計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課件(第四版)第一章

1、操作系統(tǒng)原理 Principle of Operating System 主講： 馬宏琳 信息學(xué)院 計(jì)算機(jī)系 E-mail: TEL課程類型：必修課程類型：必修 學(xué)時(shí)安排：學(xué)時(shí)安排：64學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 56學(xué)時(shí)授課學(xué)時(shí)授課 8學(xué)時(shí)上機(jī)學(xué)時(shí)上機(jī) 學(xué)分：學(xué)分：3.5學(xué)分學(xué)分 考試形式：閉卷考試考試形式：閉卷考試 成績(jī)：卷面成績(jī)成績(jī)：卷面成績(jī)70 + 平時(shí)成績(jī)平時(shí)成績(jī)30 (實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)10%+作業(yè)作業(yè)10%+考勤考勤10%) 課程安排 教材：教材：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)(第四版) 湯小丹等編著湯小丹等編著 2014年版年版 西安電子科技大學(xué)出版社西安電子科技大學(xué)出版社 1、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)計(jì)

2、算機(jī)操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解 （第二版）（第二版）梁紅兵梁紅兵,湯小丹湯小丹 西安電子西安電子 科技大學(xué)出版社科技大學(xué)出版社 課程內(nèi)容課程內(nèi)容 第一章、操作系統(tǒng)引論第一章、操作系統(tǒng)引論 第二章、進(jìn)程的描述與控制第二章、進(jìn)程的描述與控制 第三章、處理機(jī)死鎖與調(diào)度第三章、處理機(jī)死鎖與調(diào)度 第四章、存儲(chǔ)器管理（內(nèi)存管理）第四章、存儲(chǔ)器管理（內(nèi)存管理） 第五章、虛擬存儲(chǔ)器第五章、虛擬存儲(chǔ)器（內(nèi)存管理）（內(nèi)存管理） 第六章、輸入輸出系統(tǒng)（設(shè)備管理）第六章、輸入輸出系統(tǒng)（設(shè)備管理） 第七章、文件管理第七章、文件管理 第八章、磁盤存儲(chǔ)器的管理第八章、磁盤存儲(chǔ)器的管理 第九章、操作系統(tǒng)接口第九章、

3、操作系統(tǒng)接口 第一章第一章 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論 第一節(jié)第一節(jié) 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用 第二節(jié)第二節(jié) 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 第三節(jié)第三節(jié) 操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的基本特征 第四節(jié)第四節(jié) 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能 第五節(jié)第五節(jié) 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第一節(jié) 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用 什么是操作系統(tǒng)什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo) 操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用 推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿ν苿?dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?什么是操作系統(tǒng) （1）回顧）回顧“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)” （2）對(duì)操作系統(tǒng)的）對(duì)操作系統(tǒng)的描述描述 （3）操

4、作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)的定義 計(jì)算機(jī) 系統(tǒng) 硬件(裸機(jī))：中央處理機(jī)（CPU）、內(nèi)存、 外存、外部設(shè)備。 軟件 應(yīng)用軟件：為多種應(yīng)用而編制的程序，如： 辦公自動(dòng)化軟件、財(cái)務(wù)管理軟件、即時(shí)通信 軟件等 系統(tǒng)軟件 操作系統(tǒng)（DOS、WINDOWS、 UNIX、LINUX） 語言處理系統(tǒng)（命令解釋器、窗口 系統(tǒng)、編譯、匯編程序） 常用的例行程序（庫(kù)連接程序、 診斷排錯(cuò)程序） 一般用戶一般用戶 程序員程序員 OS開發(fā)人員開發(fā)人員 （2）對(duì)操作系統(tǒng)的）對(duì)操作系統(tǒng)的描述描述： l是配置在計(jì)算機(jī)硬件上的第一層軟件，是配置在計(jì)算機(jī)硬件上的第一層軟件， 是對(duì)硬件系統(tǒng)的首次擴(kuò)充。是對(duì)硬件系統(tǒng)的首次擴(kuò)充。 l用戶（應(yīng)

5、用程序）與計(jì)算機(jī)硬件之間的用戶（應(yīng)用程序）與計(jì)算機(jī)硬件之間的 接口接口。 （3）操作系統(tǒng)的定義）操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)是一組操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)控制和管理計(jì)算機(jī) 硬件和軟件資源，合理的對(duì)各類作硬件和軟件資源，合理的對(duì)各類作 業(yè)進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶使用的業(yè)進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶使用的 程序集合程序集合。 操作系統(tǒng)是操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟硬資源的管理控系統(tǒng)軟硬資源的管理控 制中心，它以盡量合理有效的方法制中心，它以盡量合理有效的方法 組織多個(gè)用戶（進(jìn)程）共享計(jì)算機(jī)組織多個(gè)用戶（進(jìn)程）共享計(jì)算機(jī) 的各種資源并提供使用接口。的各種資源并提供使用接口。 本書定義：本書定義： 其他：其他： 1.1

6、.1、操作系統(tǒng)的目標(biāo) OS的目標(biāo)的目標(biāo) l方便性：使計(jì)算機(jī)易學(xué)易用方便性：使計(jì)算機(jī)易學(xué)易用 l有效性：提高系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量有效性：提高系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量 l可擴(kuò)充性：能適應(yīng)硬件的發(fā)展，容易升級(jí)可擴(kuò)充性：能適應(yīng)硬件的發(fā)展，容易升級(jí) l開放性：遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所開發(fā)的軟硬件，開放性：遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所開發(fā)的軟硬件， 彼此兼容，方便互聯(lián)。使應(yīng)用程序具有可移植彼此兼容，方便互聯(lián)。使應(yīng)用程序具有可移植 性和互操作性。性和互操作性。 1.1.2、操作系統(tǒng)的作用、操作系統(tǒng)的作用 (1)OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口 (2)OS作為作為計(jì)算機(jī)四類資源的管理者計(jì)算

7、機(jī)四類資源的管理者 (3)OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象（虛實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象（虛機(jī)器）機(jī)器） (1)OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接 口口 計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 命令命令 圖標(biāo)圖標(biāo)-窗口窗口 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 應(yīng)用程序應(yīng)用程序 用戶用戶 軟件接口，給用戶提供軟件接口，給用戶提供3種方式種方式 (2) OS作為作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)四類資源的管理者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)四類資源的管理者 處理機(jī)管理處理機(jī)管理 對(duì)處理機(jī)進(jìn)行分配對(duì)處理機(jī)進(jìn)行分配進(jìn)程管理和調(diào)度進(jìn)程管理和調(diào)度 存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理 對(duì)內(nèi)存進(jìn)行分配、回收對(duì)內(nèi)存進(jìn)行分配、回收 I/O設(shè)備管理設(shè)備管理 負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)

8、I/O設(shè)備的分配、回收、操控（如啟動(dòng)設(shè)備）設(shè)備的分配、回收、操控（如啟動(dòng)設(shè)備） 文件管理文件管理 文件的存取、共享、保護(hù)文件的存取、共享、保護(hù) (3)OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象 l裸機(jī)裸機(jī)完全無軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完全無軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) l擴(kuò)充機(jī)器擴(kuò)充機(jī)器覆蓋了軟件的機(jī)器。也稱虛覆蓋了軟件的機(jī)器。也稱虛 機(jī)器。機(jī)器。 用戶用戶 物理接口物理接口 硬件硬件 機(jī)器指令 用戶用戶 物理接口物理接口 硬件硬件 I/O軟件軟件 I/O操作命令 Read Write 虛機(jī)器虛機(jī)器 1.1.3、推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?、推?dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?（1）不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率）不斷

9、提高計(jì)算機(jī)資源利用率 （2）方便用戶）方便用戶 （3）器件的不斷更新?lián)Q代）器件的不斷更新?lián)Q代 （4）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展 （5）不斷提出新的應(yīng)用需求）不斷提出新的應(yīng)用需求 第二節(jié)第二節(jié) 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 1.2.1 未配置未配置操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng) 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng) 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng) 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng) 1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展 1945-ENIAC 電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī) （194550年代中期）年代

10、中期） .1、為配置操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、為配置操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 人工操作方式（人工操作方式（194519455050年代中期）年代中期） 1 1、工作方式、工作方式 紙帶（卡片）紙帶（卡片） 輸入機(jī)輸入機(jī) 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)打印結(jié)果打印結(jié)果 取走紙帶取走紙帶 早期早期-紙帶穿孔卡（機(jī)器語言）紙帶穿孔卡（機(jī)器語言） 0000,0000,000000000001 代表代表 LOAD A, 1 0001,0001,000000001000 代表代表 STORE B, 16 2 2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)：用戶獨(dú)占全機(jī)、用戶獨(dú)占全機(jī)、CPUCPU等待人工操作等待人工操作 （串行性串行性），），聯(lián)

11、機(jī)輸入輸出方式聯(lián)機(jī)輸入輸出方式（輸入輸出 都由主機(jī)控制）。）。 3 3、問題、問題: :人機(jī)矛盾，人機(jī)矛盾，CPU和和I/O設(shè)備間不匹配設(shè)備間不匹配 。 脫機(jī)輸入輸出脫機(jī)輸入輸出（Off-Line I/OOff-Line I/O）方式方式 關(guān)鍵設(shè)備：外圍機(jī)、磁帶關(guān)鍵設(shè)備：外圍機(jī)、磁帶 優(yōu)點(diǎn)：減少優(yōu)點(diǎn)：減少CPUCPU的空閑時(shí)間、提高的空閑時(shí)間、提高I/OI/O速度速度 輸入設(shè)備輸入設(shè)備外圍機(jī)外圍機(jī) 磁盤磁盤 磁盤磁盤磁盤磁盤 磁盤磁盤外圍機(jī)外圍機(jī) 主機(jī)主機(jī) 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 脫機(jī)脫機(jī)I/O示意圖示意圖 1.2.2、單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng) 1、50年代中期年代中期出現(xiàn)第二代晶體管計(jì)算機(jī)出現(xiàn)

12、第二代晶體管計(jì)算機(jī) 2、過程：、過程：在在監(jiān)督程序（監(jiān)督程序（Monitor, OS的雛形）的雛形） 的控制下，把一批作業(yè)脫機(jī)輸入到磁帶上，的控制下，把一批作業(yè)脫機(jī)輸入到磁帶上， 使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)的連續(xù)得到處理。使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)的連續(xù)得到處理。 磁帶磁帶內(nèi)存內(nèi)存 Monitor Job1 CPU 2 2、定義：定義：系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理是成批進(jìn)行的，系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理是成批進(jìn)行的， 且在內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，故稱為且在內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，故稱為 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)。 3 3、特征：、特征： (1)(1)自動(dòng)性自動(dòng)性無人工干預(yù)無人工干預(yù) (2)(2)順序性順序性按進(jìn)入內(nèi)

13、存的先后執(zhí)行按進(jìn)入內(nèi)存的先后執(zhí)行 (3)(3)單道性單道性內(nèi)存中只保持一道作業(yè)內(nèi)存中只保持一道作業(yè) 單道程序的工作情況單道程序的工作情況 CPU 程序程序A運(yùn)行運(yùn)行 I/O操作操作 程序程序A運(yùn)行運(yùn)行 外設(shè)外設(shè) 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng) 1 1、多道：、多道：內(nèi)存中同時(shí)存在多個(gè)相互獨(dú)立程序。內(nèi)存中同時(shí)存在多個(gè)相互獨(dú)立程序。 多道技術(shù)是多道技術(shù)是共享的共享的基礎(chǔ)。（基礎(chǔ)。（6060年代中期）年代中期） 磁帶磁帶內(nèi)存內(nèi)存 OS Job1CPU Job2 CPU I/O設(shè)備設(shè)備 程序程序B 程序程序A 程序程序A 程序程序B 輸入輸入 輸入輸入 輸出輸出 輸出輸出 I/O設(shè)備設(shè)備 等

14、等CPU t1t2t3 t4 t5 程序程序A：計(jì)算：計(jì)算輸入輸入計(jì)算計(jì)算輸出輸出 程序程序B：計(jì)算：計(jì)算輸入輸入計(jì)算計(jì)算輸出輸出 2 2、多道批處理系統(tǒng)的特征：、多道批處理系統(tǒng)的特征： (1)多道性：多道性：內(nèi)存中有多道程序，可并發(fā)執(zhí)行內(nèi)存中有多道程序，可并發(fā)執(zhí)行 (2)無序性：無序性：完成時(shí)間與進(jìn)入內(nèi)存先后無關(guān)完成時(shí)間與進(jìn)入內(nèi)存先后無關(guān) (3)調(diào)度性：調(diào)度性：作業(yè)從提交到完成經(jīng)兩次調(diào)度作業(yè)從提交到完成經(jīng)兩次調(diào)度 作業(yè)調(diào)度：作業(yè)調(diào)度：外存外存內(nèi)存（選多個(gè)）內(nèi)存（選多個(gè)） 進(jìn)程調(diào)度：進(jìn)程調(diào)度：分配處理機(jī)（選分配處理機(jī)（選1個(gè)）個(gè)） 問：多道程序需要什么技術(shù)作為支持？問：多道程序需要什么技術(shù)作為

15、支持？ 必須有必須有中斷中斷和和通道通道技術(shù)支持。技術(shù)支持。 通道通道是一種控制一臺(tái)或多臺(tái)外設(shè)的硬件是一種控制一臺(tái)或多臺(tái)外設(shè)的硬件 機(jī)構(gòu)，能做到輸入輸出操作與機(jī)構(gòu)，能做到輸入輸出操作與CPU并行工作。并行工作。 中斷中斷是輸入輸出結(jié)束時(shí)，向是輸入輸出結(jié)束時(shí)，向CPU發(fā)出中發(fā)出中 斷信號(hào)，斷信號(hào)，CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求，處理完后繼續(xù)響應(yīng)中斷請(qǐng)求，處理完后繼續(xù) 原來工作。原來工作。 3 3、優(yōu)點(diǎn)：、優(yōu)點(diǎn)： (1)(1)資源利用率高資源利用率高 (2)(2)系統(tǒng)吞吐量大系統(tǒng)吞吐量大 原因原因(1)(1)資源忙資源忙 (2)(2)完成或運(yùn)行不下去時(shí)才切換完成或運(yùn)行不下去時(shí)才切換 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： (1)(1)

16、無交互能力無交互能力- -修改和調(diào)試極不方便修改和調(diào)試極不方便 (2)(2)作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng) 操作系統(tǒng)的定義：操作系統(tǒng)的定義： 操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件 和軟件資源，合理的對(duì)各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)和軟件資源，合理的對(duì)各類作業(yè)進(jìn)行調(diào) 度，以及方便用戶使用的程序集合。度，以及方便用戶使用的程序集合。 多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題：多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題： （1）處理機(jī)管理問題）處理機(jī)管理問題 （2）內(nèi)存管理問題）內(nèi)存管理問題 （3）I/O設(shè)備管理問題設(shè)備管理問題 （4）文件管理問題）文件管理問題 （5）作業(yè)管理問題）作業(yè)管理問題 1

17、.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng) 1 1、分時(shí)系統(tǒng)的引入、分時(shí)系統(tǒng)的引入 (1)(1)人機(jī)交互能力的需求（邊運(yùn)行邊調(diào)試）人機(jī)交互能力的需求（邊運(yùn)行邊調(diào)試） (2)(2)共享主機(jī)（設(shè)備昂貴）共享主機(jī)（設(shè)備昂貴） (3)(3)方便用戶上機(jī)（在終端上輸入、控制）方便用戶上機(jī)（在終端上輸入、控制） 2 2、定義：、定義：一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)終端（顯示器和一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)終端（顯示器和 鍵盤）組成的系統(tǒng)，同時(shí)允許多個(gè)用戶通過自鍵盤）組成的系統(tǒng)，同時(shí)允許多個(gè)用戶通過自 己的終端，以交互方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)己的終端，以交互方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī) 中的資源。中的資源。 主機(jī)主機(jī) 終端終端 1 終端終端 2

18、 終端終端 n 3 3、分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題、分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題 及時(shí)接收及時(shí)接收多路卡（多個(gè)多路卡（多個(gè)I/O端口）端口） 及時(shí)處理及時(shí)處理作業(yè)直接進(jìn)內(nèi)存作業(yè)直接進(jìn)內(nèi)存 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（分時(shí)技術(shù)）時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（分時(shí)技術(shù)） 5 5、分時(shí)系統(tǒng)的特征、分時(shí)系統(tǒng)的特征 (1)(1)多路性多路性 即同時(shí)性，宏觀上同時(shí)，微觀上輪流即同時(shí)性，宏觀上同時(shí)，微觀上輪流 (2)(2)獨(dú)占性獨(dú)占性 每個(gè)用戶感覺獨(dú)占主機(jī)每個(gè)用戶感覺獨(dú)占主機(jī) (3)(3)及時(shí)性及時(shí)性 較短時(shí)間響應(yīng)較短時(shí)間響應(yīng)(1-3(1-3秒秒) ) (4)(4)交互性交互性 4 4、分時(shí)技術(shù)：、分時(shí)技術(shù)：把處理機(jī)時(shí)間劃分成很短的把處理機(jī)時(shí)間劃

19、分成很短的時(shí)間片時(shí)間片(如如 30毫秒毫秒)輪流地分配給各個(gè)聯(lián)機(jī)作業(yè)使用，如果未輪流地分配給各個(gè)聯(lián)機(jī)作業(yè)使用，如果未 完成，則中斷，等待下一輪繼續(xù)計(jì)算。完成，則中斷，等待下一輪繼續(xù)計(jì)算。 Fernando J. Corbato （費(fèi)爾南多費(fèi)爾南多考巴脫考巴脫） 分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)CTSS和和Multics系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者 Corbato是第一個(gè)分時(shí)操作系統(tǒng)是第一個(gè)分時(shí)操作系統(tǒng)CTSS和和Multics系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者。系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者。 其貢獻(xiàn)直接導(dǎo)致和影響了后來的其貢獻(xiàn)直接導(dǎo)致和影響了后來的UNIX操作系統(tǒng)的誕生。操作系統(tǒng)的誕生。1990年年 被授予圖靈獎(jiǎng)。被授予圖靈獎(jiǎng)。 MIT CT

20、SS(Compatible Time-Sharing System)是第一個(gè)分時(shí)系是第一個(gè)分時(shí)系 統(tǒng)。統(tǒng)。CTSS是在是在1961年完成開發(fā)的。年完成開發(fā)的。CTSS的后續(xù)項(xiàng)目就是著名的后續(xù)項(xiàng)目就是著名 的的Multics項(xiàng)目。項(xiàng)目。 Multics項(xiàng)目直接導(dǎo)致和影響了項(xiàng)目直接導(dǎo)致和影響了Ken Thompson和和Dennis Ritchie(他倆是他倆是1983年圖靈獎(jiǎng)得主年圖靈獎(jiǎng)得主)，開發(fā)了，開發(fā)了UNIX操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng) 1 1、實(shí)時(shí)：、實(shí)時(shí)：及時(shí)響應(yīng)外部事件請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間完及時(shí)響應(yīng)外部事件請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間完 成對(duì)該事件的處理，控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)

21、協(xié)調(diào)一致成對(duì)該事件的處理，控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致 運(yùn)行。運(yùn)行。 2 2、最主要的特征：、最主要的特征：將時(shí)間作為關(guān)鍵參數(shù)將時(shí)間作為關(guān)鍵參數(shù) 3 3、應(yīng)用需求：、應(yīng)用需求： （1）工業(yè)武器控制系統(tǒng)：生產(chǎn)過程控制、作戰(zhàn)指揮）工業(yè)武器控制系統(tǒng)：生產(chǎn)過程控制、作戰(zhàn)指揮 （2）信息查詢系統(tǒng)：訂購(gòu)機(jī)票、情報(bào)檢索）信息查詢系統(tǒng)：訂購(gòu)機(jī)票、情報(bào)檢索 （3）多媒體系統(tǒng)：數(shù)字電影播放（音頻視頻文字）多媒體系統(tǒng)：數(shù)字電影播放（音頻視頻文字） （4）嵌入式系統(tǒng)：）嵌入式系統(tǒng)： 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng) 4、實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)：、實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)： l多路性、獨(dú)占性、及時(shí)性、交互性、可靠性多路性、獨(dú)占性、及時(shí)性、交互性

22、、可靠性 5、實(shí)時(shí)任務(wù)的類型：、實(shí)時(shí)任務(wù)的類型： l周期性實(shí)時(shí)任務(wù)、非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)周期性實(shí)時(shí)任務(wù)、非周期性實(shí)時(shí)任務(wù) 開始截至?xí)r間、完成截至?xí)r間開始截至?xí)r間、完成截至?xí)r間 l硬實(shí)時(shí)任務(wù)、軟實(shí)時(shí)任務(wù)硬實(shí)時(shí)任務(wù)、軟實(shí)時(shí)任務(wù) 硬實(shí)時(shí)任務(wù)：系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對(duì)截至?xí)r間的要求硬實(shí)時(shí)任務(wù)：系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對(duì)截至?xí)r間的要求 軟實(shí)時(shí)任務(wù)：軟實(shí)時(shí)任務(wù)：對(duì)截至?xí)r間的要求不太嚴(yán)格對(duì)截至?xí)r間的要求不太嚴(yán)格 4 4、幾種操作系統(tǒng)的比較、幾種操作系統(tǒng)的比較 批處理、分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)是三種批處理、分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)是三種基本基本的的 操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。 OS的進(jìn)一步發(fā)展：的進(jìn)一步發(fā)展：微機(jī)微機(jī)OS、嵌入式、嵌入式OS、網(wǎng)

23、、網(wǎng) 絡(luò)絡(luò)OS、分布式、分布式OS、移動(dòng)、移動(dòng)OS、智能化、智能化OS 1.2.6、微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展、微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展 單用戶單任務(wù)單用戶單任務(wù)OS l1) CP/M l2) MS-DOS 單用戶多任務(wù)單用戶多任務(wù)OS lWindows 多用戶多任務(wù)多用戶多任務(wù)OS lSolaris 、 Linux 、 UNIX CP/M操作系統(tǒng)界面操作系統(tǒng)界面 CP/M系統(tǒng)由系統(tǒng)由Digital Research公司（公司（1991年被年被 Novell兼并）在兼并）在1974年開發(fā)。在年開發(fā)。在70年代，它成為被年代，它成為被 廣泛應(yīng)用的操作系統(tǒng)。通過它的命令行選項(xiàng)，人廣泛應(yīng)用的操作系統(tǒng)。通過它的命令

24、行選項(xiàng)，人 們開始了解操作系統(tǒng)。微軟們開始了解操作系統(tǒng)。微軟20年后推出的年后推出的DOS系系 統(tǒng)便是在它的基礎(chǔ)上開發(fā)的。統(tǒng)便是在它的基礎(chǔ)上開發(fā)的。 MS-DOS界面界面 DOS又稱磁盤操作系統(tǒng)。又稱磁盤操作系統(tǒng)。DOS命令行模式足足統(tǒng)治命令行模式足足統(tǒng)治 了系統(tǒng)市場(chǎng)了系統(tǒng)市場(chǎng)15年（年（1981 到到 1995 ）。若是把部分以）。若是把部分以 DOS 為基礎(chǔ)的為基礎(chǔ)的 微軟微軟Windows 版本，如版本，如 Windows 95、 98 和和 Me 等都算進(jìn)去的話，那么其商業(yè)壽命可以算等都算進(jìn)去的話，那么其商業(yè)壽命可以算 到到 2000 年。年。 Windows 95操作系統(tǒng)界面操作系統(tǒng)

25、界面 Windows 95是微軟是微軟1995年推出的操作系統(tǒng)，它第一次拋棄了對(duì)年推出的操作系統(tǒng)，它第一次拋棄了對(duì)16 位位x86的支持。同時(shí)，的支持。同時(shí)，Windows 95首次加入了開始菜單和任務(wù)欄首次加入了開始菜單和任務(wù)欄 兩項(xiàng)功能兩項(xiàng)功能 對(duì)于微軟而言，對(duì)于微軟而言，Windows 95具有劃時(shí)代的意義。具有劃時(shí)代的意義。Windows 95以強(qiáng)以強(qiáng) 大的攻勢(shì)進(jìn)行發(fā)布，包括了商業(yè)性質(zhì)的滾石樂隊(duì)的歌曲大的攻勢(shì)進(jìn)行發(fā)布，包括了商業(yè)性質(zhì)的滾石樂隊(duì)的歌曲“Start Me Up”。很多沒有電腦的顧客受到宣傳的影響而排隊(duì)購(gòu)買軟件，。很多沒有電腦的顧客受到宣傳的影響而排隊(duì)購(gòu)買軟件， 但他們甚至根

26、本不知道但他們甚至根本不知道Windows 95是什么。是什么。 LinuxLinux操作系統(tǒng)的構(gòu)成操作系統(tǒng)的構(gòu)成 內(nèi)核（內(nèi)核（kernel） 外殼（外殼（Shell） X-Window 應(yīng)用程序應(yīng)用程序 文件系統(tǒng)文件系統(tǒng) Linux操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)的發(fā)展 Linux的原型的原型Minix Minix的名稱取自英語的名稱取自英語Mini UNIX, (約約300MB) Andrew S. Tanenbaum 全部的程序碼共約全部的程序碼共約12,000行行 全套全套Minix除了啟動(dòng)的部分以匯編語言編寫以外，其他大部除了啟動(dòng)的部分以匯編語言編寫以外，其他大部 份都是純粹用份都是純粹用C語

27、言編寫。分為：內(nèi)核、內(nèi)存管理及檔案管語言編寫。分為：內(nèi)核、內(nèi)存管理及檔案管 理三部分理三部分 Andrew S. Tanenbaum Linux的誕生：的誕生： Minix最有名的學(xué)生用戶是最有名的學(xué)生用戶是Linus Torvalds，他在芬蘭的赫，他在芬蘭的赫 爾辛基大學(xué)用爾辛基大學(xué)用Minix操作平臺(tái)建立了一個(gè)新的操作系統(tǒng)的內(nèi)操作平臺(tái)建立了一個(gè)新的操作系統(tǒng)的內(nèi) 核，他把它叫做核，他把它叫做Linux 1990年秋天， Linus開發(fā)了第一個(gè)程序，包括兩個(gè)進(jìn)程，開發(fā)了第一個(gè)程序，包括兩個(gè)進(jìn)程， 向屏幕上寫字母向屏幕上寫字母A和和B，定時(shí)器切換。此外，從，定時(shí)器切換。此外，從modem上上

28、接發(fā)信息的程序以及顯示器、鍵盤、接發(fā)信息的程序以及顯示器、鍵盤、modem的驅(qū)動(dòng)程序，的驅(qū)動(dòng)程序， 文件系統(tǒng)文件系統(tǒng) 有了進(jìn)程切換、文件系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序，有了進(jìn)程切換、文件系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序，OS原型出現(xiàn)了。原型出現(xiàn)了。 Linux內(nèi)核的發(fā)展內(nèi)核的發(fā)展 l19911991年年1010月月, ,芬蘭赫爾辛基大學(xué)的學(xué)生芬蘭赫爾辛基大學(xué)的學(xué)生Linus TorvaldsLinus Torvalds 為改進(jìn)為改進(jìn)MINIXMINIX操作系統(tǒng)開發(fā)了一種類似操作系統(tǒng)開發(fā)了一種類似UnixUnix的操作系統(tǒng)，的操作系統(tǒng)， 叫叫l(wèi)inux,linux,最初發(fā)布的版本是最初發(fā)布的版本是0.020.02版版 l1994

29、1994年，發(fā)布正式的年，發(fā)布正式的1.01.0版本，版本，linuxlinux開始成為一個(gè)比開始成為一個(gè)比 較完善的操作系統(tǒng)，并逐漸為世人所知較完善的操作系統(tǒng)，并逐漸為世人所知 l一些軟件公司相繼開發(fā)出自己的一些軟件公司相繼開發(fā)出自己的linuxlinux系統(tǒng)系統(tǒng), ,如如RedHat RedHat linuxlinux、RedFlag linuxRedFlag linux等等 l大量的軟件專家和大量的軟件專家和linuxlinux愛好者不斷地提高和改進(jìn)愛好者不斷地提高和改進(jìn) linuxlinux內(nèi)核功能內(nèi)核功能 l應(yīng)用軟件廠商開發(fā)出大量基于應(yīng)用軟件廠商開發(fā)出大量基于LinuxLinux的應(yīng)

30、用軟件的應(yīng)用軟件 l目前最新內(nèi)核穩(wěn)定版本是目前最新內(nèi)核穩(wěn)定版本是2.6.x(2.6.x(如如2.6.29)2.6.29) Linus Torvalds - Linux創(chuàng)始人創(chuàng)始人 今天，許多基于今天，許多基于Linus Torvalds(李納斯李納斯托沃茲托沃茲)開發(fā)的開發(fā)的Linux內(nèi)核的內(nèi)核的GNU 系統(tǒng)的變種被廣泛使用。據(jù)估計(jì)現(xiàn)今由一千萬的用戶在使用系統(tǒng)的變種被廣泛使用。據(jù)估計(jì)現(xiàn)今由一千萬的用戶在使用GNU/Linux系系 統(tǒng)。統(tǒng)。 Linux已經(jīng)得到了已經(jīng)得到了IBM、HP、Compaq、Sun、SGI、Dell、Oracle、 Informix、SAP、Sybase、CA、Intel

31、、SCO等除微軟之外的幾乎所有計(jì)等除微軟之外的幾乎所有計(jì) 算機(jī)大公司的支持。算機(jī)大公司的支持。 一臺(tái)郵件服務(wù)器成年累月運(yùn)行，卻從不需要重新啟動(dòng)；一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器面一臺(tái)郵件服務(wù)器成年累月運(yùn)行，卻從不需要重新啟動(dòng)；一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器面 對(duì)海量訪問，卻從不崩潰；一個(gè)操作系統(tǒng)還帶源代碼，可以自由地?zé)o限制對(duì)海量訪問，卻從不崩潰；一個(gè)操作系統(tǒng)還帶源代碼，可以自由地?zé)o限制 地修改。這一切，聽起來可望不可及。但實(shí)際上，數(shù)以千百計(jì)的公司真的地修改。這一切，聽起來可望不可及。但實(shí)際上，數(shù)以千百計(jì)的公司真的 找到了實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)零故障的秘訣。而且它不是找到了實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)零故障的秘訣。而且它不是Windows，而是，而是Linu

32、x。 UNIX的誕生的誕生 1965年年Multics項(xiàng)目啟動(dòng)。項(xiàng)目啟動(dòng)。MIT、貝爾實(shí)驗(yàn)室、貝爾實(shí)驗(yàn)室、 通用電氣公司參與。通用電氣公司參與。 1969年貝爾實(shí)驗(yàn)室退出。年貝爾實(shí)驗(yàn)室退出。 Dennis與與Ken Thompson在在PDP-7機(jī)上運(yùn)行為機(jī)上運(yùn)行為Multics設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)的 “空間旅行空間旅行”游戲。開發(fā)了浮點(diǎn)運(yùn)算軟件包、顯游戲。開發(fā)了浮點(diǎn)運(yùn)算軟件包、顯 示驅(qū)動(dòng)、文件系統(tǒng)、實(shí)用程序、示驅(qū)動(dòng)、文件系統(tǒng)、實(shí)用程序、shell、匯編程、匯編程 序序 1970年年Unix誕生。誕生。 Dennis用用C重寫。重寫。 DennisKen Thompson Dennis于1967年加入貝

33、爾實(shí)驗(yàn)室。 加入貝爾實(shí)驗(yàn)室不久，Dennis參與了Multics項(xiàng)目。 Multics項(xiàng)目為后來UNIX的產(chǎn)生打下了許多技術(shù)基 礎(chǔ)。 Dennis除了與Ken Thompson發(fā)明與實(shí)現(xiàn)了UNIX 操作系統(tǒng)之外，還是著名C語言的發(fā)明人。 C語言 來源于Thompson實(shí)現(xiàn)的B語言。 C語言發(fā)明后， UNIX被用C來重寫，從而使得UNIX的可移植性極 大的提高。 1983年Dennis Ritchie和Ken Thompson一同被授 予圖靈獎(jiǎng) Dennis M. Ritchie-UnixDennis M. Ritchie-Unix之父之父 第三節(jié) 操作系統(tǒng)的特征 并發(fā)并發(fā)（Concurrenc

34、e） 共享共享（Sharing） 虛擬虛擬（Virtual） 異步性異步性（Asynchronism） 1、并發(fā)（并發(fā)（ConcurrenceConcurrence） 并行與并發(fā)：并行與并發(fā)： l并行性：多個(gè)事件在同一時(shí)刻同時(shí)發(fā)生并行性：多個(gè)事件在同一時(shí)刻同時(shí)發(fā)生 l并發(fā)性：宏觀上在同一時(shí)間段內(nèi)同時(shí)運(yùn)行并發(fā)性：宏觀上在同一時(shí)間段內(nèi)同時(shí)運(yùn)行 微觀上交替執(zhí)行微觀上交替執(zhí)行 單處理機(jī)系統(tǒng)：宏觀上并發(fā)，微觀上交替執(zhí)行。單處理機(jī)系統(tǒng)：宏觀上并發(fā)，微觀上交替執(zhí)行。 多處理機(jī)系統(tǒng)：可能有并行。多處理機(jī)系統(tǒng)：可能有并行。 2、共享（共享（SharingSharing） 共享：共享：是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多

35、個(gè)并發(fā)執(zhí)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。行的進(jìn)程共同使用。 互斥共享方式互斥共享方式 l互斥就是排他性互斥就是排他性 l臨界資源（獨(dú)占資源）：在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程臨界資源（獨(dú)占資源）：在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程 訪問的資源（如打印機(jī)等硬件；棧、變量、表格等）訪問的資源（如打印機(jī)等硬件；棧、變量、表格等） 同時(shí)訪問方式同時(shí)訪問方式 l宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)進(jìn)程宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)同時(shí)”訪問某些資訪問某些資 源源 l微觀上微觀上“輪流輪流”（交替訪問）（交替訪問） l處理機(jī)、內(nèi)存、磁盤、可重入代碼處理機(jī)、內(nèi)存、磁盤、可重入代碼 3、虛擬（虛擬（Vi

36、rtualVirtual） 虛擬：虛擬：是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理設(shè)備實(shí)體是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理設(shè)備實(shí)體 變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。 虛擬對(duì)象類型：虛擬對(duì)象類型： l虛擬處理機(jī)技術(shù)虛擬處理機(jī)技術(shù) l虛擬設(shè)備技術(shù)虛擬設(shè)備技術(shù) l虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)虛擬存儲(chǔ)器技術(shù) l虛擬磁盤技術(shù)虛擬磁盤技術(shù) 時(shí)分復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用技術(shù) 空分復(fù)用技術(shù)空分復(fù)用技術(shù) 4、異步性（異步性（AsynchronismAsynchronism） 異步性：進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推異步性：進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推 進(jìn)的。進(jìn)的。 導(dǎo)致的原因：導(dǎo)致的原因： l多道環(huán)境的復(fù)雜性多道環(huán)境的復(fù)雜性 l進(jìn)

37、程的動(dòng)態(tài)性進(jìn)程的動(dòng)態(tài)性 l每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行過程是不可預(yù)測(cè)的每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行過程是不可預(yù)測(cè)的 第四節(jié)第四節(jié) 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能 從資源管理和用戶接口兩方面說明從資源管理和用戶接口兩方面說明OS的功的功 能：能： 資源管理資源管理 硬件資源硬件資源(處理機(jī)、內(nèi)存、外設(shè)處理機(jī)、內(nèi)存、外設(shè)) 軟件資源軟件資源(信息、數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)) 用戶接口用戶接口 處理機(jī)管理處理機(jī)管理 l對(duì)處理機(jī)進(jìn)行分配對(duì)處理機(jī)進(jìn)行分配進(jìn)程管理和調(diào)度進(jìn)程管理和調(diào)度 存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理 l對(duì)內(nèi)存進(jìn)行分配、保護(hù)和擴(kuò)充對(duì)內(nèi)存進(jìn)行分配、保護(hù)和擴(kuò)充 設(shè)備管理設(shè)備管理 l緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理

38、 文件管理文件管理 l文件存儲(chǔ)空間的管理、目錄管理、文件的文件存儲(chǔ)空間的管理、目錄管理、文件的 讀寫管理和保護(hù)讀寫管理和保護(hù) OS與用戶之間的接口與用戶之間的接口 1、用戶接口、用戶接口 l聯(lián)機(jī)用戶接口聯(lián)機(jī)用戶接口 l脫機(jī)用戶接口脫機(jī)用戶接口 l圖形用戶接口圖形用戶接口 2、程序接口、程序接口 應(yīng)用程序與應(yīng)用程序與OS的接口，在應(yīng)用程序的接口，在應(yīng)用程序 中使用系統(tǒng)調(diào)用。中使用系統(tǒng)調(diào)用。 命令接口命令接口 聯(lián)機(jī)用戶接口聯(lián)機(jī)用戶接口 1、適用：、適用：幾乎所有計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)中。幾乎所有計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)中。 2、組成：、組成：命令命令+終端處理程序終端處理程序+命令解釋程序命令解釋程序 3、過程

39、：、過程：用戶在鍵盤上輸入命令；用戶在鍵盤上輸入命令； 終端處理程序接收命令并顯示在屏幕上；終端處理程序接收命令并顯示在屏幕上； 命令解釋程序解釋并執(zhí)行該命令。命令解釋程序解釋并執(zhí)行該命令。 4、聯(lián)機(jī)命令舉例：、聯(lián)機(jī)命令舉例： UNIX：login；logout； DOS：copy；format； 5、命令解釋程序：、命令解釋程序：操作系統(tǒng)的最高層操作系統(tǒng)的最高層 MS-DOS：COMMAND.COM UNIX：Shell 脫機(jī)用戶接口脫機(jī)用戶接口 1、適用：、適用：批處理系統(tǒng)。批處理系統(tǒng)。 2、組成：、組成：JCL+作業(yè)說明書作業(yè)說明書+命令解釋程序命令解釋程序 3、過程：、過程：用戶把對(duì)作

40、業(yè)的控制用用戶把對(duì)作業(yè)的控制用JCL寫在寫在 作業(yè)說明書上，命令解釋程序按照作業(yè)說作業(yè)說明書上，命令解釋程序按照作業(yè)說 明書解釋并執(zhí)行。明書解釋并執(zhí)行。 作業(yè)控制語言作業(yè)控制語言 程序接口程序接口 1、目的：、目的：為用戶程序訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置。為用戶程序訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置。 2、組成：、組成：一組系統(tǒng)調(diào)用一組系統(tǒng)調(diào)用 3、系統(tǒng)調(diào)用：、系統(tǒng)調(diào)用：一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用是一個(gè)能完成特定功一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用是一個(gè)能完成特定功 能的子程序。能的子程序。 用戶程序用戶程序 系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 命令命令 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能 調(diào)用調(diào)用 返回返回 對(duì)截至?xí)r間的要求對(duì)截至?xí)r間的要求 1.4.6現(xiàn)代操作系統(tǒng)的心功能現(xiàn)代操作系統(tǒng)的心

41、功能 1、系統(tǒng)安全、系統(tǒng)安全 認(rèn)證技術(shù)、密碼技術(shù)、訪問控制技術(shù)、反認(rèn)證技術(shù)、密碼技術(shù)、訪問控制技術(shù)、反 病毒技術(shù)病毒技術(shù) 2、網(wǎng)絡(luò)的功能和服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)的功能和服務(wù) 3、支持多媒體、支持多媒體 接納控制功能、實(shí)時(shí)調(diào)度、多媒體文件的接納控制功能、實(shí)時(shí)調(diào)度、多媒體文件的 存儲(chǔ)存儲(chǔ) 第五節(jié) 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)OS 模塊化模塊化OS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 分層式分層式OS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) C/S模式及微內(nèi)核模式及微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) v1、無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)OSOS 無結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)OS 設(shè)計(jì)重點(diǎn)：功能的實(shí)現(xiàn)和高效率設(shè)計(jì)重點(diǎn)：功能的實(shí)現(xiàn)和高效率 缺點(diǎn)：缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu) 錯(cuò)誤多、難以維護(hù)錯(cuò)誤多、難以維

42、護(hù) OS 進(jìn)程管理進(jìn)程管理存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理文件管理文件管理 進(jìn)程控制進(jìn)程控制 進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度 內(nèi)存分配內(nèi)存分配 內(nèi)存保護(hù)內(nèi)存保護(hù) 磁盤管理磁盤管理 目錄管理目錄管理 2、模塊化、模塊化OS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 原理：功能分解、模塊劃分原理：功能分解、模塊劃分 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 提高了設(shè)計(jì)的正確性、可維護(hù)性；提高了設(shè)計(jì)的正確性、可維護(hù)性； 增強(qiáng)了增強(qiáng)了OS的可適應(yīng)性；的可適應(yīng)性； 加速了加速了OS的開發(fā)過程；的開發(fā)過程； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 對(duì)模塊的劃分不精確，易存在錯(cuò)誤；對(duì)模塊的劃分不精確，易存在錯(cuò)誤； 未將資源加以區(qū)別；未將資源加以區(qū)別； 模塊間存在著復(fù)雜的依賴關(guān)系，使模塊間存在著復(fù)雜的依賴關(guān)系，使OS結(jié)結(jié)

43、 構(gòu)不清。構(gòu)不清。 v3、分層式、分層式OS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 原理原理從從資源管理觀點(diǎn)資源管理觀點(diǎn)出發(fā)，出發(fā)，劃分層次劃分層次。各。各 層模塊間只能是單向調(diào)用關(guān)系，使模塊間的調(diào)層模塊間只能是單向調(diào)用關(guān)系，使模塊間的調(diào) 用變?yōu)橛米優(yōu)橛行蛐杂行蛐浴?用戶態(tài) 核心態(tài) 操作命令解釋操作命令解釋 虛空間分配虛空間分配 作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度 存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理 文件管理文件管理 I/O控制控制 進(jìn)程通信進(jìn)程通信 進(jìn)程控制進(jìn)程控制 低級(jí)調(diào)度低級(jí)調(diào)度 輸入輸入/輸出啟動(dòng)輸出啟動(dòng) 中斷管理中斷管理 硬件硬件 外層外層 中層中層 內(nèi)層內(nèi)層 左圖是荷蘭科學(xué)家左圖是荷蘭科學(xué)家 Dijkstra于于1968年建年建 造的第一個(gè)層次結(jié)

44、構(gòu)：造的第一個(gè)層次結(jié)構(gòu)： SUE OS 層次的設(shè)置大致原則層次的設(shè)置大致原則 分層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： l功能明確，功能明確，調(diào)用關(guān)系清晰調(diào)用關(guān)系清晰（高層對(duì)低層單向（高層對(duì)低層單向 依賴），有利于保證設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的正確性依賴），有利于保證設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的正確性 l低層和高層可分別實(shí)現(xiàn)（低層和高層可分別實(shí)現(xiàn)（便于擴(kuò)充便于擴(kuò)充）；高層）；高層 錯(cuò)誤不會(huì)影響到低層；避免遞歸調(diào)用錯(cuò)誤不會(huì)影響到低層；避免遞歸調(diào)用 缺點(diǎn)：各系統(tǒng)對(duì)具體劃分缺點(diǎn)：各系統(tǒng)對(duì)具體劃分多少層次多少層次有有不同的看不同的看 法法。 4 4、C/SC/S模式及微內(nèi)核模式及微內(nèi)核OSOS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2、客戶、客戶/服務(wù)器模式

45、的組成服務(wù)器模式的組成 （1 1）客戶機(jī)（）客戶機(jī)（2 2）服務(wù)器（）服務(wù)器（3 3）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 3 3、客戶、客戶/ /服務(wù)器之間的交互服務(wù)器之間的交互 （1 1）客戶發(fā)送請(qǐng)求消息（）客戶發(fā)送請(qǐng)求消息（2 2）服務(wù)器接收消息）服務(wù)器接收消息 （3 3）服務(wù)器回送消息（）服務(wù)器回送消息（4 4）客戶機(jī)接收消息）客戶機(jī)接收消息 1、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)： 把操作系統(tǒng)分成若干分別完成一組特定功能的把操作系統(tǒng)分成若干分別完成一組特定功能的服服 務(wù)進(jìn)程務(wù)進(jìn)程，等待客戶提出請(qǐng)求；而，等待客戶提出請(qǐng)求；而系統(tǒng)內(nèi)核只實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)內(nèi)核只實(shí)現(xiàn)操作 系統(tǒng)的基本功能系統(tǒng)的基本功能(如：虛擬存儲(chǔ)、消息傳遞如：

46、虛擬存儲(chǔ)、消息傳遞)。 微內(nèi)核微內(nèi)核(micro-kernel) ： 解釋一：把操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文解釋一：把操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文 件系統(tǒng)等高級(jí)服務(wù)功能盡可能的從內(nèi)核中分離出來，變件系統(tǒng)等高級(jí)服務(wù)功能盡可能的從內(nèi)核中分離出來，變 成幾個(gè)獨(dú)立的非內(nèi)核模塊，內(nèi)核中只保留少量最基本的成幾個(gè)獨(dú)立的非內(nèi)核模塊，內(nèi)核中只保留少量最基本的 功能，使內(nèi)核簡(jiǎn)潔可靠。功能，使內(nèi)核簡(jiǎn)潔可靠。 解釋二：將更多操作系統(tǒng)功能放在核心之外，作為獨(dú)立解釋二：將更多操作系統(tǒng)功能放在核心之外，作為獨(dú)立 的服務(wù)進(jìn)程運(yùn)行。的服務(wù)進(jìn)程運(yùn)行。 l服務(wù)進(jìn)程服務(wù)進(jìn)程（或稱作（或稱作“保護(hù)子系統(tǒng)保護(hù)子系統(tǒng)”

47、） l客戶進(jìn)程客戶進(jìn)程（系統(tǒng)客戶和應(yīng)用客戶）需支持多進(jìn)程（系統(tǒng)客戶和應(yīng)用客戶）需支持多進(jìn)程 微內(nèi)核 + C/S模式 發(fā)起調(diào)用，發(fā)起調(diào)用， 送出請(qǐng)求消息送出請(qǐng)求消息 請(qǐng)求消息到達(dá)請(qǐng)求消息到達(dá) 并進(jìn)行處理并進(jìn)行處理 送出回答消息送出回答消息 整理回答消整理回答消 息，返回結(jié)果息，返回結(jié)果 本地過程調(diào)用本地過程調(diào)用 (LPC, Local Procedure Call)：一種一種 進(jìn)程之間請(qǐng)求進(jìn)程之間請(qǐng)求-應(yīng)答式的應(yīng)答式的消息消息（Message）傳遞機(jī)）傳遞機(jī) 制。制。消息：消息：是一定格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。是一定格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：充分模塊化、減少系統(tǒng)的內(nèi)存需求、高充分模塊化、減少系統(tǒng)的內(nèi)存

48、需求、高 可移植性可移植性 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：各模塊與微內(nèi)核間通過通信機(jī)制交互，各模塊與微內(nèi)核間通過通信機(jī)制交互， 系統(tǒng)運(yùn)行效率較低。系統(tǒng)運(yùn)行效率較低。 Windows采用改進(jìn)的微內(nèi)核機(jī)制。采用改進(jìn)的微內(nèi)核機(jī)制。 Windows Server 2003體系結(jié)構(gòu)圖體系結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)支持系統(tǒng)支持 進(jìn)程進(jìn)程 服務(wù)進(jìn)程服務(wù)進(jìn)程 用戶用戶 應(yīng)用程序應(yīng)用程序 環(huán)境環(huán)境 子系統(tǒng)子系統(tǒng) 子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) 圖形引擎圖形引擎 用戶態(tài)用戶態(tài) 核心態(tài)核心態(tài) 執(zhí)行體執(zhí)行體 核心核心設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 硬件抽象層硬件抽象層HAL 處理機(jī)也具有兩種狀態(tài)：處理機(jī)也具有兩種狀態(tài)： 核心態(tài)核心態(tài)(系統(tǒng)態(tài)、管態(tài)系統(tǒng)態(tài)

49、、管態(tài))：OS的管理程序執(zhí)行時(shí)處理機(jī)的管理程序執(zhí)行時(shí)處理機(jī) 所處狀態(tài)。所處狀態(tài)。 用戶態(tài)：用戶程序執(zhí)行時(shí)處理機(jī)所處狀態(tài)。用戶態(tài)：用戶程序執(zhí)行時(shí)處理機(jī)所處狀態(tài)。 (1)運(yùn)行在核心態(tài)的內(nèi)核運(yùn)行在核心態(tài)的內(nèi)核 它提供所有它提供所有OS基本都具有的那些操作，如線程調(diào)度、基本都具有的那些操作，如線程調(diào)度、 虛擬存儲(chǔ)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、中斷處理等。這部分通常采用層虛擬存儲(chǔ)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、中斷處理等。這部分通常采用層 次結(jié)構(gòu)并構(gòu)成基本次結(jié)構(gòu)并構(gòu)成基本OS。 (2)運(yùn)行在用戶態(tài)的并以客戶運(yùn)行在用戶態(tài)的并以客戶/服務(wù)器方式活動(dòng)的進(jìn)程層服務(wù)器方式活動(dòng)的進(jìn)程層 除內(nèi)核外，除內(nèi)核外，OS所有其它部分被分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的所有其它

50、部分被分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的 進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)一組服務(wù)，成為服務(wù)進(jìn)程（服務(wù)器）。進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)一組服務(wù)，成為服務(wù)進(jìn)程（服務(wù)器）。 補(bǔ)充、補(bǔ)充、LinuxLinux內(nèi)核結(jié)構(gòu)內(nèi)核結(jié)構(gòu) Linux采用單內(nèi)核機(jī)制。采用單內(nèi)核機(jī)制。 單內(nèi)核：?jiǎn)蝺?nèi)核：也叫集中式操作系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)大模也叫集中式操作系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)大模 塊，可被分為幾個(gè)邏輯模塊：處理器管理、存儲(chǔ)器管塊，可被分為幾個(gè)邏輯模塊：處理器管理、存儲(chǔ)器管 理、設(shè)備管理、文件管理等。模塊間的交互式通過直理、設(shè)備管理、文件管理等。模塊間的交互式通過直 接調(diào)用其他模塊中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。接調(diào)用其他模塊中的函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部調(diào)用效率很高

51、內(nèi)部調(diào)用效率很高 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：“牽一發(fā)而動(dòng)全身牽一發(fā)而動(dòng)全身”，難于維護(hù)。，難于維護(hù)。 系統(tǒng)調(diào)用接口系統(tǒng)調(diào)用接口 內(nèi)核子系統(tǒng)內(nèi)核子系統(tǒng) 硬件硬件 進(jìn)程進(jìn)程1進(jìn)程進(jìn)程2進(jìn)程進(jìn)程3 Linux 內(nèi)核內(nèi)核 Linux內(nèi)核在整個(gè)系統(tǒng)中的位置內(nèi)核在整個(gè)系統(tǒng)中的位置 用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程 第一章第一章 總結(jié)總結(jié) 操作系統(tǒng)定義， 設(shè)計(jì)目標(biāo)， 3個(gè)作用， 3種基本類型， 操作系統(tǒng)的4個(gè)特征 本章作業(yè) 1、操作系統(tǒng)的作用是什么？、操作系統(tǒng)的作用是什么？ 2、早期監(jiān)督程序（、早期監(jiān)督程序（Monitor）的功能是什么？）的功能是什么？ 3、什么是作業(yè)控制語言？什么是系統(tǒng)調(diào)用？、什么是作業(yè)控制語言？什么是系統(tǒng)調(diào)用？ 4

52、、試述多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的基本思想。為什么、試述多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的基本思想。為什么 采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)可以提高資源利用率？采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)可以提高資源利用率？ 5、什么是分時(shí)系統(tǒng)？其主要特征是什么？適用、什么是分時(shí)系統(tǒng)？其主要特征是什么？適用 于哪些應(yīng)用？于哪些應(yīng)用？ 補(bǔ)充 常用的操作系統(tǒng) MS DOS MS Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, Windows 2000 UNIX MS DOS 1981年：年：PC-DOS 1.1：IBM PC，只支持軟盤只支持軟盤的個(gè)人操作系的個(gè)人操作系 統(tǒng)；統(tǒng)； 1983年：年：DOS2.0：PC XT，支持，支持

53、硬盤硬盤和和目錄的層次結(jié)構(gòu)目錄的層次結(jié)構(gòu)， 并提供并提供豐富的系統(tǒng)命令豐富的系統(tǒng)命令； 1984年：年：DOS3.0：PC AT (Intel 80286 CPU)，它把它把286作作 為一個(gè)快速的為一個(gè)快速的8086使用；使用； 1987年：年：DOS3.3：提供：提供對(duì)對(duì)IBM PS/2的支持的支持（如（如3.5軟驅(qū)），軟驅(qū)）， 提供了提供了更多的應(yīng)用更多的應(yīng)用； 1988年：年：DOS4.0：支持：支持大于大于32M的硬盤的硬盤； 1991年：年：DOS5.0：改進(jìn)對(duì)擴(kuò)展內(nèi)存的支持改進(jìn)對(duì)擴(kuò)展內(nèi)存的支持； IBM PC, CPU 8088/8086, BIOS 單用戶單任務(wù)單用戶單任務(wù)，簡(jiǎn)

54、單分層簡(jiǎn)單分層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，16位位 MS DOS的歷史的歷史 MS DOS的結(jié)構(gòu) DOS BIOS(Basic Input/Output System)：由一組與由一組與 硬件相關(guān)的設(shè)備硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序組成，實(shí)現(xiàn)基本的輸入組成，實(shí)現(xiàn)基本的輸入/輸出輸出 功能；功能； DOS核心：核心：提供一套獨(dú)立于硬件的提供一套獨(dú)立于硬件的系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能：內(nèi)存管：內(nèi)存管 理、文件管理、字符設(shè)備和輸入理、文件管理、字符設(shè)備和輸入/輸出、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等；輸出、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等； 命令處理程序：命令處理程序：對(duì)用戶對(duì)用戶命令進(jìn)行分析和執(zhí)行命令進(jìn)行分析和執(zhí)行； BIOS(基本輸入/輸出系統(tǒng)) DOS核心 命令處

55、理程序 BIOS(基本輸入/輸出系統(tǒng)) DOS核心 命令處理程序 MS DOS的特點(diǎn) 字符用戶界面字符用戶界面。作業(yè)管理：命令行，批處理程序（。作業(yè)管理：命令行，批處理程序（BAT文件），菜單式。文件），菜單式。 編程時(shí)通過編程時(shí)通過軟中斷調(diào)用軟中斷調(diào)用(int 21h)來使用系統(tǒng)功能。來使用系統(tǒng)功能。不區(qū)分用戶不區(qū)分用戶。 準(zhǔn)多任務(wù)準(zhǔn)多任務(wù)：通過內(nèi)存駐留程序通過內(nèi)存駐留程序TSR(Terminated and Stay Resident) 來實(shí)現(xiàn)，通過時(shí)鐘中斷或鍵盤中斷來實(shí)現(xiàn)，通過時(shí)鐘中斷或鍵盤中斷熱鍵熱鍵hotkey來激活其他任務(wù)。來激活其他任務(wù)。 不支持虛擬存儲(chǔ)，沒有存儲(chǔ)保護(hù)不支持虛擬存

56、儲(chǔ)，沒有存儲(chǔ)保護(hù)。采用段式分配。采用段式分配(內(nèi)存塊內(nèi)存塊)，可直接訪問的，可直接訪問的 最大地址空間為最大地址空間為1MB。其余的內(nèi)存只能通過作為擴(kuò)展內(nèi)存。其余的內(nèi)存只能通過作為擴(kuò)展內(nèi)存(XMS)或擴(kuò)充或擴(kuò)充 內(nèi)存內(nèi)存(EMS)來使用。來使用。 lXMS是是段式段式分配，通過內(nèi)存數(shù)據(jù)分配，通過內(nèi)存數(shù)據(jù)搬移搬移來使用來使用XMS區(qū)域區(qū)域 lEMS是是頁(yè)式頁(yè)式分配，通過分配，通過頁(yè)面的映射頁(yè)面的映射來使用來使用EMS區(qū)域區(qū)域 l或者用支持或者用支持保護(hù)方式保護(hù)方式的編程工具的編程工具 文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)為為FAT(File Allocation Table)格式（磁盤卷，多級(jí)目錄，文件格式（磁盤卷

57、，多級(jí)目錄，文件 名名 8+3 個(gè)字符；分區(qū)容量最大為個(gè)字符；分區(qū)容量最大為2GB）；有文件屬性，沒有區(qū)分用戶的）；有文件屬性，沒有區(qū)分用戶的 訪問權(quán)限保護(hù)。訪問權(quán)限保護(hù)。 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)加載。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)加載。分為分為字符設(shè)備字符設(shè)備和和塊設(shè)備塊設(shè)備。 MS Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, Windows 2000 1990年：年：Windows 3.0（成功版本），（成功版本），16位位OS， 借見借見Apple Macintosh給出友好的用戶界面；給出友好的用戶界面； 1993年：年：Windows NT 3.1, 32位位OS，支持支持DOS和和 Windows應(yīng)用程序應(yīng)用程序； 1999年年12月：月：Windows 2000(Professional, Server, Advanced Server)，32位位OS； CPU 80386 單用戶多任務(wù)單用戶多任務(wù)（分時(shí)系統(tǒng)），（分時(shí)系統(tǒng)），16位位/16和和32位混合位混合/32位位 Windows的歷史的歷史 安全 子系統(tǒng) 登錄 進(jìn)程 Win32 客戶 OS/2 客戶 P