計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)chapter

操作系統(tǒng)OperatingSystem

教師：馮翔辦公室：二教室304郵箱：課程郵箱：PW:feng123456教材《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》（第三版）湯小丹等，西安電子科技大學(xué)出版社，

2007.5

參考書(shū)：《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2011學(xué)習(xí)目標(biāo)

掌握計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的基本原理及組成；計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的基本概念和相關(guān)的新概念及術(shù)語(yǔ)；了解計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)、設(shè)計(jì)技巧和方法；對(duì)常用計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（如Linux）進(jìn)行基本的操作使用及相關(guān)的程序設(shè)計(jì)。課程主要內(nèi)容操作系統(tǒng)引論（第1章）進(jìn)程管理（第2-3章）存儲(chǔ)器管理（第4章）設(shè)備管理（第5章）文件管理（第6章）操作系統(tǒng)接口（第7章）實(shí)驗(yàn)部分為基于Linux操作系統(tǒng)的一些實(shí)驗(yàn)本課程的安排理論（48學(xué)時(shí)）46學(xué)時(shí)的理論教學(xué)；2學(xué)時(shí)的復(fù)習(xí)課。實(shí)驗(yàn)（16學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)文檔上機(jī)時(shí)間：1-12周(雙周)：周一5-6節(jié)；13周：周一3-4節(jié)，周三5-6節(jié)地點(diǎn)：奉賢信息樓教學(xué)具體安排第一章操作系統(tǒng)引論（4學(xué)時(shí)+實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）第二章進(jìn)程管理（10學(xué)時(shí)+實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)）第三章處理機(jī)調(diào)度與死鎖（8學(xué)時(shí)+實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)）第四章存儲(chǔ)管理（10學(xué)時(shí)+實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)）第五章設(shè)備管理（6學(xué)時(shí)）第六章文件管理（8學(xué)時(shí)+實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)）第七章操作系統(tǒng)接口（2學(xué)時(shí)）

總學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)，學(xué)分為3.5，其中理論教學(xué)約需48個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)16個(gè)學(xué)時(shí)。教學(xué)具體安排如下：1、平時(shí)練習(xí)

2、實(shí)驗(yàn)（提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告和代碼）

3、平時(shí)表現(xiàn)

4、期末考試(閉卷筆試

)

考試(60%)實(shí)驗(yàn)(20%)平時(shí)(20%)

最后成績(jī)?cè)u(píng)定為什么要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)？（1）需要總體上掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)包括了所有軟件設(shè)計(jì)/實(shí)現(xiàn)問(wèn)題資源共享/管理、安全和身份驗(yàn)證、靈活性，健壯性、友好界面設(shè)計(jì)存在人們意識(shí)不到的大量“操作系統(tǒng)”嵌入式系統(tǒng)（PDA、手機(jī)-WP7，Android、機(jī)頂盒等）應(yīng)用系統(tǒng)中的小操作系統(tǒng)（MINI-OS）日常生活中并不總是使用Windows系列的操作系統(tǒng)（Unix、Linux、AppleMacintosh、IBMOS/2等）2023/3/1410操作系統(tǒng)實(shí)例OSMS-DOS1-7、WIN3X、WIN95、WIN97、WIN98、WIN2000、WINME、WINXP、VISTA、WIN7MAC、ChroemNOSWINNT、WIN2000SERVER、WIN2003、WIN2008NETWARELINUX：redflag、redhat、fedora、Ubuntu、veketUNIX：2023/3/14111.CP/M(controlprogram/microprocessororputer)微型計(jì)算機(jī)的第一個(gè)操作系統(tǒng)加里·基爾代爾（開(kāi)發(fā)PL/M語(yǔ)言）誕生于1974年的8位微型機(jī)操作系統(tǒng)主要功能：能夠進(jìn)行文件管理具有磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)功能可以控制磁盤(pán)的輸入輸出可以控制顯示器的顯示以及打印機(jī)的輸出版本：CP/M-80/CP/M-86/CP/M-68K2023/3/14122.MS-DOS（MicrosoftDiskOperatingSystem）花2.5萬(wàn)從蒂姆·佩特森QDOS購(gòu)買(mǎi)改寫(xiě)的1981年8月DOS1.0-2000年9月MS-DOS8.0fdisk、format、dir、cd、del、debug、copy……我國(guó)推出基于MS-DOS的漢字磁盤(pán)操作系統(tǒng)CC-DOS2023/3/14133.Win7Windows7的設(shè)計(jì)主要圍繞五個(gè)重點(diǎn):針對(duì)筆記本電腦的特有設(shè)計(jì)基于應(yīng)用服務(wù)的設(shè)計(jì)用戶的個(gè)性化視聽(tīng)娛樂(lè)的優(yōu)化用戶易用性的新引擎2023/3/14144.Win2008新的Web工具、虛擬化技術(shù)、安全性的強(qiáng)化以及管理公用程序，不僅可幫助您節(jié)省時(shí)間、降低成本，并可為IT基礎(chǔ)架構(gòu)提供穩(wěn)固的基礎(chǔ)2023/3/14155.MAC1976年，由斯蒂夫·喬布斯和斯蒂夫·沃茲尼亞克創(chuàng)立。世界上第一臺(tái)個(gè)人電腦是由蘋(píng)果公司是創(chuàng)建第一個(gè)開(kāi)發(fā)了具有圖形界面及使用鼠標(biāo)和菜單的操作系統(tǒng)，MacOSXv10.6"SnowLeopard"2023/3/14162023/3/14176.UNIX1969年KenThompson、DennisRitchie和DouglasMcllroy在AT&T的貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)技術(shù)成熟、可靠性高、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)功能強(qiáng)、伸縮性和開(kāi)放性好等特色，可滿足各行各業(yè)的實(shí)際需要很多公司開(kāi)發(fā)了自己的UnixIBM的AIX，HP的HPUX，SUN的Solaris和SGI的IRIX，加州大學(xué)Berkeley分校的BSD產(chǎn)品：FreeBSD，OpenBSD和NetBSD2023/3/14187.LINUX1991年4月芬蘭赫爾辛基大學(xué)的學(xué)生LinusTorvalds想設(shè)計(jì)一個(gè)代替Unix的操作系統(tǒng)Linux的標(biāo)志和吉祥物是一只名字叫做Tux的企鵝有的Linux版本通過(guò)CD或者USB就能使用，稱為L(zhǎng)iveCDFedoraCore、RedHatLinux、UbuntuLinux、redflagLinux、veket……

2023/3/1419

2023/3/14208.VxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó)WindRiverSystem推出的一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式Vxworks的主要應(yīng)用領(lǐng)域：數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)：以太網(wǎng)交換機(jī)、路由器、遠(yuǎn)程接入服務(wù)器等遠(yuǎn)程通訊：電信用的專用分組交換機(jī)和自動(dòng)呼叫分配器，蜂窩電話系統(tǒng)等醫(yī)療設(shè)備：放射理療設(shè)備消費(fèi)電子：個(gè)人數(shù)字助理等交通運(yùn)輸：導(dǎo)航系統(tǒng)、高速火車(chē)控制系統(tǒng)等工業(yè)：機(jī)器人航空航天：衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)多媒體：電視會(huì)議設(shè)備計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備：X終端、I/O系統(tǒng)等演示

為什么要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)？（2）涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)的很多領(lǐng)域:計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)/硬件軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法抽象操作系統(tǒng)具有一種魔力------

提供了無(wú)限的CPUs

無(wú)限的內(nèi)存等等.為什么要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)？（3）大型、復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能與方便使用性能與簡(jiǎn)單性硬件與軟件折衷權(quán)衡操作系統(tǒng)是目前最復(fù)雜的軟件成分操作系統(tǒng)的規(guī)模（1）簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)：

一次一個(gè)應(yīng)用程序在運(yùn)行例子：較早期的計(jì)算機(jī)早期的PC嵌入式控制器（電梯，汽車(chē)，……）等等操作系統(tǒng)的規(guī)模（2）復(fù)雜的操作系統(tǒng)：

多個(gè)應(yīng)用程序共享計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)必須管理多個(gè)應(yīng)用程序和多個(gè)用戶之間的交互

例子：CPU，內(nèi)存，I/O設(shè)備:硬盤(pán)，打印機(jī)，…

操作系統(tǒng)管理所有這些資源，提供標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)庫(kù)更復(fù)雜的操作系統(tǒng)：

多個(gè)CPU，多個(gè)計(jì)算機(jī)第1章操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)UNIX操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用一、操作系統(tǒng)目的/目標(biāo)二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

三、操作系統(tǒng)的作用一、操作系統(tǒng)目的/目標(biāo)執(zhí)行用戶程序并使用戶問(wèn)題更易解決。以一種有效的方式使用資源（有效性--系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn)）。使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更易于使用（方便性--用戶的觀點(diǎn)）。采用新的OS結(jié)構(gòu),易于功能的增、刪、改（可擴(kuò)充性）。要求統(tǒng)一開(kāi)放的環(huán)境，各種類型的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，出自不同的廠家，能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集成并能夠正確、有效地協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的移植（開(kāi)放性）。二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

硬件系統(tǒng)（裸機(jī)）：CPU、存儲(chǔ)器（主存、輔存）、I/O、I/O控制系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件

系統(tǒng)軟件：管理計(jì)算機(jī)本身的操作。如操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)

應(yīng)用軟件：提供給用戶進(jìn)行解題。如，科學(xué)計(jì)算、事務(wù)管理操作系統(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）虛機(jī)器2.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)三、操作系統(tǒng)的作用（1）OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口命令方式系統(tǒng)調(diào)用方式圖形、窗口方式三、操作系統(tǒng)的作用（2）OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)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(wèn)操作，相應(yīng)管理策略（包括用戶權(quán)限）……三、操作系統(tǒng)的作用（3）OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象在裸機(jī)上添加：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）；即OS用作擴(kuò)充機(jī)器(extendedmachine)/虛擬機(jī)(virtualmachine)。1.2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)

人工操作方式

脫機(jī)輸入輸出方式批處理系統(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)微機(jī)操作系統(tǒng)多處理機(jī)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)智能卡操作系統(tǒng)推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?/p>

1.2.1推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?/p>

不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率的需要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1.2.2無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（1）人工操作方式工作流程：（1）由程序員事先穿孔（對(duì)應(yīng)程序和數(shù)據(jù)）（2）將穿孔的紙帶（卡片）裝入紙帶（卡片)輸入機(jī)（3）再啟動(dòng)輸入機(jī)將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，（4）然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行（5）運(yùn)行完畢取走計(jì)算機(jī)結(jié)果（6）下一位用戶人工操作方式帶來(lái)的矛盾及解決方法缺點(diǎn)：（1）用戶獨(dú)占全機(jī)（資源浪費(fèi)）（2）CPU等待人工操作：裝入、取走時(shí)CPU及內(nèi)存等資源空閑。CPU既負(fù)責(zé)計(jì)算，又要負(fù)責(zé)傳輸。（屬于單控制方式）矛盾人機(jī)矛盾即人工操作方式與機(jī)器利用率的矛盾CPU與I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾解決方法通道技術(shù)、緩沖技術(shù)脫機(jī)輸入輸出方式（2）脫機(jī)輸入/輸出方式（off-LineI/O）工作流程：（示意圖）優(yōu)點(diǎn)：（1）減少了CPU的空閑時(shí)間。（2）提高了I/O速度（與高速的磁盤(pán)打交道）輸入設(shè)備外圍機(jī)外存輸出設(shè)備主機(jī)外存外存外存外圍機(jī)高速高速1.2.3單道批處理系統(tǒng)1、工作流程：

（1）作業(yè)合成一批輸入到外存上，同時(shí)在系統(tǒng)中配上監(jiān)控程序。（2）monitor將作業(yè)逐個(gè)送入內(nèi)存并運(yùn)行。2、特征：（1）自動(dòng)性（2）順序性（3）單道性3、優(yōu)點(diǎn)：減少了人工操作的時(shí)間，提高機(jī)器的利用率和系統(tǒng)吞吐量。4、缺點(diǎn)：對(duì)某些作業(yè)來(lái)說(shuō)，當(dāng)它發(fā)出輸入/輸出請(qǐng)求后，CPU必須等待I/O的完成，特別因?yàn)镮/O設(shè)備的低速性，從而使機(jī)器的利用率很低。用戶在一次解題或一個(gè)事務(wù)處理過(guò)程中要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所做的全部工作。1.2.4多道批處理系統(tǒng)（1）多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)（20世紀(jì)60年代中期引入）特征：（1）多道性（2）無(wú)序性（3）調(diào)度性優(yōu)點(diǎn)：（1）資源（CPU、內(nèi)存、I/O設(shè)備）的利用率高（2）系統(tǒng)吞吐量大缺點(diǎn)：（1）平均周轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)（2）無(wú)交互能力需解決問(wèn)題

處理機(jī)管理、內(nèi)存管理、I/O設(shè)備管理、文件及作業(yè)管理問(wèn)題單道程序運(yùn)行情況用戶程序監(jiān)督程序I/O操作t1t2t3t4t5t6t7t8I/O中斷請(qǐng)求啟動(dòng)I/OI/O完成結(jié)束中斷結(jié)束中斷I/O完成啟動(dòng)I/OI/O中斷請(qǐng)求四道程序運(yùn)行情況程序A程序B程序C程序D調(diào)度程序I/O請(qǐng)求I/O完成再被調(diào)度程序A完成I/O請(qǐng)求I/O請(qǐng)求I/O請(qǐng)求I/O完成I/O完成I/O完成再被調(diào)度1.2.4多道批處理系統(tǒng)（2）操作系統(tǒng)的形成

為解決上述問(wèn)題，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中增設(shè)一組軟件，對(duì)這些問(wèn)題加以有效、妥善地解決，這組軟件應(yīng)包括：控制和管理四大資源的軟件、合理地對(duì)各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度的軟件，以及方便用戶使用計(jì)算機(jī)的軟件，這樣就形成了操作系統(tǒng)。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，合理地對(duì)各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序的集合?？ㄆ缙谂幚硐到y(tǒng)IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶磁帶機(jī)卡片閱讀機(jī)輸出磁帶打印機(jī)批處理操作系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)流程自動(dòng)化效率高吞吐量高缺點(diǎn)：無(wú)交互手段調(diào)試程序困難1.2.5分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)(TimeSharingSystem)的產(chǎn)生

人-機(jī)交互、共享主機(jī)、便于用戶上機(jī)分時(shí)系統(tǒng)的定義見(jiàn)圖實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題

及時(shí)接收、及時(shí)處理分時(shí)系統(tǒng)的特征多路性、獨(dú)立性、及時(shí)性、交互性主機(jī)終端1.2.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)(RealTimeSystem)（1）實(shí)時(shí)操作系統(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。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

有實(shí)時(shí)要求（有嚴(yán)格確定的時(shí)間限制）的領(lǐng)域（過(guò)程控制及事務(wù)處理）--多道批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)不能滿足1.2.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)(RealTimeSystem)（2）實(shí)時(shí)系統(tǒng)分類：

（1）實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)（2）實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)任務(wù)：周期性/非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)（截止時(shí)間）硬實(shí)時(shí)任務(wù)/軟實(shí)時(shí)任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較：多路性、獨(dú)立性、及時(shí)性、交互性、可靠性三種基本的操作系統(tǒng)三種基本的操作系統(tǒng)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)通用操作系統(tǒng)如果一個(gè)操作系統(tǒng)兼有批處理、分時(shí)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)三者或二者的功能，則稱該操作系統(tǒng)為通用操作系統(tǒng)。1.2.7微機(jī)操作系統(tǒng)微機(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(lè)，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。常用的微機(jī)操作系統(tǒng)單用戶單任務(wù)：CP/M，MS-DOS單用戶多任務(wù)：Windows多用戶多任務(wù)：SolarisOS,Linux。1.2.8多處理機(jī)操作系統(tǒng)多處理機(jī)系統(tǒng)引入原因增加系統(tǒng)的吞吐量規(guī)模經(jīng)濟(jì)、節(jié)省投資（共享外設(shè)、存儲(chǔ)器等）提高系統(tǒng)的可靠性多處理機(jī)系統(tǒng)的類型緊密耦合MPS松散耦合MPS多處理機(jī)操作系統(tǒng)的類型非對(duì)稱多處理模式（每個(gè)處理器都有各自特定的任務(wù)）對(duì)稱多處理模式（每個(gè)處理器都運(yùn)行同一個(gè)操作系統(tǒng)的拷貝）1.2.9網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類型（按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為：星型、樹(shù)型、總線型、環(huán)型、網(wǎng)狀型）網(wǎng)絡(luò)OS的模式客戶/服務(wù)器模式對(duì)等模式網(wǎng)絡(luò)OS的功能通信、資源管理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理、互操作能力1.2.10分布式操作系統(tǒng)分布式系統(tǒng)：能將任務(wù)處理和控制進(jìn)行分散/分布的系統(tǒng)（相對(duì)于集中式）。分布式系統(tǒng)的兩種環(huán)境：多處理機(jī)系統(tǒng)；多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。分布式OS與網(wǎng)絡(luò)OS的比較

1.分布性2.并行性3.透明性

4.共享性5.健壯性

分布式系統(tǒng)基本特征---處理上的分布，即功能和任務(wù)的分布。嵌入式操作系統(tǒng)(EmbeddedOS）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1.3操作系統(tǒng)的基本特征并發(fā)(concurrence)共享(sharing)虛擬(virtual)異步性(asynchronism)并發(fā)(concurrence)(1)并發(fā)：指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同時(shí)存在著多道運(yùn)行的程序（進(jìn)程）宏觀上：多道程序同時(shí)在執(zhí)行微觀上：任何時(shí)刻只有一道程序在執(zhí)行，即微觀上多道程序在CPU上輪流（交替）執(zhí)行（單機(jī)）并行(parallel)：與并發(fā)相似，指多道程序在同一時(shí)刻執(zhí)行，但需多個(gè)硬件支持。并發(fā)(concurrence)(2)引入進(jìn)程程序和進(jìn)程：在多道程序系統(tǒng)中，程序不能獨(dú)立運(yùn)行，更不能和其它程序并發(fā)執(zhí)行。引入進(jìn)程的目的，就是為了使多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行。引入線程進(jìn)程是OS中擁有資源并獨(dú)立運(yùn)行的基本單位。引入線程后，把進(jìn)程作為分配資源的基本單位，把線程作為獨(dú)立運(yùn)行和獨(dú)立調(diào)度的基本單位，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的并發(fā)性。并發(fā)(concurrence)(3)

注：1、程序的并發(fā)執(zhí)行能有效改善系統(tǒng)資源的利用率，但使系統(tǒng)復(fù)雜化，因此操作系統(tǒng)必須對(duì)并發(fā)活動(dòng)進(jìn)行控制和管理。

2、并發(fā)是操作系統(tǒng)最重要的特征，其它特征均以并發(fā)為前提。共享(sharing)并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征，二者互為存在條件：資源的共享是以程序（進(jìn)程）的并發(fā)執(zhí)行為條件。程序的并發(fā)執(zhí)行也以資源的共享為條件。指系統(tǒng)中的資源不再為某道程序所獨(dú)占，而是供多道程序共同使用。資源共享方式：互斥共享方式、同時(shí)訪問(wèn)方式虛擬(virtual)通過(guò)某種技術(shù)把一個(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)（時(shí)分復(fù)用技術(shù)）或分空間（空分復(fù)用技術(shù)）。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。如：虛擬處理機(jī)（分時(shí)）、虛擬設(shè)備（分時(shí)）、虛擬磁盤(pán)（分空間）、虛擬存儲(chǔ)器（分空間、分時(shí)）異步性(asynchronism)也稱不確定性，指進(jìn)程在執(zhí)行中，其執(zhí)行時(shí)間、順序、向前推進(jìn)的速度和完成的時(shí)間等都是不可預(yù)知的。只要在OS中配置有完善的進(jìn)程同步機(jī)制，且運(yùn)行環(huán)境相同，作業(yè)經(jīng)多次運(yùn)行都會(huì)獲得完全相同的結(jié)果。所以，異步運(yùn)行方式是允許的，是OS的一個(gè)重要特征。1.4操作系統(tǒng)的功能處理機(jī)管理存儲(chǔ)器管理設(shè)備管理文件管理用戶接口一、處理機(jī)管理的功能處理機(jī)管理的主要任務(wù)：是對(duì)處理機(jī)進(jìn)行分配對(duì)處理機(jī)運(yùn)行進(jìn)行有效的控制和管理注：處理機(jī)的分配和運(yùn)行以進(jìn)程為基本單位，因此對(duì)處理機(jī)的管理可歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理處理機(jī)管理的功能進(jìn)程控制進(jìn)程同步進(jìn)程通信調(diào)度二、存儲(chǔ)器管理的功能主要任務(wù)為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境方便用戶使用存儲(chǔ)器提高存儲(chǔ)器的利用率從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存功能內(nèi)存分配（靜態(tài)分配、動(dòng)態(tài)分配）內(nèi)存保護(hù)地址映射內(nèi)存擴(kuò)充三、設(shè)備管理的功能主要任務(wù)完成用戶提出的I/O請(qǐng)求為用戶分配I/O設(shè)備提高I/O設(shè)備的利用率及速度方便用戶使用I/O設(shè)備功能緩沖管理設(shè)備分配設(shè)備處理虛擬設(shè)備四、文件管理的功能主要任務(wù)對(duì)用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理方便用戶使用文件保證文件的安全性功能文件存儲(chǔ)空間的管理目錄管理文件的讀、寫(xiě)管理和保護(hù)五、OS與用戶接口管理的功能主要任務(wù)方便用戶使用操作系統(tǒng)功能用戶接口（聯(lián)機(jī)用戶接口-命令方式、圖形用戶接口，脫機(jī)用戶接口）程序接口（系統(tǒng)調(diào)用）1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了以下幾代：傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)模塊化結(jié)構(gòu)OS分層式結(jié)構(gòu)OS客戶/服務(wù)器模式面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)無(wú)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)OS是由眾多的過(guò)程直接構(gòu)成，各過(guò)程之間可相互調(diào)用，但OS內(nèi)部不存在任何結(jié)構(gòu)，所以這種OS是無(wú)結(jié)構(gòu)的，又稱為整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)：既龐大又雜亂，缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)；程序錯(cuò)誤多，調(diào)試難、閱讀難、理解難、維護(hù)難。模塊化結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)（1）OS是采用“模塊化程序設(shè)計(jì)”技術(shù)，按其功能劃分為若干個(gè)獨(dú)立的模塊，管理相應(yīng)的功能，同時(shí)規(guī)定好各模塊之間的接口，以實(shí)現(xiàn)它們的交互，對(duì)較大模塊又可按子功能進(jìn)一步細(xì)分下去。所以這種OS稱為模塊化OS結(jié)構(gòu)。模塊的獨(dú)立性關(guān)鍵：模塊的劃分和規(guī)定好模塊之間的接口衡量獨(dú)立性的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：內(nèi)聚性：指模塊內(nèi)部各部分間聯(lián)系的緊密程度耦合度：指模塊間相互聯(lián)系和相互影響的程度模塊化結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)（2）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的可適用性加速了OS的開(kāi)發(fā)過(guò)程缺點(diǎn)：模塊及接口劃分較困難未區(qū)別共享資源和獨(dú)占資源由于管理上的差異，使OS結(jié)構(gòu)變得不夠清晰分層式結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)（1）分層式結(jié)構(gòu)是對(duì)模塊化結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)，它按分層式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，將OS劃分為若干個(gè)層次，每一層都只能使用其底層所提供的功能和服務(wù)，從硬件開(kāi)始，在其上面一層一層地自底向上增添相應(yīng)功能的軟件，這種OS結(jié)構(gòu)稱為分層式OS結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：每一步設(shè)計(jì)都建立在可靠的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)更清晰調(diào)試和驗(yàn)證更容易，正確性更高分層式結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)（2）分層式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：易保證系統(tǒng)的正確性易擴(kuò)充和易維護(hù)缺點(diǎn)：系統(tǒng)效率降低：層次結(jié)構(gòu)是分層單向依賴的，必須在相鄰層次之間建立層次間的通信機(jī)制，增加了系統(tǒng)開(kāi)銷?？蛻?服務(wù)器模式（1）客戶/服務(wù)器模式的組成客戶機(jī)：每臺(tái)客戶機(jī)都是一個(gè)自主計(jì)算機(jī)，客戶進(jìn)程在運(yùn)行服務(wù)器：一臺(tái)規(guī)模較大的機(jī)器，為網(wǎng)上所有的用戶提供一種或多種服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：用于連接所有客戶機(jī)和服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)它們之間的通信和網(wǎng)絡(luò)資源共享?？蛻?服務(wù)器之間的交互：客戶發(fā)送請(qǐng)求消息、服務(wù)器接收消息服務(wù)器回送消息、客戶機(jī)接收消息客戶/服務(wù)器模式（2）客戶/服務(wù)器模式的優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)的分布處理和存儲(chǔ)。便于集中管理。靈活性和可靠性。易于改編應(yīng)用軟件不足之處存在著不可靠性和瓶頸問(wèn)題改進(jìn)方法：在網(wǎng)絡(luò)中配置多個(gè)服務(wù)器，并采取相應(yīng)的安全措施。面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念對(duì)象類繼承面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)“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“正確性”和“可靠性”微內(nèi)核的OS結(jié)構(gòu)（1）微內(nèi)核技術(shù)的主要思想在OS內(nèi)核中只留下一些最基本的功能，而將其他服務(wù)分離出去，由工作在用戶態(tài)下的進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，形成“客戶/服務(wù)器”模式?？蛻暨M(jìn)程可通過(guò)內(nèi)核向服務(wù)器進(jìn)程發(fā)送請(qǐng)求，以取得OS的服務(wù)。微內(nèi)核精心設(shè)計(jì)的，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代OS核心功能的小型內(nèi)核，它小而精煉，運(yùn)行在核心態(tài)下，開(kāi)機(jī)后常駐內(nèi)存，不會(huì)因內(nèi)存緊張而換出，它為構(gòu)建通用OS提供了一個(gè)重要基礎(chǔ)。微內(nèi)核的OS結(jié)構(gòu)（2）微內(nèi)核OS的基本概念在進(jìn)行現(xiàn)代OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，大多采用基于客戶/服務(wù)器模式的微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，將OS分為兩部分：微內(nèi)核和多個(gè)服務(wù)器。足夠小的內(nèi)核基于客戶/服務(wù)器模式應(yīng)用“機(jī)制與策略分離”原理采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)微內(nèi)核的基本功能進(jìn)程（線程）管理低級(jí)存儲(chǔ)器管理中斷和陷入處理優(yōu)點(diǎn)：微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)是建立在模塊化、層次化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上的，并采用了C/S模式和OO的程序設(shè)計(jì)技術(shù)提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性提供了對(duì)分布式系統(tǒng)的支持融入了面向?qū)ο蠹夹g(shù)微內(nèi)核的OS結(jié)構(gòu)（3）微內(nèi)核OS存在的問(wèn)題與早期的OS相比，微內(nèi)核OS的運(yùn)行效率有所降低最主要的原因：P32微內(nèi)核的OS結(jié)構(gòu)（4）1.6UNIX系統(tǒng)簡(jiǎn)介UNIX系統(tǒng)的發(fā)展UNIX系統(tǒng)的特性開(kāi)放性（系統(tǒng)遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范）多用戶、多任務(wù)環(huán)境功能強(qiáng)大、實(shí)現(xiàn)高效提供豐富的網(wǎng)絡(luò)功能支持多處理機(jī)的功能UNIX系統(tǒng)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)P356圖10-1UNIX系統(tǒng)的發(fā)展UNIX系統(tǒng)是美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩名程序員K.Thompson和D.M.Ritchie為PDP-7機(jī)器所設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的一個(gè)分時(shí)操作系統(tǒng)。最初采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，后采用了C語(yǔ)言，并先后形成了第3、4、5、6、7版、UNIXSystemv2.0(UNIXSVR2)、UNIXSVR3、UNIXSVR4、UNIXSVR4.2版本以及BSDUNIX版本系列。UNIX是目前世界上最成功、最流行的OS之一。UNIX操作系統(tǒng)發(fā)展歷程圖（下頁(yè)）SVR41989IBMAIXSunSolaris第10版1988SystemIII1982Systemv1983SvR21984SVR319871BSD19772BSD19783BSD19784.0BSD19794.3BSD19864.4BSD1992第1版1969年第5版1973第6版1976第7版1978第8版1982第9版1986BellLabsUNIX版本發(fā)展歷史1.7自由軟件和Linux操作系統(tǒng)(1)商業(yè)軟件共享軟件自由軟件自由軟件是指遵循通用公共許可證GPL（GeneralPublicLicense）規(guī)則，保證使用上的自由、獲得源程序的自由，可以自己修改的自由，可以復(fù)制和推廣的自由，也可以有收費(fèi)的自由的一種軟件。自由軟件出現(xiàn)的意義。自由軟件和Linux操作系統(tǒng)(2)

自由軟件與RichardStallman(1)七十年代后期很多軟件不再提供源碼，使用戶無(wú)法修改軟件中的錯(cuò)誤，使用尤為不便。GNU的含義是GNUisNotUNIX（遞歸定義），是一個(gè)自由軟件工程項(xiàng)目，由自由軟件的倡導(dǎo)者RichardStallman先生指導(dǎo)并啟動(dòng)的一個(gè)組織成立了自由軟件基金會(huì)(FSF)。目的是為了建立免費(fèi)的UNIX系統(tǒng)。自由軟件和Linux操作系統(tǒng)(3)

自由軟件與Richardstallman(2)GNU寫(xiě)出一套和UNIX兼容，但又是自由軟件的UNIX系統(tǒng)，GNU完成了大部分外圍工作，包括外圍命令gcc/gcc++,shell等，最終Linux內(nèi)核為GNU工程劃上了一個(gè)完美句號(hào)。自由軟件和Linux操作系統(tǒng)(4)

自由軟件的經(jīng)典之作：

C++編譯器、ObjectiveC、FORTRAN77、C庫(kù)、BSDemail、BIND、Perl、Apache、TCP/IP、IPaccounting、HTTPserver、LynxWeb、…Linux操作系統(tǒng)(1)Linux是由芬蘭藉科學(xué)家LinusTorvalds于1991年編寫(xiě)完成的操作系統(tǒng)內(nèi)核。許多人對(duì)Linux進(jìn)行改進(jìn)、擴(kuò)充、完善，做出了關(guān)鍵性貢獻(xiàn)----Linux由最初一個(gè)人寫(xiě)的原型變成在Internet上由無(wú)數(shù)志同道合的程序高手們參與的一場(chǎng)運(yùn)動(dòng)。Linux操作系統(tǒng)(2)

Linux技術(shù)特點(diǎn)(1)

(1)繼承了UNIX的優(yōu)點(diǎn)，有許多改進(jìn)，是集體智慧的結(jié)晶，能緊跟技術(shù)發(fā)展潮流，具有極強(qiáng)的生命力；

(2)通用操作系統(tǒng)，可