1、操作系統Operating System計算機教研室 2018年3月課程特點及要求q計算機操作系統課程特點是：計算機操作系統課程特點是：1）涉及較多硬件知識的系統軟件課程，在計算機）涉及較多硬件知識的系統軟件課程，在計算機軟硬件的體系結構上起到承上啟下的作用。軟硬件的體系結構上起到承上啟下的作用。2）概念多（進程，作業，文件）概念多（進程，作業，文件/文件系統，死鎖，文件系統，死鎖，中斷等）、原理性強、較抽象。中斷等）、原理性強、較抽象。課程介紹q操作系統課程的重要性操作系統課程的重要性/目的目的q1） 必修課必修課q2）基礎核心課程）基礎核心課程q3）計算機等級考試）計算機等級考試/升本升本

2、/考研考研/博考試科目博考試科目q4） 找工作面試筆試必考內容找工作面試筆試必考內容q有利于對計算機系統的理解和軟件開發。有利于對計算機系統的理解和軟件開發。課程介紹q操作系統在整個計算機系統中的重要性操作系統在整個計算機系統中的重要性 每當我們打開計算機，啟動成功后，首先映每當我們打開計算機，啟動成功后，首先映入眼簾的就是操作系統的界面。我們所做的一切入眼簾的就是操作系統的界面。我們所做的一切的工作都是在操作系統之上來完成的。可是誰也的工作都是在操作系統之上來完成的。可是誰也不會去想：為什么鼠標的拖拖曳曳就能完成對文不會去想：為什么鼠標的拖拖曳曳就能完成對文件、磁盤、各種軟硬件資源的管理；誰

3、也沒意識件、磁盤、各種軟硬件資源的管理；誰也沒意識到是因為到是因為有了操作系統的支撐，我么才那么有了操作系統的支撐，我么才那么方便方便的使用計算機的使用計算機。q操作系統這門課程并不是教你如何使用操作系統操作系統這門課程并不是教你如何使用操作系統的，而是的，而是講操作系統內部機制講操作系統內部機制的。的。 操作系統的目操作系統的目標是為用戶提供一個標是為用戶提供一個良好的界面良好的界面，方便用戶使用，方便用戶使用計算機，同時對內部各種軟硬件資源能夠進行有計算機，同時對內部各種軟硬件資源能夠進行有效地管理和分配，使整個系統能高效率得運行。效地管理和分配，使整個系統能高效率得運行。q操作系統的五大

4、功能：處理機管理、存儲管理、操作系統的五大功能：處理機管理、存儲管理、設備管理、文件管理、用戶接口。設備管理、文件管理、用戶接口。q每道程序在什么時候使用每道程序在什么時候使用CPU，這需要合理得分，這需要合理得分配協調才行。配協調才行。q如何存放才能井井有條，互不干擾，而且能充分如何存放才能井井有條，互不干擾，而且能充分合理的利用有限空間。合理的利用有限空間。 q使用打印機，只要單擊打印機按鈕即可將內容傳使用打印機，只要單擊打印機按鈕即可將內容傳到打印機進行后臺打印，輕松的調用外部設備。到打印機進行后臺打印，輕松的調用外部設備。q文件是放在那個道那個扇區上么？有時你不想讓文件是放在那個道那個

5、扇區上么？有時你不想讓自己的文件被外人看到，還可設置權限。自己的文件被外人看到，還可設置權限。 qWindows中開始菜單下里的運行，可執行命令。中開始菜單下里的運行，可執行命令。 用戶：我要打印這用戶：我要打印這份報告。份報告。裸機：聽不懂！裸機：聽不懂！打印機：沒反應！打印機：沒反應！我要打印這份報告。我要打印這份報告。用戶用戶接收用戶輸入的文檔內接收用戶輸入的文檔內容；驅動打印機；將文容；驅動打印機；將文檔放入緩沖；文檔送至檔放入緩沖；文檔送至打印機！打印機！安裝了操作系統的計算機安裝了操作系統的計算機工作！打印！工作！打印！打印機打印機課程定位q操作系統是計算機系統中的重要系統軟件，是

6、計操作系統是計算機系統中的重要系統軟件，是計算機科學與技術專業重要的專業課程。算機科學與技術專業重要的專業課程。q本課程的目的和任務是使學生全面地了解和掌握本課程的目的和任務是使學生全面地了解和掌握操作系統的目標、作用和模型，從資源管理的角操作系統的目標、作用和模型，從資源管理的角度領會操作系統的功能和實現過程。使學生受到度領會操作系統的功能和實現過程。使學生受到系統科學地分析問題和解決問題的訓練，提高運系統科學地分析問題和解決問題的訓練，提高運用理論知識解決實際問題的能力。用理論知識解決實際問題的能力。 q推薦參考書本：推薦參考書本：q書目：q計算機操作系統原理教程與實訓（第（第2版）版）q

7、作 者：周峰等編著q出 版 社：北京大學出版社課程考核q平時成績（平時成績（40%）+期末成績（期末成績（60%）q平時成績：課堂考勤平時成績：課堂考勤+課堂紀律（遲到、早退、課堂紀律（遲到、早退、 玩手機等違紀行為）玩手機等違紀行為）+實驗成績實驗成績q實驗成績：作業完成情況實驗成績：作業完成情況q期末考試：采用閉卷考試方式期末考試：采用閉卷考試方式12學習目標q理解操作系統的基本概念理解操作系統的基本概念q掌握操作系統的管理功能掌握操作系統的管理功能 q處理機管理處理機管理q存儲管理存儲管理q設備管理設備管理q文件管理文件管理q用戶接口用戶接口q如何學習操作系統如何學習操作系統qOS是什么

8、？是什么？qOS作什么？作什么？qOS如何做？如何做？ CPU控制器運算器計算機工作流程我是程序我是程序員。員。輸入輸入數據流數據流輸入設備：輸入數據，向輸入設備：輸入數據，向計算機發出指令計算機發出指令CPU：處理數據：處理數據輸出輸出輸輸出出輸出設備：輸出處輸出設備：輸出處理的結果理的結果其他設備：其他設備：支撐、連支撐、連接各個部接各個部件件內存條內存條硬盤硬盤第1章 計算機操作系統概論本章重點q了解操作系統的結構：了解操作系統的地位了解操作系統的結構：了解操作系統的地位q什么是操作系統什么是操作系統q現代操作系統的特征、功能、類型現代操作系統的特征、功能、類型q基本概念：批處理、多道程

9、序設計、作業、任務基本概念：批處理、多道程序設計、作業、任務、進程和線程、接口、虛擬存儲、文件。、進程和線程、接口、虛擬存儲、文件。q1.1 操作系統的形成與發展操作系統的形成與發展 q1.2 操作系統的基本概念操作系統的基本概念q1.3 操作系統的結構操作系統的結構q1.4 操作系統的硬件環境操作系統的硬件環境q1.5 當前主流操作系統簡介當前主流操作系統簡介q1.1.0 OS1.1.0 OS的形成與發展的形成與發展q 50年代中期，簡單批處理操作系統q 60年代中期：多道批處理操作系統q 80年代：個人計算機q 實時系統的出現 1.1操作系統的形成與發展q1.1.1 1.1.1 人工操作方

10、式人工操作方式q缺點：缺點：1 1）資源獨占）資源獨占 2 2）CPUCPU等待人工操作等待人工操作q矛盾：矛盾：CPUCPU與與I/OI/O設備之間速度不匹配設備之間速度不匹配1.1操作系統的形成與發展q19q運算速度：5000次/每秒, 18000個真空管, q占地182平方米，重量130噸，功耗140kW脫機輸入輸出過程脫機輸入輸出過程 輸入設備 輸出設備 外 圍 計 算 機 輸 入 磁 帶 輸 出 磁 帶 主 機 控制數據輸入輸出高速磁帶q 1.1.2 1.1.2 脫機輸入輸出技術脫機輸入輸出技術 為了解決人機矛盾和為了解決人機矛盾和cpu與與I/O設備之間速度不匹配的設備之間速度不匹

11、配的問題，出現了脫機輸入輸出方式。如圖所示。問題，出現了脫機輸入輸出方式。如圖所示。 q脫機輸入輸出方式脫機輸入輸出方式：程序和數據的輸入輸出都是：程序和數據的輸入輸出都是在外圍機的控制下完成的，脫離了主機的控制。在外圍機的控制下完成的，脫離了主機的控制。相反在主機的直接控制下進行輸入輸出的方式為相反在主機的直接控制下進行輸入輸出的方式為聯機輸入輸出方式。聯機輸入輸出方式。q優點：優點：1）減少了）減少了CPU的空閑時間。的空閑時間。 2）提高了）提高了I/O速度。速度。q不足：輸出的時候輸入空閑。不足：輸出的時候輸入空閑。q1.1.3 批處理技術批處理技術q 為了提高系統的利用率，在系統中開

12、始配備為了提高系統的利用率，在系統中開始配備監監督程序督程序，在它的控制下把由脫機輸入方式輸入到，在它的控制下把由脫機輸入方式輸入到高速磁帶的一批作業高速磁帶的一批作業一個個一個個裝入內存，并裝入內存，并一個個一個個執行，直到處理完畢。在此期間，建立了以監督執行，直到處理完畢。在此期間，建立了以監督程序來管理和控制其他程序的方式，形成了操作程序來管理和控制其他程序的方式，形成了操作系統的雛形。系統的雛形。q這種由監督程序控制的系統稱為這種由監督程序控制的系統稱為單道批處理系統單道批處理系統。q單道批處理系統的特點：單道批處理系統的特點： 單道批處理系統的內存中只有一道作業，可以成批處理作單道批

13、處理系統的內存中只有一道作業，可以成批處理作業。業。q 自動性自動性q 順序性順序性q 單道性單道性q 優點：作業自動轉換，提高優點：作業自動轉換，提高CPU的利用率的利用率q 缺點：還沒有真正形成對作業的控制和管理。作業獨占缺點：還沒有真正形成對作業的控制和管理。作業獨占CPU，CPU等待等待I/O使得使得CPU利用率低。利用率低。q24q卡片q早期批處理系統qIBM1401qIBM7094qIBM1401q輸入磁帶q磁帶機q卡片閱讀機q輸出磁帶q打印機Operating Systemq單道批處理系統的處理流程：單道批處理系統的處理流程：q1.1.4 1.1.4 多道程序設計技術多道程序設計

14、技術 過去，內存中只能存放過去，內存中只能存放一個用戶作業一個用戶作業在其中在其中運行。那么運行。那么CPUCPU等待傳輸數據的過程中，仍然因無等待傳輸數據的過程中，仍然因無工作可做而處于空閑狀態。工作可做而處于空閑狀態。 為了提高批處理技術中程序的并行執行能力為了提高批處理技術中程序的并行執行能力，提高資源的利用率，采用，提高資源的利用率，采用作業調度程序作業調度程序同時把同時把幾個作業幾個作業放入內存，并允許它們交替執行，即放入內存，并允許它們交替執行，即多多道程序設計技術道程序設計技術 。多道批處理系統特征（1）多道性）多道性 在內存中可同時駐留多道程序，并允許它們并發執行在內存中可同時

15、駐留多道程序，并允許它們并發執行，從而有效提高了資源的利用率和系統的吞吐量。，從而有效提高了資源的利用率和系統的吞吐量。 （2）無序性）無序性 多個作業完成的先后順序與他們進入內存的順序之間多個作業完成的先后順序與他們進入內存的順序之間無嚴格的對應關系。無嚴格的對應關系。（3）宏觀上并行、微觀上串行）宏觀上并行、微觀上串行 從宏觀上看同時存在于內存中的多道作業都處于運從宏觀上看同時存在于內存中的多道作業都處于運行狀態，它們先后開始了各自的運行，但又都未運行行狀態，它們先后開始了各自的運行，但又都未運行完畢，好像多道作業在并行運行。但從微觀上看，由完畢，好像多道作業在并行運行。但從微觀上看，由于

16、我們討論的是單于我們討論的是單CPUCPU系統，內存中的多道作業輪流系統，內存中的多道作業輪流、交替地使用、交替地使用CPUCPU系統，所以各作業仍是串行的。系統，所以各作業仍是串行的。舉例：舉例：P3 q圖1.5 單道程序工作過程示意q圖1.6 多道程序執行過程示意單道和多道批處理的比較單道和多道批處理的比較單道多道內存使用每次一個作業每次多個作業（充分利用內存）作業次序順序，先進先出無確定次序q設在內存中有三道程序A、B和C，并按A、B、C的優先次序執行。其內部計算和I/O操作的時間如下表所示：q操 作qAqBqCq計算q30q60q20qI/Oq40q30q40q計算q10q10q20q

17、 程 序作業作業要求： (1)試畫出按多道程序運行的時間關系圖(調度程序的執行時間忽略不計)。完成這三道程序共花多少時間？比單道程序運行節省多少時間？ (2)若處理調度程序每次進行程序狀態轉換的時間為1 ms，試畫出在處理機調度程序管理下各程序狀態轉換的時間關系圖。q程序程序AqI/Oq計算計算30秒秒qI/O40秒秒q計算計算60秒秒qtq單道作業運行情況單道作業運行情況q計算計算10秒秒q程序程序BqI/O30秒秒q計算計算10秒秒qq程序程序Cq程序程序A 80秒秒q程序程序B 100秒秒q程序程序C 80秒秒q總計總計260秒秒qI/Oq程序程序Aq程序程序Bq程序程序Cq三道作業運行

18、情況三道作業運行情況q啟動盤啟動盤q結束中斷結束中斷q計算計算30秒秒qI/O40秒秒q計算計算10秒秒q計算計算40秒秒q計算計算20秒秒qI/O30秒秒q計算計算20秒秒q計算計算10秒秒qI/O40秒秒q計算計算20秒秒 程序程序操作操作ABC計算計算306020I/O403040計算計算101020q總計總計190秒秒q調度程序的執行時間不計調度程序的執行時間不計q考慮調度程序的執行時間為考慮調度程序的執行時間為1ms1ms？q考慮有考慮有2 2個個I/OI/O通道？通道？304010603010204020t260 ms計算I/O3040t190 msAB40C通道102020301

19、04020(a)(b)3040t180 msAB40C通道110202030104020(c)通道23040t186 msAB40C通道110202030104020(d)通道2111111q 若采用多道方式運行(多個通道)這三道程序，其程序運行時間關系如圖1.3(c)所示，總運行時間為:30+40+10+20+20+40+20=180 ms，比單道可節省260180=80 ms。q(2) 若處理調度程序每次進行程序狀態轉換的時間為1 ms，其程序運行時間關系如圖1.3(d)所示，這三道程序的總運行時間為：30+1+40+1+10+1+20+1+20+1+40+1+20=186 ms。q操作系

20、統發展過程：操作系統發展過程：脫機輸入輸出技術脫機輸入輸出技術人工操作方式人工操作方式批處理技術批處理技術多道程序設計技術多道程序設計技術無操作系統時代多道性無序性宏觀上并行，微觀上串行內容回顧1.2 操作系統的基本概念完成輸入、存儲、處理、輸出功能的具體設備完成輸入、存儲、處理、輸出功能的具體設備控制硬件正確有效地完成各種功能控制硬件正確有效地完成各種功能q計算機系統的組成計算機系統的組成1.2.1 操作系統的定義q操作系統操作系統(Operating System，縮寫為，縮寫為OS)就是就是有效地管理計算機系統中的各種資源，合理地組有效地管理計算機系統中的各種資源，合理地組織計算機的工作

21、流程，以方便用戶使用的織計算機的工作流程，以方便用戶使用的一組軟一組軟件的集合。件的集合。我們可以從以下我們可以從以下3個方面來理解操作系統的概念。個方面來理解操作系統的概念。(1) 當程序在系統中運行時，需要操作系統對程序運當程序在系統中運行時，需要操作系統對程序運行所需要的行所需要的資源進行調度和分配資源進行調度和分配，以保證系統資，以保證系統資源的有效利用。源的有效利用。(2) 計算機系統內各個工作流程計算機系統內各個工作流程運行次序的協調運行次序的協調也是也是由操作系統來完成的。由操作系統來完成的。(3) 操作系統是一組軟件構成的集合，在計算機系統操作系統是一組軟件構成的集合，在計算機

22、系統中設置這組軟件的目的在于中設置這組軟件的目的在于方便用戶方便用戶，使計算機，使計算機系統變得更加易于用戶使用。系統變得更加易于用戶使用。我們也可以從以下我們也可以從以下3個方面來理解操作系統的概念個方面來理解操作系統的概念(1) 從用戶使用角度來看：從用戶使用角度來看： 既可以直接用命令控制既可以直接用命令控制，也可以通過系統編程調用。，也可以通過系統編程調用。(2) 從資源管理角度來看：操作系統提高系統資源利從資源管理角度來看：操作系統提高系統資源利用率。用率。(3) 從發展的角度來看：操作系統可以是一臺虛擬機從發展的角度來看：操作系統可以是一臺虛擬機，它是計算機硬件的首次擴充，又是擴展

23、。，它是計算機硬件的首次擴充，又是擴展。1.2.2 操作系統的地位q由此可見，操作系統是計算機硬件的基礎上對硬由此可見，操作系統是計算機硬件的基礎上對硬件進行的第一層擴充，它是計算機系統中最核心件進行的第一層擴充，它是計算機系統中最核心的系統軟件，其他系統軟件和應用軟件都是在操的系統軟件，其他系統軟件和應用軟件都是在操作系統的基礎上構建起來的。作系統的基礎上構建起來的。應用系統應用系統其他系統軟件其他系統軟件操作系統操作系統硬件硬件最終用戶最終用戶計算機系統抽象層次示意圖計算機系統抽象層次示意圖1.2.3 操作系統的特征操作系統的特征q1. 并發性并發性(Concurrence) q在操作系統

24、中，在操作系統中，并發是指多個事件在同一時間間并發是指多個事件在同一時間間隔內發生。隔內發生。對計算機而言，并發是指在一段時間對計算機而言，并發是指在一段時間內，多道程序內，多道程序“在宏觀上同時運行在宏觀上同時運行”。顯然，多。顯然，多道和并發是同一個事物的兩個方面，道和并發是同一個事物的兩個方面，正是由于多正是由于多道程序設計的實現才導致了多個程序的并發執行道程序設計的實現才導致了多個程序的并發執行。q并行并行是指在兩個或多個事件在是指在兩個或多個事件在同一時刻同一時刻發生。發生。q 2. 虛擬性虛擬性(Virtual) 虛擬是指把一個物理實體映射為多個邏輯意義上的實虛擬是指把一個物理實體

25、映射為多個邏輯意義上的實體。體。前者是客觀存在的，后者是虛構的，是一種感覺性的前者是客觀存在的，后者是虛構的，是一種感覺性的存在，即主觀上的一種假象。例如，在多道程序系統中，存在，即主觀上的一種假象。例如，在多道程序系統中，雖然只有一個雖然只有一個CPU，每次只能執行一道程序，但采用多道，每次只能執行一道程序，但采用多道程序技術后，在一段時間間隔內，宏觀上有多個程序在運程序技術后，在一段時間間隔內，宏觀上有多個程序在運行。在用戶看來，就好像有多個行。在用戶看來，就好像有多個CPU在各自運行自己的程在各自運行自己的程序。這種情況就是將一個物理的序。這種情況就是將一個物理的CPU虛擬為多個邏輯上的

26、虛擬為多個邏輯上的CPU。邏輯上的。邏輯上的CPU稱為虛擬處理機，類似的還有虛擬存稱為虛擬處理機，類似的還有虛擬存儲器和虛擬設備等。儲器和虛擬設備等。 q3. 共享性共享性(Sharing) 操作系統是多道程序的管理機構。它使操作系統是多道程序的管理機構。它使多個多個用戶作業共享有限的計算機系統資源用戶作業共享有限的計算機系統資源。由于資源。由于資源是共享的，就必然會導致如何在多個作業之間合是共享的，就必然會導致如何在多個作業之間合理地分配和使用資源，并且如何充分發揮計算機理地分配和使用資源，并且如何充分發揮計算機系統資源的利用效率的問題。從這個意義上講，系統資源的利用效率的問題。從這個意義上

27、講，操作系統就是一個計算機系統的資源管理程序。操作系統就是一個計算機系統的資源管理程序。 計算機系統的所有資源都是共享的，共享分為計算機系統的所有資源都是共享的，共享分為互互斥共享斥共享和和同時共享同時共享。q4. 不確定性不確定性(Nondeterministic) 所謂操作系統的不確定性，是指在操作系統所謂操作系統的不確定性，是指在操作系統控制下控制下多道作業的執行順序和每個作業的執行時多道作業的執行順序和每個作業的執行時間是不確定的間是不確定的。例如，有三個作業，兩次或多次。例如，有三個作業，兩次或多次運行的執行序列可能不相同，每一個作業占有計運行的執行序列可能不相同，每一個作業占有計算

28、機的時間也可能不相同。算機的時間也可能不相同。1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能本節簡單介紹操作系統的五個主要功能：本節簡單介紹操作系統的五個主要功能：1存儲管理（內存管理）存儲管理（內存管理）2處理機管理（進程管理）處理機管理（進程管理）3設備管理設備管理4文件管理文件管理5. 用戶接口用戶接口處理機管理處理機管理文件管理文件管理存儲管理存儲管理設備管理設備管理操作系統操作系統1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能存儲管理（內存管理）存儲管理（內存管理） 存儲管理，實際上就是內存存儲管理，實際上就是內存 管理，提高主存管理，提高主存的利用率。的利用率。 存儲管理應該具備以下功能：存儲

29、管理應該具備以下功能： 內存分配內存分配 內存保護內存保護 內存映射內存映射 內存擴充內存擴充1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能存儲管理（內存管理）存儲管理（內存管理）1 內存分配內存分配1.內存分配的任務內存分配的任務 內存分配的主要任務是為每道程序分配內存空間，使它們各得其內存分配的主要任務是為每道程序分配內存空間，使它們各得其所，提高存儲器的利用率，以減小不可用的內存空間，允許正在運行所，提高存儲器的利用率，以減小不可用的內存空間，允許正在運行的程序申請附加的內存空間，以適應和數據動態增長的需要。的程序申請附加的內存空間，以適應和數據動態增長的需要。 1.2.4 操作系統的功能操作

30、系統的功能存儲管理（內存管理）存儲管理（內存管理）1 內存分配內存分配2.內存分配的兩種方式內存分配的兩種方式（1） 靜態的分配方式靜態的分配方式（2） 動態的分配方式動態的分配方式1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能存儲管理（內存管理）存儲管理（內存管理）1 內存分配內存分配3.內存分配功能的實現內存分配功能的實現為了實現內存分配，需要以下的數據結構和功能。為了實現內存分配，需要以下的數據結構和功能。1） 內存分配數據結構：該結構記錄內存空間的使內存分配數據結構：該結構記錄內存空間的使用情況，作為內存分配的依據。用情況，作為內存分配的依據。2）內存分配功能）內存分配功能: 系統按照一定的

31、內存分配算法為系統按照一定的內存分配算法為用戶程序分配內存。用戶程序分配內存。3）內存回收功能：系統對用戶不再需要的內存，）內存回收功能：系統對用戶不再需要的內存，通過用戶的釋放請求，去完成系統的回收功能。通過用戶的釋放請求，去完成系統的回收功能。1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能存儲管理（內存管理）存儲管理（內存管理）二二. 內存保護內存保護1.內存保護的任務：內存保護的任務： 是確保每道用戶程序都在自己的內存空間中是確保每道用戶程序都在自己的內存空間中運行，互相不干擾。運行，互相不干擾。2.內存保護的實現：內存保護的實現： 設置兩個界限寄存器，分別存放正在執行程設置兩個界限寄存器，分

32、別存放正在執行程序的上界和下界，以便對程序進行越界檢查。序的上界和下界，以便對程序進行越界檢查。1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能存儲管理（內存管理）存儲管理（內存管理）三三. 地址映射地址映射1.相對地址與物理地址：相對地址與物理地址： 一個應用程序經編譯之后，通常會形成若干一個應用程序經編譯之后，通常會形成若干個目標程序，這些目標程序再經過鏈接而形成可個目標程序，這些目標程序再經過鏈接而形成可裝入程序。這些程序的地址都是從裝入程序。這些程序的地址都是從0開始，程序中開始，程序中的其他地址都是相對起始地址計算的；由這些地的其他地址都是相對起始地址計算的；由這些地址所形成的地址范圍稱為址

33、所形成的地址范圍稱為“地址空間地址空間”，其形成，其形成的地址稱為的地址稱為“邏輯地址邏輯地址”或者相對地址。此外，或者相對地址。此外，由內存中的一系列單元所限定的地址范圍稱為由內存中的一系列單元所限定的地址范圍稱為“內存空間內存空間”，其中的地址稱為，其中的地址稱為“物理地址物理地址”。1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能存儲管理（內存管理）存儲管理（內存管理）三三. 地址映射地址映射2.地址映射地址映射 ： 在多道程序環境下，在多道程序環境下，地址空間中的邏輯地址地址空間中的邏輯地址和內存中的物理地址是不可能一致的和內存中的物理地址是不可能一致的。因此，存。因此，存儲器管理必須提供地址

34、映射功能，以將地址空間儲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換為內存空間中與之對應的物理中的邏輯地址轉換為內存空間中與之對應的物理地址。地址映射應在硬件的支持下完成。地址。地址映射應在硬件的支持下完成。1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能存儲管理（內存管理）存儲管理（內存管理）三三. 內存擴充內存擴充1.內存擴充內存擴充 ： 內存擴充的任務是借助于虛擬存儲技內存擴充的任務是借助于虛擬存儲技術，從邏輯上擴充內存容量，使得系統能夠提供術，從邏輯上擴充內存容量，使得系統能夠提供比物理內存大的容量。比物理內存大的容量。2. 為了從邏輯上擴充內存，系統必須具有內存擴充為了從邏輯上擴

35、充內存，系統必須具有內存擴充機制，以實現下述功能：機制，以實現下述功能： 請求調入功能請求調入功能 置換功能置換功能1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能處理機管理（進程管理）處理機管理（進程管理） 處理機管理的主要任務，是對處理機進行分處理機管理的主要任務，是對處理機進行分配，并對其運行進行有效的控制和管理。配，并對其運行進行有效的控制和管理。一一. 進程控制：進程控制： 創建進程，撤銷進程創建進程，撤銷進程二二. 進程同步：進程同步： 1. 共享資源的進程以互斥的方式訪問臨界資源。共享資源的進程以互斥的方式訪問臨界資源。 2. 相互合作的進程之間能以正確的順序相互推進。相互合作的進程之間

36、能以正確的順序相互推進。三三. 進程通信進程通信四四. 進程調度進程調度 進程調度進程調度- 分配處理機分配處理機1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能設備管理功能設備管理功能 設備管理主要完成用戶的設備管理主要完成用戶的I/O請求，為用戶分請求，為用戶分配配I/O設備設備.為了完成這些任務，設備管理應該具為了完成這些任務，設備管理應該具備以下功能。備以下功能。一一. 緩沖管理緩沖管理： 管理各種緩沖區管理各種緩沖區二二. 設備分配設備分配：分配用戶：分配用戶I/O所需要的設備所需要的設備三三.設備處理設備處理：由設備驅動程序來實現：由設備驅動程序來實現CPU與設備控與設備控制器之間的通信。

37、制器之間的通信。四四. 設備獨立性和虛擬設備設備獨立性和虛擬設備。1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能文件管理功能文件管理功能 文件管理實際上就是使用戶對文件進行按名字存文件管理實際上就是使用戶對文件進行按名字存取。取。 一一. 文件存儲空間管理：分配存儲空間，回收存儲文件存儲空間管理：分配存儲空間，回收存儲空間。空間。 二二. 目錄管理：為每個文件建立目錄項（包括文件目錄管理：為每個文件建立目錄項（包括文件名，文件屬性，文件在磁盤上的物理位置等信息名，文件屬性，文件在磁盤上的物理位置等信息），并對眾多目錄項進行有效組織。），并對眾多目錄項進行有效組織。 三三.文件讀寫管理。文件讀寫管理。

38、 四四. 文件存取控制。文件存取控制。1.2.4 操作系統的功能操作系統的功能用戶接口用戶接口 OS為用戶提供相應的接口，通過這些接口達到為用戶提供相應的接口，通過這些接口達到方便用戶使用計算機的目的。方便用戶使用計算機的目的。 一一. 命令接口命令接口 二二. 程序接口程序接口 三三. 圖形接口圖形接口1.2.5 操作系統的基本類型操作系統的基本類型q1. 1. 批處理系統批處理系統 批處理系統也稱為作業流處理系統，主要用在批處理系統也稱為作業流處理系統，主要用在科學計算的大中型機科學計算的大中型機上。它的特點是采用脫機技上。它的特點是采用脫機技術將眾多的作業送入計算機系統，然后由批處理術將

39、眾多的作業送入計算機系統，然后由批處理系統按批選擇作業進行處理。在作業處理的過程系統按批選擇作業進行處理。在作業處理的過程中不需要用戶的控制和干預，它所追求的目標是中不需要用戶的控制和干預，它所追求的目標是系統吞吐量大系統吞吐量大，作業周轉時間短，資源使用效率，作業周轉時間短，資源使用效率高等。批處理系統可以分為單道批處理、多道批高等。批處理系統可以分為單道批處理、多道批處理。處理。 1.2.5 操作系統的基本類型操作系統的基本類型q1. 1. 批處理系統批處理系統 1).1).單道批處理操作系統：單道批處理操作系統： 單道批處理操作系統是早期的計算機系統中配置的一種操作系統類型. a.作業依

40、照在外存中排定的順序依次進入系統，不需要作業調度和進程調度。 b. 內存中僅有一道作業在運行 c.作業完成次序依賴于進入系統的次序，即按順序進行。 1.2.5 操作系統的基本類型操作系統的基本類型q1. 1. 批處理系統批處理系統 1).1).多道批處理操作系統：多道批處理操作系統： 多道批處理操作系統是結合多道程序設計技術的批處理系統具有如下特征。 a.作業進入系統并執行需要經過二次調度，即作業調度和進程調度 b.內存中可同時駐留多道作業，這些作業的運行，在宏觀上并行，微觀上串行。 c.作業完成次序與進入系統的次序無關。2.2.分時系統分時系統1 1）分時系統的產生：）分時系統的產生：q 人

41、機交互q 共享主機q 便于用戶上機主機主機終終端端多個用戶分享同一臺計算機計算機的CPU時間被劃分為時間片，時間片輪流分配給多個用戶，使每個用戶的感覺如同自己獨占計算機q2 2）分時系統實現中的關鍵問題）分時系統實現中的關鍵問題q及時接收及時接收：及時接收用戶的命令或數據，解：及時接收用戶的命令或數據，解決辦法是配置多路卡。決辦法是配置多路卡。q及時處理及時處理：及時處理用戶命令，應該使所有：及時處理用戶命令，應該使所有的用戶作業都直接進入內存；在很短的時間的用戶作業都直接進入內存；在很短的時間內使每個作業都運行一次。內使每個作業都運行一次。q3 3）分時系統的特點）分時系統的特點q同時性同時

42、性：若干用戶同時操作，共同使用系統：若干用戶同時操作，共同使用系統同一資源同一資源q獨立性獨立性：用戶在各自的終端上工作互不干擾：用戶在各自的終端上工作互不干擾q及時性及時性：用戶的請求能得到及時響應：用戶的請求能得到及時響應q交互性交互性：系統以對話方式為各個終端用戶服：系統以對話方式為各個終端用戶服務務q3. 3. 實時系統實時系統 實時系統一般總是以專用系統的身份出現，實時系統一般總是以專用系統的身份出現，可分為實時控制系統和實時信息處理系統兩種可分為實時控制系統和實時信息處理系統兩種類型。類型。 a. a.實時控制系統實時控制系統如：火炮的自動控制系統、飛機的自動駕駛系統如：火炮的自動

43、控制系統、飛機的自動駕駛系統，以及導彈的制導系統等，以及導彈的制導系統等 b.b.實時信息處理系統實時信息處理系統 如：如：飛機訂票系統及情報檢索系統等：飛機訂票系統及情報檢索系統等 q4. 4. 網絡操作系統網絡操作系統 簡單地說，網絡操作系統就是在計算機網絡環境簡單地說，網絡操作系統就是在計算機網絡環境下具有網絡功能的操作系統。下具有網絡功能的操作系統。q5. 5. 分布式操作系統分布式操作系統 分布式計算機系統分布式計算機系統( (簡稱分布式系統簡稱分布式系統) )是由多臺計是由多臺計算機組成的系統。算機組成的系統。 無序模塊式：無序模塊式： 早期的OS大多采用無序模塊結構，結構復雜。無

44、序模塊結構的操作系統,模塊之間可以直接相互調用,其內部的運行是并行的. 1.3操作系統的結構q分層次結構分層次結構 這種結構法將操作系統的模塊分成多個層次，各層次之間是單向依賴關系。單向依賴關系是只允許上層模塊調用下層模塊，不能反向調用。操作系統分層結構圖 q客戶客戶/服務器模型服務器模型 采用客戶服務器模型構造的操作系統的基本思想是把操作系統劃分為若干進程，其中每個進程實現單獨的一套服務 功能 。例如文件服務、進程服務、處理機調度服務及存儲服務等。每一個服務對應一個服務器，每個服務器都運行在用戶態，并執行一個循環，在執行循環過程中不斷檢查是否有客戶請求該服務器提供的某種服務。客戶/服務器操作系統q客戶客戶/服務器模型服務器模型在這種模型中，內核只執行很少的任務，稱為微核或微內核。采用客戶 服務器模型的好處有如下幾點。1）簡化操作系統核心。可以把很多功能作為獨立的服務器進程移出