ch 操作系統(tǒng)的概觀上課內(nèi)容

會(huì)計(jì)學(xué)1ch操作系統(tǒng)的概觀上課內(nèi)容2/144本章學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握什么是操作系統(tǒng)掌握操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用了解操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程，掌握不同種類操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)理解操作系統(tǒng)的基本特性掌握操作系統(tǒng)的主要功能了解常用的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法第2頁(yè)/共144頁(yè)第1頁(yè)/共144頁(yè)3/1441.1操作系統(tǒng)概觀1.1.1操作系統(tǒng)的定義和目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用和功能1.1.3操作系統(tǒng)的主要特性第3頁(yè)/共144頁(yè)第2頁(yè)/共144頁(yè)4/144操作系統(tǒng)的定義目標(biāo)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的位置作用功能特性

主要內(nèi)容第4頁(yè)/共144頁(yè)第3頁(yè)/共144頁(yè)5/144操作系統(tǒng)名稱的演變核心程序(Kernel)5監(jiān)控（督）程序（系統(tǒng)）（Monitor)1執(zhí)行系統(tǒng)（程序）(ExecutiveSystem(program))2控制系統(tǒng)（程序）(ControlSystemprogram))3管理程序(Supervisor,SupervisorSystem)4操作系統(tǒng)(OperatingSystem)6第5頁(yè)/共144頁(yè)第4頁(yè)/共144頁(yè)6/1441.1.1操作系統(tǒng)的定義和目標(biāo)操作系統(tǒng)是管理系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行，改善人機(jī)界面，提供各種服務(wù)，合理組織計(jì)算機(jī)工作流程和為用戶有效使用計(jì)算機(jī)提供良好運(yùn)行環(huán)境的一種系統(tǒng)軟件。其他觀點(diǎn)：操作系統(tǒng)：是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，合理對(duì)各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序集合它可被看作是用戶和計(jì)算機(jī)硬件之間的一種接口，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可分割的重要組成部分。第6頁(yè)/共144頁(yè)第5頁(yè)/共144頁(yè)7/144操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中的位置

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件：包括中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等基本部分軟件：包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，操作系統(tǒng)是最重要的系統(tǒng)軟件第7頁(yè)/共144頁(yè)第6頁(yè)/共144頁(yè)8/144用戶應(yīng)用程序序程其他系統(tǒng)軟件

與硬件的關(guān)系：

控制CPU的工作

訪問(wèn)存儲(chǔ)器

設(shè)備驅(qū)動(dòng)、中斷處理。作系操統(tǒng)

裸機(jī)與用戶及應(yīng)用程序的關(guān)系：

提供方便的用戶界面、

提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。1.OS與各層的關(guān)系

操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中的位置第8頁(yè)/共144頁(yè)第7頁(yè)/共144頁(yè)9/144下層硬件環(huán)境：

提供OS運(yùn)行基礎(chǔ);

限制了OS的功能實(shí)現(xiàn)2.各層對(duì)操作系統(tǒng)的制約上層軟件:

對(duì)OS提出要求良好的用戶界面

裸機(jī)作系操統(tǒng)其他系統(tǒng)軟件用戶應(yīng)用程序序程操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中的位置第9頁(yè)/共144頁(yè)第8頁(yè)/共144頁(yè)10/144計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)其他系統(tǒng)軟件應(yīng)用程序與開(kāi)發(fā)者的關(guān)系操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中的位置其他用戶操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)者應(yīng)用程序設(shè)計(jì)者計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)其他系統(tǒng)軟件應(yīng)用程序計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)其他系統(tǒng)軟件其他用戶應(yīng)用程序計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)其他系統(tǒng)軟件第10頁(yè)/共144頁(yè)第9頁(yè)/共144頁(yè)11/144操作系統(tǒng)的主要目標(biāo)方便用戶使用擴(kuò)大機(jī)器功能管理系統(tǒng)資源提高系統(tǒng)效率構(gòu)筑開(kāi)放環(huán)境第11頁(yè)/共144頁(yè)第10頁(yè)/共144頁(yè)12/144

1.1.2操作系統(tǒng)的作用與功能

操作系統(tǒng)的作用

OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口

OS作為虛擬計(jì)算機(jī)

OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者第12頁(yè)/共144頁(yè)第11頁(yè)/共144頁(yè)13/144操作系統(tǒng)的作用OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間的接口OS處于用戶和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間，用戶通過(guò)OS來(lái)使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用戶可以通過(guò)命令方式、系統(tǒng)調(diào)用方式和圖形、窗口方式使用計(jì)算機(jī)用戶應(yīng)用程序系統(tǒng)調(diào)用命令圖標(biāo)、窗口操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)硬件

1.1.2操作系統(tǒng)的作用與功能第13頁(yè)/共144頁(yè)第12頁(yè)/共144頁(yè)14/144操作系統(tǒng)的作用OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者硬件資源：處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備信息資源：程序和數(shù)據(jù)

1.1.2操作系統(tǒng)的作用與功能第14頁(yè)/共144頁(yè)第13頁(yè)/共144頁(yè)15/144操作系統(tǒng)的作用OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象(虛擬機(jī))

當(dāng)計(jì)算機(jī)上覆蓋了操作系統(tǒng)后，便為用戶提供了一臺(tái)功能顯著增強(qiáng)，使用更加方便，效率明顯提高的虛擬計(jì)算機(jī)用戶物理接口硬件用戶I/O軟件物理接口硬件I/O操作命令（Read,Write）虛機(jī)器用戶需了解物理接口的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；利用機(jī)器指令進(jìn)行編程用戶無(wú)需了解物理接口的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)；在窗口環(huán)境下使用計(jì)算機(jī)第15頁(yè)/共144頁(yè)第14頁(yè)/共144頁(yè)16/144操作系統(tǒng)的作用(續(xù))例1，多任務(wù)操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理功能模塊通過(guò)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)將一臺(tái)物理處理機(jī)虛擬成了若干臺(tái)邏輯處理機(jī)，從而可以在單處理機(jī)系統(tǒng)中同時(shí)運(yùn)行多道程序例2，操作系統(tǒng)的虛擬存儲(chǔ)管理功能模塊通過(guò)進(jìn)程在內(nèi)外存之間的對(duì)換、部分裝入即可運(yùn)行等操作，虛構(gòu)了一個(gè)比實(shí)際內(nèi)存空間大的多的編程空間，從而能夠運(yùn)行比內(nèi)存空間大的程序，能夠并發(fā)運(yùn)行更多道的程序例3，操作系統(tǒng)的I/O設(shè)備管理功能模塊通過(guò)虛擬操作屏蔽了顯示器、打印機(jī)、掃描儀、鍵盤(pán)和鼠標(biāo)等設(shè)備的物理細(xì)節(jié)，使得用戶可以使用統(tǒng)一的I/O命令、統(tǒng)一的界面來(lái)對(duì)不同的外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出操作第16頁(yè)/共144頁(yè)第15頁(yè)/共144頁(yè)17/144例4，操作系統(tǒng)的文件管理功能模塊將磁盤(pán)抽象成一組命名的文件，用戶通過(guò)文件操作，按文件名來(lái)存取信息，不必涉及諸如數(shù)據(jù)物理地址、磁盤(pán)記錄命令、移動(dòng)磁頭臂、搜索物理塊及設(shè)備驅(qū)動(dòng)等物理細(xì)節(jié)，便于使用、效率又高例5，操作系統(tǒng)的窗口管理軟件把一臺(tái)物理屏幕改造（虛擬）成多窗口，每個(gè)應(yīng)用可以在各自的窗口中操作，用戶可以在窗口環(huán)境中方便地與計(jì)算機(jī)交互操作系統(tǒng)的作用(續(xù))第17頁(yè)/共144頁(yè)第16頁(yè)/共144頁(yè)18/144操作系統(tǒng)的功能處理機(jī)管理存儲(chǔ)管理設(shè)備管理文件管理網(wǎng)絡(luò)與通信管理用戶接口第18頁(yè)/共144頁(yè)第17頁(yè)/共144頁(yè)19/144處理機(jī)管理

處理器管理具體包括：

進(jìn)程控制和管理進(jìn)程同步和互斥進(jìn)程通信和死鎖線程控制和管理處理器調(diào)度，分作業(yè)調(diào)度，中程調(diào)度，低級(jí)調(diào)度等第19頁(yè)/共144頁(yè)第18頁(yè)/共144頁(yè)20/144

存儲(chǔ)管理

存儲(chǔ)管理具有四大功能：

存儲(chǔ)分配

存儲(chǔ)共享

地址轉(zhuǎn)換(邏輯地址物理地址)與存儲(chǔ)保護(hù)

存儲(chǔ)擴(kuò)充第20頁(yè)/共144頁(yè)第19頁(yè)/共144頁(yè)21/144設(shè)備管理

設(shè)備管理具有以下功能：

設(shè)備分配

緩沖管理

設(shè)備驅(qū)動(dòng)

設(shè)備獨(dú)立性

實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備第21頁(yè)/共144頁(yè)第20頁(yè)/共144頁(yè)22/144文件管理

文件管理要完成以下任務(wù)：

提供文件邏輯組織方法

提供文件物理組織方法

提供文件的存取方法

提供文件的使用方法

實(shí)現(xiàn)文件的目錄管理

實(shí)現(xiàn)文件的存取控制

實(shí)現(xiàn)文件的存儲(chǔ)空間管理第22頁(yè)/共144頁(yè)第21頁(yè)/共144頁(yè)23/144

網(wǎng)絡(luò)與通信管理網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：網(wǎng)上資源管理功能數(shù)據(jù)通信管理功能網(wǎng)絡(luò)管理功能，包括:故障管理、安全管理、性能管理、記帳管理和配置管理。第23頁(yè)/共144頁(yè)第22頁(yè)/共144頁(yè)24/144#include<stdio.h>intmain(){inta,b;scanf(“%d%d”,&a,&b);printf(“a+b=%d\n”,a+b);return0;}示例第24頁(yè)/共144頁(yè)第23頁(yè)/共144頁(yè)25/144用戶告訴操作系統(tǒng)執(zhí)行該程序該程序在運(yùn)行前一般在外存上存放，操作系統(tǒng)通過(guò)文件目錄表從外存找到該程序該程序由管理信息和代碼數(shù)據(jù)組成，系統(tǒng)根據(jù)管理信息找出代碼和數(shù)據(jù)的地址內(nèi)存管理模塊根據(jù)程序的大小為代碼和變量分配內(nèi)存，文件系統(tǒng)定位并讀寫(xiě)磁盤(pán)塊將該程序讀入內(nèi)存系統(tǒng)創(chuàng)建進(jìn)程以執(zhí)行該程序，進(jìn)程由進(jìn)程控制塊和代碼數(shù)據(jù)組成，進(jìn)程控制塊是系統(tǒng)用于管理進(jìn)程的管理信息進(jìn)程開(kāi)始執(zhí)行，scanf(“%d%d”,&a,&b);涉及到硬件輸入設(shè)備（如鍵盤(pán)）的操作，設(shè)備處理模塊投入工作，使用戶輸入數(shù)據(jù)，用戶無(wú)須關(guān)心設(shè)備端口狀態(tài)以及機(jī)械操作細(xì)節(jié)示例（續(xù)）第25頁(yè)/共144頁(yè)第24頁(yè)/共144頁(yè)26/144操作系統(tǒng)以系統(tǒng)功能調(diào)用的形式在內(nèi)部提供了完成從輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)的程序模塊，該模塊負(fù)責(zé)所有涉及硬件機(jī)械電子特性的處理printf(“a+b=%d\n”,a+b);涉及到CPU的計(jì)算處理功能和輸出設(shè)備（如顯示器）的操作對(duì)于輸出設(shè)備，系統(tǒng)同樣提供了相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用處理模塊來(lái)控制輸出設(shè)備底層機(jī)械電子方面的操作細(xì)節(jié)來(lái)完成數(shù)據(jù)的輸出，用戶同樣不必關(guān)心底層細(xì)節(jié)在多任務(wù)系統(tǒng)中，需要有專門的處理機(jī)調(diào)度模塊負(fù)責(zé)分配處理機(jī)和保護(hù)處理機(jī)現(xiàn)場(chǎng)，在進(jìn)程間完成進(jìn)程切換的工作對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，處理機(jī)的調(diào)度及切換可能只是通過(guò)鼠標(biāo)的點(diǎn)擊操作或者在程序中簡(jiǎn)單地安排幾條系統(tǒng)功能調(diào)用即可完成示例（續(xù)）第26頁(yè)/共144頁(yè)第25頁(yè)/共144頁(yè)27/144return0;結(jié)束用戶進(jìn)程的運(yùn)行，將控制權(quán)返回給操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)回收用戶進(jìn)程所占用的內(nèi)存等軟硬件資源，進(jìn)行結(jié)束處理，用戶同樣無(wú)須關(guān)心這些善后事宜綜上所述，操作系統(tǒng)在執(zhí)行程序的過(guò)程中向用戶提供了文件存取服務(wù)、內(nèi)存分配服務(wù)、處理機(jī)調(diào)度服務(wù)、設(shè)備分配和處理服務(wù)等功能示例（續(xù)）第27頁(yè)/共144頁(yè)第26頁(yè)/共144頁(yè)28/1441.1.3操作系統(tǒng)的主要特性操作系統(tǒng)主要有四個(gè)基本特征：

并發(fā)性共享性異步性虛擬性第28頁(yè)/共144頁(yè)第27頁(yè)/共144頁(yè)29/144并發(fā)性（Concurrence）指兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件或活動(dòng)在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生并行性（parallelism）指兩個(gè)或兩個(gè)以上事件或活動(dòng)在同一時(shí)刻發(fā)生并發(fā)性第29頁(yè)/共144頁(yè)第28頁(yè)/共144頁(yè)30/144并發(fā)性(續(xù))操作系統(tǒng)的并發(fā)性指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同時(shí)存在若干個(gè)運(yùn)行著的程序（包括操作系統(tǒng)程序和用戶程序），這些程序交替、穿插地執(zhí)行并發(fā)的實(shí)質(zhì)是一個(gè)物理CPU(也可以多個(gè)物理CPU)在若干道程序之間多路復(fù)用，并發(fā)性是對(duì)有限物理資源強(qiáng)制行使多用戶共享以提高效率第30頁(yè)/共144頁(yè)第29頁(yè)/共144頁(yè)31/144在多處理器系統(tǒng)中，程序的并發(fā)性不僅體現(xiàn)在宏觀上，而且體現(xiàn)在微觀上，這稱為并行在多道程序環(huán)境下，并行性使多個(gè)程序同一時(shí)刻可在不同CPU上同時(shí)執(zhí)行并行的事件或活動(dòng)一定是并發(fā)的，并發(fā)的事件或活動(dòng)未必是并行的，并行性是并發(fā)性的特例，并發(fā)性是并行性的擴(kuò)展并發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵在于如何對(duì)系統(tǒng)中多個(gè)運(yùn)行程序（進(jìn)程）進(jìn)行切換并發(fā)性(續(xù))第31頁(yè)/共144頁(yè)第30頁(yè)/共144頁(yè)32/144共享指操作系統(tǒng)中的資源（包括硬件資源和信息資源）可被多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用，而不是被其中某一個(gè)程序所獨(dú)占共享的原因有時(shí)來(lái)源于經(jīng)濟(jì)，有時(shí)來(lái)源于邏輯上的必須共享性第32頁(yè)/共144頁(yè)第31頁(yè)/共144頁(yè)33/144資源共享可分成兩種方式：互斥訪問(wèn)：系統(tǒng)中的某些資源同一時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)臨界資源：同一時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)程序訪問(wèn)的資源稱為臨界資源許多物理設(shè)備，如打印機(jī)、磁帶機(jī)、卡片機(jī)等某些數(shù)據(jù)和表格都是互斥共享的資源同時(shí)訪問(wèn)：允許同一時(shí)間內(nèi)多個(gè)進(jìn)程對(duì)某些資源進(jìn)行訪問(wèn)典型的可供多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)的資源是磁盤(pán)可重入程序也可被同時(shí)訪問(wèn)共享性(續(xù))第33頁(yè)/共144頁(yè)第32頁(yè)/共144頁(yè)34/144并發(fā)和共享性的關(guān)系并發(fā)性和共享性是操作系統(tǒng)兩個(gè)最基本的特性資源的共享是因?yàn)槌绦虻牟l(fā)引起的，不允許并發(fā)就不存在資源共享問(wèn)題若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效管理，必然會(huì)影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至程序無(wú)法并發(fā)執(zhí)行第34頁(yè)/共144頁(yè)第33頁(yè)/共144頁(yè)35/144異步性異步性即不確定性、隨機(jī)性操作系統(tǒng)中的異步性處處可見(jiàn)：一個(gè)進(jìn)程在CPU上運(yùn)行一段時(shí)間后，由于等待資源滿足或事件發(fā)生，被暫停執(zhí)行，CPU轉(zhuǎn)讓給另一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行系統(tǒng)中的進(jìn)程何時(shí)執(zhí)行？何時(shí)暫停？怎樣的速度向前推進(jìn)？進(jìn)程總共要多少時(shí)間執(zhí)行才能完成？這些都是不可預(yù)知的，或者說(shuō)該進(jìn)程是以異步方式運(yùn)行的第35頁(yè)/共144頁(yè)第34頁(yè)/共144頁(yè)36/144虛擬性是指操作系統(tǒng)中的一種管理技術(shù)，它是把物理上的一個(gè)實(shí)體變成邏輯上的多個(gè)對(duì)應(yīng)物，或把物理上的多個(gè)實(shí)體變成邏輯上的一個(gè)對(duì)應(yīng)物的技術(shù)。

虛擬性第36頁(yè)/共144頁(yè)第35頁(yè)/共144頁(yè)37/144例1．通過(guò)多道程序和分時(shí)使用CPU技術(shù)，物理上的一個(gè)CPU變成邏輯上的多個(gè)CPU例2．通過(guò)Spooling技術(shù)可把物理上的一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變成邏輯上的多臺(tái)虛擬設(shè)備例3．通過(guò)窗口技術(shù)可把物理上的一個(gè)屏幕變成邏輯上的多個(gè)虛擬屏幕例4．IBM的VM技術(shù)把物理上的一臺(tái)計(jì)算機(jī)變成邏輯上的多臺(tái)計(jì)算機(jī)例5．虛擬存儲(chǔ)器把物理上的多個(gè)存儲(chǔ)器(主存和輔存)變成邏輯上的一個(gè)(虛存)虛擬性(續(xù))第37頁(yè)/共144頁(yè)第36頁(yè)/共144頁(yè)38/1441.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展1.3操作系統(tǒng)提供的服務(wù)和用戶接口1.4操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第一章操作系統(tǒng)概論第38頁(yè)/共144頁(yè)第37頁(yè)/共144頁(yè)39/144操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)操作系統(tǒng)的發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)硬件、應(yīng)用軟件的發(fā)展而發(fā)展。發(fā)展的宗旨并未改變，依然是充分利用硬件，提供更好的服務(wù)。第39頁(yè)/共144頁(yè)第38頁(yè)/共144頁(yè)40/144操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程操作系統(tǒng)形成實(shí)時(shí)系統(tǒng)多道程序系統(tǒng)多道分時(shí)批處系統(tǒng)理系統(tǒng)手工操作階段

單道批處理

聯(lián)機(jī)批處理

脫機(jī)批處理PC機(jī)OS網(wǎng)絡(luò)OS分布式OS多處理OS嵌入式OS聯(lián)機(jī)批處理脫機(jī)批處理單道批處理多道程序系統(tǒng)多道分時(shí)批處系統(tǒng)理系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)操作系統(tǒng)形成第40頁(yè)/共144頁(yè)第39頁(yè)/共144頁(yè)41/144第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIAC的運(yùn)算速度為每秒5000次，操作者必須用線路連接的方法手工編排程序然后連接電路。無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第41頁(yè)/共144頁(yè)第40頁(yè)/共144頁(yè)42/144程序通過(guò)插板或卡片裝入無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第42頁(yè)/共144頁(yè)第41頁(yè)/共144頁(yè)43/144人工控制和使用計(jì)算機(jī)的過(guò)程大致如下：（1）人工把源程序用穿孔機(jī)穿制在卡片或紙帶上；(與現(xiàn)在對(duì)比)（2）將準(zhǔn)備好的匯編解釋程序或編譯系統(tǒng)裝入計(jì)算機(jī)；（3）匯編程序或編譯系統(tǒng)讀入人工裝在輸入機(jī)上的穿孔卡片或穿孔帶上的源程序；（4）執(zhí)行匯編過(guò)程或編譯過(guò)程，產(chǎn)生目標(biāo)程序，并輸出到目標(biāo)卡片或紙帶；（5）通過(guò)引導(dǎo)程序把裝在輸入機(jī)上的目標(biāo)程序讀入計(jì)算機(jī)；（6）啟動(dòng)目標(biāo)程序執(zhí)行，從輸入機(jī)上讀入人工裝好的數(shù)據(jù)卡片或數(shù)據(jù)帶上的數(shù)據(jù)；(7）產(chǎn)生計(jì)算結(jié)果，執(zhí)行結(jié)果從打印機(jī)上或卡片機(jī)上輸出。無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第43頁(yè)/共144頁(yè)第42頁(yè)/共144頁(yè)44/1441.缺點(diǎn)：有人工干預(yù)用戶獨(dú)占全機(jī)CPU等待人工操作2.問(wèn)題：人—

機(jī)矛盾CPU—I/O速度不匹配的矛盾

機(jī)器作業(yè)在機(jī)器上人工操操作時(shí)間與機(jī)器速度計(jì)算所需時(shí)間作時(shí)間有效運(yùn)行時(shí)間之比

1萬(wàn)次/秒1小時(shí)3分鐘1：20

60萬(wàn)次/秒1分鐘3分鐘3：1人工操作階段的缺點(diǎn)第44頁(yè)/共144頁(yè)第43頁(yè)/共144頁(yè)45/144手工操作階段主機(jī)速度人—機(jī)矛盾管理程序階段---單道批處理系統(tǒng)

單道批處理

聯(lián)機(jī)批處理

脫機(jī)批處理聯(lián)機(jī)批處理脫機(jī)批處理單道批處理第45頁(yè)/共144頁(yè)第44頁(yè)/共144頁(yè)46/144

20世紀(jì)50年代末出現(xiàn)了脫機(jī)輸入/輸出（Off-LineI/O）技術(shù)。該技術(shù)是事先將裝有用戶程序和數(shù)據(jù)的紙帶（或卡片）裝入紙帶輸入機(jī)（或卡片機(jī)），在一臺(tái)外圍機(jī)(輔機(jī))的控制下，把紙帶（卡片）上的數(shù)據(jù)（程序）輸入到磁帶上。當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)，再?gòu)拇艓蠈⑵涓咚俚卣{(diào)入內(nèi)存。

脫機(jī)輸入/輸出方式磁帶輸出設(shè)備外圍機(jī)主機(jī)磁帶磁帶磁帶外圍機(jī)輸入設(shè)備第46頁(yè)/共144頁(yè)第45頁(yè)/共144頁(yè)47/144

當(dāng)CPU需要輸出時(shí)，可由CPU直接高速地把數(shù)據(jù)從內(nèi)存送到磁帶上，然后再在另一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，將磁帶上的結(jié)果通過(guò)相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出。脫機(jī)輸入/輸出方式無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸出設(shè)備主機(jī)磁帶磁帶外圍機(jī)第47頁(yè)/共144頁(yè)第46頁(yè)/共144頁(yè)48/144優(yōu)點(diǎn)：（1）減少了CPU的空閑時(shí)間。裝帶（卡）、卸帶（卡）以及將數(shù)據(jù)從低速I/O設(shè)備送到高速磁帶（或盤(pán)）上，都是在脫機(jī)情況下進(jìn)行的，并不占用主機(jī)時(shí)間，從而有效地減少了CPU的空閑時(shí)間，緩和了人機(jī)矛盾。（2）提高了I/O速度。當(dāng)CPU在運(yùn)行中需要數(shù)據(jù)時(shí)，是直接從高速的磁帶或磁盤(pán)上將數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存的，不再是從低速I/O設(shè)備上輸入，極大地提高了I/O速度，從而緩和了CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾，進(jìn)一步減少了CPU的空閑時(shí)間。脫機(jī)輸入/輸出方式第48頁(yè)/共144頁(yè)第47頁(yè)/共144頁(yè)49/144工作方式：把一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，并在系統(tǒng)中配上管理程序（Monitor），在它的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)連續(xù)處理。工作過(guò)程：由管理程序?qū)⒋艓系牡谝粋€(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存，并把運(yùn)行控制權(quán)交給該作業(yè)。當(dāng)該作業(yè)處理完成時(shí)，又把控制權(quán)交還給管理程序，再由管理程序把磁帶（盤(pán)）上的第二個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)這樣一個(gè)作業(yè)一個(gè)作業(yè)地進(jìn)行處理，直至磁帶（盤(pán)）上的所有作業(yè)全部完成。聯(lián)機(jī)輸入/輸出方式第49頁(yè)/共144頁(yè)第48頁(yè)/共144頁(yè)50/144還有下一個(gè)作業(yè)?把下一個(gè)作業(yè)的源程序轉(zhuǎn)換為目標(biāo)程序源程序有錯(cuò)嗎？裝配目標(biāo)程序運(yùn)行目標(biāo)程序開(kāi)始是是否否停止聯(lián)機(jī)輸入/輸出方式第50頁(yè)/共144頁(yè)第49頁(yè)/共144頁(yè)51/144自動(dòng)性作業(yè)能夠自動(dòng)地逐個(gè)依次運(yùn)行，無(wú)須人工干預(yù)順序性各道作業(yè)的完成順序與進(jìn)入內(nèi)存的順序相同單道性內(nèi)存中僅有一道程序運(yùn)行聯(lián)機(jī)輸入/輸出方式第51頁(yè)/共144頁(yè)第50頁(yè)/共144頁(yè)52/144第52頁(yè)/共144頁(yè)第51頁(yè)/共144頁(yè)53/144單道程序運(yùn)行情況用戶程序監(jiān)督程序I/O操作I/O中斷請(qǐng)求t1結(jié)束中斷I/O完成啟動(dòng)I/OI/O中斷請(qǐng)求結(jié)束中斷I/O完成啟動(dòng)I/Ot2t3t4t5t6t7t8從紅色的實(shí)線來(lái)看CPU是斷續(xù)性運(yùn)作t2~t3、t6~t7時(shí)間間隔內(nèi)CPU空閑第53頁(yè)/共144頁(yè)第52頁(yè)/共144頁(yè)54/144多道批處理系統(tǒng)20世紀(jì)60年代中期，引入了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，由此形成了多道批處理系統(tǒng)（MultiprogrammedBatchProcessingSystem）。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，作業(yè)調(diào)度程序按一定算法從后備隊(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。引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)可以帶來(lái)如下好處：（1）提高CPU利用率。（2）可提高內(nèi)存和I/O設(shè)備的利用率（3）增加系統(tǒng)吞吐量。第54頁(yè)/共144頁(yè)第53頁(yè)/共144頁(yè)55/144多道程序運(yùn)行情況程序A程序C程序B程序D調(diào)度程序AI/O請(qǐng)求AI/O完成A再次被調(diào)度BI/O請(qǐng)求CI/O請(qǐng)求DI/O請(qǐng)求程序BI/O完成CI/O完成C再次被調(diào)度A完成從紅色的實(shí)線來(lái)看CPU是持續(xù)性運(yùn)作第55頁(yè)/共144頁(yè)第54頁(yè)/共144頁(yè)56/144多道程序設(shè)計(jì)原理【多道程序設(shè)計(jì)原理】：在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序，它們?cè)诠芾沓绦虻目刂葡孪嗷ゴ┎宓剡\(yùn)行，共享CPU和外設(shè)等資源。采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的批處理系統(tǒng)稱為多道批處理系統(tǒng)。第56頁(yè)/共144頁(yè)第55頁(yè)/共144頁(yè)57/144多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)資源利用率高內(nèi)存中的多道程序可以共享資源，使得資源充分利用系統(tǒng)吞吐量大

CPU及其它資源保持忙碌，切換較少，系統(tǒng)開(kāi)銷小，使得系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)所完成的總工作量較大平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)

由于作業(yè)需要排隊(duì)，依次處理，周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)無(wú)交互能力

用戶一旦將作業(yè)提交給系統(tǒng)，將不能與自己的作業(yè)交互，修改和調(diào)試程序不方便(一旦提交，作業(yè)必須執(zhí)行結(jié)束)第57頁(yè)/共144頁(yè)第56頁(yè)/共144頁(yè)58/144多道批處理系統(tǒng)的特征多道性在內(nèi)存中可駐留多道程序無(wú)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(wú)嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系調(diào)度性作業(yè)從提交給系統(tǒng)開(kāi)始直至完成需要經(jīng)歷作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度第58頁(yè)/共144頁(yè)第57頁(yè)/共144頁(yè)59/144多道批處理系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題處理機(jī)管理問(wèn)題在多道程序之間如何共享處理機(jī)，使CPU既能滿足各程序運(yùn)行的需要，又能提高處理機(jī)的利用率。內(nèi)存管理問(wèn)題多個(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(wú)嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系I/O設(shè)備管理問(wèn)題有多種類型的I/O設(shè)備供多道程序共享，如何分配設(shè)備？如何既方便用戶使用又能提高設(shè)備利用率？文件管理問(wèn)題如何組織這些以文件形式存在的數(shù)據(jù)和程序？作業(yè)管理問(wèn)題有的作業(yè)是I/O型，有些是計(jì)算型，有的要求系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)。如何組織這些作業(yè)？第59頁(yè)/共144頁(yè)第58頁(yè)/共144頁(yè)60/144單道和多道批處理的比較

多道程序系統(tǒng)和多處理系統(tǒng)(Multi-ProcessingSystem)的區(qū)別：前者指多個(gè)程序同時(shí)在內(nèi)存中交替運(yùn)行，后者指多個(gè)處理器。

單道多道內(nèi)存使用每次一個(gè)作業(yè)每次多個(gè)作業(yè)（充分利用內(nèi)存）作業(yè)次序順序，先進(jìn)先出無(wú)確定次序第60頁(yè)/共144頁(yè)第59頁(yè)/共144頁(yè)61/144多道批處理系統(tǒng)的資源利用多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征是基于各作業(yè)對(duì)系統(tǒng)資源的需求差異得到的。例如：有3個(gè)作業(yè)A、B、C，A是計(jì)算作業(yè)、B是檢索磁帶上數(shù)據(jù)的作業(yè)，C是打印作業(yè)。3個(gè)作業(yè)單道運(yùn)行時(shí)間分別為5分鐘、15分鐘和10分鐘。假設(shè)可在15分鐘內(nèi)并行完成這3個(gè)作業(yè)。則各資源的利用率分別為：

CPU打印機(jī)磁帶單道17%33%50%多道33%66%100%單道和多道批處理的比較5/(5+15+10)5/15第61頁(yè)/共144頁(yè)第60頁(yè)/共144頁(yè)62/144練習(xí)題在有一臺(tái)CPU和兩臺(tái)輸入/輸出設(shè)備（磁盤(pán)機(jī)和磁帶機(jī)）的多道程序系統(tǒng)中，同時(shí)投入運(yùn)行2個(gè)程序A和B。這2個(gè)程序?qū)PU和磁盤(pán)和磁帶的使用順序和使用時(shí)間為：程序A：磁帶（30S）、CPU（10S）、磁盤(pán)（30S）、

CPU（10S）、磁帶（20S）程序B：磁盤(pán)（20S）、CPU（30S）、磁帶（40S）假定：CPU、磁盤(pán)和磁帶都能并行工作試問(wèn)：在單道和多道兩種方式下，

1、程序A和B從投入運(yùn)行到運(yùn)行完成所用的時(shí)間分別是多少？

2、CPU、磁盤(pán)和磁帶的利用率是多少？第62頁(yè)/共144頁(yè)第61頁(yè)/共144頁(yè)63/144A、B同時(shí)運(yùn)行的情況程序A程序BCPU磁帶磁盤(pán)20s30s50sB60sA90sA100s120s程序A：磁帶（30S）、CPU（10S）、磁盤(pán)（30S）、CPU（10S）、磁帶（20S）程序B：磁盤(pán)（20S）、CPU（30S）、磁帶（40S）第63頁(yè)/共144頁(yè)第62頁(yè)/共144頁(yè)64/144資源利用情況單道程序兩道程序CPU50/190=26％50/120=42％磁帶90/190=47%90/120=75%磁盤(pán)50/190=26％50/120=42%第64頁(yè)/共144頁(yè)第63頁(yè)/共144頁(yè)65/144多道程序設(shè)計(jì)的道數(shù)問(wèn)題多道程序設(shè)計(jì)的道數(shù)多少不是任意的并不是道數(shù)越多，效率就越高內(nèi)存儲(chǔ)器的容量和用戶的響應(yīng)時(shí)間等因素也影響多道程序道數(shù)的多少第65頁(yè)/共144頁(yè)第64頁(yè)/共144頁(yè)66/144所有程序等待IO的時(shí)間即為CPU的空閑時(shí)間多道程序設(shè)計(jì)的道數(shù)問(wèn)題(續(xù))假如一道程序等待I/O操作的時(shí)間占其運(yùn)行時(shí)間的比例為p，當(dāng)內(nèi)存中有n道程序時(shí)，所有程序都等待I/O的概率是pn，那么，

CPU利用率=1-pnn稱多道程序的道數(shù)或度數(shù)，可見(jiàn)CPU的利用率是n的函數(shù)第66頁(yè)/共144頁(yè)第65頁(yè)/共144頁(yè)67/144多道程序設(shè)計(jì)的道數(shù)問(wèn)題(續(xù))

若計(jì)算機(jī)有1MB內(nèi)存，操作系統(tǒng)占200KB，其余空間允許4道用戶程序共享，每個(gè)占用200KB，如果進(jìn)程平均花費(fèi)80%的時(shí)間等待I/O操作。則(忽略操作系統(tǒng)開(kāi)銷時(shí))：

CPU利用率=1-(0.8)4=59%

當(dāng)增加1MB內(nèi)存后，多道程序可從4道增加到9道，因而，CPU的利用率=1-(0.8)9=87%，第二個(gè)1MB內(nèi)存提高了28%的系統(tǒng)吞吐量增加第三個(gè)1MB內(nèi)存后，多道程序可從9道增加到14道，只將CPU的利用率從87%提高到96%，吞吐量?jī)H提高了10%第67頁(yè)/共144頁(yè)第66頁(yè)/共144頁(yè)68/144操作系統(tǒng)的形成(續(xù))

隨著磁盤(pán)的問(wèn)世，相繼出現(xiàn)了多道批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，這標(biāo)志著操作系統(tǒng)正式形成。操作系統(tǒng)資源管理水平和操作自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，表現(xiàn)在：實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)操作過(guò)程自動(dòng)化資源管理水平有了提高

提供虛存管理功能支持分時(shí)操作文件管理功能有改進(jìn)多道程序設(shè)計(jì)趨于完善第68頁(yè)/共144頁(yè)第67頁(yè)/共144頁(yè)69/1441.2.4操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類操作系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)力操作系統(tǒng)的分類第69頁(yè)/共144頁(yè)第68頁(yè)/共144頁(yè)70/144操作系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)力操作系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)力主要有以下五個(gè)方面：器件快速更新?lián)Q代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展內(nèi)存管理支撐硬件由分頁(yè)、分段機(jī)制代替了界寄存器圖形終端代替字符終端中斷、通道設(shè)施的引入單處理機(jī)改進(jìn)為多處理機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展信息家電的發(fā)展等都是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源利用率的需要

讓用戶使用計(jì)算機(jī)越來(lái)越方便的需要批處理系統(tǒng)發(fā)展為分時(shí)系統(tǒng)字符用戶界面發(fā)展為圖形用戶界面滿足用戶新要求，提供給用戶新服務(wù)第70頁(yè)/共144頁(yè)第69頁(yè)/共144頁(yè)71/144操作系統(tǒng)的分類批處理系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)微機(jī)操作系統(tǒng)并行操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)第71頁(yè)/共144頁(yè)第70頁(yè)/共144頁(yè)72/144按照功能、特點(diǎn)和使用方式可以將操作系統(tǒng)分為三種基本類型：批處理操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

基本類型操作系統(tǒng)第72頁(yè)/共144頁(yè)第71頁(yè)/共144頁(yè)73/144批處理操作系統(tǒng)批處理系統(tǒng)的定義批處理操作系統(tǒng)（BatchOperatingSystem）：用戶把要計(jì)算的應(yīng)用問(wèn)題編成程序，連同數(shù)據(jù)和作業(yè)說(shuō)明書(shū)一起交給操作員，操作員集中一批作業(yè)，輸入到計(jì)算機(jī)中。然后，由操作系統(tǒng)來(lái)調(diào)度和控制作業(yè)的執(zhí)行。這種批量化處理作業(yè)方式的操作系統(tǒng)稱為批處理操作系統(tǒng)批處理系統(tǒng)的主要特征（優(yōu)缺點(diǎn)）用戶脫機(jī)工作成批處理作業(yè)單/多個(gè)程序運(yùn)行第73頁(yè)/共144頁(yè)第72頁(yè)/共144頁(yè)74/144分時(shí)操作系統(tǒng)

第74頁(yè)/共144頁(yè)第73頁(yè)/共144頁(yè)75/144主要特性同時(shí)性：若干個(gè)終端用戶同時(shí)聯(lián)機(jī)使用計(jì)算機(jī)獨(dú)立性：每個(gè)用戶感到自己好象獨(dú)占一臺(tái)計(jì)算機(jī)及時(shí)性：用戶發(fā)出的命令能夠很快被主機(jī)響應(yīng)交互性：人機(jī)交互，聯(lián)機(jī)工作，方便調(diào)試、修改程序分時(shí)操作系統(tǒng)(續(xù))第75頁(yè)/共144頁(yè)第74頁(yè)/共144頁(yè)76/144時(shí)間片長(zhǎng)度的選取應(yīng)根據(jù)機(jī)器速度用戶的多少響應(yīng)的要求系統(tǒng)的開(kāi)銷時(shí)間片設(shè)得太短會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的進(jìn)程切換，減少實(shí)際運(yùn)行用戶程序的時(shí)間比，從而降低CPU的利用率時(shí)間片設(shè)得太長(zhǎng)會(huì)使小的交互型請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)分時(shí)操作系統(tǒng)(續(xù))第76頁(yè)/共144頁(yè)第75頁(yè)/共144頁(yè)77/144定義

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RealTimeOperatingSystem）指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，能接收并以足夠快的速度予以處理，處理的結(jié)果又能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)來(lái)控制監(jiān)控的生產(chǎn)過(guò)程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)作出快速響應(yīng)，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)第77頁(yè)/共144頁(yè)第76頁(yè)/共144頁(yè)78/144實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(續(xù))三種典型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)

過(guò)程控制系統(tǒng)如生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、飛機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、火炮自動(dòng)控制系統(tǒng)信息查詢系統(tǒng)計(jì)算機(jī)同時(shí)從成百上千的終端接受服務(wù)請(qǐng)求和提問(wèn)，并在短時(shí)間內(nèi)作出回答和響應(yīng)。如情報(bào)檢索系統(tǒng)事務(wù)處理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)不僅要對(duì)終端用戶及時(shí)作出響應(yīng)，還要頻繁更新系統(tǒng)中的文件或數(shù)據(jù)庫(kù)。如銀行業(yè)務(wù)系統(tǒng)第78頁(yè)/共144頁(yè)第77頁(yè)/共144頁(yè)79/144單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)類CP/MCDOS（Cromemco磁盤(pán)操作系統(tǒng)）MDOS（Motorola磁盤(pán)操作系統(tǒng)）早期的MS-DOS（Microsoft磁盤(pán)操作系統(tǒng)）單用戶多任務(wù)和分時(shí)操作系統(tǒng)類：MP/M、XENIX、后期MS-DOS新一代微機(jī)操作系統(tǒng)具有以下功能：GUI、多用戶和多任務(wù)、虛擬存儲(chǔ)管理、網(wǎng)絡(luò)通信支持、數(shù)據(jù)庫(kù)支持、多媒體支持、應(yīng)用編程支持API如WindowsOS2MACOSLinux微機(jī)操作系統(tǒng)第79頁(yè)/共144頁(yè)第78頁(yè)/共144頁(yè)80/144并行操作系統(tǒng)改進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加同一時(shí)間間隔內(nèi)的操作數(shù)量，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)的處理能力已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的并行計(jì)算機(jī)有陣列處理機(jī)流水線處理機(jī)多處理機(jī)發(fā)揮并行計(jì)算機(jī)需要有并行算法、并行語(yǔ)言等軟件的配合，更需要并行操作系統(tǒng)作為基礎(chǔ)和保證第80頁(yè)/共144頁(yè)第79頁(yè)/共144頁(yè)81/144網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)定義：為了使網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)能方便地傳送信息和共享網(wǎng)絡(luò)資源而加到網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)稱網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NetworkOperatingSystem）第81頁(yè)/共144頁(yè)第80頁(yè)/共144頁(yè)82/144網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(續(xù))三大主流網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)UNIX：UNIX是唯一能跨多種平臺(tái)的操作系統(tǒng)Netware：Netware主要面向微機(jī)WindowsNT：WindowsNT工作在微機(jī)和工作站上支持客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：NetwareUNIXwareWindowsNTLANManagerLANServer第82頁(yè)/共144頁(yè)第81頁(yè)/共144頁(yè)83/144第83頁(yè)/共144頁(yè)第82頁(yè)/共144頁(yè)84/144分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由多臺(tái)分散的計(jì)算機(jī)經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而成,滿足條件：系統(tǒng)中任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)可以通過(guò)系統(tǒng)的安全通信機(jī)制來(lái)交換信息；系統(tǒng)中的資源為所有用戶共享，用戶只要考慮系統(tǒng)中是否有所需資源，而無(wú)需考慮資源在哪臺(tái)計(jì)算機(jī)上在分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，管理和控制計(jì)算機(jī)的任務(wù)分散到多臺(tái)計(jì)算機(jī)上，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)協(xié)同完成用于管理分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)稱為分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)第84頁(yè)/共144頁(yè)第83頁(yè)/共144頁(yè)85/144網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與分布式操作系統(tǒng)在概念上的主要區(qū)別：構(gòu)架：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)可以構(gòu)架于不同的操作系統(tǒng)之上，也就是說(shuō)它可以在不同的本機(jī)操作系統(tǒng)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一配置，在大范圍內(nèi)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式比較強(qiáng)調(diào)單一性，它是由一種操作系統(tǒng)構(gòu)架的對(duì)用戶透明性：在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中并不要求對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行透明的訪問(wèn)，即需要指明資源位置與類型，對(duì)本地資源和異地資源訪問(wèn)區(qū)別對(duì)待在分布式操作系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)的概念在應(yīng)用層被淡化了。所有資源（本地的資源和異地的資源）都用同一方式管理與訪問(wèn)，用戶不必關(guān)心資源在哪里，或者資源是怎樣存儲(chǔ)的分布式操作系統(tǒng)(續(xù))第85頁(yè)/共144頁(yè)第84頁(yè)/共144頁(yè)86/144嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式(計(jì)算機(jī))系統(tǒng)硬件不是以物理上獨(dú)立的裝置或設(shè)備形式出現(xiàn)，而是大部分甚至全部都隱藏和嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中嵌入式(計(jì)算機(jī))系統(tǒng)硬件中需要相應(yīng)的軟件支持，這類軟件稱為嵌入式軟件嵌入式操作系統(tǒng)指運(yùn)行在嵌入式(計(jì)算機(jī))環(huán)境中，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及所有操作的各種部件、裝置等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、處理、指揮和控制的系統(tǒng)軟件嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式軟件的基本支撐，是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個(gè)類別第86頁(yè)/共144頁(yè)第85頁(yè)/共144頁(yè)87/144嵌入式操作系統(tǒng)可分為：通用型嵌入式操作系統(tǒng)：適用于各種領(lǐng)域WindowsCE、VxWorks（美國(guó)火星探測(cè)計(jì)劃使用）嵌入式Linux專用型嵌入式操作系統(tǒng)：專用型嵌入式操作系統(tǒng)面向特定的應(yīng)用場(chǎng)合適用于掌上電腦的palmOS適用于移動(dòng)電話的Symbian等

嵌入式操作系統(tǒng)(續(xù))第87頁(yè)/共144頁(yè)第86頁(yè)/共144頁(yè)88/144主要內(nèi)容：1.3.1操作系統(tǒng)提供的基本服務(wù)1.3.2操作系統(tǒng)提供的用戶接口1.3.3程序接口與系統(tǒng)調(diào)用1.3 操作系統(tǒng)提供的服務(wù)和用戶接口第88頁(yè)/共144頁(yè)第87頁(yè)/共144頁(yè)89/144大致服務(wù)：創(chuàng)建程序：提供程序的編輯、調(diào)試、編譯等生成工具執(zhí)行程序

:裝入內(nèi)存、執(zhí)行、異常報(bào)告、終止程序數(shù)據(jù)I/O：以簡(jiǎn)單方式提供給用戶進(jìn)行I/O信息存?。何募僮魍ㄐ欧?wù)：進(jìn)程通信錯(cuò)誤檢測(cè)和處理

還具有另外一些功能:資源分配統(tǒng)計(jì)保護(hù)

操作系統(tǒng)提供的基本服務(wù)第89頁(yè)/共144頁(yè)第88頁(yè)/共144頁(yè)90/144操作系統(tǒng)為用戶提供兩種調(diào)用其服務(wù)和功能的接口:程序接口：又稱應(yīng)用編程接口API（ApplicationProgrammingInterface），允許運(yùn)行程序調(diào)用操作系統(tǒng)的服務(wù)和功能操作接口：又稱作業(yè)級(jí)接口，操作系統(tǒng)為用戶提供的操作控制計(jì)算機(jī)工作和提供服務(wù)手段的集合操作系統(tǒng)提供的用戶接口第90頁(yè)/共144頁(yè)第89頁(yè)/共144頁(yè)91/144用戶和操作系統(tǒng)間的兩種接口

操作系統(tǒng)提供的用戶接口(續(xù))系統(tǒng)調(diào)用操作命令或JCL操作系統(tǒng)裸機(jī)(操作接口)(程序接口)第91頁(yè)/共144頁(yè)第90頁(yè)/共144頁(yè)92/144操作接口操作系統(tǒng)為用戶操作控制計(jì)算機(jī)工作和提供服務(wù)的手段的集合，通常有操作控制命令圖形操作界面批處理系統(tǒng)提供的作業(yè)控制語(yǔ)言(命令)等實(shí)現(xiàn)手段第92頁(yè)/共144頁(yè)第91頁(yè)/共144頁(yè)93/144作業(yè)控制語(yǔ)言//HAROLDJOB,WILSON,MSGLEVEL=(2,0),PRTY=6,CLASS=b?//COMPEXECPGM=IEYFORT?//SYSPRINTDDSYSOUT=A?//SYSINDD*?.?<SourceProgramCard>?.?/*?//GOEXECPGM=FORTLINK?//SYSPRINTDDSYSOUT=A?//FTOTF001DDUNIT=SYSCP?//GOSYSINDD*?.?<DataCard>?.?/*?//第93頁(yè)/共144頁(yè)第92頁(yè)/共144頁(yè)94/144程序接口許多操作系統(tǒng)的程序接口由一組系統(tǒng)調(diào)用（SystemCall)）組成，用戶程序使用“系統(tǒng)調(diào)用”就可獲得操作系統(tǒng)的底層服務(wù)，使用或訪問(wèn)系統(tǒng)的各種軟硬件資源系統(tǒng)調(diào)用的主要功能是使用戶可以使用操作系統(tǒng)提供的有關(guān)設(shè)備管理、文件系統(tǒng)、進(jìn)程控制、進(jìn)程通訊以及存儲(chǔ)管理方面的功能，而不必要了解操作系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和有關(guān)硬件的細(xì)節(jié)問(wèn)題，從而減輕用戶負(fù)擔(dān)和保護(hù)系統(tǒng)以及提高資源利用率第94頁(yè)/共144頁(yè)第93頁(yè)/共144頁(yè)95/144概念系統(tǒng)調(diào)用是為了擴(kuò)充機(jī)器功能、增強(qiáng)系統(tǒng)能力、方便用戶使用而在內(nèi)核中建立的過(guò)程（函數(shù)），它是用戶程序或其它系統(tǒng)程序獲得操作系統(tǒng)服務(wù)的唯一途徑，系統(tǒng)調(diào)用也稱為廣義指令系統(tǒng)調(diào)用與機(jī)器指令的區(qū)別：機(jī)器指令由硬件實(shí)現(xiàn)廣義指令（系統(tǒng)調(diào)用）是由操作系統(tǒng)在機(jī)器指令基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的過(guò)程或子程序系統(tǒng)調(diào)用第95頁(yè)/共144頁(yè)第94頁(yè)/共144頁(yè)96/144系統(tǒng)調(diào)用(續(xù))實(shí)現(xiàn)形式早期操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)最新推出的一些操作系統(tǒng)，如UNIX新版本、Linux、Windows、OS2等，其系統(tǒng)調(diào)用用C語(yǔ)言編寫(xiě)，并以庫(kù)函數(shù)形式提供。（有些庫(kù)函數(shù)與系統(tǒng)調(diào)用無(wú)關(guān)，一般地說(shuō)，庫(kù)函數(shù)屬于用戶程序而非系統(tǒng)程序）MOVAH,1INT21H第96頁(yè)/共144頁(yè)第95頁(yè)/共144頁(yè)97/144系統(tǒng)調(diào)用(續(xù))操作系統(tǒng)(進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、文件管理、設(shè)備管理等)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)(打開(kāi)、關(guān)閉、讀、寫(xiě)、創(chuàng)建、撤銷等)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)程序(實(shí)用程序)(匯編、編譯、編輯、Shell等)用戶用戶接口庫(kù)函數(shù)接口系統(tǒng)調(diào)用接口硬件(處理器、存儲(chǔ)器、磁盤(pán)、打印機(jī)、終端等)用戶態(tài)核心態(tài)UNIX/Linux系統(tǒng)程序、庫(kù)函數(shù)、系統(tǒng)調(diào)用的分層關(guān)系

第97頁(yè)/共144頁(yè)第96頁(yè)/共144頁(yè)98/144intelx86架構(gòu)：Ring0級(jí)別最高，Ring3最低核心態(tài)與用戶態(tài)intelx86架構(gòu)的CPU運(yùn)行模式第98頁(yè)/共144頁(yè)第97頁(yè)/共144頁(yè)99/144進(jìn)程和作業(yè)管理：進(jìn)程的創(chuàng)建、裝入、執(zhí)行、撤銷、終止，進(jìn)程屬性的獲取和設(shè)置文件操作：文件的建立、打開(kāi)、讀寫(xiě)、關(guān)閉、刪除，文件屬性的獲取和設(shè)置設(shè)備管理：設(shè)備的申請(qǐng)、輸入輸出、釋放、重定向，設(shè)備屬性的獲取和設(shè)置內(nèi)存管理：內(nèi)存的申請(qǐng)和釋放信息維護(hù)：日期、時(shí)間及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的獲取和設(shè)置通信：通信連接的建立、連接和斷開(kāi)、信息的發(fā)送和接受

系統(tǒng)調(diào)用的分類第99頁(yè)/共144頁(yè)第98頁(yè)/共144頁(yè)100/144實(shí)例，Windows支持API（應(yīng)用編程接口）的三個(gè)組件：Kernel包含了多數(shù)操作系統(tǒng)函數(shù)，如內(nèi)存管理、進(jìn)程管理User集中了窗口管理函數(shù)，如窗口創(chuàng)建、撤銷、移動(dòng)、對(duì)話等相關(guān)函數(shù)GDI提供畫(huà)圖函數(shù)、打印函數(shù)Windows將三個(gè)組件置于動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL中

系統(tǒng)調(diào)用的分類(續(xù))CompareFileTime:比較兩個(gè)文件的時(shí)間SetScrollInfo:滾動(dòng)條設(shè)置函數(shù)PatBlt:繪制給定的矩形區(qū)域第100頁(yè)/共144頁(yè)第99頁(yè)/共144頁(yè)101/144Windows和UNIX/Linux的部分系統(tǒng)調(diào)用：

系統(tǒng)調(diào)用的分類(續(xù))UNIX/LinuxWin32說(shuō)明forkCreatProcess創(chuàng)建進(jìn)程waitpidWaitForSingleObject等待進(jìn)程終止open/closeCreatFile/CloseHandle創(chuàng)建或打開(kāi)/關(guān)閉文件read/writeReadFile/WriteFile讀/寫(xiě)文件lseekSetFilePointer移動(dòng)文件指針mkdir/rmdirCreat/RemoveDirectory建立/刪除目錄statGetFileAttributesEx獲得文件屬性第101頁(yè)/共144頁(yè)第100頁(yè)/共144頁(yè)102/1451.有關(guān)概念

陷入或異常處理機(jī)制------在操作系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用功能的機(jī)制稱為陷入或異常處理機(jī)制

訪管指令（陷入指令或異常中斷指令）----由于系統(tǒng)調(diào)用而引起處理器中斷的機(jī)器指令稱為訪管指令（陷入指令或異常中斷指令）系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)第102頁(yè)/共144頁(yè)第101頁(yè)/共144頁(yè)103/144系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)(續(xù))2.系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)：編寫(xiě)系統(tǒng)調(diào)用處理程序設(shè)計(jì)一張系統(tǒng)調(diào)用入口地址表，每個(gè)入口地址都指向一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的處理程序，有的系統(tǒng)還包含系統(tǒng)調(diào)用自帶參數(shù)的個(gè)數(shù)陷入處理機(jī)制需開(kāi)辟現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)區(qū)，以保存發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用時(shí)的處理器現(xiàn)場(chǎng)第103頁(yè)/共144頁(yè)第102頁(yè)/共144頁(yè)104/1443.系統(tǒng)調(diào)用的處理過(guò)程

系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)(續(xù))SystemCallAi用戶程序A0SUB0SUB1SUBiSUBnA1AiAn……系統(tǒng)調(diào)用處理子程序取系統(tǒng)功能號(hào)找入口地址表相應(yīng)入口地址結(jié)束處理恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)A0A1…Ai…An保護(hù)CPU現(xiàn)場(chǎng)陷入指令系統(tǒng)調(diào)用陷入機(jī)構(gòu)入口地址表第104頁(yè)/共144頁(yè)第103頁(yè)/共144頁(yè)105/144系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)傳遞不同的系統(tǒng)調(diào)用需傳遞給系統(tǒng)調(diào)用處理程序不同的參數(shù)系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行的結(jié)果也要以參數(shù)形式返回給用戶程序系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)(續(xù))第105頁(yè)/共144頁(yè)第104頁(yè)/共144頁(yè)106/144系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)(續(xù))實(shí)現(xiàn)用戶程序和系統(tǒng)調(diào)用之間的參數(shù)傳遞可用以下方法：一是由訪管指令或陷入指令自帶參數(shù)可以規(guī)定指令之后的若干個(gè)單元存放的是參數(shù)，這稱為直接參數(shù)或者在指令之后緊靠的單元中存放參數(shù)的地址，這稱為間接參數(shù)二是通過(guò)CPU的通用寄存器傳遞參數(shù)，或在內(nèi)存的一個(gè)塊或表中存放參數(shù)，其首地址送入寄存器，實(shí)現(xiàn)參數(shù)傳遞三是在內(nèi)存中開(kāi)辟專用堆棧區(qū)域傳遞參數(shù)

第106頁(yè)/共144頁(yè)第105頁(yè)/共144頁(yè)107/144系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)(續(xù))系統(tǒng)調(diào)用8的處理子程序操作系統(tǒng)X:參數(shù)LOADAddRXSystemCall8X從寄存器取X參數(shù)寄存器傳遞參數(shù)的一種方法第107頁(yè)/共144頁(yè)第106頁(yè)/共144頁(yè)108/144調(diào)用形式不同過(guò)程（函數(shù)）使用一般調(diào)用指令，其轉(zhuǎn)向地址包含在跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句中系統(tǒng)調(diào)用不包含處理程序入口，僅僅提供功能號(hào)，按功能號(hào)調(diào)用被調(diào)用代碼的位置不同在過(guò)程（函數(shù)）調(diào)用中，調(diào)用程序和被調(diào)用代碼在同一程序內(nèi)，經(jīng)過(guò)連接編譯后作為目標(biāo)代碼的一部分。當(dāng)過(guò)程（函數(shù)）升級(jí)或修改時(shí)，必須重新編譯連接系統(tǒng)調(diào)用的處理代碼在調(diào)用程序之外（在操作系統(tǒng)中），系統(tǒng)調(diào)用處理代碼升級(jí)或修改時(shí)，與調(diào)用程序無(wú)關(guān)系統(tǒng)調(diào)用與過(guò)程(函數(shù))調(diào)用的區(qū)別第108頁(yè)/共144頁(yè)第107頁(yè)/共144頁(yè)109/144提供方式不同過(guò)程（函數(shù)）往往由編譯系統(tǒng)提供，不同編譯系統(tǒng)提供的過(guò)程（函數(shù)）可以不同系統(tǒng)調(diào)用由操作系統(tǒng)提供，一旦操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)好，系統(tǒng)調(diào)用的功能、種類與數(shù)量就固定不變了調(diào)用的實(shí)現(xiàn)不同程序使用一般機(jī)器指令（跳轉(zhuǎn)指令）來(lái)調(diào)用過(guò)程（函數(shù)），是在用戶態(tài)運(yùn)行的程序執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，是通過(guò)中斷機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，需要從用戶態(tài)轉(zhuǎn)變到核心態(tài)，在管理態(tài)執(zhí)行

系統(tǒng)調(diào)用與過(guò)程(函數(shù))調(diào)用的區(qū)別(續(xù))第109頁(yè)/共144頁(yè)第108頁(yè)/共144頁(yè)110/1441.4.1操作系統(tǒng)的構(gòu)件1.4.2整體式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)1.4.3層次式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)1.4.4虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)1.4.5客戶/服務(wù)器與微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)1.4.6操作系統(tǒng)的運(yùn)行模型1.4.7Windows2000/XP的客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)1.4 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第110頁(yè)/共144頁(yè)第109頁(yè)/共144頁(yè)111/144操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述1.操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出以下特征：一是復(fù)雜程度高二是生成周期長(zhǎng)三是正確性難保證

第111頁(yè)/共144頁(yè)第110頁(yè)/共144頁(yè)112/144操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述(續(xù))2.操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有兩層含義一是研究操作系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，由程序的構(gòu)成成分組成操作系統(tǒng)程序的構(gòu)造過(guò)程和方法二是研究操作系統(tǒng)程序的局部結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)第112頁(yè)/共144頁(yè)第111頁(yè)/共144頁(yè)113/144操作系統(tǒng)的構(gòu)件操作系統(tǒng)的構(gòu)件-----通常把組成操作系統(tǒng)程序的基本單位稱作操作系統(tǒng)的構(gòu)件操作系統(tǒng)的構(gòu)件主要有：內(nèi)核進(jìn)程線程類程管程第113頁(yè)/共144頁(yè)第112頁(yè)/共144頁(yè)114/144內(nèi)核(1)概念內(nèi)核不是進(jìn)程，而是提供支持系統(tǒng)運(yùn)行的基本功能的一組程序模塊，內(nèi)核對(duì)硬件處理器及有關(guān)資源進(jìn)行首次改造，以便給進(jìn)程的執(zhí)行提供良好的運(yùn)行環(huán)境(2)分類微內(nèi)核內(nèi)核很小，僅具有極少的必須功能，其它功能都在核外實(shí)現(xiàn)。通過(guò)微內(nèi)核提供的消息傳遞機(jī)制完成其余功能模塊間的聯(lián)系。內(nèi)核和核外服務(wù)程序的開(kāi)發(fā)是分離的單內(nèi)核內(nèi)核具有較多的功能，運(yùn)行時(shí)是一個(gè)大的二進(jìn)制映像，模塊間的聯(lián)系通過(guò)函數(shù)或過(guò)程調(diào)用實(shí)現(xiàn)第114頁(yè)/共144頁(yè)第113頁(yè)/共144頁(yè)115/144內(nèi)核(續(xù))(3)內(nèi)核必須提供的功能中斷處理當(dāng)中斷事件產(chǎn)生，先由內(nèi)核截獲并轉(zhuǎn)向中斷處理例行程序進(jìn)行原則處理，它分析中斷事件的類型和性質(zhì)，進(jìn)行必要的狀態(tài)修改，然后交給內(nèi)核之外的進(jìn)程去處理短程調(diào)度主要職能是分配處理器原語(yǔ)管理原語(yǔ)是內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)某一功能的不可中斷過(guò)程第115頁(yè)/共144頁(yè)第114頁(yè)/共144頁(yè)116/144內(nèi)核(續(xù))(4)內(nèi)核執(zhí)行時(shí)具有的屬性1）內(nèi)核是由中斷驅(qū)動(dòng)的只有當(dāng)發(fā)生中斷事件后由硬件交換程序狀態(tài)字才引出操作系統(tǒng)的內(nèi)核進(jìn)行中斷處理，且在處理完中斷事件后內(nèi)核自行退2）內(nèi)核的執(zhí)行是連續(xù)的在內(nèi)核執(zhí)行期間不能插入內(nèi)核以外的程序執(zhí)行3）內(nèi)核在屏蔽中斷狀態(tài)下執(zhí)行在處理某個(gè)中斷時(shí)，為避免中斷的嵌套可能引起的錯(cuò)誤，必須屏蔽該級(jí)中斷4）內(nèi)核可以使用特權(quán)指令現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都提供常態(tài)和特態(tài)等多種機(jī)器工作狀態(tài)，有一類指令稱為特權(quán)指令，只允許在特態(tài)下使用，規(guī)定這類指令只允許內(nèi)核使用，可防止系統(tǒng)出現(xiàn)混亂第116頁(yè)/共144頁(yè)第115頁(yè)/共144頁(yè)117/144內(nèi)核(續(xù))(5)內(nèi)核和裸機(jī)組成的虛擬機(jī)的特性內(nèi)核和裸機(jī)組成的虛擬機(jī)沒(méi)有中斷，進(jìn)程設(shè)計(jì)者不再需要有硬件中斷的概念，用戶進(jìn)程執(zhí)行中無(wú)需處理中斷虛擬機(jī)為每個(gè)進(jìn)程提供了一臺(tái)虛擬處理器，每個(gè)進(jìn)程就好象在各自的私有處理器上順序的推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行虛擬機(jī)為進(jìn)程提供了功能較強(qiáng)的指令系統(tǒng)，它們能夠使用機(jī)器的非特權(quán)指令，系統(tǒng)調(diào)用和原語(yǔ)組成的新的指令系統(tǒng)第117頁(yè)/共144頁(yè)第116頁(yè)/共144頁(yè)118/144運(yùn)行進(jìn)程發(fā)現(xiàn)中斷源裝配中斷碼交換PSW自愿中斷事件保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)分析和傳遞參數(shù)原語(yǔ)?原語(yǔ)處理創(chuàng)建系統(tǒng)進(jìn)程系統(tǒng)調(diào)用處理強(qiáng)迫中斷事件機(jī)器故障中斷處理I/O中斷處理程序中斷處理隊(duì)列調(diào)整低級(jí)調(diào)度運(yùn)行進(jìn)程是否核心態(tài)用戶態(tài)用戶態(tài)硬件完成操作系統(tǒng)內(nèi)核完成外中斷處理創(chuàng)建系統(tǒng)進(jìn)程內(nèi)核被觸發(fā)和內(nèi)核處理流程第118頁(yè)/共144頁(yè)第117頁(yè)/共144頁(yè)119/144進(jìn)程進(jìn)程是一個(gè)具有獨(dú)立功能的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行過(guò)程。它可以申請(qǐng)和擁有系統(tǒng)資源，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，是一個(gè)活動(dòng)的實(shí)體。

進(jìn)程的特征：動(dòng)態(tài)性并發(fā)性獨(dú)立性異步性結(jié)構(gòu)特征：由程序段、數(shù)據(jù)段、進(jìn)程控制塊組成第119頁(yè)/共144頁(yè)第118頁(yè)/共144頁(yè)120/144線程進(jìn)程是操作系統(tǒng)中資源分配以及系統(tǒng)調(diào)度的基本單位每個(gè)進(jìn)程擁有自己獨(dú)立的存儲(chǔ)空間和運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)程與進(jìn)程之間的通信和切換開(kāi)銷相當(dāng)大，限制了系統(tǒng)中并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程數(shù)目于是，多線程（結(jié)構(gòu)）進(jìn)程（也叫多線程）開(kāi)始流行多線程環(huán)境中，進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和資源分配的單位線程則是進(jìn)程中一條執(zhí)行路徑，每個(gè)進(jìn)程中允許有多個(gè)線程，線程才是系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度的獨(dú)立單位第120頁(yè)/共144頁(yè)第119頁(yè)/共144頁(yè)121/144管程管程是管理共享資源的程序（一種同步機(jī)制）對(duì)管程的調(diào)用表示對(duì)共享資源的請(qǐng)求與釋放管程可以被多個(gè)進(jìn)程或管程嵌套調(diào)用，但它們只能互斥地訪問(wèn)管程管程應(yīng)包含條件變量，當(dāng)條件不滿足時(shí)，可以通過(guò)對(duì)條件變量做延遲操作使調(diào)用進(jìn)程等待，直到另一個(gè)進(jìn)程調(diào)用管程過(guò)程并執(zhí)行一個(gè)釋放操作為止由于管程的引入，使得原來(lái)分散在進(jìn)程中的臨界區(qū)集中了起來(lái)統(tǒng)一控制和管理

第121頁(yè)/共144頁(yè)第120頁(yè)/共144頁(yè)122/144類程類程用于管理私有資源，對(duì)類程的調(diào)用表示對(duì)私有資源的操作僅能被進(jìn)程及起源于同一進(jìn)程的其它類程或管程嵌套調(diào)用鏈所調(diào)用。其本身也可以調(diào)用其它類程或管程類程可以看作子程序概念的擴(kuò)充第122頁(yè)/共144頁(yè)第121頁(yè)/共144頁(yè)123/144操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)可分成整體式結(jié)構(gòu)層次式結(jié)構(gòu)虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)客戶/服務(wù)器微內(nèi)核結(jié)構(gòu)第123頁(yè)/共144頁(yè)第122頁(yè)/共144頁(yè)124/144整體式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)1.主要設(shè)計(jì)思想和步驟

把模塊作為操作系統(tǒng)的基本單位按照功能需要而不是根據(jù)程序和數(shù)據(jù)的特性把整個(gè)系統(tǒng)分解為若干模塊（還可再分成子模塊）每個(gè)模塊具有一定獨(dú)立功能，若干個(gè)關(guān)聯(lián)模塊協(xié)作完成某個(gè)功能明確各個(gè)模塊之間的接口關(guān)系，各個(gè)模塊間可以不加控制，自由調(diào)用然后，分別設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試各個(gè)模塊最后，把所有模塊連結(jié)成一個(gè)完整的系統(tǒng)第124頁(yè)/共144頁(yè)第123頁(yè)/共144頁(yè)125/144整體式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)(續(xù))2.主要優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊密、組合方便，對(duì)不同環(huán)境和用戶的不同需求，可以組合不同模塊來(lái)滿足，靈活性大針對(duì)某個(gè)功能可用最有效的算法和任意調(diào)用其他模塊中的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)效率較高設(shè)計(jì)及編碼可齊頭并進(jìn)，加快操作系統(tǒng)研制過(guò)程3.主要缺點(diǎn)

模塊獨(dú)立性差系統(tǒng)功能的增、刪、改十分困難

第125頁(yè)/共144頁(yè)第124頁(yè)/共144頁(yè)126/144層次式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)1.層次式結(jié)構(gòu)基本思想層次式結(jié)構(gòu)是把操作系統(tǒng)劃分為內(nèi)核和若干模塊（或進(jìn)程），這些模塊（或進(jìn)程）按功能的調(diào)用次序排列成若干層次，各層之間只能是單向依賴或單向調(diào)用關(guān)系，即低層為高層服務(wù)，高層可以調(diào)用低層的功能，反之則不能。這樣不但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，而且不構(gòu)成循環(huán)調(diào)用層次結(jié)構(gòu)有半序和全序之分第126頁(yè)/共144頁(yè)第125頁(yè)/共144頁(yè)127/144層次式結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)(續(xù))2.層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)分析層次結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)整體問(wèn)題局部化，系統(tǒng)的正確性可通過(guò)各層正確性來(lái)保證增加、修改或替換層次不影響其他層次有利于系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充層次結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)層次結(jié)構(gòu)是分層單向依賴的，必須要建立模塊（進(jìn)程）間的通信機(jī)制，系統(tǒng)花費(fèi)在通信上的開(kāi)銷較大，系統(tǒng)的效率也就會(huì)降低

第127頁(yè)/共144頁(yè)第126頁(yè)/共144頁(yè)128/144虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)接口進(jìn)程內(nèi)核虛擬機(jī)硬件進(jìn)程內(nèi)核進(jìn)程內(nèi)核CMSCMSCMS370虛擬機(jī)系統(tǒng)調(diào)用陷入陷入I/O指令運(yùn)行CMS的VM370虛擬機(jī)器虛擬機(jī)概念結(jié)構(gòu)370裸機(jī)VM370第128頁(yè)/共144頁(yè)第127頁(yè)/共144頁(yè)129/144虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)(續(xù))在CMS（ConversationalMonitorSystem，會(huì)話監(jiān)控系統(tǒng)）上的應(yīng)用程序執(zhí)行一條系統(tǒng)調(diào)