計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)課件1

操作系統(tǒng)1主要內(nèi)容介紹用戶接口進(jìn)程管理處理機(jī)管理存儲(chǔ)管理文件系統(tǒng)外部設(shè)備管理操作系統(tǒng)的功能管理系統(tǒng)軟硬件資源、擴(kuò)展計(jì)算機(jī)的功能、向用戶提供服務(wù)。一概述1.1什么是操作系統(tǒng)1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類1.3操作系統(tǒng)的特征1.4操作系統(tǒng)的功能1.5常用的操作系統(tǒng)1.1什么是操作系統(tǒng)1.1.1操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用和組成1.1.3操作系統(tǒng)舉例返回1.1.1操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo)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)圖1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)的地位：緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下（是其他軟件的共同環(huán)境）引入操作系統(tǒng)的目標(biāo)有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn)）：管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程方便性（用戶的觀點(diǎn)）：提供良好的、一致的用戶接口，彌補(bǔ)硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別可擴(kuò)充性（系統(tǒng)開發(fā)人員的觀點(diǎn)）：硬件的類型和規(guī)模、操作系統(tǒng)本身的功能和管理策略、多個(gè)系統(tǒng)之間的資源共享和互操作；強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的開放程度操作系統(tǒng)的作用(1)

OS是計(jì)算機(jī)硬件、軟件資源的管理者。管理對(duì)象包括：CPU、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備、信息（數(shù)據(jù)和軟件）；管理的內(nèi)容：資源的當(dāng)前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況）、資源的分配、回收和訪問操作，相應(yīng)管理策略（包括用戶權(quán)限）。1.1.2操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用(2)

OS是用戶使用系統(tǒng)硬件、軟件的接口。系統(tǒng)命令（命令行、菜單式、命令腳本式、圖形用戶接口GUI）；系統(tǒng)調(diào)用（形式上類似于過程調(diào)用，在應(yīng)用編程中使用）。操作系統(tǒng)的作用(3)

OS是擴(kuò)展機(jī)(extendedmachine)/虛擬機(jī)(virtualmachine)在裸機(jī)上添加功能：設(shè)備管理、文件管理、存儲(chǔ)管理（針對(duì)內(nèi)存和外存）、處理機(jī)管理（針對(duì)CPU）；另外，為合理組織工作流程：作業(yè)管理、進(jìn)程管理。操作系統(tǒng)的非形式化定義（關(guān)鍵點(diǎn)）：系統(tǒng)軟件，程序模塊的集合，資源管理和用戶接口功能1.1.3操作系統(tǒng)舉例MSOS:MSDOS,MSWindows3.x,95,98,ME,NT,2000,XPUNIX:BSD,SRV4,OSF1,SCOUNIX,AIX,Solaris,LinuxRTOS:VxWorks,pSoS,Nucleus……參見：/kind/summary.htm1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史與分類返回1.2.1推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?1)提高資源的利用率和系統(tǒng)性能：計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)昂貴，用作集中計(jì)算(2)方便用戶：用戶上機(jī)、調(diào)試程序，分散計(jì)算時(shí)的事務(wù)處理和非專業(yè)用戶（商業(yè)和辦公、家庭）(3)器件的發(fā)展：CPU的位寬度（指令和數(shù)據(jù)）、快速外存“需求推動(dòng)發(fā)展”1.2.2手工操作工作方式用戶：用戶既是程序員，又是操作員；用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員；編程語言：為機(jī)器語言；輸入輸出：紙帶或卡片；計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)用戶獨(dú)占全機(jī)：不出現(xiàn)資源被其他用戶占用，資源利用率低；CPU等待用戶：計(jì)算前，手工裝入紙帶或卡片；計(jì)算完成后，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低；1946~50年代（電子管），集中計(jì)算（計(jì)算中心），計(jì)算機(jī)資源昂貴；主要矛盾計(jì)算機(jī)處理能力的提高，手工操作的低效率（造成浪費(fèi)）；用戶獨(dú)占全機(jī)的所有資源；提高效率的途徑專門的操作員，批處理1.2.3單道批處理系統(tǒng)

(simplebatchprocessing,,uniprogramming)批處理中的作業(yè)的組成：用戶程序數(shù)據(jù)作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言）批：供一次加載的磁帶或磁盤，通常由若干個(gè)作業(yè)組裝成，在處理中使用一組相同的系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)帶）50年代末~60年代中（晶體管）：利用磁帶把若干個(gè)作業(yè)分類編成作業(yè)執(zhí)行序列，每個(gè)批作業(yè)由一個(gè)專門的監(jiān)督程序（Monitor）自動(dòng)依次處理?？墒褂脜R編語言開發(fā)。兩種批處理方式(1)

聯(lián)機(jī)批處理用戶提交作業(yè)：以紙帶或卡片為介質(zhì)；操作員合成批作業(yè)：結(jié)果為磁帶介質(zhì)；批作業(yè)處理：對(duì)批作業(yè)中的每個(gè)作業(yè)進(jìn)行相同的處理：從磁帶讀入用戶作業(yè)和編譯鏈接程序，編譯鏈接用戶作業(yè)，生成可執(zhí)行程序；啟動(dòng)執(zhí)行；執(zhí)行結(jié)果輸出。這時(shí)的問題：慢速的輸入輸出處理仍直接由主機(jī)來完成。輸入輸出時(shí)，CPU處于等待狀態(tài)。兩種批處理方式(2)

脫機(jī)批處理衛(wèi)星機(jī)：完成面向用戶的輸入輸出（紙帶或卡片），中間結(jié)果暫存在磁帶或磁盤上。作業(yè)控制命令由監(jiān)督程序(monitor)來執(zhí)行，完成如裝入程序、編譯、運(yùn)行等操作。優(yōu)點(diǎn)：同一批內(nèi)各作業(yè)的自動(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。缺點(diǎn)：磁帶或磁盤需要人工裝卸，作業(yè)需要人工分類，監(jiān)督程序易遭到用戶程序的破壞（由人工干預(yù)才可恢復(fù)）。利用衛(wèi)星機(jī)完成輸入輸出功能。主機(jī)與衛(wèi)星機(jī)可并行工作。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。通道有專用的I/O處理器，可與CPU并行工作可實(shí)現(xiàn)I/O聯(lián)機(jī)處理中斷是指CPU在收到外部中斷信號(hào)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。中斷處理過程：中斷請(qǐng)求，中斷響應(yīng)，中斷點(diǎn)（暫停當(dāng)前任務(wù)并保存現(xiàn)場(chǎng)），中斷處理例程，中斷返回（恢復(fù)中斷點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)并繼續(xù)原有任務(wù)可處理算術(shù)溢出和非法操作碼，死循環(huán)（利用時(shí)鐘中斷進(jìn)行超時(shí)限定）監(jiān)督程序發(fā)展為執(zhí)行系統(tǒng)(executivesystem)，常駐內(nèi)存60年代初，發(fā)展了通道技術(shù)和中斷技術(shù)，這些技術(shù)的出現(xiàn)使監(jiān)督程序在負(fù)責(zé)作業(yè)運(yùn)行的同時(shí)提供I/O控制功能。單道批處理的主要問題CPU和I/O設(shè)備使用忙閑不均（取決于當(dāng)前作業(yè)的特性）。對(duì)計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑；對(duì)I/O為主的作業(yè)，CPU空閑；1.2.4多道批處理系統(tǒng)

(multiprogrammingsystem)多道批處理的運(yùn)行特征多道：內(nèi)存中同時(shí)存放幾個(gè)作業(yè)；宏觀上并行運(yùn)行：都處于運(yùn)行狀態(tài)，但都未運(yùn)行完；微觀上串行運(yùn)行：各作業(yè)交替使用CPU；60年代中~70年代中（集成電路），利用多道批處理提高資源的利用率。在當(dāng)前運(yùn)行的作業(yè)需作I/O處理時(shí)，CPU轉(zhuǎn)而執(zhí)行另一個(gè)作業(yè)。（I/O完成后是否立刻恢復(fù)執(zhí)行？要等到其他程序再次I/O時(shí)）多道批處理系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高：CPU和內(nèi)存利用率較高；作業(yè)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：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；批處理：交互性差－－提高對(duì)CPU利用率；分時(shí)處理：用戶與應(yīng)用程序隨時(shí)交互，控制程序運(yùn)行，適于商業(yè)和辦公事務(wù)處理－－縮短響應(yīng)時(shí)間1.2.5分時(shí)系統(tǒng)

(time-sharingsystem)“分時(shí)”的含義分時(shí)是指多個(gè)程序分時(shí)共享硬件和軟件資源(即：多任務(wù))。多個(gè)用戶分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)(即：多用戶)。多個(gè)用戶分時(shí)：單個(gè)用戶使用計(jì)算機(jī)的效率低，因而允許多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)在內(nèi)存中，分別服務(wù)于不同的用戶。有用戶輸入時(shí)由CPU執(zhí)行，處理完一次用戶輸入后程序暫停，等待下一次用戶輸入－－時(shí)走時(shí)停前臺(tái)和后臺(tái)程序(foreground&background)分時(shí)：后臺(tái)程序不占用終端輸入輸出，不與用戶交互－－現(xiàn)在的圖形用戶界面(GUI)，除當(dāng)前交互的程序(輸入焦點(diǎn))之外，其他程序均作為后臺(tái)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。70年代中期至今搶先式和非搶先式搶先式和非搶先式(preemptive&non-preemptive)：出讓CPU是OS強(qiáng)迫或程序主動(dòng)搶先式：OS強(qiáng)迫出讓CPU；非搶先式：程序主動(dòng)出讓CPU；分時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)人機(jī)交互性好：在調(diào)試和運(yùn)行程序時(shí)由用戶自己操作。共享主機(jī)：多個(gè)用戶同時(shí)使用。用戶獨(dú)立性：對(duì)每個(gè)用戶而言好象獨(dú)占主機(jī)?，F(xiàn)在的許多操作系統(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，如實(shí)時(shí)系統(tǒng)、通用系統(tǒng)、個(gè)人系統(tǒng)等。1.2.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)(real-timesystem)要求：響應(yīng)時(shí)間短，在一定范圍之內(nèi)；系統(tǒng)可靠性高任務(wù)的類型：周期性實(shí)時(shí)任務(wù)：非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)：截止時(shí)間(deadline)，開始截止時(shí)間（最晚開始時(shí)間）和完成截止時(shí)間（最晚完成時(shí)間）用于工業(yè)過程控制、軍事實(shí)時(shí)控制、金融等領(lǐng)域，包括實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)信息處理目前的操作系統(tǒng)，通常具有分時(shí)、實(shí)時(shí)和批處理功能，又稱作通用操作系統(tǒng)?？蛇m用于計(jì)算、事務(wù)處理等多種領(lǐng)域，能運(yùn)行在多種硬件平臺(tái)上，如UNIX系統(tǒng)、WindowsNT等。－－通用化、小型化實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理：提供系統(tǒng)日期和時(shí)間、定時(shí)和延時(shí)等時(shí)鐘管理功能；過載保護(hù)：緩沖區(qū)排隊(duì)，丟棄某些任務(wù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整任務(wù)周期；過載是指進(jìn)入系統(tǒng)的任務(wù)數(shù)目超出系統(tǒng)的處理能力。高度可靠性和安全性：容錯(cuò)能力（如故障自動(dòng)復(fù)位）和冗余備份（雙機(jī)，關(guān)鍵部件）；實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要用于過程控制、事務(wù)處理等有實(shí)時(shí)要求的領(lǐng)域，其主要特征是實(shí)時(shí)性和可靠性。實(shí)時(shí)系統(tǒng)與批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別專用系統(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(duì)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)。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?？膳c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(tái)作業(yè)，批處理為后臺(tái)作業(yè)。1.2.7

多處理機(jī)操作系統(tǒng)

(Multi-processorOperatingSystem)多處理機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)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(jí)運(yùn)行多處理機(jī)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)是為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能和可靠性。提高性能有兩條途徑：提高各個(gè)組成部分的速度、增大處理的并行程度。1975年前后，出現(xiàn)多處理機(jī)系統(tǒng)(multi-processor)。多處理機(jī)系統(tǒng)的類型緊密耦合(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(chǔ)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。多處理操作系統(tǒng)的類型非對(duì)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(duì)稱"）。對(duì)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"依據(jù)運(yùn)行OS本身、I/O處理（如中斷響應(yīng)）和應(yīng)用程序的方式對(duì)稱多處理機(jī)與非對(duì)稱多處理機(jī)的比較1.2.8

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)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為網(wǎng)上計(jì)算機(jī)進(jìn)行方便而有效的網(wǎng)絡(luò)資源共享，提供網(wǎng)絡(luò)用戶所需各種服務(wù)的軟件和相關(guān)規(guī)程的集合。網(wǎng)絡(luò)功能與操作系統(tǒng)的結(jié)合程度是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。早期的作法是通常操作系統(tǒng)附加網(wǎng)絡(luò)軟件，過渡到網(wǎng)絡(luò)功能成為操作系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。它們的區(qū)別在于：網(wǎng)絡(luò)功能的強(qiáng)弱、使用是否方便等。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的功能通常操作系統(tǒng)的功能：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、文件管理等；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(duì)方比交換數(shù)據(jù)更為困難；1.2.9

分布式操作系統(tǒng)(DistributedOperatingSystem)分布式系統(tǒng)：處理和控制的分散（相對(duì)于集中式系統(tǒng)）分布式系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的，它的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。分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的比較耦合程度：分布式系統(tǒng)是緊密耦合系統(tǒng)：分布式OS是在各機(jī)上統(tǒng)一建立的"OS同質(zhì)"，直接管理CPU、存儲(chǔ)器和外設(shè)；統(tǒng)一進(jìn)行全系統(tǒng)的管理；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可以將一個(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：用戶是否知道或指定資源在哪個(gè)機(jī)器上（如CPU、內(nèi)存或外設(shè)）。分布式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度對(duì)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(duì)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)）1.2.10

個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

(PersonalComputerOperatingSystem)個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的特征應(yīng)用領(lǐng)域：事務(wù)處理、個(gè)人娛樂，系統(tǒng)要求：使用方便、支持多種硬件和外部設(shè)備（多媒體設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程通信）、效率不必很高。常用的個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)單用戶單任務(wù)：MSDOS單用戶多任務(wù)：OS/2,MSWindows3.x,Windows95,WindowsNT,Windows2000Professional等多用戶多任務(wù)：UNIX(SCOUNIX,Solarisx86,Linux,FreeBSD),Window2000Server等針對(duì)單用戶使用的個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化的操作系統(tǒng)。1.3操作系統(tǒng)的特征1.3.1操作系統(tǒng)的特征1.3.2操作系統(tǒng)的服務(wù)返回1.3.1操作系統(tǒng)的特征并發(fā)(concurrency)共享(sharing)虛擬(virtual)不確定性(asynchronism)并發(fā)(concurrency)在多道程序處理時(shí)，宏觀上并發(fā)，微觀上交替執(zhí)行（在單處理器情況下）。程序的靜態(tài)實(shí)體是可執(zhí)行文件，而動(dòng)態(tài)實(shí)體是進(jìn)程（或稱作任務(wù)），并發(fā)指的是進(jìn)程。多個(gè)事件在同一時(shí)間段內(nèi)發(fā)生。操作系統(tǒng)是一個(gè)并發(fā)系統(tǒng)，各進(jìn)程間的并發(fā)，系統(tǒng)與應(yīng)用間的并發(fā)。操作系統(tǒng)要完成這些并發(fā)過程的管理。并行(parallel)是指在同一時(shí)刻發(fā)生。共享(sharing)互斥共享（如音頻設(shè)備）：資源分配后到釋放前，不能被其他進(jìn)程所用。同時(shí)訪問（如可重入代碼，磁盤文件）資源分配難以達(dá)到最優(yōu)化多個(gè)進(jìn)程共享有限的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源。操作系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配和使用。資源在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)交替被多個(gè)進(jìn)程所用。虛擬(virtual)CPU－－每個(gè)用戶（進(jìn)程）的"虛處理機(jī)"存儲(chǔ)器－－每個(gè)進(jìn)程都占有的地址空間（指令＋數(shù)據(jù)＋堆棧）顯示設(shè)備－－多窗口或虛擬終端(virtualterminal)一個(gè)物理實(shí)體映射為若干個(gè)對(duì)應(yīng)的邏輯實(shí)體－－分時(shí)或分空間。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。不確定性(asynchronism)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，"時(shí)走時(shí)停"，不可預(yù)知每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行推進(jìn)快慢判據(jù)：無論快慢，應(yīng)該結(jié)果相同－－通過進(jìn)程互斥和同步手段來保證難以重現(xiàn)系統(tǒng)在某個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)（包括重現(xiàn)運(yùn)行中的錯(cuò)誤）性能保證：實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)相似，但通過資源預(yù)留以保證性能也稱異步性，指進(jìn)程的執(zhí)行順序和執(zhí)行時(shí)間的不確定性；1.3.2操作系統(tǒng)的服務(wù)服務(wù)類型程序執(zhí)行和終止（包括分配和回收資源）I/O操作文件系統(tǒng)操作通信：本機(jī)內(nèi)，計(jì)算機(jī)之間（通常通信服務(wù)的使用者為進(jìn)程，而不是籠統(tǒng)說"主機(jī)"）配置管理：硬件、OS本身、其他軟件差錯(cuò)檢測(cè)服務(wù)提供方式：系統(tǒng)命令和系統(tǒng)調(diào)用1.4操作系統(tǒng)的功能1.4.1處理機(jī)管理1.4.2存儲(chǔ)管理1.4.3設(shè)備管理1.4.4文件管理1.4.5用戶接口返回1.4.1處理機(jī)管理進(jìn)程控制：創(chuàng)建、撤銷、掛起、改變運(yùn)行優(yōu)先級(jí)等－－主動(dòng)改變進(jìn)程的狀態(tài)進(jìn)程同步：協(xié)調(diào)并發(fā)進(jìn)程之間的推進(jìn)步驟，以協(xié)調(diào)資源共享；－－交換信息能力弱進(jìn)程通信：進(jìn)程之間傳送數(shù)據(jù)，以協(xié)調(diào)進(jìn)程間的協(xié)作；－－交換信息能力強(qiáng)，也可以用來協(xié)調(diào)進(jìn)程之間的推進(jìn)進(jìn)程調(diào)度：作業(yè)和進(jìn)程的運(yùn)行切換，以充分利用處理機(jī)資源和提高系統(tǒng)性能；－－未必是進(jìn)程控制操作所引起（可能是時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、I/O操作）同一類型內(nèi)的公平性、高效率（吞吐量大）、作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間等完成處理機(jī)資源的分配調(diào)度等功能。處理機(jī)調(diào)度的單位可為進(jìn)程或線程。1.4.2存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)分配與回收存儲(chǔ)保護(hù)：保證進(jìn)程間互不干擾、相互保密；如：訪問合法性檢查、甚至要防止從"垃圾"中竊取其他進(jìn)程的信息；地址映射（變換）：進(jìn)程邏輯地址到內(nèi)存物理地址的映射；內(nèi)存擴(kuò)充（覆蓋、交換和虛擬存儲(chǔ)）：提高內(nèi)存利用率、擴(kuò)大進(jìn)程的內(nèi)存空間；管理目標(biāo)：提高利用率、方便用戶使用、提供足夠的存儲(chǔ)空間、方便進(jìn)程并發(fā)運(yùn)行。1.4.3設(shè)備管理設(shè)備操作：利用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（通常在內(nèi)核中）完成對(duì)設(shè)備的操作。還需處理外設(shè)的IRQ。設(shè)備獨(dú)立性(deviceindependence)：提供統(tǒng)一的I/O設(shè)備接口，使應(yīng)用程序獨(dú)立于物理設(shè)備，提高可適應(yīng)性；在同樣的接口和操作下完成不同的內(nèi)容（如FAXModem作為Windows上的打印機(jī)設(shè)備）。設(shè)備分配與回收：在多用戶間共享I/O設(shè)備資源。虛擬設(shè)備(virtualdevice)：設(shè)備由多個(gè)進(jìn)程共享，每個(gè)進(jìn)程如同獨(dú)占。緩沖區(qū)管理：匹配CPU和外設(shè)的速度，提高兩者的利用率（單緩沖區(qū)、雙緩沖區(qū)和公用緩沖區(qū)）設(shè)備管理的目標(biāo)是：方便的設(shè)備使用、提高CPU與I/O設(shè)備利用率；1.4.4文件管理文件存儲(chǔ)空間管理：解決如何存放信息，以提高空間利用率和讀寫性能。目錄管理：解決信息檢索問題。文件的屬性（如文件名）、單一副本賦予多文件名文件的讀寫管理和存取控制：解決信息安全問題。系統(tǒng)設(shè)口令"哪個(gè)用戶"、用戶分類"哪個(gè)用戶組"、文件權(quán)限"針對(duì)用戶或用戶組的讀寫權(quán)"軟件管理：軟件的版本、相互依賴關(guān)系、安裝和拆除等解決軟件資源的存儲(chǔ)、共享、保密和保護(hù)。1.4.5用戶接口系統(tǒng)命令：供用戶用于組織和控制自己的作業(yè)運(yùn)行。命令行、菜單式或GUI-"聯(lián)機(jī)"；命令腳本-"脫機(jī)"編程接口：供用戶程序和系統(tǒng)程序調(diào)用操作系統(tǒng)功能。系統(tǒng)調(diào)用和高級(jí)語言庫函數(shù)；目標(biāo)：提供一個(gè)友好的用戶訪問操作系統(tǒng)的接口。操作系統(tǒng)向上提供兩種接口：1.5常用的操作系統(tǒng)1.5.1MSDOS1.5.2MSWindows3.x,Windows95,WindowsNT,Windows2000,WindowsXP1.5.3UNIX返回1.5.1MSDOSDOS用過的名字包括QDOS、86-DOS、MS-DOS和PC-DOS；1981年8月：PC-DOS1.0：第一個(gè)DOS版本；1982年6月：PC-DOS1.1：IBMPC，支持軟盤的個(gè)人操作系統(tǒng)；1983年3月：DOS2.0：PCXT，支持硬盤和目錄的層次結(jié)構(gòu)；1984年8月：DOS3.0：PCAT(Intel80286CPU)，把286作為一個(gè)快速的8086；1987年4月：DOS3.3：提供對(duì)IBMPS/2的支持（如3.5"軟驅(qū)）；1988年8月：DOS4.0：支持大于32M的硬盤；1991年6月：DOS5.0：改進(jìn)對(duì)擴(kuò)展內(nèi)存的支持；1993年3月：MS-DOS6.0：支持磁盤壓縮；1994年5月：MS-DOS6.22：提供新的磁盤壓縮方法；1995年8月：MS-DOS7.0：作為Windows95的一部分；IBMPC,CPU8088/8086,BIOS單用戶單任務(wù)，簡單分層結(jié)構(gòu)，16位MSDOS的歷史MSDOS的結(jié)構(gòu)DOSBIOS(BasicInput/OutputSystem)：由一組與硬件相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序組成，實(shí)現(xiàn)基本的輸入/輸出功能；DOS核心：提供一套獨(dú)立于硬件的系統(tǒng)功能：內(nèi)存管理、文件管理、字符設(shè)備和輸入/輸出、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等；命令處理程序：對(duì)用戶命令進(jìn)行分析和執(zhí)行；MSDOS的特點(diǎn)字符用戶界面。作業(yè)管理：命令行，批處理程序（BAT文件），菜單式。編程時(shí)通過軟中斷調(diào)用(int21h)來使用系統(tǒng)功能。不區(qū)分用戶。"準(zhǔn)多任務(wù)"：通過內(nèi)存駐留程序TSR(TerminatedandStayResident)來實(shí)現(xiàn)，通過時(shí)鐘中斷或鍵盤中斷"熱鍵hotkey"來激活其他任務(wù)。不支持虛擬存儲(chǔ)，沒有存儲(chǔ)保護(hù)。采用段式分配(內(nèi)存塊)，可直接訪問的最大地址空間為1MB。其余的內(nèi)存只能通過作為擴(kuò)展內(nèi)存(XMS)或擴(kuò)充內(nèi)存(EMS)來使用。XMS是段式分配，通過內(nèi)存數(shù)據(jù)搬移來使用XMS區(qū)域EMS是頁式分配，通過頁面的映射來使用EMS區(qū)域或者用支持保護(hù)方式的編程工具文件系統(tǒng)為FAT(FileAllocationTable)格式（磁盤卷，多級(jí)目錄，文件名8+3個(gè)字符）；有文件屬性，沒有區(qū)分用戶訪問權(quán)限。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)加載。分為字符設(shè)備和塊設(shè)備。1.5.2MSWindows3.x,95,98,NT,2000,XP1983年11月：Microsoft宣布Windows的第一個(gè)版本；以字符為基礎(chǔ)的窗口系統(tǒng)；1985年11月：Windows1.0；1990年5月：Windows3.0（成功版本），16位OS，借見AppleMacintosh給出友好的用戶界面；1992年10月：WindowsForWorkGroups3.1；1993年11月：WindowsForWorkGroups3.11；1995年8月：Windows95：內(nèi)置瀏覽器；1998年7月：Windows98；2000年9月：WindowsME；CPU:80286,80386,80486,Pentium,…單用戶或多用戶多任務(wù)（分時(shí)系統(tǒng)），16位/16和32位混合/32位Windows的歷史1993年：WindowsNT3.1,32位OS，支持DOS和Windows應(yīng)用程序；1994年4月：WindowsNT3.51；1996年8月：WindowsNT4.0；1999年12月：Windows2000(Professional,Server,AdvancedServer)，32位OS；2001年10月：WindowsXP目標(biāo)：32位、成系列、廣泛兼容WindowsNT體系結(jié)構(gòu)簡化的Windows2000體系結(jié)構(gòu)Windows2000的特點(diǎn)支持對(duì)稱多處理機(jī)真正的32位操作系統(tǒng)：除16位應(yīng)用的支持代碼，沒有16位的代碼；完全的代碼可重入(reentrant)：同一段代碼可由多個(gè)應(yīng)用同時(shí)訪問；圖形用戶界面GUI（和字符用戶界面）。搶先式多任務(wù)和多線程。支持動(dòng)態(tài)鏈接。虛擬存儲(chǔ)：段頁式(有存儲(chǔ)保護(hù))。兼容16位Windows應(yīng)用：文件系統(tǒng)：NTFS(HPFS)，支持安全控制設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序：WDM(WindowsDriverModel)?？梢浦玻哼m用于多種硬件平臺(tái)。容錯(cuò)能力。面向?qū)ο筇匦裕河脤?duì)象來表示所有資源。1.5.3UNIX1965年：MIT的