統(tǒng)的類型由操作系統(tǒng)的發(fā)展史可知,隨著計算機技術和軟件技術的發(fā)展,已經(jīng)形成了各種類型的操作系統(tǒng),以滿足不同類型的應用要求。根據(jù)用戶操作系統(tǒng)使用環(huán)境對作業(yè)的處理方式,操作系統(tǒng)的基本類型有批處理操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)、個人計算機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)。20世紀80年代,隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展產(chǎn)生了微型計算機,配置在微機上的操作系統(tǒng)稱為微機操作系統(tǒng)。由于微機應用的普遍性、廣泛性,特意將微機操作系統(tǒng)作為另一類別的操作系統(tǒng)。微機操作系統(tǒng)又可以分為以下幾種。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展1.單用戶單任務微機操作系統(tǒng)這種操作系統(tǒng)每次僅允許一個用戶使用,且只允許用戶程序作為一個任務運行。單用戶單任務操作系統(tǒng)主要有以下兩種。(1)CP/M:是在1975年由DigitalResearch公司率先推出的、帶有軟盤系統(tǒng)的8位微機操作系統(tǒng),配置在以Intel8080/8085、280芯片為基礎的微機上,1979年又推出增加了硬盤管理功能的CP/M2.2版本。它是事實上的8位微機操作系統(tǒng)標準。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展(2)MS-D()S:1981年由Microsoft(微軟)公司開發(fā)的、配置在以Intel8080/8085芯片為基礎的IBM-PC個人計算機上的16位微機操作系統(tǒng)。它是在CP/M基礎上的大擴充,增加了許多內(nèi)部、外部命令,有較強的功能和性能優(yōu)良的文件系統(tǒng),是事實上的16位微機單用戶單任務操作系統(tǒng)。2.單用戶多任務操作系統(tǒng)這種操作系統(tǒng)每次僅允許一個用戶使用,但允許一個用戶程序分為若干個任務,使它們并發(fā)執(zhí)行,從而有效改善系統(tǒng)性能。單用戶任務操作系統(tǒng)主要有以下兩種。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展(1)OS/2:是在1987年由IBM公司開發(fā)的、配置在以Intel80286/80386/80486芯片為基礎的個人計算機上的16/32位微機操作系統(tǒng)。它能實現(xiàn)真正的多任務處理,允許16個任務并發(fā)執(zhí)行。(2)Windows系列:1990年由美國微軟公司推出的Windows3.0,以其易學易用、友好的用戶界面、支持多任務的優(yōu)點,很快占據(jù)了個人操作系統(tǒng)的市場。1992年推出的Windows3.1提供386增強模式,提高了運行速度,功能更強大。1995年推出的Windows95,1998年推出的Windows98及2000年推出的WindowsMe,成為32位多任務操作系統(tǒng)的主流。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展3.多用戶多任務微機操作系統(tǒng)如果允許多個用戶通過各自的終端,使用同一臺主機,共享主機系統(tǒng)中的各類資源,而每個用戶程序又可進一步分為若干個任務,使它們并發(fā)執(zhí)行,從而進一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量,則這種操作系統(tǒng)稱為多用戶多任務操作系統(tǒng)。在大、中、小型計算機上都可配置這種操作系統(tǒng),在32位微機上也有很多配置這種操作系統(tǒng)。多用戶多任務微機操作系統(tǒng)主要有以下幾種。(1)UNIX:1969年由美國電報電話公司的貝爾實驗室研發(fā),最初配置在DEC公司的PDP小型機上,后來在微機上也可以使用。上一頁

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返回1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展它是目前唯一在微機、工作站、小型機、中型機、大型機上都能運行的操作系統(tǒng),已成為世界一種主流的多用戶操作系統(tǒng)。它的種類繁多,主要有Xenix、Linux、Minix等。(2)Windows系列:1993年由微軟公司推出的WindowsNT,是一個全新的32位多用戶多任務操作系統(tǒng),具有很強的網(wǎng)絡支持功能。2000年推出的Windows2000,2001年推出的WindowsXP,2003年推出的Windows2003,2009年推出的Windows7,都是功能更強、性能更好的多用戶多任務微機操作系統(tǒng)。上一頁

返回1.3操作系統(tǒng)的功能如前所述,操作系統(tǒng)的職能是管理和控制計算機中的所有軟、硬件資源,合理地組織計算機工作流程,并為用戶提供一個良好的工作環(huán)境和友好的接口。計算機系統(tǒng)的主要硬件資源有處理機(CPU)、存儲器(內(nèi)存)、輸入/輸出設備(包括外存儲器);軟件資源往往以文件形式存放在外存儲器。因此,為正常履行職能,操作系統(tǒng)必須具有以下5方面基本功能。1.3.1進程管理進程管理主要是對處理機(CPU)進行管理。處理機管理的主要任務是對處理機的分配和運行實施有效的管理。在多道程序環(huán)境下,處理機的分配和運行又都是以進程為單位的,因此對處理機的管理可以歸納為對進程的管理。下一頁

返回1.3操作系統(tǒng)的功能CPU是計算機系統(tǒng)中最寶貴的硬件資源。為了提高CPU的利用率,人們采用了多道程序技術,當一個程序因等待某一條件而不能運行時,就把處理機占有權交給另一個可運行的程序;或者當出現(xiàn)了一個比當前運行程序更重要的可運行程序時,后者應能搶占CPU。為了描述多道批處理的并發(fā)執(zhí)行,就要引入進程的概念(詳見第3章)。通過進程管理協(xié)調(diào)多道批處理程序之間的關系,解決對處理機管理策略的不同,其提供的作業(yè)處理方式也就不同,如批處理方式、分時處理方式、實時處理方式,從而呈現(xiàn)在用戶面前的就是具有不同性質(zhì)的操作系統(tǒng)。上一頁

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返回1.3操作系統(tǒng)的功能1.3.2存儲管理存儲管理主要是管理內(nèi)存資源。存儲管理的主要任務就是對內(nèi)存進行分配、保護和擴充。雖然內(nèi)存芯片集成度不斷提高、價格不斷下降,但因內(nèi)存需求量大,其整體價格仍然較高;而且受CPU尋址能力的限制,內(nèi)存容量也有限。因此要使用戶存放在內(nèi)存中的程序和數(shù)據(jù)彼此隔離、互不侵擾,又能保證在一定條件下的共享,尤其是當內(nèi)存不夠用時,需解決內(nèi)存擴充問題,即將內(nèi)存和外存結合起來管理,為用戶提供一個容量比實際內(nèi)存大得多的虛擬存儲器。操作系統(tǒng)這個功能與硬件存儲器組織結構密切相關。上一頁

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返回1.3操作系統(tǒng)的功能1.3.3設備管理設備管理是指對計算機系統(tǒng)中除了CPU和內(nèi)存以外的所有輸入、輸出設備統(tǒng)稱外部設備)的管理。外部設備除了進行實際的輸入/輸出操作的設備外,還包括諸如設備控制器、通道等支持設備。外部設備的種類繁多、功能差異很大。設備管理負責外部設備的分配、啟動和故障處理。為了提高設備的使用效率和整個系統(tǒng)的運行速度,可以采用中斷技術、通道技術、虛擬設備技術和緩存技術(詳見第5章),盡可能地發(fā)揮設備和主機的并行工作能力。此外,設備管理應為用戶提供一個良好的界面,使用戶不必具體地了解設備及其物理特性接口技術細節(jié),就可以方便地使用這些設備。上一頁

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返回1.3操作系統(tǒng)的功能1.3.4文件管理系統(tǒng)中的信息資源(如程序和數(shù)據(jù))是以文件的形式存放在外存儲器(如磁盤、磁帶)上的,需要時再把它們裝入內(nèi)存。文件管理的任務是有效地支持文件的儲存、檢索和修改等操作,解決文件的共享、保密和保護問題,以使用戶方便、安全地訪問文件(詳見第6章)。操作系統(tǒng)一般都提供很強的文件系統(tǒng)。Windows7采用了數(shù)據(jù)庫中視圖功能引入庫的概念。1.3.5作業(yè)管理除了上述4項基本功能之外,操作系統(tǒng)還應該向用戶提供使用操作系統(tǒng)的手段,這就是操作系統(tǒng)的作業(yè)管理功能。上一頁

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返回1.3操作系統(tǒng)的功能按照用戶的觀點,操作系統(tǒng)是用戶與計算機之間的接口。因此,作業(yè)管理是為了給用戶提供一個使用系統(tǒng)的良好環(huán)境,使用戶能有效地組織自己的作業(yè)工作流程,并使整個系統(tǒng)高效地運行(詳見第2章)。除上述基本功能之外,操作系統(tǒng)還要具備中斷處理、錯誤處理等功能。操作系統(tǒng)的各功能之間并非完全獨立,它們之間還存在相互依賴的關系。上一頁

返回1.4操作系統(tǒng)的特征1.程序并發(fā)性所謂程序并發(fā)性,是指在計算機系統(tǒng)中同時存在多個程序,從宏觀上看,這些程序是同時向前推進的。在單CPU環(huán)境下,這些并發(fā)執(zhí)行的程序是交替在CPU上運行的。程序的并發(fā)性具體體現(xiàn)在兩個方面:用戶程序與用戶程序之間并發(fā)執(zhí)行;用戶程序與操作系統(tǒng)程序之間并發(fā)執(zhí)行。在多處理器的系統(tǒng)中,多個程序的并發(fā)特征,不僅在宏觀上是并發(fā)的,而且在微觀(即在處理器一級)上也是并發(fā)的。并發(fā)特征的示例如圖1-7所示。示例中用3個進程來完成一個作業(yè)的輸入、計算和打印3個操作。下一頁

返回1.4操作系統(tǒng)的特征2.共享性共享是指在一段時間內(nèi)多個并發(fā)進程交替使用有限的計算機資源,共享計算機資源。操作系統(tǒng)對資源要合理地分配和使用。共享資源有互斥共享方式和同時訪問方式兩種。互斥共享方式是指當一個進程占有資源時,其他進程不能同時再使用這個資源,必須等到該資源被放棄時再使用。同時訪問方式是指如程序段和磁盤等資源,可以由進程交替訪問。所謂資源共享性,是指操作系統(tǒng)程序與多個用戶程序共享系統(tǒng)中的各種資源。這種共享是在操作系統(tǒng)的控制下實現(xiàn)的。上一頁

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返回1.4操作系統(tǒng)的特征3.隨機性操作系統(tǒng)的運行是在一個隨機的環(huán)境中進行的,也就是說用戶不能對所運行的程序的行為以及硬件設備的情況做任何假定。一個設備可能在任何時候向處理器發(fā)出中斷請求,用戶也無法知道運行著的程序會在什么時候做什么事情,因而一般來說無法確切地知道操作系統(tǒng)正處于什么樣的狀態(tài)之中,這就是隨機性的含義。但是,這并不是說操作系統(tǒng)不可以很好地控制資源的使用和程序的運行,而是強調(diào)了操作系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)要充分考慮各種可能性,以便穩(wěn)定、可靠、安全和高效地達到程序并發(fā)和資源共享的目的。上一頁

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返回1.4操作系統(tǒng)的特征4.虛擬性虛擬是指通過某種技術把物理實體轉(zhuǎn)換成若干個邏輯對應物。例如,地址空間具有虛擬性,它是由內(nèi)存空間通過劃分段表/頁表技術轉(zhuǎn)換而來的。上一頁

返回1.5操作系統(tǒng)的邏輯結構近年來,大型軟件都采用層次結構,即將一個軟件內(nèi)部分為若干個邏輯層次,各層次之間具有單項依賴關系,即高層依賴于低層(高層中的程序調(diào)用低層中的程序),而低層不依賴于高層(低層中的程序為高層程序提供服務),操作系統(tǒng)也是如此,由此形成了層次結構操作系統(tǒng),如圖1-8所示。事實上,每個操作系統(tǒng)從邏輯的角度來看都可以分為內(nèi)核和外殼兩個部分。其中,內(nèi)核部分是緊挨著硬件的部分,主要完成與硬件相關的功能,如操作系統(tǒng)的幾大功能模塊。1.5.1操作系統(tǒng)對象操作系統(tǒng)對象即操作系統(tǒng)操縱與管理的硬件和軟件資源,包括一個或多個處理機、存儲器系統(tǒng)、各類I/O設備、各類文件,這些不屬于操作系統(tǒng)本身。下一頁

返回1.5操作系統(tǒng)的邏輯結構1.5.2操作系統(tǒng)對象操縱和管理的軟件集合操作系統(tǒng)對象操縱和管理的軟件是操作系統(tǒng)的核心部件,集中反映了操作系統(tǒng)的功能。其中各部分軟件的層次關系如圖1-9所示。1.5.3用戶接口這部分屬于操作系統(tǒng)的作業(yè)管理功能,反映了操作系統(tǒng)向用戶提供服務的方式。這些服務主要分為如下幾種:(1)命令接口:這是用戶與操作系統(tǒng)直接的接口。用戶可以直接從鍵盤等終端設備輸入命令等,以此來取得操作系統(tǒng)的服務。上一頁

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返回1.5操作系統(tǒng)的邏輯結構(2)程序接口:這是應用程序與操作系統(tǒng)的接口。用戶通過在程序中安排系統(tǒng)調(diào)用指令,讓程序取得操作系統(tǒng)的服務。(3)圖形用戶接口:目前流行的操作系統(tǒng)普遍配置了更為直觀的圖形用戶接口,將操作系統(tǒng)的各項功能及各種應用程序以圖標的形式表示出來,利用鼠標進行操作,這樣使用戶對計算機的操作更加簡便直觀。上一頁

返回1.6常用操作系統(tǒng)介紹1.6.1Linux操作系統(tǒng)介紹Linux是一套免費使用和自由傳播的類UNIX操作系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是由世界各地成千上萬的程序員設計和實現(xiàn)的。其目的是建立不受任何商品化軟件版權制約的、全世界都能自由使用的UNIX兼容產(chǎn)品。I.inux是一個多用戶多任務分時操作系統(tǒng)。I.inux對硬件要求很低,能很好地運行在多種硬件平臺上,并能很好地支持虛擬內(nèi)存、虛擬文件系統(tǒng)和TCP/IP。進入21世紀以來,Linux已成為最受矚目的操作系統(tǒng)之一,其在網(wǎng)絡服務器端的應用在市場占有的份額也越來越大。下一頁

返回1.6常用操作系統(tǒng)介紹Linux是一種類似Minix的操作系統(tǒng)。1991年4月,芬蘭赫爾辛基大學學生LinusBenedictTorvalds不滿意Minix這個教學用的操作系統(tǒng)。出于愛好,他根據(jù)可在低檔機上使用的Minix設計了一個系統(tǒng)核心I.inux0.01,但沒有使用任何Minix或UNIX的源代碼。他通過USENET(即新聞組)宣布這是一個免費的系統(tǒng),主要在X86計算機上使用,希望大家一起來將它完善,并將源代碼放到了芬蘭的FTP站點上供人免費下載。由于許多專業(yè)用戶(主要是程序員)自愿地開發(fā)Linux的應用程序,并借助Internet讓大家一起修改,所以它周邊的程序越來越多,Linux本身也逐漸發(fā)展壯大起來。上一頁

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返回1.6常用操作系統(tǒng)介紹從1983年開始的GNU計劃致力于開發(fā)一個自由且完整的類UNIX操作系統(tǒng),包括軟件開發(fā)工具和各種應用程序。到1991年Linux內(nèi)核發(fā)布時,GNU已經(jīng)幾乎完成了除了系統(tǒng)內(nèi)核之外的各種必備軟件的開發(fā)。在LinusTorvalds和其他開發(fā)人員的努力下,GNU組件可以運行于Linux內(nèi)核之上。到了1995年,Linux可在Intel、Digital及SunSPARC處理器上運行了,用戶數(shù)量也超過了50萬個。1998年是I.inux迅猛發(fā)展的一年。1998年1月,小紅帽高級研發(fā)實驗室成立,同年RedHat5.0獲得了InfoWorld的操作系統(tǒng)獎項。4月Mozilla代碼發(fā)布,成為Linux圖形界面上的王牌瀏覽器。上一頁

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返回1.6常用操作系統(tǒng)介紹1999年,IBM宣布與Redhat公司建立伙伴關系,以確保RedHat在IBM機器上正確運行。3月,第一屆LinuxWorld大會的召開,象征Linux時代的來臨。進入21世紀以來,Linux系統(tǒng)的應用得到了進一步的發(fā)展。RedHat公司發(fā)布了嵌入式Linux的開發(fā)環(huán)境,Linux在嵌入式行業(yè)的潛力逐漸被挖掘出來。Linux是一種實用性很強的現(xiàn)代操作系統(tǒng)。開發(fā)它的中堅力量是經(jīng)驗豐富的軟件工程師,他們多以實用性和效率為出發(fā)點,很多地方還考慮了工業(yè)規(guī)范和兼容性等因素,因此不同于教學性操作系統(tǒng)單純追求理論上的先進性,Linux系統(tǒng)內(nèi)核的實用性和高效率都讓人嘆為觀止。上一頁

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返回1.6常用操作系統(tǒng)介紹Linux操作系統(tǒng)具有以下特點。(1)支持多用戶訪問和多任務編程。(2)功能強大。(3)源代碼開放。(4)全面支持TCP/IP。(5)支持多種文件系統(tǒng)。(6)安全性能好。上一頁

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返回1.6常用操作系統(tǒng)介紹1.6.2UNIX操作系統(tǒng)介紹UNIX-切源白于Bell實驗室,UNIX操作系統(tǒng)是由美國AT&T貝爾實驗室的計算機科學家KenThompSun和DennisRitchie于1969年創(chuàng)建的,它是目前唯一能運行在從微型機到巨型機的不同處理能力的機器上,并能提供多用戶多任務的分時操作系統(tǒng)。為了更好地支持UNIX系統(tǒng)的開發(fā),研究小組研制了系統(tǒng)程序設計語言C,并用C語言重寫了大部分程序,增加了多道程序設計等功能,移植到PDP-11/45、PDP-11/70等機器上,形成了Version3。上一頁

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返回1.6常用操作系統(tǒng)介紹UNIX系統(tǒng)之所以經(jīng)久不衰,其根本原因在于它具有以下幾個特點。(1)配置靈活。UNIX的系統(tǒng)結構分系統(tǒng)內(nèi)核和核外程序兩部分。系統(tǒng)內(nèi)核短小精悍,便于維護和擴充,可常駐內(nèi)存。而核外程序可進行靈活配置,便于做成開放系統(tǒng)。(2)可移植性強。UNIX系統(tǒng)的全部系統(tǒng)實用程序和90%以上的內(nèi)核程序是采用C語言編寫的。由于用C語言編寫的程序具有良好的可移植性,因此,UNIX系統(tǒng)也具有良好的可移植性。(3)性能完善。UNIX系統(tǒng)提供交互式、分時、多用戶多任務環(huán)境,能支持程序的并發(fā)執(zhí)行。內(nèi)存管理采用請求分頁式虛擬存儲管理,內(nèi)存利用率高。上一頁

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返回1.6常用操作系統(tǒng)介紹(4)用戶界面良好。UNIX系統(tǒng)提供shell和系統(tǒng)調(diào)用兩種界面,UNIX的shell功能強大,它不僅是命令解釋程序,還是一種程序設計語言;系統(tǒng)調(diào)用提供了用戶程序調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核功能的手段。(5)安全可靠。UNIX系統(tǒng)有著一套較為完善的安全機制,能很好地保護內(nèi)核程序和用戶程序或數(shù)據(jù)不被破壞。通過設置口令和多種權限來限制用戶的操作范圍,有效地實現(xiàn)保護系統(tǒng)的功能。而且,UNIX的文件系統(tǒng)具有典型的樹形目錄結構,能有效抵制外部惡意代碼的入侵。上一頁

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返回1.6常用操作系統(tǒng)介紹(6)網(wǎng)絡功能強。UNIX系統(tǒng)能很方便地實現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡中的通信,能很好地支持TCP/IP,在Internet中的應用十分廣泛。目前在Internet上的Web服務器中,使用UNIX系統(tǒng)占了很大的比例。UNIX操作系統(tǒng)是唯一能在微機工作站、小型機到大型機上都能運行的操作系統(tǒng),也是當今世界最流行的多用戶、多任務操作系統(tǒng)。1.6.3Windows操作系統(tǒng)介紹Microsoft公司從1983年開始研制Windows系統(tǒng),最初的研制目標是在MS-DOS的基礎上提供一個多任務的圖

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