UNIT1操作系統(tǒng)導(dǎo)論講義課程課件

操作系統(tǒng)原理馮耀霖E-mail:fengyaolin5@126.com操作系統(tǒng)原理馮耀霖E-mail:fengyaolin5@1課程說明

●理論教學(xué)內(nèi)容（講義）

Unit1操作系統(tǒng)導(dǎo)論8Unit2進(jìn)程與線程8Unit3進(jìn)程通信6Unit4進(jìn)程同步8Unit5死鎖2Unit6實(shí)存管理4Unit7虛存管理8Unit8文件管理10Unit9設(shè)備管理6附：操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備知識(shí)（自學(xué)）課程說明●理論教學(xué)內(nèi)容（講義）2●實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本課程的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是Linux操作系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)1熟悉Linux環(huán)境實(shí)驗(yàn)2進(jìn)程的創(chuàng)建與并發(fā)執(zhí)行（一）實(shí)驗(yàn)3進(jìn)程的創(chuàng)建與并發(fā)執(zhí)行（二）實(shí)驗(yàn)4線程的創(chuàng)建與并發(fā)實(shí)驗(yàn)5信號(hào)與管道通信實(shí)驗(yàn)6線程同步（一）實(shí)驗(yàn)7線程同步（二）實(shí)驗(yàn)8分區(qū)內(nèi)存管理具體內(nèi)容見《OS2013_操作系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)》

●實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3

CPU是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的心臟，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的大腦。半個(gè)多世紀(jì)以來，操作系統(tǒng)吸引了世界上一群最熱情、最有智慧的杰出人才、集中了人類現(xiàn)代創(chuàng)造性思維活動(dòng)的精髓。操作系統(tǒng)是軟件世界的萬花筒、博覽會(huì)，是軟件王國(guó)中的一頂璀璨的皇冠。能夠有機(jī)會(huì)走進(jìn)操作系統(tǒng)這個(gè)神奇、復(fù)雜而又充滿誘惑的大千世界，理解其中的基本概念、結(jié)構(gòu)和奧妙的管理機(jī)制是十分幸運(yùn)的。

4Unit1操作系統(tǒng)導(dǎo)論操作系統(tǒng)原理——馮耀霖Unit1操作系統(tǒng)原理——馮耀霖5內(nèi)容●什么是操作系統(tǒng)●操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展●操作系統(tǒng)的基本概念內(nèi)容●什么是操作系統(tǒng)6§1

什么是操作系統(tǒng)◆操作系統(tǒng)定義◆操作系統(tǒng)的資源管理功能◆為什么要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)§1什么是操作系統(tǒng)◆操作系統(tǒng)定義71.1操作系統(tǒng)的定義

操作系統(tǒng)＝OperatingSystem（OS）

操作系統(tǒng)這個(gè)術(shù)語聽上去很稀松平常，并不給人任何興奮的感覺，甚至有點(diǎn)“土”，原因在于中文的“操作”這個(gè)詞。提到操作員（工），通常讓人想起操作機(jī)床、起重機(jī)等各種設(shè)備或工具的穿著油膩工作服的藍(lán)領(lǐng)工人（計(jì)算機(jī)操作員充其量也就是藍(lán)領(lǐng)中的白領(lǐng)），自然讓人興奮不起來。將Operating翻譯為中文的“操作”，是因?yàn)樽畛醯淖g者沒有真正理解英文Operatingsystem所蘊(yùn)含的精髓。1.1操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)＝Operating8

Operating？

圖1-1對(duì)Operating的誤讀Operating？圖1-1對(duì)Operating9那么，英文中的Operatingsystem實(shí)際意味著什么？我們先看兩個(gè)有關(guān)的英文術(shù)語。

OperatingSurgeon：外科主刀大夫。在整個(gè)手術(shù)過程中，主刀大夫具有至高無上的權(quán)威：他說要打麻藥，麻醉師就要趕緊打麻藥；他說需要手術(shù)鉗，助理大夫就趕忙遞給他手術(shù)鉗；他說需要止血，護(hù)士就得馬上拿止血藥棉來止血。整個(gè)手術(shù)最關(guān)鍵的部分：切開皮膚、拿掉器官、安裝移植器官等均由主刀大夫完成。當(dāng)然，主刀大夫有時(shí)也會(huì)將某些任務(wù)，如縫合創(chuàng)口交給助理大夫來做，但整個(gè)手術(shù)的過程皆由其主控。一句話，OperatingSurgeon就是掌控整個(gè)手術(shù)過程、具有精湛技術(shù)和敏銳判斷力的醫(yī)師。

OperatingPerson：操刀手，操控者。是操控／掌控事情的人。那么，英文中的Operatingsystem實(shí)際10從OperatingSurgeon和OperatingPerson這兩個(gè)術(shù)語的語義我們可理解Operating具有“掌控”的含義。因此，應(yīng)該把Operatingsystem理解為：

Operatingsystem＝掌控局勢(shì)的一種系統(tǒng)這個(gè)術(shù)語是專為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的（IBM），指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里的一切事情均由OS來掌控。正如任何一種有效的組織或系統(tǒng)都會(huì)有一個(gè)核心機(jī)構(gòu)存在，該核心管理著該組織或系統(tǒng)的可用資源，掌控著系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。OS就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的核心機(jī)構(gòu)，它是計(jì)算機(jī)軟件精英們?cè)O(shè)計(jì)的一種大型和極其復(fù)雜的軟件系統(tǒng)，用于代替人并以人的思維方式來自動(dòng)管理計(jì)算機(jī)上的從OperatingSurgeon和Operatin11

所有軟、硬資源，掌控在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上可能發(fā)生的一切事情。

那么，操作系統(tǒng)到底是什么？操作系統(tǒng)到底掌控什么事情？所有軟、硬資源，掌控在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上可能發(fā)生的一切事情。12●操作系統(tǒng)是一種大型系統(tǒng)軟件計(jì)算機(jī)軟件有應(yīng)用軟件與系統(tǒng)軟件之分。應(yīng)用軟件是計(jì)算機(jī)用戶為了應(yīng)用計(jì)算機(jī)解決某一特定問題而開發(fā)的軟件。系統(tǒng)軟件則是與具體應(yīng)用邏輯無關(guān)的軟件，是應(yīng)用軟件的開發(fā)和運(yùn)行平臺(tái)。系統(tǒng)軟件一般分為四類：①操作系統(tǒng)；②語言處理系統(tǒng)（編譯程序、解釋程序）；③軟件開發(fā)實(shí)用工具（編輯、調(diào)試、診斷檢測(cè)、CASE等程序）；④數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）。其中，操作系統(tǒng)也稱系統(tǒng)管理軟件，其他則為系統(tǒng)應(yīng)用軟件。操作系統(tǒng)是規(guī)模最大的系統(tǒng)軟件，如WindowsXP>4000萬行源代碼，而一些Linux系統(tǒng)的規(guī)模則更大，已達(dá)到上億行源代碼。

1.操作系統(tǒng)到底是什么？

???●操作系統(tǒng)是一種大型系統(tǒng)軟件1.操作系統(tǒng)到底是什么？13●操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件中的核心圖1-2是一個(gè)簡(jiǎn)略的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)視圖。從中可清楚地看到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。硬件是操作系統(tǒng)存在的物質(zhì)基礎(chǔ)。硬件向軟件提供的是物理機(jī)器界面（interface），即機(jī)器的指令系統(tǒng)。操作系統(tǒng)是加在“裸機(jī)”（純硬件）上的第一層軟件（最底層軟件），是直接建筑在硬件上的軟件，它使用機(jī)器指令實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的管理和控制。操作系統(tǒng)常駐內(nèi)存，它覆蓋了所有的硬件特性和功能，通過各種抽象，構(gòu)建了一個(gè)功能遠(yuǎn)強(qiáng)于裸機(jī)且易用的“操作系統(tǒng)虛擬機(jī)”（如Windows虛擬機(jī)、Linux虛擬機(jī)）。操作系統(tǒng)向上層提供了兩種界面：用戶操作界面（操作命令）和編程界面●操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件中的核心14硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件用戶物理機(jī)器界面編程界面用戶操作界面圖1-2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)視圖計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件用戶物理機(jī)器界面編程界面15（系統(tǒng)調(diào)用）。它們向上層掩蓋了所有的硬件特性細(xì)節(jié)。系統(tǒng)應(yīng)用軟件處于操作系統(tǒng)的上層，它們不是常駐內(nèi)存的，而是存放在磁盤等外存設(shè)備上，僅當(dāng)需要運(yùn)行這些軟件時(shí)，才把它們加載到內(nèi)存，并在操作系統(tǒng)的支持下工作，通過系統(tǒng)調(diào)用獲取操作系統(tǒng)提供的各種服務(wù)。系統(tǒng)應(yīng)用軟件有效地?cái)U(kuò)充了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能，它與操作系統(tǒng)一起組成系統(tǒng)軟件整體，起到了簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)、擴(kuò)大計(jì)算機(jī)處理能力、提高計(jì)算機(jī)使用效率、充分發(fā)揮各種資源功能的作用。因此，可以把系統(tǒng)應(yīng)用軟件看作是操作系統(tǒng)的延伸，甚至可把它們看作是操作系統(tǒng)的一部分（如Linux發(fā)行版）。但是系統(tǒng)應(yīng)用軟件與操作系統(tǒng)的不同之處在于，其運(yùn)行環(huán)境與普通應(yīng)用軟件一樣，它們?nèi)匀恍枰ㄟ^操作（系統(tǒng)調(diào)用）。它們向上層掩蓋了所有的硬件特性細(xì)節(jié)。16系統(tǒng)才能使用和控制系統(tǒng)資源。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的最上層是應(yīng)用軟件。它們?cè)谙到y(tǒng)軟件的支持下運(yùn)行，通過系統(tǒng)調(diào)用獲取各種系統(tǒng)軟件的服務(wù)。用戶在終端上通過輸入各種操作命令（字符命令或圖形命令）使用操作系統(tǒng)虛擬機(jī)?？梢?，有了操作系統(tǒng)，用戶和所有非操作系統(tǒng)程序不再直接面對(duì)物理機(jī)器界面，而是面對(duì)操作系統(tǒng)提供的掩蓋了所有硬件特性細(xì)節(jié)的虛擬機(jī)界面，通過這種虛擬機(jī)界面方便地使用功能被大大強(qiáng)化了的操作系統(tǒng)虛擬機(jī)。例如，如果用戶在裸機(jī)上直接編程是很困難的，因?yàn)楦鞣N數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移都需要用戶自己來控制，對(duì)不同設(shè)備要用不系統(tǒng)才能使用和控制系統(tǒng)資源。17同命令來驅(qū)動(dòng)，而這對(duì)一般人來說是很難勝任的。操作系統(tǒng)將這些工作從用戶手中接過來，從而讓用戶感覺到編程是一件容易的事（相對(duì)來說，而對(duì)有些人來說編程永遠(yuǎn)是很難的）。又如，操作系統(tǒng)通過進(jìn)程抽象讓計(jì)算機(jī)的每一個(gè)用戶感覺到有一臺(tái)自己獨(dú)享的CPU；通過虛擬內(nèi)存的抽象，讓用戶感覺到物理內(nèi)存空間具有無限擴(kuò)張性?？傊?，通過操作系統(tǒng)對(duì)裸機(jī)的各種抽象，可魔幻般地實(shí)現(xiàn)：少變多、難變易、弱變強(qiáng)。●操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件

任何現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都必須配置和安裝操作系統(tǒng)。在一臺(tái)同命令來驅(qū)動(dòng)，而這對(duì)一般人來說是很難勝任的。操作系統(tǒng)將這些18計(jì)算機(jī)上你可以不安裝某些系統(tǒng)應(yīng)用軟件，如語言處理系統(tǒng)或DBMS，但操作系統(tǒng)是必須安裝的，否則，計(jì)算機(jī)就根本無法開始工作。計(jì)算機(jī)加電啟動(dòng)時(shí)，除了必要的硬件檢測(cè)，首先將操作系統(tǒng)加載到內(nèi)存并啟動(dòng)，此后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一切工作都在操作系統(tǒng)的掌控下進(jìn)行。作為最基本的系統(tǒng)軟件，操作系統(tǒng)為所有的其它軟件（包括系統(tǒng)應(yīng)用軟件）提供了一個(gè)開發(fā)和運(yùn)行的基礎(chǔ)平臺(tái)，即所有的其他軟件都需要在操作系統(tǒng)這個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)，并在操作系統(tǒng)的掌控下運(yùn)行，通過操作系統(tǒng)獲取所需的計(jì)算機(jī)資源。沒有操作系統(tǒng)任何軟件都無法運(yùn)行。計(jì)算機(jī)上你可以不安裝某些系統(tǒng)應(yīng)用軟件，如語言處理系統(tǒng)或DB19

什么是抽象？

所謂抽象（abstract），就是根本上存在但現(xiàn)實(shí)中不存在的東西。抽象來源于具體，但又超越具體。例如繪畫史上有抽象派，抽象畫所表現(xiàn)的就是現(xiàn)實(shí)中不存在的東西，但這些東西確實(shí)又來源于現(xiàn)實(shí)。什么是抽象？20抽象畫01抽象畫0121抽象畫02：畢加索《格爾尼卡》

抽象畫02：畢加索《格爾尼卡》222.操作系統(tǒng)到底掌控什么事情？

當(dāng)然是計(jì)算機(jī)上或計(jì)算機(jī)里發(fā)生的一切事情。最原始的計(jì)算機(jī)并沒有操作系統(tǒng)，而是直接由人來掌控事情。但是隨著計(jì)算機(jī)復(fù)雜性的增長(zhǎng)，人們已經(jīng)不能直接掌控計(jì)算機(jī)了，于是人們編寫出操作系統(tǒng)這個(gè)軟件來掌控計(jì)算機(jī)，將人類從日益復(fù)雜的任務(wù)中解脫出來。這個(gè)“掌控”有著多層深遠(yuǎn)的意義。首先，由于計(jì)算機(jī)的功能和復(fù)雜性不斷發(fā)生變化（趨向更加復(fù)雜），操作系統(tǒng)所掌控的事情也就越來越多，越來越復(fù)雜。同時(shí)，操作系統(tǒng)本身能夠使用的資源也不斷增多（如內(nèi)存容量）。???2.操作系統(tǒng)到底掌控什么事情？當(dāng)然是計(jì)算機(jī)上或計(jì)算23其次，既然操作系統(tǒng)是專門掌控計(jì)算機(jī)的，那么計(jì)算機(jī)上發(fā)生的所有事情自然需要操作系統(tǒng)的知曉和許可，未經(jīng)操作系統(tǒng)同意的任何事情均視為非法，包括用戶和應(yīng)用程序中的誤操作，以及病毒和入侵攻擊試圖運(yùn)作的事情。操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員當(dāng)然要確保計(jì)算機(jī)不發(fā)生任何他們不知情或不同意的事情。雖然，操作系統(tǒng)是由Top級(jí)軟件精英們?cè)O(shè)計(jì)的，但是人的能力畢竟是有限的，人的思維也是有缺陷的，只要是由人設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)自然不會(huì)十全十美，缺陷是難免的，這就給了攻擊者可乘之機(jī)。操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員與攻擊者之間的博弈是當(dāng)前驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)不斷改善的一個(gè)重要?jiǎng)恿?。再次，掌控事情的水平有高低之分，有效率不同之分其次，既然操作系統(tǒng)是專門掌控計(jì)算機(jī)的，那么計(jì)算機(jī)上發(fā)生24，就像外科主刀大夫之間也有水平高低之分。為了更好地掌控事情，更好地滿足人們永不滿足的各種越來越苛刻的需求，操作系統(tǒng)自然需要不斷改善，且將一直繼續(xù)下去。歸結(jié)起來，操作系統(tǒng)掌控的事情主要有兩大類：資源管理和安全性管理。操作系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)中的所有資源，包括硬件資源（設(shè)備資源）和軟件資源（信息資源）。硬件資源可大致分為四類：CPU、內(nèi)存、外存及I/O設(shè)備。操作系統(tǒng)通過各種策略提高硬件資源的工作效率和利用率，改善和優(yōu)化計(jì)算機(jī)的功能和性能。軟件資源就是存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的各種文件，操作系統(tǒng)要對(duì)文件實(shí)施有效的保護(hù)，提供快速的文件查找，通過共享提高文件資源的利用率。，就像外科主刀大夫之間也有水平高低之分。為了更好地掌控事情25安全性管理功能主要解決兩個(gè)問題：(1)確保操作系統(tǒng)自身的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即確保操作系統(tǒng)自己不能出現(xiàn)崩潰性故障，這是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能正常工作的基礎(chǔ)；(2)防止非法操作和非法入侵，主要是防止病毒和入侵攻擊。其中的第二個(gè)問題是是安全性管理需要解決的主要問題。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的越來越廣泛和深入，操作系統(tǒng)需要管理的資源也越來越多且越來越復(fù)雜，故對(duì)操作系統(tǒng)的要求也越來越高。由于操作系統(tǒng)存在缺陷是難免的，這就給了攻擊者可乘之機(jī)。針對(duì)對(duì)操作系統(tǒng)的攻擊，操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在不斷改進(jìn)操作系統(tǒng)的安全性，這種操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

安全性管理功能主要解決兩個(gè)問題：26人員與攻擊者之間的博弈，使得操作系統(tǒng)安全水平和攻擊水平不斷交替上升，永不會(huì)停止。如今安全性管理越來越受到操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的重視，其重要性越來越突出。

如果我們把整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比擬成一個(gè)國(guó)家的話，操作系統(tǒng)就相當(dāng)于是管理整個(gè)國(guó)家的政府，是國(guó)家最高的政務(wù)管理機(jī)構(gòu)。

人員與攻擊者之間的博弈，使得操作系統(tǒng)安全水平和攻擊水平不斷27好了，至此我們可以給出操作系統(tǒng)的一個(gè)定義了：

★操作系統(tǒng)是最關(guān)鍵的系統(tǒng)軟件，它掌控計(jì)算機(jī)上的一切事情，包括：管理所有的計(jì)算機(jī)資源，維持計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全及有序運(yùn)轉(zhuǎn)，并為用戶使用計(jì)算機(jī)提供方便且有效的環(huán)境。好了，至此我們可以給出操作系統(tǒng)的一個(gè)定義了：281.2

操作系統(tǒng)的資源管理功能

資源管理是操作系統(tǒng)的主要功能，它遵循著一切人類資源管理的基本目的，即如何有效地發(fā)掘資源、監(jiān)控資源、分配資源和回收資源，而其中的核心是分配資源。公平和有效，是操作系統(tǒng)資源管理的基本原則。

公平指的是每個(gè)用戶進(jìn)程（進(jìn)展／運(yùn)行中的程序）都有享有系統(tǒng)資源的權(quán)利（就像“天賦人權(quán)”），系統(tǒng)要讓各個(gè)用戶進(jìn)程感到某種平等，即系統(tǒng)不能“無限”延長(zhǎng)對(duì)任一進(jìn)程的資源請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)然真正的公平是沒有的事，這很像人類生活的現(xiàn)實(shí)，不過追求公平乃是人類的本能，是PSJZ觀。只有公平了，才能談得上公正與和諧。在虛擬世界里盡可能公平一點(diǎn)還是非常應(yīng)該的，至少應(yīng)該是操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的不懈追求。1.2操作系統(tǒng)的資源管理功能資源管理是操作系統(tǒng)的主要29

有效就是指不能浪費(fèi)系統(tǒng)資源，要使資源盡可能被充分地利用，發(fā)揮出每個(gè)資源的最大效能。有效也為公平提供了必要的支持。這同樣也像人類生活的現(xiàn)實(shí)，一個(gè)社會(huì)／國(guó)家如果存在著大量的資源浪費(fèi)，而浪費(fèi)必定和腐敗聯(lián)系在一起，一個(gè)腐敗成風(fēng)的社會(huì)能是一個(gè)公平、公正的社會(huì)嗎？總之，公平與效率是操作系統(tǒng)資源管理中永恒的主題。到底是效率重要？還是公平更重要？天平的不同傾斜將引出不同的管理模式。操作系統(tǒng)的資源管理功能一般分為四個(gè)子系統(tǒng)：進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、外存管理及設(shè)備管理。有效就是指不能浪費(fèi)系統(tǒng)資源，要使資源盡可能被充分地利用301.進(jìn)程管理

進(jìn)程（process）可簡(jiǎn)單地理解為“運(yùn)行中的程序”，其實(shí)質(zhì)是操作系統(tǒng)對(duì)CPU的抽象。進(jìn)程管理的主要目的有三個(gè)：第一是公平分配，即每個(gè)進(jìn)程都有機(jī)會(huì)使用到CPU；第二是非阻塞，即任何進(jìn)程不能無休止地阻撓其他進(jìn)程的正常推進(jìn)，如果一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過程中需要I/O或者因別的什么事情而發(fā)生阻塞，這個(gè)阻塞不能妨礙無關(guān)進(jìn)程繼續(xù)前進(jìn)，就像人類世界，缺了誰地球都照樣轉(zhuǎn)；第三是優(yōu)先級(jí)調(diào)度，在人類生活中人的地位不是完全一樣的，地位高的就比地位低的具有更高的資源獲取權(quán)及占有權(quán)，OS設(shè)計(jì)者把人類生活中的這種關(guān)系搬到操作系統(tǒng)里面，就有了優(yōu)先級(jí)的概念，即賦予某些進(jìn)程有較高的優(yōu)先級(jí)，如果優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程需要執(zhí)行，則優(yōu)先級(jí)低的進(jìn)程就要讓出CPU。1.進(jìn)程管理進(jìn)程（process）可簡(jiǎn)單地理解為312.內(nèi)存管理

內(nèi)存管理一般是管理由主存和緩存所形成的內(nèi)存架構(gòu)。為了有力地支持多進(jìn)程并發(fā)以及應(yīng)用程序不斷增大的需求，OS設(shè)計(jì)者發(fā)明了虛擬內(nèi)存的概念，即通過軟件技術(shù)將物理內(nèi)存邏輯擴(kuò)充到磁盤上，這樣就極大地增大了物理內(nèi)存空間。因此，現(xiàn)代操作系統(tǒng)管理的實(shí)際上是由主存、緩存及磁盤所形成的虛擬內(nèi)存架構(gòu)。內(nèi)存管理要解決的問題之一是如何給不同的用戶進(jìn)程分配內(nèi)存空間；要解決的另一個(gè)問題是怎樣讓很多用戶進(jìn)程共用同一個(gè)物理內(nèi)存，這就需要對(duì)物理內(nèi)存進(jìn)行分割和保護(hù)，每個(gè)進(jìn)程占用一個(gè)受保護(hù)的內(nèi)存空間，一個(gè)進(jìn)程不能訪問另一個(gè)進(jìn)程所占用的內(nèi)存空間，即進(jìn)程不能越界。2.內(nèi)存管理內(nèi)存管理一般是管理由主存和緩存所形成的內(nèi)323.外存管理

外存管理也稱文件系統(tǒng)管理或文件管理。文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)對(duì)外存介質(zhì)（磁盤、磁帶、光盤）的抽象。文件則是對(duì)外存空間單位的抽象。外存管理要解決的的問題之一是如何分配外存空間給不同的進(jìn)程。要解決的另一個(gè)問題是怎樣將外存變成一個(gè)很容易使用的存儲(chǔ)介質(zhì)提供給用戶使用，使得用戶在訪問外存時(shí)無需了解外存設(shè)備的物理屬性或程序和數(shù)據(jù)在外存空間上的精確位置，例如磁盤上的磁道、磁柱、扇區(qū)等。磁盤是最重要的外存介質(zhì)，是外存管理的重點(diǎn)。3.外存管理外存管理也稱文件系統(tǒng)管理或文件管理。文件334.設(shè)備管理設(shè)備管理就是管理I/O設(shè)備，其主要目的有三個(gè)：其一，解決如何給不同的進(jìn)程分配I/O設(shè)備；其二，屏蔽不同設(shè)備的差異性，即使得進(jìn)程可以用同樣的方式訪問不同的設(shè)備，從而降低編程的難度；其三，提供并發(fā)訪問，即將那些看上去并不具備共享特性的設(shè)備（如打印機(jī)）變得可以共享。

4.設(shè)備管理設(shè)備管理就是管理I/O設(shè)備，其主要目的有341.3為什么要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)我們已明確了OS的重要性，但僅僅因?yàn)楹苤匾鸵欢ㄒ獙W(xué)習(xí)它嗎？世界上重要的事情多去了，難道我們都要學(xué)習(xí)嗎？即使是計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，不學(xué)OS也照樣可以編程寫軟件。那我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)呢？當(dāng)然我們可以有一千個(gè)理由，在這里僅提出兩個(gè)。

1)OS都是由軟件界中的Top精英們開發(fā)的，它的優(yōu)秀設(shè)計(jì)和經(jīng)典思路是計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)的薈精集萃，會(huì)給我們以激濁揚(yáng)清的思考，對(duì)OS的掌握程度，決定著計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)者的發(fā)展水平及方向。舉例說：1.3為什么要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)我們已明確了OS的重要性35①OS的功能在很多IT領(lǐng)域都使用。如果你做并發(fā)程序的開發(fā)——WebService、分布式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些領(lǐng)域大量使用了OS的概念和技術(shù)。如果你學(xué)好了OS，你就可以對(duì)你要做的事情更加有信心。②OS的技巧也在很多領(lǐng)域使用，如抽象、緩存、并發(fā)等。如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)就大量使用了抽象，記得抽象數(shù)據(jù)類型和抽象類嗎？很多地方都用緩存，你做Web要不要用緩存呢？這些你都得做。如果學(xué)好了OS，你就掌握了這些內(nèi)容，觸類旁通，你學(xué)習(xí)別的東西時(shí)就會(huì)容易多了。①OS的功能在很多IT領(lǐng)域都使用。如果你做并發(fā)程362)更重要的是OS真的很有意思。對(duì)于一個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)的人來說，難道你不想知道自己寫的程序到底是如何在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的嗎？很多人買車后第一件事是什么？打開前蓋。打開前蓋看到的是什么呢？馬達(dá)、變速箱。為什么第一件事要打開前蓋呢？因?yàn)楹闷孢@輛車是怎么開動(dòng)的。那么，對(duì)于一個(gè)計(jì)算機(jī)特別是軟件專業(yè)的人來說，有沒有在看到一臺(tái)計(jì)算機(jī)的時(shí)候，想過為什么計(jì)算機(jī)能進(jìn)行計(jì)算？為什么計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能有條不紊的運(yùn)轉(zhuǎn)？多數(shù)人恐怕沒有打開過計(jì)算機(jī)外殼。不過，沒有打開過也不用遺憾，因?yàn)榧词鼓惆延?jì)算機(jī)后蓋打開，還是不能明白計(jì)算機(jī)是怎么運(yùn)轉(zhuǎn)的，此時(shí)只看到一堆硬件：主板、芯片、布線等，而這些硬件并不會(huì)告訴你太多有關(guān)計(jì)算機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的信息。如果真的想知道計(jì)算機(jī)系統(tǒng)到底是怎么運(yùn)轉(zhuǎn)的，你就得學(xué)習(xí)OS。2)更重要的是OS真的很有意思。對(duì)于一個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)的37雖然學(xué)習(xí)OS很有趣，但并不是所有人都有這樣的感覺，因?yàn)镺S的特點(diǎn)是概念多、抽象和涉及面廣，而從整體實(shí)現(xiàn)上看，其思想和技術(shù)又往往令“我們”難于理解。歷史證明，對(duì)很多人來說學(xué)習(xí)OS是一件很痛苦的事情。不過本人希望我們?cè)谝黄饘W(xué)習(xí)這門課程對(duì)大家來說是一件樂事，難道窺探計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的奧秘不是一件激動(dòng)人心的事嗎？雖然學(xué)習(xí)OS很有趣，但并不是所有人都有這樣的感覺，因?yàn)?8§2

操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展◆操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史◆操作系統(tǒng)的分類◆操作系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)§2操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展◆操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史392.1操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史

操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展由兩個(gè)基本因素驅(qū)動(dòng)：■硬件成本的不斷下降；■計(jì)算機(jī)的功能和復(fù)雜性不斷提升。硬件成本的不斷降低，就以硬盤為例，IBM制造的第一張硬磁盤直徑達(dá)2米，造價(jià)100多萬美元，而容量只有1MB；而現(xiàn)在一個(gè)容量100GB的硬盤成本只有幾十美元。當(dāng)然，過去的硬盤和今天的硬盤的制造技術(shù)完全不同，早期硬盤的質(zhì)量堅(jiān)挺，可以當(dāng)作咖啡桌來使用，而現(xiàn)在的硬盤片根本不能承受重物。計(jì)算機(jī)硬件及其組成的發(fā)展速度從一開始就很驚人。最初，計(jì)算機(jī)的組件雖然巨大，但數(shù)量少，功能簡(jiǎn)單，現(xiàn)在，一臺(tái)計(jì)算機(jī)里包括的元件數(shù)量實(shí)在是太多了。2.1操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展由兩個(gè)40硬件成本的下降和計(jì)算機(jī)復(fù)雜性的提高推動(dòng)了操作系統(tǒng)的演變。成本降低意味著同樣的價(jià)格可以買到更為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)。而計(jì)算機(jī)復(fù)雜性的提高自然需要操作系統(tǒng)的能力也得到提高。就是這些變化使得操作系統(tǒng)從最初的僅僅只有幾百或幾千行源代碼發(fā)展到今天的多達(dá)幾千萬行到上億行源代碼。操作系統(tǒng)之所以越來越復(fù)雜的基本因素是因?yàn)橛布|(zhì)量和數(shù)量的不斷提升使得操作系統(tǒng)管理的東西增多，而且人類永不滿足的各種越來越苛刻的要求也使得操作系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加。除了上述兩個(gè)基本驅(qū)動(dòng)因素，在操作系統(tǒng)的發(fā)展過程中，效率和公平始終是操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員追求的關(guān)鍵目硬件成本的下降和計(jì)算機(jī)復(fù)雜性的提高推動(dòng)了操作系統(tǒng)的演變41標(biāo)，它們是導(dǎo)致操作系統(tǒng)越來越復(fù)雜的重要因素。另外，還有一個(gè)附加因素影響著操作系統(tǒng)的發(fā)展，這就是操作系統(tǒng)和攻擊者之間的博弈。這個(gè)世界上總有些人想利用計(jì)算機(jī)的缺陷來進(jìn)行各種損人利己或損人又不利己的活動(dòng)。操作系統(tǒng)在最初設(shè)計(jì)時(shí)就根本沒有想到會(huì)有人從事破壞活動(dòng)。大概因?yàn)樵缙诘挠?jì)算機(jī)工作者認(rèn)為到達(dá)能夠使用計(jì)算機(jī)的水平的人都是好人，是君子，是紳士，無需設(shè)計(jì)任何安全機(jī)制。這樣，在后來發(fā)現(xiàn)有人試圖利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行不良操作時(shí)，就迫不得已修改操作系統(tǒng)，使其具有安全上的防范功能。每當(dāng)操作系統(tǒng)改進(jìn)了安全性，攻擊者也會(huì)改良他們的攻擊手段，這樣循環(huán)往復(fù)，就造成操作系統(tǒng)安全水平和攻擊水平不斷交替上升的歷史。標(biāo)，它們是導(dǎo)致操作系統(tǒng)越來越復(fù)雜的重要因素。42第零代：SOSC操作系統(tǒng)（20世紀(jì)40年代）

SOSC（SingleOperator,SingleConsole單操作員單控制臺(tái)）控制方式是最原始的計(jì)算機(jī)控制方式，用于第一代電子計(jì)算機(jī)，如ENIAC。當(dāng)時(shí)并沒有操作系統(tǒng)的整體概念，人們能夠想到的最直觀的控制計(jì)算機(jī)的方式，就是提供一些標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)交互命令供用戶（當(dāng)時(shí)的用戶既是編程者也是操作員）使用，這些標(biāo)準(zhǔn)命令的集合就構(gòu)成了SOSC標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫。這可認(rèn)為是操作系統(tǒng)的最原始形式。

SOSC的設(shè)計(jì)目的就是滿足基本的功能，并提供人機(jī)交互。在SOSC下，任何時(shí)候只能做一件事。即不支持并發(fā)和多道程序運(yùn)行。SOSC本身只是一組標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)而已，并不自我運(yùn)行，而是等待響應(yīng)用戶輸入的命令，然后加載相應(yīng)的庫函數(shù)來執(zhí)行。用戶想使用什么服務(wù)，就輸入代表第零代：SOSC操作系統(tǒng)（20世紀(jì)40年代）SOSC43該服務(wù)的庫函數(shù)名即可。這種控制方式的資源利用率很低：用戶輸入一個(gè)命令就執(zhí)行一個(gè)SOSC庫函數(shù)，撥一下動(dòng)一下；當(dāng)用戶在思考時(shí)或進(jìn)行輸入輸出時(shí)，CPU則靜靜地等待。當(dāng)然了，從人的角度來看，效率并不低，你輸入什么，計(jì)算機(jī)就立即執(zhí)行什么。但從機(jī)器的角度考慮，因?yàn)镃PU時(shí)刻都等著人相對(duì)很慢的動(dòng)作，效率就太低了。由于這個(gè)時(shí)代的計(jì)算機(jī)很稀少，整個(gè)世界也只有幾臺(tái)，而人卻不是，提高計(jì)算機(jī)的利用率就變得十分重要。該服務(wù)的庫函數(shù)名即可。這種控制方式的資源利用率很低：用戶輸44第一代：批處理操作系統(tǒng)（20世紀(jì)50年代）為了提高SOSC的效率，人們提出了“批處理”的概念。在仔細(xì)考察了SOSC后，人們發(fā)現(xiàn)，SOSC效率之所以低下，是因?yàn)橛?jì)算機(jī)總是在等待人的下一步動(dòng)作，而人的動(dòng)作總是很慢。因此，人們覺得如果取消人的因素，讓所有的用戶先想好自己要運(yùn)行的命令，列成一個(gè)清單（稱作業(yè)說明書），再把要運(yùn)行的程序、數(shù)據(jù)連同作業(yè)說明書一起制作（穿孔）在紙帶／卡片上，然后將制作好的紙帶／卡片交給計(jì)算機(jī)管理員來一批一批地處理，效率不就提高了嗎？這就形成了批處理操作系統(tǒng)。批處理針對(duì)的是第二代通用計(jì)算機(jī)，如IBM的1401和7094等，通過取消用戶與計(jì)算機(jī)的直接人機(jī)交互達(dá)到CPU和輸入輸出設(shè)備利用率的改善。第一代：批處理操作系統(tǒng)（20世紀(jì)50年代）為了提高SO45

批處理的過程是：用戶將自己的作業(yè)（＝程序＋數(shù)據(jù)＋作業(yè)說明書）制作在穿孔卡片／紙帶上，交給計(jì)算機(jī)管理員；管理員在收到一定數(shù)量的用戶作業(yè)后，將卡片／紙帶上的作業(yè)通過輸入輸出衛(wèi)星機(jī)IBM1401讀入，并寫入到磁帶（輸入磁帶）上，這樣每盤輸入磁帶通常會(huì)含有多個(gè)用戶作業(yè)；然后，計(jì)算機(jī)操作員將這盤磁帶裝入到作為主機(jī)的IBM7094上，由駐留在IBM7094上的批處理監(jiān)控程序（batchmonitor）順序解釋執(zhí)行各用戶作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)之間的自動(dòng)切換，作業(yè)運(yùn)行的結(jié)果被寫入另一個(gè)磁帶（輸出磁帶）上；所有的用戶作業(yè)運(yùn)行結(jié)束后，將輸出磁帶取下來，裝到衛(wèi)星機(jī)IBM1401上進(jìn)行結(jié)果打印；然后就可以將打印結(jié)果交給各個(gè)用戶了。圖1-3描述了批處理的過程。批處理的過程是：用戶將自己的作業(yè)（＝程序＋數(shù)據(jù)＋作業(yè)46圖1-3批處理系統(tǒng)示意圖圖1-3批處理系統(tǒng)示意圖47

批處理監(jiān)控程序和原先就有的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫就組成了批處理操作系統(tǒng)。（不過，那時(shí)還沒有出現(xiàn)“操作系統(tǒng)”這個(gè)術(shù)語）很顯然，批處理操作系統(tǒng)的功能和復(fù)雜性較之SOSC均得到了提升。批處理操作系統(tǒng)開始具備了初步的系統(tǒng)管理功能：■設(shè)備管理——讀卡機(jī)、磁帶機(jī)、打印機(jī)等I/O設(shè)備的驅(qū)動(dòng)；■文件管理——首次引入了文件概念，每個(gè)用戶作業(yè)被抽象成一個(gè)文件；■解釋執(zhí)行作業(yè)說明書；■實(shí)現(xiàn)各用戶作業(yè)之間的自動(dòng)切換。批處理監(jiān)控程序和原先就有的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫就組成了批處理操作48批處理操作系統(tǒng)一般被認(rèn)為是操作系統(tǒng)的雛形，后也被稱之為單道批處理操作系統(tǒng)，一般把它稱之為第一代操作系統(tǒng)。其重要實(shí)例有IBM開發(fā)的FMS和IBSYS，密歇根大學(xué)開發(fā)的UMES，分別運(yùn)行于IBM7090和IBM7094。

驅(qū)動(dòng)這個(gè)階段操作系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)力是改善效率。因?yàn)闄C(jī)器的昂貴，使得CPU在操作員思考或I/O設(shè)備工作期間閑置起來是難以容忍的。批處理操作系統(tǒng)一般被認(rèn)為是操作系統(tǒng)的雛形，后也被稱之為49第二代：多道批處理操作系統(tǒng)（20世紀(jì)60年代）

雖然批處理操作系統(tǒng)通過無需人機(jī)交互過程而在一定程度上提高了計(jì)算機(jī)的效率，但還是不那么令人滿意。因?yàn)?，它只支持一個(gè)用戶作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行，且CPU和I/O設(shè)備的運(yùn)行是串行的，即在程序進(jìn)行輸入輸出時(shí)，CPU只能等待，CPU需要不斷地探詢I/O是否完成，因而不能執(zhí)行別的程序。由于昂貴的CPU的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于I/O設(shè)備，故CPU常常處于閑置狀態(tài)，其浪費(fèi)是很大的。為此，人們又設(shè)想，能否將CPU和I/O設(shè)備并行工作呢？即在一個(gè)程序進(jìn)行輸入輸出時(shí)，讓CPU去執(zhí)行另一個(gè)程序，換言之，能否將CPU和I/O設(shè)備的運(yùn)行重疊起來從而改善整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率呢？答案是肯定的，不過需要付出代價(jià)，因?yàn)镃PU和I/O重疊需要我們將多個(gè)程序同第二代：多道批處理操作系統(tǒng)（20世紀(jì)60年代）雖然批50時(shí)加載到計(jì)算機(jī)內(nèi)存里，由此，引出了多道程序設(shè)計(jì)（multiprogramming）的思想。

多道程序設(shè)計(jì)是指允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入計(jì)算機(jī)內(nèi)存并發(fā)運(yùn)行的方法。也就是說，計(jì)算機(jī)內(nèi)存中可同時(shí)存放多道（兩個(gè)或以上）相互獨(dú)立的程序，它們均處于起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，通過操作系統(tǒng)的調(diào)度使各道程序輪流交替地使用CPU。當(dāng)現(xiàn)行程序啟動(dòng)I/O并需要等待I/O的完成時(shí)，操作系統(tǒng)可立即調(diào)度CPU去執(zhí)行另一個(gè)駐留在內(nèi)存中的程序，使得CPU與I/O設(shè)備并行工作，利用這種多部件的并行工作，使系統(tǒng)可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)不同的程序。從而可大大減少CPU的閑置時(shí)間，充分提高了CPU的利用率。時(shí)加載到計(jì)算機(jī)內(nèi)存里，由此，引出了多道程序設(shè)計(jì)（multi51例如，假設(shè)一個(gè)程序用20%的時(shí)間使用CPU進(jìn)行計(jì)算，另外80%的時(shí)間用來進(jìn)行I/O。則在單道系統(tǒng)中，CPU的利用率只有20%；但如果同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)這樣的程序，則CPU的利用率將提高到36%（CPU只在兩個(gè)程序同時(shí)進(jìn)行I/O時(shí)才處于閑置狀態(tài)，因此CPU的利用率為1－0.8×0.8=36%），這里忽略了程序切換所需要的系統(tǒng)開銷。同理，如果同時(shí)運(yùn)行3個(gè)這樣的程序，CPU利用率將提高到48.8%；4個(gè)程序的CPU利用率將為59%；5個(gè)程序的CPU利用率將為67.2%。這樣，隨著程序道數(shù)的增加，CPU利用率將逐步提升，直到某個(gè)臨界點(diǎn)為止。這個(gè)臨界點(diǎn)就是多道程序設(shè)計(jì)的上限，超過這個(gè)上限，多道程序設(shè)計(jì)的好處將逐步消失，甚至呈下降趨勢(shì)。例如，假設(shè)一個(gè)程序用20%的時(shí)間使用CPU進(jìn)行計(jì)算，另52圖1-4多道編程度數(shù)、I/O時(shí)間和CPU利用率的關(guān)系圖1-4多道編程度數(shù)、I/O時(shí)間和CPU利用率的關(guān)系53將多道程序設(shè)計(jì)思想引入到批處理操作系統(tǒng)便形成了多道批處理操作系統(tǒng)。顯而易見，比起簡(jiǎn)單批處理多道批處理操作系統(tǒng)的功能要強(qiáng)得多，但也要復(fù)雜得多：既要管理多個(gè)作業(yè)，又要管理內(nèi)存，還要管理CPU調(diào)度。但多道批處理操作系統(tǒng)構(gòu)建了操作系統(tǒng)的基本架構(gòu)，奠定了操作系統(tǒng)的基本理論，操作系統(tǒng)也因此而成就了一門獨(dú)立學(xué)科。

驅(qū)動(dòng)多道批處理操作系統(tǒng)的問世及發(fā)展的動(dòng)力仍然是改善效率。因?yàn)楫?dāng)時(shí)的CPU非常昂貴，人們不能容忍CPU在I/O設(shè)備工作期間被閑置下來。同時(shí)，用戶對(duì)計(jì)算機(jī)的需求也開始多了起來，從純粹的科學(xué)計(jì)算發(fā)展到商業(yè)應(yīng)用。因此，這個(gè)階段還伴隨著滿足用戶不斷增長(zhǎng)的需求。將多道程序設(shè)計(jì)思想引入到批處理操作系統(tǒng)便形成了多道批處54

藍(lán)色巨人IBM對(duì)多道批處理操作系統(tǒng)的問世作出了巨大貢獻(xiàn)。在1961年年底，IBM開始實(shí)施“360系統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)計(jì)劃”，整個(gè)計(jì)劃投資約50億美元（而“曼哈頓工程”才花了20億），超過了當(dāng)時(shí)IBM一年的產(chǎn)值。在人力上，光軟件工程師就投入了2000多名。

IBM在實(shí)施360計(jì)劃時(shí)，首次正式提出了Operating

System這個(gè)術(shù)語，并開發(fā)出了一個(gè)真正的多道批處理操作系統(tǒng)OS/360，這是一個(gè)不僅從理念上也從技術(shù)上都是劃時(shí)代的操作系統(tǒng)，是操作系統(tǒng)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。隨著OS/360的問世，誕生了一批嶄新的概念和術(shù)語，如：多道程序設(shè)計(jì)、任務(wù)（進(jìn)程）、調(diào)度、并發(fā)、作業(yè)管理、藍(lán)色巨人IBM對(duì)多道批處理操作系統(tǒng)的問世作出了巨大貢獻(xiàn)55CPU管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件管理等，它們構(gòu)成了操作系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)。同時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用從純科學(xué)計(jì)算應(yīng)用開始進(jìn)入了商業(yè)應(yīng)用。CPU管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件管理等，它們構(gòu)成了操作56圖靈獎(jiǎng)獲得者（1999）FrederickBrooks

圖1-5OS/360總設(shè)計(jì)師

圖靈獎(jiǎng)獲得者（1999）FrederickBrooks57第三代之一：分時(shí)操作系統(tǒng)（20世紀(jì)70年代）多道批處理操作系統(tǒng)的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)的效率（主要是吞吐量）大大提高。但它的一大問題是用戶是“脫機(jī)”（Offline）使用計(jì)算機(jī)的，用戶無法即時(shí)獲知其程序的運(yùn)行結(jié)果。想想如果你編了一個(gè)程序，卻需要?jiǎng)e人去運(yùn)行，并可能要等上若干天才能知道結(jié)果，這個(gè)滋味顯然不好受。萬一計(jì)算機(jī)管理員疏忽了，忘記運(yùn)行你的作業(yè)，或者操作錯(cuò)誤，導(dǎo)致程序丟失，情況就更糟。另外，脫機(jī)性也大大限制了計(jì)算機(jī)的商業(yè)性應(yīng)用。為此，人們又設(shè)想，能否讓用戶回到計(jì)算機(jī)前面來，由每個(gè)用戶自己操作和控制自己的程序。隨著符號(hào)鍵盤、顯示器等計(jì)算機(jī)終端設(shè)備的問世，人們的這種設(shè)想的實(shí)現(xiàn)成為了可能。第三代之一：分時(shí)操作系統(tǒng)（20世紀(jì)70年代）多道批處理58批處理系統(tǒng)是對(duì)SOSC的否定，而這種想法的提出是對(duì)SOSC的否定之否定。人的因素又引了回來，這看上去與原始的SOSC似乎一樣，但有個(gè)關(guān)鍵的不同：多個(gè)用戶同時(shí)與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)（On-line），每個(gè)用戶被看作只是一個(gè)I/O終端而已。即每個(gè)用戶都擁有一個(gè)聯(lián)機(jī)終端（顯示器＋鍵盤），它們都通過RS232串行線纜與計(jì)算機(jī)主機(jī)連接，終端只能發(fā)送和接收有限的文本命令和信息。操作系統(tǒng)在所有的聯(lián)機(jī)用戶之間進(jìn)行CPU分時(shí)，即一次分給一個(gè)用戶進(jìn)程有限的CPU時(shí)間——時(shí)間片，只要時(shí)間片一完，就立即切換一個(gè)用戶進(jìn)程，給該進(jìn)程分配一個(gè)CPU時(shí)間片。就是基于這種基本思想，引來了第三代操作系統(tǒng)——分時(shí)操作系統(tǒng)。批處理系統(tǒng)是對(duì)SOSC的否定，而這種想法的提出是對(duì)SO59在分時(shí)操作系統(tǒng)下，任意時(shí)間可以運(yùn)行多個(gè)程序，且用戶直接與計(jì)算機(jī)交互，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試程序，這就和SOSC不一樣了。在SOSC下，一切等著人，計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條命令就等人。分時(shí)系統(tǒng)則是人等計(jì)算機(jī)。這個(gè)模式帶來一個(gè)直接的結(jié)果就是計(jì)算機(jī)再不用等你，等你想問題時(shí)機(jī)器就切換到別的程序，等你想完了機(jī)器再切換回來，接受你的再次輸入。就這樣，計(jì)算機(jī)就在很多人之間來回切換，你輸入個(gè)命令就響應(yīng)，然后切換走。如果時(shí)間掌握的好，用戶輸入完一個(gè)命令計(jì)算機(jī)正好轉(zhuǎn)回來，用戶就沒有等待的感覺。當(dāng)然，如果一個(gè)用戶打字足夠快，可能會(huì)覺得計(jì)算機(jī)慢；如果打字較慢，就有可能覺得計(jì)算機(jī)很快。不同的人感覺有可能完全不同。在分時(shí)操作系統(tǒng)下，任意時(shí)間可以運(yùn)行多個(gè)程序，且用戶直接60

圖1-6分時(shí)系統(tǒng)示意圖圖1-6分時(shí)系統(tǒng)示意圖61顯然，與前面幾代的操作系統(tǒng)相比，分時(shí)操作系統(tǒng)要復(fù)雜得多。相比于多道批處理操作系統(tǒng)，最主要的變化是資源的公平管理。在多道批處理下，公平不公平?jīng)]有人知道，大家遞交了作業(yè)后只管回家等結(jié)果。至于自己的程序排在誰前面誰后面，或者占用了多少CPU時(shí)間是無關(guān)緊要的?，F(xiàn)在，大家都坐在計(jì)算機(jī)終端前面，任何的不公平將立即感覺到。因此，公平地管理用戶的CPU時(shí)間就變得非常重要。

驅(qū)動(dòng)這個(gè)階段操作系統(tǒng)發(fā)展的動(dòng)力是響應(yīng)時(shí)間和對(duì)越來越多資源的管理。因?yàn)闄C(jī)器昂貴，不能容忍CPU在I/O設(shè)備工作期間閑置下來。同時(shí)，因?yàn)槿说臅r(shí)間寶貴，不能容忍用戶坐在機(jī)器前進(jìn)行漫長(zhǎng)的等待。因此，人們顯然，與前面幾代的操作系統(tǒng)相比，分時(shí)操作系統(tǒng)要復(fù)雜得多62發(fā)明了分時(shí)操作系統(tǒng)來解決這兩個(gè)問題。此外，分時(shí)操作系統(tǒng)還需要應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)、同步、互斥、通信、死鎖、保護(hù)等一系列的新問題，使得分時(shí)操作系統(tǒng)變得空前復(fù)雜，進(jìn)一步完善了操作系統(tǒng)的基本理論。對(duì)分時(shí)操作系統(tǒng)的研發(fā)成為了當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)界的最大熱門，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。最為著名的分時(shí)操作系統(tǒng)是由AT&T的貝爾實(shí)驗(yàn)室、麻省理工學(xué)院（MIT）及數(shù)字設(shè)備公司（DEC）三家合作開發(fā)的Multics分時(shí)操作系統(tǒng)和貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的Unix分時(shí)操作系統(tǒng)。Unix后來演變成了兩大系列：SystemⅤ（AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室）和BSD（加洲大學(xué)伯克利分校）。發(fā)明了分時(shí)操作系統(tǒng)來解決這兩個(gè)問題。此外，分時(shí)操作系統(tǒng)還需63

成功分時(shí)操作系統(tǒng)的典范無疑當(dāng)推UNIX，它是史上第一個(gè)用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言（C語言）編寫的操作系統(tǒng)，并成功運(yùn)行于PDP、VAX、CRAY等當(dāng)時(shí)的主流機(jī)器上，其發(fā)明者因此而獲得了圖靈獎(jiǎng)。UNIX的問世極大地推動(dòng)了操作系統(tǒng)的發(fā)展，奠定了操作系統(tǒng)理論和技術(shù)的架構(gòu)，是操作系統(tǒng)發(fā)展史上的一個(gè)偉大的里程碑，對(duì)操作系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生著巨大和深遠(yuǎn)的影響。發(fā)展到今天，UNIX仍久經(jīng)不衰，表現(xiàn)出它的強(qiáng)大生命力，它已從一個(gè)分時(shí)操作系統(tǒng)發(fā)展成為“通用”操作系統(tǒng)，成為了跨越從微型機(jī)到巨型機(jī)范圍的唯一操作系統(tǒng)，被譽(yù)為是操作系統(tǒng)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。（貴族）成功分時(shí)操作系統(tǒng)的典范無疑當(dāng)推UNIX，它是史上第一個(gè)64

圖靈獎(jiǎng)（1983）獲得者肯?湯普遜UNIX發(fā)明者丹尼斯?里奇C語言發(fā)明者

圖1-7UNIX與C語言的發(fā)明者圖靈獎(jiǎng)（1983）獲得者肯?湯普遜丹尼斯?里奇圖1-765第三代之二：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是專門為計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱實(shí)時(shí)系統(tǒng)）而開發(fā)的。實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求計(jì)算機(jī)對(duì)某些實(shí)時(shí)過程進(jìn)行監(jiān)視，并在需要的時(shí)刻及時(shí)采取動(dòng)作。實(shí)時(shí)系統(tǒng)具備一個(gè)特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)對(duì)相關(guān)實(shí)時(shí)過程必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)作出響應(yīng)，不然就有可能發(fā)生事故或?yàn)?zāi)難。例如，在工業(yè)裝配線上，當(dāng)一個(gè)部件從流水線上的一個(gè)工作站流到下一個(gè)工作站時(shí)，這個(gè)工作站上的操作必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，否則就有可能造成流水線癱瘓。又例如，在導(dǎo)彈防衛(wèi)系統(tǒng)中，對(duì)來襲導(dǎo)彈的軌跡計(jì)算必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，否則就有可能被來襲導(dǎo)彈擊中而無法作出反應(yīng)。其他如航空飛行控制系統(tǒng)、核反應(yīng)堆狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)、化學(xué)反應(yīng)堆監(jiān)視系統(tǒng)等。第三代之二：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是專門為計(jì)算機(jī)實(shí)66這里必須清楚一個(gè)概念：實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不一定是響應(yīng)很快的系統(tǒng)，而是其響應(yīng)具有時(shí)序可預(yù)測(cè)性的系統(tǒng)。當(dāng)然了，在實(shí)際中實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常是響應(yīng)很快的系統(tǒng)，但這是實(shí)時(shí)系統(tǒng)的一個(gè)結(jié)果，而不是其定義。顯然，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的最重要部分就是作業(yè)調(diào)度或進(jìn)程調(diào)度，只有精確、合理和及時(shí)的進(jìn)程調(diào)度才能保證響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)然，對(duì)資源的管理也非常重要，沒有精密復(fù)雜的資源管理，確保進(jìn)程按時(shí)完成就成為一句空話。另外，基于其使用環(huán)境，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)可靠性和可用性的要求也非常高。如果在這些方面出了問題，時(shí)序可預(yù)測(cè)性將無法達(dá)到。這里必須清楚一個(gè)概念：實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不一定是響應(yīng)很快的系統(tǒng)67第四代：現(xiàn)代操作系統(tǒng)（1980年至今）自20世紀(jì)80年代起，計(jì)算機(jī)工業(yè)獲得了井噴式的發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)不斷出現(xiàn)和發(fā)展，計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)領(lǐng)域均進(jìn)入到了一個(gè)百花齊放、百家爭(zhēng)鳴的時(shí)代，尤其是工作站和PC機(jī)的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)大為普及。這個(gè)時(shí)代的操作系統(tǒng)代表有：DOS、Windows、Linux、UNIX和各種主機(jī)操作系統(tǒng)，如VM、MVS等。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)硬件越來越便宜，個(gè)人電腦（PC）出現(xiàn)在人們的視野中。人們可以擁有自己的電腦，無需與他人分享。由于PC機(jī)由用戶一個(gè)人獨(dú)享，分時(shí)操作系統(tǒng)的許多功能就無需存在，因此，PC機(jī)操作系統(tǒng)又變回到了標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫系統(tǒng)。初期的PC操作系統(tǒng)是單用戶單任務(wù)的，這類OS最有名的是DOS、第四代：現(xiàn)代操作系統(tǒng)（1980年至今）自20世紀(jì)80年68Windows3x、MacOS（蘋果機(jī)操作系統(tǒng)）等。

但在獨(dú)享了一陣PC機(jī)后，人們發(fā)現(xiàn)，沒有分時(shí)功能的操作系統(tǒng)使一些事情做不了，因?yàn)殡m然只有一個(gè)人在用計(jì)算機(jī)，但他可能想同時(shí)運(yùn)行幾個(gè)程序，而沒有分時(shí)功能這是不可能的。于是，人們覺得需要對(duì)PC機(jī)操作系統(tǒng)進(jìn)行改善，將各種有關(guān)的分時(shí)功能又加了進(jìn)去，形成了單用戶多任務(wù)的PC操作系統(tǒng)，如windows2000/xp、Xenix、Ulttrix、MacOSX。推動(dòng)PC電腦的迅猛發(fā)展的一個(gè)重要因素是操作系統(tǒng)圖形用戶界面（GUI）的出現(xiàn)。傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的用戶操作界面都是字符／文本用戶界面。蘋果公司率先開發(fā)出了實(shí)用的GUI，并應(yīng)用在它的MacOS操作系統(tǒng)上。微軟大量Windows3x、MacOS（蘋果機(jī)操作系統(tǒng)）等。69抄襲了MacOS的GUI技術(shù)而形成了最為流行的GUI——Windows。圖形用戶界面的出現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響?，F(xiàn)在一般認(rèn)為GUI的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)是由蘋果公司打下的基礎(chǔ)。但正確地說，GUI技術(shù)實(shí)際上是由施樂帕羅奧托研究中心創(chuàng)始的。這個(gè)時(shí)代的另外一個(gè)重要特征是網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和興起。網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)的出現(xiàn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有（普通）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)之分，分布式系統(tǒng)是種特殊的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的，分布式操作系統(tǒng)則是為分布式系統(tǒng)開發(fā)的。分布式系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別不在于它們的物理結(jié)構(gòu)上，而是在操作系統(tǒng)。抄襲了MacOS的GUI技術(shù)而形成了最為流行的GUI——70分布式系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的差別：■計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一般采用客戶/服務(wù)器(Client/Server)模式；而分布式系統(tǒng)采用的是對(duì)等（Peer-to-Peer）模式，即網(wǎng)中的站點(diǎn)機(jī)沒有主次之分，每一個(gè)站點(diǎn)既可作為客戶機(jī)，又可作為服務(wù)器。■在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，兩臺(tái)客戶機(jī)之間的通信是通過服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)的；分布式系統(tǒng)中的任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間可以直接通信?！鰧?duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，有服務(wù)器操作系統(tǒng)和客戶端操作系統(tǒng)之分，他們之間的功能差異很大；分布式系統(tǒng)使用的是統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，即網(wǎng)中所有計(jì)算機(jī)運(yùn)行的是同一個(gè)操作系統(tǒng)。

分布式系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的差別：71

■分布式系統(tǒng)中的資源為全網(wǎng)共享，每個(gè)站點(diǎn)上的資源都可為其他站點(diǎn)所共享，并且這種共享對(duì)用戶是透明的；而在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，只能客戶機(jī)共享服務(wù)器上的資源，且對(duì)用戶是不透明的?！龇植际讲僮飨到y(tǒng)可將一個(gè)大型或復(fù)雜的任務(wù)分解成若干子任務(wù)，并將它們分布在若干個(gè)站點(diǎn)機(jī)上同時(shí)執(zhí)行。換言之，分布式操作系統(tǒng)能使多個(gè)站點(diǎn)協(xié)同完成同一個(gè)任務(wù)，而且這對(duì)用戶是透明的。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器操作系統(tǒng)最初是Unix獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。后來形成了Unix與Windows分庭抗禮的局面，但在高端應(yīng)用領(lǐng)域Unix的地位不可動(dòng)搖，Windows則主要占據(jù)著低端領(lǐng)域。進(jìn)入90年代后，一種類Unix的操作系統(tǒng)Linux異軍■分布式系統(tǒng)中的資源為全網(wǎng)共享，每個(gè)站點(diǎn)上的資源都可為72突起，掀起了一股Linux“自由”風(fēng)暴，在短時(shí)期內(nèi)就與Unix和Windows形成了三足鼎立的局面。Linux不僅在低端領(lǐng)域廣受歡迎，而且成功地立足于高端領(lǐng)域。據(jù)2012年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，Linux在高端領(lǐng)域的裝機(jī)數(shù)量已經(jīng)超越了Unix。分布式操作系統(tǒng)比網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)更為復(fù)雜，是操作系統(tǒng)研發(fā)的難點(diǎn)，目前還無商業(yè)性的分布式操作系統(tǒng)面市?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)的另一個(gè)重要分支是為計(jì)算機(jī)嵌入式（embeded）系統(tǒng)開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)嵌入式應(yīng)用就是把微型機(jī)嵌入到一個(gè)對(duì)象體系（如數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、交通燈、航空電子設(shè)備和工廠控制設(shè)備等）中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該對(duì)象的智能化控制。顯突起，掀起了一股Linux“自由”風(fēng)暴，在短時(shí)期內(nèi)就與Un73而易見，嵌入式系統(tǒng)在一定程度上改變了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的形態(tài)與功能。嵌入式操作系統(tǒng)（EOS）的主要特點(diǎn)：■微型化。由于嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的局限性（內(nèi)存小、不配置外存、微處理器字長(zhǎng)短且運(yùn)算速度有限等），在保證應(yīng)用功能的前提下，微型化是設(shè)計(jì)EOS主要出發(fā)點(diǎn)。■可定制（可剪裁）。EOS運(yùn)行的平臺(tái)多種多樣，其宿主對(duì)象更是五花八門，因而表現(xiàn)出專業(yè)化的特點(diǎn)。從而要求EOS的各個(gè)功能模塊都作為可選件，以供用戶根據(jù)實(shí)際需要選擇?！鰧?shí)時(shí)性。EOS廣泛應(yīng)用于過程控制、數(shù)據(jù)采集、傳輸通信多媒體信息處理及關(guān)鍵要害領(lǐng)域等要求迅速響應(yīng)的而易見，嵌入式系統(tǒng)在一定程度上改變了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的形態(tài)與74場(chǎng)合，實(shí)時(shí)響應(yīng)要求嚴(yán)格，故實(shí)時(shí)性是其主要特點(diǎn)之一?！隹煽啃?。系統(tǒng)構(gòu)件、模塊和體系結(jié)構(gòu)必須達(dá)到應(yīng)有的可靠性，對(duì)關(guān)鍵要害應(yīng)用（如軍事、航空航天、交通）還要提供容錯(cuò)和防故障措施，進(jìn)一步改進(jìn)可靠性?！鲆滓浦残浴榱诉m應(yīng)多種多樣的硬件平臺(tái)，EOS應(yīng)該可以在不做大量修改的情況下穩(wěn)定地運(yùn)行在不同平臺(tái)上。

場(chǎng)合，實(shí)時(shí)響應(yīng)要求嚴(yán)格，故實(shí)時(shí)性是其主要特點(diǎn)之一。752.2操作系統(tǒng)的分類

操作系統(tǒng)種類繁多，很難用單一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一分類。從不同的角度有各種分類法，例如：根據(jù)所支持的用戶數(shù)目，可分為單用戶操作系統(tǒng)（如MSDOS、OS/2．Windows）、多用戶操作系統(tǒng)（如UNIX、Linux、MVS）；根據(jù)源碼開放程度，可分為開源操作系統(tǒng)（如Linux、FreeBSD）和閉源操作系統(tǒng)（如MacOSX、Windows）；根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)，可分為單機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（Netware、WindowsNT、OS/2warp）、多媒體操作系統(tǒng)（Amiga）、和分布式操作系統(tǒng)等；根據(jù)操作系統(tǒng)的使用環(huán)境和對(duì)作業(yè)處理方式來考慮，2.2操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)種類繁多，很難用單一76可分為批處理操作系統(tǒng)（如MVX、DOS/VSE）、分時(shí)操作系統(tǒng)（如Linux、UNIX、XENIX、MacOSX）、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（如iEMX、VRTX、RTWINDOWS等）；根據(jù)存儲(chǔ)器尋址的寬度可以將操作系統(tǒng)分為8位、16位、32位、64位、128位的操作系統(tǒng)。早期的操作系統(tǒng)一般只支持8位和16位存儲(chǔ)器尋址寬度，現(xiàn)代的操作系統(tǒng)如Linux和Windows7都支持32位和64位。

根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域劃分則是當(dāng)前最為流行的操作系統(tǒng)分類法，即操作系統(tǒng)可分為四種：桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、主機(jī)操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)。可分為批處理操作系統(tǒng)（如MVX、DOS/VSE）、分時(shí)操作77■桌面操作系統(tǒng)桌面操作系統(tǒng)主要用于個(gè)人計(jì)算機(jī)上。主要分為兩大類：Windows操作系統(tǒng)和類Unix操作系統(tǒng)。Windows操作系統(tǒng)系列包括有：WindowsXP、WindowsVista、Windows7、Windows8等。類Unix操作系統(tǒng)的代表有：MacOSX（基于BSD）和各種Linux版本（如RedHat、Debian、Ubuntu、CentOS、openSUSE等）；■服務(wù)器操作系統(tǒng)

服務(wù)器操作系統(tǒng)是為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器計(jì)算機(jī)配置的操作系統(tǒng)，比如Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。當(dāng)前，服務(wù)器操作系統(tǒng)主要分為三大系列：■桌面操作系統(tǒng)78(1)Unix系列：SUNSolaris、IBM-AIX、HP-UX、FreeBSD等；(2)Linux系列：RedHatEnterpriseLinux、CentOS、Debian、Ubuntu等；(3)Windows系列：WindowsServer2003、WindowsServer2008、WindowsServer2008R2等。在高端應(yīng)用領(lǐng)域，UNIX和Linux占據(jù)著統(tǒng)治地位?！鲋鳈C(jī)操作系統(tǒng)這里的主機(jī)是指功能和性能超強(qiáng)的大型機(jī)和巨型機(jī)，主要用于高端／超高端應(yīng)用領(lǐng)域（如大型金融證卷交易所、衛(wèi)星地面控制站等）。(1)Unix系列：SUNSolaris、IBM-79主機(jī)操作系統(tǒng)結(jié)合了批處理和分時(shí)功能，功能全面，性能超強(qiáng)。目前，主機(jī)操作系統(tǒng)主要有VMS、VS、MVS、OS/390及Unix等。主機(jī)操作系統(tǒng)的開發(fā)商主要是IBM，IBM在主機(jī)操作系統(tǒng)領(lǐng)域可以說是一家獨(dú)大。■嵌入式操作系統(tǒng)

這是一個(gè)十分龐雜、品種繁多、競(jìng)爭(zhēng)激烈，但又是特具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。目前，EOS可分為通用型EOS和專用EOS。通用型EOS可用于多種應(yīng)用環(huán)境，例如，常見的WindowsCE、VxWorks、μCLinux等。專用型EOS則用于一些特定領(lǐng)域，例如，應(yīng)用于手持?jǐn)?shù)字設(shè)備（PDA）的PlamOS，應(yīng)用于智能手機(jī)的iPhoneOS（基于MacOSX）、Android（基于Linux）、BlackBerryOS等。主機(jī)操作系統(tǒng)結(jié)合了批處理和分時(shí)功能，功能全面，性能超強(qiáng)802009年的全球互聯(lián)網(wǎng)用戶操作系統(tǒng)評(píng)價(jià)（部分）

操作系統(tǒng)反對(duì)票數(shù)贊成票數(shù)贊成率Linux21300037900064%FreeBSD673909093.1%UNIX148002720064.7%VMS1034884099.7%Windows4330007150014.1%MacOSX352002990045.9%2009年的全球互聯(lián)網(wǎng)用戶操作系統(tǒng)評(píng)價(jià)（部分）操作系統(tǒng)反對(duì)812.3操作系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)的不斷普及，操作系統(tǒng)的功能會(huì)變得越來越復(fù)雜。在這種趨勢(shì)下，操作系統(tǒng)的發(fā)展面臨兩個(gè)方向的選擇：一是向微內(nèi)核方向發(fā)展，二是向大而全的全方位方向發(fā)展。微內(nèi)核操作系統(tǒng)雖然有不少人在研究，但在工業(yè)界獲得認(rèn)可的并不多。這方面的代表有MACH系統(tǒng)（卡內(nèi)基．梅隆大學(xué)）。對(duì)工業(yè)界來說，操作系統(tǒng)是向著多功能、全方位方向發(fā)展。WindowsXP現(xiàn)在有4000萬行代碼，而某些Linux發(fā)行版已達(dá)2億行代碼。鑒于大而全的操作系統(tǒng)管理起來比較復(fù)雜，現(xiàn)代操作系統(tǒng)采取的都是模塊化的內(nèi)核結(jié)構(gòu)方式，即一個(gè)小的內(nèi)核加上模塊化的外圍管理功能。2.3操作系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢(shì)隨著計(jì)算機(jī)的不斷普及，82隨著人們對(duì)信息安全重視程度的不斷提升，如何構(gòu)建可靠、可用和安全的操作系統(tǒng)將成為一個(gè)十分重要的課題。而對(duì)可靠、可用和安全的追求無疑將使操作系統(tǒng)更為復(fù)雜，操作系統(tǒng)的規(guī)模也將不斷增大。從初期UNIX的1400行代碼到Linux的上億行代碼，這完全是一種爆炸性增長(zhǎng)。而爆炸性增長(zhǎng)的后果就是，沒有什么人能夠完全理解一個(gè)完整的操作系統(tǒng)，而這種狀況又將限制操作系統(tǒng)的可靠、可用和安全性。當(dāng)然了，人們可以采用各種軟件工程的方法和手段來改善這種狀況，但無論如何，持續(xù)的爆炸性增長(zhǎng)恐怕是難以為繼的。讓我們拭目以待吧。隨著人們對(duì)信息安全重視程度的不斷提升，如何構(gòu)建可靠、可83§3操作系統(tǒng)的基本概念◆存儲(chǔ)器架構(gòu)與內(nèi)存結(jié)構(gòu)◆中斷◆核心態(tài)與用戶態(tài)◆并發(fā)◆操作系統(tǒng)的架構(gòu)◆操作系統(tǒng)的服務(wù)界面§3操作系統(tǒng)的基本概念◆存儲(chǔ)器架構(gòu)與內(nèi)存結(jié)構(gòu)843.1

存儲(chǔ)器架構(gòu)與內(nèi)存結(jié)構(gòu)

1.存儲(chǔ)器架構(gòu)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)一般由三個(gè)層次構(gòu)成，從大到?。ㄈ萘浚瑥穆娇欤ù嫒∷俣龋┓謩e為：輔存、主存和高速緩存（cache）。Cache主存輔存最小，最快，最貴

最大，最慢，最廉

圖1-8計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器架構(gòu)3.1存儲(chǔ)器架構(gòu)與內(nèi)存結(jié)構(gòu)1.存儲(chǔ)器架構(gòu)Cache85■輔存（外存）用來永久存放大量信息的存儲(chǔ)器，但CPU不能直接尋址。存儲(chǔ)介質(zhì)：磁盤、光盤、磁帶存儲(chǔ)容量：GB~TB級(jí)海量存取速度：ms級(jí)■主存是直接與計(jì)算機(jī)總線連接的存儲(chǔ)器，存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，是CPU可直接尋址的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)介質(zhì)：DRAM和ROM存儲(chǔ)容量：MB~GB存取速度：ηs級(jí)（當(dāng)前DRAM速度已可達(dá)到<100ηs)■輔存（外存）86■Cache（高速緩存）Cache是CPU與主存之間的緩沖存儲(chǔ)器，CPU可直接尋址，它存放當(dāng)前被頻繁訪問的代碼和數(shù)據(jù)，用于緩解CPU與主存的速度不匹配矛盾，提高CPU執(zhí)行程序的速度。存儲(chǔ)介質(zhì)：SRAM存儲(chǔ)容量：MB存取速度：ηs（與CPU速度基本匹配）主存和cache合稱為內(nèi)存，即內(nèi)存是CPU可直接尋址的工作存儲(chǔ)器。任何需要運(yùn)行的程序必須被加載到內(nèi)存。■Cache（高速緩存）872.操作系統(tǒng)在內(nèi)存中的位置內(nèi)存被劃分成兩大區(qū)域：系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)。操作系統(tǒng)和檢測(cè)診斷程序駐留系統(tǒng)區(qū)。計(jì)算機(jī)加電后，操作系統(tǒng)便被加載并駐留在系統(tǒng)區(qū)。系統(tǒng)區(qū)包括DRAM的一部分（通常為低地址部分）和全部ROM。ROM中存放必須受保護(hù)的操作系統(tǒng)代碼，如內(nèi)核原語、基本驅(qū)動(dòng)程序等。用戶區(qū)占據(jù)DRAM中的大部分，存放運(yùn)行中的所有的非操作系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)。操作系統(tǒng)（inDRAM）用戶區(qū)（inDRAM）圖1-9計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間

0n-1操作系統(tǒng)（inROM）Cache2.操作系統(tǒng)在內(nèi)存中的位置內(nèi)存被劃分成兩大區(qū)域：系883.2中斷

中斷是計(jì)算機(jī)中一個(gè)最為重要的程序驅(qū)動(dòng)機(jī)制，它是操作系統(tǒng)獲得計(jì)算機(jī)控制權(quán)的根本保證，沒有中斷，很難想象操作系統(tǒng)如何完成人們所賦予的任務(wù)。中斷的基本原理是：設(shè)備在完成自己的任務(wù)后向CPU發(fā)出中斷信號(hào)，CPU判斷優(yōu)先級(jí)，然后確定是否響應(yīng)。如果響應(yīng)，則中止現(xiàn)行程序，保留現(xiàn)行程序的現(xiàn)場(chǎng)，啟動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)事件的中斷服務(wù)程序；在中斷服務(wù)程序執(zhí)行完后，恢復(fù)被中斷程序的現(xiàn)場(chǎng)，啟動(dòng)其繼續(xù)執(zhí)行。中斷是很復(fù)雜的過程，中斷處理過程中又可以發(fā)生中斷，且還可以有所謂的軟中斷，即軟件發(fā)出的中斷。透徹理解中斷對(duì)理解操作系統(tǒng)的運(yùn)行具有重要意義。因此希望大家復(fù)習(xí)在計(jì)算機(jī)組成原理課程中所學(xué)的中斷內(nèi)容。3.2中斷中斷是計(jì)算機(jī)中一個(gè)最為重要的程序驅(qū)動(dòng)機(jī)制，893.3核心態(tài)與用戶態(tài)就像世界上的人并不平等一樣，并不是所有的程序都是平等的。世界上有的人占有資源多，有的人占有資源少，有的人來了，別人得讓出資源，有的人則專門為別人讓出資源。程序也是這樣，有的程序可以訪問計(jì)算機(jī)的任何資源，有的程序則只能訪問有限的少量資源。操作系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)的管理者，自然不能和被管理者享受完全一樣的待遇，為保證管理的有效性，操作系統(tǒng)應(yīng)該享有特權(quán)。為此，人們發(fā)明了核心態(tài)和用戶態(tài)的概念。那么什么是核心態(tài)？什么是用戶態(tài)呢？只要想一想現(xiàn)實(shí)生活中，處于社會(huì)核心的人與處于社會(huì)邊緣的人有什么區(qū)別就能明白處于核心的人擁有的資源多或特權(quán)多！因此，核心態(tài)也稱特權(quán)態(tài)（早期也稱管態(tài)），就是具有特權(quán)3.3核心態(tài)與用戶態(tài)就像世界上的人并不平等一樣，并不90

的狀態(tài)。而用戶態(tài)就是非特權(quán)態(tài)（早期也稱目態(tài)）。如果一個(gè)程序運(yùn)行在特權(quán)態(tài)，則該程序可以訪問計(jì)算機(jī)的任何資源，即它的資源訪問權(quán)限不受限制。而如果一個(gè)程序運(yùn)行在用戶態(tài)，則其資源需求將受到各種限制。例如，如果要訪問操作系統(tǒng)的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如進(jìn)程控制塊），則必須在特權(quán)態(tài)下才能做到。如果要訪問用戶程序里的數(shù)據(jù)，則在用戶態(tài)下就可以了。由于核心態(tài)的程序可以訪問計(jì)算機(jī)的所有資源，這種程序的可靠性和安全性就顯得十分重要。試想如果一個(gè)不可靠的程序在核心態(tài)下修改了操作系統(tǒng)的各種內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，結(jié)果會(huì)怎樣呢？——整個(gè)系統(tǒng)有可能崩潰。而運(yùn)行于用戶態(tài)的程序就比較簡(jiǎn)單了，如果其可靠性和安全性出了的狀態(tài)。而用戶態(tài)就是非特權(quán)態(tài)（早期也稱目態(tài)）。如果一個(gè)程序91

問題，其造成的損失只不過是讓用戶程序崩潰，而操作系統(tǒng)將繼續(xù)工作。

很顯然，核心態(tài)和用戶態(tài)各有優(yōu)勢(shì)：核心態(tài)程序可以訪問的資源多，但可靠性、安全性要求高，維護(hù)和管理都比較復(fù)雜；用戶態(tài)程序訪問的資源受限，但可靠性、安全性要求低，自然編寫和維護(hù)起來都比較簡(jiǎn)單。那么，什么程序可以是核心態(tài)程序呢？只有兩類程序：操作系統(tǒng)和診斷檢測(cè)程序。操作系統(tǒng)作為整個(gè)計(jì)算機(jī)的管理者，要管理所有的系統(tǒng)資源（可供所有用戶和應(yīng)用程序使用的資源），它應(yīng)該享有這個(gè)特權(quán)。但是不是所有的操作系統(tǒng)程序都是核心態(tài)程序呢？這個(gè)問題在后續(xù)的“操作系統(tǒng)架構(gòu)”一節(jié)中論述。

問題，其造成的損失只不過是讓用戶程序崩潰，而操作系統(tǒng)將繼續(xù)92診斷檢測(cè)程序?yàn)楹诵膽B(tài)，是因?yàn)樗枰L問計(jì)算機(jī)的所有硬件資源，否則怎么判斷計(jì)算機(jī)是否正常呢？除了操作系統(tǒng)和診斷檢測(cè)程序外，所有的程序都是用戶態(tài)程序。可見，任何應(yīng)用程序都不能直接使用系統(tǒng)資源，要使用某種系統(tǒng)資源，必須通過操作系統(tǒng)提供的相應(yīng)服務(wù)。那么計(jì)算機(jī)是如何知道當(dāng)前正在運(yùn)行的程序是核心態(tài)程序呢？顯然作出這種判斷需要某種標(biāo)志，這個(gè)標(biāo)志就是程序狀態(tài)字（PSW）里面的一個(gè)字位——CPU狀態(tài)。在CPU里面設(shè)置有一個(gè)“程序狀態(tài)字寄存器”，它存放現(xiàn)行程序的PSW。我們通過設(shè)置程序狀態(tài)字，可以將CPU設(shè)置為核心態(tài)或用戶態(tài)，或者其他的子態(tài)（有的CPU有更多種診斷檢測(cè)程序?yàn)楹诵膽B(tài)，是因?yàn)樗枰L問計(jì)算機(jī)的所有硬件93

子態(tài)）。一個(gè)程序運(yùn)行時(shí)，CPU是什么態(tài)，這個(gè)程序就運(yùn)行在什么態(tài)。可見，所謂的核心態(tài)和用戶態(tài)實(shí)際上是CPU的一種狀態(tài)，而不是程序的狀態(tài)。

如前所述，核心態(tài)程序可以訪問任何資源，而用戶態(tài)程序的訪問則受到限制。那么這種限制是如何實(shí)現(xiàn)的呢？方案一：把機(jī)器指令系統(tǒng)中的所有指令劃分成兩類：特權(quán)指令和普通指令（非特權(quán)指令）。特權(quán)指令多為跟硬資源直接有關(guān)的指令，以及涉及系統(tǒng)安全性的指令；普通指令則是除特權(quán)指令外的所有指令。在核心態(tài)下，CPU可執(zhí)行指令系統(tǒng)的全集，包括特權(quán)指令，也就是說，只有處于核心態(tài)時(shí)CPU才能執(zhí)行特權(quán)指令。而在用戶態(tài)下，CPU只能執(zhí)行普通指令。CPU在執(zhí)行程序時(shí)，每當(dāng)執(zhí)行到一條子態(tài)）。一個(gè)程序運(yùn)行時(shí)，CPU是什么態(tài)，這個(gè)程序就運(yùn)行在什94特權(quán)指令時(shí)都自動(dòng)檢測(cè)PSW寄存器中的CPU狀態(tài)位，如果是核心態(tài)，則執(zhí)行；否則拒絕執(zhí)行。從而確保特權(quán)指令執(zhí)行的合法性。方案二：操作系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)中所有的系統(tǒng)資源都分別抽象成某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理所有的系統(tǒng)資源。使用某個(gè)資源就是訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都被存放在受存儲(chǔ)保護(hù)的操作系統(tǒng)內(nèi)核區(qū)內(nèi)。只有核心態(tài)程序可以訪問內(nèi)核區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而用戶態(tài)程序則被拒絕訪問。這種限制是通過地址檢查來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)一個(gè)用戶態(tài)程序要訪問內(nèi)核區(qū)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，地址檢查機(jī)構(gòu)將判斷是非法的地址越界而拒絕執(zhí)行。而核心態(tài)程序可以訪問內(nèi)存中的任何地址。特權(quán)指令時(shí)都自動(dòng)檢測(cè)PSW寄存器中的CPU狀態(tài)位，如果是953.4并發(fā)并發(fā)是操作系統(tǒng)關(guān)鍵的基本概念之一，來源于多道程序設(shè)計(jì)思想。所謂并發(fā)，是指在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)有多個(gè)程序在運(yùn)行，他們都處在各自的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間。宏觀上，他們的代碼都在CPU上執(zhí)行，但微觀上，這些程序是輪換交替地在CPU上執(zhí)行。并發(fā)性使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率（CPU的吞吐率）得到大大的提高，但操作系統(tǒng)的一切復(fù)雜性也主要來自并發(fā)性。

并發(fā)（concurrency）與并行（parallel）的異同：■共性：多個(gè)事件的同時(shí)進(jìn)行?！霾町悾翰⑿惺俏⒂^上或物理上的同時(shí)性概念，即多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；并發(fā)是宏觀上或邏輯上的同時(shí)性3.4并發(fā)并發(fā)是操作系統(tǒng)關(guān)鍵的基本概念之一，來源于96概念，即多個(gè)事件在同一時(shí)段發(fā)生。并行的事件一定是并發(fā)的，反之，并發(fā)的事件不一定是并行的。并行性是并發(fā)性的特例，并發(fā)性是并行性的擴(kuò)展。概念，即多個(gè)事件在同一時(shí)段發(fā)生。973.5操作系統(tǒng)的架構(gòu)操作系統(tǒng)可以說是軟件界中的巨無霸，它包含有許許多多的程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們組成了許多的模塊和構(gòu)件（組件）。操作系統(tǒng)的架構(gòu)（體系結(jié)構(gòu)）定義了模塊和構(gòu)件的組織方式和相互間的聯(lián)系方式。操作系統(tǒng)發(fā)展至今，主要有三種架構(gòu)模式：■單體模式■分層模式■內(nèi)核模式

3.5操作系統(tǒng)的架構(gòu)操作系統(tǒng)可以說是軟件界中的巨無霸981.單體模式按功能劃分成若干功能模塊，每個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立，又通過確定的接口互相聯(lián)系。任意一個(gè)模塊可以調(diào)用另一個(gè)模塊的服務(wù)，整個(gè)操作系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)巨大的單一體，且所有模塊都在核心態(tài)下運(yùn)行，為用戶和應(yīng)用程序提供服務(wù)。如圖1-10所示。這是早期操作系統(tǒng)或簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)，如OS/360、MS-DOS。這種架構(gòu)的缺點(diǎn)較多，如：功能模塊之間的關(guān)系復(fù)雜，修改任一模塊都將導(dǎo)致其他相關(guān)模塊也都需要修改，甚至牽一發(fā)而動(dòng)全身，從而導(dǎo)致操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)和維護(hù)的困難；模塊之間沒有層次關(guān)系的無序的網(wǎng)狀聯(lián)系容易造成循環(huán)調(diào)用，形成“死鎖”，從而導(dǎo)致操作系統(tǒng)的可靠性降低。1.單體模式按功能劃分成若干功能模塊，每個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)99操作系統(tǒng)服務(wù)界面硬件應(yīng)用程序應(yīng)用程序用戶態(tài)核心態(tài)圖1-10

單體式操作系統(tǒng)架構(gòu)…操作系統(tǒng)服務(wù)界面硬件應(yīng)用程序應(yīng)用程序用戶態(tài)核心態(tài)圖1-101002.分層模式為了克服單體架構(gòu)模式的毛病，使模塊之間的無序關(guān)系變?yōu)橛行蜿P(guān)系，人們?cè)O(shè)計(jì)出了分層架構(gòu)模式。最早提出并實(shí)現(xiàn)了分層架構(gòu)思想的是軟件大師Dijkstra，他開發(fā)成功了第一個(gè)采用分層架構(gòu)模式的操作系統(tǒng)——The系統(tǒng)。分層架構(gòu)的基本思想是：按操作系統(tǒng)的管理功能將操作系統(tǒng)劃分成幾個(gè)層次，每一層由若干模塊組成；下層模塊為緊鄰的上層模塊提供服務(wù)，上層模塊可以調(diào)用下層模塊，反之不行。如果某層中的模塊調(diào)用關(guān)系比較復(fù)雜，則可將該層進(jìn)一步劃分成若干子層，如進(jìn)程管理層可分為高級(jí)進(jìn)程管理和低級(jí)進(jìn)程管理。如圖1-11所示。分層架構(gòu)的一大優(yōu)點(diǎn)是大大降低了死鎖的可能性，系統(tǒng)也易于調(diào)試和維護(hù)。缺點(diǎn)是增加了模塊間的通信開銷，降低了效率。2.分層模式為了克服單體架構(gòu)模式的毛病，使模塊之間的101操作系統(tǒng)服務(wù)界面硬件文件系統(tǒng)內(nèi)存和I/O設(shè)備管理進(jìn)程管理與通信應(yīng)用程序用戶態(tài)核心態(tài)圖1-11

分層式操作系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)用程序…操作系統(tǒng)服務(wù)界面硬件文件系統(tǒng)內(nèi)存和I/O設(shè)備管理進(jìn)程管理與1023.內(nèi)核模式單體架構(gòu)和分層架構(gòu)的一個(gè)共同問題是：操作系統(tǒng)的所有功能模塊都在核心態(tài)下運(yùn)行。這帶來幾個(gè)問題：首先，操作系統(tǒng)提供的所有服務(wù)功能都需要進(jìn)入核心態(tài)才能使用，對(duì)于處于用戶態(tài)的應(yīng)用程序每一次請(qǐng)求操作系統(tǒng)的服務(wù)都需要進(jìn)行用戶態(tài)與核心態(tài)的切換，而這種切換是有時(shí)間成本的。這種頻繁的狀態(tài)切換，無疑降低了操作系統(tǒng)的效率。在操作系統(tǒng)還比較簡(jiǎn)單時(shí)這個(gè)問題并不突出，但隨著操作系統(tǒng)功能和復(fù)雜性的增加，這個(gè)問題就十分明顯了。其次，由于核心態(tài)程序可以訪問所有系統(tǒng)資源，因此其安全性和可靠性要求十分高。在操作系統(tǒng)很小時(shí)，將其設(shè)計(jì)得可靠和安全不是特別困難。再說，早期沒有出現(xiàn)那么多的安全問題，自然安全上的考慮就不用太多。但隨著3.內(nèi)核模式單體架構(gòu)和分層架構(gòu)的一個(gè)共同問題是：操作103著操作系統(tǒng)越來越大，攻擊者的水平越來越高，操作系統(tǒng)的可靠性和安全性就變得很難達(dá)到，只要想一想，1400行代碼的操作系統(tǒng)和4000萬行代碼的操作系統(tǒng)有什么區(qū)別就知道了。因此，人們又提出了一種新的OS架構(gòu)模式——內(nèi)核架構(gòu)，即只將OS中的關(guān)鍵功能模塊以及必須直接訪問系統(tǒng)資源的模塊設(shè)置為核心態(tài)，它們構(gòu)成了OS的內(nèi)核；而其他所有模塊則構(gòu)成了OS的外殼（shell）并都設(shè)置為用戶態(tài)。這樣就同時(shí)提高了效率和安全性。如圖1-12所示。就如同把一個(gè)什么都管的龐大、低效的“集權(quán)政府”通過削減部分特權(quán)精簡(jiǎn)成一個(gè)高效的服務(wù)性“小政府”。通常在內(nèi)核中對(duì)各模塊又進(jìn)一步分層，如Linux，見圖1-13。著操作系統(tǒng)越來越大，攻擊者的水平越來越高，操作系統(tǒng)的可靠性104操作系統(tǒng)內(nèi)核硬件內(nèi)存服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)程服務(wù)器文件服務(wù)器設(shè)備服務(wù)器應(yīng)用程序／用戶用戶態(tài)核心態(tài)圖1-12

內(nèi)核式操作系統(tǒng)架構(gòu)Shell操作系統(tǒng)服務(wù)界面系統(tǒng)調(diào)用操作命令系統(tǒng)調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核硬件內(nèi)存服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)程服務(wù)器文件服務(wù)器設(shè)105內(nèi)核空間硬件操作系統(tǒng)服務(wù)界面網(wǎng)絡(luò)管理進(jìn)程管理進(jìn)程通信I/O管理與驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序／用戶用戶態(tài)核心態(tài)圖1-13

Linux的內(nèi)核架構(gòu)shell內(nèi)存管理虛擬文件系統(tǒng)物理文件系統(tǒng)內(nèi)核空間硬