1、計算機操作系統(tǒng)計算機科學(xué)與工程學(xué)院計算機科學(xué)與工程學(xué)院劉杰彥劉杰彥聯(lián)系方式聯(lián)系方式劉杰彥email: 辦公室：主樓B1-203（右） 課時構(gòu)成課時構(gòu)成v 課堂講授課堂講授 時間：周一時間：周一3.4節(jié)，周三節(jié)，周三5.6節(jié)節(jié) 地點：地點：B412v 上機實驗上機實驗 兩次，時間、地點待定兩次，時間、地點待定v 課程設(shè)計課程設(shè)計 自由組隊，課外完成自由組隊，課外完成6488課堂講授上機實驗課程設(shè)計成績構(gòu)成成績構(gòu)成1060101010期中考試期末考試上機實驗課程設(shè)計平時成績教材及參考資料教材及參考資料v教材教材 劉劉乃乃琦琦, 蒲曉蓉蒲曉蓉. 操作系統(tǒng)原理、設(shè)計及應(yīng)用操作系統(tǒng)原理、設(shè)計及應(yīng)用v參考

2、資料參考資料 湯湯小小丹丹, 梁紅兵等梁紅兵等. 操作系統(tǒng)原理操作系統(tǒng)原理(3rd) William Stallings. 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)精髓與設(shè)計原理精髓與設(shè)計原理 (7th) Online resources 教學(xué)理念教學(xué)理念 注重基本理論知識 重視操作系統(tǒng)實踐透徹講解理解中記憶靈活運用projects實驗增強實踐課堂紀律課堂紀律OpenButFree 不要影響其他同學(xué) 手機關(guān)閉或設(shè)為震動 不要隨意交談 不要任意走動 討論討論v你覺得操作系統(tǒng)是什么？你覺得操作系統(tǒng)是什么？v你知道哪些操作系統(tǒng)？你知道哪些操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)大觀園操作系統(tǒng)大觀園操作系統(tǒng)大觀園操作系統(tǒng)大觀園操作系統(tǒng)大觀園操作系

3、統(tǒng)大觀園操作系統(tǒng)大觀園操作系統(tǒng)大觀園為什么要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)為什么要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)v學(xué)科基礎(chǔ)學(xué)科基礎(chǔ)v要想編寫出要想編寫出適合操作系統(tǒng)的大型的或底層的程序適合操作系統(tǒng)的大型的或底層的程序，一定要，一定要熟知操作系統(tǒng)熟知操作系統(tǒng)v操作系統(tǒng)的操作系統(tǒng)的設(shè)計思想設(shè)計思想應(yīng)用在很多領(lǐng)域應(yīng)用在很多領(lǐng)域v知其然，知其所以然知其然，知其所以然程序到底如何在計算機運行程序到底如何在計算機運行？vFor fun課程主要內(nèi)容課程主要內(nèi)容概論1234進程管理存儲管理設(shè)備管理文件管理5第1章 概論計算機科學(xué)與工程學(xué)院計算機科學(xué)與工程學(xué)院劉杰彥劉杰彥目錄目錄操作系統(tǒng)的概念1.11.21.31.4操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)的主要功

4、能操作系統(tǒng)的基本特征1.51.6操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主流操作系統(tǒng)簡介1.1 操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的概念v操作系統(tǒng)是裸機上的第一層軟件，它是對硬件系統(tǒng)功能的首次擴充，用以填補人與機器之間的鴻溝。計算機計算機用戶用戶操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)1.1.1 操作系統(tǒng)與計算機同在操作系統(tǒng)與計算機同在v操作系統(tǒng)的操作系統(tǒng)的任務(wù)任務(wù)：為用戶程序提供一個更好、更簡單、：為用戶程序提供一個更好、更簡單、更清晰的計算機模型，并管理所有硬件設(shè)備。更清晰的計算機模型，并管理所有硬件設(shè)備。 操作系統(tǒng)所處的位置操作系統(tǒng)所處的位置計算機硬件操作系統(tǒng)(Windows/Mac)系統(tǒng)程序應(yīng)用程序用戶程序員OS設(shè)計者1.1.1 操作系統(tǒng)與計

5、算機同在操作系統(tǒng)與計算機同在v操作系統(tǒng)的方便性 使計算機更易于使用有效性 以更有效的方式使用系統(tǒng)資源可擴展性 可開發(fā)，測試和引進新的系統(tǒng)功能開放性 應(yīng)用程序的可移植和互操作1.1.2 對操作系統(tǒng)的認識對操作系統(tǒng)的認識操作系統(tǒng)用戶觀點虛擬機用戶環(huán)境設(shè)計者觀點資源管理作業(yè)管理1.1.2 對操作系統(tǒng)的認識對操作系統(tǒng)的認識v從用戶角度用戶角度觀察操作系統(tǒng) 虛擬機（擴展機器）的觀點操作系統(tǒng)應(yīng)隱藏隱藏復(fù)雜的、困難的、丑陋的、特殊的硬件細節(jié)操作系統(tǒng)應(yīng)向應(yīng)用程序提供一種簡單的、高度抽象抽象的處理虛擬機的擴充擴充包括功能和數(shù)量上的擴充 用戶環(huán)境的觀點操作系統(tǒng)是用戶與計算機系統(tǒng)進行交互的界面界面 1.1.2 對操

6、作系統(tǒng)的認識對操作系統(tǒng)的認識v從系統(tǒng)設(shè)計者角度系統(tǒng)設(shè)計者角度觀察操作系統(tǒng) 資源管理的觀點硬件資源（CPU等）+軟件資源軟件資源（程序等）資源存在競爭使用競爭使用操作系統(tǒng)需要對資源進行監(jiān)控監(jiān)控、分配分配、回收回收和保護保護，以使資源得到充分合理的利用。 作業(yè)（任務(wù)）組織的觀點用戶請求以作業(yè)作業(yè)或任務(wù)任務(wù)的方式提交給系統(tǒng)操作系統(tǒng)是工作流程的組織者組織者，協(xié)調(diào)各個任務(wù)的推進速度。1.1.3 操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)的定義vAn operating system (OS) is a set of programs that manage computer hardware resources and p

7、rovide common services for application software. wikipediav操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地對各類作業(yè)進行調(diào)度，以及方便用戶源，合理地對各類作業(yè)進行調(diào)度，以及方便用戶使用的使用的程序的集合程序的集合。1.2 操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)發(fā)展的推動力提高資源利用率硬件的更新?lián)Q代計算機體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展新的用戶需求軟件開發(fā)技術(shù)的發(fā)展1.2 操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)發(fā)展的推動力操作系統(tǒng)發(fā)展的推動力v提高資源利用率提高資源利用率操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)最初發(fā)展的推動力最初發(fā)展

8、的推動力 1946年2月14日，世界上第一臺現(xiàn)代電子計算機ENIAC 誕生于美國賓夕法尼亞大學(xué)。ENIAC使用17468個真空管、7200個晶體二極管、1500個繼電器、10000個電容器，總體積約70立方米立方米，重達27噸噸，占地170平方米平方米，運算速度為每秒5000次加法或400次乘法。耗電150千瓦，傳言，每當這臺計算機啟動的時候，費城的燈都變暗了。 v硬件的更新?lián)Q代硬件的更新?lián)Q代摩爾定律摩爾定律: 1. 集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔1818個月個月就翻一番。2. 微處理器的性能每隔18個月提高一倍。 1.2 操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)發(fā)展的推動力操作系統(tǒng)發(fā)展的

9、推動力 計算機體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展 新的用戶需求 軟件開發(fā)技術(shù)的發(fā)展單處理機多處理機字符界面菜單界面圖形界面觸摸屏模塊化層次化微內(nèi)核1.2 操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)發(fā)展的推動力操作系統(tǒng)發(fā)展的推動力1.2 操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)的歷史 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)1.2.1 無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng) 人工操作方式 輸入輸出介質(zhì)：紙帶 缺點用戶獨占全機CPU等待人工操作高速的CPUCPU與低速的I/OI/O設(shè)備速度不匹配人機矛盾人機矛盾1.2.1 無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng) 脫機輸入/輸出方式 輸入

10、輸出介質(zhì)：紙帶、磁帶 外圍機 程序和數(shù)據(jù)的輸入和輸出在外圍機外圍機的控制下完成1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng) 監(jiān)督程序（Monitor） 對一批一批作業(yè)進行自動自動處理 內(nèi)存中只能存放一道一道作業(yè) 處理過程1.2.2 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng) 特征 自動性 順序性 單道性 優(yōu)點 減少人工操作，解決了作業(yè)的自動自動接續(xù) 缺點 無交互交互能力 內(nèi)存中只存放一道作業(yè)，多個作業(yè)無法同時執(zhí)行 高速的CPUCPU與低速的I/OI/O設(shè)備速度仍不匹配1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng) 概念 內(nèi)存中同時存放多個多個作業(yè) 多個作業(yè)可并發(fā)并發(fā)執(zhí)行 作業(yè)調(diào)度程序作業(yè)調(diào)度程序負責(zé)作業(yè)的調(diào)度 特征

11、多道性 調(diào)度性作業(yè)調(diào)度（外存調(diào)入內(nèi)存）進程調(diào)度（內(nèi)存中選擇） 無序性多道程序設(shè)計多道程序設(shè)計1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng) 多道程序設(shè)計技術(shù)示例 設(shè)內(nèi)存中有三道程序設(shè)內(nèi)存中有三道程序A、B和和C，它們按，它們按A、B、C的優(yōu)的優(yōu)先次序執(zhí)行。它們的計算和先次序執(zhí)行。它們的計算和I/O操作時間如下表所示。操作時間如下表所示。 假設(shè)三道程序使用相同的設(shè)備進行I/O操作，即程序以串行方式使用設(shè)備，試畫出單道運行和多道運行的時間關(guān)系圖（調(diào)度程序的執(zhí)行時間忽略不計）。在兩種情況下，完成這三道程序各要花多少時間？ABC計算30ms60ms20msI/O40ms30ms40ms計算10ms10ms2

12、0ms1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng) 單道運行的甘特圖 ABC計算30ms60ms20msI/O40ms30ms40ms計算10ms10ms20ms時間( ms)I/O計算活動列表AAABBBCCC03070 80140170200240 2601.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng) 多道運行的甘特圖 ABC計算30ms60ms20msI/O40ms30ms40ms計算10ms10ms20ms時間( ms)I/O計算活動列表AAABBBCC03070 80100130170 190BC1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng) 優(yōu)點 資源利用率高 系統(tǒng)吞吐量大 系統(tǒng)吞吐量系統(tǒng)吞吐量：

13、系統(tǒng)在單位時間內(nèi)所完成的總工作量 缺點 無交互能力 作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間長 作業(yè)周轉(zhuǎn)時間作業(yè)周轉(zhuǎn)時間：作業(yè)進入系統(tǒng)至完成退出所經(jīng)歷的時間1.2.3 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng) 多道作業(yè)并發(fā)執(zhí)行，需要解決的基本問題 內(nèi)存管理 處理機管理 作業(yè)管理 I/O設(shè)備管理 文件管理操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地對各類作業(yè)進行調(diào)度，以及方便用戶使用的程序的集合程序的集合。操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)的定義1.2.4 分時系統(tǒng)分時系統(tǒng) 產(chǎn)生原因 人機交互 共享主機 方便上機 概念 在一臺主機上連接有多個多個帶顯示器和鍵盤的終端終端，同同時時允許多個多個用戶通過自己的終端以交互交互方式使用計算機。

14、 關(guān)鍵問題 解決人機交互，及時及時響應(yīng)用戶的終端命令 分時技術(shù)（時間片）1.2.4 分時系統(tǒng)分時系統(tǒng) 特征 多路性多路性 多個用戶分時使用一臺計算機 獨立性獨立性 獨立運行，不混淆，不破壞 及時及時性性 系統(tǒng)能在很短的時間應(yīng)答 交互性交互性 能實現(xiàn)人機對話1.2.5 實時系統(tǒng)實時系統(tǒng) 概念 系統(tǒng)能夠及時及時（即時即時）響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定規(guī)定的時間內(nèi)的時間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運行。 應(yīng)用領(lǐng)域 航空航天 軍事 工業(yè)控制實時控制系統(tǒng)實時信息系統(tǒng)1.2.5 實時系統(tǒng)實時系統(tǒng)v特征特征 多路多路性性 采集多路信息，對多個對象進行控制；為多個終端服務(wù) 獨立性獨立性 獨

15、立運行，不混淆，不破壞 交互性交互性 僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序 可靠性可靠性 高可靠性，應(yīng)具有過載防護能力 及時性及時性 控制對象必須在截止時間內(nèi)完成1.2 操作系統(tǒng)的歷史操作系統(tǒng)的歷史v討論：現(xiàn)代操作系統(tǒng)是哪種系統(tǒng)？討論：現(xiàn)代操作系統(tǒng)是哪種系統(tǒng)？v現(xiàn)代操作系統(tǒng)包含了順序、批處理、多道、分時、現(xiàn)代操作系統(tǒng)包含了順序、批處理、多道、分時、實時等功能，被稱為通用操作系統(tǒng)實時等功能，被稱為通用操作系統(tǒng)1.3 操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的主要功能處理機管理存儲器管理設(shè)備管理文件管理用戶接口 1.3.1 處理機管理處理機管理按照一定的算法把處理機分配給進程（線程），并對其進行有效的管理和控

16、制。進程：進程：一個正在計算機上執(zhí)行的程序?qū)嵗芊峙浣o處理器并由處理器執(zhí)行的實體。控制Controlling調(diào)度Scheduling同步Synchronization通信Communication進程管理1.3.1 處理機管理處理機管理 進程控制 進程控制的主要功能是為作業(yè)創(chuàng)建進程、撤消已結(jié)束的進程，以及控制進程在運行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。創(chuàng)建撤銷狀態(tài)轉(zhuǎn)換1.3.1 處理機管理處理機管理 進程同步 進程同步的主要任務(wù)是為多個進程的運行進行協(xié)調(diào)。 進程同步的兩種協(xié)調(diào)方式 進程互斥方式，這是指諸進程（線程）在對臨界資源進行訪問時，應(yīng)采用互斥方式； 進程同步方式，指進程相互合作去完成共同的任務(wù)時，諸進

17、程之間的協(xié)調(diào)互斥方式同步方式1.3.1 處理機管理處理機管理 進程通信指進程之間的信息交換。 進程通信方式 機器內(nèi) 機器間1.3.1 處理機管理處理機管理 進程調(diào)度 操作系統(tǒng)內(nèi)的進程運行需經(jīng)調(diào)度才能執(zhí)行完成，即把CPU分配給哪個進程使之運行。誰可以開始運行；誰需要立即等待；誰需要插隊加塞；誰需要強制關(guān)閉 1.3.2 存儲器管理存儲器管理 為多道程序的運行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲器，提高存儲器的利用率以及能從邏輯上擴充內(nèi)存。 分配Allocation保護Protection映射Mapping擴展Extension內(nèi)存管理1.3.2 存儲器管理存儲器管理 內(nèi)存分配 為每個作業(yè)分配內(nèi)存空間

18、內(nèi)存分配方式 靜態(tài)分配方式，每個作業(yè)運行之前分配好內(nèi)存空間，在作業(yè)的整個運行期間不再改變。 動態(tài)分配方式中，每個作業(yè)在運行前或運行中，均可申請新的附加內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動態(tài)增長。內(nèi)存內(nèi)存分配分配內(nèi)存內(nèi)存回收回收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)1.3.2 存儲器管理存儲器管理 內(nèi)存保護 確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運行，彼此互不干擾。 內(nèi)存保護的實現(xiàn)方式 設(shè)置兩個界限寄存器，越界檢查都由硬件實現(xiàn)。1.3.2 存儲器管理存儲器管理 內(nèi)存映射 地址空間地址空間 目標程序編譯鏈接后形成的地址范圍，稱為“地址空間”。地址是從0開始，程序中的其他地址都是相對地址，也稱為邏輯地址。 內(nèi)存空間內(nèi)存空間由內(nèi)

19、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”。 地址映射地址映射運行時，將地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間中與之對應(yīng)的物理地址，稱為地址映射 。1.3.2 存儲器管理存儲器管理 內(nèi)存擴充 借助于虛擬存儲技術(shù)從邏輯上去擴充內(nèi)存容量，使用戶所感覺到的內(nèi)存容量比實際內(nèi)存容量大得多間。 擴充內(nèi)存必須具有內(nèi)存擴充機制 請求調(diào)入功能請求調(diào)入功能。在程序運行過程中，若所需的程序和數(shù)據(jù)尚未裝入內(nèi)存，可由OS從磁盤中將所需部分調(diào)入內(nèi)存，繼續(xù)運行。 置換功能置換功能。將內(nèi)存中的一部分暫時不用的程序和數(shù)據(jù)調(diào)出到磁盤上，然后再將所需調(diào)入的部分裝入內(nèi)存。1.3.3 設(shè)備管理設(shè)備管理 完

20、成用戶進程提出的I/O請求；為用戶進程分配其所需的IO設(shè)備；提高CPU和IO設(shè)備的利用率；提高IO速度；方便用戶使用IO設(shè)備。 緩沖Buffering分配Allocation驅(qū)動Driving1.3.3 設(shè)備管理設(shè)備管理 緩沖 有效地緩和CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾 ，提高CPU的利用率。 對于不同的系統(tǒng)，可以采用不同的緩沖區(qū)機制。 常見的緩沖機制有：單緩沖、雙緩沖、緩沖池1.3.3 設(shè)備管理設(shè)備管理 設(shè)備分配 設(shè)備分配的基本任務(wù)，是根據(jù)用戶進程的IO請求，按照某種設(shè)備分配策略，為之分配其所需的設(shè)備。 為了實現(xiàn)設(shè)備分配，系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置設(shè)備控制表、控制器控制表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記錄設(shè)備及控制器

21、的標識符和狀態(tài)，以供進行設(shè)備分配時參考。 不同的設(shè)備類型（獨占、共享）而采用不同的設(shè)備分配方式。1.3.3 設(shè)備管理設(shè)備管理 設(shè)備處理 設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動程序。 設(shè)備處理其基本任務(wù)：是用于實現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信，即由CPU向設(shè)備控制器發(fā)出IO命令，要求它完成指定的IO操作；反之由CPU接收從控制器發(fā)來的中斷請求，并給予迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。 處理過程 ：檢查請求的合法性設(shè)備空閑否？向控制器發(fā)I/O命令啟動I/O執(zhí)行。1.3.4 文件管理文件管理 是對用戶文件和系統(tǒng)文件進行管理，以方便用戶使用，并保證文件的安全性。 存儲Storage組織Organization讀寫Opera

22、tion安全Security文件管理1.3.4 文件管理文件管理 存儲 對諸多文件及文件的存儲空間，實施統(tǒng)一的管理。基于某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對存儲空間進行分配和回收的功能。12131415161724252627282930313233343578910116012345FILE11819202122231.3.4 文件管理文件管理 組織 為每個文件建立目錄目錄項，并對眾多的目錄項加以有效的組織與管理，以實現(xiàn)按名存取等功能。 文件讀/寫管理 根據(jù)用戶的請求，從外存中讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入外存。 文件保護 防止未經(jīng)核準的用戶存取文件 防止以不正確的方式使用文件1.3.5 用戶接口用戶接口 提供友好的用戶接

23、口以方便用戶使用。 圖形用戶接口命令接口程序接口（系統(tǒng)調(diào)用）系統(tǒng)調(diào)用是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務(wù)的系統(tǒng)調(diào)用是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務(wù)的唯一唯一途徑途徑1.3.5 用戶接口用戶接口 圖形用戶接口(GUI, Graphic User Interface ) 采用圖形化的操作界面，用非常容易識別的各種圖標（icon）來將系統(tǒng)的各項功能、各種應(yīng)用程序和文件，直觀、逼真地表示出來。用戶可用鼠標或通過菜單和對話框，來完成對應(yīng)用程序和文件的操作 。1.3.5 用戶接口用戶接口 命令接口 用戶可通過該接口向作業(yè)發(fā)出命令以控制作業(yè)的運行。 命令接口分類 聯(lián)機用戶接口聯(lián)機用戶接口：這是為聯(lián)機用戶提供的，它由一組鍵盤

24、操作命令及命令解釋程序所組成。 脫機用戶接口脫機用戶接口：該接口為批處理作業(yè)提供。 用戶用JCL把需要對作業(yè)進行的控制和干預(yù)，事先寫在作業(yè)說明書上； 將作業(yè)連同作業(yè)說明書一起提供給系統(tǒng)； 系統(tǒng)調(diào)度到該作業(yè)運行時，再調(diào)用命令解釋程序，對作業(yè)說明書上的命令，逐條地解釋執(zhí)行。1.3.5 用戶接口用戶接口 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)的唯一唯一途徑。 它是由一組系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用組成，每一個系統(tǒng)調(diào)用都是一個能完成特定功能特定功能的子程序，每當應(yīng)用程序要求OS提供某種服務(wù)（功能）時，便調(diào)用具有相應(yīng)功能的系統(tǒng)調(diào)用。 不同的系統(tǒng)其調(diào)用形式不同形式不同。1

25、.4 操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的基本特征共享sharing不確定性non-determinism虛擬virtualization并發(fā)concurrency1.4.1 并發(fā)性并發(fā)性 并發(fā)：兩個或多個事件在同一時間間隔間隔內(nèi)發(fā)生 并行：兩個或多個事件在同一時刻時刻發(fā)生 程序：靜態(tài)實體，無法并發(fā)執(zhí)行 進程：動態(tài)實體，可并發(fā)執(zhí)行 單處理機系統(tǒng)：進程可并發(fā)執(zhí)行，無法并行執(zhí)行 多處理機系統(tǒng)：進程既可并發(fā)執(zhí)行，又可并行執(zhí)行 操作系統(tǒng)中引入進程，實現(xiàn)了計算進程和I/O進程的并發(fā)，提高資源利用率。1.4.1 并發(fā)性并發(fā)性思考題 I 進程與進程； II 處理機與設(shè)備； III 處理機與通道； IV 設(shè)備與設(shè)備。

26、在單處理機系統(tǒng)中，可并行的是（）。 A A I、II和III B B I、II和IV C C I、III和IV D D II、III和IV 1.4.2 共享共享 概念 系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的進程共同共同使用。 共享資源類型 臨界資源：在一段時間一段時間內(nèi)，只允許一個進程訪問 非臨界資源：在一段時間一段時間內(nèi)，允許多個進程訪問 共享方式 互斥共享方式 對臨界資源的訪問，如打印機 同時訪問方式 對非臨界資源的訪問，如磁盤1.4.3 虛擬性虛擬性 虛擬 通過某種技術(shù)把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯邏輯上的對應(yīng)物。 實現(xiàn)方式 時分復(fù)用技術(shù) 虛擬處理機 虛擬設(shè)備，如打印機 空分復(fù)用技術(shù) 虛擬磁

27、盤 虛擬內(nèi)存1.4.3 異步性異步性 不確定性（異步性） 在多道程序環(huán)境下，程序執(zhí)行過程執(zhí)行過程的不確定性- 何時執(zhí)行- 執(zhí)行順序- 完成運行所需時間 通常而言，操作系統(tǒng)的不確定性是指程序執(zhí)行過程異步性，而非程序執(zhí)行結(jié)果的不確定性。 1.5 操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng)是一個大型系統(tǒng)軟件 四代變革無結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu)分層式結(jié)構(gòu)微內(nèi)核結(jié)構(gòu)1.5.1 無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng) 存在于早期開發(fā)的操作系統(tǒng) 開發(fā)的側(cè)重點 功能的實現(xiàn) 效率的提高 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 過程的集合 過程之間相互調(diào)用 缺點 難以調(diào)試與維護 擴展性很差整體式系統(tǒng)整體式系統(tǒng)1.5.2 模塊化結(jié)構(gòu)模塊化結(jié)構(gòu) 模塊化結(jié)構(gòu) 按功

28、能劃分成若干個模塊模塊 模塊之間通過接口接口實現(xiàn)交互 模塊獨立性衡量標準 內(nèi)聚性：模塊內(nèi)部各部分間聯(lián)系的緊密程度，越高越好。 耦合度：模塊間相互聯(lián)系和相互影響的程度，越低越好。 優(yōu)點OS設(shè)計的正確性高，易于理解和維護 缺點 模塊間接口設(shè)計難以滿足實際需求 模塊設(shè)計無序（各模塊設(shè)計齊頭并進，無決定順序）1.5.3 分層式結(jié)構(gòu)分層式結(jié)構(gòu) 分層式結(jié)構(gòu) 按功能流圖的調(diào)用順序等原則劃分為若干層 每層只能使用其直接下層所提供的服務(wù) 每層對其上層隱藏其下各層的存在 優(yōu)點 易保證系統(tǒng)的正確性（設(shè)計是有序的） 易于理解和維護（基于層次） 易于擴充（基于層次） 缺點 系統(tǒng)效率較低（功能執(zhí)行穿越多個層次）單向依賴關(guān)

29、系單向依賴關(guān)系1.5.3 分層式結(jié)構(gòu)分層式結(jié)構(gòu)常見的OS總體結(jié)構(gòu)圖硬件平臺用戶接口子系統(tǒng)應(yīng)用軟件基礎(chǔ)平臺子系統(tǒng)用戶1.5.3 分層式結(jié)構(gòu)分層式結(jié)構(gòu)雙模式基礎(chǔ)平臺子系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)請思考請思考：1. 進程調(diào)度程序、時鐘中斷處理程序和命令解釋程序在哪種模式下執(zhí)行？2. 系統(tǒng)調(diào)用時的模式切換過程？計算機硬件核內(nèi)子系統(tǒng)/特權(quán)模式/Kernel Mode核外子系統(tǒng)/用戶模式/User Mode1.5.4 微內(nèi)核微內(nèi)核v所謂所謂微內(nèi)核微內(nèi)核，是指精心設(shè)計的、能實現(xiàn)現(xiàn)代，是指精心設(shè)計的、能實現(xiàn)現(xiàn)代OS核核心功能的小型內(nèi)核，它與一般的心功能的小型內(nèi)核，它與一般的OS(程序程序)不同，不同， 它更小更精煉，它不僅運

30、行在它更小更精煉，它不僅運行在核心態(tài)核心態(tài)，而且開機，而且開機后常駐內(nèi)存，后常駐內(nèi)存， 它不會因內(nèi)存緊張而被換出內(nèi)存。它不會因內(nèi)存緊張而被換出內(nèi)存。1.5.4 微內(nèi)核微內(nèi)核 實現(xiàn)思想在操作系統(tǒng)內(nèi)核中只留下一些最基本最基本的功能，而將其它服務(wù)盡可能地從內(nèi)核中分離出去，用若干個運行在用戶態(tài)的服務(wù)器進程來實現(xiàn)，形成“客戶客戶/服務(wù)器模式服務(wù)器模式”。普通用戶進程通過內(nèi)核向服務(wù)器進程發(fā)送請求。1.5.4 微內(nèi)核微內(nèi)核v微內(nèi)核微內(nèi)核處理客戶和服務(wù)器之間的通信處理客戶和服務(wù)器之間的通信， 即由內(nèi)核即由內(nèi)核來接收客戶的請求，再將該請求送至相應(yīng)的服務(wù)來接收客戶的請求，再將該請求送至相應(yīng)的服務(wù)器；同時它也接收服務(wù)器的應(yīng)答，器；同時它也接收服務(wù)器的應(yīng)答， 并將此應(yīng)答回并將此應(yīng)答回送給請求客戶。送給請求客戶。客戶進程客戶進程進程服務(wù)器終端服務(wù)器文件服務(wù)器存儲器服務(wù)器用戶方式核心方式回答核心請求單機環(huán)境下的客戶/服務(wù)器模式 1.5.4 微內(nèi)核微內(nèi)核 機制與策略 機制：實現(xiàn)某一功能的具體執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu) 策略：方法或原則方法或原則，用以優(yōu)化功能實現(xiàn) 現(xiàn)代OS設(shè)計，利用“機制與策略的分離”原理 機制放入微內(nèi)核，策略放入微內(nèi)核外 例如，進程調(diào)度（包括選擇哪個優(yōu)先級的進程例如，進程調(diào)度（包括選擇哪個優(yōu)先級的進程，為之分配處，為之分配處理機，使之理機，使之運行等）屬于運行等）屬于機制機制部分，放入微內(nèi)核；