第1章-操作系統(tǒng)概述課件

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

OperatingSystem

陳莉2023/1/41第一章緒論計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

OperatingSystem

陳莉21.操作系統(tǒng)的定義

操作系統(tǒng)（operatingsystem，簡稱OS）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，以及方便用戶的程序的集合。2023/1/421.操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)（operatingsyst操作系統(tǒng)的地位計(jì)算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，它們構(gòu)成了一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 2023/1/43操作系統(tǒng)的地位2022/12/203操作系統(tǒng)的地位操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件上加載的第一層軟件，是對計(jì)算機(jī)硬件功能的首次擴(kuò)充。其他軟件只有在操作系統(tǒng)的支持下，才能對計(jì)算機(jī)硬件工作。2023/1/44操作系統(tǒng)的地位操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件上加載的第一層軟件，是對計(jì)1.操作系統(tǒng)的定義如果把操作系統(tǒng)看作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者，下列的（）不屬于操作系統(tǒng)所管理的資源。

A.程序B.內(nèi)存C.CPUD.中斷2023/1/451.操作系統(tǒng)的定義如果把操作系統(tǒng)看作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者，1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用操作系統(tǒng)為你完成所有

“硬件相關(guān)、應(yīng)用無關(guān)”的工作，以給你

①方便

②有效 ③可擴(kuò)充性④開放性O(shè)S的兩個(gè)最重要目標(biāo)2023/1/461.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用操作系統(tǒng)為你完成所有

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

OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間接口的含義是：OS處于用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間，用戶通過OS來使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?；蛘哒f，用戶在OS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，OS是一個(gè)系統(tǒng)軟件，因而這種接口是軟件接口。

OS作為接口的示意圖

2023/1/471.1.2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)資源的管理者在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常都含有各種各樣的硬件和軟件資源。歸納起來可將資源分為四類：處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備以及信息(數(shù)據(jù)和程序)。相應(yīng)地，OS的主要功能也正是針對這四類資源進(jìn)行有效的管理，即：處理機(jī)管理，用于分配和控制處理機(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)?？梢?，OS確是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者。2023/1/481.1.2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1.1.2操作系統(tǒng)的作用3.OS用作擴(kuò)充機(jī)器對于一臺完全無軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(即裸機(jī))，即使其功能再強(qiáng)，也必定是難于使用的。如果我們在裸機(jī)上覆蓋上一層I/O設(shè)備管理軟件。。。文件管理軟件。。。用戶的窗口軟件。。。每當(dāng)人們在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上覆蓋上一層軟件后，系統(tǒng)功能便增強(qiáng)一級，由于OS自身包含了若干層軟件，因此漢在裸機(jī)上覆蓋上OS后，便可獲得一臺功能顯著增強(qiáng)，使用極為方便的多層擴(kuò)充機(jī)器（多層虛機(jī)器）2023/1/491.1.2操作系統(tǒng)的作用3.OS用作擴(kuò)充機(jī)器2022/12.操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的產(chǎn)生

無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)單道批處理操作系統(tǒng)的形成

多道批處理分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)2023/1/4102.操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的產(chǎn)生2022/12/201無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)人工操作方式

電子管計(jì)算機(jī)（1946~1958），無操作系統(tǒng)，由手工控制作業(yè)的輸入輸出,通過控制臺開關(guān)啟動(dòng)程序運(yùn)行。CPU等待人工操作單用戶方式，用戶獨(dú)占CPU程序執(zhí)行過程得不到任何幫助2023/1/411無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)人工操作方式 2022/12/2脫機(jī)輸入輸出方式（Off-LineI/O）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。2023/1/412脫機(jī)輸入輸出方式（Off-LineI/O）這種脫機(jī)I/O方單道批處理階段操作系統(tǒng)的雛形，稱為監(jiān)控程序。 單道批處理系統(tǒng)的工作過程：用戶將作業(yè)交到機(jī)房，操作員將一批作業(yè)輸入到輔存（如磁帶）上，形成一個(gè)作業(yè)隊(duì)列。當(dāng)需要調(diào)入作業(yè)時(shí)，由監(jiān)控程序從這一批中選一道作業(yè)調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行。當(dāng)這一作業(yè)完成時(shí)，監(jiān)控程序調(diào)入另一道程序，直到這一批作業(yè)全部完成。

2023/1/413單道批處理階段操作系統(tǒng)的雛形，稱為監(jiān)控程序。2022/12/單道批處理階段的特點(diǎn)單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS，嚴(yán)格地說，它只能算作是OS的前身而并非是現(xiàn)在人們所理解的OS。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。該系統(tǒng)的主要特征如下：

(1)自動(dòng)性。

(2)順序性。

(3)單道性。2023/1/414單道批處理階段的特點(diǎn)單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS，嚴(yán)格多道批處理

多道批處理系統(tǒng)(MultiprogrammedBatchProcessingSystem)。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“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。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)：在內(nèi)存中放多道程序,使它們在管理程序的控制下相互穿插地運(yùn)行。2023/1/415多道批處理 2022/12/2015多道運(yùn)行的特點(diǎn)多道性：在內(nèi)存中可同時(shí)駐留多道程序，并允許它們并發(fā)執(zhí)行。無序性：多個(gè)作業(yè)完成的先后順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之間，并無嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。調(diào)度性：作業(yè)從提交給系統(tǒng)開始直至完成需要經(jīng)過兩次調(diào)度：（1）作業(yè)調(diào)度（2）進(jìn)程調(diào)度2023/1/416多道運(yùn)行的特點(diǎn)多道性：在內(nèi)存中可同時(shí)駐留多道程序，并允許它們單道和多道程序工作過程比較CPU和設(shè)備利用率2023/1/417單道和多道程序工作過程比較CPU和設(shè)備利用率2022/12/多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)資源利用率高。資源指CPU及設(shè)備。系統(tǒng)吞吐量大。系統(tǒng)吞吐量指系統(tǒng)在單位時(shí)間完成的總工作量。缺點(diǎn)：平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長無交互能力需要解決很多問題：（CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備、文件、作業(yè)）的管理問題2023/1/418多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)資源利用率高。資源指CPU及設(shè)備。20操作系統(tǒng)為此，應(yīng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中增加一組軟件，用以對上述問題進(jìn)行妥善、有效地處理。這組軟件應(yīng)包括：能控制和管理四大資源的軟件、合理地對各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度的軟件，以及方便用戶使用計(jì)算機(jī)的軟件。正是這樣一組軟件構(gòu)成了操作系統(tǒng)。2023/1/419操作系統(tǒng)為此，應(yīng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中增加一組軟件，用以對上述問題進(jìn)練習(xí)題設(shè)有兩道程序，按A，B的優(yōu)先次序運(yùn)行，其內(nèi)部計(jì)算和I/O操作時(shí)間如下：程序A：使用30msCPU后使用40msI/OA,最后使用20msCPU程序B：使用60msCPU后使用20msI/OB,最后使用30msCPU（1）試畫出按多道程序運(yùn)行的時(shí)間關(guān)系圖（2）完成兩道程序共花多少時(shí)間，它比單道運(yùn)行節(jié)省多少時(shí)間2023/1/420練習(xí)題設(shè)有兩道程序，按A，B的優(yōu)先次序運(yùn)行，其內(nèi)部計(jì)算和I/分時(shí)系統(tǒng) 推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的動(dòng)力是提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。 推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ怯脩舻男枰喝?機(jī)交互、共享主機(jī)、方便上機(jī)。 分時(shí)系統(tǒng)是指在一臺主機(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)用戶都可以通過自己的終端以交互的方式使用計(jì)算機(jī)。2023/1/421分時(shí)系統(tǒng) 推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的動(dòng)力是提高資源利用分時(shí)系統(tǒng)

由此可見為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，必須徹底改變原來的批處理系統(tǒng)的運(yùn)行方式（1）用戶作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存（2）不允許一個(gè)作業(yè)長期占有處理機(jī)為此規(guī)定每個(gè)作業(yè)只運(yùn)行一個(gè)很短的時(shí)間（時(shí)間片），然后暫停該作業(yè)的運(yùn)行，立即調(diào)度下一個(gè)程序運(yùn)行。2023/1/422分時(shí)系統(tǒng)由此可見為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念分時(shí)時(shí)間片響應(yīng)時(shí)間多用戶分時(shí)系統(tǒng)安全性分時(shí)系統(tǒng)的特征2023/1/423分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念分時(shí)2022/12/2023分時(shí)是指將具有運(yùn)行能力的資源的時(shí)間劃分成很小的片段，稱為時(shí)間片。這些時(shí)間片按照一定的規(guī)則被分配給需要它的程序，或者說是若干程序以時(shí)間片的方式共享資源的運(yùn)行時(shí)間。分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2023/1/424分時(shí)分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2022/12/2024時(shí)間片 時(shí)間片是程序一次運(yùn)行的最小時(shí)間單元。在劃分時(shí)間片的時(shí)候，要根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架來考慮：

通常說來，在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)，至少應(yīng)該能夠完成一次輸入/輸出中斷處理和現(xiàn)場的保護(hù)和恢復(fù)過程，以及一個(gè)程序原子過程（原子過程在運(yùn)行期間不可中斷）的一次執(zhí)行； 用戶要求的響應(yīng)時(shí)間越短，系統(tǒng)一次容納的用戶數(shù)目越多，時(shí)間片就必然越短。

分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2023/1/425時(shí)間片分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2022/12/2025響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間分為用戶響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是計(jì)算機(jī)對用戶的輸入作出的反應(yīng)時(shí)間。用戶響應(yīng)時(shí)間是指單個(gè)用戶所感受到的系統(tǒng)對他的響應(yīng)。影響響應(yīng)時(shí)間的因素：用戶數(shù)目，時(shí)間片大小，程序切換時(shí)內(nèi)、外存需對換的信息量。

分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2023/1/426響應(yīng)時(shí)間分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2022/12/2026多用戶

分時(shí)系統(tǒng)是多用戶同時(shí)使用的操作系統(tǒng)，用戶通過不同的終端同時(shí)連接到主機(jī)，主機(jī)分時(shí)地對用戶終端程序進(jìn)行反應(yīng)，要求產(chǎn)生的結(jié)果是：每一個(gè)用戶都感覺自己在獨(dú)立地在使用著計(jì)算機(jī)，用戶的行為并不會(huì)相互影響。

分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2023/1/427多用戶分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2022/12/2027分時(shí)系統(tǒng)安全性為了保證系統(tǒng)及各個(gè)用戶程序的安全，系統(tǒng)必須采取一定的安全措施，并且必須能夠區(qū)分不同的用戶，分別完成不同用戶的作業(yè)。最常見的安全方法是用戶登錄方式

當(dāng)用戶登錄系統(tǒng)時(shí)，須提供用戶名和用戶密碼。操作系統(tǒng)將從輸入端獲取的用戶名和用戶密碼與系統(tǒng)庫存的用戶信息進(jìn)行比較，只有在用戶輸入正確時(shí)才能夠正常登錄，否則用戶將被拒絕對系統(tǒng)的使用。登錄后操作系統(tǒng)將用戶按其所屬權(quán)限及類型引導(dǎo)至用戶可以操作的目錄下，以此來限定用戶的工作區(qū)域。分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2023/1/428分時(shí)系統(tǒng)安全性分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2022/12/2028分時(shí)系統(tǒng)的特征

多路性

獨(dú)立性

及時(shí)性交互性分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念系統(tǒng)同時(shí)支持多路終端的連接多用戶各自獨(dú)立地使用計(jì)算機(jī)每個(gè)終端都及時(shí)地得到系統(tǒng)的反應(yīng)。通過終端直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對話

。2023/1/429分時(shí)系統(tǒng)的特征分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念系統(tǒng)同時(shí)支持多路終端的連練習(xí)題在分時(shí)系統(tǒng)中，為使多個(gè)用戶能夠同時(shí)與系統(tǒng)交互，最關(guān)鍵的問題是_____________；當(dāng)用戶數(shù)目為100時(shí)，為保證響應(yīng)時(shí)間不超過2S，此時(shí)的時(shí)間片最大應(yīng)為（）。2023/1/430練習(xí)題2022/12/2030實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，比如在控制飛機(jī)飛行、導(dǎo)彈發(fā)射以及冶煉軋鋼等生產(chǎn)過程中采用了實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，在飛機(jī)訂票、銀行業(yè)務(wù)中采用了實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)，它們都打破了只把計(jì)算機(jī)用于科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理等方面的格局。實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(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)一致運(yùn)行。2023/1/431實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)2022/12/2031實(shí)時(shí)任務(wù)的類型一、按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來劃分(1)周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。(2)非周期性實(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，但都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間(Deadline)。它又可分為：

①開始截止時(shí)間——任務(wù)在某時(shí)間以前必須開始執(zhí)行；②完成截止時(shí)間——任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成。

2023/1/432實(shí)時(shí)任務(wù)的類型一、按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來劃分2022實(shí)時(shí)任務(wù)的類型一、根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃分(1)硬實(shí)時(shí)任務(wù)。(2)軟實(shí)時(shí)任務(wù)。

2023/1/433實(shí)時(shí)任務(wù)的類型一、根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃分2022/12/實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的比較多路性獨(dú)立性及時(shí)性交互性可靠性2023/1/434實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的比較多路性2022/12/2034操作系統(tǒng)的分類幾種操作系統(tǒng)的比較多道批處理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)CPU時(shí)間分配作業(yè)運(yùn)行時(shí)獨(dú)占時(shí)間段分時(shí)事件發(fā)生時(shí)立即分配內(nèi)存同時(shí)存放多批作業(yè)同時(shí)存放多道程序存放預(yù)置的事件處理程序響應(yīng)時(shí)間運(yùn)行期間不響應(yīng)及時(shí)響應(yīng)立即響應(yīng)特殊要求極大的資源利用率公平面向多用戶高可靠性面向用戶群委托用戶普通用戶定向用戶綜合其中任意兩個(gè)系統(tǒng)功能的操作系統(tǒng)稱為通用系統(tǒng)。又分為前臺作業(yè)和后臺作業(yè)。2023/1/435操作系統(tǒng)的分類幾種操作系統(tǒng)的比較多道批處理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶單任務(wù)單用戶多任務(wù)多用戶多任務(wù)2023/1/436微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶單任務(wù)2022/12/2036微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶單任務(wù)

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。CP/M

MS-DOS2023/1/437微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶單任務(wù)2022/12/2037微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶多任務(wù)

只允許一個(gè)用戶上機(jī),但允許用戶把程序分為若干個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行，從而有效地改善了系統(tǒng)的性能。目前在32位機(jī)上配置的操作系統(tǒng)基本上都是單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)Windows它是一個(gè)面向傻瓜用戶的系統(tǒng)；發(fā)展方向是開發(fā)更親切易用的界面，增加更多的用戶功能，對用戶的行為更寬容；其內(nèi)部的設(shè)計(jì)與其他操作系統(tǒng)并沒有什么兩樣；包含了用于個(gè)人機(jī)的多任務(wù)分時(shí)操作系統(tǒng)WindowsProfessional和用于網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)WindowsServer。2023/1/438微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶多任務(wù)2022/12/2038微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展多用戶多任務(wù)

允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用同一臺機(jī)器，共享主機(jī)系統(tǒng)中的各種資源，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)執(zhí)行，從而可進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。UNIXSolarisOSLinuxOS2023/1/439微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展多用戶多任務(wù)2022/12/2039操作系統(tǒng)的基本特征并發(fā)（Concurrence）共享（Sharing）虛擬（Virtual）異步性（Asynchronism）2023/1/440操作系統(tǒng)的基本特征并發(fā)（Concurrence）2022/1并發(fā)性

所謂并發(fā)是指在內(nèi)存中放多道作業(yè)，

在一個(gè)時(shí)間段上來看，每一道作業(yè)都能不同程度地向前推進(jìn)。但在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上只能有一道占用CPU。并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；

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。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。2023/1/441并發(fā)性所謂并發(fā)是指在內(nèi)存中放多道作業(yè)，并發(fā)性

進(jìn)程程序是靜態(tài)實(shí)體，在多道程序系統(tǒng)中，它們是不能獨(dú)立運(yùn)行的，更不能和其它程序并發(fā)執(zhí)行。為了使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行，在操作系統(tǒng)中引入了進(jìn)程。2023/1/442并發(fā)性進(jìn)程2022/12/2042并發(fā)性

線程將一個(gè)進(jìn)程分為若干個(gè)線程，它們可以利用進(jìn)程所擁有的資源，可以獨(dú)立運(yùn)行，可以并發(fā)執(zhí)行。它更高效地提高了系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)程序間并發(fā)執(zhí)行的程度。2023/1/443并發(fā)性線程2022/12/2043共享性系統(tǒng)中的資源可供多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。兩種共享方式：互斥共享方式（打印機(jī)）一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問（臨界資源）同時(shí)訪問方式（磁盤設(shè)備）允許在一段時(shí)間內(nèi)由多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”對它們進(jìn)行訪問。并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本特征2023/1/444共享性系統(tǒng)中的資源可供多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。2022/虛擬

一個(gè)物理實(shí)體映射為若干個(gè)對應(yīng)的邏輯實(shí)體－－分時(shí)。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CPU－－每個(gè)用戶（進(jìn)程）的"虛處理機(jī)"內(nèi)存－－虛擬存儲(chǔ)器I/O設(shè)備－－多臺邏輯上的I/O設(shè)備2023/1/445虛擬 一個(gè)物理實(shí)體映射為若干個(gè)對應(yīng)的邏輯實(shí)體－－分時(shí)。虛擬虛擬

時(shí)分復(fù)用分時(shí)使用某個(gè)設(shè)備提高其利用率。虛擬處理機(jī)技術(shù)

利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，為每道程序建立一個(gè)進(jìn)程，讓多道程序并發(fā)地執(zhí)行，以此來分時(shí)使用一臺處理機(jī)。虛擬設(shè)備技術(shù)將一臺物理I/O設(shè)備虛擬為多臺邏輯上的I/O設(shè)備，并允許每一個(gè)用戶占用一臺邏輯上的I/O設(shè)備。

2023/1/446虛擬 時(shí)分復(fù)用2022/12/2046虛擬

空分復(fù)用主要提高存儲(chǔ)空間的利用率。虛擬磁盤技術(shù)

將一臺硬盤虛擬為多臺虛擬磁盤。虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)提高內(nèi)存的利用率。

2023/1/447虛擬 空分復(fù)用2022/12/2047異步性

操作系統(tǒng)必須隨時(shí)對以不可預(yù)測的次序發(fā)生的事件進(jìn)行響應(yīng)

進(jìn)程的運(yùn)行速度不可預(yù)知：分時(shí)系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，“走走停停”，無法預(yù)知每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行推進(jìn)快慢進(jìn)程的異步性是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要特征

2023/1/448異步性 操作系統(tǒng)必須隨時(shí)對以不可預(yù)測的次序發(fā)生的事件進(jìn)行響操作系統(tǒng)的功能

處理機(jī)管理

存貯管理設(shè)備管理

文件管理用戶接口2023/1/449操作系統(tǒng)的功能處理機(jī)管理2022/12/20491.4.1處理機(jī)管理功能

處理機(jī)是最重要的資源，現(xiàn)代操作系統(tǒng)允許多個(gè)程序共享處理機(jī)，按照某種算法（分時(shí)、優(yōu)先級）交替地使用處理機(jī)。處理機(jī)管理的主要任務(wù)是對處理機(jī)進(jìn)行分配，并對其運(yùn)行有效的控制和管理。處理機(jī)的分配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為基本單位。因此對處理機(jī)的管理可歸結(jié)為對進(jìn)程的管理。包括進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信、進(jìn)程調(diào)度。2023/1/4501.4.1處理機(jī)管理功能 處理機(jī)是最重要的資源1.4.2存儲(chǔ)器管理功能存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)，是為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲(chǔ)器，提高存儲(chǔ)器的利用率，以及能從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存。存儲(chǔ)器管理要具備下列功能：內(nèi)存分配

：為每道程序分配內(nèi)存空間。

內(nèi)存保護(hù)：使多道程序間互不干擾地址映射：把程序中的邏輯地址映射為物理地址

存貯擴(kuò)充：用輔存擴(kuò)充主存，實(shí)現(xiàn)“虛擬存貯器”

2023/1/4511.4.2存儲(chǔ)器管理功能存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)，是為多道程序1.4.3設(shè)備管理功能設(shè)備管理用于管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有的外圍設(shè)備，而設(shè)備管理的主要任務(wù)是，完成用戶進(jìn)程提出的I/O請求；為用戶進(jìn)程分配其所需的I/O設(shè)備；提高CPU和I/O設(shè)備的利用率；提高I/O速度；方便用戶使用I/O設(shè)備。應(yīng)具有功能：緩沖管理：為設(shè)備提供緩沖區(qū)以緩和CPU同設(shè)備的I/O速度不匹配的矛盾。

設(shè)備分配

設(shè)備處理：為設(shè)備提供驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備2023/1/4521.4.3設(shè)備管理功能設(shè)備管理用于管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有的外1.4.4文件管理功能文件管理的主要任務(wù)是為每個(gè)文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系統(tǒng)的運(yùn)行速度。文件系統(tǒng)管理的功能：

文件存儲(chǔ)空間管理。目錄管理：為了用戶方便找到他所需的文件。

文件的讀寫管理和保護(hù)。2023/1/4531.4.4文件管理功能文件管理的主要任務(wù)用戶接口用戶接口

便于用戶直接或間接的控制自己的作業(yè)。聯(lián)機(jī)用戶接口：由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序組成脫機(jī)用戶接口：該接口是為批處理作業(yè)的用戶提供的，故也稱為批處理用戶接口。該接口由一組作業(yè)控制語言JCL組成。圖形接口：圖形用戶接口采用了圖形化的操作界面，用非常容易識別的各種圖標(biāo)(icon)來將系統(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。2023/1/454用戶接口用戶接口2022/12/2054用戶接口程序接口

該接口是為用戶程序在執(zhí)行中訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置的，是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務(wù)的惟一途徑。它由一組系統(tǒng)調(diào)用組成。2023/1/455用戶接口程序接口2022/12/2055練習(xí)操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理模塊并不負(fù)責(zé)（）。A.進(jìn)程的創(chuàng)建和刪除B.提供死鎖處理機(jī)制C.實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備的調(diào)度D.通過共享內(nèi)存實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信2023/1/456練習(xí)操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理模塊并不負(fù)責(zé)（）。2022/12/20操作系統(tǒng)是一個(gè)十分復(fù)雜的大型軟件。為了控制該軟件的復(fù)雜性，在開發(fā)OS時(shí)，先后引入了分解、模塊化、抽象和隱蔽等方法。開發(fā)方法的不斷發(fā)展，促進(jìn)了OS結(jié)構(gòu)的更新?lián)Q代。這里，我們把第一代至第三代的OS結(jié)構(gòu)，稱為傳統(tǒng)的OS結(jié)構(gòu)，而把微內(nèi)核的OS結(jié)構(gòu)稱為現(xiàn)代OS結(jié)構(gòu)。

1.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2023/1/4571.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2022/12/20571.無結(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)眾多的一組過程的集合，各過程之間可以相互調(diào)用，在操作系統(tǒng)內(nèi)部不存在任何結(jié)構(gòu)，因此，這種OS是無結(jié)構(gòu)的，也有人把它稱為整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2023/1/4581.無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)2022/12/2058

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)，是最早(20世紀(jì)60年代)出現(xiàn)的一種程序設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)是基于“分解”和“模塊化”原則來控制大型軟件的復(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。每個(gè)模塊具有某方面的管理功能，并規(guī)定好各模塊間的接口，使各模塊之間能通過該接口實(shí)現(xiàn)交互，然后再進(jìn)一步將各模塊細(xì)分為若干個(gè)具有一定管理功能的子模塊，同樣也要規(guī)定各子模塊之間的接口。若子模塊較大時(shí)，再進(jìn)一步將它細(xì)分。圖1-5示出了由模塊、子模塊等組成的模塊化OS結(jié)構(gòu)。2023/1/4592.模塊化OS結(jié)構(gòu)2022/12/20593.分層式OS結(jié)構(gòu)

1)分層的基本概念從物理機(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)過精心設(shè)計(jì)和幾乎是窮盡無遺的測試后，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。2023/1/4603.分層式OS結(jié)構(gòu)1)分層的基本概念20微內(nèi)核結(jié)構(gòu)：具有以微內(nèi)核為OS核心，以客戶/服務(wù)器為基礎(chǔ)，并采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法的特征1.微內(nèi)核的基本概念1)足夠小的內(nèi)核：精心設(shè)計(jì)的、能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代OS最基本的核心功能的部分。它與一般的OS(程序)不同，它更小更精煉，它不僅運(yùn)行在核心態(tài)，而且開機(jī)后常駐內(nèi)存，它不會(huì)因內(nèi)存緊張而被換出內(nèi)存。微內(nèi)核并非是一個(gè)完整的OS，而只是為構(gòu)建通用OS提供一個(gè)重要基礎(chǔ)。

2）基于客戶/服務(wù)器模式：OS的大部分功能和服務(wù)，都是由若干服務(wù)器來提供的，如文件服務(wù)器、作業(yè)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等1.5.4微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)2023/1/461微內(nèi)核結(jié)構(gòu)：具有以微內(nèi)核為OS核心，以客戶/服務(wù)器為基礎(chǔ)，并2微內(nèi)核的基本功能微內(nèi)核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理、進(jìn)程間通信、低級I/O功能。

(1)進(jìn)程管理。

(2)低級存儲(chǔ)器管理。

(3)中斷和陷入管理。下列模塊中，必須包含在操作系統(tǒng)內(nèi)核中的是（）模塊。A.內(nèi)存分配B.中斷處理C.文件處理D.命令處理1.5.4微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)2023/1/4621.5.4微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)2022/12/2062計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

OperatingSystem

陳莉2023/1/463第一章緒論計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

OperatingSystem

陳莉21.操作系統(tǒng)的定義

操作系統(tǒng)（operatingsystem，簡稱OS）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，以及方便用戶的程序的集合。2023/1/4641.操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)（operatingsyst操作系統(tǒng)的地位計(jì)算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，它們構(gòu)成了一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 2023/1/465操作系統(tǒng)的地位2022/12/203操作系統(tǒng)的地位操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件上加載的第一層軟件，是對計(jì)算機(jī)硬件功能的首次擴(kuò)充。其他軟件只有在操作系統(tǒng)的支持下，才能對計(jì)算機(jī)硬件工作。2023/1/466操作系統(tǒng)的地位操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬件上加載的第一層軟件，是對計(jì)1.操作系統(tǒng)的定義如果把操作系統(tǒng)看作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者，下列的（）不屬于操作系統(tǒng)所管理的資源。

A.程序B.內(nèi)存C.CPUD.中斷2023/1/4671.操作系統(tǒng)的定義如果把操作系統(tǒng)看作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者，1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用操作系統(tǒng)為你完成所有

“硬件相關(guān)、應(yīng)用無關(guān)”的工作，以給你

①方便

②有效 ③可擴(kuò)充性④開放性O(shè)S的兩個(gè)最重要目標(biāo)2023/1/4681.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用操作系統(tǒng)為你完成所有

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

OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間接口的含義是：OS處于用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間，用戶通過OS來使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。或者說，用戶在OS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，OS是一個(gè)系統(tǒng)軟件，因而這種接口是軟件接口。

OS作為接口的示意圖

2023/1/4691.1.2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)資源的管理者在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常都含有各種各樣的硬件和軟件資源。歸納起來可將資源分為四類：處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備以及信息(數(shù)據(jù)和程序)。相應(yīng)地，OS的主要功能也正是針對這四類資源進(jìn)行有效的管理，即：處理機(jī)管理，用于分配和控制處理機(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)?？梢姡琌S確是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者。2023/1/4701.1.2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1.1.2操作系統(tǒng)的作用3.OS用作擴(kuò)充機(jī)器對于一臺完全無軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(即裸機(jī))，即使其功能再強(qiáng)，也必定是難于使用的。如果我們在裸機(jī)上覆蓋上一層I/O設(shè)備管理軟件。。。文件管理軟件。。。用戶的窗口軟件。。。每當(dāng)人們在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上覆蓋上一層軟件后，系統(tǒng)功能便增強(qiáng)一級，由于OS自身包含了若干層軟件，因此漢在裸機(jī)上覆蓋上OS后，便可獲得一臺功能顯著增強(qiáng)，使用極為方便的多層擴(kuò)充機(jī)器（多層虛機(jī)器）2023/1/4711.1.2操作系統(tǒng)的作用3.OS用作擴(kuò)充機(jī)器2022/12.操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的產(chǎn)生

無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)單道批處理操作系統(tǒng)的形成

多道批處理分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)2023/1/4722.操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的產(chǎn)生2022/12/201無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)人工操作方式

電子管計(jì)算機(jī)（1946~1958），無操作系統(tǒng)，由手工控制作業(yè)的輸入輸出,通過控制臺開關(guān)啟動(dòng)程序運(yùn)行。CPU等待人工操作單用戶方式，用戶獨(dú)占CPU程序執(zhí)行過程得不到任何幫助2023/1/473無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)人工操作方式 2022/12/2脫機(jī)輸入輸出方式（Off-LineI/O）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。2023/1/474脫機(jī)輸入輸出方式（Off-LineI/O）這種脫機(jī)I/O方單道批處理階段操作系統(tǒng)的雛形，稱為監(jiān)控程序。 單道批處理系統(tǒng)的工作過程：用戶將作業(yè)交到機(jī)房，操作員將一批作業(yè)輸入到輔存（如磁帶）上，形成一個(gè)作業(yè)隊(duì)列。當(dāng)需要調(diào)入作業(yè)時(shí)，由監(jiān)控程序從這一批中選一道作業(yè)調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行。當(dāng)這一作業(yè)完成時(shí)，監(jiān)控程序調(diào)入另一道程序，直到這一批作業(yè)全部完成。

2023/1/475單道批處理階段操作系統(tǒng)的雛形，稱為監(jiān)控程序。2022/12/單道批處理階段的特點(diǎn)單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS，嚴(yán)格地說，它只能算作是OS的前身而并非是現(xiàn)在人們所理解的OS。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。該系統(tǒng)的主要特征如下：

(1)自動(dòng)性。

(2)順序性。

(3)單道性。2023/1/476單道批處理階段的特點(diǎn)單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS，嚴(yán)格多道批處理

多道批處理系統(tǒng)(MultiprogrammedBatchProcessingSystem)。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“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。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)：在內(nèi)存中放多道程序,使它們在管理程序的控制下相互穿插地運(yùn)行。2023/1/477多道批處理 2022/12/2015多道運(yùn)行的特點(diǎn)多道性：在內(nèi)存中可同時(shí)駐留多道程序，并允許它們并發(fā)執(zhí)行。無序性：多個(gè)作業(yè)完成的先后順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之間，并無嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。調(diào)度性：作業(yè)從提交給系統(tǒng)開始直至完成需要經(jīng)過兩次調(diào)度：（1）作業(yè)調(diào)度（2）進(jìn)程調(diào)度2023/1/478多道運(yùn)行的特點(diǎn)多道性：在內(nèi)存中可同時(shí)駐留多道程序，并允許它們單道和多道程序工作過程比較CPU和設(shè)備利用率2023/1/479單道和多道程序工作過程比較CPU和設(shè)備利用率2022/12/多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)資源利用率高。資源指CPU及設(shè)備。系統(tǒng)吞吐量大。系統(tǒng)吞吐量指系統(tǒng)在單位時(shí)間完成的總工作量。缺點(diǎn)：平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長無交互能力需要解決很多問題：（CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備、文件、作業(yè)）的管理問題2023/1/480多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)資源利用率高。資源指CPU及設(shè)備。20操作系統(tǒng)為此，應(yīng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中增加一組軟件，用以對上述問題進(jìn)行妥善、有效地處理。這組軟件應(yīng)包括：能控制和管理四大資源的軟件、合理地對各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度的軟件，以及方便用戶使用計(jì)算機(jī)的軟件。正是這樣一組軟件構(gòu)成了操作系統(tǒng)。2023/1/481操作系統(tǒng)為此，應(yīng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中增加一組軟件，用以對上述問題進(jìn)練習(xí)題設(shè)有兩道程序，按A，B的優(yōu)先次序運(yùn)行，其內(nèi)部計(jì)算和I/O操作時(shí)間如下：程序A：使用30msCPU后使用40msI/OA,最后使用20msCPU程序B：使用60msCPU后使用20msI/OB,最后使用30msCPU（1）試畫出按多道程序運(yùn)行的時(shí)間關(guān)系圖（2）完成兩道程序共花多少時(shí)間，它比單道運(yùn)行節(jié)省多少時(shí)間2023/1/482練習(xí)題設(shè)有兩道程序，按A，B的優(yōu)先次序運(yùn)行，其內(nèi)部計(jì)算和I/分時(shí)系統(tǒng) 推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的動(dòng)力是提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。 推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ怯脩舻男枰喝?機(jī)交互、共享主機(jī)、方便上機(jī)。 分時(shí)系統(tǒng)是指在一臺主機(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)用戶都可以通過自己的終端以交互的方式使用計(jì)算機(jī)。2023/1/483分時(shí)系統(tǒng) 推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的動(dòng)力是提高資源利用分時(shí)系統(tǒng)

由此可見為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，必須徹底改變原來的批處理系統(tǒng)的運(yùn)行方式（1）用戶作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存（2）不允許一個(gè)作業(yè)長期占有處理機(jī)為此規(guī)定每個(gè)作業(yè)只運(yùn)行一個(gè)很短的時(shí)間（時(shí)間片），然后暫停該作業(yè)的運(yùn)行，立即調(diào)度下一個(gè)程序運(yùn)行。2023/1/484分時(shí)系統(tǒng)由此可見為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念分時(shí)時(shí)間片響應(yīng)時(shí)間多用戶分時(shí)系統(tǒng)安全性分時(shí)系統(tǒng)的特征2023/1/485分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念分時(shí)2022/12/2023分時(shí)是指將具有運(yùn)行能力的資源的時(shí)間劃分成很小的片段，稱為時(shí)間片。這些時(shí)間片按照一定的規(guī)則被分配給需要它的程序，或者說是若干程序以時(shí)間片的方式共享資源的運(yùn)行時(shí)間。分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2023/1/486分時(shí)分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2022/12/2024時(shí)間片 時(shí)間片是程序一次運(yùn)行的最小時(shí)間單元。在劃分時(shí)間片的時(shí)候，要根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框架來考慮：

通常說來，在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)，至少應(yīng)該能夠完成一次輸入/輸出中斷處理和現(xiàn)場的保護(hù)和恢復(fù)過程，以及一個(gè)程序原子過程（原子過程在運(yùn)行期間不可中斷）的一次執(zhí)行； 用戶要求的響應(yīng)時(shí)間越短，系統(tǒng)一次容納的用戶數(shù)目越多，時(shí)間片就必然越短。

分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2023/1/487時(shí)間片分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2022/12/2025響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間分為用戶響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是計(jì)算機(jī)對用戶的輸入作出的反應(yīng)時(shí)間。用戶響應(yīng)時(shí)間是指單個(gè)用戶所感受到的系統(tǒng)對他的響應(yīng)。影響響應(yīng)時(shí)間的因素：用戶數(shù)目，時(shí)間片大小，程序切換時(shí)內(nèi)、外存需對換的信息量。

分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2023/1/488響應(yīng)時(shí)間分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2022/12/2026多用戶

分時(shí)系統(tǒng)是多用戶同時(shí)使用的操作系統(tǒng)，用戶通過不同的終端同時(shí)連接到主機(jī)，主機(jī)分時(shí)地對用戶終端程序進(jìn)行反應(yīng)，要求產(chǎn)生的結(jié)果是：每一個(gè)用戶都感覺自己在獨(dú)立地在使用著計(jì)算機(jī)，用戶的行為并不會(huì)相互影響。

分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2023/1/489多用戶分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2022/12/2027分時(shí)系統(tǒng)安全性為了保證系統(tǒng)及各個(gè)用戶程序的安全，系統(tǒng)必須采取一定的安全措施，并且必須能夠區(qū)分不同的用戶，分別完成不同用戶的作業(yè)。最常見的安全方法是用戶登錄方式

當(dāng)用戶登錄系統(tǒng)時(shí)，須提供用戶名和用戶密碼。操作系統(tǒng)將從輸入端獲取的用戶名和用戶密碼與系統(tǒng)庫存的用戶信息進(jìn)行比較，只有在用戶輸入正確時(shí)才能夠正常登錄，否則用戶將被拒絕對系統(tǒng)的使用。登錄后操作系統(tǒng)將用戶按其所屬權(quán)限及類型引導(dǎo)至用戶可以操作的目錄下，以此來限定用戶的工作區(qū)域。分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2023/1/490分時(shí)系統(tǒng)安全性分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念2022/12/2028分時(shí)系統(tǒng)的特征

多路性

獨(dú)立性

及時(shí)性交互性分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念系統(tǒng)同時(shí)支持多路終端的連接多用戶各自獨(dú)立地使用計(jì)算機(jī)每個(gè)終端都及時(shí)地得到系統(tǒng)的反應(yīng)。通過終端直接與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對話

。2023/1/491分時(shí)系統(tǒng)的特征分時(shí)系統(tǒng)的一些具體概念系統(tǒng)同時(shí)支持多路終端的連練習(xí)題在分時(shí)系統(tǒng)中，為使多個(gè)用戶能夠同時(shí)與系統(tǒng)交互，最關(guān)鍵的問題是_____________；當(dāng)用戶數(shù)目為100時(shí)，為保證響應(yīng)時(shí)間不超過2S，此時(shí)的時(shí)間片最大應(yīng)為（）。2023/1/492練習(xí)題2022/12/2030實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，比如在控制飛機(jī)飛行、導(dǎo)彈發(fā)射以及冶煉軋鋼等生產(chǎn)過程中采用了實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，在飛機(jī)訂票、銀行業(yè)務(wù)中采用了實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)，它們都打破了只把計(jì)算機(jī)用于科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理等方面的格局。實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(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)一致運(yùn)行。2023/1/493實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)2022/12/2031實(shí)時(shí)任務(wù)的類型一、按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來劃分(1)周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。(2)非周期性實(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，但都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間(Deadline)。它又可分為：

①開始截止時(shí)間——任務(wù)在某時(shí)間以前必須開始執(zhí)行；②完成截止時(shí)間——任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成。

2023/1/494實(shí)時(shí)任務(wù)的類型一、按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來劃分2022實(shí)時(shí)任務(wù)的類型一、根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃分(1)硬實(shí)時(shí)任務(wù)。(2)軟實(shí)時(shí)任務(wù)。

2023/1/495實(shí)時(shí)任務(wù)的類型一、根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃分2022/12/實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的比較多路性獨(dú)立性及時(shí)性交互性可靠性2023/1/496實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的比較多路性2022/12/2034操作系統(tǒng)的分類幾種操作系統(tǒng)的比較多道批處理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)CPU時(shí)間分配作業(yè)運(yùn)行時(shí)獨(dú)占時(shí)間段分時(shí)事件發(fā)生時(shí)立即分配內(nèi)存同時(shí)存放多批作業(yè)同時(shí)存放多道程序存放預(yù)置的事件處理程序響應(yīng)時(shí)間運(yùn)行期間不響應(yīng)及時(shí)響應(yīng)立即響應(yīng)特殊要求極大的資源利用率公平面向多用戶高可靠性面向用戶群委托用戶普通用戶定向用戶綜合其中任意兩個(gè)系統(tǒng)功能的操作系統(tǒng)稱為通用系統(tǒng)。又分為前臺作業(yè)和后臺作業(yè)。2023/1/497操作系統(tǒng)的分類幾種操作系統(tǒng)的比較多道批處理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶單任務(wù)單用戶多任務(wù)多用戶多任務(wù)2023/1/498微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶單任務(wù)2022/12/2036微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶單任務(wù)

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。CP/M

MS-DOS2023/1/499微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶單任務(wù)2022/12/2037微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶多任務(wù)

只允許一個(gè)用戶上機(jī),但允許用戶把程序分為若干個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行，從而有效地改善了系統(tǒng)的性能。目前在32位機(jī)上配置的操作系統(tǒng)基本上都是單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)Windows它是一個(gè)面向傻瓜用戶的系統(tǒng)；發(fā)展方向是開發(fā)更親切易用的界面，增加更多的用戶功能，對用戶的行為更寬容；其內(nèi)部的設(shè)計(jì)與其他操作系統(tǒng)并沒有什么兩樣；包含了用于個(gè)人機(jī)的多任務(wù)分時(shí)操作系統(tǒng)WindowsProfessional和用于網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)WindowsServer。2023/1/4100微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶多任務(wù)2022/12/2038微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展多用戶多任務(wù)

允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用同一臺機(jī)器，共享主機(jī)系統(tǒng)中的各種資源，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)執(zhí)行，從而可進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。UNIXSolarisOSLinuxOS2023/1/4101微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展多用戶多任務(wù)2022/12/2039操作系統(tǒng)的基本特征并發(fā)（Concurrence）共享（Sharing）虛擬（Virtual）異步性（Asynchronism）2023/1/4102操作系統(tǒng)的基本特征并發(fā)（Concurrence）2022/1并發(fā)性

所謂并發(fā)是指在內(nèi)存中放多道作業(yè)，

在一個(gè)時(shí)間段上來看，每一道作業(yè)都能不同程度地向前推進(jìn)。但在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上只能有一道占用CPU。并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；

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。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。2023/1/4103并發(fā)性所謂并發(fā)是指在內(nèi)存中放多道作業(yè)，并發(fā)性

進(jìn)程程序是靜態(tài)實(shí)體，在多道程序系統(tǒng)中，它們是不能獨(dú)立運(yùn)行的，更不能和其它程序并發(fā)執(zhí)行。為了使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行，在操作系統(tǒng)中引入了進(jìn)程。2023/1/4104并發(fā)性進(jìn)程2022/12/2042并發(fā)性

線程將一個(gè)進(jìn)程分為若干個(gè)線程，它們可以利用進(jìn)程所擁有的資源，可以獨(dú)立運(yùn)行，可以并發(fā)執(zhí)行。它更高效地提高了系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)程序間并發(fā)執(zhí)行的程度。2023/1/4105并發(fā)性線程2022/12/2043共享性系統(tǒng)中的資源可供多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。兩種共享方式：互斥共享方式（打印機(jī)）一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問（臨界資源）同時(shí)訪問方式（磁盤設(shè)備）允許在一段時(shí)間內(nèi)由多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”對它們進(jìn)行訪問。并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本特征2023/1/4106共享性系統(tǒng)中的資源可供多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。2022/虛擬

一個(gè)物理實(shí)體映射為若干個(gè)對應(yīng)的邏輯實(shí)體－－分時(shí)。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CPU－－每個(gè)用戶（進(jìn)程）的"虛處理機(jī)"內(nèi)存－－虛擬存儲(chǔ)器I/O設(shè)備－－多臺邏輯上的I/O設(shè)備2023/1/4107虛擬 一個(gè)物理實(shí)體映射為若干個(gè)對應(yīng)的邏輯實(shí)體－－分時(shí)。虛擬虛擬

時(shí)分復(fù)用分時(shí)使用某個(gè)設(shè)備提高其利用率。虛擬處理機(jī)技術(shù)

利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，為每道程序建立一個(gè)進(jìn)程，讓多道程序并發(fā)地執(zhí)行，以此來分時(shí)使用一臺處理機(jī)。虛擬設(shè)備技術(shù)將一臺物理I/O設(shè)備虛擬為多臺邏輯上的I/O設(shè)備，并允許每一個(gè)用戶占用一臺邏輯上的I/O設(shè)備。

2023/1/4108虛擬 時(shí)分復(fù)用2022/12/2046虛擬

空分復(fù)用主要提高存儲(chǔ)空間的利用率。虛擬磁盤技術(shù)

將一臺硬盤虛擬為多臺虛擬磁盤。虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)提高內(nèi)存的利用率。

2023/1/4109虛擬 空分復(fù)用2022/12/2047異步性

操作系統(tǒng)必須隨時(shí)對以不可預(yù)測的次序發(fā)生的事件進(jìn)行響應(yīng)

進(jìn)程的運(yùn)行速度不可預(yù)知：分時(shí)系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，“走走停?！?，無法預(yù)知每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行推進(jìn)快慢進(jìn)程的異步性是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要特征

2023/1/4110異步性 操作系統(tǒng)必須隨時(shí)對以不可預(yù)測的次序發(fā)生的事件進(jìn)行響操作系統(tǒng)的功能

處理機(jī)管理

存貯管理設(shè)備管理

文件管理用戶接口2023/1/4111操作系統(tǒng)的功能處理機(jī)管理2022/12/20491.4.1處理機(jī)管理功能

處理機(jī)是最重要的資源，現(xiàn)代操作系統(tǒng)允許多個(gè)程序共享處理機(jī)，按照某種算法（分時(shí)、優(yōu)先級）交替地使用處理機(jī)。處理機(jī)管理的主要任務(wù)是對處理機(jī)進(jìn)行分配，并對其運(yùn)行有效的控制和管理。處理機(jī)的分配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為基本單位。因此對處理機(jī)的管理可歸結(jié)為對進(jìn)程的管理。包括進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信、進(jìn)程調(diào)度。2023/1/41121.4.1處理機(jī)管理功能 處理機(jī)是最重要的資源1.4.2存儲(chǔ)器管理功能存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)，是為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲(chǔ)器，提高存儲(chǔ)器的利用率，以及能從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存。存儲(chǔ)器管理要具備下列功能：內(nèi)存分配

：為每道程序分配內(nèi)存空間。

內(nèi)存保護(hù)：使多道程序間互不干擾地址映射：把程序中的邏輯地址映射為物理地址

存貯擴(kuò)充：用輔存擴(kuò)充主存，實(shí)現(xiàn)“虛擬存貯器”

2023/1/41131.4.2存儲(chǔ)器管理功能存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)，是為多道程序1.4.3設(shè)備管理功能設(shè)備管理用于管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有的外圍設(shè)備，而設(shè)備管理的主要任務(wù)是，完成用戶進(jìn)程提出的I/O請求；為用戶進(jìn)程分配其所需的I/O設(shè)備；提高CPU和I/O設(shè)備的利用率；提高I/O速度；方便用戶使用I/O設(shè)備。應(yīng)具有功能：緩沖管理：為設(shè)備提供緩沖區(qū)以緩和CPU同設(shè)備的I/O速度不匹配的矛盾。

設(shè)備分配

設(shè)備處理：為設(shè)備提供驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備2023/1/41141.4.3設(shè)備管理功能設(shè)備管理用于管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有的外1.4.4文件管理功能文件管理的主要任務(wù)是為每個(gè)文件分配必要的