計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 第一章 操作系統(tǒng)引論

1、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)課程簡(jiǎn)介理工科非計(jì)算機(jī)類專業(yè)的專業(yè)知識(shí)教育層面課程 。要求掌握：操作系統(tǒng)的基本概念 基本理論設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù) 具有初步分析實(shí)際操作系統(tǒng)的能力操作系統(tǒng)課程簡(jiǎn)介以操作系統(tǒng)的五大功能（進(jìn)程管理，處理機(jī)調(diào)度，存儲(chǔ)管理，文件系統(tǒng)，設(shè)備管理）為主，講解操作系統(tǒng)作為管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的一組軟件的工作原理，加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)資源的理解，能夠從資源管理的角度領(lǐng)會(huì)操作系統(tǒng)的功能和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，具備操作系統(tǒng)的整體概念。 課程目的不是如何使用操作系統(tǒng)而是理解操作系統(tǒng)做什么工作，如何工作 OS工作方式OS內(nèi)部算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)OS過(guò)程中的問(wèn)題與解決方案，折中權(quán)衡為什么研究操作系統(tǒng)如何工作？效率功能教

2、學(xué) 環(huán) 節(jié)課堂講授與討論課后自學(xué)課后作業(yè)考試教 學(xué) 內(nèi) 容第一章 第六章學(xué) 習(xí) 收 獲1. 對(duì)操作系統(tǒng)的基本概念、基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法有一定的認(rèn)識(shí)，具備初步的分析與解決問(wèn)題能力。2. 了解操作系統(tǒng)的演化過(guò)程、發(fā)展研究動(dòng)向、新技術(shù)以及新思想，具有透過(guò)變化看趨勢(shì)、透過(guò)技術(shù)抓原理、把握學(xué)科發(fā)展脈搏的基本素質(zhì)。3. 編程時(shí)可借鑒操作系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)思想和算法，應(yīng)用操作系統(tǒng)中所用的許多概念和技巧。第一章 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)(operating system) 是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的基本系統(tǒng)軟件。它是這樣一些程序模塊的集合：它們管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件及軟件資源，合理的組織計(jì)算機(jī)工作流程，控制程序的

3、執(zhí)行并向用戶提供各種服務(wù)功能。同時(shí)為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大,使用方便和可擴(kuò)展的工作環(huán)境，使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行。 本 章 內(nèi) 容1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 1.3 操作系統(tǒng)的基本特性 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能 1.5 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用目標(biāo)相關(guān)因素：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的規(guī)模大中型機(jī)：有效性與強(qiáng)大的功能微機(jī)：方便性操作系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境1.1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)規(guī)模、應(yīng)用環(huán)境和操作系統(tǒng)類型有關(guān)。目前存在著多種類型的OS，不同類型的OS，其目標(biāo)各有所側(cè)重。 1有效性 ：提高資源利用率和系統(tǒng)的吞吐量 2方便性： 配置OS后使

4、計(jì)算機(jī)更容易使用。 3可擴(kuò)充性：采用新的結(jié)構(gòu)，如層次結(jié)構(gòu)、微內(nèi)核結(jié)構(gòu)和客戶服務(wù)器模式，便于增加新的功能模塊和修改老的功能模塊 4開(kāi)放性 ：遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，統(tǒng)一開(kāi)放的環(huán)境。 1.1.2 操作系統(tǒng)的作用 1OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口OS處于用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間，為程序及其用戶提供各種服務(wù)，用戶通過(guò)OS操縱計(jì)算機(jī)硬件，運(yùn)行自己的程序。 （P2 見(jiàn)圖1-1 ）服務(wù)方式：程序接口、操作接口程序接口：提供一組廣義指令（即系統(tǒng)調(diào)用）供用戶程序和其他系統(tǒng)程序調(diào)用。 操作接口：提供一組控制操作命令或圖形窗口方式供用戶使用計(jì)算機(jī)。 1.1.2 操作系統(tǒng)的作用 2OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者 處

5、理機(jī)管理： 分配和控制處理機(jī) 存儲(chǔ)器管理 ：主要負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配與回收 I/O 設(shè)備管理 ：負(fù)責(zé) I/O 設(shè)備的分配與操縱 文件管理 ：負(fù)責(zé)文件的存取、共享和保護(hù)1.1.2 操作系統(tǒng)的作用 3OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象目前采用的方法是在計(jì)算機(jī)裸機(jī)上加上一層又一層的軟件來(lái)組成整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。把覆蓋了軟件的機(jī)器稱成為擴(kuò)充機(jī)或虛擬機(jī)。虛擬機(jī)向用戶提供了一個(gè)對(duì)硬件操作的抽象模型。OS是鋪設(shè)在硬件上的多層系統(tǒng)軟件，增強(qiáng)了系統(tǒng)功能，隱藏了對(duì)硬件操作的細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)硬件操作的多個(gè)層次的抽象。1.1.3 推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)力 1不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率 最初發(fā)展的動(dòng)力，進(jìn)而形成了批處理系統(tǒng)。其后各種調(diào)

6、度算法和分配策略相繼被研究和采用。2方便用戶批處理交互型分時(shí)；命令行交互GUI 3器件的不斷更新?lián)Q代 微電子技術(shù)是推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的“引擎” 4計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展 多處理機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn) ：多處理機(jī)OS與并行OS 網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)與發(fā)展 ：分布式操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程操作系統(tǒng)的四個(gè)發(fā)展階段： 1946年 50年代末：電子管時(shí)代，無(wú)操作系統(tǒng)。 50年代末60年代中期：晶體管時(shí)代，批處理系統(tǒng)。 60年代中 70年代中后期：集成電路時(shí)代，多道程序設(shè)計(jì)，分時(shí)系統(tǒng)。 70年代中后期至今：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路時(shí)代。 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)正向著巨型、微型、并行、分布、網(wǎng)絡(luò)化和智能化幾個(gè)方

7、面發(fā)展。 1.2.1 無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1人工操作方式1945年 到 50 年代中期的計(jì)算機(jī) ，未出現(xiàn)操作系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理和控制由人工負(fù)責(zé)。計(jì)算機(jī)的操作由程序員采用手工操作直接控制和使用計(jì)算機(jī)硬件。程序員將事先準(zhǔn)備好的程序和數(shù)據(jù)穿孔在紙帶或卡片上，從紙帶或卡片輸入機(jī)將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。然后，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行，程序員可以通過(guò)控制臺(tái)上的按鈕、開(kāi)關(guān)和氖燈來(lái)操縱和控制程序，運(yùn)行完畢，取走計(jì)算的結(jié)果，才輪到下一個(gè)用戶上機(jī)。人工操作方式的特點(diǎn)：獨(dú)占性： 用戶獨(dú)占全機(jī)資源CPU等待人工操作串行性缺點(diǎn)：資源浪費(fèi)，效率低下人工操作方式導(dǎo)致人機(jī)矛盾，高速CPU與低速I/O設(shè)備矛盾，為緩和此類矛盾，

8、出現(xiàn)了通道技術(shù)、緩沖技術(shù)、脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)。 2脫機(jī)輸入/輸出（Off-Line I/O）方式在采用脫機(jī)輸入輸出方式時(shí)，程序和數(shù)據(jù)的輸入輸出都是在外圍計(jì)算機(jī)的控制下完成的，即它們是脫離主機(jī)進(jìn)行的，故稱之為脫機(jī)輸入/輸出方式。脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn)如下：（1）減少了CPU的空閑時(shí)間。 （2） 提高I/O速度。2脫機(jī)輸入/輸出（Off-Line I/O）方式脫機(jī)I/O示意圖2脫機(jī)輸入/輸出（Off-Line I/O）方式脫機(jī)I/O示意圖1.2.2 單道批處理系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期，沒(méi)有任何管理的軟件，所有的運(yùn)行管理和具體操作都由用戶自己承擔(dān)。解決的方法有兩個(gè)：1. 配備專門的計(jì)算機(jī)操作員。程序

9、員不再直接操作機(jī)器，減少操作機(jī)器的錯(cuò)誤。2. 進(jìn)行批處理。操作員把用戶提交的作業(yè)分類，把一批作業(yè)編成一個(gè)作業(yè)執(zhí)行序列。每一批作業(yè)將有專門編制的監(jiān)督程序（monitor）自動(dòng)依次處理。1.2.2 單道批處理系統(tǒng) 所謂批處理系統(tǒng)是指配備在計(jì)算機(jī)上的一個(gè)系統(tǒng)軟件（前身是監(jiān)督程序），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)用戶的作業(yè)。1批處理中的作業(yè)的組成包括用戶程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說(shuō)明書(shū)（作業(yè)控制語(yǔ)言）。 “批”：供一次加載的磁帶或磁盤，通常由若干個(gè)作業(yè)組裝成，在處理中使用一組相同的系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)帶）。 2單道批處理系統(tǒng)的處理過(guò)程單道批處理在內(nèi)存中僅有一道作業(yè)。開(kāi)始還有下一作業(yè)?把下一個(gè)作業(yè)的

10、源程序轉(zhuǎn)換為目標(biāo)程序源程序有錯(cuò)嗎?停止是是否裝配目標(biāo)程序運(yùn)行目標(biāo)程序否 單道批處理階段操作過(guò)程3兩種批處理方式 聯(lián)機(jī)批處理：慢速的I/O處理仍直接由主機(jī)來(lái)完成 主要優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了作業(yè)自動(dòng)轉(zhuǎn)接，減少了作業(yè)建立 和手工操作時(shí)間。 存在問(wèn)題：CPU 與I/O串行操作，輸入輸出時(shí)， CPU處于等待狀態(tài)。脫機(jī)批處理：增設(shè)輸入輸出外圍機(jī)（衛(wèi)星機(jī)）。主要優(yōu)點(diǎn)：主機(jī)擺脫了 I/O操作，主機(jī)與外圍機(jī)可并 行工作。改善了輸入輸出設(shè)備的利用率， 提高了CPU的利用率。存在問(wèn)題：需要增設(shè)專門的硬件。 4單道批處理系統(tǒng)的特征單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS，嚴(yán)格地說(shuō)，它只能算作是OS的前身而并非是現(xiàn)在人們所理解的OS。

11、該系統(tǒng)的主要特征如下：(1) 自動(dòng)性 (2) 順序性 (3) 單道性 1.2.3 多道批處理系統(tǒng) 誕生背景20世紀(jì)60年代初期，硬件獲得了兩方面的發(fā)展：通道(channel)是一種專用處理部件，它能控制一臺(tái)或多臺(tái)輸入輸出設(shè)備工作，負(fù)責(zé)輸入輸出設(shè)備與主存之間的信息傳輸。它一旦被啟動(dòng)就能獨(dú)立與CPU運(yùn)行，這樣可使CPU和通道并行操作，而且CPU和多種輸入輸出設(shè)備也能并行操作。 中斷(interrupt)是指當(dāng)主機(jī)接到外部信號(hào)時(shí)，馬上停止原來(lái)工作，轉(zhuǎn)去處理這一中斷事件。處理完畢后，主機(jī)回到原來(lái)的斷點(diǎn)繼續(xù)工作。 誕生背景中斷和通道技術(shù)出現(xiàn)后，使得輸入/輸出設(shè)備與中央處理機(jī)可以并行操作。為了進(jìn)一步提高資

12、源的利用率和系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的吞吐量，在20世紀(jì)60年代中期，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)。1多道程序設(shè)計(jì)的基本概念基本思想：在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放若干道已開(kāi)始運(yùn)行尚未結(jié)束的程序，它們交替運(yùn)行，共享系統(tǒng)中的各種硬、軟件資源，從而使處理機(jī)得到充分利用。處理方式： 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“后備隊(duì)列”；然后，由作業(yè)調(diào)度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，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。單道與多道程序運(yùn)行比較單道與多道程序運(yùn)行比較從宏觀上看，多道程序都處于運(yùn)行過(guò)程中，但都未運(yùn)行完成；從微觀上看，各道程序輪流占用CPU，交替地執(zhí)行。引入多

13、道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的根本目的是提高CPU的利用率，充分發(fā)揮系統(tǒng)部件的并行性。多道程序設(shè)計(jì)的目的：提高CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備利用率，增加了系統(tǒng)吞吐量。 2多道批處理系統(tǒng)的特征（1）多道性：計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)駐留多道相互獨(dú)立的程序（2 ）批處理（無(wú)交互）：用戶自己不能干預(yù)自己作業(yè)的運(yùn)行（3）無(wú)序性：作業(yè)完成的順序與進(jìn)入內(nèi)存的先后順序之間無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系。（4）調(diào)度性：作業(yè)調(diào)度與進(jìn)程調(diào)度（5）宏觀上并行、微觀上串行 3多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) （1）資源利用率高 （2）系統(tǒng)吞吐量大 （3）平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐率是以犧牲用戶的響應(yīng)時(shí)間為代價(jià)的。（4）無(wú)交互能力。4多道批處理系統(tǒng)需

14、要解決的問(wèn)題實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)必須妥善地解決三個(gè)問(wèn)題：存儲(chǔ)保護(hù)與程序浮動(dòng)；處理器的管理和調(diào)度，系統(tǒng)資源的管理和調(diào)度。（1）處理機(jī)管理問(wèn)題。 （2）內(nèi)存管理、內(nèi)存保護(hù)問(wèn)題。 （3）I/O設(shè)備管理問(wèn)題。 （4）文件管理問(wèn)題。 （5）作業(yè)管理問(wèn)題。 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)1分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生 （1） 人機(jī)交互 （2） 共享主機(jī) （3） 便于用戶上機(jī)分時(shí)系統(tǒng)是為了滿足多個(gè)聯(lián)機(jī)用戶的快速響應(yīng)所形成的一種新型OS。第一臺(tái)真正的分時(shí)操作系統(tǒng)：CTSS多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)：MULTICS1.2.4 分時(shí)系統(tǒng)2分時(shí)系統(tǒng)的思想 分時(shí)技術(shù)就是把處理機(jī)的運(yùn)行時(shí)間分成很短的時(shí)間片，按時(shí)間片輪流把處理機(jī)分配給各聯(lián)機(jī)作業(yè)或各終端用

15、戶使用。如果某作業(yè)在分配給它的時(shí)間片用完時(shí)仍未完成，則該作業(yè)就暫時(shí)中斷，等待下一輪運(yùn)行，并把處理機(jī)的控制權(quán)讓給另一個(gè)作業(yè)使用。這樣在一個(gè)相對(duì)較短的時(shí)間間隔內(nèi)，每個(gè)用戶作業(yè)都能得到快速響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互?！胺謺r(shí)”的含義：分時(shí)是指多個(gè)用戶利用分時(shí)技術(shù)分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)。多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源分時(shí)系統(tǒng)：一種聯(lián)機(jī)的多用戶交互式的操作系統(tǒng)。一般采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方式，使一臺(tái)計(jì)算機(jī)為多個(gè)終端服務(wù)。對(duì)每個(gè)用戶能保證足夠快的響應(yīng)時(shí)間，并提供交互會(huì)話能力。UNIX是當(dāng)今最流行的一種多用戶分時(shí)操作系統(tǒng)。3.分時(shí)操作系統(tǒng)工作方式一臺(tái)主機(jī)連接了若干個(gè)終端每個(gè)終端有一個(gè)用戶在使用交互式的向系統(tǒng)提出命令請(qǐng)求系統(tǒng)

16、接受每個(gè)用戶的命令采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式處理服務(wù)請(qǐng)求并通過(guò)交互方式在終端上向用戶顯示結(jié)果用戶根據(jù)上步結(jié)果發(fā)出下道命令4分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題最關(guān)鍵的問(wèn)題是如何使用戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互 。即使多個(gè)用戶在自己的終端上鍵入命令， 系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)接收并及時(shí)處理該命令，再將結(jié)果返回給用戶。（1） 及時(shí)接收：硬件實(shí)現(xiàn) 多路卡 緩沖區(qū)（2） 及時(shí)處理：作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存，按時(shí)間片輪轉(zhuǎn)。5分時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）多路性多個(gè)終端用戶同時(shí)使用。宏觀上：是多個(gè)人同時(shí)使用一個(gè)CPU，微觀上：多個(gè)人在不同時(shí)刻輪流使用CPU（2）交互性 ：人機(jī)交互，聯(lián)機(jī)工作 （3）“獨(dú)占”性終端用戶彼此獨(dú)立，互不干擾，每個(gè)終端用戶感覺(jué)上好像

17、他獨(dú)占了這臺(tái)計(jì)算機(jī)。（4）及時(shí)性終端用戶的立即型請(qǐng)求（即不要求大量CPU時(shí)間處理的請(qǐng)求）能在足夠快的時(shí)間之內(nèi)得到響應(yīng)。6影響響應(yīng)時(shí)間的因素終端數(shù)目多少調(diào)度算法（時(shí)間片的選?。┬畔⒔粨Q量和信息交換速度機(jī)器處理能力請(qǐng)求服務(wù)的時(shí)間長(zhǎng)短及服務(wù)請(qǐng)求的分布1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng) “實(shí)時(shí)”，即“及時(shí)”；實(shí)時(shí)系統(tǒng)（Real-Time System）是指系統(tǒng)能及時(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)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。特點(diǎn)：及時(shí)性要求高，系統(tǒng)可靠性高。1應(yīng)用需求實(shí)時(shí)過(guò)程控制系統(tǒng)：以計(jì)算機(jī)為中心的過(guò)程控制系統(tǒng)，又稱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。例如：工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、飛機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)

18、特點(diǎn)：與被控制過(guò)程的變化速度相比，其反應(yīng)速度要足夠快；工作安全可靠，即使系統(tǒng)硬件發(fā)生故障，系統(tǒng)也能安全運(yùn)行；操作人員使用系統(tǒng)也簡(jiǎn)單、方便。實(shí)時(shí)信息處理：計(jì)算機(jī)及時(shí)接收從遠(yuǎn)程終端發(fā)來(lái)的服務(wù)請(qǐng)求，根據(jù)用戶提出的問(wèn)題對(duì)信息進(jìn)行檢索和處理，并在很短時(shí)間內(nèi)對(duì)用戶做出正確回答。例如：情報(bào)檢索系統(tǒng)、銀行業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)、聯(lián)機(jī)售票系統(tǒng)、股票行情顯示2實(shí)時(shí)任務(wù)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中通常存在若干個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)，通常與某個(gè)外部設(shè)備或事件相關(guān)，能反應(yīng)或控制相應(yīng)的事件與外部設(shè)備。按任務(wù)執(zhí)行是否呈現(xiàn)周期性：周期性實(shí)時(shí)任務(wù)非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)；按實(shí)時(shí)任務(wù)截止時(shí)間：硬實(shí)時(shí)任務(wù)軟實(shí)時(shí)任務(wù)。3實(shí)時(shí)系統(tǒng)的主要目標(biāo)響應(yīng)快 對(duì)外部請(qǐng)求在嚴(yán)格時(shí)間范圍內(nèi)作出反

19、應(yīng)可靠性高安全性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)必須和先進(jìn)的技術(shù)裝備相結(jié)合4實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較 （1）多路性 （2）獨(dú)立性 （3）及時(shí)性 （4）交互性 （5）可靠性 通用系統(tǒng)(general system) 批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的三種基本類型。目前的操作系統(tǒng)，通常具有分時(shí)、實(shí)時(shí)和批處理兩種以上的功能，可在多種硬件平臺(tái)上運(yùn)行,又稱作通用操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)批處理系統(tǒng)通常把實(shí)時(shí)任務(wù)稱為前臺(tái)作業(yè)，批作業(yè)稱為后臺(tái)作業(yè)。分時(shí)批處理系統(tǒng)1.2.6 操作系統(tǒng)的發(fā)展 世紀(jì)年代，大規(guī)模集成電路的發(fā)展，一方面 迎來(lái)了個(gè)人計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展，一方面又向網(wǎng)絡(luò)化、分布式處理、巨型計(jì)算機(jī)、智能化方向發(fā)展。主要包括：個(gè)人計(jì)算

20、機(jī)上的操作系統(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)智能化操作系統(tǒng)。1個(gè)人計(jì)算機(jī)（微機(jī)）操作系統(tǒng) 1. 單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)1）CP/M：1974 Intel8080，8085，Z80芯片2）MS-DOS： 1981 1983 V2.0：Intel802862. 單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)Windows 3.0Windows 95：支持網(wǎng)絡(luò)功能Windows 98：集成IE瀏覽器Windows xp：32位 64位Windows 73. 多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)UNIX1個(gè)人計(jì)算機(jī)（微機(jī)）操作系統(tǒng) 單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng) 如 CP/M和MS-DOS 單用戶多任務(wù)和分時(shí)操作 以O(shè)S/2、XENIX和 WI

21、NDOWS為代表。GUI、多用戶和多任務(wù) Solaris、 Linux支持虛擬存儲(chǔ)管理、網(wǎng)絡(luò)通信支持、數(shù)據(jù)庫(kù)支持、多媒體支持、應(yīng)用編程支持API等特點(diǎn)： 1）開(kāi)放性 2）通用性 3）高性能 4）采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu) 目前個(gè)人計(jì)算機(jī)上使用的操作系統(tǒng)以windows系列和linux系統(tǒng)為主。2網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) Network Operating System計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)通信設(shè)施將物理上分散的具有自治功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來(lái)的，實(shí)現(xiàn)信息交換，資源共享，交互操作和協(xié)作處理的系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)用于管理網(wǎng)絡(luò)中的各種資源，為用戶提供各種服務(wù)。其主要功能有:網(wǎng)絡(luò)通信管理網(wǎng)絡(luò)資源管理網(wǎng)絡(luò)安全管理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)操作系

22、統(tǒng)的工作模式客戶機(jī)/服務(wù)器(Client/Server) 模式這類網(wǎng)絡(luò)中分成兩類站點(diǎn)，一類作為網(wǎng)絡(luò)控制中心或數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器，提供文件打印、通信傳輸、數(shù)據(jù)庫(kù)等各種服務(wù)；另一類是本地處理和訪問(wèn)服務(wù)器的客戶機(jī)。對(duì)等(Peer-to-Peer) 模式網(wǎng)絡(luò)中的站點(diǎn)都是對(duì)等的，每一個(gè)站點(diǎn)既可作為服務(wù)器，而又可作為客戶機(jī)。 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有三大主流：Unix、Netware 、WindowsUnix是唯一能跨多種平臺(tái)的操作系統(tǒng)；Windows 工作在微機(jī)和工作站上；Netware則主要面向微機(jī)。 3分布式操作系統(tǒng)Distributed Operating System分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是指由多臺(tái)分散的計(jì)算機(jī)，

23、經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而成的系統(tǒng)。 分布式系統(tǒng)是一個(gè)一體化的系統(tǒng)，在系統(tǒng)中有一個(gè)全局操作系統(tǒng)，即分布式操作系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信息傳輸、控制協(xié)調(diào)等工作，為用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的界面，標(biāo)準(zhǔn)的接口。用戶的任務(wù)由系統(tǒng)統(tǒng)一安排。分布式操作系統(tǒng)的特征系統(tǒng)內(nèi)只有一個(gè)全局操作系統(tǒng)，采用分布式控制的辦法，負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源管理和運(yùn)行控制。資源進(jìn)一步共享：系統(tǒng)內(nèi)包含有多個(gè)物理資源和邏輯資源，它們可以動(dòng)態(tài)地分配給各個(gè)任務(wù)。并行運(yùn)算 ：程序可以在多個(gè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行自治性：分布式系統(tǒng)中的多個(gè)主機(jī)處于平等地位，無(wú)主從關(guān)系。所有資源都高度自治且相互配合地工作，它們之間不存在層次控制或主從控制的關(guān)系。處理能力增

24、強(qiáng)、速度更快、可靠性增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)OS和分布式OS的區(qū)別：(1) 都具有各個(gè)計(jì)算機(jī)間相互通訊功能，分布式無(wú)主從關(guān)系，而且可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信；網(wǎng)絡(luò)OS有主從關(guān)系(2) 分布式系統(tǒng)資源為所有用戶共享； 而網(wǎng)絡(luò)有限制地共享(3) 分布式系統(tǒng)中若干個(gè)計(jì)算機(jī)可相互 協(xié)作共同完成一項(xiàng)任務(wù)4嵌入式操作系統(tǒng) Embedded Operating System嵌入式系統(tǒng)：嵌入在3C產(chǎn)品（Computer ，Communication ，Consumer Electronics）也稱信息電器中的一套軟硬件系統(tǒng)，用于在各種設(shè)備裝置或系統(tǒng)中完成特定功能。嵌入式操作系統(tǒng) 是嵌入式軟件的基本支撐。嵌入式操作系統(tǒng)，是運(yùn)行在嵌入式

25、智能芯片環(huán)境中，對(duì)整個(gè)智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用 特點(diǎn)：1）微型化 2）專業(yè)化 3）實(shí)時(shí)性 應(yīng)用場(chǎng)合：嵌入式軟件廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制，數(shù)據(jù)采集、通信、多媒體信息等要求迅速響應(yīng)的場(chǎng)合。掌上電腦工業(yè)設(shè)備軍事裝備1.3 操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)(operating system)：是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，它管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件及軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程以便有效地利用這些資源，并為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大、使用方便和可擴(kuò)展的工作環(huán)境，在計(jì)算機(jī)與其用戶之間起到接口的作用。特征：1并發(fā)（Concurr

26、ence）2共享（Sharing）3虛擬（Virtual）4異步（Asynchronism）1.3.1 并發(fā)性1. 并行與并發(fā)(concurrence )并行性：兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生。 并發(fā)性：兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。 在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指在一段時(shí)間內(nèi)，宏觀上有多個(gè)程序在同時(shí)運(yùn)行，但在單處理機(jī)系統(tǒng)中每一時(shí)刻卻僅能有一道程序執(zhí)行，故微觀上這些程序只能是分時(shí)地交替執(zhí)行。 宏觀上并發(fā)，微觀上分時(shí)交替執(zhí)行 。程序的并發(fā)執(zhí)行，有效地改善了系統(tǒng)資源的利用率和提高了系統(tǒng)的吞吐量，但它使系統(tǒng)復(fù)雜化，操作系統(tǒng)必須具有控制和管理各種并發(fā)活動(dòng)的能力。并發(fā)是對(duì)進(jìn)程而言。2. 引入進(jìn)程進(jìn)程（

27、process）：在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，由指令、數(shù)據(jù)、椎棧等組成。是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)實(shí)體。進(jìn)程間可以并發(fā)執(zhí)行并交換信息。進(jìn)程運(yùn)行時(shí)需要一定的資源。 3. 引入線程引入背景：進(jìn)程調(diào)度與切換付出的開(kāi)銷較大。進(jìn)程中包含若干線程，共享進(jìn)程擁有的資源。進(jìn)程為分配資源的基本單位，線程為獨(dú)立運(yùn)行與獨(dú)立調(diào)試的基本單位。同一進(jìn)程內(nèi)線程切換與調(diào)試付出的開(kāi)銷小，能更高效地提高并發(fā)度。1.3.2 共享(sharing) 共享，是指系統(tǒng)中的資源（硬件資源和信息資源）可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。也稱資源共享或資源復(fù)用。資源共享方式兩種：1互斥共享方式2同時(shí)訪問(wèn)方式1互斥共享方式系統(tǒng)中的

28、某些資源如打印機(jī)、音頻設(shè)備等，雖然它們可提供給多個(gè)進(jìn)程使用，但在一段時(shí)間內(nèi)卻只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)這些資源。資源分配后到釋放前，不能被其他進(jìn)程所用。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程還在使用該資源時(shí)，其它欲訪問(wèn)該資源的進(jìn)程必須等待，僅當(dāng)該進(jìn)程訪問(wèn)完畢并釋放資源后，才允許另一進(jìn)程對(duì)該資源訪問(wèn)。這種一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)的資源稱臨界資源或獨(dú)占資源，許多物理設(shè)備，以及某些軟件中所用的棧、變量和表格，都屬于臨界資源，只能互斥地被共享。 2同時(shí)訪問(wèn)方式系統(tǒng)中的還有許多資源，允許一段時(shí)間內(nèi)有多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”對(duì)它進(jìn)行訪問(wèn)，這里“同時(shí)”是宏觀上的說(shuō)法。而在微觀上，這些進(jìn)程可能是交替地對(duì)該資源進(jìn)行訪問(wèn)。典型的可供多進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)的資源

29、是磁盤，可重入代碼文件 。與共享性有關(guān)的問(wèn)題是資源分配、信息保護(hù)、存取控制等 。 共享性和并發(fā)性是操作系統(tǒng)兩個(gè)最基本的特征，它們互為依存。資源共享是以進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行為條件的，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(wèn)題。若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效地管理，必然會(huì)影響到運(yùn)行程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至程序無(wú)法并發(fā)執(zhí)行，操作系統(tǒng)也就失去了并發(fā)性，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)效率低下。 1.3.3 虛擬(virtual)虛擬，是指把一個(gè)物理上的實(shí)體，變?yōu)槿舾蓚€(gè)對(duì)應(yīng)的邏輯實(shí)物。用于實(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱為虛擬技術(shù)。虛擬技術(shù)的基本思想是：通過(guò)用一類物理設(shè)備來(lái)模擬另一類物理設(shè)備，或通過(guò)分時(shí)地使用一類物理設(shè)備，把一個(gè)物理實(shí)體變成若

30、干個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。 OS中利用了多種虛擬技術(shù)，分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)，虛擬內(nèi)存、虛擬外部設(shè)備和虛擬信道等。虛擬是操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源的重要手段，可提高資源利用率。 1. 時(shí)分復(fù)用技術(shù)分時(shí)使用方式虛擬處理機(jī)技術(shù)：利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，多進(jìn)程并發(fā)，分時(shí)使用一臺(tái)處理機(jī)。每個(gè)用戶都感覺(jué)有一個(gè)處理機(jī)為自己服務(wù)。多進(jìn)程并發(fā)，將一臺(tái)物理上的處理機(jī)虛擬為多臺(tái)邏輯上的處理機(jī)，稱為虛擬處理機(jī)。1. 時(shí)分復(fù)用技術(shù)虛擬設(shè)備技術(shù)：將一臺(tái)物理 I/O 設(shè)備虛擬為多臺(tái)邏輯上的 I/O 設(shè)備，并允許每個(gè)用戶占用一臺(tái)邏輯上的 I/O 設(shè)備，這樣便可使 原來(lái)僅允許在一段時(shí)間內(nèi)由一個(gè)用戶訪問(wèn)的設(shè)備（即臨界資源），變?yōu)樵谝欢螘r(shí)間內(nèi)

31、允許多個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)的共享設(shè)備。通過(guò)時(shí)分復(fù)用方式，可以把一條物理信道虛擬化為若干條邏輯信道，每個(gè)用戶都認(rèn)為自己獲得專有的信道在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。2. 空分利用技術(shù)電信業(yè)：將一個(gè)頻率范圍非常寬的信道，劃分為多個(gè)頻率范圍較窄的信道，其中的任何一個(gè)頻帶只供一對(duì)用戶通話?？辗謴?fù)用技術(shù)提高存儲(chǔ)空間的利用率。2. 空分利用技術(shù)虛擬磁盤技術(shù)：磁盤分卷，將一臺(tái)硬盤虛擬為多臺(tái)虛擬磁盤。內(nèi)存：分區(qū)，共享可提高內(nèi)存利用率。虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)：內(nèi)存的分時(shí)復(fù)用。使程序在遠(yuǎn)小于它的內(nèi)存空間運(yùn)行。1.3.4 異步性(Asynchronism) 異步性（Asynchronism）也稱不確定性，指進(jìn)程的執(zhí)行順序和執(zhí)行時(shí)間的不確定性。

32、在多道程序環(huán)境下進(jìn)程是并發(fā)執(zhí)行， 但由于競(jìng)爭(zhēng)資源等因素的限制，進(jìn)程的執(zhí)行不是“一氣呵成，而是以“走走停?！钡姆绞竭\(yùn)行。每個(gè)進(jìn)程在何時(shí)執(zhí)行，何時(shí)暫停；多個(gè)進(jìn)程間的執(zhí)行順序以及完成每道程序所需的時(shí)間都是不確定和不可預(yù)知的。進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，此即進(jìn)程的異步性。 異步性(Asynchronism) 異步性給系統(tǒng)帶來(lái)了潛在的危險(xiǎn)，有可能導(dǎo)致與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤。操作系統(tǒng)必須保證在相同的運(yùn)行環(huán)境下，多次運(yùn)行作業(yè)，都會(huì)獲得完全相同的結(jié)果。具體技術(shù)：進(jìn)程的互斥與同步機(jī)制。 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能資源管理是操作系統(tǒng)的一項(xiàng)主要任務(wù)。從資源管理出發(fā)，OS有四個(gè)主要功能：處理機(jī)管理存儲(chǔ)器管理設(shè)備管理

33、文件管理為方便使用，OS向用戶提供了用戶接口。其他的還有面向網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)和功能。 1.4.1 處理機(jī)管理主要任務(wù)是對(duì)處理機(jī)的分配和運(yùn)行實(shí)施有效管理。在多道程序環(huán)境下，處理機(jī)的分配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為單位，所以對(duì)處理機(jī)的管理可理解為對(duì)進(jìn)程和線程的管理。主要功能創(chuàng)建（撤消）進(jìn)程；協(xié)調(diào)進(jìn)程運(yùn)行 ；實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的信息交換；處理機(jī)的分配與調(diào)度 1進(jìn)程控制進(jìn)程控制的基本功能就是創(chuàng)建、撤消進(jìn)程以及控制進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)代OS中，還具有線程控制功能。當(dāng)用戶作業(yè)要運(yùn)行時(shí)，應(yīng)為之建立一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程，并為它分配除處理機(jī)以外的所有資源，將它放入進(jìn)程就緒隊(duì)列。當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行完成時(shí)，立即撤消該進(jìn)程，以便及時(shí)釋放其所占有的資源。2進(jìn)

34、程同步進(jìn)程同步：系統(tǒng)對(duì)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)行協(xié)調(diào)。有兩種協(xié)調(diào)方式：進(jìn)程互斥：最基本的進(jìn)程同步方式，是使諸進(jìn)程以互斥方式訪問(wèn)臨界資源。進(jìn)程同步：相互合作去完成共同任務(wù)的諸進(jìn)程，由同步機(jī)制對(duì)它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。為實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步，系統(tǒng)中必須設(shè)置同步機(jī)制，如用于實(shí)現(xiàn)互斥的互斥鎖，用于實(shí)現(xiàn)同步的信號(hào)量機(jī)制。3進(jìn)程通信對(duì)于相互合作的進(jìn)程，在它們運(yùn)行時(shí)，相互之間往往要交換一定的信息，這種進(jìn)程間所進(jìn)行的信息交換稱為進(jìn)程通信。實(shí)現(xiàn)：共享存儲(chǔ)器消息傳遞管道通信4調(diào)度作業(yè)調(diào)度：按一定算法從后備隊(duì)列中選出若干個(gè)作業(yè)，為它們分配資源，建立進(jìn)程，使之成為就緒進(jìn)程，并把它們按一定算法插入就緒隊(duì)列。進(jìn)程調(diào)度：按一定算法，如最高

35、優(yōu)先算法，從進(jìn)程就緒隊(duì)列中選出一進(jìn)程，把處理機(jī)分配給它，為該進(jìn)程設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，并使之投入運(yùn)行。正是由于操作系統(tǒng)對(duì)處理器的管理策略不同，其提供的作業(yè)處理方式也就不同，例如，批處理方式、分時(shí)處理方式、實(shí)時(shí)處理方式等等。從而，呈現(xiàn)在用戶面前，成為具有不同性質(zhì)和不同功能的操作系統(tǒng)。 1.4.2 存儲(chǔ)器管理主要任務(wù)： 為多道程序的并發(fā)運(yùn)行提供良好環(huán)境。 方便用戶使用存儲(chǔ)器。提高存儲(chǔ)器的利用率。 能從邏輯上來(lái)擴(kuò)充內(nèi)存。功能：1） 內(nèi)存分配 2）內(nèi)存保護(hù)3）地址映射 4）內(nèi)存擴(kuò)充1內(nèi)存分配功能：為每道程序分配獨(dú)立的內(nèi)存空間 。分配方式：靜態(tài)分配方式：動(dòng)態(tài)分配方式：實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和功能：內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)存分配功

36、能內(nèi)存回收功能2內(nèi)存保護(hù)為保證各道程序都能在自己的內(nèi)存空間運(yùn)行而互不干擾，要求每道程序在執(zhí)行時(shí)能隨時(shí)檢查對(duì)內(nèi)存的所有訪問(wèn)是否合法。必須防止因一道程序的錯(cuò)誤而擾亂了其它程序，尤其應(yīng)防止用戶程序侵犯操作系統(tǒng)的內(nèi)存區(qū)。實(shí)現(xiàn)：訪問(wèn)合法性檢查，越界檢查，由硬件與軟件共同實(shí)現(xiàn)。 3地址映射將程序地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間對(duì)應(yīng)的物理地址。地址空間：編譯時(shí)，由于不可預(yù)知目標(biāo)程序?qū)Ⅰv留在內(nèi)存中哪些位置，因此目標(biāo)程序的起始地址是從0開(kāi)始的，程序中的其他地址都是相對(duì)于起始地址計(jì)算的。由這些地址所形成的地址范圍稱為地址空間。其中的地址稱為邏輯地址或相對(duì)地址。內(nèi)存空間：程序載入內(nèi)存后，由內(nèi)存中的一系列單元所限定

37、的地址范圍稱為內(nèi)存空間。 4內(nèi)存擴(kuò)充借助虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存容量。作用：能運(yùn)行內(nèi)存需求量遠(yuǎn)比物理內(nèi)存大得多得作業(yè)讓更多的作業(yè)并發(fā)執(zhí)行 實(shí)現(xiàn)：請(qǐng)求調(diào)入功能：允許在裝入部分程序和數(shù)據(jù)的情況下運(yùn)行程序。置換功能1.4.3 設(shè)備管理主要任務(wù):為用戶進(jìn)程分配I/O設(shè)備完成用戶進(jìn)程請(qǐng)求的I/O操作提高CPU和I/O設(shè)備的利用率提高I/O處理速度改善人機(jī)界面，方便用戶使用I/O設(shè)備功能：1）緩沖管理 2）設(shè)備分配 3）設(shè)備處理 4）虛擬設(shè)備1緩沖管理 基本任務(wù)是管理好各種類型的緩沖區(qū)。緩沖區(qū)是用來(lái)緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾，目的是提高CPU與I/O設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備間操作的并行程度和利

38、用率。 2設(shè)備分配基本任務(wù)：根據(jù)用戶進(jìn)程的I/O請(qǐng)求、系統(tǒng)現(xiàn)有的資源情況和所采用的分配算法對(duì)設(shè)備進(jìn)行分配，并將未獲得所需設(shè)備的進(jìn)程放進(jìn)相應(yīng)設(shè)備的等待隊(duì)列。 設(shè)備使用完畢后應(yīng)由系統(tǒng)回收。實(shí)現(xiàn)：要有相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如設(shè)備控制表、空閑設(shè)備表等記錄分配狀況。對(duì)臨界資源的分配還要考慮安全性檢查。3設(shè)備處理也稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)，其處理程序即為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?；救蝿?wù)：實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信處理過(guò)程：接收CPU的I/O請(qǐng)求，檢查合法性；了解設(shè)置狀態(tài)；傳遞命令給設(shè)備控制器，啟動(dòng)指定的I/O設(shè)備，完成用戶規(guī)定的I/O操作；對(duì)由設(shè)備發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，根據(jù)中斷類型進(jìn)行相應(yīng)的處理。4設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備通

39、常，把一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的設(shè)備稱為獨(dú)占設(shè)備。系統(tǒng)可通過(guò)某種技術(shù)使該設(shè)備成為能被多個(gè)用戶共享的設(shè)備，以提高設(shè)備利用率及加速程序的執(zhí)行過(guò)程?？墒姑總€(gè)用戶都感覺(jué)到自己在獨(dú)占該設(shè)備。 1.4.4 文件管理主要任務(wù)實(shí)現(xiàn)文件的組織，空間分配，共享，保密和保護(hù)，同時(shí)提供一套使用文件的操作和命令。 功能1文件存儲(chǔ)空間的管理 2目錄管理3文件的讀/寫管理4文件的共享與保護(hù)1文件存儲(chǔ)空間的管理主要任務(wù)：為每個(gè)文件分配必要的外存空間目的：提高外存的利用率，并能有效地提高文件系統(tǒng)的運(yùn)行速度。為此，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記錄存儲(chǔ)空間的使用情況，并制定分配策略。2目錄管理主要任務(wù)：為每個(gè)文件設(shè)置目錄項(xiàng)，將多個(gè)目錄項(xiàng)形成

40、目錄文件。目的：實(shí)現(xiàn)文件按名存取。3文件的讀/寫管理按文件名，檢索目錄，獲取文件存儲(chǔ)位置，然后維護(hù)一個(gè)讀寫指針對(duì)文件進(jìn)行讀寫操作。4文件的共享與保護(hù)提供文件共享手段，及文件保護(hù)技術(shù)。1.4.5 用戶接口操作系統(tǒng)以程序接口和操作接口兩種方式將它的功能和服務(wù)提供給用戶。1程序接口大多數(shù)操作系統(tǒng)的程序接口稱之為系統(tǒng)調(diào)用，是系統(tǒng)提供的一組廣義指令，用于實(shí)現(xiàn)某種特定功能 。當(dāng)應(yīng)用程序要求系統(tǒng)服務(wù)時(shí)，便調(diào)用相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用.該接口為用戶程序在執(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)的路徑。 2命令接口 用戶可以直接從鍵盤等終端設(shè)備輸入命令來(lái)取得操作系統(tǒng)的服務(wù)。聯(lián)機(jī)用戶接口為聯(lián)機(jī)用戶提供的，由一

41、組鍵盤操作命令及命令解釋程序所組成。脫機(jī)用戶接口為批處理作業(yè)的用戶提供，故也稱為批處理用戶接口。該接口由一組作業(yè)控制語(yǔ)言JCL組成。用戶用JCL將對(duì)作業(yè)的控制和干預(yù)寫在作業(yè)說(shuō)明書(shū)上，連同作業(yè)一起提供給系統(tǒng)。3圖形接口圖形用戶接口采用了圖形化的操作界面，用非常容易識(shí)別的各種圖標(biāo)來(lái)將系統(tǒng)的各項(xiàng)功能、各種應(yīng)用程序和文件，直觀、逼真地表示出來(lái)。用戶可用鼠標(biāo)或通過(guò)菜單和對(duì)話框，來(lái)完成對(duì)應(yīng)用程序和文件的操作。操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展操作系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)史無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理和控制由人工負(fù)責(zé)。計(jì)算機(jī)的操作由程序員采用手工操作直接控制和使用計(jì)算機(jī)硬件。程序員將事先準(zhǔn)備好的程序和數(shù)據(jù)穿孔在紙帶或卡片上，從紙帶

42、或卡片輸入機(jī)將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。然后，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行，程序員可以通過(guò)控制臺(tái)上的按鈕、開(kāi)關(guān)和氖燈來(lái)操縱和控制程序，運(yùn)行完畢，取走計(jì)算的結(jié)果，才輪到下一個(gè)用戶上機(jī)。人工操作方式特點(diǎn)：獨(dú)占性 用戶獨(dú)占全機(jī)資源CPU等待人工操作串行性缺點(diǎn)：資源浪費(fèi)，效率低下人機(jī)矛盾高速CPU與低速I/O設(shè)備矛盾為緩和此類矛盾，出現(xiàn)了通道技術(shù)、緩沖技術(shù)、脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)。1第一代 單任務(wù)自動(dòng)批處理操作系統(tǒng)（19551962年）解決人機(jī)矛盾方法：配備專門的計(jì)算機(jī)操作員：程序員不再直接操作機(jī)器，減少操作機(jī)器的錯(cuò)誤。進(jìn)行批處理，操作員把用戶提交的作業(yè)分類，把一批中的作業(yè)編成一個(gè)作業(yè)執(zhí)行序列。每一批作業(yè)將有專門編制的監(jiān)督

43、程序（monitor）自動(dòng)依次處理。所謂批處理系統(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)，使多個(gè)程序可以自動(dòng)在計(jì)算機(jī)上連續(xù)運(yùn)行，兩個(gè)程序間不再需要人工裝卸和干預(yù)。 單道批處理階段操作過(guò)程單道批處理階段的特點(diǎn) (1) 作業(yè)（步）間不需要人的干預(yù) (2) 監(jiān)控程序常駐內(nèi)存，開(kāi)機(jī)后第一個(gè)進(jìn)入內(nèi)存，直到關(guān)機(jī)一直駐留在內(nèi)存中 (3) 專職操作員，程序員不在現(xiàn)場(chǎng) (4) 單流 (5) 監(jiān)控程序只為一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) (6) 開(kāi)發(fā)過(guò)程可以使用FORTRAN等高級(jí)語(yǔ)言，程序的最后一條指令需是返回控制到監(jiān)控程序?qū)蔚琅幚黼A段的評(píng)價(jià)(1) 作業(yè)轉(zhuǎn)換時(shí)間大大

44、減小，系統(tǒng)運(yùn)行效果提高(2) 依然存在I/O慢速造成的CPU空閑等待時(shí)間（單流）(3) 依然存在程序員（和非編程用戶）無(wú)交互方便(4) 一個(gè)操作系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成只能在一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，這自然會(huì)給廠家實(shí)現(xiàn)與用戶程序獨(dú)立兼容帶來(lái)負(fù)擔(dān)2第二代 多任務(wù)和多用戶操作系統(tǒng)(60和70年代)典型系統(tǒng)：CTSS、MULTICS、OS 360/370系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r：60年代主要是并發(fā)的批處理的單方式系統(tǒng) 70年代主要是同時(shí)支持批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)應(yīng)用的多方式分時(shí)系統(tǒng)多任務(wù)階段的特點(diǎn)(1) 提出許多新概念、新技術(shù)(2) 操作系統(tǒng)的規(guī)模迅速增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜(3) 為一個(gè)或幾個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2第二代 多任務(wù)和多用戶操作系統(tǒng)(

45、60和70年代)多任務(wù)階段的優(yōu)點(diǎn)(1) CPU及整個(gè)系統(tǒng)利用率大大提高(2) 滿足了用戶交互、實(shí)時(shí)等方面的要求，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域也從科技計(jì)算擴(kuò)展到數(shù)據(jù)處理，過(guò)程控制等方面。(3) 方便了用戶編程(4) 提高了性能并發(fā)處理并發(fā)技術(shù)：大大提高CPU利用率。但并發(fā)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)代價(jià)是系統(tǒng)復(fù)雜程度和功能規(guī)模級(jí)大增加，從面增加開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)周期，并影響了操作系統(tǒng)的正確性和可靠性。3第三代 結(jié)構(gòu)化與小型化操作系統(tǒng)（70和80年代）產(chǎn)生背景：軟件工程思想和技術(shù)出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)小型化網(wǎng)絡(luò)化，UNIX的出現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)化典型特征：重視操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能精簡(jiǎn)，具有了網(wǎng)絡(luò)特征。代表作是UNIX。4第四代 并行與分布操作系統(tǒng)

46、（80年代末開(kāi)始）典型特征：(1) 系統(tǒng)規(guī)模向兩個(gè)極端發(fā)展：便攜計(jì)算和并行分布計(jì)算(2) 開(kāi)放系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起來(lái)開(kāi)放系統(tǒng)的內(nèi)容：開(kāi)放通訊標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)放操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)放用戶接口標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)放用戶應(yīng)用（軟件）標(biāo)準(zhǔn)(3) 軟件工程的進(jìn)一步發(fā)展，設(shè)計(jì)方法與標(biāo)準(zhǔn)化，可移植性和可擴(kuò)充性(4) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中傾向于注重人的方便與效率等人類因素，尤其是人機(jī)通訊技術(shù)（多媒體技術(shù)）的發(fā)展，和對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的倫理問(wèn)題的關(guān)注和解決 操作系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律： （1）操作系統(tǒng)的發(fā)展是由底層硬件技術(shù)（體系結(jié)構(gòu)技術(shù)如中斷、通道、固件等，集成電路技術(shù)）與上層應(yīng)用需求的發(fā)展所推動(dòng)。硬件發(fā)展為OS發(fā)展提供了可能性與必要性。（2）操作系統(tǒng)的每一步

47、發(fā)展都是權(quán)衡的結(jié)果：可能性與必要性、性能與代價(jià)、方便與效率的權(quán)衡等。（3）小機(jī)型對(duì)大機(jī)型系統(tǒng)的繼承（4）在結(jié)構(gòu)和規(guī)模規(guī)模方面出現(xiàn)反復(fù)變化規(guī)律和交叉影響：不同系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與技術(shù)的相互影響與繼承統(tǒng)一和精選(結(jié)構(gòu)的)復(fù)雜、（規(guī)模的）大小、功能的有趣的變化規(guī)律：簡(jiǎn),小;繁,大交替進(jìn)一步發(fā)展微機(jī)操作系統(tǒng)多處理機(jī)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)1.5 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 無(wú)結(jié)構(gòu)OS傳統(tǒng)OS結(jié)構(gòu) 模塊式結(jié)構(gòu) 層次式結(jié)構(gòu)現(xiàn)代OS結(jié)構(gòu) 微內(nèi)核OS1.5.1 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1無(wú)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)此時(shí)操作系統(tǒng)只是一堆過(guò)程的集合，過(guò)程間可以相互調(diào)用，內(nèi)部不存在任何結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：無(wú)結(jié)構(gòu)龐大雜亂難讀，難調(diào)試，維護(hù)困難錯(cuò)誤

48、率高2模塊化OS結(jié)構(gòu) （1）模塊化結(jié)構(gòu)模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù)，是基于“分解”和“模塊化”原則來(lái)控制大型軟件的復(fù)雜度的。將OS按其功能劃分為若干個(gè)具有一定獨(dú)立性和大小的模塊。并規(guī)定好各模塊間的接口， 各模塊之間能通過(guò)該接口實(shí)現(xiàn)交互。（2）模塊化OS結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：提高設(shè)計(jì)的正確性、可理解性和可維護(hù)性增強(qiáng)可適應(yīng)性加速開(kāi)發(fā)過(guò)程缺點(diǎn)：前期設(shè)計(jì)時(shí)，難以保證對(duì)模塊的劃分及對(duì)接口的規(guī)定完全適應(yīng)需要完全依賴設(shè)計(jì)者的決策，可能造成“無(wú)序性”結(jié)構(gòu)不清晰，相互依賴大，易牽一發(fā)而動(dòng)全身。3分層式OS結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)，是把操作系統(tǒng)劃分為內(nèi)核和若干模塊（或進(jìn)程），這些模塊（或進(jìn)程）排列成若干層，各層之間只能是單向依賴關(guān)系，不構(gòu)

49、成循環(huán)。 （1）有序分層自底向上分層設(shè)計(jì)：每一步設(shè)計(jì)建立在可靠的基礎(chǔ)上從硬件開(kāi)始，一層層添加軟件，每一層都實(shí)現(xiàn)若干功能。每一層都僅能使用底層所提供的功能與服務(wù)。這樣由底向上地增設(shè)軟件層，每一層都在原有的基礎(chǔ)上擴(kuò)充了功能，最終實(shí)現(xiàn)能滿足需要的OS。（2）層次的設(shè)置目前還沒(méi)有一個(gè)明確固定的分層方法，只能給出若干原則，供劃分層中模塊（或進(jìn)程）時(shí)參考。程序嵌套運(yùn)行頻率公用模塊用戶接口（3）分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：易保證系統(tǒng)的正確性：設(shè)計(jì)有序，基礎(chǔ)可靠易擴(kuò)充和易維護(hù)性缺點(diǎn)：系統(tǒng)效率降低分層單向依賴，需要建立層次間的通信機(jī)制執(zhí)行功能時(shí)，通常需要自上而下穿越多層，增加通信開(kāi)銷1.5.2 客戶/服務(wù)器模式1. 客戶/服務(wù)器模式的組成客戶機(jī)：LAN網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)工作站，客戶進(jìn)程運(yùn)行其上，處理本地業(yè)務(wù)，也向服務(wù)器發(fā)送消息，請(qǐng)求服務(wù)。服務(wù)器：用于提供各種服務(wù)的一組服務(wù)器