CH1操作系統(tǒng)引論

1信息學(xué)院軟件工程系李先鋒2014-2015學(xué)年第2學(xué)期操作系統(tǒng)E-mail:lixf@：134017743672計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)湯小丹主編

西安電子科技大學(xué)出版社3課程說明課程性質(zhì)及要求：專業(yè)基礎(chǔ)課考試課：期末閉卷考試學(xué)分：4分學(xué)時：64學(xué)時=理論課48+實(shí)驗(yàn)課16作業(yè)：約60題，一個作業(yè)本，按時交納41.1操作系統(tǒng)的概念1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的類型1.4操作系統(tǒng)的特征1.5操作系統(tǒng)的功能1.6操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章操作系統(tǒng)引論51.1操作系統(tǒng)的概念

一、操作系統(tǒng)的地位

裸機(jī)（BareMachine）:沒有任何的軟機(jī)支持的計(jì)算機(jī)。它僅僅構(gòu)成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。一個完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由兩大部分組成：

計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件。

6(一)計(jì)算機(jī)的硬件1.硬件的概念

指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中由電子、機(jī)械和光電元件等組成的各種計(jì)算機(jī)部件和計(jì)算機(jī)設(shè)備。2.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本組成①運(yùn)算器②控制器③存儲器中央處理器④輸入設(shè)備⑤輸出設(shè)備7(二)計(jì)算機(jī)的軟件1.軟件的概念

軟件是由計(jì)算機(jī)硬件執(zhí)行以完成一定任務(wù)的所有程序及其數(shù)據(jù)。2.軟件的分類分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件其中,系統(tǒng)軟件由操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語言、語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和常用服務(wù)系統(tǒng)等組成。

應(yīng)用軟件是指專門為某一應(yīng)用目的而用系統(tǒng)軟件編制的軟件系統(tǒng)。8計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)用戶應(yīng)用軟件其他系統(tǒng)軟件裸機(jī)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)---系統(tǒng)軟件的核心將文件存到磁盤上

遵命！遵命文件正確保存將文件存盤報(bào)告長官：文件保存完成11操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.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。2.有效性（系統(tǒng)管理員的觀點(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。3.可擴(kuò)充性適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，對OS提出了更高的功能和性能要求（OS層次化）。4.開放性：出自不同廠家的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，要能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下協(xié)調(diào)工作，要求具有統(tǒng)一的開放環(huán)境。12操作系統(tǒng)的功能：處理機(jī)管理、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理、用戶接口。系統(tǒng)需要為word處理程序進(jìn)行存儲資源的分配＝》進(jìn)程的管理＝》將結(jié)果輸出到外部設(shè)備

例如：打開一個word處理程序，OS需要作什么？系統(tǒng)還需要有極強(qiáng)的容錯性和穩(wěn)定性，能夠避免由于某個程序的不穩(wěn)定，而影響整個應(yīng)用程序的不穩(wěn)定。OS的五大管理功能：13操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是合理組織計(jì)算機(jī)的工作流程，有效控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各類資源，并方便用戶使用計(jì)算機(jī)的程序集合。補(bǔ)充：OS是用戶和計(jì)算機(jī)的接口OS是最重要的系統(tǒng)軟件141.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程“需求推動發(fā)展”(1)提高資源的利用率和系統(tǒng)性能；(2)方便用戶：用戶上機(jī)、調(diào)試程序；(3)

分散計(jì)算時的事務(wù)處理和非專業(yè)用戶；(4)器件的發(fā)展。15

如果把在計(jì)算機(jī)上操作的人比作一個部隊(duì)的“司令員”，那么組成計(jì)算機(jī)各部件的顯示器、主機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)等就像打仗時使用的槍支、炮彈、飛機(jī)、坦克等武器，面對這么多武器，司令員不可能十八般武器樣樣精通，更不可能每一支槍、每一發(fā)炮彈親自去使用，這就需要有指揮使用每一種武器部隊(duì)的指戰(zhàn)員，這些指戰(zhàn)員構(gòu)成了調(diào)動并控制各種武器的指揮作戰(zhàn)的系統(tǒng)，這個作戰(zhàn)系統(tǒng)就相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。一個比喻16＝》1946年到50年代第一代電子管計(jì)算機(jī)

工作方式：用戶既是程序員，又是操作員；編程語言：為機(jī)器語言；

輸入輸出：紙帶或卡片；

工作特點(diǎn)：用戶獨(dú)占全機(jī),資源不共享CPU利用率低主要矛盾：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)）；提高效率的途徑：專門的操作員，批處理17＝》50年代末～60年代中單道批處理系統(tǒng)

（晶體管計(jì)算機(jī)）

利用磁帶把若干個作業(yè)分類編成作業(yè)執(zhí)行序列，每個批作業(yè)由一個專門的監(jiān)督程序（Monitor）自動依次處理?？墒褂脜R編語言開發(fā)。

存在問題：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）。對計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑；對I/O為主的作業(yè)，CPU空閑。人機(jī)矛盾仍然存在。18＝》操作系統(tǒng)的完善通道技術(shù)和中斷技術(shù)的出現(xiàn)使監(jiān)督程序在負(fù)責(zé)作業(yè)運(yùn)行的同時提供I/O控制功能。通道：專用的I/O處理器，可與CPU并行工作，使I/O聯(lián)機(jī)處理。

中斷：是指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。1960年代中多道程序批處理系統(tǒng)為進(jìn)一步提高資源的利用率和系統(tǒng)的吞吐量，引入多道程序批處理系統(tǒng)操作系統(tǒng)終于代替人工成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的“管家”，其發(fā)展進(jìn)入了成熟期，UNIX是這個時期的典型代表。20＝》操作系統(tǒng)的發(fā)展從1980年至今建立在大規(guī)模集成電路基礎(chǔ)上的第四代計(jì)算機(jī)蓬勃發(fā)展。從個人計(jì)算機(jī)到并行機(jī)，再到網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)也不斷發(fā)展變化。微機(jī)操作系統(tǒng)、并行操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)等相繼產(chǎn)生。操作系統(tǒng)的使用界面也從字符界面變成了圖形界面。操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)除了有序分層的模塊化結(jié)構(gòu)外，還出現(xiàn)了客戶/服務(wù)器加微內(nèi)核結(jié)構(gòu)等。DOS、OS/2、Windows和Linux等是這一時期的典型代表。211.3操作系統(tǒng)的基本類型*

批處理操作系統(tǒng)(BatchProcessingOperatingSystem)分時操作系統(tǒng)

(Time-sharingOperatingSystem)實(shí)時操作系統(tǒng)(Real-TimeOperatingSystem)22一、批處理操作系統(tǒng)單道批處理(simpleBatch)系統(tǒng)多道批處理(multiprogrammedBatch)系統(tǒng)1.運(yùn)行方式：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；多道：內(nèi)存中同時存放幾個作業(yè)232.多道批處理系統(tǒng)的特征

優(yōu)點(diǎn)：（1）資源利用率高

（2）作業(yè)吞吐量大（3）系統(tǒng)開銷小缺點(diǎn)：（1）用戶交互性差（2）作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間長24二、分時操作系統(tǒng)主機(jī)終端終端終端………分時系統(tǒng)示意圖251．分時的概念與實(shí)現(xiàn)

分時：指若干并發(fā)程序?qū)PU時間的共享，通過系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)。指多個用戶分享使用同一臺計(jì)算機(jī)。兩個或多個事件按時間劃分輪流使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的某一資源。實(shí)現(xiàn)分時的基本方法是設(shè)立一個時間分享單位——時間片(timeslice)。它是系統(tǒng)規(guī)定進(jìn)程一次使用處理機(jī)的最長時間。時間片的長短可以因不同系統(tǒng)而異，通常100ms左右。26實(shí)現(xiàn)思想如下：每個用戶在各自的終端上以問答方式控制程序運(yùn)行，系統(tǒng)把中央處理器的時間劃分成時間片，輪流分配給各個聯(lián)機(jī)終端用戶，每個用戶只能在極短時間內(nèi)執(zhí)行，若時間片用完，而程序還未做完，則掛起等待下次分得時間片。272．分時系統(tǒng)的引入

分時系統(tǒng)的產(chǎn)生則是為了滿足用戶的需求在批處理系統(tǒng)中，用戶不能干預(yù)自己程序的運(yùn)行，無法得知程序運(yùn)行情況，對程序的調(diào)試和排錯不利。

CTSS是最早的分時操作系統(tǒng)，Unix是目前廣泛使用的一個分時操作系統(tǒng)283．分時系統(tǒng)的特征

（1）交互性有人把分時系統(tǒng)稱為交互系統(tǒng)。（2）及時性終端用戶的請求能在很短的時間內(nèi)獲得響應(yīng)，通常為2～3秒鐘。（3）獨(dú)占性每個用戶各占一個終端，彼此獨(dú)立操作，互不干擾，感覺好象自己獨(dú)占主機(jī)一樣。（4）同時性（也叫多路性）提高了系統(tǒng)資源利用率，節(jié)省了開支。29三、實(shí)時操作系統(tǒng)實(shí)時系統(tǒng)則是指系統(tǒng)對特定輸入做出反應(yīng)的速度足以控制發(fā)出實(shí)時信號的對象，或者說計(jì)算機(jī)能夠?qū)崟r地響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的短時間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實(shí)時設(shè)備和實(shí)時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。301．實(shí)時系統(tǒng)的類型

實(shí)時控制系統(tǒng)和實(shí)時信息處理系統(tǒng)(信息查詢系統(tǒng)和事務(wù)處理系統(tǒng))。導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)，飛機(jī)自動駕駛系統(tǒng)，火炮自動控制系統(tǒng)？？？氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)、飛機(jī)訂票系統(tǒng)和股票交易系統(tǒng)

情報(bào)檢索系統(tǒng)？？312．實(shí)時系統(tǒng)的特征

除了多路性，獨(dú)占性外，還有下面的特征（1）稍弱的交互性

它僅允許操作人員訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序，一般不許寫入或修改現(xiàn)有程序，不象分時系統(tǒng)那樣能向終端用戶提供數(shù)據(jù)處理和資源共享等服務(wù)。（2）實(shí)時性

對及時性的要求高，常以控制對象所能接受的延遲時間來確定，可以是秒級、毫秒級，甚至是微秒級。（3）可靠性

常采用多級容錯措施，以保證系統(tǒng)的安全可靠。

32四、單用戶操作系統(tǒng)

單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)：單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)：只允許一個用戶上機(jī)，但允許將一個用戶程序分為若干任務(wù)，使他們并發(fā)執(zhí)行。Windows9x就是圖形用戶界面的單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)的典型代表。

在同一段時間內(nèi)僅為一個用戶提供服務(wù)。由于一個用戶獨(dú)占整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，操作系統(tǒng)資源管理的任務(wù)變得不重要，為用戶提供良好的工作環(huán)境成了這類操作系統(tǒng)最主要的目標(biāo)。如MS-DOS、CP/M等。33五、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)將地理上分散的自主計(jì)算機(jī)通過通信系統(tǒng)的線路互連而成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。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。三大陣營：UNIX、WindowsNT、Netware

等34

六、分布式操作系統(tǒng)*

分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

指由多臺分散的計(jì)算機(jī)，經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而成的系統(tǒng)。每臺計(jì)算機(jī)高度自治，又相互協(xié)同，能在系統(tǒng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源管理，任務(wù)分配、能并行地運(yùn)行分布式程序。集中式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以往的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，其處理和控制功能都高度地集中在一臺計(jì)算機(jī)上，所有的任務(wù)都由它完成35分布式系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：性價比高、可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、適合分布式的應(yīng)用等。缺點(diǎn)：需要復(fù)雜的軟件、存在潛在的通信瓶頸、數(shù)據(jù)安全性較弱等。真正實(shí)用的分布式操作系統(tǒng)：荷蘭Virije大學(xué)研制的Amoeba和美國CarnegieMello研制的Mach、X樹系統(tǒng)、Plan9

等361.4操作系統(tǒng)的特征

一、并發(fā)性二、共享性三、虛擬性四、異步性

37一、并發(fā)與并行并發(fā)：Concurrence是指兩個或多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。并行：Parallel是指兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生。單處理機(jī)系統(tǒng)中采用多道程序技術(shù)后，可以實(shí)現(xiàn)硬件之間的并行操作和程序之間的并發(fā)執(zhí)行。38程序A請求I/O程序B請求I/O程序C請求I/O

C完成I/OB完成I/OA完成I/OC再次被調(diào)度

A再次被調(diào)度

A完成

程序A程序C程序B調(diào)度程序

時間軸t多道程序并發(fā)執(zhí)行示意圖單線表示程序占用cpu，雙線表示外設(shè)在執(zhí)行相應(yīng)程序的I/O請求39小注：兩道程序分別在兩個處理機(jī)（多CPU）或兩套處理部件中獨(dú)立運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)并行。并發(fā)程序要達(dá)到“在同一時間間隔內(nèi)進(jìn)行”，也需要相應(yīng)的硬件或軟件支持。例如，兩道程序分別在一個處理機(jī)或一套處理部件上運(yùn)行，由于每一時刻僅能執(zhí)行一道程序，所以微機(jī)上這兩道程序是交替和順序執(zhí)行的，但從宏觀上看，在一段時間間隔內(nèi)這兩道程序同時運(yùn)行。所以，并發(fā)和并行都需要多道程序技術(shù)的支持。40二、共享性

共享：是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各種硬、軟件資源都可以為多個用戶同時使用。共享可分互斥共享和同時共享兩種方式?；コ夤蚕硪步许樞蚬蚕恚菏侵付鄠€進(jìn)程（進(jìn)程的定義在第二章）互斥地或者排他性地使用某個資源。同時共享又叫并發(fā)共享：是指在一段時間內(nèi)，多個程序可以同時使用系統(tǒng)中的某個資源。這里的“同時”是個宏觀概念，微觀上，這多個進(jìn)程是交替使用該資源41小注：并發(fā)與共享是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的兩個最基本特征，它們之間是相輔相成、互為依存的。一方面，資源共享是以程序（進(jìn)程）并發(fā)執(zhí)行為條件的，如果系統(tǒng)不允許并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題；另一方面，程序并發(fā)執(zhí)行以資源共享為基礎(chǔ)，如果系統(tǒng)不能對資源共享實(shí)施有效管理，則也必將影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。只有系統(tǒng)能夠高度并發(fā)，資源才能充分共享；也只有資源被充分共享，系統(tǒng)才能更好地并發(fā)。42三、虛擬性

在操作系統(tǒng)中所謂的虛擬：是通過某種技術(shù)物理上的一個實(shí)體映射為邏輯上的多個對應(yīng)物。前者是實(shí)際存在的，后者是虛的，是感覺性的存在。如WINDOWS操作系統(tǒng)使用了虛擬存儲技術(shù)，它把外部存儲器映射為用戶自由使用的“無限大”的內(nèi)存空間，即虛擬內(nèi)存，這樣保證了需要內(nèi)存空間比實(shí)際內(nèi)存空間大的程序能正常運(yùn)行。43四、異步性所謂異步是指內(nèi)存中的多個進(jìn)程都按照各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。這是由于它們共享資源、并發(fā)執(zhí)行的緣故。內(nèi)存中的每個進(jìn)程什么時候執(zhí)行，向前推進(jìn)速度快慢，共需多少時間都是由執(zhí)行的現(xiàn)場所決定。很有可能先進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)后完成，后進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)先完成。但同一程序在相同的初始數(shù)據(jù)下，無論何時運(yùn)行都應(yīng)獲得同樣的結(jié)果。44操作系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜的大型軟件。為了控制該軟件的復(fù)雜性，在開發(fā)OS時，先后引入了分解、模塊化、抽象和隱蔽等軟件工程方法方法。開發(fā)方法的不斷發(fā)展，促進(jìn)了OS結(jié)構(gòu)的更新?lián)Q代。一般地，

傳統(tǒng)的OS結(jié)構(gòu)：第一代至第三代的OS結(jié)構(gòu)現(xiàn)代OS結(jié)構(gòu)：微內(nèi)核的OS結(jié)構(gòu)。1.6操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.6.1傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)45在早期開發(fā)操作系統(tǒng)時，設(shè)計(jì)者是基于過程的方法設(shè)計(jì)，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)，因此，這種OS是無結(jié)構(gòu)(整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu))的?；谶^程的設(shè)計(jì)方法，只注重如何編制緊湊的程序，以便于有效地利用內(nèi)存、對GOTO語句的使用不加任何限制，所設(shè)計(jì)出的操作系統(tǒng)既龐大又雜亂，缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)。這一方面會使所編制出的程序錯誤很多，給調(diào)試工作帶來很多困難；另一方面也使程序難以閱讀和理解，增加了維護(hù)人員的負(fù)擔(dān)。1.無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)461)模塊化結(jié)構(gòu)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。為使OS具有較清晰的結(jié)構(gòu)，將OS按其功能劃分為若干個具有一定獨(dú)立性和大小的模塊。每個模塊具有某方面的管理功能，如進(jìn)程管理模塊、存儲器管理模塊……等，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)分為若干個具有一定管理功能的子模塊。

2.模塊化OS結(jié)構(gòu)47圖1-5模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)48(1)提高了OS設(shè)計(jì)的正確性、可理解性和可維護(hù)性。(2)增強(qiáng)了OS的可適應(yīng)性。(3)加速了OS的開發(fā)過程。

模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)有二。首先，在開始設(shè)計(jì)OS時，對模塊的劃分及對接口的規(guī)定并不精確，而且還可能存在錯誤，因而很難保證按此規(guī)定所設(shè)計(jì)出的模塊會完全正確，這將使在把這些模塊裝配成OS時發(fā)生困難；其次，從功能觀點(diǎn)來劃分模塊時，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。2)模塊化OS的優(yōu)缺點(diǎn)493.分層式OS結(jié)構(gòu)

1)有序分層的基本概念從改進(jìn)設(shè)計(jì)方式上說，應(yīng)使我們的每一步設(shè)計(jì)都是建立在可靠的基礎(chǔ)上。我們可以從物理機(jī)器開始，在其上面先添加一層具有一定功能的軟件A1,由于A1是建立在完全確定的物理機(jī)器上的，在經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和幾乎是窮盡無遺的測試后，可以認(rèn)為A1是正確的；然后再在A1上添加一層新軟件A2，……，如此一層一層地自底向上增添軟件層，每一層都實(shí)現(xiàn)若干功能，最后總能構(gòu)成一個能滿足需要的OS。50分層式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是：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，例如，在調(diào)試第一層軟件A1時，由于它只使用了物理機(jī)器提供的功能，因此它將與其所有的高層軟件A2，……，An無關(guān)；同樣在調(diào)試A2時，它也只使用了A1和物理機(jī)器所提供的功能，而與其高層軟件A3,……，An無關(guān)，這樣，一旦發(fā)現(xiàn)Ai出現(xiàn)錯誤時，通常該錯誤只會局限于Ai，因?yàn)樗c所有其高層的軟件無關(guān)，而Ai層以下的各層軟件，又都經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)試。51

2)層次的設(shè)置(1)程序嵌套。通常OS的每個功能的實(shí)現(xiàn)，并非是只用一個程序便能完成的，而是要經(jīng)由若干個軟件層才有可能完成。因此在劃分OS層次時，首先要考慮在實(shí)現(xiàn)OS的每個功能時所形成的程序嵌套。例如，作業(yè)調(diào)度模塊須調(diào)用進(jìn)程控制模塊；在為某作業(yè)創(chuàng)建一進(jìn)程時，進(jìn)程控制模塊又須調(diào)用內(nèi)存管理模塊為新進(jìn)程分配內(nèi)存空間，可見，進(jìn)程控制模塊應(yīng)在內(nèi)存管理模塊之上；而作業(yè)調(diào)度模塊又應(yīng)在更高層。52(2)運(yùn)行頻率。在分層結(jié)構(gòu)中，各層次軟件的運(yùn)行速度是不同的，因?yàn)锳1層軟件能直接在物理機(jī)器上運(yùn)行，故它有最高的運(yùn)行速度。隨著層次的增高，其相應(yīng)軟件的運(yùn)行速度就隨之下降，因而An層軟件的運(yùn)行速度最低。為了提高OS的運(yùn)行效率，應(yīng)該將那些經(jīng)常活躍的模塊放在最接近硬件的A1層，如時鐘管理、進(jìn)程調(diào)度，通常都放在A1層。53(3)公用模塊。應(yīng)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，不然，會使比它低的層次模塊由于無法調(diào)用它而須另外配置相應(yīng)功能的模塊。例如，用于對信號量進(jìn)行操作的原語Signal和Wait。(4)用戶接口。為方便用戶(程序)，OS向用戶提供了“用戶與OS的接口”，如命令接口、程序接口以及圖形用戶接口。這些接口應(yīng)設(shè)置在OS的最高層，直接提供給用戶使用。541.6.2微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)1)基本概念

為了提高OS的靈活性和可擴(kuò)充性而將OS劃分為兩部分.一部分是用于提供各種服務(wù)的一組服務(wù)器(進(jìn)程)，所有這些服務(wù)器(進(jìn)程)都運(yùn)行在用戶態(tài)。當(dāng)有一客戶進(jìn)程要求讀文件的一個盤塊時，該進(jìn)程便向文件服務(wù)器(進(jìn)程)發(fā)出一個請求；當(dāng)服務(wù)器完成了該客戶的請求后，便給該客戶回送一個響應(yīng)。另一部分是內(nèi)核，用來處理客戶和服務(wù)器之間的通信，即由內(nèi)核來接收客戶的請求，再將該請求送至相應(yīng)的服務(wù)器；同時它也接收服務(wù)器的應(yīng)答，并將此應(yīng)答回送給請求客戶。此外，在內(nèi)核中還應(yīng)具有其它一些機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的和一些較基本的功能。

1.客戶/服務(wù)器模式(Client-ServerModel)55圖1-6單機(jī)環(huán)境下的客戶/服務(wù)器模式(1)提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)充性。(2)提高了OS的可靠性。(3)可運(yùn)行于分布式系統(tǒng)中。2)客戶/服務(wù)器模式的優(yōu)點(diǎn)56微內(nèi)核技術(shù)的引入所謂微內(nèi)核技術(shù)，是指精心設(shè)計(jì)的、能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代OS核心功能的小型內(nèi)核，它與一般的OS(程序)不同，它更小更精煉，它不僅運(yùn)行在核心態(tài)，而且開機(jī)后常駐內(nèi)存，它不會因內(nèi)存緊張而被換出內(nèi)存。微內(nèi)核并非是一個完整的OS，而只是為構(gòu)建通用OS提供一個重要基礎(chǔ)。由于在微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)中，通常都采用了客戶/服務(wù)器模式，因此OS的大部分功能和服務(wù)，都是由若干服務(wù)器來提供的，如文件服務(wù)器、作業(yè)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等。3.微內(nèi)核技術(shù)57微內(nèi)核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如進(jìn)程管理、存儲器管理、進(jìn)程間通信、低級I/O功能。(1)進(jìn)程管理。(2)存儲器管理。(3)進(jìn)程通信管理。(4)I/O設(shè)備管理。2)微內(nèi)核的基本功能58第一章練習(xí)題1、以下給出的操作系統(tǒng)中交互性最強(qiáng)的是（）A.批量處理系統(tǒng)B.實(shí)時系統(tǒng)C.分時系統(tǒng)D.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)2、OS的主要功能是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的()

A.程序B.數(shù)據(jù)C.文件D.資源3、多道程序技術(shù)能提高CPU的使用效率，這是因?yàn)榘l(fā)揮了（）與（）之間的并行工作能力。593、下列作業(yè)類型中，適合在分時系統(tǒng)中運(yùn)行的有（）和（）；適合在批處理系統(tǒng)中運(yùn)行的有（）和（）。

A.學(xué)習(xí)編程B.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

C.發(fā)送電子郵件D.整理磁盤4、以下（）不是設(shè)計(jì)實(shí)時操作系統(tǒng)主要的追求目標(biāo)。

A.安全可靠B.資源利用率

C.及時響應(yīng)D.快速處理5、判斷：多道程序技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要多處理機(jī)支持。606、操作系統(tǒng)的基本類型主要有（）、（）、和（）。7、雖然不同的操作系統(tǒng)具有各自的特點(diǎn)，但它們都具有以下4個基本特征（）、（）、（）、和（）。8、簡述并發(fā)和并行的區(qū)別；分時和實(shí)時的區(qū)別9、名詞解釋：操作系統(tǒng)10、什么是多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)？其主要優(yōu)點(diǎn)是什么？為什么說直到中斷和通道技術(shù)后，多道程序概念才變?yōu)橛杏玫模?11.7流行操作系統(tǒng)簡介

7.1

DOS操作系統(tǒng)7.2Windows操作系統(tǒng)

7.3UNIX操作系統(tǒng)(*)

7.4自由軟件和Linux操作系統(tǒng)(*)621974年，“TheUNIXTime-SharingSystem”一文在美國權(quán)威雜志CACM上發(fā)表，引起廣泛注意。最早外界可獲得的UNIX是1975年的UNIX第6版；1978年的UNIX第7版，可以看作當(dāng)今UNIX的先驅(qū)，該版為今天UNIX的繁榮奠定了基礎(chǔ)，UNIX也步入了成型階段。UNIX操作