操作系統(tǒng)第二章

操作系統(tǒng)概述第二章1/76

操作系統(tǒng)（OperatingSystem,OS）是最重要的系統(tǒng)軟件，本章從OS的作用、發(fā)展史、類(lèi)型、特征和功能等多方面介紹OS。教學(xué)目的2教學(xué)要求熟悉操作系統(tǒng)作用和定義，一般了解操作系統(tǒng)的歷史。熟練掌握多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的概念，掌握批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)及實(shí)時(shí)系統(tǒng)三種操作系統(tǒng)基本類(lèi)型，了解微機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)。掌握操作系統(tǒng)并發(fā)性、共享性、虛擬性和異步性等特征，了解現(xiàn)代操作系統(tǒng)特征，熟悉操作系統(tǒng)功能。3操作系統(tǒng)OperatingSystem控制應(yīng)用程序執(zhí)行的程序在應(yīng)用程序和計(jì)算機(jī)硬件之間提供接口設(shè)計(jì)目標(biāo)方便(Convenience)：

使計(jì)算機(jī)更易于使用有效(Efficiency)：使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源得到最大化利用擴(kuò)展的能力(Abilitytoevolve)：有效地開(kāi)發(fā)、測(cè)試和引進(jìn)新的系統(tǒng)功能4操作系統(tǒng)作用

從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成觀點(diǎn)――操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件軟件：應(yīng)用軟件

系統(tǒng)軟件硬件：輸入／輸出（I／O）設(shè)備 存儲(chǔ)器(內(nèi)存) 中央處理器(CPU) 5從資源管理程序觀點(diǎn)――操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源管理者操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源管理程序，它用于控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源：

操作系統(tǒng)模塊：

軟件：文件系統(tǒng)

硬件：I／O設(shè)備設(shè)備管理存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器管理處理器

處理器（進(jìn)程）管理6作為資源管理器的操作系統(tǒng)與普通計(jì)算機(jī)軟件類(lèi)似，是由處理器執(zhí)行的一段程序或一組程序。操作系統(tǒng)經(jīng)常釋放對(duì)處理器的控制，并且依賴(lài)處理器的特性重新獲得對(duì)處理器的控制權(quán)。實(shí)際上，操作系統(tǒng)就是一組程序，在處理器上同樣以指令的方式執(zhí)行。7操作系統(tǒng)控制處理器使用其他系統(tǒng)資源，并通過(guò)進(jìn)程調(diào)度分配處理器給不同的用戶程序使用。kernel,包含操作系統(tǒng)中最常用的功能模塊8從軟件分層、擴(kuò)充機(jī)器的觀點(diǎn)――

操作系統(tǒng)是擴(kuò)充裸機(jī)的第一層系統(tǒng)軟件軟件：語(yǔ)言處理程序虛擬機(jī)2軟件：操作系統(tǒng)虛擬機(jī)1硬件（裸機(jī)）虛擬機(jī)：二者結(jié)合變成了功能更強(qiáng)大使用更方便的機(jī)器。操作系統(tǒng)是擴(kuò)展的機(jī)器，是虛擬機(jī)。9從服務(wù)用戶的觀點(diǎn)――

操作系統(tǒng)是用戶與裸機(jī)之間接口

用戶接口操作系統(tǒng)裸機(jī)系統(tǒng)提供的接口有二類(lèi)：一類(lèi)是作業(yè)級(jí)接口，它提供一組鍵盤(pán)命令，供用戶組織和控制自己的作業(yè)運(yùn)行。另一類(lèi)是程序級(jí)接口，它提供一組系統(tǒng)調(diào)用，即OS中某個(gè)模塊功能，供用戶程序和其它程序調(diào)用。10計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分層和視點(diǎn)普通用戶編程員操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)師計(jì)算機(jī)硬件操作系統(tǒng)實(shí)用程序應(yīng)用程序程序運(yùn)行：從進(jìn)程的觀點(diǎn)－－操作系統(tǒng)是由若干個(gè)可以并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程和一個(gè)對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)的核心組成。程序開(kāi)發(fā)I/O設(shè)備管理文件訪問(wèn)控制系統(tǒng)訪問(wèn)錯(cuò)誤檢測(cè)和響應(yīng)審計(jì)操作系統(tǒng)提供的服務(wù)122.2

操作系統(tǒng)的歷史

1第0代（40年代未－50年代初）無(wú)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)操作是由程序員采用人工操作方式直接使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。2第一代（50年代中－50年代未）初級(jí)單道批處理系統(tǒng)

它是為了減少人工操作時(shí)間和作業(yè)轉(zhuǎn)換時(shí)間提高CPU利用率而設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)自動(dòng)成批處理作業(yè)，這是初級(jí)單道批處理系統(tǒng)。3第二代（60年代初－60年代中）多道程序設(shè)計(jì)共享系統(tǒng)

包括多道批處理系統(tǒng)、采用交互方式的分時(shí)系統(tǒng)和以提高瞬時(shí)響應(yīng)時(shí)間為特征的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。13操作系統(tǒng)的歷史4第三代（60年代中－70年代中）多模式系統(tǒng)

這一代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是通用系統(tǒng)，這一代操作系統(tǒng)是多模式系統(tǒng)，即一個(gè)系統(tǒng)同時(shí)支持批處理、分時(shí)處理、實(shí)時(shí)處理和多重處理。5第四代（70年代中－）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行信息交換、資源共享和互操作等功能。分布式操作系統(tǒng)將地域上分散的各系統(tǒng)互連成一個(gè)具有整體功能的系統(tǒng)，并可將一個(gè)任務(wù)分布地在各系統(tǒng)上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)分布式處理。14操作系統(tǒng)研發(fā)的過(guò)程第一個(gè)歷史階段：大型主機(jī)時(shí)代，操作系統(tǒng)作為硬件的組成部分之一，由硬件開(kāi)發(fā)商自己設(shè)計(jì)；第二個(gè)歷史階段：個(gè)人電腦或小型主機(jī)時(shí)代，軟件與硬件齊頭并進(jìn)，其間又經(jīng)歷了兩個(gè)階段：基于命令行的DOS操作系統(tǒng)和基于窗口圖形界面的Windows操作系統(tǒng)。第三個(gè)歷史階段：WEB時(shí)代。微軟公司的．NET技術(shù)與SUN公司的SUNONE平臺(tái)?！伴_(kāi)發(fā)下一代的互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)”課題列入國(guó)家863“十五”計(jì)劃中的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)研發(fā)重點(diǎn)項(xiàng)目2003年以首席科學(xué)家陳榕為首的北京科泰世紀(jì)科技有限公司開(kāi)發(fā)“和欣”操作系統(tǒng)1.0的產(chǎn)品。151.串行處理（無(wú)操作系統(tǒng)）特點(diǎn)機(jī)器在控制臺(tái)上運(yùn)行，控制臺(tái)由顯示燈(displaylights)、觸發(fā)器（toggleswitches）、輸入設(shè)備和打印機(jī)構(gòu)成。用機(jī)器代碼編寫(xiě)的程序通過(guò)輸入設(shè)備載入計(jì)算機(jī)；顯示燈指示出程序的執(zhí)行情況；程序輸出結(jié)果在打印機(jī)上顯示程序員直接與計(jì)算機(jī)硬件打交道。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以串行方式工作。16兩個(gè)主要問(wèn)題調(diào)度(Scheduletime)假設(shè)用戶預(yù)訂3小時(shí)的工作時(shí)間，結(jié)果只用了30分鐘就完成了工作，剩下的2小時(shí)30分鐘機(jī)器不能分配給其他程序使用。存在大量的時(shí)間浪費(fèi)問(wèn)題。如果用戶程序通過(guò)預(yù)訂的時(shí)間還沒(méi)有完成工作，程序?qū)⒈粺o(wú)條件終止準(zhǔn)備時(shí)間：包括在內(nèi)存中加載編譯器和源程序、保存了編譯好的程序（目標(biāo)程序）、加載目標(biāo)程序和公用函數(shù)并鏈接在一塊。在這期間出現(xiàn)錯(cuò)誤，只能重新開(kāi)始172.批處理系統(tǒng)（BatchSystem）簡(jiǎn)單批處理系統(tǒng)目標(biāo)：為了解決人工操作（無(wú)操作系統(tǒng)）嚴(yán)重降低了計(jì)算機(jī)資源利用率的問(wèn)題，即解決CPU等待人工操作和高速CPU與低速I(mǎi)/O間矛盾等問(wèn)題。脫機(jī)輸入輸出技術(shù)：該技術(shù)利用一臺(tái)外圍機(jī)，脫離主機(jī)先將低速輸入設(shè)備（如紙帶機(jī)）的數(shù)據(jù)，輸入到較高速大容量的輸入設(shè)備（如磁帶）上。典型代表：IBSYS返718

紙帶機(jī)

外圍機(jī)

磁帶機(jī)

磁帶機(jī)卡片機(jī)

主機(jī)打印機(jī)19批處理技術(shù)它利用磁帶容量較大的特點(diǎn)，先將一批作業(yè)按序以脫機(jī)方式輸入到磁帶上。主機(jī)在監(jiān)控程序控制下，根據(jù)卡片機(jī)讀入控制作業(yè)操作信息，逐個(gè)從磁帶上讀入作業(yè)到內(nèi)存，調(diào)入?yún)R編／編釋程序?qū)⒃闯绦蚍g成目標(biāo)代碼，連接裝配后執(zhí)行，結(jié)果輸出打印。執(zhí)行完畢后再調(diào)入下一個(gè)作業(yè)，系統(tǒng)就這樣自動(dòng)地一個(gè)一個(gè)作業(yè)地進(jìn)行處理，直至完成。早期單道批處理系統(tǒng)解決了作業(yè)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，從而減少作業(yè)建立和人工操作時(shí)間。20磁帶機(jī)輸出磁帶卡片簡(jiǎn)單批處理系統(tǒng)IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶卡片閱讀機(jī)打印機(jī)21監(jiān)控程序（Monitors）控制作業(yè)執(zhí)行順序的軟件。用戶不再需要直接與硬件打交道所有作業(yè)按序組織成一批，并放在輸入設(shè)備上，供監(jiān)控程序調(diào)度監(jiān)控程序自動(dòng)地開(kāi)始加載作業(yè)每個(gè)程序結(jié)束后返回到監(jiān)控程序，由監(jiān)控程序自動(dòng)加載下一個(gè)作業(yè)22兩個(gè)角度監(jiān)控程序角度控制事件的順序每次從輸入設(shè)備上讀取一個(gè)作業(yè)作業(yè)讀入后，監(jiān)控程序把控制權(quán)交給作業(yè)，以便于作業(yè)執(zhí)行當(dāng)作業(yè)完成后，通過(guò)分支指令將控制權(quán)又交還給監(jiān)控程序23處理器角度處理器首先執(zhí)行主存中所存儲(chǔ)的監(jiān)控程序的指令根據(jù)監(jiān)控程序指令功能讀取作業(yè)并存儲(chǔ)到主存中作業(yè)讀入后，監(jiān)控程序執(zhí)行分支指令，使處理器下一條指令從用戶程序的開(kāi)始處繼續(xù)執(zhí)行（控制權(quán)交給用戶程序）（如何實(shí)現(xiàn)？）處理器執(zhí)行用戶程序的指令，直到遇到結(jié)束指令或錯(cuò)誤條件處理器從監(jiān)控程序中取下一條指令（控制權(quán)交還給監(jiān)控程序）兩個(gè)角度24基本控制卡片是現(xiàn)代作業(yè)控制語(yǔ)言和命令解釋器的先驅(qū)25硬件功能支持依賴(lài)于處理器可以從內(nèi)存不同地方取指令的能力。存儲(chǔ)器保護(hù)（Memoryprotection）用戶程序不能訪問(wèn)包含監(jiān)控程序的內(nèi)存區(qū)域計(jì)時(shí)器（Timer）避免一個(gè)作業(yè)獨(dú)占系統(tǒng)特權(quán)指令（Privilegedinstructions）只能由監(jiān)控程序執(zhí)行的指令用戶模式/系統(tǒng)模式中斷26單道程序系統(tǒng)利用率計(jì)算機(jī)96%的時(shí)間用于等待I/O設(shè)備完成文件數(shù)據(jù)傳送27多道程序設(shè)計(jì)(Multiprogramming)內(nèi)存空間同時(shí)容納兩個(gè)或多個(gè)用戶程序，當(dāng)一個(gè)用戶程序需要等待I/O設(shè)備時(shí)，處理器可以分配給另一個(gè)用戶程序執(zhí)行2829CPU利用率例題題目：有甲、乙兩道算題，每道需執(zhí)行1小時(shí)，其中處理器的工作時(shí)間為12分鐘。若它們?cè)趩蔚老到y(tǒng)中執(zhí)行，則處理器的利用率為？若在多道系統(tǒng)中執(zhí)行，甲、乙兩道總共需要執(zhí)行80分鐘，則處理器的利用率為？答案：20%30%30現(xiàn)代多道批處理系統(tǒng)目標(biāo)：為了進(jìn)一步提高資源利用率，在硬件采用通道和中斷技術(shù)支持并行操作的情況下，引入了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，由此引入多道批處理系統(tǒng)。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)：它是在計(jì)算機(jī)內(nèi)存同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序，這幾道程序都處于運(yùn)行過(guò)程中，它們先后開(kāi)始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢。多道程序在宏觀上并行執(zhí)行，而在微觀上多道程序在某個(gè)部件上（如CPU、I/O）是串行的，即多道程序輪流地使用部件，交替執(zhí)行。31兩道批處理系統(tǒng)運(yùn)行圖（一個(gè)CPU和二個(gè)I／O設(shè)備：磁盤(pán)和磁帶）32兩道批處理系統(tǒng)運(yùn)行圖說(shuō)明：1.在計(jì)算機(jī)內(nèi)存同時(shí)存放幾道程序(程序A、B和監(jiān)督程序)2.系統(tǒng)各部件（如CPU、IOA、IOB）支持并行工作，在某個(gè)時(shí)刻各部件可運(yùn)行不同的程序。3.多道程序(程序A、B和監(jiān)督程序)在某個(gè)部件上（如CPU、I/OA、I/OB）是串行工作。4.在多道程序中，監(jiān)督程序(操作系統(tǒng))是控制中心，程序要使用某個(gè)部件（CPU、I/OA、I/OB），必須由監(jiān)督程序調(diào)度和分配（根據(jù)一定的算法）。33多道程序批處理系統(tǒng)硬件支持I/O中斷和DMA技術(shù)內(nèi)存管理技術(shù)以管理同時(shí)駐留在主存中的用戶程序調(diào)度算法決定到底將處理器或I/O設(shè)備分配給哪個(gè)進(jìn)程使用34目標(biāo)：分時(shí)系統(tǒng)的形成和發(fā)展的動(dòng)力是用戶的需要。用戶希望自己能直接控制程序的運(yùn)行，及時(shí)進(jìn)行人-機(jī)交互，以便能方便地修改程序的錯(cuò)誤。用戶希望一臺(tái)計(jì)算機(jī)能為多臺(tái)用戶共享，解決當(dāng)時(shí)（六十年代）計(jì)算機(jī)昂貴而缺少的矛盾，方便用戶上機(jī)。3.分時(shí)系統(tǒng)(Time-SharingSystems)35分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理在一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤(pán)的終端，它同時(shí)允許許多用戶通過(guò)終端以交互方式使用計(jì)算機(jī)并共享主機(jī)中的資源。所謂分時(shí)是指多個(gè)用戶分時(shí)共享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，也就是說(shuō)把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時(shí)間）進(jìn)行時(shí)間上分割，即將整個(gè)工作時(shí)間分成一個(gè)個(gè)的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分給一個(gè)用戶使用，這樣將CPU工作時(shí)間分別提供給多個(gè)用戶使用，每個(gè)用戶依次地輪流使用一個(gè)時(shí)間片。36主機(jī)終端37分時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)采用調(diào)進(jìn)／調(diào)出的單道分時(shí)系統(tǒng)

內(nèi)存中只駐留一道程序，其余程序都在外存上。每當(dāng)內(nèi)存中一個(gè)程序運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片后，便調(diào)至外存（稱(chēng)為調(diào)出）。再?gòu)耐獯嬷羞x一個(gè)程序裝入內(nèi)存（稱(chēng)為調(diào)進(jìn)）并運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片，依此方法使所有的作業(yè)都能在一規(guī)定的時(shí)間內(nèi)輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片，這樣便能使所有的用戶都能與自己的作業(yè)交互。在多個(gè)作業(yè)的輪流運(yùn)行過(guò)程中，每個(gè)作業(yè)往往可能頻繁地調(diào)進(jìn)調(diào)出多次，開(kāi)銷(xiāo)大，故使系統(tǒng)的性能較差。38兼容分時(shí)系統(tǒng)（CompatibleTime-SharingSystem，CTSS）由MIT研發(fā)的第一個(gè)分時(shí)系統(tǒng)

控制權(quán)分配給用戶時(shí)，該用戶的程序和數(shù)據(jù)被載入；系統(tǒng)每隔0.2秒產(chǎn)生時(shí)鐘中斷；

中斷使操作系統(tǒng)重獲控制權(quán)，并將處理器分配給另一個(gè)用戶；原用戶程序和數(shù)據(jù)被寫(xiě)出到磁盤(pán)；為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，用戶程序總是被加載到相同的內(nèi)存單元中。39基于多道程序設(shè)計(jì)的多道分時(shí)系統(tǒng)在內(nèi)存中存放多道作業(yè)排成一個(gè)隊(duì)列，依次輪流地獲得一個(gè)時(shí)間片來(lái)運(yùn)行。由于切換作業(yè)就在內(nèi)存，不要花費(fèi)大量時(shí)間用于調(diào)進(jìn)調(diào)出，故多道分時(shí)系統(tǒng)具有較好的系統(tǒng)性能。作業(yè)調(diào)度算法也不限于時(shí)間片不變，次序不變的簡(jiǎn)單輪轉(zhuǎn)。象UNIX操作系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)中各進(jìn)程采用可搶占的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，它也實(shí)現(xiàn)了各作業(yè)分時(shí)共享計(jì)算機(jī)，但時(shí)間片大小和輪轉(zhuǎn)次序都在變化。40分時(shí)系統(tǒng)的特征多路性：允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)聯(lián)接多臺(tái)聯(lián)機(jī)終端，系統(tǒng)按分時(shí)原則為每個(gè)用戶服務(wù)。宏觀上是多個(gè)用戶同時(shí)工作，共享系統(tǒng)資源，而微觀上則是每個(gè)用戶作業(yè)輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片。獨(dú)立性：每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作，互不干擾。因此用戶會(huì)感覺(jué)到就象他一人獨(dú)占主機(jī)。交互性：及時(shí)性：用戶的請(qǐng)求能在很短時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)。41分時(shí)系統(tǒng)的重要指標(biāo)――響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間是分時(shí)系統(tǒng)的重要指標(biāo)，它是用戶發(fā)出終端命令到系統(tǒng)開(kāi)始作出響應(yīng)的時(shí)間間隔。系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間主要是根據(jù)用戶所能接受的等待時(shí)間確定的。假設(shè)分時(shí)系統(tǒng)中用戶數(shù)為n，每個(gè)用戶的運(yùn)行時(shí)間片為q，則系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間為T(mén)＝n×q。每個(gè)用戶分到的時(shí)間片q由二部分組成，用于對(duì)換時(shí)間S和用于真正處理時(shí)間T（處理）。T＝n×qq＝S+T（處理）

42分時(shí)系統(tǒng)中時(shí)間片q的選擇是一個(gè)復(fù)雜而關(guān)鍵的任務(wù)。時(shí)間片選得過(guò)大，造成響應(yīng)時(shí)間不變時(shí)用戶數(shù)減少，或造成響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；時(shí)間片過(guò)小時(shí)，在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)切換開(kāi)銷(xiāo)相對(duì)增加，一個(gè)進(jìn)程相對(duì)要花費(fèi)更多的時(shí)間片才能運(yùn)行結(jié)束，一個(gè)進(jìn)程在系統(tǒng)中的周轉(zhuǎn)時(shí)間大大增長(zhǎng)。最佳的時(shí)間片值應(yīng)既能使分時(shí)用戶得到好的響應(yīng)時(shí)間，同時(shí)又要使在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)切換開(kāi)銷(xiāo)相對(duì)較小可忽略。

UNIX系統(tǒng)是典型的分時(shí)系統(tǒng)，UNIX系統(tǒng)是一個(gè)多用戶，多任務(wù)操作系統(tǒng)。434.實(shí)時(shí)系統(tǒng)（Real-TimeSystems）目標(biāo)：為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，對(duì)隨機(jī)發(fā)生的外部事件作出及時(shí)響應(yīng)并對(duì)其進(jìn)行處理。分類(lèi)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)此類(lèi)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，武器的控制、包括火炮自動(dòng)控制、飛機(jī)自動(dòng)駕駛、導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)這類(lèi)系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)信息處理，象飛機(jī)訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)。44實(shí)時(shí)系統(tǒng)特征快速的響應(yīng)時(shí)間實(shí)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間則是由控制對(duì)象所能接受的時(shí)延確定的。外部事件往往以中斷方式通知系統(tǒng)，系統(tǒng)有較強(qiáng)的中斷處理能力，實(shí)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也以“事件驅(qū)動(dòng)”方式來(lái)設(shè)計(jì)。45有限的交互能力

批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)是“通用系統(tǒng)”，實(shí)時(shí)系統(tǒng)一般是專(zhuān)用系統(tǒng)，它為專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，系統(tǒng)本身就包含有控制某實(shí)時(shí)過(guò)程和處理實(shí)時(shí)信息的專(zhuān)用應(yīng)用程序。實(shí)時(shí)系統(tǒng)（如實(shí)時(shí)信息處息系統(tǒng)）它能提供人機(jī)交互方式，但用戶只能訪問(wèn)系統(tǒng)中某些特定的專(zhuān)用服務(wù)程序，不能象分時(shí)系統(tǒng)一般向終端用戶提供多方面服務(wù)。高可靠性實(shí)時(shí)系統(tǒng)中往都采用雙機(jī)系統(tǒng)，多級(jí)容錯(cuò)措施來(lái)保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。實(shí)時(shí)系統(tǒng)特征465.微機(jī)操作系統(tǒng)

（DesktopSystems）常用的有MS-DOS、MSWindows、OS/2、SCOUNIX、Linux等。單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)MS-DOSMS-DOS是Microsoft公司開(kāi)發(fā)的首先在IBM-PC機(jī)上使用的微機(jī)OS，MS-DOS操作系統(tǒng)現(xiàn)成了事實(shí)上的16位微機(jī)單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。多任務(wù)操作系統(tǒng)MSWindowsWindows98/2000/XP是Microsoft公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)圖形用戶界面的多任務(wù)、多線程、全32位的操作系統(tǒng)。47Windows操作系統(tǒng)系列略48其他微機(jī)操作系統(tǒng)多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)SCOUNIX

SCO公司將運(yùn)行于大、中、小型機(jī)上UNIX操作系統(tǒng)移植到微機(jī)上，UNIX是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)。LinuxLinux操作系統(tǒng)是一個(gè)遵循標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)界面的標(biāo)準(zhǔn)免費(fèi)操作系統(tǒng)，具有UNIXBSD和UNIXSYSＶ的擴(kuò)展特性。它的版權(quán)所有者是芬蘭籍的Linus

B.Toroalds先生和其它開(kāi)發(fā)人員。Linux可以在基于Intel處理器的個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，它可以將一臺(tái)普通的個(gè)人電腦變成功能強(qiáng)勁的UNIX工作站。

49Linux操作系統(tǒng)略

506.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS）定義：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是使網(wǎng)絡(luò)上各計(jì)算機(jī)能方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信、有效地共享網(wǎng)絡(luò)資源，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供所需各種服務(wù)的軟件和有關(guān)規(guī)程的集合。功能:高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信對(duì)網(wǎng)絡(luò)中共享資源有效的管理提供電子郵件、文件傳輸、共享硬盤(pán)、打印機(jī)等服務(wù)網(wǎng)絡(luò)安全管理提供互操作能力51現(xiàn)代操作系統(tǒng)特點(diǎn)－－內(nèi)裝網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代操作系統(tǒng)已把網(wǎng)絡(luò)功能包含到操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，作為操作系統(tǒng)核心功能的一個(gè)組成部分。微軟公司的Windows2000，AT&T公司的UNIXSystemV、Sun公司的SunOS、HP公司的HP／OX、IBM公司的AIX、Linux等都已把TCP／IP網(wǎng)絡(luò)功能包含在內(nèi)核中。Windows2000把網(wǎng)絡(luò)功能作為該系統(tǒng)執(zhí)行體的輸入輸出系統(tǒng)的一部分。NT的I／O系統(tǒng)包含有五部分：輸入輸出管理程序、文件系統(tǒng)、緩沖存儲(chǔ)管理系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序。527.分布式操作系統(tǒng)

（DistributedOperatingSystems

）定義：

分布式操作系統(tǒng)是能直接對(duì)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各類(lèi)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配和管理，有效控制和協(xié)調(diào)諸任務(wù)的并行執(zhí)行，允許系統(tǒng)中的處理單元無(wú)主、次之分，并向系統(tǒng)提供統(tǒng)一的、有效的接口的軟件集合?；趦煞N環(huán)境:多處理器(CPU)系統(tǒng)或多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（集群）是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級(jí)的形式，保持了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的全部功能。53分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的區(qū)別分布性

處理上的分布性是分布式操作系統(tǒng)的最基本特征。網(wǎng)絡(luò)雖有分布處理的功能，但網(wǎng)絡(luò)的控制功能，則大多集中在某個(gè)主機(jī)或服務(wù)器上，它的控制方式是集中的，分布式系統(tǒng)的處理分布是資源、功能、任務(wù)和控制都是分布的。透明性分布操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信息傳輸協(xié)調(diào)工作，并為用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的界面，標(biāo)準(zhǔn)的接口，用戶通過(guò)這一界面實(shí)現(xiàn)所需要的操作和使用系統(tǒng)資源。分布式OS通常很好地隱藏系統(tǒng)內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，如對(duì)象的物理位置、并發(fā)控制、系統(tǒng)故障等對(duì)用戶都是透明的。54分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的區(qū)別統(tǒng)一性分布式系統(tǒng)要求一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作的統(tǒng)一性，而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般是在各自操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上加上負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)功能模塊，網(wǎng)絡(luò)各系統(tǒng)操作不一致。健壯性由于分布式系統(tǒng)的處理和控制功能是分布的，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可通過(guò)容錯(cuò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，從而仍保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因而系統(tǒng)具有鍵壯性，即具有較好的可用性和可靠性。而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)其控制功能大多集中在主機(jī)和服務(wù)器中，使系統(tǒng)具有潛在的不可靠性。558.嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedOS)嵌入式系統(tǒng)是在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，完成特定功能的軟硬件系統(tǒng)。通常在電器、電子和智能機(jī)械上，嵌入安裝各種微處理器或微控制芯片。它們是一個(gè)大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中的一部分，這個(gè)大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)可以不是“計(jì)算機(jī)”。嵌入式操作系統(tǒng)就是運(yùn)行在嵌入式智能芯片環(huán)境中，對(duì)整個(gè)智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。通常工作在反應(yīng)式或?qū)μ幚頃r(shí)間有較嚴(yán)格要求環(huán)境中。56嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)具有高可靠性、實(shí)時(shí)性、占有資源少、智能化能源管理、易于連接、低成本等優(yōu)點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，如手機(jī)的通信控制、工業(yè)監(jiān)控、智能化生活空間(信息家電、智能大廈等等)、通信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等等。如汽車(chē)上的電子控制設(shè)備實(shí)際上是一個(gè)電腦網(wǎng)絡(luò)，一輛現(xiàn)代化的轎車(chē)?yán)锩婵赡苡袛?shù)十個(gè)微處理器和相應(yīng)的操作平臺(tái)，它們需要通信，需要監(jiān)控汽車(chē)的運(yùn)行等等。這就構(gòu)成一個(gè)嵌入式系統(tǒng)，它包括任務(wù)處理、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、智能控制、人機(jī)交互等諸多方面的技術(shù)，而它需要一系列針對(duì)應(yīng)用環(huán)境的操作平臺(tái)來(lái)控制、協(xié)調(diào)各種系統(tǒng)需求與服務(wù)，控制資源配置，這些平臺(tái)共同構(gòu)成了這個(gè)嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。

57嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用智能卡移動(dòng)通信計(jì)算機(jī)外設(shè)機(jī)頂盒零售設(shè)備印刷機(jī)復(fù)印機(jī)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器電話交換設(shè)備582.3操作系統(tǒng)發(fā)展的主要成就進(jìn)程（Processes）存儲(chǔ)器管理（MemoryManagement）信息保護(hù)和安全（Informationprotectionandsecurity）調(diào)度和資源管理（Schedulingandresourcemanagement）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（Systemstructure）59多道程序設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題不正確的同步（Impropersynchronization）信號(hào)機(jī)制設(shè)計(jì)出錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)進(jìn)程之間沒(méi)法保證同步性失敗的互斥（Failedmutualexclusion）不確定的程序操作（Nondeterminateprogramoperation）程序的結(jié)果可能取決于多個(gè)程序的執(zhí)行先后順序死鎖（Deadlocks）60進(jìn)程一段可執(zhí)行的程序計(jì)算機(jī)中正在運(yùn)行的程序的一個(gè)實(shí)例可以分配給處理器并由處理器執(zhí)行的一個(gè)實(shí)體61進(jìn)程包含三個(gè)部分：一段可執(zhí)行的程序程序所需的相關(guān)數(shù)據(jù)（變量、工作空間、緩沖區(qū)等）程序執(zhí)行的上下文操作系統(tǒng)用于管理和控制進(jìn)程所需的所有數(shù)據(jù)（如PC,數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容,進(jìn)程優(yōu)先級(jí),進(jìn)程狀態(tài)等）62進(jìn)程進(jìn)程列表，由操作系統(tǒng)創(chuàng)建和維護(hù)基址寄存器和界限寄存器，限定了進(jìn)程所占用的內(nèi)存范圍63內(nèi)存管理進(jìn)程隔離：保證進(jìn)程的獨(dú)立性自動(dòng)分配和管理：根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地分配存儲(chǔ)空間支持模塊化程序設(shè)計(jì)：分段機(jī)制支持程序員動(dòng)態(tài)地修改程序的模塊大小保護(hù)和訪問(wèn)控制：實(shí)現(xiàn)內(nèi)存空間的保護(hù)和共享長(zhǎng)期存儲(chǔ)：文件系統(tǒng)滿足數(shù)據(jù)斷電后的長(zhǎng)期保存64虛擬內(nèi)存允許程序員從邏輯的角度訪問(wèn)存儲(chǔ)器，而不需要考慮物理主存上可用的空間數(shù)量和數(shù)據(jù)所存儲(chǔ)的實(shí)際物理地址程序員使用虛地址訪問(wèn)內(nèi)存，通過(guò)地址映射機(jī)制（通常由硬件實(shí)現(xiàn)）將虛地址動(dòng)態(tài)映射為主存中的實(shí)地址一個(gè)進(jìn)程被分成若干個(gè)塊（分頁(yè)和分段），每一塊都可以放置在主存中用戶空間的任何地方進(jìn)程執(zhí)行時(shí)，只需要一部分塊在內(nèi)存中即可。當(dāng)訪問(wèn)的塊不在內(nèi)存中時(shí)，產(chǎn)生缺頁(yè)中斷，將所要訪問(wèn)的塊從磁盤(pán)調(diào)入內(nèi)存65信息保護(hù)和安全可用性(Availability)確保系統(tǒng)正?？捎脵C(jī)密性(Confidentiality)確保用戶不能訪問(wèn)未授權(quán)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)完整性(Dataintegrity)保護(hù)數(shù)據(jù)不被未授權(quán)修改認(rèn)證(Authenticity)用戶身份的認(rèn)證數(shù)據(jù)的合法性66調(diào)度和資源管理公平性（Fairness）平等、公平地訪問(wèn)資源有差別的響應(yīng)性（Differentialresponsiveness）根據(jù)進(jìn)程的不同優(yōu)先級(jí)差別對(duì)待有效性（Efficiency）最大化吞吐量最小化響應(yīng)時(shí)間盡可能容納更多的用戶67系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次化、模