【操作系統(tǒng)】操作系統(tǒng)引論 看-

第一章操作系統(tǒng)引論第一章

操作系統(tǒng)引論(5學(xué)時(shí))操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的基本特性操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一章操作系統(tǒng)引論第一講教學(xué)主要內(nèi)容：、OS的目標(biāo)和作用：目標(biāo)、作用、發(fā)展動(dòng)力、OS的發(fā)展過程：無OS階段、批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)重點(diǎn)：OS的定義、類型第一章操作系統(tǒng)引論1.1

操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)其設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的規(guī)模和OS的應(yīng)用環(huán)境有關(guān)。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)：方便性有效性可擴(kuò)充性開放性第一章操作系統(tǒng)引論1.1.2

操作系統(tǒng)的作用（3個(gè)）1.OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口圖1-1

OS作為接口的示意圖第一章操作系統(tǒng)引論命令方式。系統(tǒng)調(diào)用方式。圖形、窗口方式。第一章操作系統(tǒng)引論2.OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源通常包括硬件和軟件資源。硬件資源：處理器、存儲(chǔ)器、

I/O設(shè)備。軟件資源：信息(程序和數(shù)據(jù))。OS的主要功能：處理機(jī)管理，存儲(chǔ)器管理，I/O設(shè)備管理，文件管理。當(dāng)今流行的一個(gè)關(guān)于OS作用的觀點(diǎn)，正是把OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者。第一章操作系統(tǒng)引論3.OS用作擴(kuò)充機(jī)器裸機(jī)：對(duì)于一臺(tái)完全無軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。擴(kuò)充機(jī)器或虛機(jī)器：通常指覆蓋了軟件的機(jī)器。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Σ粩嗵岣哂?jì)算機(jī)資源利用率（軟件發(fā)展）方便用戶（人機(jī)界面的發(fā)展）器件的不斷更新?lián)Q代（硬件發(fā)展）計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展第一章操作系統(tǒng)引論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.人工操作方式從第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生(1945年)到50年代中期的計(jì)算機(jī)，屬于第一代，這時(shí)還未出現(xiàn)OS。這時(shí)的計(jì)算機(jī)操作是由用戶(即程序員)采用人工操作方式直接使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，即由程序員將事先已穿孔(對(duì)應(yīng)于程序和數(shù)據(jù))的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(jī)(或卡片輸入機(jī))，再啟動(dòng)它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行。當(dāng)程序運(yùn)行完畢并取走計(jì)算結(jié)果后，才讓下一個(gè)用戶上機(jī)。這種人工操作方式有以下兩方面的缺點(diǎn)：(1)用戶獨(dú)占全機(jī)。(2)CPU等待人工操作。第一章操作系統(tǒng)引論2.脫機(jī)輸入/輸出(Off-Line

I/O)方式這種脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn)如下：減少了CPU的空閑時(shí)間。提高I/O速度。圖1-2脫機(jī)I/O示意圖第一章操作系統(tǒng)引論1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.單道批處理系統(tǒng)(Simple

Batch

Processing

System)的處圖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2.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，嚴(yán)格地說，它只能算作是OS的前身而并非是現(xiàn)在人們所理解的OS。該系統(tǒng)的主要特征如下：自動(dòng)性。順序性。單道性。第一章操作系統(tǒng)引論1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.多道程序設(shè)計(jì)的基本概念為了進(jìn)一步提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量，在60年代中期又引入了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，由此而形成了多道批處理系統(tǒng)(MultiprogrammedBatchProcessingSystem)。在該系統(tǒng)中，用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個(gè)隊(duì)列，稱為“后備隊(duì)列”；然后，由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。第一章操作系統(tǒng)引論在OS中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)可帶來以下好處：提高CPU的利用率。可提高內(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2.多道批處理系統(tǒng)的特征多道性。無序性。調(diào)度性。第一章操作系統(tǒng)引論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。無交互能力。第一章操作系統(tǒng)引論4.多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題處理機(jī)管理問題。內(nèi)存管理問題。I/O設(shè)備管理問題。文件管理問題。作業(yè)管理問題。第一章操作系統(tǒng)引論1.2.4分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)：是指在一臺(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)引論分時(shí)系統(tǒng)(Time-Sharing

System)的產(chǎn)生隨用戶的需求而產(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)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題及時(shí)接收。及時(shí)處理。第一章操作系統(tǒng)引論3.分時(shí)系統(tǒng)的特征多路性。（重要）獨(dú)立性。及時(shí)性。交互性。

（重要）第一章操作系統(tǒng)引論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)(Real-

Time

System)是指系統(tǒng)能及時(shí)(或即時(shí))響應(yīng)外部事件的請求，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。1.類型實(shí)時(shí)控制。實(shí)時(shí)信息處理。第一章操作系統(tǒng)引論2.實(shí)時(shí)任務(wù)1)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)。外部設(shè)備所發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)并無明顯的周期性，但都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間(Deadline)。它又可分為：①開始截止時(shí)間——任務(wù)在某時(shí)間以前必須開始執(zhí)行；②完成截止時(shí)間——任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成。第一章操作系統(tǒng)引論2)根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來劃分硬實(shí)時(shí)任務(wù)(hard

real-time

task)。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)測的結(jié)果。軟實(shí)時(shí)任務(wù)(Soft

real-time

task)。它也聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間，但并不嚴(yán)格，若偶爾錯(cuò)過了任務(wù)的截止時(shí)間，

對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會(huì)太大。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)特征的比較多路性。獨(dú)立性。及時(shí)性。（重要）交互性?？煽啃?。（重要）第一章操作系統(tǒng)引論第二講教學(xué)主要內(nèi)容：、OS的基本特性：并發(fā)、共享、虛擬、異步、OS的基本功能：處理機(jī)、存儲(chǔ)器、設(shè)備、文件管理功能，用戶接口重點(diǎn)：OS的特征、功能第一章操作系統(tǒng)引論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。在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指在一段時(shí)間內(nèi)，宏觀上有多個(gè)程序在同時(shí)運(yùn)行，但在單處理機(jī)系統(tǒng)中，每一時(shí)刻卻僅能有一道程序執(zhí)行，故微觀上這些程序只能是分時(shí)地交替執(zhí)行。若在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有多個(gè)處理機(jī)，則這些可以并發(fā)執(zhí)行的程序便可被分配到多個(gè)處理機(jī)上，實(shí)現(xiàn)并行執(zhí)行，多個(gè)程序便可同時(shí)執(zhí)行。第一章操作系統(tǒng)引論1.3.2共享(Sharing)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。第一章操作系統(tǒng)引論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)，雖然它們可以

提供給多個(gè)進(jìn)程(線程)使用，但為使所打印或記錄的結(jié)果不致造成混淆，應(yīng)規(guī)定在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程(線程)訪問該資源。我們把這種資源共享方式稱為互斥式共享。把在一段時(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，以及某些軟件中所用的棧、變量和表格，都屬于臨界資源，它們要求被互斥地共享。第一章操作系統(tǒng)引論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。這里所謂的“同時(shí)”往往是宏觀上的，而在微觀上，這些進(jìn)程可能是交替地對(duì)該資源進(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，一些用重入碼編寫的文件，也可以被“同時(shí)”共享，即若干個(gè)用戶同時(shí)訪問該文件。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。一方面，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；另一方面，若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效管理，協(xié)調(diào)好諸進(jìn)程對(duì)共享資源的訪問，也必然影響到程序并發(fā)執(zhí)行的程度，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。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。相應(yīng)地，用于實(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù)，稱為虛擬技術(shù)。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)備和虛擬信道等。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，但只有進(jìn)程在獲得所需的資源后方能執(zhí)行?？梢?，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。第一章操作系統(tǒng)引論內(nèi)存中的每個(gè)進(jìn)程在何時(shí)能獲得處理機(jī)運(yùn)行，何時(shí)

又因提出某種資源請求而暫停，以及進(jìn)程以怎樣的速度向前推進(jìn)，每道程序總共需多少時(shí)間才能完成，等等，都是不可預(yù)知的。由于各用戶程序性能的不同，比如，有的側(cè)重于計(jì)算而較少需要I/O；而又有的程序其計(jì)算少而I/O多，這樣，很可能是先進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)后完成；而后進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)先完成?；蛘哒f，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。盡管如此，但只要運(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。因此，異步運(yùn)行方式是允許的，是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。第一章操作系統(tǒng)引論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)程控制進(jìn)程控制的主要功能是為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程、撤消已結(jié)束的進(jìn)程，以及控制進(jìn)程在運(yùn)行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在現(xiàn)代OS中，進(jìn)程控制還應(yīng)具有為一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建若干個(gè)線程的功能和撤消(終止)已完成任務(wù)的線程的功能。第一章操作系統(tǒng)引論2.進(jìn)程同步①進(jìn)程互斥方式，這是指諸進(jìn)程(線程)在對(duì)臨界資源進(jìn)行訪問時(shí)，應(yīng)采用互斥方式；②進(jìn)程同步方式，指在相互合作去完成共同任務(wù)的諸進(jìn)程(線程)間，由同步機(jī)構(gòu)對(duì)它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步，系統(tǒng)中必須設(shè)置進(jìn)程同步機(jī)制。最簡單的用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥的機(jī)制，是為每一個(gè)臨界資源配置一把鎖W，當(dāng)鎖打開時(shí)，進(jìn)程(線程)可以對(duì)該臨界資源進(jìn)行訪問；而當(dāng)鎖關(guān)上時(shí)，則禁止進(jìn)程(線程)訪問該臨界資源。第一章操作系統(tǒng)引論3.進(jìn)程通信在多道程序環(huán)境下，為了加速應(yīng)用程序的運(yùn)行，應(yīng)在系統(tǒng)中建立多個(gè)進(jìn)程，并且再為一個(gè)進(jìn)程建立若干個(gè)線程，由這些進(jìn)程(線程)相互合作去完成一個(gè)共同的任務(wù)。而在這些進(jìn)程(線程)之間，又往往需要交換信息。例如，有三個(gè)相互合作的進(jìn)

程，它們是輸入進(jìn)程、計(jì)算進(jìn)程和打印進(jìn)程。輸入進(jìn)程負(fù)責(zé)

將所輸入的數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算進(jìn)程；計(jì)算進(jìn)程利用輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果傳送給打印進(jìn)程；最后，由打印進(jìn)程把計(jì)算結(jié)果打印出來。進(jìn)程通信的任務(wù)就是用來實(shí)現(xiàn)在相互合作的進(jìn)程之間的信息交換。當(dāng)相互合作的進(jìn)程(線程)處于同一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，通常在它們之前是采用直接通信方式，即由源進(jìn)程利用發(fā)送命令直接將消息(message)掛到目標(biāo)進(jìn)程的消息隊(duì)列上，以后由目標(biāo)進(jìn)程利用接收命令從其消息隊(duì)列中取出消息。第一章操作系統(tǒng)引論4.調(diào)度在后備隊(duì)列上等待的每個(gè)作業(yè)，通常都要經(jīng)過調(diào)度才能

執(zhí)行。在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，包括作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度兩步。作業(yè)調(diào)度的基本任務(wù)，是從后備隊(duì)列中按照一定的算法，選擇出若干個(gè)作業(yè)，為它們分配其必需的資源(首先是分配內(nèi)存)。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)的就緒進(jìn)程，并按照一定的算法將它們插入就緒隊(duì)列。進(jìn)程調(diào)度的任務(wù)，則是從進(jìn)程的就緒隊(duì)列中選出一新進(jìn)程，把處理機(jī)分配給它，并為它設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場，使進(jìn)程投入執(zhí)行。第一章操作系統(tǒng)引論值得提出的是：在多線程OS中，通常是把線程作為獨(dú)立運(yùn)行和分配處理機(jī)的基本單位，為此，須把就緒線程排成一個(gè)隊(duì)列，每次調(diào)度時(shí)，是從就緒線程隊(duì)列中選出一個(gè)線程，把處理機(jī)分配給它。第一章操作系統(tǒng)引論1.4.2存儲(chǔ)器管理功能1.內(nèi)存分配OS在實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配時(shí)，可采取靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式。在靜態(tài)分配方式中，每個(gè)作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入時(shí)確定的；在作業(yè)裝入后的整個(gè)運(yùn)行期間，不允許該作業(yè)再申請新的內(nèi)存空間，也不允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動(dòng)”；在動(dòng)態(tài)分配方式中，每個(gè)作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間，也是在裝入時(shí)確定的，但允許作業(yè)在運(yùn)行過程中，繼續(xù)申請新的附加內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)增漲，也允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動(dòng)”。第一章操作系統(tǒng)引論為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配，在內(nèi)存分配的機(jī)制中應(yīng)具有這樣的結(jié)構(gòu)和功能：①內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于記錄內(nèi)存空間的使用情況，作為內(nèi)存分配的依據(jù)；②內(nèi)存分配功能，系統(tǒng)按照一定的內(nèi)存分配算法，為用戶程序分配內(nèi)存空間；③內(nèi)存回收功能，系統(tǒng)對(duì)于用戶不再需要的內(nèi)存，通過用戶的釋放請求，去完成系統(tǒng)的回收功能。第一章操作系統(tǒng)引論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。內(nèi)存保護(hù)機(jī)制：1、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。2、存儲(chǔ)鍵。第一章操作系統(tǒng)引論3.地址映射一個(gè)應(yīng)用程序(源程序)經(jīng)編譯后，通常會(huì)形成若干個(gè)目標(biāo)程序；這些目標(biāo)程序再經(jīng)過鏈接便形成了可裝入程序。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；由這些地址所形成的地址范圍稱為“地址空間”，其中的地址稱為“邏輯地址”或“相對(duì)地址”。此外，由內(nèi)存中的一系列單元所限定的地址范圍稱為“內(nèi)存空間”，其中的地址稱為“物理地址”。在多道程序環(huán)境下，每道程序不可能都從“0”地址開始裝入(內(nèi)存)，這就致使地址空間內(nèi)的邏輯地址和內(nèi)存空間中的物理地址不相一致。使程序能正確運(yùn)行，存儲(chǔ)器管理必須提供地址映射功能，以將地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間中與之對(duì)應(yīng)的物理地址。該功能應(yīng)在硬件的支持下完成。第一章操作系統(tǒng)引論4.內(nèi)存擴(kuò)充存儲(chǔ)器管理中的內(nèi)存擴(kuò)充任務(wù)，并非是去擴(kuò)大物理內(nèi)存的容量，而是借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容量，使用戶所感覺到的內(nèi)存容量比實(shí)際內(nèi)存容量大得多；或者是讓更多的用戶程序能并發(fā)運(yùn)行。這樣，既滿足了用戶的需要，改善了系統(tǒng)的性能，又基本上不增加硬件投資。為了能在邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存，系統(tǒng)必須具有內(nèi)存擴(kuò)充機(jī)制，用于實(shí)現(xiàn)下述各功能：請求調(diào)入功能。置換功能。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，而設(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。為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，設(shè)備管理應(yīng)具有緩沖管理、設(shè)備分配和設(shè)備處理，以及虛擬設(shè)備等功能。第一章操作系統(tǒng)引論1.4.4文件管理功能1.文件存儲(chǔ)空間的管理由文件系統(tǒng)對(duì)諸多文件及文件的存儲(chǔ)空間，實(shí)施統(tǒng)一的管理。其主要任務(wù)是為每個(gè)文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系統(tǒng)的運(yùn)行速度。為此，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記錄文件存儲(chǔ)空間的使用情況，以供分配存儲(chǔ)空間時(shí)參考；系統(tǒng)還應(yīng)具有對(duì)存儲(chǔ)空間進(jìn)行分配和回收的功能。為了提高存儲(chǔ)空間的利用率，對(duì)存儲(chǔ)空間的分配，通常是采用離散分配方式，以減少外存零頭，并以盤塊為基本分配單位。盤塊的大小通常為512

B~8

KB。第一章操作系統(tǒng)引論2.目錄管理為了使用戶能方便地在外存上找到自己所需的文件，通常由系統(tǒng)為每個(gè)文件建立一個(gè)目錄項(xiàng)。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。由若干個(gè)目錄項(xiàng)又可構(gòu)成一個(gè)目錄文件。目錄管理的主要任務(wù)，是為每個(gè)文件建立其目錄項(xiàng)，并對(duì)眾多的目錄項(xiàng)加以有效的組織，以實(shí)現(xiàn)方便的按名存取。即用戶只須提供文件名，即可對(duì)該文件進(jìn)行存取。其次，目錄管理還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)文件共享，這樣，只須在外存上保留一份該共享文件的副本。此外，還應(yīng)能提供快速的目錄查詢手段，以提高對(duì)文件的檢索速度。第一章操作系統(tǒng)引論3.文件的讀/寫管理和保護(hù)文件的讀/寫管理。多個(gè)用戶同時(shí)讀，只允許一個(gè)人寫。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。第一章操作系統(tǒng)引論(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，故也稱為批處理用戶接口。該接口由一組作業(yè)控制語言JCL組成。批處理作業(yè)的用戶不能直接與自己的作業(yè)交互作用，只能委托系統(tǒng)代替用戶對(duì)作業(yè)進(jìn)行控制和干預(yù)。這里的作業(yè)控制語言JCL便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。用戶用JCL把需要對(duì)作業(yè)進(jìn)行的控制和干預(yù)，事先寫在作業(yè)說明書上，然后將作業(yè)連同作業(yè)說明書一起提供給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)度到該作業(yè)運(yùn)行時(shí)，又調(diào)用命令解釋程序，對(duì)作業(yè)說明書上的命令，逐條地解釋執(zhí)行。如果作業(yè)在執(zhí)行過程中出現(xiàn)異常現(xiàn)象，系統(tǒng)也將根據(jù)作業(yè)說明書上的指示進(jìn)行干預(yù)。這樣，作業(yè)一直在作業(yè)說明書的控制下運(yùn)行，直至遇到作業(yè)結(jié)束語句時(shí)，系統(tǒng)才停止該作業(yè)的運(yùn)行。第一章操作系統(tǒng)引論程序接口該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。它是由一組系統(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，每當(dāng)應(yīng)用程序要求OS提供某種服務(wù)(功能)時(shí)，便調(diào)用具有相應(yīng)功能的系統(tǒng)調(diào)用。圖形接口第一章操作系統(tǒng)引論第三講教學(xué)主要內(nèi)容：1.5、OS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：軟件工程的基本概念，傳統(tǒng)的OS結(jié)構(gòu)，微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)2.1、進(jìn)程的基本概念：程序的順序執(zhí)行及其特征、前驅(qū)圖、程序的并發(fā)執(zhí)行及其特征，進(jìn)程的特征與狀態(tài)，進(jìn)程控制塊PCB重點(diǎn)：客戶服務(wù)器模式、進(jìn)程的特征及三種基本狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換難點(diǎn)：進(jìn)程概念的建立，進(jìn)程控制塊PCB的理解第一章操作系統(tǒng)引論1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.5.1軟件工程的基本概念1.軟件的含義所謂軟件，是指當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，能提供所要求的功能和性能的指令和程序的集合，該程序能夠正確地處理信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；作為規(guī)范軟件，還應(yīng)具有描述程序功能需求以及程序如何操作使用的文檔。硬件是物理部件，軟件則是一種邏輯部件。第一章操作系統(tǒng)引論2.軟件工程的含義軟件工程是指運(yùn)用系統(tǒng)的、規(guī)范的和可定量的方法，來開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)軟件；或者說，是采用工程的概念、原理、技術(shù)和方法，來開發(fā)與維護(hù)軟件，其目的是為了解決在軟件開發(fā)中所出現(xiàn)的編程隨意、軟件質(zhì)量不可保證以及維護(hù)困難等問題。第一章操作系統(tǒng)引論1.5.2傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)是一個(gè)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(shí)，先后引入了分解、模塊化、

抽象和隱蔽等方法。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。這里，我們把第一代至第三代的OS結(jié)構(gòu)，稱為傳統(tǒng)的OS結(jié)構(gòu)，而把微內(nèi)核的OS結(jié)構(gòu)稱為現(xiàn)代OS結(jié)構(gòu)。第一章操作系統(tǒng)引論1.無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)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)，也有人把它稱為整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此時(shí)程序設(shè)計(jì)的技巧，只是如何編制緊湊的程序，以

便于有效地利用內(nèi)存、對(duì)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(huì)使所編制出的程序錯(cuò)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)。第一章操作系統(tǒng)引論2.模塊化OS結(jié)構(gòu)1)模塊化結(jié)構(gòu)模塊化程序設(shè)計(jì)技術(shù)，是最早(20世紀(jì)60年代)出現(xiàn)的一種程序設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(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)，OS不再是由眾多的過程直接構(gòu)成，而是

將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，同樣也要規(guī)定各子模塊之間的接口。若子模塊較大時(shí)，再

進(jìn)一步將它細(xì)分。圖

1-5示出了由模塊、子模塊等組成的模塊化OS結(jié)構(gòu)。第一章操作系統(tǒng)引論圖1-5模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第一章操作系統(tǒng)引論2)模塊化OS的優(yōu)缺點(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(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；其次，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3.分層式OS結(jié)構(gòu)（1)有序分層：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)。（2)層次的設(shè)置：低級(jí)層在下，高級(jí)層在上。運(yùn)行頻率：隨著層次的增高，其相應(yīng)軟件的運(yùn)行速度就隨之下降。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。用戶接口：應(yīng)設(shè)置在OS的最高層，直接提供給用戶使用。第一章操作系統(tǒng)引論1.5.3

微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)1.客戶/服務(wù)器模式(Client-Server