操作系統(tǒng)-第1章-計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

操作系統(tǒng)

第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

RecommendedReading

?[1]操作系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)及應(yīng)用，劉乃琦，蒲曉蓉等，

高等教育出版社,2008

?[2]梁紅兵，湯小丹.《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題

解[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2008.

?[3]李善平.操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)指導(dǎo)和考試指導(dǎo)[M].浙江大

學(xué)出版社,2004.

?[4]李春葆,曾平,曾慧.計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)聯(lián)考輔導(dǎo)教程

#:#2012版[M],清華大學(xué)出版社,2011.

第一講什么是操作系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)概論

?操作系統(tǒng)一一是裸機(jī)上的第一層軟件，它是對(duì)硬件系統(tǒng)功能的首次

擴(kuò)充，是填補(bǔ)人與機(jī)器之間的鴻溝。

§1.1操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)同在

操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)同在

實(shí)用程序（編譯，數(shù)據(jù)庫(kù)…）

操作系統(tǒng)

硬件

操作系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)

?對(duì)操作系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)有兩個(gè)方面：

1.從用戶的觀點(diǎn)來(lái)看操作系統(tǒng)

A虛擬機(jī)的觀點(diǎn)

A用戶環(huán)境的觀點(diǎn)

2.是從系統(tǒng)設(shè)計(jì)者（系統(tǒng)分析員）的觀點(diǎn)來(lái)看操作系統(tǒng)。

?資源管理的觀點(diǎn)

A作業(yè)（任務(wù)）組織的觀點(diǎn)

虛擬機(jī)器觀點(diǎn)

?該觀點(diǎn)認(rèn)為，操作系統(tǒng)是建立在計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)上的虛擬機(jī)器，它為應(yīng)

用軟件提供了許多比計(jì)算機(jī)硬件功能更強(qiáng)或計(jì)算機(jī)硬件所沒(méi)有的功能。

?操作系統(tǒng)在虛擬機(jī)中充當(dāng)管理員和協(xié)調(diào)員的角色，管理計(jì)算機(jī)的軟硬件

資源，并協(xié)調(diào)多任務(wù)、多進(jìn)程的運(yùn)行。

?擴(kuò)充：功能、計(jì)算機(jī)數(shù)量

用戶環(huán)境觀點(diǎn)

?該觀點(diǎn)認(rèn)為，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用戶使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的接口，它為計(jì)算機(jī)

用戶提供了方便的工作環(huán)境。

?計(jì)算機(jī)用戶：終端用戶、程序員和系統(tǒng)設(shè)計(jì)者

?操作系統(tǒng)提供的接口

-用戶接口（UserInterface,也稱為命令接口）

-程序接口（系統(tǒng)調(diào)用，也稱為應(yīng)用編程接口，

AppIicationProgrammingInterface,簡(jiǎn)稱API）

命令接口

?命令接口-一用戶可通過(guò)該接口向作業(yè)發(fā)出命令以控制作業(yè)的運(yùn)行

可分為聯(lián)機(jī)用戶接口和脫機(jī)用戶接口。

(1)聯(lián)機(jī)用戶接口：這是為聯(lián)機(jī)用戶提供的，它由一組鍵盤

操作命令及命令解釋程序所組成。

?字符形式：較靈活但因繁瑣而難記；

彷腆睥翩戶徽:口陸雕胴解嗡I肚魏螂冽蝴忻肺戶鬻視剛

干預(yù)，事先寫在作業(yè)說(shuō)明$上，然后將作業(yè)連同作業(yè)說(shuō)明

書一起提供給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)度到該作業(yè)運(yùn)行時(shí)，再調(diào)用

命令解釋程序，對(duì)作業(yè)說(shuō)明書上的命令，逐條地解釋執(zhí)行。

該接口即為批處理接口。

程序接口

?該接口是為用戶程序在執(zhí)行中訪問(wèn)系統(tǒng)資源而設(shè)置的，是用戶程序取得

操作系統(tǒng)服務(wù)的惟一途徑。

?它是由一組系統(tǒng)調(diào)用組成，每一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都是一個(gè)能完成特定功能的

子程序，每當(dāng)應(yīng)用程序要求OS提供某種服務(wù)（功能）時(shí)，便調(diào)用具有相

應(yīng)功能的系統(tǒng)調(diào)用，

?不同的系統(tǒng)其調(diào)用形式不同。

資源管理觀點(diǎn)

?該觀點(diǎn)認(rèn)為，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各類資源的管理者，它負(fù)責(zé)分配、

回收以及控制系統(tǒng)中的各種軟硬件資源。

-監(jiān)視資源

-分配/回收資源

-保護(hù)資源

,跟蹤資源的使用狀況、滿足資源請(qǐng)求、提高資源利用率，以及協(xié)調(diào)各程

序和用戶對(duì)資源的使用沖突。

資源類型

C<?nipiiterSystem

I/ODevices

Memory

OperatingPrinters.

SystemkoboanK

SoRwarvOdlKlUilcamera

Pni|tran?>

andDitU

Pnx??M>or

作業(yè)組織觀點(diǎn)

?該觀點(diǎn)認(rèn)為，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作流程的組織者，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)在系

統(tǒng)中運(yùn)行的各個(gè)應(yīng)用軟件的運(yùn)行次序。

?用于巨型機(jī)和大型朋務(wù)器上，以批文件方式提交作業(yè)，請(qǐng)求主機(jī)逐個(gè)運(yùn)行。

?主機(jī)操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)組織、協(xié)調(diào)各個(gè)作業(yè)的運(yùn)行，報(bào)告執(zhí)行結(jié)果或錯(cuò)誤信息。

?減少了人工干預(yù)，提高了系統(tǒng)的效率。

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)系統(tǒng)軟件,管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

中的硬件和軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，以便有效利用

這些資源為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)、使用方便的工作環(huán)境,從而在計(jì)算

機(jī)與用戶之間起到於_口的作用。

第二講操作系統(tǒng)的主要功能和基本特征

操作系統(tǒng)的主要功能

操作系統(tǒng)應(yīng)具有六方面的功能:

1x進(jìn)程管理

2、存儲(chǔ)器管理

3、設(shè)備管理

4、文件管理

5、作業(yè)管理

6、操作系統(tǒng)的安全

?進(jìn)程管理的主要功能：按照一定的算法把處理機(jī)分配

給進(jìn)程（線程），并對(duì)其進(jìn)行有效的管理和控制。

1.進(jìn)程控制

進(jìn)程控制的主要功能是為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程、撤消已結(jié)束

2,進(jìn)嚷薛步，-以-腹的修腳跳在幽罐栩B矚瞬態(tài)轉(zhuǎn)換。

?兩種協(xié)調(diào)方式：

&進(jìn)劍鐮匹朋逸程達(dá)醐循母提換線程）在對(duì)蹄僦

御ffi面聊，的窿理用函程方）或；于同"計(jì)翱麴時(shí)通常

在包進(jìn)蒯鶴膩直搬轆腳合觸潮解利觸潮耐

存儲(chǔ)器管理功能

?存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)：

為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存

儲(chǔ)器，提高存儲(chǔ)器的利用率以及能從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存。

?存儲(chǔ)器管理功能有4個(gè)：

1、內(nèi)存分配

2、內(nèi)存保護(hù)

3、地址映射

4、擴(kuò)充內(nèi)存

內(nèi)存分配

內(nèi)存分配有兩種方式：

①靜態(tài)分配方式，每個(gè)作業(yè)運(yùn)行之前分配好內(nèi)存空間，在作業(yè)的整個(gè)

運(yùn)行期間不再改變。

②動(dòng)態(tài)分配方式，每個(gè)作業(yè)在運(yùn)行前或運(yùn)行中，均可申請(qǐng)新的附加內(nèi)

存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)增漲。

內(nèi)存分配的機(jī)制中的結(jié)構(gòu)和功能

?內(nèi)存分配的機(jī)制中的結(jié)構(gòu)和功能

①內(nèi)存分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于記錄內(nèi)存空間的使用情況。

②內(nèi)存分配功能一為用戶程序分配內(nèi)存空間。

③內(nèi)存回收功能一當(dāng)用戶不再需要的內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)能回收內(nèi)存的功能。

內(nèi)存保護(hù)

?內(nèi)存保護(hù)的主要任務(wù)：

是確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運(yùn)行，彼此互不

干擾。

?內(nèi)存保護(hù)機(jī)制：

是設(shè)置兩個(gè)界限寄存器，越界檢查都由硬件實(shí)現(xiàn)

地址映射

地址空間——目標(biāo)程序或裝入程序

限定的空間，稱為“地址空間”。

單元的編號(hào)稱為邏輯地址，又稱為

相對(duì)地址。

內(nèi)存空間——由內(nèi)存中的一系列單

元所限定的地址范圍稱為“內(nèi)存空

間”，其中的地址稱為“物理地

址”。

地址映射——運(yùn)行時(shí)，將地址空間內(nèi)存空間

中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間中與

之對(duì)應(yīng)的物理地址，稱為地址映射

內(nèi)存擴(kuò)充

?借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)

從邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容量，使用戶所感覺(jué)到的內(nèi)存

容量比實(shí)際內(nèi)存容量大得多；

?擴(kuò)充內(nèi)存必須具有內(nèi)存擴(kuò)充機(jī)制：

(1)請(qǐng)求調(diào)入功能。在程序運(yùn)行過(guò)程中，若所需

的程序和數(shù)據(jù)尚未裝入內(nèi)存，可由OS從磁盤中將所需

部分調(diào)入內(nèi)存，繼續(xù)運(yùn)行。

(2)置換功能。將內(nèi)存中的一部分暫時(shí)不用的程

序和數(shù)據(jù)調(diào)出到磁盤上，然后再將所需調(diào)入的部分裝

入內(nèi)存。

設(shè)備管理功能

設(shè)備管理的主要任務(wù)：是完成用戶進(jìn)程提出的I/O

請(qǐng)求；為用戶進(jìn)程分配其所需的I/0設(shè)備；提高

CPU和I/0設(shè)備的利用率；提高I/O速度；方便用

戶使用I/0設(shè)備。

設(shè)備管理功能

設(shè)備管理具有的功能：

1.設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。其基本任務(wù)：用于實(shí)現(xiàn)

CPU和設(shè)備控制器之間的通信，即由CPU向設(shè)備控制器發(fā)出I/

。命令,要求它完成指定的I/O操作；反之由CPU接收從控制

器發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求，并給予迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。

2.設(shè)備分配的基本任務(wù)，是根據(jù)用戶進(jìn)程的I/0請(qǐng)求，按照某種設(shè)

備分配策略，為之分配其所需的設(shè)備。不同的設(shè)備類型（獨(dú)占、共

享）而采用不同的設(shè)備分配方式。

3,緩沖管理：有效地緩和CPU和1/0設(shè)備速度不匹配的矛盾，提高

CPU的利用率。不同的系統(tǒng)采用不同的緩沖技術(shù)。

文件管理功能

文件管理的主要任務(wù)：是對(duì)用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管

理，以方便用戶使用，并保證文件的安全性。

文件管理的主要功能：

1.文件存儲(chǔ)空間的管理——是對(duì)諸多文件及文件的存儲(chǔ)空間，

實(shí)施統(tǒng)一的管理?；跀?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(MCB)對(duì)存儲(chǔ)空間進(jìn)行分配和

回收的功能。

2.目錄管理——為每個(gè)文件建立目錄項(xiàng)，并對(duì)眾多的目錄項(xiàng)加以

有效的組織與管理(例如，按名存取，文件共享)。

3.文件的讀/寫管理和保護(hù)

(1)文件的讀/寫管理：是根據(jù)用戶的請(qǐng)求，從外存中讀取數(shù)

據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入外存。

(2)文件保護(hù)：

操作系統(tǒng)的服務(wù)

人們希望操作系統(tǒng)提供的服務(wù)有三種：

1、操作系統(tǒng)能提供的服務(wù)：

＞通過(guò)命令接口和程序接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2、操作系統(tǒng)在提供這些服務(wù)時(shí)，需要滿足的限制條件:

＞硬件資源的能力、操作系統(tǒng)的類型（實(shí)時(shí)系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)）

3、操作系統(tǒng)具有適應(yīng)某些變化的能力。

＞PerforMnce（tttt）orEfficiencyCtt事）

-mxiaizethroughput,?ini?izeresponsetiae

第1類服務(wù)需求是后兩類服務(wù)需求賴以存在的基礎(chǔ)，稱

之為操作系統(tǒng)的曲鈕的后兩類服務(wù)稱為操作系統(tǒng)

購(gòu)非功能性需求。

§1.2操作系統(tǒng)基本特；n

操作系統(tǒng)的基本特征

?現(xiàn)代OS的四個(gè)基本特征:

1、并發(fā)

2、共享

3、虛擬

4、異步

?并發(fā)是最重要的特征，其它特征都以并發(fā)

為前提。

1.并發(fā)

?并發(fā)——并行性和并發(fā)性，并發(fā)執(zhí)行的過(guò)程。

-并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。

-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。

?任務(wù)共行

-從宏觀上看，任務(wù)共行是指系統(tǒng)中有多個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)

行

-從微觀上看，任務(wù)共行是指單處理機(jī)系統(tǒng)中的任務(wù)并

發(fā)（TaskConcurrency：即多個(gè)任務(wù)在單個(gè)處理機(jī)上交

替運(yùn)行）或多處理機(jī)系統(tǒng)中的任務(wù)并行（Task

Parallelism：即多個(gè)任務(wù)在多個(gè)處理機(jī)上同時(shí)運(yùn)行）。

2.共享

所謂共享是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行

的進(jìn)程共同使用。

1、互斥共享方式：

一把在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)的資源，稱為臨界資

源。

一系統(tǒng)中的臨界資源可以提供給多個(gè)進(jìn)程使用，但一次僅允

許一個(gè)進(jìn)程使用，稱為互斥共享方式。

2、同時(shí)訪問(wèn)方式：

-從宏觀上看，資源共享是指多個(gè)任務(wù)可以同時(shí)使用系統(tǒng)中的軟硬件資源

-從微觀上看，資源共享是指多個(gè)任務(wù)可以交釐互反地使用系統(tǒng)中的某個(gè)資源。

例如磁盤。

3.虛擬

?所謂虛擬是指通過(guò)某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。

?虛擬處理機(jī)：分時(shí)實(shí)現(xiàn)

?虛擬設(shè)備：SPOOLING技術(shù)

?虛擬存儲(chǔ)器：虛擬存儲(chǔ)管理實(shí)現(xiàn)

4.異步

1、執(zhí)行結(jié)果不確定。

2、異步性——是指進(jìn)程以異步的方式執(zhí)行，進(jìn)

程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。

§1.3操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展

操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展

?推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)力

?操作系統(tǒng)能夠不斷發(fā)展，其原因：

1.硬件升級(jí)和新型硬件的出現(xiàn)：OS都應(yīng)能適應(yīng)。

2.新的服務(wù)：為適應(yīng)用戶的要求或系統(tǒng)管理員的需要，需

要擴(kuò)展操作系統(tǒng)以提供新的服務(wù)。

3.糾正錯(cuò)誤：任何一個(gè)操作系統(tǒng)都有錯(cuò)誤，在使用一段時(shí)

間后發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤就需要進(jìn)行糾錯(cuò)。當(dāng)然，糾錯(cuò)本身可能

會(huì)產(chǎn)生新的錯(cuò)誤。

4.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展.

操作系統(tǒng)的進(jìn)展與演變

?粳據(jù)計(jì)真機(jī)果用的電子■件桌劃分

{L電子管計(jì)算機(jī)「41大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

(丁晶底函麗I：r丁智麗?算機(jī)

(3.集成電路計(jì)算機(jī)—物訐算機(jī)

?體積大小、處理能力強(qiáng)弱標(biāo)準(zhǔn)劃分

(-----------------------功能多樣的個(gè)人電子計(jì)真機(jī)

；2」小型計(jì)算機(jī)-------功能較強(qiáng),可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)

(3大中型訐薪------功能強(qiáng)大的通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)

1包超級(jí)H■算機(jī)-------運(yùn)算速度*快、存儲(chǔ)容■■大、功

能■完善

第1代電子管計(jì)算機(jī)

世界上第1臺(tái)計(jì)算機(jī)

?名稱：ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorand

Computer)

?目的：用于第二次世界大戰(zhàn)后期的彈道計(jì)算

?誕生時(shí)間：1946年2月15日

?誕生地：美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)

ENIAC#算機(jī)

?使用18000只電子管

?1500個(gè)繼電器

?占地面積170m2

?重量30噸

?耗電量140千瓦

?沒(méi)有操作系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)誕生中的三個(gè)第一

?世界上第一臺(tái)投入運(yùn)行的電子計(jì)算機(jī)

ENIAC,1946.2,美國(guó)

?世界上第一臺(tái)按存儲(chǔ)程序控制功能設(shè)計(jì)的計(jì)算

機(jī)EDVAC,1946—1950,美國(guó)

?世界上第一臺(tái)投入運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)程序控制的

計(jì)算機(jī)EDSAC,1947—1949,英國(guó)

計(jì)算機(jī)時(shí)代的開始：以1951年UNIVAC-I投入運(yùn)行為標(biāo)志，第一臺(tái)批量生

產(chǎn)的商用計(jì)算機(jī)，從此，計(jì)算機(jī)走向社會(huì)。

第2代晶體管計(jì)算機(jī)

?1947年，美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管，利用半導(dǎo)體錯(cuò)和硅制

作

的晶體管開始用于計(jì)算機(jī)的制造上。

?晶體管體積小，反應(yīng)速度快，

使計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和處理

能力得到很大提高。

?程序設(shè)計(jì)方面

?研制出通用的算法和語(yǔ)

言

?出現(xiàn)批處理操作系統(tǒng)

?主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、

數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制等方面

第3代集成電路計(jì)算機(jī)

?1958年，美國(guó)德州儀器公司利用照像技術(shù)

把多個(gè)晶體管和電路蝕刻在一塊硅片上,

這種半導(dǎo)體集合體就是：

“集成電路”----IC(Integrated

Circuit)

?程序設(shè)計(jì)方面

?提出“多道程序”和“分時(shí)系統(tǒng)”概念

?出現(xiàn)了系列計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程終端聯(lián)機(jī)系統(tǒng)

?應(yīng)用于系統(tǒng)模擬、系統(tǒng)控制、智能模擬等

新的領(lǐng)域自

蘋果(Apple)計(jì)算機(jī)

第4代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

?大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（VLSI）器

件的使用是第四代計(jì)算機(jī)的主要標(biāo)志。

?計(jì)算機(jī)系統(tǒng)引入圖形界面（GUI）以來(lái)，視窗操作系統(tǒng)的

代表:Windows。

?應(yīng)用領(lǐng)域：軍事預(yù)警、尖端科學(xué)、航天科學(xué)、天氣預(yù)報(bào)

超大規(guī)模集成電路

第5代智能計(jì)算機(jī)

?廣泛使用多媒體技術(shù)，使人們能夠用語(yǔ)音、圖像、視頻等更為

自然的方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交互。

?硬件系統(tǒng)支持高度并行和快速推理，軟件系統(tǒng)能夠處理知識(shí)信

息。

第6代生物計(jì)算機(jī)

?利用蛋白質(zhì)分子制造出基因芯片,研制生物計(jì)算

機(jī)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的最前沿。

?阻抗低、能耗少、發(fā)熱量極小。

生物芯片

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

⑴微型化

體積更小，重量更輕，價(jià)格更便宜，且功能更強(qiáng)。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

(2)巨型化

目前世界上還有很多領(lǐng)域，如國(guó)防、百年天氣

預(yù)測(cè)和地震分析等，都需要功能更為強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。

為中國(guó)銀行引進(jìn)了大型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理為國(guó)家氣象中心引進(jìn)了中期氣象預(yù)報(bào)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

(3)網(wǎng)絡(luò)化

將計(jì)算機(jī)連成網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的相互通信和資源

共享。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的出現(xiàn)，掀起了電子計(jì)算機(jī)發(fā)展

史上的第三次浪潮！

在第一次浪潮中，信息處理是關(guān)鍵。

第二次浪潮的情景是每張桌子上擺有一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

第三次浪潮是把所有這些計(jì)算機(jī)都連接在一起。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

(4)多媒體化(5)智能化

使人們面對(duì)圖、文、讓計(jì)算機(jī)能夠模仿

聲并茂的計(jì)算機(jī)信息。

人腦的功能，即對(duì)信

息具有智能處理能力。

§1.4操作系統(tǒng)的分類

操作系統(tǒng)的分類

無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1、人工操作方式

一臺(tái)計(jì)算機(jī)的所有資源由用戶獨(dú)占，降低了計(jì)算機(jī)資源利

用率，人操作慢，出現(xiàn)了嚴(yán)重的人機(jī)矛盾。

2、脫機(jī)輸入輸出方式

?在外圍計(jì)算機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)輸入輸出。

?主要解決了CPU與設(shè)備之間不匹配的矛盾

單道批處理系統(tǒng)

1、在內(nèi)存中僅存一道作業(yè)運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)束或出錯(cuò)，才自動(dòng)調(diào)另一道作業(yè)

運(yùn)行。

2、單道批處理系統(tǒng)主要特征：自動(dòng)性、順序性、單道性。

3、單道批處理系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)：減少人工操作，解決了作業(yè)的自動(dòng)接續(xù)。

4、單道批處理系統(tǒng)主要缺點(diǎn)：平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，沒(méi)有交互能力。

多道批處理系統(tǒng)

?多道程序的概念

在內(nèi)存中存放多道作業(yè)運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)束或出錯(cuò)，自動(dòng)調(diào)度內(nèi)存中的

另一道作業(yè)運(yùn)行。

?多道程序帶來(lái)的好處：

1、提高CPU的利用率。

2、提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率。

3、增加系統(tǒng)吞吐率。

舉例：多道執(zhí)行情況

程序1程序2程序3

用戶程序

單

道

監(jiān)督程序

執(zhí)

I/O操作

A請(qǐng)求I/OA完成

多A程序

道B請(qǐng)求I/OB完成

執(zhí)B程序

行

C請(qǐng)求"0C完成

C程序

完成

D請(qǐng)求I/OD

D程序

調(diào)度

多道批處理系統(tǒng)主要特征：

多道性、無(wú)序性、調(diào)度性（進(jìn)程調(diào)度和作業(yè)調(diào)

度）。

多道批處理的主要優(yōu)點(diǎn)：

提高了資源利用率和吞吐能力。

多道批處理的主要缺點(diǎn)：

平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，沒(méi)有交互能力。

分時(shí)系統(tǒng)

?分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生

用戶需要：人機(jī)交互、共享主機(jī)、便于用戶上機(jī)

?分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法

簡(jiǎn)單分時(shí)系統(tǒng)

具有“前臺(tái)”和“后臺(tái)”的分時(shí)系統(tǒng)多道分時(shí)系統(tǒng)

?分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題：

及時(shí)接收：實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶的信息及時(shí)接收。

及時(shí)處理：及時(shí)控制作業(yè)的運(yùn)行。

簡(jiǎn)單分時(shí)系統(tǒng)示意圖

A?B?CA?BiCiAiBiCiAiB

具有“前臺(tái)”和“后臺(tái)”的分時(shí)系統(tǒng)示例

A?B?A?B?AB?A

A、B前臺(tái)作業(yè)

osos

AA

CCD

C\D后臺(tái)作業(yè)

多道分時(shí)系統(tǒng)示意圖

A?B?CA?BiCiAiBiCiAiB

分時(shí)系統(tǒng)的特征

多路性：多個(gè)用戶分時(shí)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)。

獨(dú)立性：獨(dú)立運(yùn)行，不混淆，不破壞。

及時(shí)性：系統(tǒng)能在很短的時(shí)間得到回答。

交互性：能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。

影響響應(yīng)時(shí)間的若干因素

Ti（響應(yīng)時(shí)間）

改善響應(yīng)時(shí)間的方法

采用重入碼減少信息的對(duì)換量

采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù),減少信息對(duì)換量

實(shí)時(shí)系統(tǒng)

所謂實(shí)時(shí)系統(tǒng)：

是計(jì)算機(jī)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)設(shè)備和實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一

致的運(yùn)行。

實(shí)時(shí)系統(tǒng)分為兩類

1、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)

2、實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征

1.多路性：能對(duì)多個(gè)對(duì)象進(jìn)行控制。

2.獨(dú)立性：獨(dú)立運(yùn)行，不混淆，不破壞。

3.交互性：僅限于訪問(wèn)系統(tǒng)中某些特定的專用服

務(wù)程序。

4.可靠性：高可靠性，應(yīng)具有過(guò)載防護(hù)能力。

5.及時(shí)性：不同的系統(tǒng)要求不一樣，控制對(duì)象必

須在截止時(shí)間內(nèi)完成。

第5-6講操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

和主流操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

?操作系統(tǒng)中增加了越來(lái)越多的功能，并且隨著底層硬件更高的性能，

更加通用，操作系統(tǒng)的大小和復(fù)雜性也隨著增加。

?為了控制該軟件的復(fù)雜性，在開發(fā)OS時(shí)，先后引入了分解、模塊化、

抽象和隱蔽等方法。開發(fā)方法的不斷發(fā)展，促進(jìn)了OS結(jié)構(gòu)的更新?lián)Q

代。

1.模塊化OS結(jié)構(gòu)

?使用分塊結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)包含若干512皿（模塊）；

其中，每一塊實(shí)現(xiàn)一組基本概念以及與其相關(guān)

的基本屬性。

?塊與塊之間的相互關(guān)系：

所有各塊的實(shí)現(xiàn)均可以任意引用其它各塊所提

供的概念及屬性。

模塊化os的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

①提高了OS設(shè)計(jì)的正確性、可理解性和可維護(hù)性。

②增強(qiáng)了os的可適應(yīng)性。

③加速了os的開發(fā)過(guò)程。

缺點(diǎn)：

①對(duì)模塊的劃分及對(duì)接口的規(guī)定要精確描述很困難。

②從功能觀點(diǎn)來(lái)劃分模塊時(shí)，未能將共享資源和獨(dú)占資源

加以區(qū)別；

2.分層式OS結(jié)構(gòu)

?使用分層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含若干layer（層）；其

中，每一層實(shí)現(xiàn)一組基本概念以及與其相關(guān)的

基本屬性。

?層與層之間的相互關(guān)系：

A所有各層的實(shí)現(xiàn)不依賴其以上各層所提供的概念及

其屬性，只依賴其直接下層所提供的概念及屬性；

A每一層均對(duì)其上各層隱藏其下各層的存在。

3.常見OS總體結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)

雙模式基礎(chǔ)平臺(tái)子系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)風(fēng)格

?雙模式基礎(chǔ)平臺(tái)子系統(tǒng)其總體結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)模式模

塊；它們分別在兩種不同的CPU特權(quán)模式下運(yùn)行。

注:習(xí)慣上,人們把雙模式基礎(chǔ)平臺(tái)子系統(tǒng)的這兩個(gè)模式模

塊分別稱為核外子系統(tǒng)和核心子系統(tǒng);把核外子系統(tǒng)所使

用的CPU的模式稱為UserMode,把核心子系統(tǒng)所使用的

CPU特權(quán)模式稱為Kerne!Mode

雙模式運(yùn)行結(jié)構(gòu)圖

§1.5當(dāng)前主流操作系統(tǒng)

當(dāng)前主流操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介

?Windows

?Unix

?Linux

Windows操作系統(tǒng)

?DOS(DiskOperatingSystem)操作系統(tǒng)曾經(jīng)是最著名的

個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，以Intel80x86處理器的16位機(jī)器

上，是一種以字符為基礎(chǔ)的、命令行式的界面平臺(tái)。

?MS-DOS和PC-DOS,前者是微軟(Microsoft)公司的產(chǎn)品，

后者是IBM公司的產(chǎn)品。

?DOS操作系統(tǒng)家族已經(jīng)完成了它們的歷史使命，進(jìn)入了IT

博物館。

?Microsoft于1985年推出了一種采用圖形用戶界面

(GraphicsUserInterface-GUI)的新穎的操作系統(tǒng)，

稱為視窗(Windows)操作系統(tǒng)。此后，Windows操作系統(tǒng)系

列逐漸發(fā)展壯大，形成了具有多種分支、版本、語(yǔ)言的操

作系統(tǒng)家族。

Linux操作系統(tǒng)

?Linux是UNIX變種,是一個(gè)源代碼開放的、多用戶操作系統(tǒng)。

?Linux支持多用戶、多任務(wù)、分頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)、動(dòng)態(tài)調(diào)整

文件系統(tǒng)緩沖區(qū)大小等功能。

?其網(wǎng)絡(luò)功能非常強(qiáng)大，幾乎能與當(dāng)前絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)互連。

Linux操作系統(tǒng)

?Linux的結(jié)構(gòu)屬于整體式結(jié)構(gòu),由若干過(guò)程構(gòu)成，過(guò)程之間可以相

互調(diào)用。

,這樣的結(jié)構(gòu)使其子系統(tǒng)易于擴(kuò)展。因此，Linux為眾多開發(fā)者提供

了自由靈活的設(shè)計(jì)環(huán)境，使它得以快速發(fā)展。

Linux的抽象結(jié)構(gòu)

用戶進(jìn)程一

系統(tǒng)調(diào)用接口

Linux內(nèi)核

硬件

Linux的主要子系統(tǒng)

Linux的主要子系統(tǒng)

?用戶進(jìn)程

?調(diào)用接口

；畝若干指令構(gòu)成,運(yùn)行在內(nèi)核模式,是Linux內(nèi)核代碼的一

部分。

?Linux的內(nèi)核

?是OS的靈魂，負(fù)責(zé)管理文件、內(nèi)存，啟動(dòng)運(yùn)行程序，從

網(wǎng)絡(luò)接收/發(fā)送數(shù)據(jù)包等。

?硬件

?CPU、硬盤、網(wǎng)絡(luò)硬件等

Linux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)

TheSystemCallInterface

Kernel