第1章操作系統(tǒng)引論

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)Important操作系統(tǒng)課程是計(jì)算機(jī)教育的必修內(nèi)容計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心課技術(shù)開發(fā)的理論基礎(chǔ)考研科目Text1Text2Text3Text4TextWhatText1Text2Text3Text4TextText3學(xué)習(xí)什么不是理解操作系統(tǒng)如何工作OS的工作方式OS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)衡操作系統(tǒng)中的典型技術(shù)和應(yīng)用

而是如何使用操作系統(tǒng)WhyA設(shè)計(jì)或修改現(xiàn)有的操作系統(tǒng)B加深對(duì)所用OS的理解，有利于編程用戶深入地與操作系統(tǒng)打交道C編程時(shí)借鑒操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和算法D選擇購買操作系統(tǒng)如FIFO算法，最佳適應(yīng)算法E思維方式的學(xué)習(xí)引言課程特點(diǎn)：概念多、原理性強(qiáng)、較抽象課程學(xué)習(xí)目的：基礎(chǔ)核心課，有利于對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的理解和軟件開發(fā)課程學(xué)習(xí)方法：以問題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)、理論聯(lián)系實(shí)際課程學(xué)習(xí)難點(diǎn)：概念、原理、算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)E-mail：qlgdxjsj@163.com教材及參考書教材：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，湯小丹等西安電子科技大學(xué)出版社參考書：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解，湯子瀛主審梁紅兵等編著，西安電子科技大學(xué)出版社張堯?qū)W計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)清華大學(xué)出版社操作系統(tǒng)教程與實(shí)驗(yàn)，胡明慶、高巍、鐘梅，清華大學(xué)出版社，2007.01第1版計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，何炎祥、李飛、李寧，清華大學(xué)出版社，2004年第1版

OperatingSystemConcepts，SeventhEdition.Silberschatz,Galvin,Gagne,Johnwiley&Sons.Inc.2005第一章操作系統(tǒng)引論第一章操作系統(tǒng)引論本章要點(diǎn)（1/3）目的：建立OS的基本概念，切實(shí)掌握OS的一些基本概念。操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用目標(biāo)：方便性、有效性、可擴(kuò)充性、開放性作用：接口資源管理者實(shí)現(xiàn)了對(duì)資源的抽象是計(jì)算機(jī)工作流程的組織者第一章操作系統(tǒng)引論本章要點(diǎn)（2/3）操作系統(tǒng)的引入和發(fā)展：由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由低級(jí)到高級(jí)。從早期無操作系統(tǒng)

人機(jī)矛盾；CPU-I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾。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)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)第一章操作系統(tǒng)引論本章要點(diǎn)（3/3）操作系統(tǒng)的基本特征和功能：四大特征：并發(fā)、共享、虛擬、異步性五大功能：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、文件管理、提供用戶接口操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：分層式結(jié)構(gòu)分層的原則客戶/服務(wù)器技術(shù)面向?qū)ο蠹夹g(shù)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)第一章操作系統(tǒng)引論本章內(nèi)容第一章操作系統(tǒng)引論1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.3操作系統(tǒng)的基本特性1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.0知識(shí)引入1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章操作系統(tǒng)引論1.0知識(shí)引入1、信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)第一章操作系統(tǒng)引論戈登·摩爾GordonMoore（Intel創(chuàng)始人之一）在1965提出：半導(dǎo)體芯片上晶體管的密度大約每隔18個(gè)月就會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度微處理器變得更小、更密集、功能更強(qiáng)大。芯片上晶體管的數(shù)量每18個(gè)月翻番，這就是“摩爾定律”第一章操作系統(tǒng)引論2、世界是一個(gè)大型并行系統(tǒng)微處理器無處不在后臺(tái)是巨大的基礎(chǔ)設(shè)施作為支持Internet互聯(lián)大規(guī)模、可靠、安全的服務(wù)數(shù)據(jù)庫信息采集遠(yuǎn)程存儲(chǔ)在線游戲貿(mào)易……3、不同時(shí)期人們對(duì)CPU的占用率如今：人均所占有CPU的數(shù)量100第一章操作系統(tǒng)引論4、多核芯片：未來發(fā)展趨勢(shì)第一章操作系統(tǒng)引論Intel80-core多核芯片（2007年2月）80simplecores2floatingpointengines/creMesh-like“network-on-a-chip”100million晶體管（1個(gè)億）65nmFeaturesize“多核”指每個(gè)芯片上有多個(gè)處理器64？128？很難具體給出一個(gè)界限值如何進(jìn)行編程2個(gè)CPU用于視頻/音頻1個(gè)用于字處理，1個(gè)用于瀏覽器76個(gè)用于病毒檢測(cè)？每一級(jí)中都必須按“并行系統(tǒng)”的要求進(jìn)行開發(fā)5、計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)第一章操作系統(tǒng)引論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作一個(gè)或者多個(gè)CPU、設(shè)備控制器通過共享內(nèi)存的總線進(jìn)行連接CPU并發(fā)執(zhí)行，設(shè)備對(duì)內(nèi)存競(jìng)爭(zhēng)使用6、不斷增加的軟件復(fù)雜度第一章操作系統(tǒng)引論第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1、操作系統(tǒng)是什么？操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)硬件的軟件。它也為應(yīng)用程序提供一個(gè)基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)用戶與計(jì)算機(jī)硬件之間扮演一個(gè)中間者的角色。1.1.1

操作系統(tǒng)的目標(biāo)第一章操作系統(tǒng)引論2、操作系統(tǒng)的目標(biāo)：對(duì)于不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)會(huì)有差異。大型/小型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)手持機(jī)（PDA）通常在計(jì)算機(jī)硬件上配置的OS，其目標(biāo)有以下幾點(diǎn)：有效性提高系統(tǒng)資源的利用率提高系統(tǒng)的吞吐量方便性可擴(kuò)充性開放性第一章操作系統(tǒng)引論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第一章操作系統(tǒng)引論3、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)在程序執(zhí)行時(shí)做什么？#include<stdio.h>intmain(intargc,char*argv[]){puts("helloworld");return0;}第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)在程序執(zhí)行時(shí)做什么？用戶告訴操作系統(tǒng)執(zhí)行hello程序操作系統(tǒng)找到該程序，檢查其類型檢查程序首部，找出正文和數(shù)據(jù)的地址文件系統(tǒng)找到第一個(gè)磁盤塊父進(jìn)程需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的子進(jìn)程，執(zhí)行hello程序操作系統(tǒng)需要將執(zhí)行文件映射到進(jìn)程結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)設(shè)置CPU上下文環(huán)境，并跳到程序開始處程序的第一條指令執(zhí)行，失敗，缺頁中斷發(fā)生操作系統(tǒng)分配一頁內(nèi)存，并將代碼從磁盤讀入，繼續(xù)執(zhí)行更多的缺頁中斷，讀入更多的頁面程序執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，在文件描述符中寫一字符串第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)在程序執(zhí)行時(shí)做什么？操作系統(tǒng)檢查字符串的位置是否正確操作系統(tǒng)找到字符串被送往的設(shè)備設(shè)備是一個(gè)偽終端，由一個(gè)進(jìn)程控制操作系統(tǒng)將字符串送給該進(jìn)程該進(jìn)程告訴窗口系統(tǒng)它要顯示字符串窗口系統(tǒng)確定這是一個(gè)合法的操作，然后將字符串轉(zhuǎn)換成像素窗口系統(tǒng)將像素寫入存儲(chǔ)映像區(qū)視頻硬件將像素表示轉(zhuǎn)換成一組模擬信號(hào)控制顯示器（重畫屏幕）顯示器發(fā)射電子束你在屏幕上看到helloworld1.1.2

操作系統(tǒng)的作用第一章操作系統(tǒng)引論用戶觀點(diǎn)：OS是用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口。資源管理觀點(diǎn)：OS是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者虛擬機(jī)觀點(diǎn)：OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象，隱藏了對(duì)硬件操作的細(xì)節(jié)。1、用戶觀點(diǎn)操作系統(tǒng)從用戶的觀點(diǎn)來看，是給用戶提供了一個(gè)工作環(huán)境操作系統(tǒng)提供的接口：命令方式（CLI，命令行接口）系統(tǒng)調(diào)用方式（也稱為應(yīng)用編程接口，ApplicationProgrammingInterface，簡(jiǎn)稱API）圖形、窗口方式（GUI，圖形用戶接口）第一章操作系統(tǒng)引論圖1-1OS作為接口的示意圖2、資源管理觀點(diǎn)操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各類資源的管理者，它負(fù)責(zé)分配、回收以及控制系統(tǒng)中的各種軟硬件資源。處理器存儲(chǔ)器I/O設(shè)備信息（數(shù)據(jù)和程序）跟蹤資源的使用狀況，滿足資源請(qǐng)求，提高資源利用率，以及協(xié)調(diào)各程序和用戶對(duì)資源的使用沖突監(jiān)視資源分配/回收資源保護(hù)資源第一章操作系統(tǒng)引論3、虛擬機(jī)觀點(diǎn)OS向用戶提供了一個(gè)對(duì)硬件操作的抽象模型，使用戶更容易地使用計(jì)算機(jī)硬件資源，—實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)硬件操作的第一個(gè)層次的抽象。第一章操作系統(tǒng)引論3、虛擬機(jī)觀點(diǎn)OS為用戶提供了用于文件的管理軟件，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)文件操作的細(xì)節(jié)，并向上提供一組對(duì)文件進(jìn)行存取操作的命令，—實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)硬件操作的第二個(gè)層次的抽象OS為用戶提供了許多比計(jì)算機(jī)硬件功能更強(qiáng)、使用更方便的功能。第一章操作系統(tǒng)引論機(jī)器指令物理接口硬件用戶I/O操作命令（Read,Write）用戶物理接口硬件I/O軟件虛擬機(jī)圖1-2I/O軟件隱藏了I/O操作實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)4、操作系統(tǒng)定義操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件和軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，以便有效利用這些資源為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)、使用方便的工作環(huán)境，從而在計(jì)算機(jī)與用戶之間起到接口的作用。第一章操作系統(tǒng)引論1.1.3

推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Φ谝徽虏僮飨到y(tǒng)引論不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率方便用戶器件的不斷更新?lián)Q代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展：?jiǎn)翁幚頇C(jī)系統(tǒng)、多處理機(jī)系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)更正軟件錯(cuò)誤1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)歷50年代中期，第一個(gè)簡(jiǎn)單批處理操作系統(tǒng)60年代中期，多道程序批處理系統(tǒng)不久，分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)80年代，微機(jī)、多處理機(jī)及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)名稱演變第一章操作系統(tǒng)引論核心程序(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）(ControlSystem(program))3管理程序(Supervisor,SupervisorSystem)4操作系統(tǒng)(OperatingSystem)61.2.1無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論巴貝奇（Babbage）機(jī)械式計(jì)算機(jī)（1822—）問題：計(jì)算數(shù)值表雖然未能實(shí)現(xiàn)，但它是首個(gè)現(xiàn)代架構(gòu)獨(dú)立的數(shù)據(jù)與程序內(nèi)存；基于操作的指令支持條件跳轉(zhuǎn)分開的I/O單元差分機(jī)實(shí)現(xiàn)了有限差有25,000個(gè)部件，重達(dá)15噸第一章操作系統(tǒng)引論運(yùn)算速度：50,000指令/每秒,數(shù)萬個(gè)真空管,占地100平方米，用于精確計(jì)算彈道1.沒有程序設(shè)計(jì)語言（甚至沒有匯

編），更談不上操作系統(tǒng).2.程序員提前預(yù)約一段時(shí)間，然后

到機(jī)房將他的插件板插到計(jì)算機(jī)

里.3.期盼著在接下來的時(shí)間中幾萬個(gè)

真空管不會(huì)燒斷，從而可以計(jì)算自己的題目.ENIAC計(jì)算機(jī)1、人工操作方式第一章操作系統(tǒng)引論1、人工操作方式硬件昂貴，人工便宜用戶獨(dú)占全機(jī)目標(biāo)是更好地利用硬件當(dāng)用戶在控制臺(tái)上思考的時(shí)候，計(jì)算機(jī)處于閑置狀態(tài)批量進(jìn)行計(jì)算機(jī)輸入時(shí)，用戶處于等待狀態(tài)操作和編程完全由手工進(jìn)行，且編輯只能用機(jī)器語言（二進(jìn)制代碼）沒有保護(hù)：如果批處理程序出現(xiàn)了bug？問題：人—機(jī)矛盾CPU—I/O速度不匹配的矛盾Altair8080第一章操作系統(tǒng)引論脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn)如下：減少了CPU的空閑時(shí)間。提高I/O速度。2、脫機(jī)輸入/輸出（Off-LineI/O）方式圖1-3脫機(jī)I/O示意圖第一章操作系統(tǒng)引論穿孔卡片（1940s&60s）在穿孔卡片上輸入程序（例如：一行代碼一張卡片）提交穿孔卡片盒（要確?？ㄆ瑳]有搞混）幾個(gè)小時(shí)甚至幾天后才能夠得到結(jié)果1.2.2單道批處理系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論1、單道批處理系統(tǒng)（SimpleBatchProcessingSystem）硬件條件：晶體管替代真空管監(jiān)督程序（Monitor，又稱為批處理程序，或管理程序）：管理作業(yè)連續(xù)處理的程序操作步驟：收集一批作業(yè)（卡），用專用I/O計(jì)算機(jī)將作業(yè)逐個(gè)讀到磁帶上保存起來。批處理程序?qū)⒋艓系牡谝粋€(gè)作業(yè)讀入計(jì)算機(jī)，運(yùn)算結(jié)束后將結(jié)果輸出到輸出磁帶上。自動(dòng)讀入下一個(gè)作業(yè)，并運(yùn)行。當(dāng)一批作業(yè)全部執(zhí)行結(jié)束后，取下輸入磁帶和輸出磁帶，用輸入磁帶錄下一批作業(yè)，將輸出磁帶送到專用輸出計(jì)算機(jī)，進(jìn)行脫機(jī)打印。第一章操作系統(tǒng)引論1、單道批處理系統(tǒng)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？否裝配目標(biāo)程序還有下一個(gè)作業(yè)？是否停止運(yùn)行目標(biāo)程序是開始圖1-3單道批處理系統(tǒng)的處理流程第一章操作系統(tǒng)引論單道批處理的引入解決人機(jī)矛盾，提高系統(tǒng)資源的利用率。解決CPU與I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾，提高系統(tǒng)吞吐量單道批處理系統(tǒng)的特征自動(dòng)性順序性單道性2、單道批處理系統(tǒng)的特征第一章操作系統(tǒng)引論解決了作業(yè)間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換問題，減少了機(jī)器時(shí)間的浪費(fèi)。不管作業(yè)大小，只要它一旦占用處理機(jī)開始執(zhí)行，則它必須一直占據(jù)處理機(jī)，直到運(yùn)行完畢。對(duì)短作業(yè)不公平，因?yàn)樗鼈兊却龍?zhí)行的時(shí)間可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過它們實(shí)際執(zhí)行的時(shí)間。交互性差。作業(yè)由批處理程序控制運(yùn)行，用戶無法實(shí)時(shí)控制，如果運(yùn)行中途出現(xiàn)故障，只能停下來，重新運(yùn)行。3、單道批處理系統(tǒng)的評(píng)價(jià)1.2.3多道批處理系統(tǒng)硬件條件：小規(guī)模集成電路—360機(jī)引入目的：?jiǎn)蔚琅幚硐到y(tǒng)中，任意時(shí)刻只允許一道作業(yè)在內(nèi)存中運(yùn)行，資源利用率低，為了提高系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。多道是指，允許多個(gè)程序同時(shí)存在于主存中，按照某種原則分派處理機(jī)，逐個(gè)執(zhí)行這些程序。批處理：用戶提交的作業(yè)首先存放在外存，并排成一個(gè)隊(duì)列。然后由作業(yè)調(diào)度程序按照一定的算法從該隊(duì)列中一次選取一個(gè)或若干個(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存執(zhí)行。第一章操作系統(tǒng)引論1、多道程序設(shè)計(jì)的基本概念OS中引入多道程序技術(shù)可帶來的好處：提高CPU的利用率提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率增加系統(tǒng)吞吐量第一章操作系統(tǒng)引論1、多道程序設(shè)計(jì)的基本概念用戶程序監(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從黑色的實(shí)線來看CPU是斷續(xù)性運(yùn)作第一章操作系統(tǒng)引論1、多道程序設(shè)計(jì)的基本概念程序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完成從黑色的實(shí)線來看CPU是持續(xù)性運(yùn)作第一章操作系統(tǒng)引論2、多道批處理系統(tǒng)的特征多道性無序性調(diào)度性作業(yè)調(diào)度進(jìn)程調(diào)度3、多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)資源利用率高系統(tǒng)吞吐量大平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)無交互能力適合大型科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理。處理機(jī)管理問題分配與回收提高利用率內(nèi)存管理問題分配與回收信息保護(hù)I/O設(shè)備管理問題分配與使用提高利用率第一章操作系統(tǒng)引論4、多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題文件管理問題方便使用保證數(shù)據(jù)的安全性與一致性作業(yè)管理問題根據(jù)作業(yè)類型進(jìn)行作業(yè)組織1.2.4分時(shí)系統(tǒng)為了改進(jìn)響應(yīng)時(shí)間和性能，提供交互式操作環(huán)境，導(dǎo)致了分時(shí)系統(tǒng)的出現(xiàn)。人-機(jī)交互共享主機(jī)便于用戶上機(jī)分時(shí)系統(tǒng)，在一臺(tái)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)用戶通過自己的終端，以交互方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。第一章操作系統(tǒng)引論1、分時(shí)系統(tǒng)（Time-SharingSystem）的產(chǎn)生及時(shí)接收多路卡：使主機(jī)能同時(shí)接收各用戶從終端上輸入的數(shù)據(jù)。緩沖區(qū)：暫存用戶鍵入的命令。及時(shí)處理作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存不允許一個(gè)作業(yè)長(zhǎng)時(shí)間占用處理機(jī)第一章操作系統(tǒng)引論2、分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題多路性：一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)連接多臺(tái)終端；獨(dú)立性：每個(gè)用戶各自通過自己的終端進(jìn)行輸入/輸出，互不干擾。用戶感覺自己獨(dú)占終端和主機(jī)資源。及時(shí)性：系統(tǒng)按人們所能接受的等待時(shí)間及時(shí)響應(yīng)用戶請(qǐng)求。交互性：能進(jìn)行廣泛的人機(jī)交互適合辦公自動(dòng)化、教學(xué)及事務(wù)處理等要求人機(jī)會(huì)話的場(chǎng)合。第一章操作系統(tǒng)引論3、分時(shí)系統(tǒng)的特征終端數(shù)目多少調(diào)度算法（時(shí)間片的選?。┬畔⒔粨Q量和信息交換速度機(jī)器處理能力請(qǐng)求服務(wù)的時(shí)間長(zhǎng)短及服務(wù)請(qǐng)求的分布第一章操作系統(tǒng)引論4、影響響應(yīng)時(shí)間的因素1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)：指系統(tǒng)能及時(shí)（或即時(shí)）響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。第一章操作系統(tǒng)引論1、應(yīng)用需求實(shí)時(shí)控制火炮自動(dòng)控制系統(tǒng)、飛機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、煉鋼/煉油控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息處理航空網(wǎng)絡(luò)售票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論2、實(shí)時(shí)任務(wù)實(shí)時(shí)任務(wù)的分類：按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來劃分周期性實(shí)時(shí)任務(wù)非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)開始截止時(shí)間——任務(wù)在某時(shí)間以前必須開始執(zhí)行；完成截止時(shí)間——任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來劃分硬實(shí)時(shí)任務(wù)：系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對(duì)截止時(shí)間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測(cè)的結(jié)果軟實(shí)時(shí)任務(wù)：系統(tǒng)對(duì)截止時(shí)間的要求并不嚴(yán)格多路性。都具有多路性。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)按分時(shí)原則為多個(gè)終端用戶服務(wù)。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)對(duì)多路現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集，對(duì)多個(gè)對(duì)象或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。獨(dú)立性。都具有獨(dú)立性。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)中，每個(gè)終端向?qū)崟r(shí)系統(tǒng)提出請(qǐng)求時(shí)，是彼此獨(dú)立操作，互不干擾。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，對(duì)信息的采集和對(duì)對(duì)象的控制，也都是彼此互不干擾。第一章操作系統(tǒng)引論3、實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較及時(shí)性。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求與分時(shí)系統(tǒng)類似，是以人所能接受的等待時(shí)間來確定。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的及時(shí)性，則是以控制對(duì)象所要求的開始截止時(shí)間或完成截止時(shí)間來確定，一般為秒級(jí)、百毫秒級(jí)、毫秒級(jí)。交互性。實(shí)時(shí)信息處理的交互性僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序。分時(shí)系統(tǒng)能向終端用戶提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)、資源共享等服務(wù)。

可靠性。實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求系統(tǒng)高度可靠。第一章操作系統(tǒng)引論3、實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)概念與特性的遷移1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展只允許一個(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。最簡(jiǎn)單的微機(jī)操作系統(tǒng)：配置在8位與16位微機(jī)上典型單用戶單任務(wù)微機(jī)OS：CP/M和MS-DOSCP/M：帶軟盤系統(tǒng)的8位微機(jī)操作系統(tǒng)MS-DOS：微軟開發(fā)的16位單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論1、單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)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。配置在32位微機(jī)上。典型單用戶多任務(wù)微機(jī)OS：WindowsWindows1.0與Windows2.0：16位微機(jī)Windows3.0、Windows3.1：386、486等32位微機(jī)Windows95：全32位的處理技術(shù)，兼容16位應(yīng)用程序，支持網(wǎng)絡(luò)功能Windows98：將IE整合到系統(tǒng)，增加了對(duì)多媒體的支持WindowsXP：32位版本/64版本W(wǎng)indowsNT：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論2、單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用同一臺(tái)機(jī)器，共享主機(jī)系統(tǒng)中的各種資源；每個(gè)用戶程序又進(jìn)程又可進(jìn)一步分為幾個(gè)任務(wù)并發(fā)執(zhí)行。配置在大、中和小型機(jī)上。典型多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)：UNIXOSSolarisOSLinuxOS第一章操作系統(tǒng)引論3、多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)發(fā)展歷史小結(jié)1.3操作系統(tǒng)的基本特征第一章操作系統(tǒng)引論第一章操作系統(tǒng)引論現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本特征：共享并發(fā)異步虛擬1.3.1并發(fā)（Concurrence）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。微觀上，在單處理機(jī)系統(tǒng)中，多個(gè)任務(wù)在單個(gè)處理機(jī)上交替運(yùn)行稱為任務(wù)并發(fā)；多處理機(jī)系統(tǒng)中，多個(gè)任務(wù)在多個(gè)處理機(jī)上同時(shí)運(yùn)行稱為任務(wù)并行。第一章操作系統(tǒng)引論1、并行與并發(fā)程序是靜態(tài)實(shí)體，不能并發(fā)執(zhí)行。進(jìn)程是指在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，它由一組機(jī)器指令、數(shù)據(jù)和堆棧等組成，是一個(gè)活動(dòng)實(shí)體。多個(gè)進(jìn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行和交換信息。進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)需要一定的資源。操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程的目的：是使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行。線程是指，程序的一次相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)行過程；在現(xiàn)代OS中，線程是系統(tǒng)調(diào)度的最小單位。第一章操作系統(tǒng)引論2、引入進(jìn)程與線程1.3.2共享（Sharing）資源共享性：宏觀上，指多個(gè)任務(wù)可以同時(shí)使用系統(tǒng)資源；微觀上，指多個(gè)任務(wù)并發(fā)，即多個(gè)任務(wù)可以交替互斥地使用系統(tǒng)中的某個(gè)資源；資源共享方式：互斥共享方式：臨界資源（或獨(dú)占資源）：規(guī)定在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源打印機(jī)、磁帶機(jī)同時(shí)訪問方式宏觀上：同時(shí)微觀上：交替訪問磁盤設(shè)備第一章操作系統(tǒng)引論1.3.3虛擬（Virtual）虛擬：是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。如，采用分時(shí)技術(shù)，將一臺(tái)處理機(jī)虛擬為若干臺(tái)處理機(jī)。還可以虛擬存儲(chǔ)、虛擬設(shè)備、虛擬通道、虛擬文件、虛擬用戶組以及虛擬網(wǎng)絡(luò)等。第一章操作系統(tǒng)引論時(shí)分復(fù)用：即分時(shí)使用方式，最早用于電信業(yè)，將一條物理信道虛擬為多條邏輯信道，以提高信道的利用率。時(shí)分復(fù)用技術(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用：虛擬處理機(jī)技術(shù)：利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，把一臺(tái)物理上的處理機(jī)虛擬為多臺(tái)邏輯上的處理機(jī)，在每臺(tái)邏輯處理機(jī)上運(yùn)行一道程序。虛擬設(shè)備技術(shù)：將一臺(tái)物理I/O設(shè)備虛擬為多臺(tái)邏輯上的I/O設(shè)備，并允許每個(gè)用戶占用一臺(tái)邏輯上的I/O設(shè)備。1、時(shí)分復(fù)用技術(shù)第一章操作系統(tǒng)引論頻分復(fù)用技術(shù)：將一個(gè)頻率范圍非常寬的信道，劃分成多個(gè)頻率范圍較窄的信道，其中的任何一個(gè)頻帶都只供一對(duì)用戶通話。空分復(fù)用技術(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用：虛擬磁盤技術(shù)：將一臺(tái)硬盤虛擬為多臺(tái)虛擬磁盤，即將硬盤劃分為若干個(gè)卷。虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)：利用存儲(chǔ)器的空閑空間來存放其它的程序，以提高內(nèi)存的利用率。通過“請(qǐng)求調(diào)入功能”和“置換功能”每次只把用戶程序的一部分調(diào)用內(nèi)存運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)用戶的各部分分時(shí)進(jìn)行內(nèi)存運(yùn)行的功能。2、空分復(fù)用技術(shù)第一章操作系統(tǒng)引論1.3.4異步性（Asynchronism）在多道程序環(huán)境下，允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，但由于競(jìng)爭(zhēng)資源等因素的限制，使進(jìn)程的執(zhí)行不是“一氣呵成，而是以“走走停?！钡姆绞竭\(yùn)行。進(jìn)程的異步性：進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。內(nèi)存中的每個(gè)進(jìn)程何時(shí)獲得處理機(jī)運(yùn)行；進(jìn)程何時(shí)因提出某種資源請(qǐng)求而暫停；進(jìn)程以怎樣的速度向前推進(jìn)；每道程序總共需要多少時(shí)間完成，等等。只要運(yùn)行環(huán)境相同，作業(yè)經(jīng)過多次運(yùn)行，都會(huì)獲得完全相同的結(jié)果。第一章操作系統(tǒng)引論1.4操作系統(tǒng)的主要功能第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的主要任務(wù)OS的主要任務(wù)：為多道程序的運(yùn)行提供良好的運(yùn)行環(huán)境，以保證多道程序能有條不紊地、高效地運(yùn)行。OS的功能：處理機(jī)管理存儲(chǔ)器管理設(shè)備管理文件管理提供用戶接口網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能第一章操作系統(tǒng)引論1.4.1處理機(jī)管理功能在傳統(tǒng)的多道程序中，處理機(jī)的分配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為基本單位，對(duì)處理機(jī)的管理可歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理。在引入了線程的OS中，也包含對(duì)線程的管理。處理機(jī)管理的主要功能：創(chuàng)建和撤消進(jìn)程（線程）對(duì)諸進(jìn)程（線程）的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程（線程）之間的信息交換按照一定的算法把處理機(jī)分配給進(jìn)程（線程）第一章操作系統(tǒng)引論進(jìn)程控制：創(chuàng)建和撤消進(jìn)程以及控制進(jìn)程的轉(zhuǎn)換。進(jìn)程同步：為多個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)。進(jìn)程互斥方式進(jìn)程同步方式進(jìn)程通信：實(shí)現(xiàn)相互合作的進(jìn)程間的信息交換。調(diào)度：作業(yè)調(diào)度：從后備隊(duì)列中按照一定的算法，選擇若干個(gè)作業(yè)，為它們分配其必需的資源。在將它們調(diào)入內(nèi)存后，便分別為它們建立進(jìn)程，使它們都成為可能獲得處理機(jī)的就緒隊(duì)列。進(jìn)程調(diào)度：按一定算法從進(jìn)程就緒隊(duì)列中選出一個(gè)進(jìn)程，把處理機(jī)分配給它，為它設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，使之運(yùn)行。第一章操作系統(tǒng)引論1.4.2存儲(chǔ)器管理功能存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)：為多道程序的并發(fā)執(zhí)行提供良好的環(huán)境；便于用戶使用存儲(chǔ)器；提高存儲(chǔ)器的利用率；從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存。第一章操作系統(tǒng)引論第一章操作系統(tǒng)引論1、內(nèi)存分配主要任務(wù)為每道程序分配內(nèi)存空間；提高存儲(chǔ)器的利用率；允許正在運(yùn)行的程序申請(qǐng)附加的內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)增漲的需要。內(nèi)存分配方式靜態(tài)分配：作業(yè)裝入時(shí)確定，運(yùn)行時(shí)不能更改與移動(dòng)。動(dòng)態(tài)分配：作業(yè)裝入時(shí)確定，運(yùn)行時(shí)可以動(dòng)態(tài)增漲與移動(dòng)。內(nèi)存分配機(jī)制具有的結(jié)構(gòu)和功能內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)存分配功能內(nèi)存回收功能2、內(nèi)存保護(hù)主要任務(wù)確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運(yùn)行，彼此互不干擾。內(nèi)存保護(hù)機(jī)制設(shè)置兩個(gè)界限寄存器，存放正在執(zhí)行程序的上界和下界。系統(tǒng)須對(duì)每條指令所要訪問的地址進(jìn)行檢查，如果發(fā)生越界，則發(fā)出越界中斷請(qǐng)求。第一章操作系統(tǒng)引論可裝入程序的形成源程序目標(biāo)程序可裝入程序任務(wù)將地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址。3、地址映射編譯鏈接第一章操作系統(tǒng)引論任務(wù)借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存容量讓更多的用戶程序能并發(fā)執(zhí)行系統(tǒng)具有的內(nèi)存擴(kuò)充機(jī)制請(qǐng)求調(diào)入功能（部分裝入功能）置換功能4、內(nèi)存擴(kuò)充第一章操作系統(tǒng)引論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，主要任務(wù)有：完成用戶進(jìn)程提出的I/O請(qǐng)求為用戶程序進(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)備第一章操作系統(tǒng)引論任務(wù)用于緩解CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾，提高CPU的利用率，提高系統(tǒng)吞吐量。緩沖區(qū)機(jī)制單緩沖機(jī)制雙緩沖機(jī)制公用緩沖池機(jī)制第一章操作系統(tǒng)引論1、緩沖管理任務(wù)根據(jù)用戶進(jìn)程的I/O請(qǐng)求、系統(tǒng)的現(xiàn)有資源情況以及按照某種設(shè)備分配策略，為之分配其所需的設(shè)備。設(shè)備分配機(jī)制具有的結(jié)構(gòu)和功能數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：設(shè)備控制表、控制器控制表等設(shè)備分配獨(dú)占設(shè)備分配的安全性檢查設(shè)備回收2、設(shè)備分配第一章操作系統(tǒng)引論設(shè)備處理程序又稱設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。任務(wù)用于實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信處理過程：檢查I/O請(qǐng)求的合法性，了解設(shè)備狀態(tài)是否是空閑，了解有關(guān)的傳遞參數(shù)及設(shè)置設(shè)備的工作方式。向設(shè)備控制器發(fā)出I/O命令，啟動(dòng)I/O設(shè)備完成指定的I/O操作。響應(yīng)由控制器發(fā)來的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)中斷請(qǐng)求的類型，調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。3、設(shè)備處理第一章操作系統(tǒng)引論1.4.4文件管理功能

程序和數(shù)據(jù)都是以文件的形式存儲(chǔ)在磁盤和磁帶上。文件管理的任務(wù)：管理用戶文件和系統(tǒng)文件，以方便用戶使用管理文件的存儲(chǔ)空間保證文件數(shù)據(jù)的安全第一章操作系統(tǒng)引論任務(wù)：為每個(gè)文件分配必要的外存空間提高外存的利用率有助于提高文件系統(tǒng)的存、取速度。文件管理的功能：文件管理需設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄文件存儲(chǔ)空間的使用情況，以供分配存儲(chǔ)空間時(shí)參考。對(duì)存儲(chǔ)空間進(jìn)行分配與回收。為了提高存儲(chǔ)空間的利用率，通常采用離散分配方式第一章操作系統(tǒng)引論1、文件存儲(chǔ)空間的管理文件目錄項(xiàng)包括：文件名文件屬性文件在磁盤上的物理位置等任務(wù)：為每個(gè)文件建立目錄項(xiàng)對(duì)眾多的目錄項(xiàng)進(jìn)行有效組織，以實(shí)現(xiàn)按名存取。能實(shí)現(xiàn)文件共享。能提供快速的目錄查詢手段，提高文件的檢索速度。第一章操作系統(tǒng)引論2、目錄管理文件的讀寫管理根據(jù)用戶的請(qǐng)求，從外存讀取數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入外存文件讀（寫）過程：根據(jù)用戶給出的文件名檢索文件目錄，獲取文件在外存中的位置；利用文件讀（寫）指針，對(duì)文件進(jìn)行讀（寫）。一旦讀（寫）完成，便修改讀（寫）指針，為下一次讀（寫）做好準(zhǔn)備。文件的保護(hù)防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶存取文件；防止冒名頂替存取文件；防止以不正確的方式使用文件。第一章操作系統(tǒng)引論3、文件的讀/寫管理和保護(hù)1.4.5操作系統(tǒng)與用戶之間的接口

操作系統(tǒng)向用戶提供：用戶與操作系統(tǒng)的接口用戶接口：是提供給用戶使用的接口，用戶可通過該接口取得操作系統(tǒng)的服務(wù)。程序接口：以系統(tǒng)調(diào)用的形式供用戶編程時(shí)使用。幾乎各種操作系統(tǒng)都提供了系統(tǒng)調(diào)用，供程序設(shè)計(jì)。第一章操作系統(tǒng)引論第一章操作系統(tǒng)引論1、用戶接口命令接口：用戶通過命令接口向作業(yè)發(fā)出命令，控制作業(yè)的運(yùn)行。聯(lián)機(jī)用戶接口：為聯(lián)機(jī)用戶提供的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：為批處理作業(yè)的用戶提供的由一組作業(yè)控制語言JCL組成。JCL是提供給批處理作業(yè)用戶的，為實(shí)現(xiàn)所需功能而委托系統(tǒng)代為控制的一種語言第一章操作系統(tǒng)引論1、用戶接口圖形用戶接口：另一種形式的聯(lián)機(jī)用戶接口，采用了圖形化的操作界面，用非常容易識(shí)別的各種圖標(biāo)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。XeroxStar：1981最初只是一個(gè)研究項(xiàng)目（Alto）第一個(gè)“鼠標(biāo)”、“視窗”AppleLisa/Machintosh：1984“LookandFeel”suit1988MicrosoftWindows：Win1.0-Win7(1985-)第一章操作系統(tǒng)引論2、程序接口程序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。程序接口由一組系統(tǒng)調(diào)用組成，每一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都是一個(gè)能完成特定功能的子程序。1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展史第一代的OS：是無結(jié)構(gòu)的第二代的OS：采用模塊式結(jié)構(gòu)第三代的OS：層次式結(jié)構(gòu)現(xiàn)代OS：微內(nèi)核結(jié)構(gòu)第一章操作系統(tǒng)引論模塊化的OS分層式OS無結(jié)構(gòu)OS現(xiàn)代結(jié)構(gòu)OS1.5.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)OS是一組過程的集合，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)。操作系統(tǒng)龐大而雜亂，缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)，造成程序錯(cuò)誤多，調(diào)試?yán)щy；程序難以閱讀和理解，不方便維護(hù)。第一章操作系統(tǒng)引論1、無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)模塊化程序設(shè)計(jì)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。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內(nèi)聚性耦合度第一章操作系統(tǒng)引論2、模塊化OS結(jié)構(gòu)第一章操作系統(tǒng)引論圖1-6模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2、模塊化OS結(jié)構(gòu)模塊化OS的優(yōu)點(diǎn)提高了OS設(shè)計(jì)的正確性、可理解性和可維護(hù)性；增強(qiáng)了OS的可適應(yīng)性；加速了OS的開發(fā)過程。模塊化OS的缺點(diǎn)在開始設(shè)計(jì)OS時(shí)，對(duì)模塊的劃分及對(duì)接口的規(guī)定并不精確，而且還可能存在錯(cuò)誤，因而很難保證按此規(guī)定所設(shè)計(jì)出的模塊會(huì)完全正確，這將使在把這些模塊裝配成OS時(shí)發(fā)生困難；從功能觀點(diǎn)來劃分模塊時(shí)，未能將共享資源和獨(dú)占資源加以區(qū)別；由于管理上的差異，又會(huì)使模塊間存在著復(fù)雜的依賴關(guān)系使OS結(jié)構(gòu)變得不清晰。第一章操作系統(tǒng)引論2、模塊化OS結(jié)構(gòu)從資源管理觀點(diǎn)出發(fā)，劃分層次。在某一層次上的代碼只能調(diào)用低層次上的代碼，使模塊間的調(diào)用變得有序。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)。提高了系統(tǒng)的維護(hù)性和可靠性。分層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：易保證系統(tǒng)的正確性易擴(kuò)充、易維護(hù)性分層結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：系統(tǒng)效率降低了第一章操作系統(tǒng)引論3、分層式OS結(jié)構(gòu)被調(diào)用功能在低層：如文件系統(tǒng)管理->設(shè)備管理->設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序活躍功能在低層：提高運(yùn)行效率資源管理的公用模塊放在最低層：如緩沖區(qū)隊(duì)列、堆棧操作存儲(chǔ)器管理放在次低層：便于利用虛擬存儲(chǔ)功能最低層的硬件抽象層：與機(jī)器特點(diǎn)緊密相關(guān)的軟件放在最低層。資源分配策略放在最外層，便于修改或適應(yīng)不同環(huán)境第一章操作系統(tǒng)引論3、分層式OS結(jié)構(gòu)—分層原則各系統(tǒng)對(duì)具體劃分多少層次有不同的看法。第一章操作系統(tǒng)引論*寄存器電路1計(jì)算棧、微程序解釋器指令集2過程、調(diào)用棧、顯示過程3處理器硬件中斷處理程序中斷4進(jìn)程原語、信號(hào)量、就緒隊(duì)列進(jìn)程原語5數(shù)據(jù)塊、設(shè)備通道本地輔存6單處理器資源段、頁虛擬存儲(chǔ)器7管道通信8文件文件系統(tǒng)9外設(shè)設(shè)備10目錄目錄11用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程12外部對(duì)象用戶程序設(shè)計(jì)環(huán)境shell13功能范圍對(duì)象名稱層常見操作系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)第四代OS客戶/服務(wù)器模式面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)微內(nèi)核OS第一章操作系統(tǒng)引論1.5.2客戶/服務(wù)器模式用戶態(tài)：用來提供各種服務(wù)的服務(wù)器（進(jìn)程）所在的層次內(nèi)核態(tài)：處理用戶和服務(wù)器間的通信，實(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的和較基本功能的進(jìn)程所在的層次內(nèi)核接收用戶請(qǐng)求，啟動(dòng)相應(yīng)服務(wù)器，接著接收服務(wù)器的應(yīng)答，回送給發(fā)送請(qǐng)求的用戶第一章操作系統(tǒng)引論1、C/S模式1.5.2客戶/服務(wù)器模式客戶機(jī)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論2、客戶/服務(wù)器（C/S）模式的組成3、客戶/服務(wù)器之間的交互客戶請(qǐng)求消息服務(wù)器接收消息服務(wù)器回送消息客戶機(jī)接收消息數(shù)據(jù)的分布處理和存儲(chǔ)便于集中管理靈活性和可擴(kuò)充性易于改編應(yīng)用程序第一章操作系統(tǒng)引論4、客戶/服務(wù)器模式的優(yōu)點(diǎn)5、客戶/服務(wù)器模式的缺點(diǎn)存在著不可靠性和瓶頸問題1.5.3面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)面向?qū)ο蠹夹g(shù)是基于“抽象”和“隱蔽”原則來控制大型軟件的復(fù)雜度的。對(duì)象，是指在現(xiàn)實(shí)世界中具有相同屬性、服從相同規(guī)則的一系列事物的抽象，而其中的具體事物稱為對(duì)象的實(shí)例。第一章操作系統(tǒng)引論1、面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念圖1-7一個(gè)對(duì)象的示意圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)過程1過程2過程3OS中的各類實(shí)體如進(jìn)程、線程、消息、存儲(chǔ)器等，都使用了對(duì)象這一概念。通過“重用”提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率使系統(tǒng)具有更好的易修改性和易擴(kuò)展性更易于保證系統(tǒng)的“正確性”和“可靠性”。第一章操作系統(tǒng)引論2、面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)1.5.4

微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)微內(nèi)核（MicroKernel）OS能有效地支持多處理機(jī)運(yùn)行，非常適用于分布式系統(tǒng)環(huán)境典型微內(nèi)核結(jié)構(gòu)OS：CarngieMellon大學(xué)研制的MachOS、Windows2000/XP操作系統(tǒng)第一章操作系統(tǒng)引論第一章操作系統(tǒng)引論第一章操作系統(tǒng)引論1、微內(nèi)核操作系統(tǒng)的基本概念足夠小的內(nèi)核內(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實(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的