操作系統(tǒng)-ch01-操作系統(tǒng)引論

1、操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)方式 聽課 （啟發(fā)式、討論式） 讀書 （預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)） 報(bào)告 （綜合練習(xí)）考試成績(jī)平時(shí)成績(jī) （書面作業(yè)、上機(jī)練習(xí)、綜合練習(xí)）期末筆試內(nèi)容安排(1)第一章 操作系統(tǒng)引論第二章 進(jìn)程管理第三章 處理機(jī)調(diào)度與死鎖第四章 存儲(chǔ)器管理第五章 設(shè)備管理內(nèi)容安排(2)第六章 文件管理第七章 操作系統(tǒng)的接口第八章 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)第九章 UNIX系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)第一章 操作系統(tǒng)引論第一章 操作系統(tǒng)引論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1.1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo) 方便

2、性有效性 可擴(kuò)充性 開放性 1.1.2 操作系統(tǒng)的作用 1.OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口 圖 1-1 OS作為接口的示意圖 1.1.2 操作系統(tǒng)的作用 2. OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者 3. OS用作擴(kuò)充機(jī)器1.1.3 推動(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 2. 方便用戶3. 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 第一章 操作系統(tǒng)引論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) 1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 1.2.1 無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1. 人工

3、操作方式 計(jì)算機(jī)操作是由用戶(即程序員)采用人工操作方式直接使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，即由程序員將事先已穿孔(對(duì)應(yīng)于程序和數(shù)據(jù))的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(jī)(或卡片輸入機(jī))，再啟動(dòng)它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)， 然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行。 缺點(diǎn)： (1) 用戶獨(dú)占全機(jī)。 (2) CPU等待人工操作。 2. 脫機(jī)輸入/輸出(Off-Line I/O)方式這種脫機(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。圖 1-2 脫機(jī)I/O示意圖(右) 1.2.2 單道批處理系統(tǒng) 1.單道批處理系統(tǒng)(Simple Batch Processing System)的處理過(guò)程 圖 1-3

4、 單道批處理系統(tǒng)的處理流程（右） 2. 單道批處理系統(tǒng)的特征 (1) 自動(dòng)性。 (2) 順序性。 (3) 單道性。 1.2.3 多道批處理系統(tǒng) 1. 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)存中僅有一道作業(yè)，它無(wú)法充分利用系統(tǒng)中的所有資源，為了進(jìn)一步提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量，在60年代中期又引入了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，即用戶所提交的作業(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。OS中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）提高CPU的利用率。圖 1-4 單道和多道程序運(yùn)行情況 OS中

5、引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：(2) 可提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率。(3) 增加系統(tǒng)吞吐量。 2. 多道批處理系統(tǒng)的特征 (1)多道性。 (2) 無(wú)序性。 (3) 調(diào)度性。 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)。 (4) 無(wú)交互能力。 1.2.4 分時(shí)系統(tǒng) 1.分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生原因 (1) 人機(jī)交互。 (2) 共享主機(jī)。 (3) 便于用戶上機(jī)。 2. 分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題： -如何使用戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互3. 分時(shí)系統(tǒng)的特征 (1)多路性。(2) 獨(dú)立性。 (3) 及時(shí)性。(4) 交互性。 1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 所謂“實(shí)時(shí)”，是

6、指系統(tǒng)能及時(shí)(或即時(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。 1. 應(yīng)用需求 (1)實(shí)時(shí)控制。 (2) 實(shí)時(shí)信息處理。 2. 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。 第一章 操作系統(tǒng)引論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) 1.3 操作系統(tǒng)的基本特性 1.3.1 并發(fā)(Concurrence) 并行性和并發(fā)性是既相似又有區(qū)別的兩個(gè)概念，并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一

7、時(shí)刻發(fā)生；而并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。1.3.2 共享(Sharing) 在操作系統(tǒng)環(huán)境下，所謂共享是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程(線程)共同使用。由于資源屬性的不同，進(jìn)程對(duì)資源共享的方式也不同，目前主要有以下兩種資源共享方式： 互斥共享方式；同時(shí)訪問方式1.3 操作系統(tǒng)的基本特性 1.3.3 虛擬(Virtual) 操作系統(tǒng)中的所謂“虛擬”，是指通過(guò)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(duì)應(yīng)物。1.3.4 異步性(Asynchronism) 由于資源等因素的限制，使進(jìn)程的執(zhí)行通常都不是“一氣呵成”，而是以“停停走走”的方式運(yùn)行 第一章 操作系統(tǒng)引論1.1

8、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) 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能 1.4.1 處理機(jī)管理功能 1. 進(jìn)程控制 2. 進(jìn)程同步 3. 進(jìn)程通信 4. 調(diào)度1.4.2 存儲(chǔ)器管理功能 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1.4.3 設(shè)備管理功能1.緩沖管理2. 設(shè)備分配3. 設(shè)備處理1.4.4 文件管理功能 1.文件存儲(chǔ)空間的管理2. 目錄管理3. 文件的讀/寫管理和保護(hù)1.4.5 用戶接口1.命令接口 2. 程序接口3. 圖形接口第一章 操作系統(tǒng)引論1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用

9、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) 1.5 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.5.1 軟件工程的基本概念 1. 軟件的含義 所謂軟件，是指當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，能提供所要求的功能和性能的指令和程序的集合2. 軟件工程的含義 運(yùn)用系統(tǒng)的、規(guī)范的和可定量的方法，來(lái)開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)軟件 1.5.2 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) 在早期開發(fā)操作系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)者只是把他的注意力放在功能的實(shí)現(xiàn)和獲得高的效率上，缺乏首尾一致的設(shè)計(jì)思想。 此時(shí)的OS是為數(shù)眾多的一組過(guò)程的集合，各過(guò)程之間可以相互調(diào)用，在操作系統(tǒng)內(nèi)部不存在任何結(jié)構(gòu)，因此，這種

10、OS是無(wú)結(jié)構(gòu)的，也有人把它稱為整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 2. 模塊化OS結(jié)構(gòu) 圖 1-5 模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3. 分層式OS結(jié)構(gòu)1)有序分層的基本概念 從改進(jìn)設(shè)計(jì)方式上說(shuō)，應(yīng)使我們的每一步設(shè)計(jì)都是建立在可靠的基礎(chǔ)上。我們可以從物理機(jī)器開始， 在其上面先添加一層具有一定功能的軟件A1, 由于A1是建立在完全確定的物理機(jī)器上的，在經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)和幾乎是窮盡無(wú)遺的測(cè)試后，可以認(rèn)為A1是正確的；然后再在A1上添加一層新軟件A2，如此一層一層地自底向上增添軟件層，每一層都實(shí)現(xiàn)若干功能，最后總能構(gòu)成一個(gè)能滿足需要的OS。2) 層次的設(shè)置 (1) 程序嵌套。 通常OS的每個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)， 并非是只用一個(gè)程序便能完成的，

11、而是要經(jīng)由若干個(gè)軟件層才有可能完成。因此在劃分OS層次時(shí)，首先要考慮在實(shí)現(xiàn)OS 的每個(gè)功能時(shí)所形成的程序嵌套。(2) 運(yùn)行頻率。在分層結(jié)構(gòu)中，各層次軟件的運(yùn)行速度是不同的，因?yàn)锳1層軟件能直接在物理機(jī)器上運(yùn)行， 故它有最高的運(yùn)行速度。隨著層次的增高，其相應(yīng)軟件的運(yùn)行速度就隨之下降。2) 層次的設(shè)置(3) 公用模塊。應(yīng)把供多種資源管程程序調(diào)用的公用模塊， 設(shè)置在最低層，不然，會(huì)使比它低的層次模塊由于無(wú)法調(diào)用它而須另外配置相應(yīng)功能的模塊。例如，用于對(duì)信號(hào)量進(jìn)行操作的原語(yǔ)Signal和Wait。(4) 用戶接口。為方便用戶(程序)，OS向用戶提供了“用戶與OS的接口”，如命令接口、程序接口以及圖形用戶接口。這些接口應(yīng)設(shè)置在OS的最高層，直接提供給用戶使用。 1.5.3 微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu) 1. 客戶/服務(wù)器模式 圖 1-6 單機(jī)環(huán)境下的客戶/服務(wù)器模式客戶/服務(wù)器模式的優(yōu)點(diǎn)(1)提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)充性。 (2) 提高了OS的可靠性。 (3) 可運(yùn)行于分布式系統(tǒng)中。 2. 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)1)面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念 圖 1-7 一個(gè)對(duì)象的示意圖(右) 2) 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn) (1) 可修改性和可擴(kuò)充性。 (2)