第一章操作系統(tǒng)引論

2023/7/17劉賢梅第一章操作系統(tǒng)引論學(xué)院:計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院教師:劉賢梅2023/7/17劉賢梅下面這些軟件中哪些是操作系統(tǒng)？Windows、TurboC++、WordVisualFoxPro、UNIX、VITurboASM、Linux用戶自己編寫的一個(gè)C語言程序極品飛車2023/7/17劉賢梅內(nèi)容概述1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特性1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)屬于軟件中的系統(tǒng)軟件，起到對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行管理和分配,提高運(yùn)行效率的作用。2023/7/17劉賢梅計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件硬件及固件(裸機(jī))應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件DBMS,編譯軟件操作系統(tǒng)2023/7/17劉賢梅緊貼系統(tǒng)硬件之上,所有其他軟件之下(是其他軟件的共同環(huán)境)2023/7/17劉賢梅1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?023/7/17劉賢梅1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)

目前存在著多種類型的OS,不同類型的OS,其目標(biāo)各有所側(cè)重。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):1.有效性

2.方便性

3.可擴(kuò)充性

4.開放性2023/7/17劉賢梅1.有效性(系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn))

提高系統(tǒng)資源利用率。提高系統(tǒng)的吞吐量。2.方便性(用戶的觀點(diǎn))

操作系統(tǒng)最終是要為用戶服務(wù)的。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,使計(jì)算機(jī)更容易使用。

3.可擴(kuò)充性

OS應(yīng)采用層次化結(jié)構(gòu),以便于增加新的功能層次和模塊,并能修改老的功能層次和模塊。4.開放性遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,方便地實(shí)現(xiàn)互連,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的可移植性和互操作性。2023/7/17劉賢梅1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?023/7/17劉賢梅1.OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口(用戶觀點(diǎn))OS處于用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間，用戶通過OS來使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。OS是一個(gè)系統(tǒng)軟件，因而這種接口是軟件接口。命令方式（命令接口）聯(lián)機(jī)用戶接口(命令)脫機(jī)用戶接口(批處理)系統(tǒng)調(diào)用方式（程序接口）圖形、窗口方式（圖形接口）1.1.2操作系統(tǒng)的作用

2023/7/17劉賢梅圖1-1OS作為接口的示意圖操作系統(tǒng)各種應(yīng)用程序DOS2023/7/17劉賢梅2.OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者（設(shè)計(jì)者觀點(diǎn)）包括處理機(jī)、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備及數(shù)據(jù)和程序等資源。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)。處理機(jī)管理存儲(chǔ)器管理I/O設(shè)備管理文件管理2023/7/17劉賢梅3.OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象（虛擬機(jī)觀點(diǎn)）OS是擴(kuò)展機(jī)/虛擬機(jī)將覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)器或虛擬機(jī)。在裸機(jī)上添加：設(shè)備管理、文件管理、存儲(chǔ)管理(內(nèi)存和外存)、處理機(jī)管理(CPU)等軟件。那么用戶此時(shí)看到的計(jì)算機(jī)是一臺(tái)功能強(qiáng)大、使用方便的計(jì)算機(jī)，但實(shí)際上，計(jì)算機(jī)的硬件絲毫沒有變化，這樣的計(jì)算機(jī)稱為軟件擴(kuò)充的機(jī)器，或稱軟件虛擬機(jī)。2023/7/17劉賢梅1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?023/7/17劉賢梅1.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?.不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率 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 改善用戶上級(jí)、調(diào)試程序時(shí)的條件。人機(jī)交互。3.器件的不斷更新?lián)Q代

CPU的位寬度(指令和數(shù)據(jù))、快速外存(摩爾定律)。4.計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展 從單處理機(jī)到多處理機(jī)、從單機(jī)OS到網(wǎng)絡(luò)OS。2023/7/17劉賢梅第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/7/17劉賢梅1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)2023/7/17劉賢梅1.2.1無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1.人工操作方式

1945-1950、電子管、集中計(jì)算。工作方式用戶：用戶是程序員、操作員、計(jì)算機(jī)專業(yè)人員。編程語言：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)：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。2023/7/17劉賢梅2.脫機(jī)輸入/輸出(Off-LineI/O)方式

事先將用戶程序或數(shù)據(jù)的紙帶或卡片放入紙帶輸入機(jī),在外圍機(jī)的控制下輸入到磁帶上,CPU從磁帶上讀入數(shù)據(jù);輸出過程正好相反。

這種脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn)如下:減少了CPU的空閑時(shí)間。

(2)提高I/O速度。圖1-3脫機(jī)I/O示意圖2023/7/17劉賢梅3.無操作系統(tǒng)的主要問題主要矛盾計(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。人機(jī)矛盾、CPU和I/O設(shè)備速度不匹配提高效率的途徑批處理2023/7/17劉賢梅1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)2023/7/17劉賢梅1.批處理系統(tǒng)理解批處理技術(shù)是指在系統(tǒng)中配置一個(gè)監(jiān)督程序（操作系統(tǒng)的雛形），并在該監(jiān)督程序的控制下，對(duì)一批作業(yè)自動(dòng)進(jìn)行處理的一種技術(shù)。批處理系統(tǒng)是指加載在計(jì)算機(jī)上的一個(gè)系統(tǒng)軟件（監(jiān)督程序），在它的控制下，計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)地成批地處理一個(gè)或多個(gè)用戶的作業(yè)。在內(nèi)存中只存放一道作業(yè)的批處理系統(tǒng)稱為單道批處理系統(tǒng)。1.2.2單道批處理系統(tǒng)2023/7/17劉賢梅2.單道批處理系統(tǒng)的處理過程

圖1-4單道批處理系統(tǒng)的處理流程監(jiān)督程序：控制作業(yè)連續(xù)處理2023/7/17劉賢梅3.單道批處理系統(tǒng)的特征 單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS。旨在提高系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量。

(1)自動(dòng)性。在順利的情況下,磁帶上的一批作業(yè)能自動(dòng)地逐個(gè)地依次運(yùn)行,而無需人工干預(yù)

(2)順序性。磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入內(nèi)存,完成順序與進(jìn)入內(nèi)存順序相同

(3)單道性。內(nèi)存中只有一道程序運(yùn)行2023/7/17劉賢梅1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)2023/7/17劉賢梅1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.多道程序設(shè)計(jì)的基本概念在單道批處理系統(tǒng)中，內(nèi)存中僅有一道作業(yè),它無法充分利用系統(tǒng)中的所有資源，致使系統(tǒng)性能較差。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是指在內(nèi)存同時(shí)存放若干個(gè)作業(yè)，并使它們共享系統(tǒng)資源同時(shí)運(yùn)行的技術(shù)。采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的批處理系統(tǒng)被稱為多道批處理系統(tǒng)。2023/7/17劉賢梅圖1-5單道和多道程序運(yùn)行情況|←CPU空閑－→||←CPU空閑－→|2023/7/17劉賢梅2.多道批處理系統(tǒng)的特征

(1)多道性 內(nèi)存中同時(shí)存放幾個(gè)作業(yè)，并允許并發(fā)執(zhí)行，從而有效地提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。(2)無序性 多個(gè)作業(yè)完成的先后順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之間無嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系。(3)調(diào)度性 作業(yè)調(diào)度，從后備隊(duì)列進(jìn)入內(nèi)存；進(jìn)程調(diào)度，分配處理機(jī)運(yùn)行。(4)宏觀上并發(fā)、微觀上串行。2023/7/17劉賢梅3.多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):資源利用率高：CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率較高;系統(tǒng)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。2023/7/17劉賢梅4.多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題

(1)處理機(jī)管理問題(第3章)(2)內(nèi)存管理問題(第4章)(3)I/O設(shè)備管理問題(第5章)(4)文件管理問題(第6章)(5)作業(yè)管理問題(第3章)

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集合。2023/7/17劉賢梅單道批處理系統(tǒng)與多道批處理系統(tǒng)的比較2023/7/17劉賢梅1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)2023/7/17劉賢梅1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生用戶的需求人機(jī)交互(對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試、修改等直接控制)共享主機(jī)(主機(jī)貴，提高資源利用率)便于用戶上機(jī)(作業(yè)直接從終端進(jìn)入，并能控制)2023/7/17劉賢梅分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)是指在一臺(tái)計(jì)算機(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)用戶共享主機(jī)中的資源，每個(gè)用戶都可通過自己的終端以交互方式使用計(jì)算機(jī)。2023/7/17劉賢梅2.分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題

及時(shí)接收(只需配置多路卡,同時(shí)接收各終端數(shù)據(jù))

及時(shí)處理（在不長的時(shí)間能響應(yīng)用戶命令）2023/7/17劉賢梅3.分時(shí)系統(tǒng)的特征

多路性：宏觀上多個(gè)用戶同時(shí)工作，微觀上多個(gè)終端輪轉(zhuǎn)時(shí)間片。獨(dú)立性：每個(gè)用戶一臺(tái)終端，互不干擾，感覺像一個(gè)人獨(dú)占計(jì)算機(jī)。及時(shí)性：用戶請(qǐng)求應(yīng)盡快得到響應(yīng)(2-3秒)。交互性：用戶可通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對(duì)話。2023/7/17劉賢梅1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)2023/7/17劉賢梅1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)

所謂“實(shí)時(shí)”是表示“及時(shí)”，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(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。要求：響應(yīng)時(shí)間短，在一定范圍之內(nèi)；系統(tǒng)可靠性高。1.應(yīng)用需求(1)實(shí)時(shí)控制。包括生產(chǎn)過程控制和武器控制。(2)實(shí)時(shí)信息處理。例如證劵交易、飛機(jī)訂票、情報(bào)檢索。2023/7/17劉賢梅2.實(shí)時(shí)任務(wù)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)按對(duì)截止時(shí)間的要求來劃分硬實(shí)時(shí)任務(wù)軟實(shí)時(shí)任務(wù)2023/7/17劉賢梅3.實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較實(shí)時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)多路性對(duì)多個(gè)對(duì)象的信息采集和控制為多個(gè)終端服務(wù)獨(dú)立性表現(xiàn)為對(duì)多個(gè)對(duì)象的互不干擾每個(gè)用戶獨(dú)占主機(jī)及時(shí)性在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)外部事件響應(yīng)在一定時(shí)間處理各個(gè)終端用戶作業(yè)交互性一般情況下無交互性由交互引入可靠性要求高度可靠可靠性低2023/7/17劉賢梅第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/7/17劉賢梅1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.3.1并發(fā)（Concurrence）1.3.2共享（Sharing）1.3.3虛擬（Virtual）1.3.4異步性（Asynchronism）2023/7/17劉賢梅1.3操作系統(tǒng)的基本特性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。時(shí)間BA時(shí)間BA2023/7/17劉賢梅在多道程序環(huán)境下的并發(fā)性單處理機(jī)系統(tǒng)多個(gè)處理機(jī)系統(tǒng)并發(fā)：即宏觀上在一段時(shí)間內(nèi)有多道程序在同時(shí)運(yùn)行,在微觀上,這些程序是在交替執(zhí)行的。程序和進(jìn)程、線程為使程序能并發(fā)執(zhí)行，為每個(gè)程序建立進(jìn)程。進(jìn)程是能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，是活動(dòng)實(shí)體。引入線程后，進(jìn)程是分配資源的基本單位，線程作為獨(dú)立運(yùn)行的基本單位。調(diào)度開銷小。2023/7/17劉賢梅1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.3.1并發(fā)（Concurrence）1.3.2共享（Sharing）1.3.3虛擬（Virtual）1.3.4異步性（Asynchronism）2023/7/17劉賢梅1.3.2共享(Sharing)

在操作系統(tǒng)環(huán)境下,所謂共享是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程(線程)共同使用。由于資源屬性的不同,進(jìn)程對(duì)資源共享的方式也不同，目前主要有兩種資源共享方式：

1.互斥共享方式

2.同時(shí)訪問方式2023/7/17劉賢梅1.互斥共享方式系統(tǒng)中的某些資源，如打印機(jī)、磁帶機(jī)，在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程(線程)訪問該資源。僅當(dāng)該進(jìn)程訪問完并釋放該資源后,才允許另一進(jìn)程對(duì)該資源進(jìn)行訪問。

在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源稱為臨界資源或獨(dú)占資源。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)備，以及棧、變量和表格，都屬于臨界資源，它們要求被互斥地共享。2023/7/17劉賢梅2.同時(shí)訪問方式系統(tǒng)中還有另一類資源,允許在一段時(shí)間內(nèi)由多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”對(duì)它們進(jìn)行訪問。典型的可供多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”訪問的資源是磁盤設(shè)備。并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征。它們又是互為存在的條件。

資源共享是以程序(進(jìn)程)的并發(fā)執(zhí)行為條件的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題。

若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效管理,必然影響到程序并發(fā)執(zhí)行的程度。2023/7/17劉賢梅1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.3.1并發(fā)（Concurrence）1.3.2共享（Sharing）1.3.3虛擬（Virtual）1.3.4異步性（Asynchronism）2023/7/17劉賢梅1.3.3虛擬(Virtual)

所謂“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。在OS中利用了多種虛擬技術(shù),分別用來實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、虛擬外部設(shè)備等。

CPU－每個(gè)用戶（進(jìn)程）的“虛處理機(jī)”(多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)、時(shí)分復(fù)用)

存儲(chǔ)器－－虛擬存儲(chǔ)器（時(shí)分復(fù)用）

打印設(shè)備－－將臨界資源變?yōu)橥瑫r(shí)訪問資源(spooling技術(shù))2023/7/17劉賢梅1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.3.1并發(fā)（Concurrence）1.3.2共享（Sharing）1.3.3虛擬（Virtual）1.3.4異步性（Asynchronism）2023/7/17劉賢梅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,但只有進(jìn)程在獲得所需的資源后方能執(zhí)行。由于資源等因素的限制，使進(jìn)程的執(zhí)行通常都不是“一氣呵成”，而是以“停停走走”的方式運(yùn)行。進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，此即進(jìn)程的異步性。2023/7/17劉賢梅第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/7/17劉賢梅1.4操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)是用戶與硬件之間的橋梁,它主要負(fù)責(zé)管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的所有資源,并負(fù)責(zé)它們的調(diào)度和使用,充分發(fā)揮這些資源的作用和方便用戶使用計(jì)算機(jī)。從資源管理的角度來看,操作系統(tǒng)的功能主要有1.4.1處理機(jī)管理功能1.4.2存儲(chǔ)器管理功能1.4.3設(shè)備管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5用戶接口2023/7/17劉賢梅1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.4.1處理機(jī)管理功能1.進(jìn)程控制創(chuàng)建、撤銷、掛起等－－主動(dòng)改變進(jìn)程的狀態(tài)；在現(xiàn)代OS中，進(jìn)行控制還應(yīng)具有為一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建和撤消線程的功能。

處理機(jī)管理的主要任務(wù)是對(duì)處理機(jī)進(jìn)行分配，并對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行有效的控制和管理。在多道程序環(huán)境下，處理機(jī)的分配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為單位，所以對(duì)處理機(jī)的管理可理解為對(duì)進(jìn)程的管理。2023/7/17劉賢梅2.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－－交換信息能力弱互斥方式諸進(jìn)程訪問臨界資源時(shí)采用這種方式。同步方式在相互合作完成任務(wù)的進(jìn)程之間由同步機(jī)構(gòu)對(duì)執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。2023/7/17劉賢梅3.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)。包括直接通信方式和間接通信方式。如輸入進(jìn)程、計(jì)算進(jìn)程、打印進(jìn)程之間的通信。2023/7/17劉賢梅4.調(diào)度

作業(yè)調(diào)度：從外存調(diào)入內(nèi)存進(jìn)程調(diào)度：是從內(nèi)存中的進(jìn)程就緒隊(duì)列中選一個(gè)分配處理機(jī)。2023/7/17劉賢梅1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.4.1處理機(jī)管理功能1.4.2存儲(chǔ)器管理功能1.4.3設(shè)備管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5用戶接口2023/7/17劉賢梅1.4.2存儲(chǔ)器管理功能1.內(nèi)存分配靜態(tài)分配:每個(gè)作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入時(shí)確定的；整個(gè)運(yùn)行期間,不允許再申請(qǐng)新的內(nèi)存空間；不允許在內(nèi)存中“移動(dòng)”。動(dòng)態(tài)分配:每個(gè)作業(yè)的基本內(nèi)存空間,是在裝入時(shí)確定的；允許運(yùn)行期間申請(qǐng)新的內(nèi)存空間,適應(yīng)動(dòng)態(tài)增漲；允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動(dòng)”。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。2023/7/17劉賢梅2.內(nèi)存保護(hù)內(nèi)存保護(hù)的主要任務(wù),是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。為了確保每道程序都只在自己的內(nèi)存區(qū)中運(yùn)行,必須設(shè)置內(nèi)存保護(hù)機(jī)制。一種比較簡單的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制,是設(shè)置兩個(gè)界限寄存器,分別用于存放正在執(zhí)行程序的上界和下界。越界檢查都由硬件實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然,對(duì)發(fā)生越界后的處理,還須與軟件配合來完成。2023/7/17劉賢梅3.地址映射程序中的地址稱為“邏輯地址”或“相對(duì)地址”，這些程序的地址都是從“0”開始的，程序中的其它地址都是相對(duì)于起始地址計(jì)算的。內(nèi)存中單元的地址稱為“物理地址“，由內(nèi)存中的一系列單元所限定的地址范圍。多道程序下，進(jìn)程裝入內(nèi)存后要由邏輯地址到內(nèi)存物理地址進(jìn)行變換，該功能應(yīng)在硬件的支持下完成。2023/7/17劉賢梅4.內(nèi)存擴(kuò)充借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù),從邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容量，借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)。改善了系統(tǒng)的性能，基本上不增加硬件投資。請(qǐng)求調(diào)入功能。置換功能。2023/7/17劉賢梅1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.4.1處理機(jī)管理功能1.4.2存儲(chǔ)器管理功能1.4.3設(shè)備管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5用戶接口2023/7/17劉賢梅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。設(shè)備管理的主要任務(wù)是:

完成用戶進(jìn)程提出的I/O請(qǐng)求;

為用戶進(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。2023/7/17劉賢梅1.緩沖管理匹配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)和公用緩沖池）最常見的緩沖區(qū)機(jī)制有單緩沖機(jī)制、能實(shí)現(xiàn)雙向同時(shí)傳送數(shù)據(jù)的雙緩沖機(jī)制，循環(huán)緩沖以及能供多個(gè)設(shè)備同時(shí)使用的公用緩沖池機(jī)制。2023/7/17劉賢梅2.設(shè)備分配根據(jù)用戶請(qǐng)求，分配I/O設(shè)備及相應(yīng)的控制器和通道。3.設(shè)備處理設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。其基本任務(wù)是用于實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信，即由CPU向設(shè)備控制器發(fā)出I/O命令，要求它完成指定的I/O操作；反之由CPU接收從控制器發(fā)來的中斷請(qǐng)求，并給予迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。

2023/7/17劉賢梅1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.4.1處理機(jī)管理功能1.4.2存儲(chǔ)器管理功能1.4.3設(shè)備管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5用戶接口2023/7/17劉賢梅1.4.4文件管理功能

1.文件存儲(chǔ)空間的管理解決如何存放信息，以提高空間利用率和讀寫性能。存儲(chǔ)空間的使用情況，空間分配與回收。程序和數(shù)據(jù)以文件的形式存儲(chǔ)在磁盤和磁帶上。文件管理的主要任務(wù)：對(duì)用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理，以方便用戶使用并保證文件安全。2023/7/17劉賢梅2.目錄管理解決信息檢索問題，對(duì)眾多目錄項(xiàng)加以有效組織。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。2023/7/17劉賢梅3.文件的讀/寫管理和保護(hù)

(1)文件的讀/寫管理。該功能是根據(jù)用戶的請(qǐng)求，從外存中讀取數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入外存。

(2)文件保護(hù)。 ①防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶存取文件； ②防止冒名頂替存取文件； ③防止以不正確的方式使用文件。2023/7/17劉賢梅1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.4.1處理機(jī)管理功能1.4.2存儲(chǔ)器管理功能1.4.3設(shè)備管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5用戶接口2023/7/17劉賢梅1.4.5用戶接口目標(biāo)：提供一個(gè)友好的用戶訪問操作系統(tǒng)的接口。程序接口用戶接口2023/7/17劉賢梅(2)脫機(jī)用戶接口該接口是為批處理作業(yè)的用戶提供的