ch1.0操作系統(tǒng)概述課件

操作系統(tǒng)

OperatingSystem

1ch1.0操作系統(tǒng)概述OperatingSystem1操作系統(tǒng)概述2操作系統(tǒng)用戶界面3進程管理4處理機調(diào)度5存儲管理6設(shè)備管理7文件系統(tǒng)管理8Linux操作系統(tǒng)原理9多核結(jié)構(gòu)下的操作系統(tǒng)2ch1.0操作系統(tǒng)概述第一章操作系統(tǒng)概述1.1人造的操作系統(tǒng)1.2什么是操作系統(tǒng)1.3操作系統(tǒng)的發(fā)展和分類1.4操作系統(tǒng)的基本特征1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3ch1.0操作系統(tǒng)概述1.1人造的操作系統(tǒng)在學習計算機操作系統(tǒng)的具體原理前，首先要了解的是：什么是計算機的根本特征？所有的東西可以劃分為兩類：一類是本來就存在于自然中，人類所做的只不過是發(fā)現(xiàn)---自然存在的事物；另一類是本來并不存在，人類所做的是發(fā)明---人造事物。從這個思維模式上看，計算機毫無疑問就是人造事物。即計算機的根本特征是“人造”。4ch1.0操作系統(tǒng)概述1.1人造的操作系統(tǒng)計算機學科就是一個人造學科。人造學科有四個特點：不精確、具有相對性。在人造的學科里，沒有什么絕對的對或者錯，而只有所謂的“優(yōu)”或“劣”。從對人類活動的觀察中導(dǎo)出其原理和方法。人造學科是從“對人類活動的觀察”得到靈感的。依賴于人的主觀判斷力。在人造學科里，不同的人觀察同樣的現(xiàn)象，得出的結(jié)論或抽象出的東西可能不一樣。多數(shù)人所認同的抽象就將成為人造學科里的標準，即存在少數(shù)服從多數(shù)的原則。通常符合人的直覺。人造學科里面的許多原理與人的直覺直接呼應(yīng)，即如果我們按照人的直覺去理解這些原理，就會十分直截了當。5ch1.0操作系統(tǒng)概述1.1人造的操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)簡單的說就是管理計算機的軟硬件資源從而讓計算機協(xié)調(diào)正確地為用戶工作。操作系統(tǒng)的管理方法大都起源于人類社會，例如，管理內(nèi)存就像管理一個倉庫一樣。如同人類社會中的管理方法并不唯一，操作系統(tǒng)中的管理方法也是多樣化的，這些方法沒有對錯，只有不同的適用性和性能上的優(yōu)劣之分。操作系統(tǒng)是一個人造的系統(tǒng)，可以按照人造物的特點來進行后續(xù)內(nèi)容的學習，從而更好地理解和掌握操作系統(tǒng)原理。6ch1.0操作系統(tǒng)概述1.2什么是操作系統(tǒng)OperatingSurgeon—

手術(shù)中的主刀大夫OperatingSystem—

掌控局勢的系統(tǒng)7ch1.0操作系統(tǒng)概述1.2.1操作系統(tǒng)的概念任何一個計算機系統(tǒng)都配置一種或多種OS計算機的硬件和軟件以及應(yīng)用之間是一種層次結(jié)構(gòu)的關(guān)系。裸機在最里層，它的外面是OS，經(jīng)過OS提供的各種服務(wù)功能把裸機改造為功能更強、使用更為方便的機器－虛擬機各種應(yīng)用程序運行在OS上，以O(shè)S為支撐環(huán)境，同時又向用戶提供各種服務(wù)8ch1.0操作系統(tǒng)概述9ch1.0操作系統(tǒng)概述引入操作系統(tǒng)的目的用戶的觀點：提供良好的、一致的用戶接口，使用戶無需了解硬件和系統(tǒng)軟件的細節(jié)，就能靈活的使用計算機系統(tǒng)管理人員的觀點：管理和分配硬件、軟件資源，合理組織計算機的工作流程發(fā)展的觀點：為計算機系統(tǒng)的功能擴展提供支撐平臺，追加新的功能時不影響原有的服務(wù)和功能10ch1.0操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)：（是什么）是計算機系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件，是一些程序模塊的集合—（干什么）它們管理和控制計算機系統(tǒng)中的軟硬件資源，合理的組織計算機的工作流程，（為什么）以便有效的利用這些資源為用戶提供一個功能強大、使用方便和可擴展的工作環(huán)境，從而在計算機與其用戶之間起到接口的作用。11ch1.0操作系統(tǒng)概述1.2.2操作系統(tǒng)的功能OS是隨著計算機技術(shù)本身及其應(yīng)用的日益發(fā)展而逐漸發(fā)展和不斷完善的處理機管理存儲管理設(shè)備管理文件系統(tǒng)管理用戶接口12ch1.0操作系統(tǒng)概述處理機管理在多道程序或多用戶的情況下，要組織多個作業(yè)或進程同時運行，允許多個程序共享處理機，就要解決對處理機分配調(diào)度策略、分配實施和資源回收等問題正是由于操作系統(tǒng)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，例如批處理方式、分時處理方式和實時處理方式13ch1.0操作系統(tǒng)概述存儲管理內(nèi)存分配內(nèi)存共享地址轉(zhuǎn)換與存儲保護內(nèi)存擴充

14ch1.0操作系統(tǒng)概述設(shè)備管理輸入輸出設(shè)備的分配和管理設(shè)備傳輸控制設(shè)備獨立性15ch1.0操作系統(tǒng)概述文件系統(tǒng)管理把程序和數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為信息或文件文件存儲空間管理提供文件邏輯組織方法、文件物理組織方法、文件的存取方法、文件的使用方法、實現(xiàn)文件的目錄管理、存取控制等信息的共享、保密和保護16ch1.0操作系統(tǒng)概述用戶接口目標：提供一個友好的用戶訪問操作系統(tǒng)的接口。操作系統(tǒng)向上提供兩種接口：命令控制界面接口：供用戶用于組織和控制自己的任務(wù)運行。命令行、菜單式、圖形用戶接口等系統(tǒng)調(diào)用接口：供用戶程序和應(yīng)用程序調(diào)用操作系統(tǒng)功能。17ch1.0操作系統(tǒng)概述1.3操作系統(tǒng)的發(fā)展和分類OS是隨著計算機技術(shù)本身及其應(yīng)用的日益發(fā)展而逐漸發(fā)展和不斷完善的下有基礎(chǔ)，上有需求---推動發(fā)展硬件成本的不斷下降；計算機的功能和復(fù)雜性的不斷變化以史明鑒，不是為了談?wù)摎v史而談?wù)摎v史，而是明白OS為什么是現(xiàn)在這個樣子，以及將來會是什么樣子18ch1.0操作系統(tǒng)概述1.3操作系統(tǒng)的發(fā)展和分類操作系統(tǒng)的產(chǎn)生1.3.1手工操作階段1.3.2批處理操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的形成1.3.3多道批處理操作系統(tǒng)1.3.4分時操作系統(tǒng)1.3.5實時操作系統(tǒng)1.3.6通用操作系統(tǒng)1.3.7現(xiàn)代操作系統(tǒng)19ch1.0操作系統(tǒng)概述計算機系統(tǒng)與OS的發(fā)展1946－50年代末：第一代電子管。無OS,手工操作。50年代末－60年代中：第二代晶體管，批處理系統(tǒng)。60年代中－70年代中：第三代集成電路,多道程序設(shè)計。70年代中－現(xiàn)在：第四代（超）大規(guī)模集成電路。分時系統(tǒng)，實時系統(tǒng)，分布系統(tǒng)等。20ch1.0操作系統(tǒng)概述1.3.1手工操作階段

在第一代計算機時期，構(gòu)成計算機的主要元器件是電子管，計算機運算速度慢（只有幾千次/秒），計算機上沒有操作系統(tǒng)，甚至沒有任何軟件。用戶直接用機器語言編制程序，并在上機時獨占全部計算機資源。用戶既是程序員，又是操作員。上機完全是手工操作21ch1.0操作系統(tǒng)概述1人工把源程序用穿孔機穿制在卡片或紙帶上2將準備好的匯編程序或編譯系統(tǒng)裝入計算機3匯編程序或編譯系統(tǒng)讀入人工裝在輸入機上的穿孔卡或穿孔帶4執(zhí)行匯編過程或編譯過程，產(chǎn)生目標程序，并輸出目標卡片或紙帶5通過引導(dǎo)程序把裝在輸入機上的目標程序讀入計算機6啟動目標程序執(zhí)行，從輸入機上讀入人工裝好的數(shù)據(jù)卡或數(shù)據(jù)帶7產(chǎn)生計算結(jié)果，執(zhí)行結(jié)果從打印機上或卡片機上輸出22ch1.0操作系統(tǒng)概述手工操作的缺點手工操作多，浪費處理機時間，也極易發(fā)生差錯用戶上機獨占全機資源，造成資源利用率不高，系統(tǒng)效率低下數(shù)據(jù)的輸入，程序的執(zhí)行、結(jié)果的輸出均聯(lián)機進行，從上機到下機的時間拉得非常長隨著計算機硬件的發(fā)展，手工操作的慢速度和計算機的高速度之間形成了矛盾23ch1.0操作系統(tǒng)概述1.3.2批處理操作系統(tǒng)計算機的價格是極其昂貴的，CPU的時間是非常寶貴的，盡可能提高CPU的利用率成為十分迫切的任務(wù)擺脫人的手工操作，實現(xiàn)作業(yè)的自動過渡24ch1.0操作系統(tǒng)概述1.3.2批處理操作系統(tǒng)

批處理（batchprocessing）系統(tǒng)的工作過程：用戶將作業(yè)交交到機房，操作員將一批作業(yè)輸入到輔存（如磁帶）上，形成一個作業(yè)隊列。當需要調(diào)入作業(yè)時，監(jiān)督程序（操作系統(tǒng)的雛形稱為監(jiān)督程序）從這一批中選一道作業(yè)調(diào)入內(nèi)存運行。當這一作業(yè)完成時，監(jiān)控程序調(diào)入另一道程序，直到這一批作業(yè)全部完成。

25ch1.0操作系統(tǒng)概述監(jiān)督程序（monitor）：自動控制和處理作業(yè)流提供一套操作命令提供設(shè)備驅(qū)動和I/O控制功能提供庫程序和程序裝配功能提供簡單的文件管理功能26ch1.0操作系統(tǒng)概述這時的OS仍然只能在同一時間段內(nèi)執(zhí)行一個程序，但此時文件的概念已經(jīng)出現(xiàn)。為什么？因為磁帶上的多個用戶程序必須以某種方式進行隔離，這需要一個抽象的東西來區(qū)分一下。這個抽象的東西就是文件。除了文件管理外，此時的操作系統(tǒng)還能夠管理讀卡機，磁帶，打印機等。此時操縱系統(tǒng)的任務(wù)就是加載一個程序、運行、打印結(jié)果，然后執(zhí)行下一個程序。27ch1.0操作系統(tǒng)概述批處理操作系統(tǒng)的重要實例有IBM開發(fā)的FORTRAN監(jiān)視系統(tǒng)FMS；IBM開發(fā)的基于磁帶的工作監(jiān)控系統(tǒng)IBSYS，用于IBM7090和7094；密歇根大學開發(fā)的UMES（密歇根大學執(zhí)行體系統(tǒng)），用于IBM7094。實現(xiàn)了作業(yè)的自動過渡，改善和提高了計算機系統(tǒng)的處理能力。28ch1.0操作系統(tǒng)概述單道批處理的主要問題CPU和I/O設(shè)備的運行是串行的，即在程序進行輸入輸出時，CPU只能等待，不能執(zhí)行別的程序。這種讓高速設(shè)備等待低速設(shè)備的狀況令人頗感痛心能否將CPU和I/O進行并發(fā)呢？即在一個程序輸入輸出時，讓另一個程序繼續(xù)執(zhí)行。換句話說，能否將CPU運行和輸入輸出設(shè)備的運行重疊起來改善整個系統(tǒng)的效率呢？CPU和I/O重疊需要我們將多個程序同時加載到計算機內(nèi)存里，從而出現(xiàn)了多道程序設(shè)計技術(shù)29ch1.0操作系統(tǒng)概述為了進一步提高資源的利用率和系統(tǒng)中作業(yè)的吞吐量，在60年代中期，引入了多道程序設(shè)計技術(shù)，由此而形成了多道批處理（Multi-programmedbatchprocessing）系統(tǒng)。30ch1.0操作系統(tǒng)概述1.3.3多道批處理操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)發(fā)展史上革命性變革。

多道程序設(shè)計技術(shù)：在內(nèi)存中放多道程序,使它們在管理程序的控制下相互穿插地運行。在批處理系統(tǒng)中采用多道程序設(shè)計技術(shù)，就形成了多道批處理系統(tǒng)31ch1.0操作系統(tǒng)概述單道和多道程序工作過程比較32ch1.0操作系統(tǒng)概述多道運行的特點多道：計算機內(nèi)存中同時存放幾道相互獨立的作業(yè)宏觀上并行：同時有多道作業(yè)有內(nèi)存運行，某一時間段上，各道作業(yè)不同程度地向前推進微觀上串行：任一時刻最多只有一道作業(yè)占用CPU，多道作業(yè)交替使用CPU33ch1.0操作系統(tǒng)概述采用多道程序設(shè)計提高了效率，即增加了單位時間的算題量，但對每道程序來說，卻延長了計算時間。優(yōu)點：資源利用率高。資源指CPU及設(shè)備。系統(tǒng)吞吐量大。系統(tǒng)吞吐量指系統(tǒng)在單位時間完成的總工作量缺點：無交互能力，用戶一旦提交作業(yè)后就失去了對其運行的控制能力作業(yè)周轉(zhuǎn)時間長，短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間顯著增長34ch1.0操作系統(tǒng)概述要解決的技術(shù)問題：并發(fā)運行的程序要共享計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源，既有對資源的競爭，又須相互同步。因此同步與互斥機制成為操作系統(tǒng)設(shè)計中的重要問題。隨著多道程序的增加，出現(xiàn)了內(nèi)存不夠用的問題，提高內(nèi)存的使用效率也成為關(guān)鍵。因此出現(xiàn)了諸如覆蓋技術(shù)、交換技術(shù)和虛擬存儲技術(shù)等內(nèi)存管理技術(shù)。由于多道程序存在于內(nèi)存，為了保證系統(tǒng)程序存儲區(qū)和各用戶程序存儲區(qū)的安全可靠，提出了內(nèi)存保護的要求。35ch1.0操作系統(tǒng)概述典型的多道批處理操作系統(tǒng)是IBM的OS/360,它運行在IBM的第三代計算機System/360、System/370、System/4300等之上。36ch1.0操作系統(tǒng)概述1.3.4分時操作系統(tǒng)推動分時系統(tǒng)形成的主要動力是用戶的需要：交互、共享主機此外CPU的速度不斷提高，提供了可能---分時技術(shù)37ch1.0操作系統(tǒng)概述多個用戶分時使用主機，每一用戶分得一個時間片(timeslice)。它是系統(tǒng)規(guī)定進程一次使用處理機的最長時間。時間片的長短可以因不同系統(tǒng)而異。用完這個時間片后操作系統(tǒng)將處理機分給另一用戶，如此循環(huán)，每一用戶可以周期性地獲得CPU使用權(quán)，這樣每一用戶都有一種獨占CPU的感覺。38ch1.0操作系統(tǒng)概述圖示主機終端39ch1.0操作系統(tǒng)概述分時操作系統(tǒng)（TimeSharingOperatingSystem）一般采用時間片輪轉(zhuǎn)的方式，使一臺計算機為多個終端用戶服務(wù)。對每個用戶能保證足夠快的響應(yīng)時間，并提供交互會話能力。40ch1.0操作系統(tǒng)概述分時系統(tǒng)的特征交互性：可人機對話，用戶可以在程序動態(tài)運行情況下對其加以控制；用戶上機提交作業(yè)方便多用戶同時性：共享CPU和其他資源，充分發(fā)揮系統(tǒng)的效率。獨立性：每一用戶獨占一個終端。及時性：用戶的請求能在很短的時間內(nèi)獲得響應(yīng)41ch1.0操作系統(tǒng)概述為實現(xiàn)分時系統(tǒng)，必須解決一系列問題。其中最關(guān)鍵的問題是如何使用戶能與自己的作業(yè)進行交互，當用戶在自己的終端上鍵入命令時，系統(tǒng)應(yīng)能及時接受并及時處理該命令，再將結(jié)果返回給用戶。42ch1.0操作系統(tǒng)概述分時操作系統(tǒng)是一個聯(lián)機的（on-line）多用戶（multi-user）交互式（interactive）的操作系統(tǒng)。1970年誕生的UNIX是當今最流行的一種多用戶分時操作系統(tǒng)CTSS（CompatibleTimeSharingSystem）和MUTICS（MultiplexedInformationandComputingService）這兩個系統(tǒng)也是值得一提的。前者是一個實驗性的分時系統(tǒng)，在1963年由MIT研制成功的。后者是由MIT、Bell實驗室和GE公司聯(lián)合在1965年開始設(shè)計的，盡管它并沒有取得最后成功，但UNIX是在其基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。43ch1.0操作系統(tǒng)概述1.3.5實時操作系統(tǒng)20世紀60年代中期計算機進入第三代，計算機的性能和可靠性有了很大提高，造價亦大幅度下降，促使計算機應(yīng)用越來越廣泛。計算機由于應(yīng)用于工業(yè)過程控制、軍事實時控制等領(lǐng)域形成了各種實時系統(tǒng)。實時控制：如導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)，飛機自動駕駛系統(tǒng)，火炮自動控制系統(tǒng)實時信息處理：氣象預(yù)報系統(tǒng)、飛機訂票系統(tǒng)和股票交易系統(tǒng)44ch1.0操作系統(tǒng)概述實時操作系統(tǒng)（Real-timeOperatingSystem）是以在允許時間范圍之內(nèi)做出響應(yīng)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，并在被控對象允許時間范圍內(nèi)做出快速響應(yīng)，其響應(yīng)時間要求在秒級、毫秒級甚至微秒級或更小。45ch1.0操作系統(tǒng)概述實時系統(tǒng)的特征：高響應(yīng)性（在允許時間范圍之內(nèi)作出響應(yīng)）高可靠性、高安全性具有一定的專用性，與批處理和分時系統(tǒng)相比，資源利用率和吞吐量可能較低46ch1.0操作系統(tǒng)概述設(shè)計實時操作系統(tǒng)要考慮如下一些因素：實時時鐘管理（定時處理和延時處理）。連續(xù)的人-機對話過載保護。在實時系統(tǒng)中進入系統(tǒng)的實時任務(wù)的時間和數(shù)目有很大的隨意性，因而在某一時刻有可能超出系統(tǒng)的處理能力，這就是所謂過載問題，要求采取過載保護措施。高度可靠性和安全性，需采取冗余措施。雙機系統(tǒng)前后臺工作，包括必要的保密措施等。商業(yè)實時操作系統(tǒng)的代表有VxWorks和EMC的DART系統(tǒng)。47ch1.0操作系統(tǒng)概述1.3.6通用操作系統(tǒng)多道程序系統(tǒng)、分時、實時系統(tǒng)是三種基本的操作系統(tǒng)類型。一個實際的操作系統(tǒng)可能兼有三者或其中兩者的功能。通用操作系統(tǒng)（Multi-purposeOperatingSystem）同時兼有多道程序系統(tǒng)、分時、實時處理的功能，或其中兩種以上的功能。至此，操作系統(tǒng)的基本概念、功能、基本結(jié)構(gòu)和組成都已形成并漸趨完善48ch1.0操作系統(tǒng)概述例如，將實時處理和多道批處理相結(jié)合構(gòu)成實時批處理系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，它首先保證優(yōu)先處理實時任務(wù)，插空進行批處理作業(yè)處理。通常把實時任務(wù)稱為前臺作業(yè)，批作業(yè)稱為后臺作業(yè)。將批處理和分時處理相結(jié)合可構(gòu)成分時批處理系統(tǒng)。在保證分時用戶的前提下，沒有分時用戶時可進行批量作業(yè)的處理。同樣，分時用戶和批處理作業(yè)可按前后臺方式處理。49ch1.0操作系統(tǒng)概述大型通用操作系統(tǒng)，試圖達到功能齊全、可適應(yīng)各種應(yīng)用范圍和操作方式變化多端的環(huán)境的目標。系統(tǒng)龐大，開發(fā)困難，在解決其可靠性、可維護性、可理解性和開放性方面都會遇到很大的困難。UNIX是一個例外，是一個通用的多用戶分時交互型OS50ch1.0操作系統(tǒng)概述UNIX首先建立的是一個精干的核心，而其功能卻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)。目前廣泛使用的各種工作站級的操作系統(tǒng)，例如SUN公司的Solaris，IBM公司的AIX等都是基于UNIX的操作系統(tǒng)。即使是Microsoft公司的Windows系列操作系統(tǒng)，其主要原理也是基于UNIX系統(tǒng)的。另外，目前廣為流傳的Linux系統(tǒng)也是從UNIX演變成的。51ch1.0操作系統(tǒng)概述1.3.7現(xiàn)代操作系統(tǒng)80年代后期，計算機和操作系統(tǒng)領(lǐng)域均進入了一個百花齊放、百家爭鳴的時代。一方面迎來了個人計算機的時代，同時又向計算機網(wǎng)絡(luò)、分布式處理、嵌入式、巨型計算機方向發(fā)展。52ch1.0操作系統(tǒng)概述1.3.7現(xiàn)代操作系統(tǒng)微機操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)多處理機操作系統(tǒng)53ch1.0操作系統(tǒng)概述微機操作系統(tǒng)在微機上配置的操作系統(tǒng)稱為微機操作系統(tǒng)（MicrocomputerOperatingSystem）由于是個人專用，因此在對處理機調(diào)度、存儲保護方面將會簡單的多。然而，由于個人計算機的應(yīng)用普及，對于提供更方便友好的用戶接口的要求會愈來愈迫切54ch1.0操作系統(tǒng)概述微機上的操作系統(tǒng)可以分為單用戶和多用戶兩類。單用戶單任務(wù)的操作系統(tǒng)較為常見的為CP/M，MS-DOS，目前單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)已被Windows系列所取代，支持多道程序并發(fā)，成為了單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)。微機操作系統(tǒng)的產(chǎn)生和廣泛應(yīng)用，無疑是操作系統(tǒng)發(fā)展成熟的標志。多用戶操作系統(tǒng)是可以支持多個用戶通過終端共同使用同一個主機，共享主機資源。在微機上配置的多用戶操作系統(tǒng)有代表性的是UNIX和近年來得到迅速應(yīng)用的Linux操作系統(tǒng)。55ch1.0操作系統(tǒng)概述嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedOperatingSystem）是以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。56ch1.0操作系統(tǒng)概述嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用智能卡移動通信計算機外設(shè)機頂盒零售設(shè)備印刷機復(fù)印機互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器電話交換設(shè)備57ch1.0操作系統(tǒng)概述嵌入式操作系統(tǒng)的主要特征有：系統(tǒng)內(nèi)核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般應(yīng)用于小型電子裝置，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較之傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小的多。專用性強。嵌入式系統(tǒng)的個性化很強，其中的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進行系統(tǒng)的移植。系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計及實現(xiàn)上過于復(fù)雜，也利于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。高實時性。這是嵌入式系統(tǒng)的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度。軟件代碼要求高質(zhì)量和高可靠性、實時性。58ch1.0操作系統(tǒng)概述計算機網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)通過通訊設(shè)施將物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、協(xié)作處理的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)OS是在原來各自計算機OS的基礎(chǔ)上，按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的各個協(xié)議標準進行開發(fā)Novell公司的Netware網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)59ch1.0操作系統(tǒng)概述計算機網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計算機系統(tǒng)在物理上是分散的計算機是自治的，每臺計算機有自己的操作系統(tǒng)，各自獨立工作，它們在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制下協(xié)同工作系統(tǒng)互聯(lián)要通過通信設(shè)施（硬件、軟件）來實現(xiàn)系統(tǒng)通過通信設(shè)施執(zhí)行信息交換、資源共享、互操作和協(xié)作處理，實現(xiàn)多種應(yīng)用要求。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)60ch1.0操作系統(tǒng)概述分布式操作系統(tǒng)：與計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)沒有多大的區(qū)別通過通訊設(shè)施將物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、協(xié)作處理的系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)61ch1.0操作系統(tǒng)概述分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的比較計算機網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)都遵循協(xié)議，而對于各種分布式系統(tǒng)并沒有制定標準的協(xié)議，計算機網(wǎng)絡(luò)可以認為是一種分布式系統(tǒng)分布式系統(tǒng)要求有一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)62ch1.0操作系統(tǒng)概述透明性：分布式系統(tǒng)負責全系統(tǒng)為用戶提供一個統(tǒng)一的界面，如用戶要訪問某文件，他只需要知道文件名，無需知道文件在哪個站點。對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說，用戶要訪問一個文件時要知道文件名及位置并行性：分布式系統(tǒng)中可以將一個或多個任務(wù)動態(tài)分配到不同的單元上，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中每個用戶的一個或多個任務(wù)通常都在本地處理63ch1.0操作系統(tǒng)概述共享性：在分布式系統(tǒng)中，各站點的所有資源都可供全系統(tǒng)共享，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中一般僅有服務(wù)器上的部分資源可供全網(wǎng)共享健壯性：分布式系統(tǒng)有健壯性，當某站點出現(xiàn)故障是，正在該站點處理的任務(wù)能被自動遷移到好的站點。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中若服務(wù)器故障往往導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。64ch1.0操作系統(tǒng)概述

已經(jīng)研制出來的分布式操作系統(tǒng)有：Cm*(美國卡內(nèi)基梅隆大學)，X樹系統(tǒng)(美國加州大學伯克利分校)，Arachne(美國威斯康星大學)，Chorus(法國國家信息與自動化研究所)Plan9(美國Bell實驗室)，Amoeba(荷蘭自由大學)，Guide(法國Bull研究中心)，Clouds(美國喬治亞理工學院)，CMDS(英國劍橋大學)65ch1.0操作系統(tǒng)概述多處理機操作系統(tǒng)（Multi-processorOperatingSystem）是指具有兩個以上的處理機、并在其上建立的操作系統(tǒng)。相對于網(wǎng)絡(luò)和分布式操作系統(tǒng)中多處理機的分布性，多處理機系統(tǒng)更注重于多處理機的本地性。多處理機操作系統(tǒng)66ch1.0操作系統(tǒng)概述使用多處理機系統(tǒng)主要是基于兩種考慮：一是利用多臺處理機進行多任務(wù)處理，協(xié)同求解一個復(fù)雜的問題以提高速度；另一方面是依靠冗余的處理機及其重組能力來提高系統(tǒng)的可靠性、適應(yīng)性和可用性。67ch1.0操作系統(tǒng)概述多處理機有以下兩種結(jié)構(gòu)：緊耦合多處理機。通過共享主存來實現(xiàn)處理機間的通信，系統(tǒng)中的所有資源和進程都由操作系統(tǒng)實施統(tǒng)一的控制和管理。松散耦合多處理機。不同的處理機間通過通道或者通信線路來實現(xiàn)通信，每臺處理機能自己管理本地的資源和進程。68ch1.0操作系統(tǒng)概述多處理機操作系統(tǒng)有以下兩種類型：非對稱多處理機（AsymmetricMultiprocessor，ASMP）。其中的每臺處理機都指派專門的任務(wù)，有一臺主處理機控制整個系統(tǒng)，其余處理機執(zhí)行主處理機下達的指令或執(zhí)行預(yù)先規(guī)定好的任務(wù)。這是一種主從關(guān)系。對稱多處理機（SymmetricMultiprocessor，SMP）。所有處理機都是相同的，且都運行一個相同的操作系統(tǒng)副本。所有處理機是對等的，沒有主從之分。69ch1.0操作系統(tǒng)概述1.4操作系統(tǒng)的基本特性并發(fā)共享虛擬異步（不確定）70ch1.0操作系統(tǒng)概述并發(fā)并發(fā)（Concurrence）指兩個或兩個以上的事件或活動在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生發(fā)揮并發(fā)性能夠消除系統(tǒng)中部件和部件之間的相互等待，有效地改善系統(tǒng)資源的利用率，改進系統(tǒng)的吞吐率，提高系統(tǒng)效率內(nèi)存中同時有多個用戶程序，或內(nèi)存中同時有操作系統(tǒng)程序和用戶程序被啟動交替、穿插地執(zhí)行，都是并發(fā)性的例子71ch1.0操作系統(tǒng)概述

并發(fā)性使系統(tǒng)變得復(fù)雜化如何從一個活動切換到另一個活動？怎樣將各個活動隔離開來，使之互不干擾，免遭對方破壞？怎樣讓多個活動協(xié)作完成任務(wù)？怎樣協(xié)調(diào)多個活動對資源的競爭？如何保證每個活動的資源不被其它進程侵犯?多個活動共享文件數(shù)據(jù)時，如何保證數(shù)據(jù)的一致性？72ch1.0操作系統(tǒng)概述

操作系統(tǒng)中很早就引入重要概念--進程，進程能清晰刻劃操作系統(tǒng)中的并發(fā)性，實現(xiàn)并發(fā)活動的執(zhí)行，因而，它已成為現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個重要基礎(chǔ)73ch1.0操作系統(tǒng)概述Q:什么叫進程？進程同程序有什么區(qū)別？A:進程是程序在計算機上的一次執(zhí)行活動。當你運行一個程序，你就啟動了一個進程。顯然，程序是死的(靜態(tài)的)，進程是活的(動態(tài)的)。進程可以分為系統(tǒng)進程和用戶進程。凡是用于完成操作系統(tǒng)的各種功能的進程就是系統(tǒng)進程，它們就是處于運行狀態(tài)下的操作系統(tǒng)本身；所有由你啟動的進程都是用戶進程。進程是操作系統(tǒng)進行資源分配的單位74ch1.0操作系統(tǒng)概述采用并發(fā)技術(shù)的系統(tǒng)稱為多任務(wù)系統(tǒng)(Multitasking)并發(fā)的實質(zhì)是一個物理CPU(也可以多個物理CPU)在若干道程序之間多路復(fù)用，并發(fā)性是對有限物理資源強制行使多用戶共享以提高效率。

75ch1.0操作系統(tǒng)概述Q:什么是“并發(fā)”？什么是“并行”？A:原則上一個CPU只能分配給一個進程，以便運行這個進程。我們通常使用的計算機中只有一個CPU，要讓它同時運行多個進程，就必須使用并發(fā)技術(shù)。實現(xiàn)并發(fā)技術(shù)相當復(fù)雜，最容易理解的是“時間片輪轉(zhuǎn)進程調(diào)度算法”，它的思想簡單介紹如下：在操作系統(tǒng)的管理下，所有正在運行的進程輪流使用CPU，每個進程允許占用CPU的時間非常短(比如10毫秒)，這樣用戶根本感覺不出來CPU是在輪流為多個進程服務(wù)，就好象所有的進程都在不間斷地運行一樣。但實際上在任何一個時間內(nèi)有且僅有一個進程占有CPU。76ch1.0操作系統(tǒng)概述Q:什么是“并發(fā)”？什么是“并行”？A:如果一臺計算機有多個CPU，情況就不同了，如果進程數(shù)小于CPU數(shù)，則不同的進程可以分配給不同的CPU來運行，這樣，多個進程就是真正同時運行的，這便是并行。但如果進程數(shù)大于CPU數(shù)，則仍然需要使用并發(fā)技術(shù)

并行：Parallel：是指兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生。

77ch1.0操作系統(tǒng)概述A:在Windows中，進行CPU分配是以線程為單位的，一個進程可能由多個線程組成，簡單地說有如下關(guān)系：

總線程數(shù)<=CPU數(shù)量：并行運行

總線程數(shù)>CPU數(shù)量：并發(fā)運行

并行運行的效率顯然高于并發(fā)運行，所以在多CPU的計算機中，多任務(wù)的效率比較高值得注意的是，Windows9x并不支持多CPU系統(tǒng)，如果在多CPU系統(tǒng)上安裝Windows9x，有再多的CPU也是白搭。78ch1.0操作系統(tǒng)概述共享

共享指操作系統(tǒng)中的資源可被多個并發(fā)執(zhí)行的進程所使用與共享性有關(guān)的問題是資源分配、信息保護、存取控制等，必須要妥善解決好這些問題79ch1.0操作系統(tǒng)概述共享互斥共享方式系統(tǒng)中的某些資源，如打印機，可以共享但為使所打印的結(jié)果不致造成混淆，應(yīng)規(guī)定在一段時間內(nèi)只允許一個進程訪問該資源。為此，當進程A訪問打印機資源時，必須先提出請求，如果此時該資源空閑，系統(tǒng)便可將之分配給進程A使用，當且僅當進程A訪問并釋放該資源后，才允許另一進程對該資源進行訪問。我們把這種資源共享方式稱為互斥式共享，而把在一段時間內(nèi)只允許一個進程訪問的資源稱為臨界資源。

同時訪問方式80ch1.0操作系統(tǒng)概述共享互斥共享方式同時訪問方式另一類資源，允許在一段時間內(nèi)由多個進程“同時”對它們進行訪問。這里所謂的“同時”往往是宏觀上的，而在微觀上，這些進程可能是交替地對該資源進行訪問即“分時共享”。典型的可供多個進程“同時”訪問的資源是磁盤設(shè)備，即若干個用戶同時訪問文件。81ch1.0操作系統(tǒng)概述并發(fā)與共享是操作系統(tǒng)的兩個最基本特征，它們之間是相輔相成、互為依存的資源共享是以程序（進程）并發(fā)執(zhí)行為條件的，如果系統(tǒng)不允許并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題程序并發(fā)執(zhí)行以資源共享為基礎(chǔ)，如果系統(tǒng)不能對資源共享實施有效管理，則也必將影響到程序的并發(fā)執(zhí)行只有系統(tǒng)能夠高度并發(fā)，資源才能充分共享；也只有資源被充分共享，系統(tǒng)才能更好地并發(fā)。82ch1.0操作系統(tǒng)概述虛擬虛擬是指把一個物理上的實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應(yīng)物。物理實體是實的，即實際存在的；而后者是虛的，是用戶感覺上的事物。在操作系統(tǒng)中利用了多種虛擬技術(shù)，分別用來實現(xiàn)虛擬處理器、虛擬存儲器和虛擬外部設(shè)備等。83ch1.0操作系統(tǒng)概述虛擬通過多道程序和分時使用CPU技術(shù)，物理上的一個CPU變成邏輯上的多個CPU。將一臺機器的物理存儲器變?yōu)樘摂M存儲器，以便從邏輯上來擴充內(nèi)存儲器的容量。當然，這時用戶所感覺到的內(nèi)存容量是虛的。我們把用戶所感覺到的存儲器稱為虛擬存儲器通過虛擬設(shè)備技術(shù)，將一臺物理I/O設(shè)備虛擬為多臺邏輯上的I/O設(shè)備，并允許每個用戶占用一臺邏輯上的I/O設(shè)備，這樣便可使原來僅允許在一段時間內(nèi)由一個用戶訪問的設(shè)備（即臨界資源），變?yōu)樵谝欢螘r間內(nèi)允許多個用戶同時訪問的共享設(shè)備。

84ch1.0操作系統(tǒng)概述異步內(nèi)存中的多個進程都按照各自獨立的、不可預(yù)知的速度向前推進。這是由于它們共享資源、并發(fā)執(zhí)行的緣故操作系統(tǒng)必須隨時對以不可預(yù)測的次序發(fā)生的事件進行響應(yīng)85ch1.0操作系統(tǒng)概述異步操作系統(tǒng)中的異步性處處可見：一個進程在CPU上運行一段時間后，由于等待資源滿足，被暫停執(zhí)行，CPU轉(zhuǎn)讓給另一個進程執(zhí)行。系統(tǒng)中的進程何時執(zhí)行？何時暫停？進程總共要多少時間執(zhí)行才能完成？這些都是不可予知的，或者說該進程是以異步方式運行的86ch1.0操作系統(tǒng)概述1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

在操作系統(tǒng)剛剛出現(xiàn)時，人們還沒有意識到操作系統(tǒng)的存在，人們想到什么功能，就把這個功能加進來，并沒有對所有這些功能進行統(tǒng)籌兼顧的計劃，當然那個時候的操作系統(tǒng)也是雜亂的、無結(jié)構(gòu)的。隨著操作系統(tǒng)功能的不斷發(fā)展和完善，操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也經(jīng)歷了以下3種形式的發(fā)展。模塊化結(jié)構(gòu)分層式結(jié)構(gòu)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)87ch1.0操作系統(tǒng)概述1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu)隨著操作系統(tǒng)的發(fā)展，操作系統(tǒng)慢慢變得有一些結(jié)構(gòu)了。各種功能歸為不同的功能塊，每個功能塊相對獨立，又經(jīng)過固定的界面互相聯(lián)系。任意一個功能塊可以調(diào)用另一個功能塊的服務(wù)。整個操作系統(tǒng)本身是一