c第一章 操作系統(tǒng)引論

1、1 1操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)2 2內(nèi)容概述內(nèi)容概述1.1 1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用 1.2 1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 1.3 1.3 操作系統(tǒng)的基本特性操作系統(tǒng)的基本特性 1.4 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能 1.5 1.5 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) 操作系統(tǒng)屬于軟件中的操作系統(tǒng)屬于軟件中的系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件，起到對系統(tǒng)資源進(jìn)，起到對系統(tǒng)資源進(jìn)行管理和分配，提高運(yùn)行效率的作用。行管理和分配，提高運(yùn)行效率的作用。3 31.1 1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1 1.1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.1.

2、2 1.1.2 操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用1.1.3 1.1.3 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? 4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件軟件硬件及固件硬件及固件( (裸機(jī)裸機(jī)) )應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件DBMSDBMS，編譯軟件，編譯軟件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)5 5計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具應(yīng)用軟件應(yīng)用用戶應(yīng)用開發(fā)人員操作系統(tǒng)開發(fā)人員緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下( (是其他軟件的是其他軟件的共同環(huán)境共同環(huán)境) )6 61.1.1 1.1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo) 目前存在著目前存在著多種類型多種類型的的OSOS，不同類型的，不同

3、類型的OSOS，其目，其目標(biāo)各有所側(cè)重。通常在計(jì)算機(jī)硬件上配置的標(biāo)各有所側(cè)重。通常在計(jì)算機(jī)硬件上配置的OSOS，其目，其目標(biāo)有以下幾點(diǎn)：標(biāo)有以下幾點(diǎn)： 1. 1. 方便性方便性 2. 2. 有效性有效性 3. 3. 可擴(kuò)充性可擴(kuò)充性 4. 4. 開放性開放性7 71.1.方便性方便性( (用戶的觀點(diǎn)用戶的觀點(diǎn)) )操作系統(tǒng)最終是要為用戶服務(wù)的。提供良好的、操作系統(tǒng)最終是要為用戶服務(wù)的。提供良好的、一致的用戶接口，彌補(bǔ)硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別，一致的用戶接口，彌補(bǔ)硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別，使計(jì)算機(jī)更使計(jì)算機(jī)更容易使用容易使用。2.2.有效性有效性( (系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn)系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn)) )操

4、作系統(tǒng)要合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，改善操作系統(tǒng)要合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，改善系統(tǒng)資源的系統(tǒng)資源的利用率利用率，提高系統(tǒng)的吞吐量從而使有限的，提高系統(tǒng)的吞吐量從而使有限的資源完成更多的任務(wù)。資源完成更多的任務(wù)。 3.3.可擴(kuò)充性可擴(kuò)充性O(shè)SOS應(yīng)采用應(yīng)采用層次化層次化結(jié)構(gòu)，以便于增加新的功能層次結(jié)構(gòu)，以便于增加新的功能層次和和模塊模塊，并能修改老的功能層次和模塊。，并能修改老的功能層次和模塊。4.4.開放性開放性遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，方便地實(shí)現(xiàn)互連，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，方便地實(shí)現(xiàn)互連，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的的可移植性可移植性和和互操作性互操作性。8 81.1 1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目

5、標(biāo)和作用1.1.1 1.1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.1.2 1.1.2 操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用1.1.3 1.1.3 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? 91.OS1.OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口OSOS處于用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間，用戶通過處于用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間，用戶通過OSOS來來使用使用計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?；蛘哒f，用戶在算機(jī)系統(tǒng)?；蛘哒f，用戶在OSOS幫助下，能夠方便、快捷、幫助下，能夠方便、快捷、安全、可靠地操縱計(jì)算機(jī)硬件和運(yùn)行自己的程序。應(yīng)注意，安全、可靠地操縱計(jì)算機(jī)硬件和運(yùn)行自己的程序。應(yīng)注意，OSO

6、S是一個(gè)系統(tǒng)軟件，因而這種接口是軟件接口。是一個(gè)系統(tǒng)軟件，因而這種接口是軟件接口。命令方式命令方式聯(lián)機(jī)用戶接口聯(lián)機(jī)用戶接口( (命令命令) )脫機(jī)用戶接口脫機(jī)用戶接口( (批處理批處理) )系統(tǒng)調(diào)用方式系統(tǒng)調(diào)用方式形式上類似于過程調(diào)用，在應(yīng)用編程中使用形式上類似于過程調(diào)用，在應(yīng)用編程中使用(API)(API)圖形、窗口方式圖形、窗口方式用戶通過屏幕上的窗口和圖標(biāo)來操縱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)行用戶通過屏幕上的窗口和圖標(biāo)來操縱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和運(yùn)行自己的程序。自己的程序。1.1.2 1.1.2 操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用 Operating System1010圖圖1-1 OS1-1 OS作為接口的示意圖作為

7、接口的示意圖 1111 計(jì)算機(jī)的資源包括處理機(jī)、存儲器、計(jì)算機(jī)的資源包括處理機(jī)、存儲器、I/OI/O設(shè)備及數(shù)據(jù)和程設(shè)備及數(shù)據(jù)和程序等序等 管理的內(nèi)容：資源的當(dāng)前狀態(tài)管理的內(nèi)容：資源的當(dāng)前狀態(tài)( (數(shù)量和使用情況數(shù)量和使用情況) )、資源的、資源的分配分配、回收回收和和訪問訪問操作，相應(yīng)管理策略操作，相應(yīng)管理策略( (包括用戶權(quán)限包括用戶權(quán)限) )處理機(jī)管理處理機(jī)管理存儲器管理存儲器管理I/OI/O設(shè)備管理設(shè)備管理文件管理文件管理1212 OSOS是擴(kuò)展機(jī)是擴(kuò)展機(jī)(extended machine)/(extended machine)/虛擬機(jī)虛擬機(jī)(virtual machine)(virtu

8、al machine)將覆蓋了軟件的機(jī)器稱為將覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)器擴(kuò)充機(jī)器或或虛擬機(jī)虛擬機(jī) 在裸機(jī)上添加：設(shè)備管理、文件管理、存儲管理在裸機(jī)上添加：設(shè)備管理、文件管理、存儲管理( (針對內(nèi)存針對內(nèi)存和外存和外存) )、處理機(jī)管理、處理機(jī)管理( (針對針對CPU)CPU)。如果我們在裸機(jī)上覆蓋。如果我們在裸機(jī)上覆蓋一層一層I/OI/O設(shè)備管理軟件設(shè)備管理軟件，用戶便可以利用這層，用戶便可以利用這層I/OI/O設(shè)備管理設(shè)備管理軟件提供給用戶的接口來進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和輸出，那么用軟件提供給用戶的接口來進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入和輸出，那么用戶此時(shí)看到的計(jì)算機(jī)是一臺功能強(qiáng)大、使用方便的計(jì)算機(jī)，戶此時(shí)看到的計(jì)

9、算機(jī)是一臺功能強(qiáng)大、使用方便的計(jì)算機(jī)，但實(shí)際上，計(jì)算機(jī)的硬件絲毫沒有變化，這樣的計(jì)算機(jī)稱但實(shí)際上，計(jì)算機(jī)的硬件絲毫沒有變化，這樣的計(jì)算機(jī)稱為為軟件擴(kuò)充的機(jī)器軟件擴(kuò)充的機(jī)器，或稱，或稱軟件虛擬機(jī)軟件虛擬機(jī)。 操作系統(tǒng)的非形式化定義操作系統(tǒng)的非形式化定義(關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn))：系統(tǒng)軟件，程：系統(tǒng)軟件，程序模塊的集合，資源管理和用戶接口功能序模塊的集合，資源管理和用戶接口功能13131.1 1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1 1.1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.1.2 1.1.2 操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用1.1.3 1.1.3 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

10、的主要?jiǎng)恿?4141.1.3 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?1. 1. 不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)昂貴昂貴，用作集中計(jì)算。，用作集中計(jì)算。2. 2. 方便用戶方便用戶在一定程序上也是它的界面，風(fēng)格很方便用戶，只需在一定程序上也是它的界面，風(fēng)格很方便用戶，只需要鼠標(biāo)點(diǎn)擊，很方便。要鼠標(biāo)點(diǎn)擊，很方便。 3. 3. 器件的不斷更新?lián)Q代器件的不斷更新?lián)Q代 CPUCPU的位寬度的位寬度( (指令和數(shù)據(jù)指令和數(shù)據(jù)) )、快速外存、快速外存( (摩爾定律摩爾定律) )4. 4. 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展計(jì)算

11、機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展 從單處理機(jī)到多處理機(jī)從單處理機(jī)到多處理機(jī); ;從單機(jī)從單機(jī)OSOS到網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)OSOS軟件呢？軟件呢？15151.1 1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1 1. .2 2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3 1.3 操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的基本特征1.4 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能1.5 1.5 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)16161.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2.4 1.2.

12、4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 1.2.7 1.2.7 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)17171.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1.1.人工操作方式人工操作方式1946 501946 50年代年代( (電子管電子管) )，集中計(jì)算，集中計(jì)算( (計(jì)算中心計(jì)算中心) )，計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)資源昂貴用戶在計(jì)算機(jī)上算題的所有工作都要用戶人工干預(yù)，資源昂貴用戶在計(jì)算機(jī)上算題的所有工作都要用戶人工干預(yù)，如程序的裝入、運(yùn)行、結(jié)果的輸出等。隨著計(jì)算機(jī)速度的加快，如程序的裝入、運(yùn)行、結(jié)果的輸出等。隨著計(jì)

13、算機(jī)速度的加快，人機(jī)矛盾越來越大，直至無法容忍。必須尋求新的辦法。人機(jī)矛盾越來越大，直至無法容忍。必須尋求新的辦法。 工作方式工作方式 用戶：用戶既是程序員，又是操作員用戶：用戶既是程序員，又是操作員; ;用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員; ; 編程語言：機(jī)器語言編程語言：機(jī)器語言 輸入輸出：紙帶或卡片輸入輸出：紙帶或卡片 計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn) 用戶獨(dú)占全機(jī)：不出現(xiàn)資源被其他用戶占用，資源利用率低用戶獨(dú)占全機(jī)：不出現(xiàn)資源被其他用戶占用，資源利用率低 CPUCPU等待用戶：計(jì)算前，手工裝入紙帶或卡片等待用戶：計(jì)算前，手工裝入紙帶或卡片; ;計(jì)算完成后，手工卸取紙計(jì)算完成后，手

14、工卸取紙帶或卡片帶或卡片;CPU;CPU利用率低利用率低 用用戶戶 紙紙帶帶、卡卡片片 計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī) 18182. 2. 脫機(jī)輸入脫機(jī)輸入/ /輸出輸出(Off-Line I/O)(Off-Line I/O)方式方式 事先將用戶程序或數(shù)據(jù)的紙帶或卡片準(zhǔn)入紙帶輸入事先將用戶程序或數(shù)據(jù)的紙帶或卡片準(zhǔn)入紙帶輸入機(jī)，在機(jī)，在外圍機(jī)外圍機(jī)的控制下輸入到的控制下輸入到磁帶磁帶上，上，CPUCPU從從磁帶磁帶上讀入上讀入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù); ;輸出過程正好相反。輸出過程正好相反。這種脫機(jī)這種脫機(jī)I/OI/O方式的主要方式的主要優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)如下：如下：(1)(1)減少了減少了CPUCPU的空閑時(shí)間。的空閑時(shí)間。 (2)(2

15、)提高提高I/OI/O速度。速度。 圖圖1-2 1-2 脫機(jī)脫機(jī)I/OI/O示意圖示意圖1919 主要矛盾主要矛盾計(jì)算機(jī)處理能力的提高，手工操作的低效率計(jì)算機(jī)處理能力的提高，手工操作的低效率( (造成浪費(fèi)造成浪費(fèi)););用戶獨(dú)占全機(jī)的所有資源用戶獨(dú)占全機(jī)的所有資源; ; 提高效率的途徑提高效率的途徑批處理批處理20201.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2.4 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 網(wǎng)絡(luò)

16、操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 1.2.7 1.2.7 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)2121 批處理系統(tǒng)主要是采用了批處理技術(shù)。批處理系統(tǒng)主要是采用了批處理技術(shù)。批處理技術(shù)批處理技術(shù)是指計(jì)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對一批作業(yè)自動(dòng)進(jìn)行處理的一種技術(shù)。算機(jī)系統(tǒng)對一批作業(yè)自動(dòng)進(jìn)行處理的一種技術(shù)。 所謂所謂批處理系統(tǒng)批處理系統(tǒng)是指加載在計(jì)算機(jī)上的一個(gè)系統(tǒng)軟件，在是指加載在計(jì)算機(jī)上的一個(gè)系統(tǒng)軟件，在它的控制下，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)地成批地處理一個(gè)或多個(gè)用它的控制下，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)地成批地處理一個(gè)或多個(gè)用戶的作業(yè)。戶的作業(yè)。 所謂所謂中斷中斷是指當(dāng)主機(jī)接到外界硬件發(fā)來的中斷信號時(shí)，停是指當(dāng)主機(jī)接到外界硬件發(fā)來的中斷信號時(shí)，停止原來的

17、工作，轉(zhuǎn)去處理中斷的事件。在處理中斷完成以止原來的工作，轉(zhuǎn)去處理中斷的事件。在處理中斷完成以后，主機(jī)又回到原來的工作點(diǎn)繼續(xù)工作。這樣可以使用戶后，主機(jī)又回到原來的工作點(diǎn)繼續(xù)工作。這樣可以使用戶程序的程序的I/OI/O申請完成后，主機(jī)能自動(dòng)在原中斷點(diǎn)之后繼續(xù)運(yùn)申請完成后，主機(jī)能自動(dòng)在原中斷點(diǎn)之后繼續(xù)運(yùn)行，同時(shí)為多道程序并發(fā)執(zhí)行打下了基礎(chǔ)。行，同時(shí)為多道程序并發(fā)執(zhí)行打下了基礎(chǔ)。22221.1.單道批處理系統(tǒng)的處理過程單道批處理系統(tǒng)的處理過程 通常先把一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入通常先把一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，并在系統(tǒng)中配上監(jiān)督程序，到磁帶上，并在系統(tǒng)中配上監(jiān)督程序，在它的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接

18、一個(gè)在它的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)處理：地連續(xù)處理： 首先，由首先，由監(jiān)督程序監(jiān)督程序?qū)⒋艓系牡谝粚⒋艓系牡谝粋€(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存，并把運(yùn)行控制權(quán)交給個(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存，并把運(yùn)行控制權(quán)交給該作業(yè)。然后，當(dāng)作業(yè)處理完成時(shí)，又該作業(yè)。然后，當(dāng)作業(yè)處理完成時(shí)，又把控制權(quán)交給監(jiān)督程序，再由監(jiān)督程序把控制權(quán)交給監(jiān)督程序，再由監(jiān)督程序把磁帶上的第二個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存。把磁帶上的第二個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存。圖 1-3 單道批處理系統(tǒng)的處理流程 把下一個(gè)作業(yè)的源程序轉(zhuǎn)換為目標(biāo)程序源程序有錯(cuò)嗎？否裝 配目標(biāo)程序還有下一個(gè)作業(yè)？是否停止運(yùn) 行目標(biāo)程序是開始23232.2.單道批處理系統(tǒng)的單道批處理系統(tǒng)的特征特征 單道批處

19、理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OSOS，嚴(yán)格地說，它，嚴(yán)格地說，它只能算作是只能算作是OSOS的前身而并非是現(xiàn)在人們所理解的的前身而并非是現(xiàn)在人們所理解的OSOS。盡管。盡管如此，該系統(tǒng)比起人工操作方式的系統(tǒng)已有很大進(jìn)步。該如此，該系統(tǒng)比起人工操作方式的系統(tǒng)已有很大進(jìn)步。該系統(tǒng)的主要系統(tǒng)的主要特征特征如下：如下：(1)(1)自動(dòng)性自動(dòng)性 在順利的情況下，磁帶上的一批作業(yè)能在順利的情況下，磁帶上的一批作業(yè)能自動(dòng)地自動(dòng)地逐個(gè)逐個(gè)地依次運(yùn)行，而無需人工干預(yù)地依次運(yùn)行，而無需人工干預(yù)(2)(2)順序性順序性 磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入內(nèi)存，磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入內(nèi)存，完成

20、順序完成順序與與進(jìn)入內(nèi)存順序進(jìn)入內(nèi)存順序相同相同(3)(3)單道性單道性 內(nèi)存中只有一道程序運(yùn)行內(nèi)存中只有一道程序運(yùn)行 CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備使用設(shè)備使用忙閑不均忙閑不均( (取決于當(dāng)前作業(yè)的特性取決于當(dāng)前作業(yè)的特性) ) 對對計(jì)算計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑為主的作業(yè)，外設(shè)空閑 對對I/OI/O為主的作業(yè)，為主的作業(yè)，CPUCPU空閑空閑24241.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2.4 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)

21、實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 1.2.7 1.2.7 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)25251. 1. 多道程序設(shè)計(jì)的基本概念多道程序設(shè)計(jì)的基本概念 在單道批處理系統(tǒng)中，內(nèi)存中在單道批處理系統(tǒng)中，內(nèi)存中僅有一道僅有一道作業(yè)，它無法作業(yè)，它無法充分充分利用利用系統(tǒng)中的所有資源，致使系統(tǒng)性能較差。為了進(jìn)系統(tǒng)中的所有資源，致使系統(tǒng)性能較差。為了進(jìn)一步提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量，在一步提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量，在6060年代中期又引年代中期又引入了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，由此而形成了多道批處理系統(tǒng)。入了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，由此而形成了多道批處理系統(tǒng)。 在該系統(tǒng)中，用戶所提交的作

22、業(yè)都先存放在外存上并在該系統(tǒng)中，用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個(gè)隊(duì)列，稱為排成一個(gè)隊(duì)列，稱為“后備隊(duì)列后備隊(duì)列”；然后，由；然后，由作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度程程序按一定的算法從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，序按一定的算法從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享使它們共享CPUCPU和系統(tǒng)中的各種資源。和系統(tǒng)中的各種資源。2626圖圖1-4 1-4 單道和多道程序運(yùn)行情況單道和多道程序運(yùn)行情況 |CPU|CPU空閑空閑 |CPU|CPU空閑空閑|t1t2t3t4t5t6t7t8結(jié)束中斷I/O 完成啟動(dòng) I/OI/O 中斷請求I/O 完成啟動(dòng) I/OI/O 中斷請求用戶程序監(jiān)督程序I/

23、O 操作(a) 單道程序運(yùn)行情況程序A程序A I/O 請求程序A I/O 完成程序B程序B I/O 請求程序C程序C I/O 請求程序D程序D I/O 請求C I/O 完成C 再被調(diào)度程序B I/O 完成程序A再被調(diào)度程序A程序B程序C程序D調(diào)度程序(b) 四道程序運(yùn)行情況A完成結(jié)束中斷2727 設(shè)磁帶中有A、B、C三道程序，按照A、B、C優(yōu)先級次序執(zhí)行（可剝奪），執(zhí)行時(shí)間如下表(ms)，假設(shè)三道程序使用相同的設(shè)備進(jìn)行I/O操作畫出單道和多道運(yùn)行的時(shí)間關(guān)系圖，并計(jì)算各自共花多少時(shí)間 (假定多道時(shí)3條作業(yè)同時(shí)調(diào)入內(nèi)存) ？A AB BC C計(jì)算計(jì)算303060602020I/OI/O操作操作40

24、4030304040計(jì)算計(jì)算101010102020程序程序操作操作分析：（1）如果采用單道，那么三個(gè)程序依次進(jìn)行，計(jì)算I/O計(jì)算（2）多道程序：由于內(nèi)存中存在多個(gè)作業(yè)，可以并行執(zhí)行，當(dāng)A執(zhí)行完計(jì)算后，準(zhǔn)備進(jìn)行I/O操作而CPU空閑，此時(shí)B就可以用CPU。由于規(guī)定了ABC的優(yōu)先級，因此，A、B、C的計(jì)算、I/O擦作、都是按照如下優(yōu)先級來進(jìn)行： A計(jì)算 B計(jì)算 C計(jì)算 A I/O B I/O C I/O問問 題題 思思 考考28282.2.多道批處理系統(tǒng)的特征多道批處理系統(tǒng)的特征 (1)(1)多道性多道性 內(nèi)存中內(nèi)存中同時(shí)同時(shí)存放幾個(gè)作業(yè)，并允許并發(fā)執(zhí)行，從而存放幾個(gè)作業(yè)，并允許并發(fā)執(zhí)行，從而有

25、效地提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。有效地提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。(2)(2)無序性無序性 多個(gè)作業(yè)完成的先后順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之多個(gè)作業(yè)完成的先后順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之間無嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系。間無嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系。(3)(3)調(diào)度性調(diào)度性 多道批處理具有調(diào)度的功能，且有兩級調(diào)度： 作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度，從后備隊(duì)列進(jìn)入內(nèi)存，從后備隊(duì)列進(jìn)入內(nèi)存(外存內(nèi)存); ; 進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度，分配處理機(jī)運(yùn)行，分配處理機(jī)運(yùn)行(內(nèi)存中作業(yè)CPU執(zhí)行) 。(4)(4)宏觀上并行宏觀上并行( (發(fā)發(fā)) )、微觀上串行、微觀上串行29293.3.多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高：資

26、源利用率高：CPUCPU、內(nèi)存和、內(nèi)存和I/OI/O設(shè)備利用率較高設(shè)備利用率較高; ; 系統(tǒng)吞吐量大：單位時(shí)間內(nèi)完成的工作總量大。系統(tǒng)吞吐量大：單位時(shí)間內(nèi)完成的工作總量大。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：用戶交互性差：整個(gè)作業(yè)完成后或中間出錯(cuò)時(shí)，才與用戶交互性差：整個(gè)作業(yè)完成后或中間出錯(cuò)時(shí)，才與用戶交互，不利于調(diào)試和修改用戶交互，不利于調(diào)試和修改; ;作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長：短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長：短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長; ;30304.4.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)(1)處理機(jī)管理問題處理機(jī)管理問題( (第第3 3章章) ) 分配分配( (回收回收) )處理

27、機(jī)共享資源，既滿足程序需要，又提處理機(jī)共享資源，既滿足程序需要，又提高利用率。高利用率。(2)(2)內(nèi)存管理問題內(nèi)存管理問題( (第第4 4章章) ) 分配內(nèi)存以分配內(nèi)存以”各得其所各得其所”，且不因相互重迭而丟失信，且不因相互重迭而丟失信息。息。(3)(3)I/OI/O設(shè)備管理問題設(shè)備管理問題( (第第5 5章章) ) 既方便用戶使用既方便用戶使用I/OI/O設(shè)備，又提高設(shè)備利用率。設(shè)備，又提高設(shè)備利用率。(4)(4)文件管理問題文件管理問題( (第第6 6章章) ) 組織程序和數(shù)據(jù)，便于用戶使用，保證數(shù)據(jù)的安全性組織程序和數(shù)據(jù)，便于用戶使用，保證數(shù)據(jù)的安全性和一致性。和一致性。(5)(5)

28、作業(yè)管理問題作業(yè)管理問題( (第第3 3章章) ) 對各種應(yīng)用程序進(jìn)行組織。對各種應(yīng)用程序進(jìn)行組織。操作系統(tǒng)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，合理是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，合理地對各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序集合。地對各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序集合。313132321.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2.4 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 網(wǎng)絡(luò)操作

29、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 1.2.7 1.2.7 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)33331. 1. 分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生 如果說，推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的如果說，推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ饕獎(jiǎng)恿Γ鞘翘岣哔Y源利用率提高資源利用率和和系統(tǒng)吞吐量系統(tǒng)吞吐量，那么，推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成，那么，推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，則是和發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ瑒t是用戶的需求用戶的需求?；蛘哒f，分時(shí)系統(tǒng)是?；蛘哒f，分時(shí)系統(tǒng)是為了滿足用戶需求所形成的一種新型為了滿足用戶需求所形成的一種新型OSOS。它與多道批處理系。它與多道批處理系統(tǒng)之間，有著截然不同的性能差別。用戶的需求具體表現(xiàn)在統(tǒng)之間，有著截然不

30、同的性能差別。用戶的需求具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：以下幾個(gè)方面： (1)(1)人機(jī)交互。人機(jī)交互。( (對程序進(jìn)行調(diào)試、修改等直接控制對程序進(jìn)行調(diào)試、修改等直接控制) ) (2) (2)共享主機(jī)。共享主機(jī)。( (主機(jī)貴，提高資源利用率主機(jī)貴，提高資源利用率) ) (3) (3)便于用戶上機(jī)。便于用戶上機(jī)。( (作業(yè)直接從終端進(jìn)入，并能控制作業(yè)直接從終端進(jìn)入，并能控制) )3434分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)：指在一臺計(jì)算機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的：指在一臺計(jì)算機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶共享主機(jī)中的資源，每個(gè)用戶都終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶共享主機(jī)中的資源，每個(gè)用戶都可通過自己的

31、終端以交互方式使用計(jì)算機(jī)?？赏ㄟ^自己的終端以交互方式使用計(jì)算機(jī)。3535 把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源( (尤其是尤其是CPUCPU時(shí)間時(shí)間) )進(jìn)行時(shí)間上的分割，進(jìn)行時(shí)間上的分割，每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)時(shí)間片時(shí)間片(time slice)(time slice)，每個(gè)用戶依次，每個(gè)用戶依次輪流使用時(shí)間片。輪流使用時(shí)間片。 “分時(shí)分時(shí)”的的含義含義是指多個(gè)用戶分享使用同一臺計(jì)算機(jī)是指多個(gè)用戶分享使用同一臺計(jì)算機(jī); ;多個(gè)多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源程序分時(shí)共享硬件和軟件資源; ;滿足用戶需要。滿足用戶需要。多個(gè)用戶分時(shí)：單個(gè)用戶使用計(jì)算機(jī)的效率低，因而允多個(gè)用戶分時(shí)：單

32、個(gè)用戶使用計(jì)算機(jī)的效率低，因而允許多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)在內(nèi)存中，分別服務(wù)于不同的用戶。許多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)在內(nèi)存中，分別服務(wù)于不同的用戶。有用戶輸入時(shí)由有用戶輸入時(shí)由CPUCPU執(zhí)行，處理完一次用戶輸入后程序暫執(zhí)行，處理完一次用戶輸入后程序暫停，等待下一次用戶輸入停，等待下一次用戶輸入時(shí)走時(shí)停時(shí)走時(shí)停前臺和后臺程序前臺和后臺程序(foreground & background)(foreground & background)分時(shí)：后臺分時(shí)：后臺程序不占用終端輸入輸出，不與用戶交互現(xiàn)在的圖程序不占用終端輸入輸出，不與用戶交互現(xiàn)在的圖形用戶界面形用戶界面(GUI)(GUI)，除當(dāng)前交互的程序，除當(dāng)前交

33、互的程序( (輸入焦點(diǎn)輸入焦點(diǎn)) )之外，之外，其他程序均作為后臺。其他程序均作為后臺。通常按時(shí)間片通常按時(shí)間片(time slice)(time slice)分配：各個(gè)程序在分配：各個(gè)程序在CPUCPU上執(zhí)行上執(zhí)行的輪換時(shí)間。的輪換時(shí)間。36362.2.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 為實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)，其中，為實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)，其中，最關(guān)鍵的問題最關(guān)鍵的問題是如何使用戶是如何使用戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，即當(dāng)用戶在自己的終端上鍵入能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，即當(dāng)用戶在自己的終端上鍵入命令時(shí)，命令時(shí)， 系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)接收并及時(shí)處理該命令，再將結(jié)系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)接收并及時(shí)處理該命令，再將結(jié)果返

34、回給用戶。此后，用戶可繼續(xù)鍵入下一條命令，此即果返回給用戶。此后，用戶可繼續(xù)鍵入下一條命令，此即人人機(jī)交互。應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，即使有多個(gè)用戶同時(shí)通過自己機(jī)交互。應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，即使有多個(gè)用戶同時(shí)通過自己的鍵盤鍵入命令，系統(tǒng)也應(yīng)能全部地的鍵盤鍵入命令，系統(tǒng)也應(yīng)能全部地及時(shí)接收及時(shí)接收并并及時(shí)處理及時(shí)處理。(1)(1)及時(shí)接收。及時(shí)接收。( (只需配置多路卡，同時(shí)接收各終端數(shù)據(jù)只需配置多路卡，同時(shí)接收各終端數(shù)據(jù)) )(2)(2)及時(shí)處理。及時(shí)處理。( (在不長的時(shí)間能響應(yīng)用戶命令在不長的時(shí)間能響應(yīng)用戶命令) ) 37373.3.分時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法分時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法(1)(1)單道分時(shí)系統(tǒng)單道分時(shí)系統(tǒng)(2)(

35、2)具有具有“前臺前臺”和和“后臺后臺”的分時(shí)系統(tǒng)的分時(shí)系統(tǒng)“單道分時(shí)單道分時(shí)”+”+”單道批處理單道批處理”(3)(3)多道分時(shí)系統(tǒng)多道分時(shí)系統(tǒng)現(xiàn)在分時(shí)系統(tǒng)現(xiàn)在分時(shí)系統(tǒng)38384.4.分時(shí)系統(tǒng)的特征分時(shí)系統(tǒng)的特征 多路性多路性宏觀上多個(gè)用戶同時(shí)工作，微觀上宏觀上多個(gè)用戶同時(shí)工作，微觀上多個(gè)終端多個(gè)終端輪轉(zhuǎn)時(shí)間片。輪轉(zhuǎn)時(shí)間片。 獨(dú)立性獨(dú)立性每個(gè)用戶一臺每個(gè)用戶一臺終端終端，互不干擾，感覺像一個(gè)人，互不干擾，感覺像一個(gè)人獨(dú)占獨(dú)占計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 及時(shí)性及時(shí)性用戶請求應(yīng)用戶請求應(yīng)盡快盡快得到響應(yīng)得到響應(yīng)(2-3(2-3秒秒) ) 交互性交互性用戶可通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的用戶可通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的

36、人機(jī)對話人機(jī)對話39391.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2.4 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 1.2.7 1.2.7 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)40401.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)(Real-Time System)(Real-Time System) 所謂所謂“實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)”，是表示，是表示“及時(shí)及時(shí)”，而，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(shí)能及時(shí)

37、( (或即時(shí)或即時(shí)) )響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)對該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。調(diào)一致地運(yùn)行。 要求要求：響應(yīng)時(shí)間短，在一定范圍之內(nèi)：響應(yīng)時(shí)間短，在一定范圍之內(nèi); ;系統(tǒng)可靠性高系統(tǒng)可靠性高1.1.應(yīng)用需求應(yīng)用需求 (1)(1)實(shí)時(shí)控制。包括：生產(chǎn)控制和武器控制。實(shí)時(shí)控制。包括：生產(chǎn)控制和武器控制。 (2)(2)實(shí)時(shí)信息處理。例：信息采集和訂票實(shí)時(shí)信息處理。例：信息采集和訂票41412.2.實(shí)時(shí)任務(wù)實(shí)時(shí)任務(wù) (1)(1)按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性周期性來劃分來劃分周期性

38、周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。例：信息采集。實(shí)時(shí)任務(wù)。例：信息采集。 非周期性非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。實(shí)時(shí)任務(wù)。 外部設(shè)備所發(fā)出的激勵(lì)信號并無明顯的周期性，但外部設(shè)備所發(fā)出的激勵(lì)信號并無明顯的周期性，但都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間(Deadline)(Deadline)。它又可分為：。它又可分為：開始開始截止時(shí)間截止時(shí)間( (最晚開始最晚開始時(shí)間時(shí)間) )任務(wù)在某時(shí)間以前任務(wù)在某時(shí)間以前必須開必須開始執(zhí)行始執(zhí)行; ;完成完成截止時(shí)間截止時(shí)間( (最晚完成最晚完成時(shí)間時(shí)間) )任務(wù)在某時(shí)間以前任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成。必須完成。 4242(2) (2) 根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃分根據(jù)對截止時(shí)間的

39、要求來劃分 硬實(shí)時(shí)任務(wù)硬實(shí)時(shí)任務(wù)(hard real-time task)(hard real-time task)。 系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對截止時(shí)間截止時(shí)間的要求，否則可能出的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測的結(jié)果?，F(xiàn)難以預(yù)測的結(jié)果。 軟實(shí)時(shí)任務(wù)軟實(shí)時(shí)任務(wù)(Soft real-time task)(Soft real-time task)。 它也聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間，它也聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間， 但并但并不嚴(yán)格不嚴(yán)格，若偶，若偶爾爾錯(cuò)過了任務(wù)的截止時(shí)間，錯(cuò)過了任務(wù)的截止時(shí)間， 對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會(huì)太對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會(huì)太大。大。 43433.3.實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分

40、時(shí)系統(tǒng)特征的比較 (1)(1)多路性多路性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)：表現(xiàn)為對實(shí)時(shí)系統(tǒng)：表現(xiàn)為對多個(gè)對象多個(gè)對象的信息采集和控制。的信息采集和控制。分時(shí)系統(tǒng)：為多個(gè)分時(shí)系統(tǒng)：為多個(gè)終端終端服務(wù)。服務(wù)。(2)(2)獨(dú)立性獨(dú)立性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)：表現(xiàn)為對多個(gè)對象的實(shí)時(shí)系統(tǒng)：表現(xiàn)為對多個(gè)對象的互不干擾互不干擾( (分別為分別為溫度、壓力采集溫度、壓力采集) )。分時(shí)系統(tǒng)：每個(gè)用戶。分時(shí)系統(tǒng)：每個(gè)用戶獨(dú)占獨(dú)占主機(jī)。主機(jī)。(3)(3)及時(shí)性及時(shí)性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)：在實(shí)時(shí)系統(tǒng)：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對外部事件響應(yīng)。分時(shí)對外部事件響應(yīng)。分時(shí)系統(tǒng)：在系統(tǒng)：在一定時(shí)間一定時(shí)間處理各個(gè)終端用戶作業(yè)。處理各個(gè)終端用戶作業(yè)。(4)(4)交互

41、性交互性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)：一般情況下實(shí)時(shí)系統(tǒng)：一般情況下無無交互性。分時(shí)系統(tǒng)：交互性。分時(shí)系統(tǒng)：有有交交互引入?；ヒ?。(5)(5)可靠性可靠性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)：要求實(shí)時(shí)系統(tǒng)：要求高度高度可靠。分時(shí)系統(tǒng)：可靠性可靠。分時(shí)系統(tǒng)：可靠性低低。44441.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2.4 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 1.2.7 1.2.7 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)4545 計(jì)

42、算任務(wù)由大量獨(dú)立而又相互聯(lián)結(jié)的計(jì)算機(jī)共同完成。某計(jì)算任務(wù)由大量獨(dú)立而又相互聯(lián)結(jié)的計(jì)算機(jī)共同完成。某一臺計(jì)算機(jī)上的用戶可以使用其它計(jì)算機(jī)上的資源。這就一臺計(jì)算機(jī)上的用戶可以使用其它計(jì)算機(jī)上的資源。這就形成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。形成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是在操作系統(tǒng)之上是在操作系統(tǒng)之上增加網(wǎng)絡(luò)功能增加網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)的。網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)功能部分模塊將網(wǎng)絡(luò)中的各臺計(jì)算設(shè)備通過各種絡(luò)功能部分模塊將網(wǎng)絡(luò)中的各臺計(jì)算設(shè)備通過各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議議，實(shí)現(xiàn)各臺計(jì)算設(shè)備之間的通信及網(wǎng)絡(luò)中各種，實(shí)現(xiàn)各臺計(jì)算設(shè)備之間的通信及網(wǎng)絡(luò)中各種資源的共資源的共享享。(Network Operating System

43、)(Network Operating System)464647471.1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型2.2.網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)OSOS的模式的模式3.3.網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)OSOS的功能的功能4848(1)(1)按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類星型、樹型、總線型、環(huán)型、網(wǎng)狀型星型、樹型、總線型、環(huán)型、網(wǎng)狀型(2)(2)按網(wǎng)絡(luò)地理范圍分類按網(wǎng)絡(luò)地理范圍分類廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)4949(1)(1)客戶客戶/ /服務(wù)器服務(wù)器(C/S)(C/S)模式模式網(wǎng)絡(luò)中各站點(diǎn)分兩大類：網(wǎng)絡(luò)中各站點(diǎn)分兩大類：服務(wù)器服務(wù)器客戶客戶(2)(2)對等模式對等模式各站點(diǎn)是對等的，既是各站點(diǎn)是對等的，既是“客戶客戶”，又

44、是，又是“服務(wù)器服務(wù)器”5050(1)(1)網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信建立建立/ /拆除通信鏈路拆除通信鏈路傳輸控制傳輸控制差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制流量控制流量控制路由選擇路由選擇(2)(2)網(wǎng)絡(luò)資源管理網(wǎng)絡(luò)資源管理對共享資源對共享資源( (硬盤、打印機(jī)、文件和數(shù)據(jù)等硬盤、打印機(jī)、文件和數(shù)據(jù)等) )的管理和協(xié)的管理和協(xié)調(diào)使用。調(diào)使用。(3)(3)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)主要有電子郵件服務(wù)、文件傳輸存取、共享硬盤及打印主要有電子郵件服務(wù)、文件傳輸存取、共享硬盤及打印機(jī)等。機(jī)等。5151(4)(4)網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理最基本的是安全管理最基本的是安全管理(5)(5)互操作能力互操作能力客戶能以客戶能以透明透明方式訪問網(wǎng)絡(luò)中方式

45、訪問網(wǎng)絡(luò)中( (或別的網(wǎng)絡(luò)中或別的網(wǎng)絡(luò)中) )的文件服的文件服務(wù)器上的文件系統(tǒng)。務(wù)器上的文件系統(tǒng)。52521.2.1 1.2.1 無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2 1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)1.2.3 1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)1.2.4 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)1.2.5 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6 1.2.6 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 1.2.7 1.2.7 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)5353概念：概念：分布式處理系統(tǒng)分布式處理系統(tǒng)是指由多個(gè)分散的處理單元經(jīng)互是指由多個(gè)分散的處理單元經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的連接而形成的系統(tǒng)。聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的連

46、接而形成的系統(tǒng)。將大量計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，以獲得極高將大量計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，以獲得極高的運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)共享的系統(tǒng)稱為的運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)共享的系統(tǒng)稱為分布式系統(tǒng)分布式系統(tǒng)(Distributed System)(Distributed System)。能使分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。能使分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中若干臺計(jì)算機(jī)相互協(xié)作完成一個(gè)共同任務(wù)的系中若干臺計(jì)算機(jī)相互協(xié)作完成一個(gè)共同任務(wù)的系統(tǒng)軟件稱為統(tǒng)軟件稱為分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)。 5454(1)(1)分布性分布性分布式分布式OSOS：控制是：控制是分布式分布式的，均勻分布在各的，均勻分布在各處理單元處理單元( (站點(diǎn)站點(diǎn)) )上。上。網(wǎng)絡(luò)

47、網(wǎng)絡(luò)OSOS：控制是：控制是集中式集中式的，在某個(gè)主機(jī)或服的，在某個(gè)主機(jī)或服務(wù)器中。務(wù)器中。(2)(2)并行性并行性分布式分布式OSOS：分配分配多個(gè)任務(wù)到多個(gè)處理器上并多個(gè)任務(wù)到多個(gè)處理器上并行執(zhí)行。行執(zhí)行。網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)OSOS：無任務(wù)分配無任務(wù)分配功能，因?yàn)槿蝿?wù)都在本功能，因?yàn)槿蝿?wù)都在本地機(jī)上處理。地機(jī)上處理。5555(3)(3)透明性透明性分布式分布式OSOS：具有：具有物理位置物理位置上的透明性。上的透明性。網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)OSOS：具有：具有操作實(shí)現(xiàn)操作實(shí)現(xiàn)上的透明性。上的透明性。(4)(4)共享性共享性分布式分布式OSOS：共享各：共享各站點(diǎn)站點(diǎn)資源。資源。網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)OSOS：共享：共享主機(jī)服務(wù)

48、器主機(jī)服務(wù)器資源。資源。(5)(5)健壯性健壯性分布式分布式OSOS：任何站點(diǎn)的故障，：任何站點(diǎn)的故障，不影響不影響整個(gè)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)OSOS：集中控制：集中控制( (服務(wù)器服務(wù)器) )，具有潛在的，具有潛在的不可不可靠性靠性。5656按其運(yùn)行方式分為：按其運(yùn)行方式分為：1.1.單用戶單任務(wù)單用戶單任務(wù)OSOS 2.2.單用戶多任務(wù)單用戶多任務(wù)OSOS3.3.多用戶多任務(wù)多用戶多任務(wù)OSOS只允許一個(gè)用戶上機(jī)，且只允許用戶程只允許一個(gè)用戶上機(jī)，且只允許用戶程序作為一個(gè)任務(wù)運(yùn)行。如序作為一個(gè)任務(wù)運(yùn)行。如 DOSDOS只允許一個(gè)用戶上機(jī)，但允許用戶把程序只允許一個(gè)用戶上機(jī)，但允許用戶把程

49、序分為若干任務(wù)運(yùn)行，使它們并發(fā)執(zhí)行。分為若干任務(wù)運(yùn)行，使它們并發(fā)執(zhí)行。如如 WindowsWindows允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用同一臺機(jī)器，而每個(gè)允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用同一臺機(jī)器，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)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，從而更進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。執(zhí)行，從而更進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。如如 Unix OSUnix OS57571.1 1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2 1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3 1.3 操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的基本特征1 1. .4 4

50、 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能1 1. .5 5 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)58581.3.1 并發(fā)（并發(fā)（Concurrence）1.3.2 共享（共享（Sharing）1.3.3 虛擬（虛擬（Virtual）1.3.4 異步性（異步性（Asynchronism）59591.3 1.3 操作系統(tǒng)的基本特性操作系統(tǒng)的基本特性 1.3.1 1.3.1 并發(fā)并發(fā)(Concurrence) (Concurrence) 并行性并行性是指兩個(gè)或多個(gè)是指兩個(gè)或多個(gè)事件在事件在同一時(shí)刻同一時(shí)刻發(fā)生發(fā)生; ;并發(fā)性并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件是指兩個(gè)或多個(gè)事件在在同一時(shí)間間隔內(nèi)同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生

51、。發(fā)生。時(shí)間時(shí)間B BA A時(shí)間時(shí)間B BA A6060在在多道程序多道程序環(huán)境下，環(huán)境下，并發(fā)性并發(fā)性是指在一段時(shí)間內(nèi)，宏是指在一段時(shí)間內(nèi)，宏觀上有多個(gè)程序在同時(shí)運(yùn)行，但在觀上有多個(gè)程序在同時(shí)運(yùn)行，但在單處理機(jī)單處理機(jī)系統(tǒng)中，每系統(tǒng)中，每一時(shí)刻卻僅能有一道程序執(zhí)行，故一時(shí)刻卻僅能有一道程序執(zhí)行，故微觀微觀上這些程序只能上這些程序只能是是分時(shí)地交替分時(shí)地交替執(zhí)行。倘若在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有執(zhí)行。倘若在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有多個(gè)處理機(jī)多個(gè)處理機(jī)，則這些可以并發(fā)執(zhí)行的程序便可被分配到多個(gè)處理機(jī)上，則這些可以并發(fā)執(zhí)行的程序便可被分配到多個(gè)處理機(jī)上，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)并行執(zhí)行并行執(zhí)行，即利用每個(gè)處理機(jī)來處理一個(gè)可并發(fā)執(zhí)，即利

52、用每個(gè)處理機(jī)來處理一個(gè)可并發(fā)執(zhí)行的程序，這樣，多個(gè)程序便可同時(shí)執(zhí)行。行的程序，這樣，多個(gè)程序便可同時(shí)執(zhí)行。并發(fā)并發(fā)：即：即宏觀宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)有多道程序在上在一段時(shí)間內(nèi)有多道程序在同時(shí)同時(shí)運(yùn)行，在運(yùn)行，在微觀微觀上，這些程序是在上，這些程序是在交替交替執(zhí)行的。執(zhí)行的。為使為使程序程序能并發(fā)執(zhí)行，為每個(gè)程序建立能并發(fā)執(zhí)行，為每個(gè)程序建立進(jìn)程進(jìn)程。進(jìn)程進(jìn)程是能獨(dú)立運(yùn)行并作為作資源分配的基本單位，是活動(dòng)是能獨(dú)立運(yùn)行并作為作資源分配的基本單位，是活動(dòng)實(shí)體。實(shí)體。引入引入線程線程后，進(jìn)程是分配資源的基本單位，線程作為獨(dú)立后，進(jìn)程是分配資源的基本單位，線程作為獨(dú)立運(yùn)行的基本單位。運(yùn)行的基本單位。6161

53、1.3.1 并發(fā)（并發(fā)（Concurrence）1.3.2 共享（共享（Sharing）1.3.3 虛擬（虛擬（Virtual）1.3.4 異步性（異步性（Asynchronism）62621.3.2 1.3.2 共享共享(Sharing)(Sharing) 在操作系統(tǒng)環(huán)境下，所謂在操作系統(tǒng)環(huán)境下，所謂共享共享是指系統(tǒng)中的資源可是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程( (線程線程) )共同使用。共同使用。63631. 1. 互斥共享方式互斥共享方式 系統(tǒng)中的某些資源，如打印機(jī)、磁帶機(jī)，雖然它們可以提供給多系統(tǒng)中的某些資源，如打印機(jī)、磁帶機(jī)，雖然它們可以提供給多個(gè)

54、進(jìn)程個(gè)進(jìn)程( (線程線程) )使用，但為使所打印或記錄的結(jié)果不致造成混淆，應(yīng)規(guī)使用，但為使所打印或記錄的結(jié)果不致造成混淆，應(yīng)規(guī)定在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程定在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程( (線程線程) )訪問該訪問該資源。為此，資源。為此，當(dāng)一個(gè)進(jìn)當(dāng)一個(gè)進(jìn)程程A A要訪問某資源時(shí)，必須先提出請求，要訪問某資源時(shí)，必須先提出請求， 如果此時(shí)該資源空閑，系統(tǒng)如果此時(shí)該資源空閑，系統(tǒng)便可將之分配給請求進(jìn)程便可將之分配給請求進(jìn)程A A使用，使用， 此后若再有其它進(jìn)程也要訪問該資此后若再有其它進(jìn)程也要訪問該資源時(shí)源時(shí)( (只要只要A A未用完未用完) )則必須等待。僅當(dāng)則必須等待。僅當(dāng)A A進(jìn)程訪問完并釋

55、放該資源后，進(jìn)程訪問完并釋放該資源后， 才允許另一進(jìn)程對該資源進(jìn)行訪問。我們把這種資源共享方式稱為才允許另一進(jìn)程對該資源進(jìn)行訪問。我們把這種資源共享方式稱為互互斥式共享斥式共享，而把，而把在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源稱為稱為臨界資臨界資源或獨(dú)占資源源或獨(dú)占資源。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)備，以及。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)備，以及棧棧、變量變量和和表表格格，都屬于臨界資源，它們要求被互斥地共享。，都屬于臨界資源，它們要求被互斥地共享。 由于資源屬性的不同，進(jìn)程對由于資源屬性的不同，進(jìn)程對資源共享的方式資源共享的方式也也不同不同，目前，目前主要有以下主

56、要有以下兩種兩種資源共享方式。資源共享方式。6464 2. 2. 同時(shí)訪問方式同時(shí)訪問方式 系統(tǒng)中還有另一類資源，允許在一段時(shí)間內(nèi)由系統(tǒng)中還有另一類資源，允許在一段時(shí)間內(nèi)由多個(gè)進(jìn)程多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)同時(shí)”對它們進(jìn)行訪問。這里對它們進(jìn)行訪問。這里所謂的所謂的“同時(shí)同時(shí)”往往是宏觀上的，而在微觀上，這些進(jìn)程往往是宏觀上的，而在微觀上，這些進(jìn)程可能是交替地對該資源進(jìn)行訪問?？赡苁墙惶娴貙υ撡Y源進(jìn)行訪問。典型的可供多個(gè)典型的可供多個(gè)進(jìn)程進(jìn)程“同時(shí)同時(shí)”訪問的資源是訪問的資源是磁盤磁盤設(shè)備。設(shè)備。 并發(fā)并發(fā)和和共享共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征，是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征，它們又是互為存在的條件。它們又

57、是互為存在的條件。一方面一方面，資源，資源共享共享是以是以程序程序( (進(jìn)程進(jìn)程) )的的并發(fā)并發(fā)執(zhí)行為執(zhí)行為條件條件的，若系統(tǒng)不允許程的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題; ;另一方面另一方面，若系統(tǒng)不能對資源若系統(tǒng)不能對資源共享共享實(shí)施實(shí)施有效管理有效管理， 協(xié)調(diào)好諸協(xié)調(diào)好諸進(jìn)程對共享資源進(jìn)程對共享資源的訪問，也必然影響到程序并發(fā)執(zhí)的訪問，也必然影響到程序并發(fā)執(zhí)行的程度，甚至根本行的程度，甚至根本無法并發(fā)無法并發(fā)執(zhí)行。執(zhí)行。 65651.3.1 并發(fā)（并發(fā)（Concurrence）1.3.2 共享（共享（Sharing）1.3.3 虛擬（虛

58、擬（Virtual）1.3.4 異步性（異步性（Asynchronism）66661.3.3 1.3.3 虛擬虛擬(Virtual)(Virtual) 操作系統(tǒng)中的所謂操作系統(tǒng)中的所謂“虛擬虛擬”，是指通過某種技術(shù)把一是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對應(yīng)物個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對應(yīng)物。物理實(shí)體。物理實(shí)體( (前者前者) )是實(shí)的，是實(shí)的， 即實(shí)際存在的即實(shí)際存在的; ;而后者是虛的，是用戶感覺上的而后者是虛的，是用戶感覺上的東西。相應(yīng)地，用于實(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱為東西。相應(yīng)地，用于實(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱為虛擬技術(shù)虛擬技術(shù)。在。在OSOS中利用了多種虛擬技術(shù)，分別用來實(shí)現(xiàn)中利用了

59、多種虛擬技術(shù)，分別用來實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)虛擬處理機(jī)、虛虛擬內(nèi)存擬內(nèi)存、 虛擬外部設(shè)備虛擬外部設(shè)備和虛擬信道等。和虛擬信道等。例如例如進(jìn)程管理的多道程序技術(shù)把一個(gè)物理進(jìn)程管理的多道程序技術(shù)把一個(gè)物理CPUCPU虛擬為多個(gè)邏虛擬為多個(gè)邏輯上的輯上的CPUCPU。在設(shè)備管理上，利用。在設(shè)備管理上，利用spoolingspooling技術(shù)，把一臺技術(shù)，把一臺物理上的物理上的I/OI/O設(shè)備虛擬成多態(tài)邏輯上的設(shè)備虛擬成多態(tài)邏輯上的I/OI/O設(shè)備。設(shè)備。CPUCPU每個(gè)用戶（進(jìn)程）的每個(gè)用戶（進(jìn)程）的“虛處理機(jī)虛處理機(jī)“( (分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)) )存儲器存儲器虛擬存儲器虛擬存儲器打印設(shè)備打印設(shè)備將臨界資源變

60、為同時(shí)訪問資源將臨界資源變?yōu)橥瑫r(shí)訪問資源 在虛擬處理機(jī)技術(shù)中，是通過多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，讓多道程序在虛擬處理機(jī)技術(shù)中，是通過多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，讓多道程序并發(fā)執(zhí)行的方法，來分時(shí)使用一臺處理機(jī)的。此時(shí)，并發(fā)執(zhí)行的方法，來分時(shí)使用一臺處理機(jī)的。此時(shí)， 雖然只有一臺雖然只有一臺處理機(jī)，但它能同時(shí)為多個(gè)用戶服務(wù)，使每個(gè)終端用戶都認(rèn)為是有處理機(jī)，但它能同時(shí)為多個(gè)用戶服務(wù)，使每個(gè)終端用戶都認(rèn)為是有一個(gè)一個(gè)CPU在專門為他服務(wù)。亦即，在專門為他服務(wù)。亦即， 利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，把一臺利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，把一臺物理上的物理上的CPU虛擬為多臺邏輯上的虛擬為多臺邏輯上的CPU，也稱為虛擬處理機(jī)，我們，也稱為虛擬