計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)-引論

系統(tǒng)

★內(nèi)容概要

操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)

課。本課程重點(diǎn)講述操作系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)資

源（處理器、主存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備、文

件）進(jìn)行管理的基本原理、基本技術(shù)和實(shí)現(xiàn)

方法，引入現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一些新概念、

新技術(shù)和新發(fā)展，并對(duì)主流操作系統(tǒng)

Windows,UNIX和Linux等實(shí)例作簡(jiǎn)"單介紹。

★先修課程

，計(jì)算機(jī)原理、程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

課程要求

★課前請(qǐng)做好預(yù)習(xí)

★保持課堂安靜，頭腦清醒，思維活躍

★認(rèn)真、獨(dú)立、按時(shí)完成并提交作業(yè)

★重視上機(jī)實(shí)踐，有效利用寶貴的上機(jī)時(shí)間

什么是操作系統(tǒng)

?操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)觀(guān)點(diǎn)

?操作系統(tǒng)的資源管理觀(guān)點(diǎn)

?操作系統(tǒng)的用戶(hù)服務(wù)觀(guān)點(diǎn)

操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)觀(guān)點(diǎn)

OS的虛擬機(jī)觀(guān)點(diǎn)

這種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，操作系統(tǒng)是添加在硬件上的第

一層軟件，是對(duì)硬件功能的首次擴(kuò)充和直接延伸，

又是其他系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。

裸機(jī)的組成

裸機(jī)是未配置任何軟件的裸露的硬件機(jī)器，它

又可分為物理器件、微程序與機(jī)器語(yǔ)言三個(gè)層次。

虛擬機(jī)

人們不斷在裸機(jī)上添加軟件，延伸裸機(jī)功能，

構(gòu)造基于裸機(jī)，但又比裸機(jī)更易于用戶(hù)理解和編程

的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱(chēng)為虛擬機(jī)(virtualmachine)o

操作系統(tǒng)的資源管理觀(guān)點(diǎn)

?OS的資源管理者觀(guān)點(diǎn)

這種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，操作系統(tǒng)是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的

軟件，它負(fù)責(zé)控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的全部資源，確保

這些資源能被高效合理的使用，確保系統(tǒng)能婚有條不紊的

運(yùn)彳亍。

?五大資源管理

從資源管理觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，把整個(gè)操作系統(tǒng)分為處理機(jī)管

理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、文件管理和用戶(hù)接口五大部

分。處理機(jī)管理負(fù)責(zé)CPU的運(yùn)行和分配；存儲(chǔ)器管理負(fù)責(zé)

主存儲(chǔ)器的分配、回收、保護(hù)與擴(kuò)充；設(shè)備管理負(fù)責(zé)輸入

輸出設(shè)備的分配、回收與控制；文件管理負(fù)責(zé)文件存儲(chǔ)空

間和文件信息的管理；用戶(hù)接口是對(duì)作業(yè)進(jìn)行管理。

操作系統(tǒng)的用戶(hù)服務(wù)觀(guān)點(diǎn)

?OS的用戶(hù)服務(wù)觀(guān)點(diǎn)

這種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，操作系統(tǒng)是一個(gè)為用戶(hù)服務(wù)

的大型程序。從用戶(hù)角度看，當(dāng)計(jì)算機(jī)配置了操

作系統(tǒng)之后，用戶(hù)就不再直接使用計(jì)算機(jī)硬件，

而是利用操作系統(tǒng)所提供的命令和服務(wù)去使用計(jì)

算機(jī)。

?操作系統(tǒng)定義

操作系統(tǒng)是控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資

源，合理組織計(jì)算機(jī)工作流程以及方便用戶(hù)的程

序-臺(tái)*Q

第一章操作系統(tǒng)引論

§1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用和模型

§1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)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)

1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用

★操作系統(tǒng)是我們使用計(jì)算機(jī)的一種手

段或接口，拉近了人與計(jì)算機(jī)之間的

距離，清除了對(duì)“CT、“1”的陌生感；

★通過(guò)這個(gè)接口，我們可以操縱計(jì)算機(jī),

但實(shí)際上都是由OS指揮各個(gè)軟硬件協(xié)

調(diào)工作，即管理和控制；

★它是一個(gè)系統(tǒng)軟件的集合。

1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)

★目前存在著多種類(lèi)型的OS,不同類(lèi)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.方便性

?2.有效性

?3.可擴(kuò)充性

?4.開(kāi)放性

1.1.2操作系統(tǒng)的作用

★OS作為用戶(hù)與計(jì)算機(jī)硬件系

統(tǒng)之間的接口

OS處于用戶(hù)與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間,

用戶(hù)通過(guò)OS來(lái)使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?；蛘?/p>

說(shuō)，用戶(hù)在OS幫助下，能夠方便、快

捷、安全、可靠地操縱計(jì)算機(jī)硬件和

運(yùn)行自己的程序。應(yīng)注意，OS是一個(gè)

系統(tǒng)軟件，因而這種接口是軟件接口。

1.1.2操作系統(tǒng)的作用

★os作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者

在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常都含有各種各

樣的硬件和軟件資源。歸納起來(lái)可將資源分

為02類(lèi)：處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備以及信息

（數(shù)據(jù)和程序）。相應(yīng)地，OS的主要功能也正

是針對(duì)這類(lèi)資源進(jìn)行有效的管理，即：處

理機(jī)管理，用于分配和控制處理機(jī)；存儲(chǔ)器

管理，主要負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配與回收；I/O設(shè)備

管理，負(fù)責(zé)I/O設(shè)備的分配與操縱；文件管理,

負(fù)責(zé)文件的存取、共享和保護(hù)。

1.1.2操作系統(tǒng)的作用

★os用作擴(kuò)充機(jī)器

對(duì)于一臺(tái)完全無(wú)軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（即裸機(jī)），即使

其功能再?gòu)?qiáng)，也必定是難于使用的。如果我們?cè)诼銠C(jī)

上覆蓋上一層I/O設(shè)備管理軟件，用戶(hù)便可利用它所提

供的I/O命令，來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和打印輸出。此時(shí)用戶(hù)

所看到的機(jī)器，將是一臺(tái)比裸機(jī)功能更強(qiáng)、使用更方

便的機(jī)器。通常把覆蓋了軟件的機(jī)器稱(chēng)為擴(kuò)充機(jī)器或

虛機(jī)器。如果我們又在第一層軟件上再覆蓋上一層文

件管理軟件，則用戶(hù)可利用該軟件提供的文件存隼命

令，來(lái)進(jìn)行文件的存隼。此時(shí)，用戶(hù)所看到的是臺(tái)功

能更強(qiáng)的虛機(jī)器。如果我們又在文件管理軟件上再覆

蓋一層面向用戶(hù)的窗口軟件，則用戶(hù)便可在窗口環(huán)境

下方便地使用計(jì)算機(jī)，形成一臺(tái)功能更強(qiáng)的虛機(jī)器。

1.1.3操作系統(tǒng)的層次模型

★對(duì)象

。處理機(jī)、存儲(chǔ)器、設(shè)備、文件等

★對(duì)對(duì)象操縱和管理的軟件集合

類(lèi)對(duì)象管理軟件

★用戶(hù)接口

。命令接口、程序接口、圖形用戶(hù)接口

1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程

1、人工操作階段

*含義

在50年代以前的第一代計(jì)算機(jī)中是沒(méi)有配置操作系統(tǒng)的，

計(jì)算機(jī)只是由控制臺(tái)控制的一個(gè)龐大的物理機(jī)器。

?人們使用計(jì)算機(jī)的過(guò)程

人們使用計(jì)算機(jī)的過(guò)程可大致描述為：

1）由程序員將其編好的程序從紙帶或卡片機(jī)上裝入內(nèi)存。

2）再通過(guò)控制臺(tái)上的按鈕或開(kāi)關(guān)啟動(dòng)程序執(zhí)行。

3）當(dāng)程序運(yùn)行完畢時(shí)，隼下紙帶和運(yùn)算結(jié)果，開(kāi)始下一個(gè)

用戶(hù)程序。

依次重復(fù)上述過(guò)程。

?存在的主要問(wèn)題

(1)資源獨(dú)占當(dāng)一個(gè)用戶(hù)開(kāi)始操作后，計(jì)算機(jī)

中的全部資源都?xì)w該用戶(hù)所有，直到程序運(yùn)行結(jié)

束或出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)才會(huì)把資源轉(zhuǎn)讓給下一個(gè)用戶(hù)。

(2)串行工作人的手工操作與計(jì)算機(jī)的運(yùn)行以

及CPU與I/O設(shè)備之間都是按串行方式工作的。

(3)人工干預(yù)計(jì)算機(jī)是在人的直接聯(lián)機(jī)干預(yù)下

進(jìn)行工作的。

人工操作方式嚴(yán)重降低了計(jì)算機(jī)資源的利用率。

2、單道批處理階段

一批程序逐個(gè)自動(dòng)被裝入主存運(yùn)行，并且在運(yùn)

行時(shí)程序員不能手工干預(yù)，它又可分為早期批量

處理和脫機(jī)批量處理兩個(gè)階段。

?早期批量處理方式

1)把若干個(gè)用戶(hù)作業(yè)集中起來(lái)組成一批作業(yè)。

2)在內(nèi)存中放置一個(gè)監(jiān)督程序，由監(jiān)督程序來(lái)

負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)這批作業(yè)的處理和從一個(gè)作業(yè)過(guò)渡到

另外一個(gè)作業(yè)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

?缺點(diǎn)

雖然這種處理方式提高了系統(tǒng)的處理能力，但

作業(yè)的輸入輸出和CPU的計(jì)算仍然是串行的，大大

降低了程序的執(zhí)行速度。

?脫機(jī)批量處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

它在早期批量處理的基礎(chǔ)上增加了一臺(tái)功能較

差的處理機(jī)。原來(lái)的那臺(tái)處理機(jī)稱(chēng)為主處理機(jī)(jwr

稱(chēng)主機(jī))，它專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)計(jì)算工作，不直接與輸入輸

出設(shè)備打交道。新增加的這臺(tái)處理機(jī)稱(chēng)為衛(wèi)星機(jī)，

專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)用戶(hù)意見(jiàn)，作業(yè)信息和結(jié)果信息的輸入輸

出工作。

?缺點(diǎn)

(1)雖然批處理方式提高了系統(tǒng)的處理能力，

但卻帶來(lái)了必須解決的保護(hù)問(wèn)題。

(2)更為嚴(yán)重的是它無(wú)法防止用戶(hù)程序破壞監(jiān)督

程序的問(wèn)題，潛伏著搞亂系統(tǒng)的危險(xiǎn)。

3、多道程序系統(tǒng)階段

?多道程序的目的和思想

為解決執(zhí)行系統(tǒng)所存在的問(wèn)題，提高

CPU的利用率，又引入了多道程序技術(shù)。多

道程序技術(shù)的主要思想是在內(nèi)存中同時(shí)放

入若干道用戶(hù)作業(yè)或者說(shuō)若干道用戶(hù)程序

,并允許他們交替執(zhí)行，共享系統(tǒng)中的各

種硬、軟件資源。

?多道程序的優(yōu)點(diǎn)

多道程序系統(tǒng)不僅使CPU得到了充分利用，

同時(shí)還改善了I/O設(shè)備和內(nèi)存的利用率。

?要解決的問(wèn)題

雖然多道程序系統(tǒng)有效地提高了系統(tǒng)資源利用率，但實(shí)

現(xiàn)多道程序則需要妥善解決下述一系列問(wèn)題:

(1)內(nèi)存的分配和保護(hù)。應(yīng)為每道程序分配自己的內(nèi)存

空間，使它們既不因相互重疊而丟失信息，又不因某道程序

出現(xiàn)異常而破壞其它程序。

(2)處理機(jī)的管理和分配。多道程序引起各道程序?qū)χ?/p>

央處理機(jī)的爭(zhēng)奪，系統(tǒng)要協(xié)調(diào)它們之間的關(guān)系，既能使那些

緊急的程序優(yōu)先獲得處理機(jī)，又能使各道程序都有得到處理

機(jī)的機(jī)會(huì)。

(3)I/O設(shè)備的管理和分配。多道程序必將引起各道程

序?qū)/O設(shè)備的爭(zhēng)奪。系統(tǒng)應(yīng)該能婚進(jìn)行協(xié)調(diào)，并能為各道程

序分配相應(yīng)的I/O設(shè)備。

(4)文件存儲(chǔ)空間的組織和管理。為提高文件存儲(chǔ)空間

的利用率，加速對(duì)信息的檢索速度，系統(tǒng)應(yīng)對(duì)它們進(jìn)行組織

和管理。同時(shí)，為方便用戶(hù)使用文件，系統(tǒng)還應(yīng)該提供存儲(chǔ)

和檢索文件信息的手段。

操作系統(tǒng)的類(lèi)型

操作系統(tǒng)的主要類(lèi)型有：批處理

操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操

作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操

作系統(tǒng)。其中批處理操作系統(tǒng)、分

時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是基本

的操作系統(tǒng)。

一、多道批處理OS

把用戶(hù)要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理的一個(gè)計(jì)

算問(wèn)題稱(chēng)為一個(gè)“作業(yè)”。用戶(hù)為作業(yè)準(zhǔn)備

好程序和數(shù)據(jù)后，再寫(xiě)一份控制作業(yè)執(zhí)行的

說(shuō)明書(shū)。然后將之一起交給操作員。操作員

將收到的一批作業(yè)的有關(guān)信息輸入到計(jì)算機(jī)

系統(tǒng)中等待處理,由操作系統(tǒng)選擇作業(yè)并按

其作業(yè)說(shuō)明書(shū)的要求自動(dòng)控制作業(yè)的執(zhí)行。

采用這種批量化處理作業(yè)的操作系統(tǒng)稱(chēng)為

“批處理操作系統(tǒng)”o

一、多道批處理OS

★類(lèi)型：?jiǎn)蔚琅幚硐到y(tǒng)和多道批處理系統(tǒng)。

★特征：多道性，無(wú)序性，調(diào)度性

★優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)吞吐量大，資源利用率高，自

動(dòng)調(diào)度，提高CPU利用率

★缺點(diǎn)：無(wú)交互性，作業(yè)調(diào)度周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)

二、分時(shí)OS

★允許多個(gè)終端用戶(hù)同時(shí)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一

系列交互，并使得每個(gè)用戶(hù)感到好象自己有

一臺(tái)獨(dú)立的支持自己請(qǐng)求服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，

具有這種功能的操作系統(tǒng)稱(chēng)“分時(shí)操作系

統(tǒng)”，茴稱(chēng)“分時(shí)系統(tǒng)”o

★在分時(shí)系統(tǒng)中，為了使一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能同

時(shí)為多個(gè)終端用戶(hù)服務(wù)，系統(tǒng)采用了分時(shí)技

術(shù)。該技術(shù)把CPU時(shí)間劃分成許多時(shí)間片，每

個(gè)終端用戶(hù)依次輪流使用時(shí)間片。

二、分時(shí)OS

★特征：

多路性，交互性，獨(dú)占性，及時(shí)性

★優(yōu)點(diǎn):

共享資源，響應(yīng)及時(shí)，CPU利用率

在批處理系統(tǒng)中，主要考慮如何提高

機(jī)器的利用率；而在分時(shí)系統(tǒng)中，必須

注意響應(yīng)時(shí)間。

三、實(shí)時(shí)OS

★能使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接到外部信號(hào)后及時(shí)進(jìn)行處

理，并在嚴(yán)格的規(guī)定時(shí)間內(nèi)處理結(jié)束，再給

出反饋信號(hào)的操作系統(tǒng)稱(chēng)為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，

茴稱(chēng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

★類(lèi)型：實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)

實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)

★特征：專(zhuān)用系統(tǒng),任務(wù)目定高可靠性,

實(shí)時(shí)系統(tǒng)、批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別

(1)專(zhuān)用系統(tǒng)：許多實(shí)時(shí)系統(tǒng)是專(zhuān)用系統(tǒng)，而批處理與分時(shí)

系統(tǒng)通常是通用系統(tǒng)。

(2)交互能力：實(shí)時(shí)系統(tǒng)是較少有人為干預(yù)的監(jiān)督和控制系

統(tǒng)，因此交互能力較弱；而分時(shí)系統(tǒng)交互能力強(qiáng)。

(3)及時(shí)響應(yīng)：實(shí)時(shí)系統(tǒng)的及時(shí)響應(yīng)要求響應(yīng)時(shí)間是強(qiáng)制性

的嚴(yán)格規(guī)定的，僅當(dāng)在限定時(shí)間內(nèi)響應(yīng)、處理笄返回一個(gè)

正確結(jié)果時(shí)，才能認(rèn)為系統(tǒng)的功能是正確的。而分時(shí)操作

系統(tǒng)的及時(shí)響應(yīng)只要保證用戶(hù)滿(mǎn)意就行，即使超過(guò)一些時(shí)

間也只影響到用戶(hù)的滿(mǎn)意程度，并不影響用戶(hù)程序的計(jì)算

結(jié)果的正確性。

(4)可靠性和資源利用率：實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)可靠性和安全性要求

極高，不強(qiáng)求系統(tǒng)資源的利用率；批處理系統(tǒng)側(cè)重于資源

的使用效率。

絡(luò)操作系統(tǒng)

為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置的操作系統(tǒng)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)操

作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的

各臺(tái)計(jì)算機(jī)有機(jī)地聯(lián)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)計(jì)

算機(jī)之間的通信及網(wǎng)絡(luò)中各種資源的共享o

用戶(hù)可以借助通信系統(tǒng)使用網(wǎng)絡(luò)中其它計(jì)

算機(jī)的資源、實(shí)現(xiàn)相互間的信息交換，從

而大大擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍。

功能：網(wǎng)絡(luò)通信資源管理提供多

種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)接口

五、分布式OS

★為分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置的操作系統(tǒng)稱(chēng)為

分布式操作系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)

絡(luò)為基礎(chǔ)的，它的基本特征是處理上的分布,

即功能和任務(wù)的分布。分布式操作系統(tǒng)的所

有系統(tǒng)任務(wù)可在系統(tǒng)中任何處理機(jī)上運(yùn)行，

自動(dòng)實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的任務(wù)分配并自動(dòng)調(diào)

度各處理機(jī)的工作負(fù)載。

★功能：資源管理任務(wù)分配分布式進(jìn)程同

步和通信管理程序浮動(dòng)

1.3操作系統(tǒng)的基本特性

一、并發(fā)性

并行性和并發(fā)性是既相似又有區(qū)別的

兩個(gè)概念，并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件

在同一時(shí)刻發(fā)生；而并發(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(guān)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(guān)上這些程序只能

是分時(shí)地交替執(zhí)行。

操作系統(tǒng)的基本特性

倘若在計(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，即利用每個(gè)處理機(jī)來(lái)處理

一個(gè)可并發(fā)執(zhí)行的程序，這樣，多

個(gè)程序便可同時(shí)執(zhí)行。

操作系統(tǒng)的基本特性

二、共享性

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(xiàn)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，目前主要有以下兩種資源共享

方式。

分為：互斥共享同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)

操作系統(tǒng)的基本特性

三、虛擬

操作系統(tǒng)中的所謂“虛擬”，是指通過(guò)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。物理實(shí)體

（前者）是實(shí)的，即實(shí)際存在的；而后者是虛的，是

用戶(hù)感覺(jué)上的東西。相應(yīng)地，用于實(shí)現(xiàn)虛擬的技術(shù),

稱(chēng)為虛擬技術(shù)。在OS中利用了多種虛擬技術(shù)，分

別用來(lái)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。

操作系統(tǒng)的基本特性

四、異步性

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。在單處理機(jī)環(huán)境下,

由于系統(tǒng)中只有一個(gè)處理機(jī)，因而每次只允許一個(gè)進(jìn)程執(zhí)

行，其余進(jìn)程只能等待。當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程提出某種資源

要求時(shí)，如打印請(qǐng)求，而此時(shí)打印機(jī)正在為其它某進(jìn)程打

印，由于打印機(jī)屬于臨界資源，因此正在執(zhí)行的進(jìn)程必須

等待，且放棄處理機(jī)，直到打印機(jī)空閑，并再次把處理機(jī)

分配給該進(jìn)程時(shí)，該進(jìn)程方能繼續(xù)執(zhí)行。可見(jiàn)，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。

1.4操作系統(tǒng)的主要功能

一、處理器管理

★主要任務(wù)是對(duì)處理機(jī)的分配和運(yùn)行實(shí)施有效

管理。在多道程序環(huán)境下，處理機(jī)的分配和運(yùn)

行又都是以進(jìn)程為單位的，如某進(jìn)程因某事件

而無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，應(yīng)引起對(duì)處理機(jī)的重新分

酉己，因此，對(duì)處理機(jī)的管理可歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的

管理。

★主要功能：進(jìn)程控制進(jìn)程同步

進(jìn)程通信進(jìn)程調(diào)度

操作系統(tǒng)的功能

二、存儲(chǔ)器管理

★主要任務(wù)是為多道程序的并發(fā)運(yùn)行提供良

好的環(huán)境；便于用戶(hù)使用存儲(chǔ)器；提高存儲(chǔ)

器的利用率；為盡量多的用戶(hù)提供足夠大的

存儲(chǔ)空間。

★主要功能：內(nèi)存分配內(nèi)存保護(hù)

地址映射內(nèi)存擴(kuò)充

操作系統(tǒng)的功能

三、設(shè)備管理

★主要任務(wù)是：為用戶(hù)程序分配I/O設(shè)備；完

成用戶(hù)程序請(qǐng)求的I/O操作；提高CPU和I/O

設(shè)備的利用率；改善人機(jī)界面。

★主要功能：緩沖管理設(shè)備分配

設(shè)備處理虛擬設(shè)備

操作系統(tǒng)的功能

四、文件系統(tǒng)管理

★在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，總是把大量信息以文件

形式存放在外存中，以供所有的或指定的用戶(hù)

使用。系統(tǒng)也允許用戶(hù)把處理結(jié)果保存在系統(tǒng)

中，供以后使用。這樣，操作系統(tǒng)中又必須配

置文件系統(tǒng)，作為信息管理機(jī)構(gòu)。

★主要功能：文件存儲(chǔ)空間管理目錄管理

文件的存月又文件共享

文件保護(hù)

操作系統(tǒng)的功能

五、用戶(hù)接口

。命令接口

。不呈后^接口

。圖形接口

1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1整體式系統(tǒng)（無(wú)結(jié)構(gòu)os）

西碗蕩等凝戔義

結(jié)束后，由核心態(tài)切換為用戶(hù)態(tài)，控制返回到

用戶(hù)程序。

2.模塊化結(jié)構(gòu)

§基于“分解”和“模塊化”原則來(lái)

控制大型軟件，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,

3.分層式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

層次式系統(tǒng)是按照操作系統(tǒng)中模塊

的功能和相互依存關(guān)系把它們劃分

為若干個(gè)層次，除最底層模塊外，

任一層模塊都只能調(diào)用它的下層模

塊來(lái)得到服務(wù)，而不能調(diào)用其上層

模塊。

應(yīng)用程序應(yīng)用程序用戶(hù)態(tài)

系統(tǒng)服務(wù)核心態(tài)

I

文件系統(tǒng)

I

內(nèi)存和I/O設(shè)備管理

I/

處理器管文

硬件

現(xiàn)代操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

c/s工作方式

(1)當(dāng)客戶(hù)進(jìn)程需要請(qǐng)求某個(gè)服務(wù)時(shí)，有

客戶(hù)進(jìn)程向所需的服務(wù)器進(jìn)程發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求。

(2)運(yùn)行在核心態(tài)的操作系統(tǒng)內(nèi)核會(huì)把客

戶(hù)進(jìn)程的這一請(qǐng)求傳遞給相應(yīng)的服務(wù)器進(jìn)程。

(3)服務(wù)器進(jìn)程接到請(qǐng)求后進(jìn)行工作，工

作完成后再把結(jié)果經(jīng)內(nèi)核返回給客戶(hù)進(jìn)程。

現(xiàn)代操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

主要優(yōu)點(diǎn)

客戶(hù)/服務(wù)器系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有以下兩

個(gè)方面:

(1)提高了系統(tǒng)的可靠性。由于每個(gè)服

務(wù)器都以獨(dú)立的用戶(hù)態(tài)進(jìn)程方式運(yùn)行，

因此，當(dāng)單個(gè)服務(wù)器出現(xiàn)故障(或重新

啟動(dòng))時(shí)，不會(huì)引起操作系統(tǒng)其它部分

的崩潰O

(2)適合于分布式系統(tǒng)中的應(yīng)用。

現(xiàn)代操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

§微內(nèi)核結(jié)構(gòu)：

★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不同，它更

小更精煉，不僅運(yùn)行在核心態(tài)，而且開(kāi)機(jī)后常

駐內(nèi)存，它不會(huì)因內(nèi)存緊張而被換出內(nèi)存。

★把進(jìn)程管理、存儲(chǔ)器管理、進(jìn)程通信和基本調(diào)

度等本質(zhì)功能放入微內(nèi)核，其它的OS功能由運(yùn)

行在用戶(hù)態(tài)的進(jìn)程提供。

★分別開(kāi)發(fā)，獨(dú)立性增強(qiáng)，靈活性提高，簡(jiǎn)化了

OS的實(shí)現(xiàn)，適合于分布式應(yīng)用環(huán)境。

現(xiàn)代操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

★線(xiàn)程機(jī)制：

O一個(gè)進(jìn)程細(xì)分為幾個(gè)線(xiàn)程，將線(xiàn)程作為基本的

調(diào)度單位。

。便于開(kāi)發(fā)，線(xiàn)程間地址空間相同，減小開(kāi)銷(xiāo)。

★對(duì)稱(chēng)多處理器(SMP)機(jī)制：

。兩個(gè)以上的處理器執(zhí)行同樣的功能，共享資源。

。提高性能，提高