操作系統(tǒng)-第一章操作系統(tǒng)概述

操作系統(tǒng)

OperatingSystems第一章微電子老楊修訂2WelcometoUs!課程信息課程組成：課堂授課45/60學(xué)時(shí)（1-12/15周）

課程適用專業(yè)：

微電子系嵌入式方向各專業(yè)每周四個(gè)課時(shí)

Keepfighting!先修課程：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)組成原理

C語言程序設(shè)計(jì) 匯編語言后繼課程：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用設(shè)計(jì)

android相關(guān)課程

linux應(yīng)用和驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)WP應(yīng)用設(shè)計(jì)地位：相當(dāng)重要！?。。?！OSLec134Contactwithme!授課教師：楊建軍Email：jianjun.yang999@QQ：1379459141

Tel:134389198225TextBook&Reference課本：《操作系統(tǒng)》，諶衛(wèi)軍王浩娟編著，清華大學(xué)出版設(shè)參考書：《現(xiàn)代操作系統(tǒng)》第三版，

ModernOperatingSystems，AndrewS.Tanenbaum著， 陳向群等譯，機(jī)械工業(yè)出版社。6Further……IhearandIforget,IseeandIremember,IdoandIunderstand.《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》，湯子瀛等，西安電子科技大學(xué)出版社OperatingSystems:DesignandImplementation，AndrewS.TanenbaumLinux內(nèi)核源代碼情景分析嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-II(第2版)O'Reilly-UnderstandingtheLinuxKernel7RulesNOCOPYINGofhomeworksorprojects

(asinglecaseofcopying

BOTHpartieswillgetZEROpointforALLassignments)NOCHEATINGinexams

(BOTHpartieswillgetZEROpointsforthatexam)Class

Attendance:On-the-flyroll-call3ormoretimesabsentgetZEROpointsforfinalscoreNopains,nogains!8TestandGrade課堂成績：10%作業(yè)成績：20%考試成績：70%Keepyourmobilephonesilence!學(xué)習(xí)要求：按時(shí)上課，認(rèn)真聽講；閱讀參考書，思考，討論；獨(dú)立完成作業(yè)。9WhyyouneedtolearnOS?設(shè)計(jì)或修改現(xiàn)有操作系統(tǒng)；加深對使用的OS的理解，有利于深入編程；涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)的很多領(lǐng)域；大型、復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，思維方式的學(xué)習(xí)；……吸收手機(jī)、PDA、汽車電子、機(jī)頂盒……10Weaimat……Not：如何使用操作系統(tǒng)；But：理解操作系統(tǒng)如何工作。操作系統(tǒng)的基本概念，基本結(jié)構(gòu)及工作方式；操作系統(tǒng)內(nèi)部算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)OS過程中的問題、解決方案和折中權(quán)衡第一章操作系統(tǒng)概論12操作系統(tǒng)概論什么是操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史操作系統(tǒng)的功能操作系統(tǒng)的特征操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)131.1什么是操作系統(tǒng)什么是微機(jī)系統(tǒng)1.微型計(jì)算機(jī)的工作原理是什么?(2分)微電子系老楊修訂14現(xiàn)在假設(shè),有三個(gè)任務(wù)需要交給某臺微機(jī)進(jìn)行處理,三個(gè)任務(wù)需要使用的微機(jī)中資源的時(shí)間如下:A:輸入24ms,cpu計(jì)算12ms,打印23msB:輸入8ms,cpu計(jì)算38ms,輸出2msC:輸入17ms,cpu處理7ms,打印15ms問,該微機(jī)完成這樣的三個(gè)任務(wù)總共需要多長時(shí)間?為什么?(4分)微電子系老楊修訂15161.1什么是操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件資源的管理者為用戶提供一臺等價(jià)的擴(kuò)展機(jī)器（ExtendedMachine）或虛擬機(jī)（VirtualMachine）最重要、最基本、最復(fù)雜的系統(tǒng)程序，控制應(yīng)用程序執(zhí)行的程序操作系統(tǒng)的地位：17硬件：改進(jìn)的VonNeuman機(jī)的五大部件

(輸/出設(shè)備、運(yùn)算器、控制器、存貯器)軟件：系統(tǒng)軟件：管理計(jì)算機(jī)本身的操作，并為應(yīng)用程序提供編程環(huán)境應(yīng)用軟件：直接面向用戶，為之解決各類問題計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(層次結(jié)構(gòu))軟件硬件及固件（裸機(jī)）應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件編輯軟件，編譯軟件操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18OS是計(jì)算機(jī)硬件、軟件資源的管理者；OS是用戶使用系統(tǒng)硬件、軟件的接口；OS是擴(kuò)展機(jī)(extendedmachine)/虛擬機(jī)(virtualmachine)：定義：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是指控制和管理計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，合理組織計(jì)算機(jī)的工作流程，方便用戶使用的程序集合。操作系統(tǒng)的定義19方便性（用戶的觀點(diǎn)）有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn)）可擴(kuò)充性（升級的觀點(diǎn)）開放性（兼容的觀點(diǎn)）引入操作系統(tǒng)的目標(biāo)201.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史操作系統(tǒng)發(fā)展是隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、應(yīng)用軟件的發(fā)展而發(fā)展的。目標(biāo)：充分利用硬件，提供更好的服務(wù)。第一代：手工操作第二代：單道批處理系統(tǒng)第三代：多道批處理系統(tǒng)第四代：分時(shí)系統(tǒng)新發(fā)展：個(gè)人計(jì)算機(jī)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)、移動(dòng)計(jì)算、……21第一代：手工操作1945~1955，vacuumtubes&plugboards機(jī)器的特點(diǎn)語言：機(jī)器語言操作系統(tǒng)：無用途：數(shù)學(xué)計(jì)算輸入輸出：插件板、 紙帶、卡片存在問題：計(jì)算機(jī)處理能力的提高，手工操作的低效率，造成浪費(fèi)。22第二代：單道批處理系統(tǒng)1955~1965，transistors&simplebatchsystems大型機(jī)，mainframe語言：匯編語言，F(xiàn)ORTRAN,作業(yè)(job)操作系統(tǒng)：FMS（FortranMonitorSystem），IBSYS（IBM為7094機(jī)配備的操作系統(tǒng)）用途：較復(fù)雜的科學(xué)工程計(jì)算聯(lián)機(jī)批處理脫機(jī)批處理IBM7094232425批處理操作系統(tǒng)-現(xiàn)代操作系統(tǒng)雛型運(yùn)行一個(gè)作業(yè)的步驟：將程序?qū)懺诩埳希ㄓ酶呒壵Z言或匯編語言）穿孔成卡片，再將卡片盒交給操作員計(jì)算結(jié)果從打印機(jī)上輸出操作員到打印機(jī)上撕下運(yùn)算結(jié)果送到輸出室程序員稍后可從輸出室取到結(jié)果操作員從輸入室的卡片盒中讀入另一個(gè)任務(wù)如果需要FORTRAN編譯器，還要把它取來讀入計(jì)算機(jī)缺點(diǎn)：機(jī)時(shí)在走來走去時(shí)浪費(fèi)掉26通道和中斷技術(shù)單道批處理系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)：同一批內(nèi)各作業(yè)自動(dòng)依次更替，改善了主機(jī)CPU和I/O設(shè)備的使用效率，提高了吞吐量。主要問題：CPU和I/O設(shè)備使用忙閑不均，取決于作業(yè)特性。計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑；I/O為主的作業(yè)，CPU空閑；通道和中斷技術(shù)通道：用于控制I/O設(shè)備與內(nèi)存間的數(shù)據(jù)傳輸。啟動(dòng)后可獨(dú)立于CPU運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)CPU與I/O的并行。中斷：指CPU在收到外部中斷信號后，停止原來工作，轉(zhuǎn)去處理該中斷事件，完畢后回到原來斷點(diǎn)繼續(xù)工作。27第三代：多道批處理系統(tǒng)1965~1980，ICs&Multiprogramming特點(diǎn)：使用集成電路(e.g.IBMSystem/360)操作系統(tǒng)：復(fù)雜、龐大(e.g.OS/360)多道：內(nèi)存中同時(shí)存放幾個(gè)作業(yè)；幾項(xiàng)新技術(shù)：Multiprogramming,SpoolingOSLec128IBMSystem/3601964年IBM宣布推出System/360計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第一個(gè)采用小規(guī)模集成電路的主流機(jī)型由于所有的計(jì)算機(jī)都有相同的體系結(jié)構(gòu)和指令集在理論上，為一型號編寫的程序可以在其他型號機(jī)器上運(yùn)行OSLec129OS/360，龐大的軟件怪獸數(shù)千名程序員寫的數(shù)百萬行匯編語言代碼系統(tǒng)自身占據(jù)了大量存儲空間和一半的CPU時(shí)間數(shù)百萬行匯編代碼中有成千上萬處錯(cuò)誤IBM不斷發(fā)行新的版本試圖更正這些錯(cuò)誤，但每個(gè)新版本在更正老錯(cuò)誤的同時(shí)又引入新錯(cuò)誤隨著時(shí)間的流逝，錯(cuò)誤的數(shù)量大致保持不變OSLec130多道程序設(shè)計(jì)ExampleOSLec131OSLec132Example兩個(gè)程序：A程序按順序使用CPU10秒，使用設(shè)備甲5秒，使用CPU5秒，使用設(shè)備乙10秒，最后使用CPU10秒。B程序順序使用設(shè)備甲10秒，使用CPU10秒，使用設(shè)備乙5秒，使用CPU5秒，使用設(shè)備乙10秒。計(jì)算（不計(jì)程序切換時(shí)間）：(1)順序環(huán)境下執(zhí)行A程序和B程序，CPU的利用率是多少?(2)多道程序環(huán)境下，CPU的利用率是多少？OSLec133程序A和程序B順序執(zhí)行時(shí)，程序A執(zhí)行完畢，程序B才開始執(zhí)行。兩個(gè)程序共耗時(shí)80秒，其中占用CPU時(shí)間為40秒。故順序執(zhí)行時(shí)CPU利用率為50%。多道程序環(huán)境下，兩個(gè)程序并發(fā)的執(zhí)行，如圖所示?？梢钥闯鰞蓚€(gè)程序共耗時(shí)45秒，其中占用CPU時(shí)間為40秒。故此時(shí)CPU利用率為40/45=88.89%。OSLec134Features優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高（CPU、內(nèi)存、I/O）；作業(yè)吞吐量大缺點(diǎn)：用戶交互性差；作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長OSLec135第四代分時(shí)系統(tǒng)70年代中期至今，time-sharingsystem多個(gè)用戶分享使用同一臺計(jì)算機(jī)。多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源。通常按時(shí)間片(timeslice)分配：各個(gè)程序在CPU上執(zhí)行的輪換時(shí)間。操作系統(tǒng)：CTSS(M.I.T.)Multics(computercommunity)OSLec136Features同時(shí)性：也稱為多路性。若干用戶同時(shí)與一臺計(jì)算機(jī)相連，宏觀上看各個(gè)用戶在同時(shí)使用計(jì)算機(jī)，他們是并行的；微觀上看各個(gè)用戶在輪流使用計(jì)算機(jī)。交互性：用戶通過終端設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)）向系統(tǒng)發(fā)出請求，并根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)結(jié)果再向系統(tǒng)發(fā)出請求，直至得到滿意的結(jié)果。獨(dú)立性：每個(gè)用戶使用各自的終端與系統(tǒng)交互，彼此獨(dú)立、互不干擾。及時(shí)性：指用戶向系統(tǒng)發(fā)出請求后，應(yīng)該在較短的時(shí)間內(nèi)得到響應(yīng)。響應(yīng)時(shí)間：指從用戶發(fā)出命令到系統(tǒng)給予反應(yīng)所經(jīng)歷的時(shí)間。OSLec137第一個(gè)分時(shí)操作系統(tǒng)CTSS分時(shí)系統(tǒng)的思想——1959年在MIT提出每個(gè)用戶有一個(gè)聯(lián)機(jī)終端調(diào)試程序的用戶常常只發(fā)出簡短的命令計(jì)算機(jī)能夠?yàn)樵S多用戶提供交互式、快速服務(wù)，同時(shí)在CPU空閑時(shí)還能在后臺運(yùn)行大作業(yè)OSLec138MULTICS的災(zāi)難MULTICS(MULTiplexedInformationandComputingService)MULTICS設(shè)計(jì)目標(biāo)：便利的終端使用，高可靠的大型文件系統(tǒng)引入了許多現(xiàn)代操作系統(tǒng)領(lǐng)域概念雛形，對隨后的操作系統(tǒng)特別是UNIX的成功有巨大的影響TheMulticsTerminalRoomin1972TheMulticssystem.ThemotherofallUnix-likesystemsOSLec139Unix的誕生小型機(jī)的興起(e.g.DECPDP-1)和UnixKenThompson,DennisRitchie（1983年圖靈獎(jiǎng)獲得者）初衷：可以在一臺無人使用的DECPDP-7小型計(jì)算機(jī)上玩星際探險(xiǎn)游戲兩個(gè)版本系列SystemV（AT&T）BSD（BerkeleySoftwareDistribution）Unix標(biāo)準(zhǔn)：IEEEPOSIXMINIX、LinuxPDP–11確立了DEC在小型機(jī)市場上的霸主地位OSLec140Unix的發(fā)展歷史OSLec141分化發(fā)展1980-今，LSI&personalcomputers現(xiàn)在許多操作系統(tǒng)都具有分時(shí)處理的功能，在分時(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，操作系統(tǒng)的發(fā)展開始分化：個(gè)人操作系統(tǒng)：CP/M，DOS，圖形用戶界面實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)OSLec142CP/M操作系統(tǒng)1973年GaryKildall看到對個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的需求,設(shè)計(jì)了CP/M操作系統(tǒng)(ControlProgram/MicroprocessororMicrocomputer)CP/M操作系統(tǒng)有較好的層次結(jié)構(gòu)。到了1981年，CP/M操作系統(tǒng)成為世界上流行最廣的8位操作系統(tǒng)之一。DOS之父，GaryKildallOSLec143Dos/Windows1981年，IBMPC和MSDOS普及，1.0版~7.0版1985年11月20日，Windows1.0才正式上市1992年4月，推出Windows3.1，Windows95/98family:16bitOS1993年5月，發(fā)表WindowsNT3.x,NT4.x,Win2K(NT5.0),WinXP(NT5.1),WinServer2003(NT5.2)OSLec144施樂PaloAlto研究中心

——70年代的計(jì)算機(jī)研究思想庫世界上第一臺個(gè)人計(jì)算機(jī)Alto，1972年在這里出現(xiàn)圖形界面，手持鼠標(biāo)，面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)微機(jī)網(wǎng)絡(luò)，桌面出版和激光打印等等具有先進(jìn)概念和技術(shù)的原型都首次出現(xiàn)在這里1984年，廣告：“Whatwasthat?”配有圖形界面操作系統(tǒng)MACOS和鼠標(biāo)的新型個(gè)人計(jì)算機(jī)OSLec145國內(nèi)操作系統(tǒng)的研制狀況60’s~70’s，楊芙清院士，我國第一臺百萬次集成電路計(jì)算機(jī)（150）操作系統(tǒng)，在石油勘探領(lǐng)域成功應(yīng)用。70‘s中后期，楊芙清院士，我國第一個(gè)全部用高級語言書寫的DJS240機(jī)操作系統(tǒng)DJS200/XT2設(shè)計(jì)成功。GX73多機(jī)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（1978年），國防科技大學(xué)，1980年裝在“遠(yuǎn)望”-I號航天測量船上“銀河”-1YHOS巨型操作系統(tǒng)（1983年）國防科技大學(xué)，用于YH-1、YH-2超級計(jì)算機(jī)COSIXv1.X/2.0國產(chǎn)UNIX類操作系統(tǒng)，微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，中文界面嵌入式操作系統(tǒng)：Hopen，DeltaOS，SmartEOSLinux類操作系統(tǒng)：中軟Linux、紅旗Linux、東方LinuxOSLec146歷史上的操作系統(tǒng)FMS和IBSYSOS/360CTSS（CompatibleTimeSharingSystem）MULTICS（MULTiplexedInformationandComputerService）UNIX類、LinuxCP/MMS-DOS、Windows3.1/95/98/Me、WindowsNT、Windows2000/XP、WindowsCE、WindowsServer2003Macintosh國產(chǎn)操作系統(tǒng)OSLec2471.3操作系統(tǒng)的分類批處理操作系統(tǒng)（多道批處理）分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)多處理機(jī)操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)OSLec248批處理操作系統(tǒng)

BatchProcessingOperationSystem工作方式：用戶將作業(yè)交給系統(tǒng)操作員系統(tǒng)操作員將許多用戶的作業(yè)組成一批作業(yè)，輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在系統(tǒng)中形成一個(gè)自動(dòng)轉(zhuǎn)接的連續(xù)作業(yè)流啟動(dòng)操作系統(tǒng)系統(tǒng)自動(dòng)、依次執(zhí)行每個(gè)作業(yè)由操作員將作業(yè)結(jié)果交給用戶單道批處理系統(tǒng)（simplebatchprocessing）多道批處理系統(tǒng)（multiprogrammingsystem）OSLec249OSLec250SPOOLing技術(shù)SimultaneousPeripheralOperationOn-Line，同時(shí)外圍設(shè)備聯(lián)機(jī)操作--假脫機(jī)技術(shù)。思想：利用磁盤作緩沖，將輸入、計(jì)算、輸出分別組織成獨(dú)立的任務(wù)流，使I/O和計(jì)算真正并行SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn)提高了I/O速度將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能OSLec251出SPOOLing系統(tǒng)組成輸入井和輸出井；輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)；輸入進(jìn)程SPi和輸出進(jìn)程SPoOSLec252批處理操作系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)流程自動(dòng)化→資源利用率高吞吐量大——單位時(shí)間內(nèi)完成的工作總量大缺點(diǎn)：用戶交互性差，調(diào)試程序困難無交互手段：整個(gè)作業(yè)完成后或中間出錯(cuò)時(shí)，才與用戶交互，不利于調(diào)試和修改作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長OSLec253分時(shí)操作系統(tǒng)

TimeSharingOperatingSystem分時(shí)：把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時(shí)間）進(jìn)行時(shí)間上的分割，每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)時(shí)間片（timeslice），每個(gè)用戶依次輪流使用時(shí)間片。工作方式：一臺主機(jī)連接了若干個(gè)終端每個(gè)終端有一個(gè)用戶使用交互式的向系統(tǒng)提出命令請求系統(tǒng)接受每個(gè)用戶的命令用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式處理服務(wù)請求通過交互方式在終端上顯示結(jié)果用戶根據(jù)上步結(jié)果發(fā)出下道命令OSLec254分時(shí)系統(tǒng)的特征多路性：多個(gè)用戶同時(shí)工作。也稱為同時(shí)性。獨(dú)立性：各用戶獨(dú)立操作，互不干擾，感覺不到計(jì)算機(jī)為其它用戶服務(wù)。及時(shí)性：系統(tǒng)能及時(shí)對用戶的操作進(jìn)行響應(yīng)。交互性：分時(shí)系統(tǒng)的基本屬性。實(shí)現(xiàn)條件：終端設(shè)備輪轉(zhuǎn)算法會話語言獨(dú)占資源，“先進(jìn)先出”方法OSLec255響應(yīng)時(shí)間追求目標(biāo)：及時(shí)響應(yīng)——依據(jù)是響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間：從終端發(fā)出命令到系統(tǒng)處理完這條命令并給予回答所需的時(shí)間。影響響應(yīng)時(shí)間的因素：機(jī)器處理能力請求服務(wù)的時(shí)間長短系統(tǒng)中連接的終端數(shù)目服務(wù)請求的分布調(diào)度算法（時(shí)間片的選?。㎡SLec256分時(shí)系統(tǒng)的主要問題及時(shí)接受輸入：多個(gè)I/O端口，設(shè)立多路緩沖區(qū)及時(shí)響應(yīng)：提高對換速度（快速外存）、限制用戶數(shù)目、縮短時(shí)間片（可能引起對換次數(shù)增多，開銷增大，程序總運(yùn)行時(shí)間增大）減少對換信息量：可重入代碼(re-entrantcode)；請求頁式存儲管理：只對換部分程序OSLec257實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

RealTimeOperatingSystem在實(shí)時(shí)計(jì)算中，系統(tǒng)的正確性不僅僅依賴于計(jì)算的邏輯結(jié)果，而且依賴于結(jié)果產(chǎn)生的時(shí)間。實(shí)時(shí)系統(tǒng)：能夠在指定或者確定的時(shí)間內(nèi)完成系統(tǒng)功能和對外部或內(nèi)部、同步或異步時(shí)間做出響應(yīng)的系統(tǒng)。硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)：必須在規(guī)定的時(shí)刻或時(shí)間范圍完成任務(wù)。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)：接受偶爾違反最終時(shí)限的情況。OSLec258實(shí)時(shí)系統(tǒng)與批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)專用系統(tǒng)：許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)是專用系統(tǒng)，而批處理與分時(shí)系統(tǒng)通常是通用系統(tǒng)。實(shí)時(shí)控制：實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于控制實(shí)時(shí)過程，要求對外部事件的迅速響應(yīng)，具有較強(qiáng)的中斷處理機(jī)構(gòu)。高可靠性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)用于控制重要過程，要求高度可靠，具有較高冗余，如雙機(jī)系統(tǒng)。事件驅(qū)動(dòng)和隊(duì)列驅(qū)動(dòng)：實(shí)時(shí)系統(tǒng)的工作方式：接受外部消息，分析消息，調(diào)用相應(yīng)處理程序進(jìn)行處理。可與通用系統(tǒng)結(jié)合成通用實(shí)時(shí)系統(tǒng)：實(shí)時(shí)處理前臺作業(yè)，批處理為后臺作業(yè)。OSLec259網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

NOS,NetworkOperatingSystem網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是在通常操作系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上提供網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的操作系統(tǒng)。目標(biāo)：相互通信，資源共享功能：網(wǎng)絡(luò)通信功能：通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸；網(wǎng)絡(luò)資源管理：協(xié)調(diào)各用戶使用；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：文件和設(shè)備共享，信息發(fā)布；網(wǎng)絡(luò)管理：安全管理、故障管理、性能管理等；互操作：直接控制對方比交換數(shù)據(jù)更為困難；OSLec260分布式操作系統(tǒng)

DistributedOperatingSystem分布式系統(tǒng)：以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，處理和控制的分散（相對于集中式系統(tǒng)），基本特征是處理上的分布，即功能和任務(wù)的分布。分布式操作系統(tǒng)的所有系統(tǒng)任務(wù)可在系統(tǒng)中任何處理機(jī)上運(yùn)行，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的任務(wù)分配并自動(dòng)調(diào)度各處理機(jī)的工作負(fù)載。透明性：資源共享，分布對用戶來講是不知道的自治性：處于分布式系統(tǒng)的多個(gè)主機(jī)處于平等地位，無主從關(guān)系優(yōu)點(diǎn)：處理能力增強(qiáng)、速度更快、可靠性增強(qiáng)OSLec261分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)耦合程度：分布式系統(tǒng)是緊密耦合系統(tǒng)，OS在各機(jī)上統(tǒng)一建立的“OS同質(zhì)”，直接統(tǒng)一管理全系統(tǒng)的CPU、存儲器和外設(shè)；網(wǎng)絡(luò)通常容許異種OS互連，各機(jī)上各種服務(wù)程序需按不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議"協(xié)議同質(zhì)"。并行性：分布式OS可將一個(gè)進(jìn)程分散在各機(jī)上并行執(zhí)行"進(jìn)程遷移"；網(wǎng)絡(luò)則各機(jī)上的進(jìn)程獨(dú)立。透明性：分布式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度對用戶透明，用戶不了解所占有資源的位置；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中對網(wǎng)絡(luò)資源的使用要由用戶明確指定；健壯性：分布式系統(tǒng)要求更強(qiáng)的容錯(cuò)能力（工作時(shí)系統(tǒng)重構(gòu)）OSLec262多處理機(jī)操作系統(tǒng)

Multi-processorOperatingSystem為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能和可靠性。增加系統(tǒng)的吞吐量：N個(gè)處理器加速比達(dá)不到N倍（額外的調(diào)度開銷，算法的并行化）提高系統(tǒng)可靠性：故障時(shí)系統(tǒng)降級運(yùn)行類型：緊密耦合(tightly-coupled)：各處理機(jī)之間通過快速總線或開關(guān)陣列相連，共享內(nèi)存，整體系統(tǒng)由一個(gè)統(tǒng)一的OS管理（一個(gè)OS核心）。松散耦合(loosely-coupled)：各處理機(jī)帶有各自的存儲器、I/O設(shè)備和操作系統(tǒng)，通過通道或通信線路相連。每個(gè)處理機(jī)上獨(dú)立運(yùn)行OS。OSLec263多處理機(jī)系統(tǒng)的類型非對稱式多處理(AsymmetricMultiprocessing,ASMP)：又稱主從模式(Master-slavemode)。主處理器：只有一個(gè)，運(yùn)行OS。管理整個(gè)系統(tǒng)的資源，為從處理器分配任務(wù)；從處理器：可有多個(gè)，執(zhí)行應(yīng)用程序或I/O處理。特點(diǎn)：不同性質(zhì)任務(wù)的負(fù)載不均，可靠性不夠高，不易移植（通常要求硬件也是"非對稱"）。對稱式多處理(SymmetricMultiprocessing,SMP)：OS交替在各個(gè)處理器上執(zhí)行。任務(wù)負(fù)載較為平均，性能調(diào)節(jié)容易－－"傻瓜式"OSLec264對稱多處理機(jī)與非對稱多處理機(jī)的比較OSLec265嵌入式操作系統(tǒng)

EmbeddedOperatingSystem什么是嵌入式系統(tǒng)？以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)，對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)具有某些實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征但有限制條件：大小、內(nèi)存、能源例子：PalmOS，WindowsCE，VxWorks，windowsphoneOSLec266OSLec267嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用OSLec268補(bǔ)充：

操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)OSLec269操作系統(tǒng)的內(nèi)核強(qiáng)內(nèi)核基于傳統(tǒng)的集中式操作系統(tǒng)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)調(diào)用式通過程序陷入內(nèi)核實(shí)現(xiàn)，內(nèi)核完成相應(yīng)的服務(wù)后返回應(yīng)用程序，同時(shí)返回結(jié)果給用戶。微內(nèi)核基本思想：良好的結(jié)構(gòu)化、模塊化，最小的公共服務(wù)；設(shè)計(jì)目標(biāo)：使內(nèi)核盡可能小，功能盡可能少（基本），把其他所有功能放到核外的用戶級來完成。提供以下基本服務(wù)：（有限的）進(jìn)程管理和調(diào)度；進(jìn)程間的通信機(jī)制；（某些）存儲管理；低級I/O操作；傳統(tǒng)OS結(jié)構(gòu)現(xiàn)代OS結(jié)構(gòu)OSLec270傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體或模塊結(jié)構(gòu)（monolithicsystemormodularsystem）特點(diǎn)：模塊由眾多服務(wù)過程（模塊接口）組成，可以隨意調(diào)用其他模塊中的服務(wù)過程進(jìn)程控制進(jìn)程調(diào)度內(nèi)存分配內(nèi)存保護(hù)磁盤管理目錄管理進(jìn)程管理存儲器管理文件管理操作系統(tǒng)模塊子模塊…OSLec271模塊化OS結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)加速了OS的開發(fā)過程；具有一定靈活性，在運(yùn)行中的高效率缺點(diǎn)：功能劃分和模塊接口難保正確和合理；模塊之間的依賴關(guān)系（功能調(diào)用關(guān)系）復(fù)雜（調(diào)用深度和方向），降低了模塊之間的相對獨(dú)立性－－不利于修改OSLec272傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)或虛擬機(jī)（layeredsystemorvirtualmachine）劃分層次，在某一層次上代碼只能調(diào)用低層次上的代碼，使模塊間的調(diào)用變?yōu)橛行蛐?。系統(tǒng)每加一層，就構(gòu)成一個(gè)比原來功能更強(qiáng)的虛擬機(jī)優(yōu)點(diǎn)：功能明確，調(diào)用關(guān)系清晰（高層對低層單向依賴），有利于保證設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的正確性低層和高層可分別實(shí)現(xiàn)（便于擴(kuò)充）；高層錯(cuò)誤不會影響到低層；避免遞歸調(diào)用缺點(diǎn)：降低了運(yùn)行效率OSLec273分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則每一層都僅使用其底層所提供的功能和服務(wù)，這樣可使系統(tǒng)的調(diào)試和驗(yàn)證都變得容易。調(diào)用跨越的層次：相鄰層（最嚴(yán)格）、所有下層、部分下層層次的設(shè)置：程序嵌套：每個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)要經(jīng)由若干個(gè)軟件層才有可能完成，要考慮在實(shí)現(xiàn)每個(gè)功能時(shí)所形成的程序嵌套；運(yùn)行頻率：經(jīng)?；钴S的模塊放在最接近硬件的層次；公用模塊：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；用戶接口：接口應(yīng)設(shè)置在OS的最高層，直接提供給用戶使用OSLec274現(xiàn)代的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)客戶/服務(wù)器模型或微內(nèi)核結(jié)構(gòu)（client-servermodelormicrokernel

）微內(nèi)核技術(shù)，指精心設(shè)計(jì)的、能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代OS核心功能的小型內(nèi)核。運(yùn)行在核心態(tài)，開機(jī)后常駐內(nèi)存，它不會因內(nèi)存緊張而被換出內(nèi)存。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模式：客戶/服務(wù)器模式對象模式OSLec275客戶/服務(wù)器模式OS劃分為兩部分：用于提供各種服務(wù)的一組服務(wù)器（進(jìn)程）內(nèi)核，用來處理客戶和服務(wù)器之間的通信OSLec276客戶/服務(wù)器模式的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：良好的擴(kuò)充性：只需添加支持新功能的服務(wù)進(jìn)程即可可靠性好：調(diào)用關(guān)系明確，執(zhí)行轉(zhuǎn)移不易混亂便于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)分布式處理：以同樣的調(diào)用形式，在下層可通過核心中的網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)方服務(wù)器上(遠(yuǎn)地過程調(diào)用RPC,RemoteProcedureCall)缺點(diǎn)：消息傳遞比直接調(diào)用效率低(但可以通過提高硬件性能來補(bǔ)償)RPC的過程：RPC應(yīng)用程序－－RPCStub(client)－－Network－－RPCServer－－進(jìn)行本地調(diào)用1.4操作系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)CPU的雙模式工作方式（Dual-ModeOperation）I/O保護(hù)（I/OProtection）內(nèi)存保護(hù)（MemoryProtection）CPU保護(hù)（CPUProtection）雙工作模式共享的資源要求，一個(gè)任務(wù)執(zhí)行失敗，不能影響其他任務(wù)執(zhí)行的正確性。要求系統(tǒng)必須提供至少兩種的特權(quán)等級.1. 用戶模式（也稱為目態(tài)）

–

用戶任務(wù)運(yùn)行的環(huán)境.2.

管理模式(也稱為系統(tǒng)態(tài)，核心態(tài))–

操作系統(tǒng)執(zhí)行的模式.管態(tài)與目態(tài)用戶工作的狀態(tài)——目態(tài)，用戶態(tài)系統(tǒng)程序工作的狀態(tài)——管態(tài)，系統(tǒng)態(tài)特權(quán)指令與訪管指令特權(quán)指令：只允許管態(tài)下使用的指令。用戶程序在目態(tài)下運(yùn)行——只能使用目態(tài)指令操作系統(tǒng)是系統(tǒng)程序在管態(tài)下運(yùn)行——可以使用目態(tài)指令，也可使用特權(quán)指令訪管指令：引起訪管中斷，實(shí)現(xiàn)從目態(tài)到管態(tài)的轉(zhuǎn)變（設(shè)定程序狀態(tài)字為管態(tài)），在管態(tài)下由操作系統(tǒng)代替用戶完成操作，再由管態(tài)返回到目態(tài)。程序狀態(tài)類型在CPU的硬件中增加一位狀態(tài)信息:monitor(0)oruser(1).當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生中斷或者出現(xiàn)錯(cuò)誤陷入時(shí)，系統(tǒng)由目態(tài)進(jìn)入管態(tài).任何特權(quán)指令智能在管態(tài)下執(zhí)行.monitoruser中斷/異常設(shè)置CPU為目態(tài)如何區(qū)分CPU的兩種工作狀態(tài)？I/O保護(hù)所有的I/O操作都是特權(quán)級的指令.嚴(yán)格禁止用戶態(tài)的程序直接訪問IO設(shè)備。思考：用戶如何訪問IO設(shè)備？內(nèi)存保護(hù)必須提供內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，至少要提供對中斷向量和中斷服務(wù)例程的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制.HOW？BaseregisterLimitregister課堂練習(xí)已知某操作系統(tǒng)目前內(nèi)存中的信息如右圖所示，該操作系統(tǒng)正在處理四個(gè)并發(fā)的作業(yè)job1，job2，job3，job4，假設(shè)現(xiàn)在job3正在進(jìn)行計(jì)算，訪問的物理地址是412000，問，job3訪問這個(gè)地