作為資源管理器的操作系統(tǒng)與普通計算機軟件類似

操作系統(tǒng)概述第二章1/74

操作系統(tǒng)（OperatingSystem,OS）是最重要的系統(tǒng)軟件。本章從OS的作用、發(fā)展史、類型、特征和功能等多方面介紹OS。教學目的2教學要求熟悉操作系統(tǒng)作用和定義，了解操作系統(tǒng)的歷史。熟練掌握多道程序設計技術的概念，掌握批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)及實時系統(tǒng)三種操作系統(tǒng)基本類型，了解微機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)。掌握操作系統(tǒng)并發(fā)性、共享性、虛擬性和異步性等特征，了解現(xiàn)代操作系統(tǒng)特征，熟悉操作系統(tǒng)功能。3操作系統(tǒng)OperatingSystem控制應用程序執(zhí)行的程序在應用程序和計算機硬件之間提供接口設計目標方便(Convenience)：

使計算機更易于使用有效(Efficiency)：使計算機系統(tǒng)資源得到最大化利用擴展的能力(Abilitytoevolve)：有效地開發(fā)、測試和引進新的系統(tǒng)功能4操作系統(tǒng)作用

從計算機系統(tǒng)組成觀點――操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件計算機系統(tǒng)組成：軟件：應用軟件

系統(tǒng)軟件（操作系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)和常用的例行服務程序）硬件：輸入／輸出（I／O）設備 存儲器(內存) 中央處理器(CPU) 5從資源管理程序觀點――操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源管理者操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源管理程序，它用于控制和管理計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源。計算機系統(tǒng)資源：操作系統(tǒng)模塊：

軟件：文件系統(tǒng)

硬件：I／O設備設備管理存儲器 存儲器管理處理器 處理器（進程）管理6作為資源管理器的操作系統(tǒng)與普通計算機軟件類似，是由處理器執(zhí)行的一段程序或一組程序。操作系統(tǒng)經(jīng)常釋放對處理器的控制，并且依賴處理器的特性重新獲得對處理器的控制權。實際上，操作系統(tǒng)就是一組程序，在處理器上同樣以指令的方式執(zhí)行。7操作系統(tǒng)控制處理器使用其他系統(tǒng)資源，并通過進程調度分配處理器給不同的用戶程序使用。kernel,包含操作系統(tǒng)中最常用的功能模塊8從軟件分層、擴充機器的觀點――

操作系統(tǒng)是擴充裸機的第一層系統(tǒng)軟件軟件：語言處理程序虛擬機2軟件：操作系統(tǒng)虛擬機1硬件（裸機）虛擬機：二者結合變成了功能更強大使用更方便的機器。操作系統(tǒng)是擴展的機器，是虛擬機。9從服務用戶的觀點――

操作系統(tǒng)是用戶與裸機之間接口

用戶接口操作系統(tǒng)裸機系統(tǒng)提供的接口有二類：一類是作業(yè)級接口，它提供一組鍵盤命令，供用戶組織和控制自己的作業(yè)運行。另一類是程序級接口，它提供一組系統(tǒng)調用，即OS中某個模塊功能，供用戶程序和其它程序調用。10計算機系統(tǒng)分層和視點普通用戶編程員操作系統(tǒng)設計師計算機硬件操作系統(tǒng)實用程序應用程序程序運行：從進程的觀點－－操作系統(tǒng)是由若干個可以并發(fā)執(zhí)行的進程和一個對進程進行控制和協(xié)調的核心（kernel）組成。程序開發(fā)I/O設備管理文件訪問控制系統(tǒng)訪問錯誤檢測和響應審計操作系統(tǒng)提供的服務122.2

操作系統(tǒng)的歷史

1第0代（40年代未－50年代初）無操作系統(tǒng)這時的計算機操作是由程序員采用人工操作方式直接使用計算機硬件系統(tǒng)。2第一代（50年代中－50年代未）初級單道批處理系統(tǒng)它是為了減少人工操作時間和作業(yè)轉換時間提高CPU利用率而設計的。系統(tǒng)自動成批處理作業(yè)，這是初級單道批處理系統(tǒng)。3第二代（60年代初－60年代中）多道程序設計共享系統(tǒng)這一代操作系統(tǒng)包括多道批處理系統(tǒng)、采用交互方式的分時系統(tǒng)和以提高瞬時響應時間為特征的實時系統(tǒng)。13操作系統(tǒng)的歷史4第三代（60年代中－70年代中）多模式系統(tǒng)這一代計算機系統(tǒng)是通用系統(tǒng)，這一代操作系統(tǒng)是多模式系統(tǒng)，即一個系統(tǒng)同時支持批處理、分時處理、實時處理和多重處理。5第四代（70年代中－）網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)實現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡上進行信息交換、資源共享和互操作等功能。分布式操作系統(tǒng)將地域上分散的各系統(tǒng)互連成一個具有整體功能的系統(tǒng)，并可將一個任務分布地在各系統(tǒng)上運行，實現(xiàn)分布式處理。14操作系統(tǒng)研發(fā)的過程第一個歷史階段：大型主機時代，操作系統(tǒng)作為硬件的組成部分之一，由硬件開發(fā)商自己設計；第二個歷史階段：個人電腦或小型主機時代，軟件與硬件齊頭并進，其間又經(jīng)歷了兩個階段：基于命令行的DOS操作系統(tǒng)和基于窗口圖形界面的Windows操作系統(tǒng)。第三個歷史階段：WEB時代。微軟公司的．NET技術與SUN公司的SUNONE平臺。“開發(fā)下一代的互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)”課題列入國家863“十五”計劃中的基礎軟件平臺研發(fā)重點項目2003年以首席科學家陳榕為首的北京科泰世紀科技有限公司開發(fā)“和欣”操作系統(tǒng)1.0的產(chǎn)品。151.串行處理（無操作系統(tǒng)）特點機器在控制臺上運行，控制臺由顯示燈(displaylights)、觸發(fā)器（toggleswitches）、輸入設備和打印機構成。用機器代碼編寫的程序通過輸入設備載入計算機；顯示燈指示出程序的執(zhí)行情況；程序輸出結果在打印機上顯示程序員直接與計算機硬件打交道。計算機系統(tǒng)以串行方式工作。16兩個主要問題調度(Scheduletime)假設用戶預訂3小時的工作時間，結果只用了30分鐘就完成了工作，剩下的2小時30分鐘機器不能分配給其他程序使用。存在大量的時間浪費問題。如果用戶程序通過預訂的時間還沒有完成工作，程序將被無條件終止準備時間：包括在內存中加載編譯器和源程序、保存了編譯好的程序（目標程序）、加載目標程序和公用函數(shù)并鏈接在一塊。在這期間出現(xiàn)錯誤，只能重新開始172.批處理系統(tǒng)（BatchSystem）簡單批處理系統(tǒng)目標：為了解決人工操作（無操作系統(tǒng)）嚴重降低了計算機資源利用率的問題，即解決CPU等待人工操作和高速CPU與低速I/O間矛盾等問題。脫機輸入輸出技術：該技術利用一臺外圍機，脫離主機先將低速輸入設備（如紙帶機）的數(shù)據(jù)，輸入到較高速大容量的輸入設備（如磁帶）上。典型代表：IBSYS返718批處理技術它利用磁帶容量較大的特點，先將一批作業(yè)按序以脫機方式輸入到磁帶上。主機在監(jiān)控程序控制下，根據(jù)卡片機讀入控制作業(yè)操作信息，逐個從磁帶上讀入作業(yè)到內存，調入?yún)R編／編釋程序將源程序翻譯成目標代碼，連接裝配后執(zhí)行，結果輸出打印。執(zhí)行完畢后再調入下一個作業(yè)，系統(tǒng)就這樣自動地一個一個作業(yè)地進行處理，直至完成。早期單道批處理系統(tǒng)解決了作業(yè)自動轉換，從而減少作業(yè)建立和人工操作時間。19磁帶機輸出磁帶卡片簡單批處理系統(tǒng)IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶卡片閱讀機打印機20監(jiān)控程序（Monitors）控制作業(yè)執(zhí)行順序的軟件。用戶不再需要直接與硬件打交道所有作業(yè)按序組織成一批，并放在輸入設備上，供監(jiān)控程序調度監(jiān)控程序自動地開始加載作業(yè)每個程序結束后返回到監(jiān)控程序，由監(jiān)控程序自動加載下一個作業(yè)21兩個角度監(jiān)控程序角度控制事件的順序每次從輸入設備上讀取一個作業(yè)作業(yè)讀入后，監(jiān)控程序把控制權交給作業(yè)，以便于作業(yè)執(zhí)行當作業(yè)完成后，通過分支指令將控制權又交還給監(jiān)控程序22處理器角度處理器首先執(zhí)行主存中所存儲的監(jiān)控程序的指令根據(jù)監(jiān)控程序指令功能讀取作業(yè)并存儲到主存中作業(yè)讀入后，監(jiān)控程序執(zhí)行分支指令，使處理器下一條指令從用戶程序的開始處繼續(xù)執(zhí)行（控制權交給用戶程序）（如何實現(xiàn)？）處理器執(zhí)行用戶程序的指令，直到遇到結束指令或錯誤條件處理器從監(jiān)控程序中取下一條指令（控制權交還給監(jiān)控程序）兩個角度23基本控制卡片是現(xiàn)代作業(yè)控制語言和命令解釋器的先驅24硬件功能支持依賴于處理器可以從內存不同地方取指令的能力。存儲器保護（Memoryprotection）用戶程序不能訪問包含監(jiān)控程序的內存區(qū)域計時器（Timer）避免一個作業(yè)獨占系統(tǒng)特權指令（Privilegedinstructions）只能由監(jiān)控程序執(zhí)行的指令用戶模式/系統(tǒng)模式中斷25單道程序系統(tǒng)利用率計算機96%的時間用于等待I/O設備完成文件數(shù)據(jù)傳送26多道程序設計(Multiprogramming)內存空間同時容納兩個或多個用戶程序，當一個用戶程序需要等待I/O設備時，處理器可以分配給另一個用戶程序執(zhí)行2728現(xiàn)代多道批處理系統(tǒng)目標：為了進一步提高資源利用率，在硬件采用通道和中斷技術支持并行操作的情況下，引入了多道程序設計技術，由此引入多道批處理系統(tǒng)。多道程序設計技術：它是在計算機內存同時存放幾道相互獨立的程序，這幾道程序都處于運行過程中，它們先后開始了各自的運行，但都未運行完畢。多道程序在宏觀上并行執(zhí)行，而在微觀上多道程序在某個部件上（如CPU、I/O）是串行的，即多道程序輪流地使用部件，交替執(zhí)行。29兩道批處理系統(tǒng)運行圖（一個CPU和二個I／O設備：磁盤和磁帶）30兩道批處理系統(tǒng)運行圖說明：1.在計算機內存同時存放幾道程序(程序A、B和監(jiān)督程序)2.系統(tǒng)各部件（如CPU、IOA、IOB）支持并行工作，在某個時刻各部件可運行不同的程序。3.多道程序(程序A、B和監(jiān)督程序)在某個部件上（如CPU、I/OA、I/OB）是串行工作。4.在多道程序中，監(jiān)督程序(操作系統(tǒng))是控制中心，程序要使用某個部件（CPU、I/OA、I/OB），必須由監(jiān)督程序調度和分配（根據(jù)一定的算法）。31示例（250M可用內存，一個磁盤，一個終端和一臺打印機，同時提交三個用戶程序）32單道和多道情況下利用率對比33多道程序批處理系統(tǒng)硬件支持I/O中斷和DMA技術內存管理技術以管理同時駐留在主存中的用戶程序調度算法決定到底將處理器或I/O設備分配給哪個進程使用34目標：分時系統(tǒng)的形成和發(fā)展的動力是用戶的需要。用戶希望自己能直接控制程序的運行，及時進行人機交互，以便能方便地修改程序的錯誤。用戶希望一臺計算機能為多臺用戶共享，解決當時（六十年代）計算機昂貴而缺少的矛盾，方便用戶上機。3.分時系統(tǒng)(Time-SharingSystems)35分時系統(tǒng)實現(xiàn)原理在一臺主機上連接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，它同時允許許多用戶通過終端以交互方式使用計算機并共享主機中的資源。所謂分時是指多個用戶分時共享使用同一臺計算機，也就是說把計算機的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時間）進行時間上分割，即將整個工作時間分成一個個的時間片，每個時間片分給一個用戶使用，這樣將CPU工作時間分別提供給多個用戶使用，每個用戶依次地輪流使用一個時間片。36主機終端37分時系統(tǒng)的實現(xiàn)

采用調進／調出的單道分時系統(tǒng)在單道分時系統(tǒng)內存中只駐留一道程序，其余程序都在外存上。每當內存中一個程序運行一個時間片后，便調至外存（稱為調出）。再從外存中選一個程序裝入內存（稱為調進）并運行一個時間片，依此方法使所有的作業(yè)都能在一規(guī)定的時間內輪流運行一個時間片，這樣便能使所有的用戶都能與自己的作業(yè)交互。在多個作業(yè)的輪流運行過程中，每個作業(yè)往往可能頻繁地調進調出多次，開銷大，故系統(tǒng)的性能較差。38兼容分時系統(tǒng)（CompatibleTime-SharingSystem，CTSS）由MIT研發(fā)的第一個分時系統(tǒng)

控制權分配給用戶時，該用戶的程序和數(shù)據(jù)被載入；系統(tǒng)每隔0.2秒產(chǎn)生時鐘中斷；

中斷使操作系統(tǒng)重獲控制權，并將處理器分配給另一個用戶；原用戶程序和數(shù)據(jù)被寫出到磁盤；為簡化設計，用戶程序總是被加載到相同的內存單元中。39

基于多道程序設計的多道分時系統(tǒng)現(xiàn)代計算機采用大容量內存并采用內存與磁盤對換技術擴充內存，現(xiàn)代分時系統(tǒng)引入多道程序設計技術，在內存中存放多道作業(yè)排成一個隊列，依次輪流地獲得一個時間片來運行。由于切換作業(yè)就在內存，不要花費大量時間用于調進調出，故多道分時系統(tǒng)具有較好的系統(tǒng)性能。作業(yè)調度算法也不限于時間片不變，次序不變的簡單輪轉。象UNIX操作系統(tǒng)對系統(tǒng)中各進程采用可搶占的動態(tài)優(yōu)先級調度算法，它也實現(xiàn)了各作業(yè)分時共享計算機，但時間片大小和輪轉次序都在變化。批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)都是多道程序系統(tǒng)，是屬于處理用戶作業(yè)的系統(tǒng)。系統(tǒng)本身沒有要完成的作業(yè)，它只是起著管理調度系統(tǒng)資源，向用戶提供服務的作用，這類系統(tǒng)可以說是“通用系統(tǒng)”。40分時系統(tǒng)的重要指標――響應時間

響應時間是分時系統(tǒng)的重要指標，它是用戶發(fā)出終端命令到系統(tǒng)開始作出響應的時間間隔。系統(tǒng)的響應時間主要是根據(jù)用戶所能接受的等待時間確定的。假設分時系統(tǒng)中用戶數(shù)為n，每個用戶的運行時間片為q，則系統(tǒng)的響應時間為T＝n×q。每個用戶分到的時間片q由二部分組成，用于進程切換時間W和用于真正處理時間S。T＝n×qq＝S+W

41分時系統(tǒng)中時間片q的選擇是一個復雜而關鍵的任務。時間片過大，造成響應時間不變時用戶數(shù)減少，或造成用戶數(shù)不變響應時間過長；時間片過小，在一個時間片內切換開銷相對增加，一個進程相對要花費更多的時間片才能運行結束，一個進程在系統(tǒng)中的周轉時間大大增長。最佳的時間片值應既能使分時用戶得到好的響應時間，同時又要使在一個時間片內切換開銷相對較小可忽略。

UNIX系統(tǒng)是典型的分時系統(tǒng)，UNIX系統(tǒng)是一個多用戶，多任務操作系統(tǒng)。424.實時系統(tǒng)（Real-TimeSystems）目標：為了提高系統(tǒng)的響應時間，對隨機發(fā)生的外部事件作出及時響應并對其進行處理。分類

實時控制系統(tǒng)此類實時控制系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)過程的自動控制，實驗數(shù)據(jù)自動采集，武器的控制、包括火炮自動控制、飛機自動駕駛、導彈的制導系統(tǒng)。

實時信息處理系統(tǒng)這類系統(tǒng)主要用于實時信息處理，象飛機訂票系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)。43實時系統(tǒng)特征

快速的響應時間實時系統(tǒng)是為了提高系統(tǒng)響應時間而設計的操作系統(tǒng)，特別是實時控制系統(tǒng)，對外部事件的響應要十分及時迅速。實時系統(tǒng)的響應時間是由控制對象所能接受的時延確定的。外部事件往往以中斷方式通知系統(tǒng)，系統(tǒng)有較強的中斷處理能力，實時系統(tǒng)的設計也以“事件驅動”方式來設計。44

有限的交互能力批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)是“通用系統(tǒng)”，實時系統(tǒng)一般是專用系統(tǒng)，它為專門的應用而設計，系統(tǒng)本身就包含有控制某實時過程和處理實時信息的專用應用程序。實時系統(tǒng)（如實時信息處息系統(tǒng)）它能提供人機交互方式，但用戶只能訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務程序，不能象分時系統(tǒng)一般向終端用戶提供多方面服務。

高可靠性批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)雖也要求系統(tǒng)可靠，相比之下，實時系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度可靠。因此實時系統(tǒng)中往都采用雙機系統(tǒng)，多級容錯措施來保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。實時系統(tǒng)特征455.微機操作系統(tǒng)

（DesktopSystems）

配置在微機上的OS稱為微機操作系統(tǒng)。常用的有MS-DOS、MSWindows、OS/2、SCOUNIX、Linux等。單用戶單任務操作系統(tǒng)MS-DOSMS-DOS是Microsoft公司開發(fā)的首先在IBM-PC機上使用的微機OS，MS-DOS操作系統(tǒng)現(xiàn)成了事實上的16位微機單用戶單任務操作系統(tǒng)的標準。多任務操作系統(tǒng)MSWindowsWindows98/2000/XP是Microsoft公司開發(fā)的一個圖形用戶界面的多任務、多線程、全32位的操作系統(tǒng)。46Windows操作系統(tǒng)系列Windows2000系列：Windows2000professional、Windows2000Server、Windows2000AdvancedServer和Windows2000DatacenterServer。WindowsXP三個版本：WindowsXPHomeEdition有良好的數(shù)字媒體平臺，適合家庭用戶和游戲愛好者；WindowsXPProfessional是為商業(yè)用戶設計的，有高級別的可擴展性和可靠性；WindowsXP64-BitEdition可滿足最高級別的專業(yè)技術工作站用戶的需要。WindowsServerSystem：是一個全面、集成而且具有互操作能力的服務器基礎結構，提供了一個公用體系結構，WindowsServerSystem的基礎是WindowsServer2003操作系統(tǒng)。

47其他微機操作系統(tǒng)多用戶多任務操作系統(tǒng)SCOUNIXSCO公司將運行于大、中、小型機上UNIX操作系統(tǒng)移植到微機上，UNIX是多用戶多任務操作系統(tǒng)。LinuxLinux操作系統(tǒng)是一個遵循標準操作系統(tǒng)界面的標準免費操作系統(tǒng)，具有UNIXBSD和UNIXSYSＶ的擴展特性。它的版權所有者是芬蘭籍的Linus

B.Toroalds先生和其它開發(fā)人員。Linux可以在基于Intel處理器的個人計算機上運行，它可以將一臺普通的個人電腦變成功能強勁的UNIX工作站。

48Linux操作系統(tǒng)Linux有一個基本內核，一些組織和廠商將內核與應用程序、文擋包裝起來，再加上安裝、設置和管理工具，就構成了直接供一般用戶使用的套件。Linux版本分為兩部分：內核版本和發(fā)行套件版本。內核版本指的是在Linus領導下開發(fā)的系統(tǒng)內核的版本號，目前最新內核版本號為2.6（2.6.39.3）。發(fā)行套件常見的有Slackware、RedHatLinux、Debian

等。RedHatLinux具有支持多種硬件平臺（如Intel、Sparc和Alpha平臺），軟件安裝、配置、升級、維護簡單，系統(tǒng)管理工具方便等優(yōu)點，是初學者的最佳選擇。

496.網(wǎng)絡操作系統(tǒng)

（NetworkOperatingSystem,NOS）定義：網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是使網(wǎng)絡上各計算機能方便地進行網(wǎng)絡通信、有效地共享網(wǎng)絡資源，為網(wǎng)絡用戶提供所需各種服務的軟件和有關規(guī)程的集合。功能:高效、可靠的網(wǎng)絡通信對網(wǎng)絡中共享資源（在LAN中有硬盤、打印機等）有效的管理提供電子郵件、文件傳輸、共享硬盤、打印機等服務網(wǎng)絡安全管理提供互操作能力507.分布式操作系統(tǒng)

（DistributedOperatingSystems

）定義：

分布式操作系統(tǒng)是能直接對分布式計算機系統(tǒng)中各類資源進行動態(tài)分配和管理，有效控制和協(xié)調諸任務的并行執(zhí)行，允許系統(tǒng)中的處理單元無主、次之分，并向系統(tǒng)提供統(tǒng)一的、有效的接口的軟件集合。基于兩種環(huán)境:多處理器(CPU)系統(tǒng)或多計算機系統(tǒng)（集群）是網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的更高級的形式，保持了網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的全部功能。518.嵌入式操作系統(tǒng)（EmbeddedOS)嵌入式系統(tǒng)是在各種設備、裝置或系統(tǒng)中，完成特定功能的軟硬件系統(tǒng)。通常在電器、電子和智能機械上，嵌入安裝各種微處理器或微控制芯片。它們是一個大設備、裝置或系統(tǒng)中的一部分，這個大設備、裝置或系統(tǒng)可以不是“計算機”。嵌入式操作系統(tǒng)就是運行在嵌入式智能芯片環(huán)境中，對整個智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等資源進行統(tǒng)一協(xié)調、調度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。通常工作在反應式或對處理時間有較嚴格要求環(huán)境中。52嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)具有高可靠性、實時性、占有資源少、智能化能源管理、易于連接、低成本等優(yōu)點。嵌入式系統(tǒng)的應用非常廣泛，如手機的通信控制、工業(yè)監(jiān)控、智能化生活空間(信息家電、智能大廈等等)、通信系統(tǒng)、導航系統(tǒng)等等。如汽車上的電子控制設備實際上是一個電腦網(wǎng)絡，一輛現(xiàn)代化的轎車里面可能有數(shù)十個微處理器和相應的操作平臺，它們需要通信，需要監(jiān)控汽車的運行等等。這就構成一個嵌入式系統(tǒng)，它包括任務處理、計算、網(wǎng)絡互聯(lián)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、智能控制、人機交互等諸多方面的技術，而它需要一系列針對應用環(huán)境的操作平臺來控制、協(xié)調各種系統(tǒng)需求與服務，控制資源配置，這些平臺共同構成了這個嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。

53嵌入式操作系統(tǒng)的應用智能卡移動通信計算機外設機頂盒零售設備印刷機復印機互聯(lián)網(wǎng)服務器電話交換設備542.3操作系統(tǒng)發(fā)展的主要成就進程（Processes）存儲器管理（MemoryManagement）信息保護和安全（Informationprotectionandsecurity）調度和資源管理（Schedulingandresourcemanagement）系統(tǒng)結構（Systemstructure）55多道程序設計的主要問題不正確的同步（Impropersynchronization）信號機制設計出錯會導致兩個進程之間沒法保證同步性失敗的互斥（Failedmutualexclusion）不確定的程序操作（Nondeterminateprogramoperation）程序的結果可能取決于多個程序的執(zhí)行先后順序死鎖（Deadlocks）56進程一段可執(zhí)行的程序計算機中正在運行的程序的一個實例可以分配給處理器并由處理器執(zhí)行的一個實體由一個順序的執(zhí)行線程、一個當前的狀態(tài)以及一組相關的系統(tǒng)資源所描述的活動單元57進程包含三個部分：一段可執(zhí)行的程序程序所需的相關數(shù)據(jù)程序執(zhí)行的上下文環(huán)境操作系統(tǒng)用于管理和控制進程所需的所有數(shù)據(jù)（如PC,數(shù)據(jù)寄存器內容,進程優(yōu)先級,進程狀態(tài)等）58進程進程列表，由操作系統(tǒng)創(chuàng)建和維護基址寄存器和界限寄存器，限定了進程所占用的內存范圍59內存管理進程隔離（Processisolation）：保證進程的獨立性自動分配和管理（Automaticallocationandmanagement）：根據(jù)需要動態(tài)地分配存儲空間支持模塊化程序設計（Supportofmodularprogramming）：分段機制支持程序員動態(tài)地修改程序的模塊大小保護和訪問控制（Protectionandaccesscontrol）：實現(xiàn)內存空間的保護和共享長期存儲（Long-termstorage）：文件系統(tǒng)滿足數(shù)據(jù)斷電后的長期保存60虛擬內存允許程序員從邏輯的角度訪問存儲器，而不需要考慮物理主存上可用的空間數(shù)量和數(shù)據(jù)所存儲的實際物理地址程序員使用虛地址訪問內存，通過地址映射機制（通常由硬件實現(xiàn)）將虛地址動態(tài)映射為主存中的實地址一個進程被分成若干個塊（分頁和分段），每一塊都可以放置在主存中用戶空間的任何地方進程執(zhí)行時，只需要一部分塊在內存中即可。當訪問的塊不在內存中時，產(chǎn)生缺頁中斷，將所要訪問的塊從磁盤調入內存61虛擬內存62虛擬內存地址映射地址映射機制存儲分配策略63信息保護和安全可用性(Availability)確保系統(tǒng)正?？捎脵C密性(Confidentiality)確保用戶不能訪問未授權的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)完整性(Dataintegrity)保護數(shù)據(jù)不被未授權修改認證(Authenticity)用戶身份的認證數(shù)據(jù)的合法性64調度和資源管理公平性（Fairness）平等、公平地訪問資源有差別的響應性（Differentialresponsiveness）根據(jù)進程的不同優(yōu)先級差別對待有效性（Efficiency）最大化吞吐量最小化響應時間盡可能容納更多的用戶65系統(tǒng)結構層次化、模塊化的組織和開發(fā)操作系統(tǒng)每一層都實現(xiàn)一組特定的子功能（模塊）最低層直接跟硬件打交道，最高層則面向用戶，為用戶提供操作系統(tǒng)的操作界面底層通過接口給上一層提供服務模塊內的修改不會影響到其他模塊的功能實現(xiàn)（只要接口不變）662.4現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征