操作系統(tǒng)2002--概述

1、操操 作作 系系 統(tǒng)統(tǒng) 概概 述述一、什么是操作系統(tǒng)一、什么是操作系統(tǒng)三、操作系統(tǒng)的主要分類三、操作系統(tǒng)的主要分類二、操作系統(tǒng)的發(fā)展過程二、操作系統(tǒng)的發(fā)展過程四、現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)四、現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)五、操作系統(tǒng)的環(huán)境五、操作系統(tǒng)的環(huán)境六、操作系統(tǒng)的管理功能六、操作系統(tǒng)的管理功能七、操作系統(tǒng)與用戶的接口七、操作系統(tǒng)與用戶的接口一、什么是操作系統(tǒng)一、什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的基本部分（用戶和計算機硬件之間的接口模塊，是計算機的核心控制軟件），它負責組織和管理整個計算機系統(tǒng)的軟硬件資源（資源分配合理、安全有效）；協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部分之間（組織多道程序運行）、系統(tǒng)與使用者之間（良好

2、的工作環(huán)境、使用方便）以及使用者和使用者之間的關(guān)系，使整個系統(tǒng)能高效地運轉(zhuǎn)并為系統(tǒng)的使用者提供一個研制和運行程序的良好、方便的環(huán)境。1 1、科普的觀點、科普的觀點 操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的管理和控制中心，它依照設(shè)計者制定的各種調(diào)度策略組織和管理計算機系統(tǒng)資源，使之能高效地運行。2 2、功能的觀點、功能的觀點 操作系統(tǒng)是一個計算機資源管理系統(tǒng)，它負責計算機系統(tǒng)的全部資源的分配、控制、調(diào)度和回收。3 3、用戶的觀點、用戶的觀點 操作系統(tǒng)是計算機與用戶之間的接口，用戶通過這種接口使用計算機。4 4、軟件的觀點、軟件的觀點 操作系統(tǒng)是程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合。5 5、管理的觀點、管理的觀點 操作系統(tǒng)是計算機

3、硬件和軟件資源的合理而協(xié)調(diào)的管理者。6 6、 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 是一個大型的程序系統(tǒng)，它負責計算機的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作，控制并協(xié)調(diào)并發(fā)活動，實現(xiàn)信息的存取和保護。它提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境。操作系統(tǒng)使整個計算機系統(tǒng)實現(xiàn)了高效率和高度自動化。目前流行的操作系統(tǒng)：DOSUNIX LINUX MINIXWINDOWS NT WINDOWS 95/98/2000并行UNIX、Mach/OS、OFS/1 操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位用戶n用戶2用戶1編譯程序 編譯程序 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng). 操作系統(tǒng)硬件 計算機系統(tǒng)是按用戶的要求接收和存儲信息、自動進行數(shù)據(jù)

4、處理并輸出結(jié)果信息的系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)由硬件（子）系統(tǒng)和軟件（子）系統(tǒng)組成 操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的一種系統(tǒng)軟件，由它統(tǒng)一管理計算機系統(tǒng)的資源和控制程序的執(zhí)行。資 源計算機系統(tǒng)在使用各種資源時會遇到那些問題： 任何一個程序的執(zhí)行都必須要首先獲得資源 在資源有限的情況下，對資源的請求和使用就會產(chǎn)生沖突。 因此，需要一個管理者或者仲裁者對這種 情況加以管理和控制中央處理機（CPU）內(nèi)存 I/O設(shè)備（鍵盤、顯示器、打字機、鼠標）外部設(shè)備 存儲設(shè)備（硬盤、軟盤、光盤、磁帶） 其它設(shè)備（MODEM、通信口）系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、語言編譯器、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）應(yīng)用軟件 （CAD、MIS、用戶自己開發(fā)的系統(tǒng)等）工具

5、軟件（軟、硬件檢測疹斷程序）第一個目的： 機器擴充，成為一臺功能更強的虛擬機（沒有操作系統(tǒng)，則所有資源的使用均由用戶來控制，結(jié)果不可預(yù)測?。?。第二個目的： 提高計算機系統(tǒng)的工作效率（資源管理的角度） 監(jiān)視各種資源并隨時記錄它們的狀態(tài)； 實施某種策略以決定誰獲得資源，何時獲得，獲得多少； 分配資源供需求者使用，回收資源，以便再分配。二、操作系統(tǒng)的發(fā)展過程二、操作系統(tǒng)的發(fā)展過程推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力 不斷提高計算機資源利用率的需要 方便用戶的需要 器件的不斷更新?lián)Q代 計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展1、人工操作階段 操作過程：程序員將其編好的程序從紙帶或卡片機上裝入內(nèi)存；然后，通過按適當?shù)逆I或開關(guān)去加

6、載開始地址并啟動程序運行；在程序運行過程中，程序員通過控制臺上的各種顯示燈來監(jiān)測程序的執(zhí)行情況，如發(fā)現(xiàn)錯誤，就停止程序的運行，查看存儲單元和寄存器里的內(nèi)容，對它進行排錯；最后結(jié)果打印輸出或鑿孔輸出。使用計算機早期系統(tǒng)的一般操作步驟是：啟動讀卡機執(zhí)行匯編語言解釋程序啟動讀卡機或磁帶機把目標程序裝入計算機；運行目標程序 特點：采用預(yù)約方式分配機時（計劃時間和實際使用時間不一致）；手工操作方式啟動設(shè)備和主機運行；用機器語言編制程序；程序員（兼操作員，因此，對其要求很高）獨占計算機和所有附屬設(shè)備。問題：（1）用戶獨占全機。一臺計算機的全部資源只能由一個用戶獨占。（2）CPU等待人工操作。當用戶進行裝帶

7、（卡）、卸帶（卡）等人工操作時。CPU是空閑的。 用戶在計算機上算題的所有工作都要用戶人工干預(yù)，如程序的裝入、運行、結(jié)果的輸出等。 隨著計算機速度的加快，人機矛盾越來越大，例如：上機操作要1 分鐘 ，運行時間20分鐘（10萬次/sec） 上機操作要 1分鐘 ，運行時間0.2分鐘（1000萬次/sec）解決辦法：雇傭?qū)I(yè)的操作人員。操作系統(tǒng)發(fā)展過程要解決的主要矛盾： 人的操作速度與計算機計算速度之間的矛盾； CPU速度的迅速提高和I/O設(shè)備的速度提高緩慢之間 的矛盾。2、簡單的監(jiān)控（監(jiān)督）程序（早期的批處理） CPU速度提高，I/O所占時間比例越來越大，效率越來越低（機器的成本是按照生命期的長短

8、攤到 CPU上的，因此機時非常寶貴）。 為了解決CPU和IO設(shè)備之間速度不匹配的矛盾，50年代末出現(xiàn)了脫機輸入/輸出技術(shù)。在一臺外圍機的控制下，事先把紙帶（或卡片）機上的數(shù)據(jù)（或程序）輸入到磁帶（或磁盤）上，當CPU需要時，再從磁帶（或磁盤）上高速的調(diào)入內(nèi)存。當CPU輸出時，也采用類似的技術(shù)。磁盤打印機主機輸入設(shè)備外圍機外圍機磁盤特點：使用專業(yè)操作員（排錯工作仍由程序員完成），提高裝卸作業(yè)的效率；把作業(yè)按組或批來組織（同類型如FORTRAN放在一起）， 減少系統(tǒng)軟件的裝載次數(shù)。 仍然存在的問題：由人判斷作業(yè)的正常還是異常終止，完成信息轉(zhuǎn)儲，控制作業(yè)切換，在人做這些工作的時候，CPU空閑。 這時

9、出現(xiàn)初級的操作系統(tǒng)常駐監(jiān)控程序（常駐內(nèi)存），完成自動作業(yè)定序。此時，對計算機的控制權(quán)在常駐監(jiān)控程序與用戶程序之間切換。這就是早期的批處理階段。由于是串行執(zhí)行作業(yè)，因此稱為單道批處理。 為常駐監(jiān)控程序提供對作業(yè)進行控制的信息的方式：控制卡片。因此，常駐監(jiān)控程序的內(nèi)容主要有：控制卡片解釋程序、系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序的加載程序以及設(shè)備驅(qū)動程序。 早期批處理又分為聯(lián)機批處理和脫機批處理（使用衛(wèi)星計算機）兩種。 CPU可以與外部設(shè)備并行工作SPOOLing （Simultaneous Peripheral Operation on Line）技術(shù) 磁盤CPU打印機輸入機3、多道批處理系統(tǒng)階段 計算機的發(fā)展提

10、供了大容量硬盤和通道（專門用來控制輸入輸出設(shè)備的處理機）。原來以CPU 為 中心的結(jié)構(gòu)改變?yōu)橐灾鞔鏋橹行牡慕Y(jié)構(gòu)，使得I/O和CPU并行起來操作成為可能，這樣，CPU的大部分時間就可全部作數(shù)據(jù)處理用。為改善和提供效率，幾道（不同性質(zhì)的）程序交替運行是一個可行的方法。這就是“多道程序設(shè)計”。60年代計算機硬件獲得兩個重大的進展n通道技術(shù)n中斷技術(shù)通道通道: : 是一種專用部件，負責外部設(shè)備與內(nèi)存之間信息的傳輸。中斷：指主機接到外界的信號（來自CPU外部或內(nèi)部）時，立即 中止原來的工作，轉(zhuǎn)去處理這一外來事件，處理完后， 主機又回到原來工作點繼續(xù)工作。多道系統(tǒng)的特征： 計算機內(nèi)同時存在幾道程序 多道性

11、 這些程序均處于運行過程中 - 無序性 程序是交替串行運行 - 調(diào)度性多道系統(tǒng)必須解決的問題： 處理機管理問題 內(nèi)存管理問題 IO設(shè)備管理問題 作業(yè)管理問題 文件管理問題三、操作系統(tǒng)的主要分類三、操作系統(tǒng)的主要分類1、批處理操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)單道批處理操作系統(tǒng)多道批處理操作系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)磁盤打印機輸入機CPU磁盤作業(yè)內(nèi)存后備作業(yè)輸出信息單道批處理系統(tǒng)的特征 （1）自動性。在順利的情況下，在磁帶上的一批作業(yè)能自動地逐個作業(yè)依次運行，而無須人工干預(yù)。 （2）順序性。磁帶上的各道作業(yè)是順序地進入內(nèi)存，各道作業(yè)完成的順序與它們進入內(nèi)存的順序之間，在正常情況下應(yīng)當完全相同，亦即先調(diào)入內(nèi)存的作業(yè)先

12、完成。 （3）單道性。在內(nèi)存中僅有一道程序并使之運行，即監(jiān)督程序每次從磁帶上只調(diào)入一道程序進入內(nèi)存運行，僅當該程序完成或發(fā)生異常情況時，才調(diào)入其它程序進入內(nèi)存運行。多道批處理系統(tǒng)磁盤打印機輸入機CPU磁盤作業(yè) 1作業(yè) 2作業(yè) 3內(nèi)存后備作業(yè)輸出信息在OS中引人多道程序設(shè)計可帶來以下好處：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)吞吐量。多道批處理系統(tǒng)的特征多道性多道性：在內(nèi)存中可同時駐留多道程序，并允 許它們并發(fā)執(zhí)行，從而有效地提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量 v 無序性無序性：多個作業(yè)完成的先后順序與它們進入內(nèi)存的順序之間，并無嚴格的對應(yīng)關(guān)系，即先進入內(nèi)存的作業(yè)可能較后

13、甚至最后完成，而后進入內(nèi)存的作業(yè)又可能先完成。 v 調(diào)度性調(diào)度性：作業(yè)從提交給系統(tǒng)開始直至完成，需要經(jīng)過以下兩次調(diào)度： 作業(yè)調(diào)度 進程調(diào)度多道批處理系統(tǒng)的主要優(yōu)點v 資源利用率高：由于在內(nèi)存中裝入了多道程序， 使它們共享資源，保持資源處于忙碌狀態(tài)，從而 使各種資源得以充分利用。 v 系統(tǒng)吞吐大：系統(tǒng)吞吐量是指系統(tǒng)在單位時間內(nèi) 所完成的總工作量。能提高系統(tǒng)吞吐量的原因可 歸結(jié)為：第一，CPU和其它資源保持“忙碌”狀態(tài)； 第二，僅當作業(yè)完成時或運行不下去時才進行切 換，系統(tǒng)開銷小，CPU和其它資源保持“忙碌”狀 態(tài)；僅當作業(yè)完成時或運行下去時才進行切換， 系統(tǒng)開銷小。缺點：v 平均周轉(zhuǎn)時間長 在批

14、處理系統(tǒng)中，由于作業(yè)要排隊， 依次進行處理，因而作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間較長； v 無交互能力 用戶一但將作業(yè)提交給系統(tǒng)后直至作業(yè) 完成，用戶都不能與自己的作業(yè)進行交互，這對修改 和調(diào)試程序都是極不方便的。 用戶響應(yīng)時間較長。用戶既不能了解自己程序的運行情況，也不能控制計算機。2、分時系統(tǒng) 是以聯(lián)機操作為標志的操作系統(tǒng)，特別適合于程序的動態(tài)調(diào)試和修改。計算機硬件分時操作系統(tǒng)CPUn分時計算機系統(tǒng)分時計算機系統(tǒng)：由于中斷技術(shù)的使用，使得一臺計算機能連接多個用戶終端，用戶可通過各自的終端使用和控制計算機，我們把一臺計算機連接多個終端的計算機系統(tǒng)稱為分時計算機系統(tǒng)，或稱分時系統(tǒng)。n分時技術(shù)：把處理機的響應(yīng)時間

15、分成若于個大小相等（或不相等）的時間單位，稱為時間片（如100毫秒），每個終端用戶獲得CPU，就等于獲得一個時間片，該用戶程序開始運行，當時間片到（用完），用戶程序暫停運行，等待下一次運行。關(guān)鍵問題：q 及時接收用戶的指令q 及時處理，滿足用戶的要求指導思想：q 使所有的用戶作業(yè)都直接進入內(nèi)存；q 在不長的時間內(nèi)，能使每個作業(yè)都運行一次 （較短的時間）用戶需求：q 人-機交互q 共享主機q 便于用戶上機分類：q 單道分時系統(tǒng)q 具有“前臺”和“后臺”的分時系統(tǒng)q 多道分時系統(tǒng)分時系統(tǒng)的特征：v 多路性多路性 允許在一臺主機上同時聯(lián)接多臺聯(lián)機 終端，系統(tǒng)按分時原則為每個用戶服務(wù)；v 獨占性獨占性

16、 每個用戶各占一個終端，彼此獨立操 作，互不干擾；v 及時性及時性 用戶的請求能在很短時間內(nèi)獲得響應(yīng)。v 交互性交互性 用戶可通過終端與系統(tǒng)進行廣泛的人 機對話 能使計算機系統(tǒng)接收到外部信號后及時進行處理，并且在嚴格的規(guī)定時間內(nèi)處理結(jié)束，再給出反饋信號的操作系統(tǒng)稱為“實時操作系統(tǒng)”。3、實時系統(tǒng)n早期計算機系統(tǒng)是用于科學與工程的數(shù)值計算，如第一臺計算機（1944年）產(chǎn)生的原因就是解決大口徑火炮設(shè)計中的計算問題：彈道軌跡、彈著點和材料的各種應(yīng)力分布的計算。還有原子彈設(shè)計和實驗中大量的計算問題，用當時的計算工具已經(jīng)解決不了。n到了60年代初，計算機開始應(yīng)用到生產(chǎn)過程控制、工業(yè)控制、防空系統(tǒng)、信息處

17、理等，在這些應(yīng)用中不但要解決計算間題，還要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成計算，即實時處理。在實時處理中的一個核心的問題就是響應(yīng)時間問題。分類： 實時控制 實時信息處理特點： 及時響應(yīng)，快速處理 高的可靠性和安全性響應(yīng)時間：指用戶發(fā)出命令，到系統(tǒng)完成用戶命令所需的時間。批處理操作系統(tǒng) 沒有分時操作系統(tǒng) 秒級(一般情況）實時操作系統(tǒng) 微秒級 甚至更小 系統(tǒng)滿足用戶時限（deadline)的 要求實時任務(wù)的類型 接任務(wù)執(zhí)行時是否呈現(xiàn)周期性來劃分 周期性實時任務(wù)。要求按指定的周期循環(huán)執(zhí)行，以便周期性地控制某個外部事件。 非周期性實時任務(wù)。任務(wù)的執(zhí)行無明顯的周期性，但都必須聯(lián)系著一個截止時間（deadline）。

18、它又可分為：開始截止時間：任務(wù)在某時間以前，必須開始執(zhí)行；完成截止時間：任務(wù)在某時間以前必須完成。根據(jù)對截止時間的要求來劃分 硬實時任務(wù)（hard real-time task）。系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對截止時間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測的結(jié)果。 軟實時任務(wù)（soft real-time task）。它也聯(lián)系著一個截止時間，但并不嚴格，若過了任務(wù)的截止時間，對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響不會大大。實時操作系統(tǒng)特點：1、系統(tǒng)對外部的信號必須能及時響應(yīng)，(在規(guī)定的時間內(nèi)（deadline）)；2、要求高可靠性和安全性，效率則放在第二位；3、系統(tǒng)整體性強；4、不要求很強的“會話”能力。分時與實時系統(tǒng)的比較v 多路性

19、都具有多路性v 獨立性 都具有獨立性v 及時性 實時系統(tǒng)對及時性具有比分時系統(tǒng) 更高的要求v 交互性 分時系統(tǒng)具有比實時系統(tǒng)更廣泛的 交互性要求v 可靠性 實時系統(tǒng)對可靠性具有比分時系統(tǒng) 更高的要求4、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 為計算機網(wǎng)絡(luò)配置的操作系統(tǒng)稱為“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)”。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)可被視為多處理機操作系統(tǒng)的一種（這里未提到緊耦合多處理機操作系統(tǒng)）。 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分為兩大類：一類是專用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，如Netware、LAN manager、VINES等，另一類是從單機操作系統(tǒng)演化而來、單機和網(wǎng)絡(luò)通用的操作系統(tǒng)，如：UNIX、Windows NT、OS/2等，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的主要功能是：管理網(wǎng)絡(luò)中的各種

20、資源、協(xié)調(diào)各主機的運行、實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和資源共享。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議： 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)中各主機（HOST）之間傳遞信息的規(guī)則的集合。如國際標準化組織ISO/OSI七層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)議、TCP/IP協(xié)議等。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng): 在通常的操作系統(tǒng)中增加了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議（一般到傳送層）功能和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理功能的操作系統(tǒng)。如UNIX、LINUX, WINDOWS NT都是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。 現(xiàn)在上網(wǎng)使用的IE4、Netscape、Mail Server等屬于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，不屬網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的范疇。星型網(wǎng)絡(luò)星型網(wǎng)絡(luò) 每一個遠地結(jié)點通過一條單獨的傳輸線路，與中新結(jié)點連接，即采用點 - 點連接方式，使網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)星形。樹型網(wǎng)絡(luò)樹型網(wǎng)絡(luò) 將

21、一個多級星型網(wǎng)絡(luò)按層次排列，便形成樹型網(wǎng)絡(luò)。樹的根即網(wǎng)絡(luò)的最高層是中央處理機，樹的葉即網(wǎng)絡(luò)的最低層，為終端式個人計算機?？偩€型網(wǎng)絡(luò)總線型網(wǎng)絡(luò) 將若干個結(jié)點通過一條高速總線互連起來所形成的網(wǎng)絡(luò)，采用廣播方式，即由一個結(jié)點所發(fā)出的信息，可被總線上的所有結(jié)點接收。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)環(huán)型網(wǎng)絡(luò) 采用高速點 - 點信道，將各結(jié)點連接成環(huán)形，網(wǎng)絡(luò)中的信息流是定向的，由一個源結(jié)點發(fā)出的信息，將繞環(huán)傳輸一周后返回源結(jié)點。網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò) 各個結(jié)點間通過點 - 點連接，形成不規(guī)則的形狀，結(jié)點之間通常都有多余通路。按網(wǎng)絡(luò)地理范圍分類廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)WAN（Wide Area Network）這種計算機網(wǎng)絡(luò)所跨越的距離，通常為

22、數(shù)百公里到數(shù)千公里，甚至是上萬公里；網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍可以為一個地區(qū)或一個國家、乃至幾大洲；其傳輸速率為幾kb/S到幾Mb/s；網(wǎng)絡(luò)中的通信設(shè)施為國家所有。局域網(wǎng)局域網(wǎng)LAN（Local Area Network） 這種計算機網(wǎng)絡(luò)所跨越的距離，通常為幾十米至數(shù)公里；網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍為一棟樓或一個單位；其傳輸速率 較高，通常為幾百kb/S到100Mb/s；網(wǎng)絡(luò)設(shè)施屬單位所有。 6、分布式操作系統(tǒng) 為分布式計算機系統(tǒng)配置的操作系統(tǒng)稱為“分布式操作系統(tǒng)”。是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級形式。 進一步說明： 系統(tǒng)是由多個處理器或計算機系統(tǒng)組成，采用統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，所有主機的NOS統(tǒng)一，界面相同； 計算資源可以是

23、物理上相鄰的，通過共享主存進行通訊，也可以是地理上分布的，使用計算機網(wǎng)絡(luò)，通過報文進行通訊； 計算資源組成一個整體，對用戶是透明的； 計算可以分布； 各計算機地位平等，一臺計算機的失效不影響其它計算機工作。 分布式操作系統(tǒng)技術(shù)目前還不成熟。分布式OS與網(wǎng)絡(luò)OS的比較v 分布性 前者比后者具有更強的分布性v 并行性 前者可以將計算任務(wù)分配到多個處 理單元上，而后者無任務(wù)分配功能v 透明性 前者可以使資源和服務(wù)透明地分布 在系統(tǒng)的各個站點上，而后者的透明性主 要是操作實現(xiàn)上的透明性v 共享性 前者的處理和控制功能是分布的， 可以為系統(tǒng)中所有用戶共享，而后者的資 源通常是集中在服務(wù)器上v 健壯性 前

24、者比后者具有更強的健壯性四、現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)四、現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)特特 征征v 并發(fā) 并發(fā)與并行二者是有區(qū)別的v 共享 指系統(tǒng)中的資源可供多個并發(fā)執(zhí)行的進 程共享使用 互斥共享方式 / 同時訪問方式v 虛擬 所謂虛擬，是指通過某種技術(shù)把一個物 理實體變成若干個邏輯上的對應(yīng)物v 異步性 進程是以走走停停的方式執(zhí)行，具體的 執(zhí)行過程無法預(yù)知(不確定性)必須解決的問題由并發(fā)引起的問題： 并發(fā)是指能處理多個同時性活動的能力。如CPU與I/O設(shè)備同時工作、顯示器與打印機同時工作、鼠標與揚聲器同時工作。由并發(fā)引起的問題是如何從一個活動切換到另一個活動，怎樣保護一個活動，如何實現(xiàn)相互依賴的活動

25、之間的同步。由共享引起的問題：共享指多個計算任務(wù)（或多道程序）對系統(tǒng)資源的共同使用。問題：資源的分配、對數(shù)據(jù)同時存取的保護。由異步性引起的問題：異步性導致不確定性。從用戶運行程序的要求的角度看，操作系統(tǒng)必須是確定的，即用戶給定一個程序和相應(yīng)的初始數(shù)據(jù)，無論在什么時候，在什么計算機系統(tǒng)上運行，產(chǎn)生的結(jié)果都應(yīng)是相同的。從另一個角度看操作系統(tǒng)又存在不確定性：這是由共享和并發(fā)引起的。在操作系統(tǒng)中可運行多道用戶程序，而每個用戶程序的運行時間、要使用哪些系統(tǒng)資源、使用多長時間、使用的資源是共享還是獨占的，操作系統(tǒng)在程序運行前是不知道的。這就要求操作系統(tǒng)的設(shè)計要很好地解決并發(fā)和共享的問題，否則，將會產(chǎn)生不可

26、重現(xiàn)的錯誤，這種不可重現(xiàn)的錯誤稱為不確定性。例如兩個用戶共享一臺打印機。服服 務(wù)務(wù)1、操作系統(tǒng)的公共服務(wù)v 程序執(zhí)行v I/O操作v 文件系統(tǒng)操縱v 通信v 差錯檢測2、系統(tǒng)調(diào)用五、操作系統(tǒng)的環(huán)境五、操作系統(tǒng)的環(huán)境計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)：四層硬件、操作系統(tǒng)、其它軟件（系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件）、用戶。用戶n用戶2用戶1編譯程序 編譯程序 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng). 操作系統(tǒng)硬件1、操作系統(tǒng)與硬件的關(guān)系 中斷系統(tǒng)是操作系統(tǒng)與硬件密切配合來實現(xiàn)的。操作系統(tǒng)的有些工作（如交換程序狀態(tài)字）由硬件完成。 經(jīng)常使用又十分成熟的軟件功能由硬件實現(xiàn)（軟件硬化）。 由于操作系統(tǒng)“開銷”的存在，使得操作系統(tǒng)的功能需與硬件基礎(chǔ)匹配，追求

27、高功能，開銷過大，則得不償失。2、操作系統(tǒng)與其它系統(tǒng)軟件的關(guān)系 操作系統(tǒng)是整個軟件系統(tǒng)的核心，所有其它軟件（如編譯程序、編輯程序、運行程序、連接裝配程序及各種軟件開發(fā)工具）都是在它的支持下工作（隔離軟、硬件，資源的分配和使用，程序運行的協(xié)調(diào)等）。3、操作系統(tǒng)與用戶的關(guān)系 操作系統(tǒng)與程序設(shè)計者之間的界面就是操作系統(tǒng)向程序設(shè)計者提供的功能。 要求：使用系統(tǒng)合理和方便。 操作系統(tǒng)與最終用戶的界面。六、操作系統(tǒng)的管理功能六、操作系統(tǒng)的管理功能1、處理器管理2、存儲器管理3、文件管理4、設(shè)備管理5、作業(yè)管理處理器管理處理器管理 處理機管理的主要任務(wù)，是對處理機進行分配，并對其運行進行有效地控制和管理。在

28、多道程序環(huán)境下，處理機的分配和運行都是以進程為基本單位，因而對處理機的管理可歸結(jié)為對進程的管理。它包括以下幾個方面： 進程控制 進程同步 進程通信 調(diào)度存儲器管理存儲器管理 存儲器管理的主要任務(wù)，是為多道程序的運行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲器，提高存儲器的利用率，以及能從邏輯上來擴充內(nèi)存。 內(nèi)存分配 內(nèi)存保護 地址映射 內(nèi)存擴充 文件管理文件管理 1、文件空間的管理2、目錄管理3、文件的讀、寫管理和存取控制防止未經(jīng)核準的用戶存取文件；防止冒名頂替存取文件；防止以不正確的方式使用文件 設(shè)備管理設(shè)備管理 設(shè)備管理的主要任務(wù)，是完成用戶提出的IO請求，為用戶分配I0設(shè)備；提高CPU和IO設(shè)備的

29、利用率；提高IO速度；以及方便用戶使用IO設(shè)備。為實現(xiàn)上述任務(wù)，設(shè)備管理應(yīng)具有緩沖管理、設(shè)備分配和設(shè)備處理，以及虛擬設(shè)備等功能。 1 緩沖管理2 設(shè)備分配3 設(shè)備處理4 設(shè)備獨立性和虛擬設(shè)備作業(yè)管理作業(yè)管理 作業(yè)管理實現(xiàn)作業(yè)的調(diào)度和控制作業(yè)的執(zhí)行。作業(yè)調(diào)度是從等待處理的作業(yè)中選擇可以裝入主存儲器的作業(yè)，對已經(jīng)裝入主存儲器的作業(yè)按用戶的意圖控制其執(zhí)行。 作業(yè)管理的組成部分： 作業(yè)建立 作業(yè)調(diào)度 作業(yè)完成七、操作系統(tǒng)與用戶的接口七、操作系統(tǒng)與用戶的接口計算機用戶是如何使用計算機的呢？以程序設(shè)計為例：把編好源程序后上機調(diào)試的工作分成四個步驟，稱為四個作業(yè)步：n 編輯n 編譯n 連接n 運行 操作系統(tǒng)

30、中負責管理操作系統(tǒng)與用戶的通信的部分稱為用戶接口 命令接口 聯(lián)機用戶接口 脫機用戶接口 程序接口操作系統(tǒng)提供兩個用戶接口：程序級：系統(tǒng)調(diào)用操作命令級： 作業(yè)控制語言（ 早期批處理操作系統(tǒng)） 鍵盤命令（交互式操作系統(tǒng)，分時操 作系統(tǒng)為代表） 圖形用戶接口（UNIX、WINDOWS）作業(yè)控制語言 在批處理操作系統(tǒng)時代，用戶使用計算機是采用脫機方式，即用戶將自己的程序、數(shù)據(jù)和用作業(yè)控制語言編寫的上機操作的步驟的程序一起提交給計算中心（或機房），隔一段時間去機房取結(jié)果。 作業(yè)控制語言是一種語言，用來寫程序操作步驟的程序 。 鍵盤命令 分時操作系統(tǒng)誕生后，用戶可以通過用戶終端直接使用計算機，并且可與計算

31、機“對話”，這就是所謂的交互式計算機。用戶可通過鍵盤直接向計算機發(fā)布各種命令，計算機可接受、執(zhí)行用戶命令。 有時將鍵盤命令按命令的功能分類，如UNIX系統(tǒng)中把鍵盤命令分成：基本命令、高級命令。命令接口的基本任務(wù)： 解釋操作系統(tǒng)命令語言，傳送指令給操作系 統(tǒng)的其余部分以執(zhí)行這些命令； 從操作系統(tǒng)接收信息，并提呈給用戶。命令語言的種類： 系統(tǒng)訪問命令 文件管理命令 編輯、編譯和執(zhí)行命令 詢問命令 操作員專用命令DOS系統(tǒng)把鍵盤命令分為：文件管理（COPY、COMP、TYPE、DEL、REN）磁盤管理（FORMAT、CHKDSK、DISKCOPY、 DISKCOMP）目錄管理（DIR、CD、MD、RD、TREE）設(shè)備工作模式（CLS、MODE）日期、時間、系統(tǒng)設(shè)置（DATE、TIME、VER、 VOL）運行用戶程序(MASM、LINK、DEBUG)命令的執(zhí)行過程： 命令的處理由命令解釋程序完成。操作員打入