操作系統(tǒng)課件

自我介紹

■蔡利平

■電子由F件：clping徐swim,cn

■電話/p>

課程形式

課堂教學(xué)、習(xí)題課

課后作業(yè)

上機(jī)實(shí)驗(yàn)

3

1、總課時(shí)68+實(shí)驗(yàn)課時(shí)20（12T6周）

2、考核：期末閉卷70%,平時(shí)成績30%

平時(shí)成績：考勤

平時(shí)作業(yè)

實(shí)驗(yàn)

3、問題：課堂、課后、電子郵件

為什么學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)

?設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)或者修改現(xiàn)有的系統(tǒng)

存在人們意識(shí)不到的大量〃操作系統(tǒng)“

嵌入式系統(tǒng)(EmbeddedOS)

?加深對使用的OS的理解,有利于深入編程

用戶為了開發(fā)應(yīng)用程序必須與操作系統(tǒng)打交道

?編程時(shí)借鑒操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和算法

操作系統(tǒng)中所用的許多概念和技巧可以推廣應(yīng)用到

其他領(lǐng)域

?選擇購買操作系統(tǒng)

?我們并不總使用Win95/NT/2000/XP

5

參考書

?《4.4BSD操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》

MarshallKirkMcKusick：Keith

Bostic;MichcelJ.Karels;JohnS.Quarterman

?:?《操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》

AndrewS.Tanenbaum

6

第

A-章

弓

一操作系統(tǒng)引論

筍

章

/T-

弓

二進(jìn)程管理

筍

章

A-三

弓處理機(jī)調(diào)度與死鎖

筍

章

/T-四

弓存儲(chǔ)器管理

等

章

A-五

弓設(shè)備管理

筍

章

/T-六

弓文件管理

第

章

七

A-

弓操作系統(tǒng)接口

士

一

一

一

7

?

?

窈

箍第一章操作系統(tǒng)引論

§0

舲主要內(nèi)容

。操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用

。操作系統(tǒng)的發(fā)展過程

。操作系統(tǒng)的基本特征

?OS(OperatingSystems)的主要功能

OS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

8

?

?

窈

箍1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用和模型

§0

舲

?:?操作系統(tǒng)概念（P9）

■一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件

資源、合理地對各類作業(yè)進(jìn)行調(diào)度

以及方便用戶的程序集合。

9

?

?

窈

箍1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)

§01.方便性

舲

■計(jì)算機(jī)只能識(shí)別0、I；用戶熟悉的是各種語言。

2.有效性

■使計(jì)算機(jī)的各類資源在系統(tǒng)的管理下得到更有效的利

用，提高系統(tǒng)吞吐量。

3.可擴(kuò)充性

■便于修改和增加功能（如何設(shè)計(jì)？）。

10

?

?

窈

箍1.1.2操作系統(tǒng)的作用(1)

§0作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口

舲

系統(tǒng)設(shè)計(jì)者

V)

操作系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)硬件

圖1—1OS作為接口的層狀示意圖

?

?

窈

箍操作系統(tǒng)的作用⑵

§0

舲

?:?作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者

?處理機(jī)管理：分配和控制處理機(jī)

?存儲(chǔ)器管理：分配及回收內(nèi)存

?I/O(Input/Output)設(shè)備管理：I/O分配與操作

?文件管理：文件存取、共享和保護(hù)

跟蹤資源的使用狀況，滿足資源請求,提高資源利

用率，以及協(xié)調(diào)各程序和用戶對資源的使用沖突.

?:?作為擴(kuò)充機(jī)器

?把覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)或虛擬機(jī)。

?分層擴(kuò)充的特點(diǎn)。

12

?

?

窈

箍1.1.3操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?/p>

§0

舲

?：?不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率的需要

?如批處理系統(tǒng)的出現(xiàn)

方便用戶

?如分時(shí)交互式系統(tǒng)的出現(xiàn)

器件的不斷更新?lián)Q代

?8位―16—32—64—...

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展：

?單機(jī)os—多機(jī)OS—網(wǎng)絡(luò)OS—...

13

1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程

如同任何其他事物一樣，操作系

統(tǒng)也有它的誕生、成長和發(fā)展過程。

為了更清楚地把握操作系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)，

了解操作系統(tǒng)的發(fā)展是很有必要的，

因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)的許多概念都是在操作

系統(tǒng)的發(fā)展過程中出現(xiàn)并逐步得到發(fā)

展和成熟的。

14

1.2.1無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

在第一代計(jì)算機(jī)時(shí)期，構(gòu)成計(jì)算機(jī)的主要器件是電子

■計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度慢，沒有操作系統(tǒng)。用戶直接用機(jī)器

語言編制程序，并在上機(jī)時(shí)獨(dú)占全部計(jì)算機(jī)資源，用戶既

是程序員，又是操作員

?

穿乳

許多機(jī)時(shí)被操

作員在機(jī)房里走來走

去的過程浪費(fèi)了。

搖作員

科算機(jī)宦

t1

卡片盒15

?

?

窈

箍

§0

舲

1.2.1無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

?：?人工操作方式（40年代末-50年代初）

。脫機(jī)I/。方式（50年代中-50年代末圖L2）

16

人工操作方式

操作過程

穿孔-〉紙帶（卡片）裝上輸入機(jī)一〉程序和數(shù)據(jù)送入

計(jì)算機(jī)

-〉控制臺(tái)開關(guān)啟動(dòng)程序運(yùn)行-〉計(jì)算-〉輸出結(jié)果-〉取

走紙帶。

運(yùn)行時(shí)間工作業(yè)時(shí)間+操作時(shí)間

17

?

?

窈

箍人工操作方式

§0o特點(diǎn)：

舲?*機(jī)運(yùn)行速度慢，沒有操作系統(tǒng)

用戶直接用機(jī)器語言編制程序

并在上機(jī)時(shí)獨(dú)占全部計(jì)算機(jī)資源，

?用戶既是程序員，又是操作員

。缺點(diǎn)：

?用戶獨(dú)占資源

?CPU等待人?操作（人工干預(yù)較多、浪費(fèi)處理機(jī)時(shí)間，極易

出錯(cuò)）

?計(jì)算時(shí)間拉長

。例子:

計(jì)算機(jī)速度計(jì)算時(shí)間作業(yè)建立和人工干預(yù)手工占的比例

?每秒1萬次運(yùn)行1個(gè)小時(shí)花了3分鐘5%

每秒10萬次運(yùn)行6分鐘花了3分鐘50%

每秒100萬次運(yùn)行36秒花了3分鐘83%

?

?

窈

箍人工操作方式

§0

舲

?:?改進(jìn)的兩個(gè)重點(diǎn)：

?縮短手工操作和人工干預(yù)時(shí)間（人機(jī)矛盾）

?CPU和I/O速度不匹配，矛盾越來越突出。

19

?

?

窈

箍

§0

舲

?:?人工操作方式

?:?脫機(jī)I/O方式（50年代中-50年代末

圖L2）

?引入I/。機(jī)的概念，解決前者的缺點(diǎn)。

?特點(diǎn)是減少了CPU的空閑時(shí)間且提高I/O

速度。

20

遇

?

窈

跳

§舲0

21

?

?

窈

箍1.2.2單道批處理系統(tǒng)

§0

舲

處理過程（圖L3）

監(jiān)督程序（monitor）

概念：系統(tǒng)對作業(yè)的處理都是成批進(jìn)行的、

且內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，稱為單道

批處理系統(tǒng)（simplebatchsystem）o

批處理系統(tǒng)的引入是為了提高系統(tǒng)資源的

利用率和吞吐量

概念：運(yùn)行控制權(quán)

?特征

自動(dòng)性、順序性、單道性

22

遇

?

窈

圖1

繞±a

臺(tái)

女

開

§舲0

23

?

?

窈

箍

§0

舲

在早期的單道批處理系統(tǒng)中，內(nèi)

存中僅有單個(gè)作業(yè)在運(yùn)行，致使

系統(tǒng)中仍有許多資源空閑，設(shè)備

利用率低，系統(tǒng)性能較差。

24

?

?

窈

箍

§0

舲。例子：

計(jì)算某個(gè)數(shù)據(jù)處理問題，要求從輸

入機(jī)（速度為6400字符/秒）輸入500

個(gè)字符，經(jīng)處理（費(fèi)時(shí)52毫秒）后，將

結(jié)果（假定為2000個(gè)字符）存到磁帶上

（磁帶機(jī)速度為10萬字符/秒），然后,

再讀500個(gè)字符處理，直至所有的輸入

數(shù)據(jù)全部處理完畢。

25

遇

?

窈

皖

創(chuàng)

單道算題運(yùn)行時(shí)處理器的使用效率

26

?

?

窈

箍

§0

舲

。處理器的利用率為：

52/（78十52十20）?35%

。分析上面的例子，可以看出效率

不高的原因，當(dāng)輸入機(jī)輸入500個(gè)字

符后，處理器只花了52毫秒就處理完

了，而這時(shí)第二批輸入數(shù)據(jù)還要再等

98毫秒時(shí)間才能輸入完畢，在此期間

CPU一直空閑著。

27

?

?

窈

箍

§0

舲。這個(gè)例子說明單道程序工作時(shí)，計(jì)算機(jī)系

統(tǒng)的各部件的利用率沒有得到充分發(fā)揮。

。為了提高效率，考慮讓計(jì)算機(jī)同時(shí)接受兩

道算題，當(dāng)?shù)谝坏莱绦蛟诘却鈬O(shè)備的

時(shí)候，讓第二道程序運(yùn)行,以降低CPU空

閑等待時(shí)間，那么，處理器的利用率顯然

可以有所提高。

28

1.2.3多道批處理系統(tǒng)

。60年代計(jì)算機(jī)硬件獲得了兩個(gè)重大進(jìn)展

通道技術(shù)和中斷技術(shù)

通道是可以與CPU并行操作，是一種專用部

件，免責(zé)外部設(shè)備與內(nèi)存之間信息的傳輸。

中斷指主機(jī)接到外界的信號(hào)時(shí)立即終止原

來的工作，轉(zhuǎn)去處理這一外來事件，處理

完后，主機(jī)又回到原來工作點(diǎn)繼續(xù)工作。

29

?

?

窈

箍1.2.3多道批處理系統(tǒng)

§0

舲基本概念

?多道：系統(tǒng)中同時(shí)駐留多個(gè)作業(yè)

?多道引入的優(yōu)點(diǎn)：

■提高CPU利用率（圖L4）

■提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率

■提高了系統(tǒng)吞吐量

。特征

?多道性、無序性、調(diào)度性：作業(yè)調(diào)度、進(jìn)程

調(diào)度

。缺點(diǎn)

?平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長、無交互能力

30

?

?

窈

箍

。例如，計(jì)算機(jī)在接受上述算題時(shí)還接受了另一

§舲0

道算題：從另一臺(tái)磁帶機(jī)上輸入2000個(gè)字符，

經(jīng)42毫秒的處理后，從行式打印機(jī)（速度為

1350行/分）上輸出兩行。

78130150228280300378130（50

輸Ml

處理器

遨帶機(jī)

磁帶機(jī)

?IJ印機(jī)

圖1-4兩道克題運(yùn)行時(shí)處理器的使用效率

31

?

?

窈

箍

§舲0

?:?不難算出，此時(shí)處理器的利用率為:

(52+42)/150x63%

32

?

?

窈

箍多道批處理系統(tǒng)（2）

§0

舲

需解決的問題

■處理機(jī)管理問題

■內(nèi)存管理問題

?I/O管理問題

■文件管理問題

■作業(yè)管理問題

33

?

?

窈

箍圖1-4

§舲0

I/O中斷請求I/O中斷請求

-1

1

用戶程序1?

1

1

1

1

I/O完成1

；啟動(dòng)I/OI/O完成(；啟動(dòng)I/O

1寤策市斷

監(jiān)督程序1

1;結(jié)束中斷；

1

1

1

1

:;1

1

1

1

1

1；

I/O操作i__________1

t1t2t3t4t5t6t7t8

(a)單道程序運(yùn)行情況

34

?

?

窈

箍圖1—4

§0I/O請求I/O完成

舲程序AA完成

I/O請求I/O完成

程序B

I/O請求I/O完成C再運(yùn)行

程序c

I/O請求

程序D

調(diào)度程序

(b)四道程序運(yùn)行情況

表示獲得

CPU35

?

?

窈

箍

§0

舲

?:?仍需要進(jìn)行的改進(jìn)：

?在批處理系統(tǒng)中，用戶不能干預(yù)自己

程序的運(yùn)行，無法得知程序運(yùn)行情況,

對程序和排錯(cuò)不利。

?單用戶

36

?

?

窈

箍1.2.4分時(shí)系統(tǒng)

§0

舲?：?分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生

?概念：由于中斷技術(shù)的使用，一臺(tái)主機(jī)上可以連接

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，各個(gè)用戶都可通過自己的終端

以交互方式使用計(jì)算機(jī)。

。分時(shí)技術(shù)

?這種系統(tǒng)是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上掛若干臺(tái)聯(lián)機(jī)終端，用

戶通過自己的終端與計(jì)算機(jī)對話來控制、調(diào)試、干

預(yù)他的程序。而系統(tǒng)則是將處理機(jī)的時(shí)間劃分為小

的時(shí)間間隔（又稱時(shí)間片），輪流地為每個(gè)終端上

的作業(yè)服務(wù)，使每個(gè)用戶都感覺好象自己在使用計(jì)

防算機(jī)。系統(tǒng)則是將處理機(jī)的時(shí)間劃分為小的時(shí)間間

念隔（又稱時(shí)間片），輪流地為每個(gè)終端上的作業(yè)服

務(wù)，使每個(gè)用戶都感覺好象自己在使用計(jì)算機(jī)

37

?

?

窈

箍

§舲0

。日常生活例子：律師

38

分時(shí)系統(tǒng)（2）

分時(shí)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)中的關(guān)

鍵問題

及時(shí)接收：多終端卡、

輸入緩沖區(qū)

及時(shí)處理：交互作業(yè)應(yīng)

在內(nèi)存、響應(yīng)時(shí)間應(yīng)短

39

遇

?

窈

跳分時(shí)系統(tǒng)（3）

§舲0

分時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法

?交互式作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存

?以分配時(shí)間片方式實(shí)現(xiàn)

?類型：

■單道分時(shí)系統(tǒng)

■具有前、后臺(tái)的分時(shí)系統(tǒng)

■僅當(dāng)前臺(tái)無作業(yè)或在調(diào)進(jìn)、出時(shí),

才運(yùn)行后臺(tái)批處理作業(yè)。

'"多道分時(shí)系統(tǒng)

1■不需要調(diào)入、出開銷。

40

?

?

窈

箍分時(shí)系統(tǒng)(4)

§舲0

?：?分時(shí)系統(tǒng)的特征

?多路性、獨(dú)立性、及時(shí)

性、交互性

41

?:?分時(shí)操作系統(tǒng)與多道批處理操作系統(tǒng)的

區(qū)別

分時(shí)操作系統(tǒng)和批處理操作系統(tǒng)都基于多道程序

I設(shè)計(jì)技術(shù)，但存在下列區(qū)別：

?目標(biāo)不同：批處理（提高系、統(tǒng)資源利用率和作

業(yè)吞吐率）、分時(shí)（多個(gè)用戶快速響應(yīng)）

?適應(yīng)作業(yè)的性質(zhì)不同：批處理（適應(yīng)已經(jīng)調(diào)試

好的大型作業(yè)）、分時(shí)（正在調(diào)試的小作業(yè)）

?資源使用率不同：批處理（合理安排不同負(fù)載

的作業(yè)，使資源利用率較佳）、分時(shí)（終端用戶

使用相同程序時(shí)，調(diào)用開銷較?。?。

?作業(yè)控制方式不同：批處理（用戶通過JCL語句

書寫作業(yè)控制流，預(yù)先提交，脫機(jī)工作）、分時(shí)

（用戶鍵盤輸入，交互方式，聯(lián)機(jī)作業(yè)）一

42

?

?

窈

箍

§0

舲

。多道批處理程序=〉充分利用系統(tǒng)資源

（CPU、內(nèi)存、外設(shè)）

?:?分時(shí)系統(tǒng)=〉為用戶提供與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

直接交互的能力，允許許多用戶共享

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

43

?

?

窈

箍1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)

§0

舲務(wù)早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是用于科學(xué)與工程的數(shù)值

計(jì)算

?：?到了60年代初，計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用到生產(chǎn)過程

控制、工業(yè)控制、防空系統(tǒng)、信息處理等，

在這些應(yīng)用中不但要解決計(jì)算問題，還要求

在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成計(jì)算，即實(shí)時(shí)處理，在

實(shí)時(shí)處理中一個(gè)核心問題就是響應(yīng)時(shí)間問題。

引入：應(yīng)用需求（要求及時(shí)處理的場合）

■實(shí)時(shí)控制，工業(yè)過程控制，防空系統(tǒng)等

■實(shí)時(shí)信息處理，情報(bào)檢索和查詢，飛機(jī)訂票系

統(tǒng)，銀行信用卡系統(tǒng).座？】

44

?

?

窈

箍實(shí)時(shí)系統(tǒng)

§0

舲響應(yīng)時(shí)間

指用戶發(fā)出命令，到系統(tǒng)完成用戶命令所需的時(shí)間

?批處理操作系統(tǒng)：沒有

?分時(shí)操作系統(tǒng)：秒級(jí)（一般）

?實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：微秒級(jí)甚至更?。ń?jīng)典說法）

系統(tǒng)滿足用戶時(shí)限（deadline）要

求（現(xiàn)代）

45

?

?

窈

箍實(shí)時(shí)系統(tǒng)

§0

舲O實(shí)時(shí)任務(wù)類型

?按任務(wù)執(zhí)行是否呈現(xiàn)周期性

來劃分

■周期性的（聯(lián)系周期）；

■非周期性的（聯(lián)系開始或

完成截止時(shí)間）

?根據(jù)對截止時(shí)間的要求來劃

分

'硬實(shí)時(shí)任務(wù)

?軟實(shí)時(shí)任務(wù)

46

實(shí)時(shí)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)、分時(shí)的比較

多路性相同

獨(dú)立性相同

及時(shí)性實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求更高

交互性分時(shí)系統(tǒng)交互性更強(qiáng)

可靠性實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求更高

47

?

?

窈1.2.6網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

箍(NetworkOperatingSystem,NOS)

§0

1籬網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)定義

。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以定義為一些互連的自主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

的集合，所謂自主計(jì)算機(jī)是指計(jì)算機(jī)具有獨(dú)立處理能力,

而互連則表示計(jì)算機(jī)之間能夠?qū)崿F(xiàn)通信和相互合作。

。按網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍大小可把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分成廣域

網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)和局域網(wǎng)LAN(Lacal

AreaNetwork)兩類。

。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)定義為：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是使網(wǎng)絡(luò)上各計(jì)算

機(jī)能方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信、有效地共享網(wǎng)絡(luò)資源，為網(wǎng)

絡(luò)用戶提供所需各種服務(wù)的軟件和有關(guān)規(guī)程的集合。

48

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)⑵

2.網(wǎng)絡(luò)OS功能：

?高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信

?對網(wǎng)絡(luò)中共享資源（在LAN中有硬盤、打印機(jī)等）有

效的管理

?提供電子郵件、文件傳輸、共享硬盤、打印機(jī)等服

務(wù)

?網(wǎng)絡(luò)安全管理

?提供互操作能力

49

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)⑶

3.網(wǎng)絡(luò)OS的模式

⑤客戶/服務(wù)器C/S(Client/Server)模式

客戶/服務(wù)器的模式是流行的網(wǎng)絡(luò)工作模式，該

種模式網(wǎng)絡(luò)可分為以下二大類：

?服務(wù)器:它是網(wǎng)絡(luò)的控制中心，其任務(wù)是向客戶提

供一種或多種服務(wù)，服務(wù)器可有多種類型，如提供

文件/打印服務(wù)的文件服務(wù)器等。

?客戶：這是用于本地處理和訪問服務(wù)器的站點(diǎn)，在

客戶中包含了本地處理軟件和訪問服務(wù)器上服務(wù)程

序的軟件接口。

50

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(4)

①對等模式(peer-to-peer)

采用這種模式的操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)站

點(diǎn)是對等的。它既可作為客戶去訪問其它站

點(diǎn)，又可作為服務(wù)器向其它站點(diǎn)提供服務(wù)，

在網(wǎng)絡(luò)中既無服務(wù)處理中心，也無控制中心，

或者說，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)和控制功能分布在各個(gè)

站點(diǎn)上?？梢娫撃Ｊ骄哂蟹植继幚砑胺植伎?/p>

制的特征。

51

1.2.7分布式操作系統(tǒng)

1.分布式操作系統(tǒng)定義

分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是為分散處理、協(xié)同完

成任務(wù)而將多個(gè)分散的計(jì)算機(jī)經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連

接而成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，分布式操作系統(tǒng)是在

它上配置的操作系統(tǒng)。分布式操作系統(tǒng)是能

直接對系統(tǒng)中各類資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配和管理，

有效控制和協(xié)調(diào)諸任務(wù)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。

52

?

?

窈分布式操作系統(tǒng)(2)

箍2.分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的區(qū)別

§0網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是服務(wù)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的

舲歌盛容完成網(wǎng)絡(luò)的通信、資源共享、網(wǎng)絡(luò)管理和安全管理

“嚼第些獨(dú)作系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之上，對用戶屏蔽

了系統(tǒng)資源的分布而形成的一個(gè)邏輯整體系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。

?:?分布性

處理上的分布性是分布式操作系統(tǒng)的最基本特征。網(wǎng)絡(luò)雖

有分布處理的功能，但網(wǎng)絡(luò)的控制功能，則大多集中在某個(gè)主

機(jī)或服務(wù)器上，它的控制方式集中的，分布式系統(tǒng)的處理分布

是資源、功能、任務(wù)和控制都是分布的。

。透明性

分布操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、

信息傳輸協(xié)調(diào)工作，并為用戶提供一個(gè)統(tǒng)一的界面，標(biāo)準(zhǔn)的接

□,用戶通過這一界面實(shí)現(xiàn)所需要的操作和使用系統(tǒng)資源。分

布式OS通常很好地隱藏系統(tǒng)內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，如對象的物理位

置、并發(fā)控制、系統(tǒng)故障等對用戶都是透明的。_

分布式操作系統(tǒng)(3)

卜統(tǒng)一性

I分布式系統(tǒng)要求一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

操作的統(tǒng)一性，而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般是在各自操作系統(tǒng)

基礎(chǔ)上加上負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)訪問功能模塊，網(wǎng)絡(luò)各系統(tǒng)操

作不一致。

?:?健壯性

由于分布式系統(tǒng)的處理和控制功能是分布的，設(shè)

備出現(xiàn)故障時(shí)，可通過容錯(cuò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，從

而仍保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因而系統(tǒng)具有鍵壯性，

即具有較好的可用性和可靠性。而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)其控制

功能大多集中在主機(jī)和服務(wù)器中，使系統(tǒng)具有潛在

的不可靠性。

54

1.3操作系統(tǒng)的基本特征

。并發(fā)

?并行是指兩或多個(gè)事件在同一時(shí)

刻發(fā)生。

?并發(fā)是兩或多個(gè)事件在同一時(shí)間

間隔內(nèi)發(fā)生。

?進(jìn)程：系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為

資源分配的基本單位。引入線程

后，獨(dú)立運(yùn)行的單位變?yōu)榫€程。

55

?

?

窈

箍操作系統(tǒng)的基本特征(2)

§0

舲。共享

?系統(tǒng)中資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行

的進(jìn)程共同使用

?互斥共享：一段時(shí)間只允許一個(gè)進(jìn)程

訪問該資源

?同時(shí)訪問：微觀上仍是互斥的

56

操作系統(tǒng)的基本特征（3）

虛擬

?通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)

邏輯上的對應(yīng)物。若n是某一物理設(shè)備所對

應(yīng)的虛擬的邏輯設(shè)備數(shù)，則虛擬設(shè)備的速

度必然是物理設(shè)備速度的1/n。

?:.CPU-每個(gè)用戶（進(jìn)程）的，噓處理機(jī)”

存儲(chǔ)器-每個(gè)進(jìn)程都占有的地址空間（指

令+數(shù)據(jù)+堆棧）

顯示設(shè)備-多窗口或虛擬終端

57

操作系統(tǒng)的基本特征⑷

卜異步

?運(yùn)行進(jìn)度不可預(yù)知。分時(shí)系統(tǒng)中,多個(gè)進(jìn)

程并發(fā)執(zhí)行:'走走停停"，無法預(yù)知每個(gè)進(jìn)

程的運(yùn)行推進(jìn)快慢難以重現(xiàn)系統(tǒng)在某個(gè)時(shí)

刻的狀態(tài)（包括重現(xiàn)運(yùn)行中的錯(cuò)誤）

?操作系統(tǒng)必須隨時(shí)對以不可預(yù)測的次序發(fā)

生的事件進(jìn)行響應(yīng).如何考慮周密,設(shè)計(jì)適

當(dāng)

?性能保證:實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)相似，但通

過資源預(yù)留以保證性能

58

1.4操作系統(tǒng)的主要功能

實(shí)現(xiàn)資源共享

提高資源利用率

?:?操作系統(tǒng)的主要功能：

?CPU（進(jìn)程）管理

?存儲(chǔ)管理

?文件管理

?設(shè)備管理

59

OS的主要功能(1)

?:4.1處理機(jī)管理功能

?多道環(huán)境下，處理機(jī)的運(yùn)行及分配

都是以進(jìn)程為單位，因此處理機(jī)管

理可歸結(jié)為進(jìn)程管理。

?一、進(jìn)程控制

?創(chuàng)建/撤消進(jìn)程

?遷移進(jìn)程狀態(tài)

般由進(jìn)程控制原語完成

60

OS的主要功能⑵

?:?二、進(jìn)程同步

?為使多個(gè)進(jìn)程有條不紊地運(yùn)行，應(yīng)

建立同步機(jī)制。

?包括進(jìn)程互斥/同步，次序協(xié)4qjo

61

OS的主要功能（3）

?:?三、進(jìn)程通信

?源于進(jìn)程合作，如：輸入進(jìn)程、計(jì)算

進(jìn)程、打印進(jìn)程相互間有信息傳遞

?類型：

?直接通信：進(jìn)程A發(fā)message,進(jìn)程B

收message

?間接通信：

?進(jìn)程A發(fā)!nessage到中間實(shí)體（如

mailbox）,進(jìn)程B從中間實(shí)體收

message

62

OS的主要功能（4）

?:?四、調(diào)度（作業(yè)與進(jìn)程）

?作業(yè)調(diào)度：

■為作業(yè)分配必要資源，調(diào)入內(nèi)存建

立進(jìn)程，并使之進(jìn)入就緒隊(duì)列。

?進(jìn)程調(diào)度：

■從就緒隊(duì)列中選出進(jìn)程，分配CPU,

使之運(yùn)行。

?調(diào)度算法：

?FCFS、優(yōu)先權(quán)等

OS的主要功能(5)

?1.4.2存儲(chǔ)管理

?目的：方便用戶使用，且提高存

貯器利用率

?:?一、內(nèi)存分配

?靜態(tài)分配:

?動(dòng)態(tài)分配：作業(yè)在內(nèi)存中可移動(dòng)

?為此，需內(nèi)存分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及氣

內(nèi)存分配和回收功能

64

?

?

窈os的主要功能⑹

箍

§0

舲?:?二、內(nèi)存保護(hù)

?例：設(shè)置上、下界寄存器，每條指令

進(jìn)行越界檢查（一般是硬件實(shí)現(xiàn)）

?:?三、地址映射

?地址范圍地址

?邏輯空間邏輯地址（相對地址）

?物理空間物理地址（絕對地址）

65

OS的主要功能⑺

?:?四、內(nèi)存擴(kuò)充

?利用虛存技術(shù)，從邏輯上

擴(kuò)充內(nèi)存容量

?系統(tǒng)應(yīng)有：請求調(diào)入/置換

功能以支持虛存技術(shù)

66

OS的主要功能（8）

[1.4.3設(shè)備管理功能

?任務(wù)：提高I/O利用率和速度，方便用戶

?一、緩沖管理

?緩沖區(qū)：用來解決CPU-I/O矛盾,如：CPU

1快則應(yīng)多創(chuàng)建緩沖區(qū)。

?二、設(shè)備分配

?包括：設(shè)備，設(shè)備控制器，I/O通道的分配

和回收

67

?

?

窈

皖os的主要功能⑼

卯

舲>1.4.3設(shè)備管理功能

?三、設(shè)備處理

?指控制設(shè)備進(jìn)行實(shí)際的操作，包括讀、寫等以

及向CPU發(fā)中斷。

?設(shè)備處理/驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)能根據(jù)用戶的I/。請求，

自動(dòng)地構(gòu)成通道程序。

?四、設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備

■獨(dú)立性，即program與設(shè)備無關(guān)性，使program

易于重定向，增加了可移植性。

■虛擬設(shè)備

68

OS的主要功能(10)

?1.4.4文件管理的功能

?任務(wù)：方便用戶，提供安全性

?一、文件存貯空間的管理

?例：creatfile:文件系統(tǒng)根據(jù)文件長度

自動(dòng)分配連續(xù)或離散的扇區(qū)，并提供“一

句柄”表示該文件。

?二、目錄管理

?使用戶按名存取，提高速度。

一二三、乂件阻讀、寫管理和存取控制(保護(hù))

.I69

os的主要功能（H）.

；L4.5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

?一、命令接口

■由一組“命令”集組成，分為聯(lián)機(jī)和脫機(jī)用

戶接口

?L聯(lián)機(jī)用戶接口

■由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序所組

成

■2.脫機(jī)（批處理用戶接口）

■用JCL寫作業(yè)說明書

70

OS的主要功能（12）

。二、程序接口

?系統(tǒng)調(diào)用

?高級(jí)語言的庫函數(shù)

?:?三、圖形接口

?如win的copy文件，采用

“拖”來完成，生動(dòng)，不需記

憶

71

?

?

窈

箍1.5OS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

§舲0

?:?無結(jié)構(gòu)

?:?模塊式

?:?層次式

。微內(nèi)核

72

操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況(1)

操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出以下特征：

一■是復(fù)雜程度局，

二是生成周期長，

三是正確性難保證。

例如，IBMOS/360、Windows2000

73

?

?

窈

箍軟件工程的基本概念

§0

舲

?:?軟件工程：運(yùn)用系統(tǒng)、規(guī)

范和可定量的方法開發(fā)、

運(yùn)行和維護(hù)軟件。

74

1.5.2傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

01.無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)

?一組過程集，各過程可相互調(diào)

用，也叫整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

75

功能10

?:?缺點(diǎn)：邏輯復(fù)雜，維護(hù)困難.

?由于OS日趨龐大，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，錯(cuò)

誤增加以至不可避免

?其次由于OS存在并發(fā)性，進(jìn)程間執(zhí)行

序列數(shù)量巨大，推進(jìn)序列不確定性，

程序錯(cuò)誤的某種表現(xiàn)形式不重復(fù)出現(xiàn),

可能使人誤解為一次偶然性機(jī)器的故

障。這給OS調(diào)試帶來了困難。

?為了使OS高可靠、高效能、可理解和

可修改，操作系統(tǒng)必須采用結(jié)構(gòu)程序

設(shè)計(jì)方法。

77

2模塊化操作系統(tǒng)

設(shè)計(jì)思想

?:?這是早期使用的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

“模塊接口”,一是“模塊化”，二是

“接口”O(jiān)將一個(gè)大型軟件系統(tǒng)通過分解

按功能劃分成若干相對獨(dú)立的模塊，并規(guī)

定好模塊之間的接口，使模塊之間的聯(lián)系

盡可能少。然后對模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)

試，最后將模塊按規(guī)定的接口連接起來，

形成完整的、模塊化的操作系統(tǒng)。

78

遇

?

窈

跳

操作系統(tǒng)

§舲0

文件管理

進(jìn)程調(diào)度

進(jìn)程控制

磁盤管理目錄管理

內(nèi)存分配內(nèi)存保護(hù)

79

模塊接口法

?:?優(yōu)點(diǎn)：

?提高了OS設(shè)計(jì)的可維護(hù)性

?增強(qiáng)的OS的可適應(yīng)性

?加速了OS的開發(fā)過程：并行開發(fā)模塊

?:?缺點(diǎn)：

?接口不易確定

?模塊依賴關(guān)系可能復(fù)雜（對于大型軟件而言）

80

?

?

窈

箍

§舲0

?:?為了克服模塊接口法的缺點(diǎn)，人們又進(jìn)

一步提出了有序分層法。

81

傳統(tǒng)