華電操作系統(tǒng)1-3課件

1、第一章 操作系統(tǒng)引論,1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用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 OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第一章 操作系統(tǒng)引論,第一章 操作系統(tǒng)引論,分時(shí)系統(tǒng),分時(shí)系統(tǒng)（time-sharing system）是指，在一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤(pán)的終端，同時(shí)允許多個(gè)用戶(hù)通過(guò)自己的終端，以交互方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。工作方式:一臺(tái)主機(jī)連接了若干個(gè)終端每個(gè)終端有

2、一個(gè)用戶(hù)在使用交互式的向系統(tǒng)提出命令請(qǐng)求系統(tǒng)接受每個(gè)用戶(hù)的命令采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式處理服務(wù)請(qǐng)求并通過(guò)交互方式在終端上向用戶(hù)顯示結(jié)果用戶(hù)根據(jù)上步結(jié)果發(fā)出下道命令,第一章 操作系統(tǒng)引論,第一章 操作系統(tǒng)引論,分時(shí)OS的產(chǎn)生起因于用戶(hù)需求 人機(jī)交互 共享主機(jī) 方便用戶(hù),分時(shí)OS實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題,及時(shí)接收 利用多路卡，根據(jù)輸入速度等因素同時(shí)接收多個(gè)終端的數(shù)據(jù)并暫存在緩沖區(qū) 及時(shí)處理 處理：包括控制作業(yè)運(yùn)行、修改作業(yè)等，保證各

3、用戶(hù)的作業(yè)都可以被及時(shí)響應(yīng),分時(shí)OS（Time Sharing System）,第一章 操作系統(tǒng)引論,第一個(gè)分時(shí)操作系統(tǒng)CTSS(Compatable Time Sharing System)分時(shí)系統(tǒng)的思想——1959年在MIT提出,在20世紀(jì)50年代和60年代初期，計(jì)算機(jī)都是以批處理方式工作的。1959年1月，當(dāng)時(shí)也在MIT工作的J.Mc Carthy認(rèn)為批處理方式效率低下，資源利用率低，首次提出“timesharing”(分時(shí))

4、的概念，以 解決批處理的弱點(diǎn)。每個(gè)用戶(hù)有一個(gè)聯(lián)機(jī)終端調(diào)試程序的用戶(hù)常常只發(fā)出簡(jiǎn)短的命令 很少有長(zhǎng)的費(fèi)時(shí)命令計(jì)算機(jī)能夠?yàn)樵S多用戶(hù)提供交互式、快速服務(wù) 同時(shí)在CPU空閑時(shí)還能在后臺(tái)運(yùn)行大作業(yè)第一個(gè)分時(shí)系統(tǒng)（CTSS）由MIT的Fernando Corbato（費(fèi)爾南多·考巴脫）等1961年在一改裝的IBM 7090/94機(jī)上開(kāi)發(fā)成功（有

5、32個(gè)交互式用戶(hù)）并進(jìn)行了表演，成為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上有里程碑性質(zhì)的一個(gè)重大突破，開(kāi)創(chuàng)了以交互 方式由多用戶(hù)同時(shí)共享計(jì)算機(jī)資源的新時(shí)代。分時(shí)系統(tǒng)的實(shí) 現(xiàn)也是計(jì)算機(jī)真正走向普及的開(kāi)始。,分時(shí)OS（Time Sharing System）,第一章 操作系統(tǒng)引論,MULTICS的災(zāi)難CTSS開(kāi)發(fā)成功引起了美國(guó)國(guó)防部的高度重視。作為計(jì)算機(jī)的最大用戶(hù)的美國(guó)國(guó)防部立即作出反應(yīng)，于1962年由ARPA （美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署）出資300萬(wàn)美元啟動(dòng)

6、著名的MAC項(xiàng)目，MAC的目標(biāo)是完善CTSS，實(shí)現(xiàn) 第二代分時(shí)系統(tǒng)。1965年在ARPA的支持下MIT、貝爾實(shí)驗(yàn)室和通用電氣公司決定開(kāi)發(fā)一種“公用計(jì)算服務(wù)系統(tǒng)”，希望能夠同時(shí)支持整個(gè)波士頓所有的分時(shí)用戶(hù)。該系統(tǒng)稱(chēng)作MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service)多路信息計(jì)算系統(tǒng)MULTICS設(shè)計(jì)目標(biāo)是：–便利的終端使用——大量遠(yuǎn)程終端通過(guò)電話(huà)線(xiàn)接入計(jì)算機(jī)主機(jī)–高可靠的

7、大型文件系統(tǒng)——大容量的用戶(hù)信息共享；存儲(chǔ)和構(gòu)造層次化信息結(jié)構(gòu)的能力,第一章 操作系統(tǒng)引論,MULTICS􀂋MULTICS研制難度超出所有人的預(yù)料（PL/1語(yǔ)言） 長(zhǎng)期研制工作達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，1969年4月貝爾實(shí)驗(yàn)室退出，通用電氣公司也退出􀂋最終，MIT堅(jiān)持下來(lái)，MULTICS成功運(yùn)行，成為商業(yè)產(chǎn)品（通用汽車(chē)、福特、美國(guó)國(guó)家安全局等）􀂋運(yùn)行MULTICS的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在

8、九十年代中陸續(xù)被關(guān)閉（加拿大國(guó)防部于2000年10月30日17:08）MULTICS的意義 引入了許多現(xiàn)代操作系統(tǒng)領(lǐng)域概念雛形，對(duì)隨后的操作系統(tǒng)特別是UNIX的成功有著巨大的影響,第一章 操作系統(tǒng)引論,小型計(jì)算機(jī)，電子游戲與UNIX的成功1969年，在貝爾退出MULTICS研制項(xiàng)目后，Ken Thompson和Dennis M. Ritchie 想申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)買(mǎi)計(jì)算機(jī)從事操作系統(tǒng)研究，但多次申請(qǐng)得不到批準(zhǔn)項(xiàng)目無(wú)著落，他們?cè)谝?/p>

9、臺(tái)無(wú)人用的PDP-7上，重新擺弄原先在MULTICS項(xiàng)目上設(shè)計(jì)的“空間旅行”游戲?yàn)榱耸褂螒蚰軌蛟赑DP-7上順利運(yùn)行，他們陸續(xù)開(kāi)發(fā)了浮點(diǎn)運(yùn)算軟件包、顯示驅(qū)動(dòng)軟件，設(shè)計(jì)了文件系統(tǒng)、實(shí)用程序、shell 和匯編程序到了1970年，在一切完成后，給新系統(tǒng)起了個(gè)同MULTICS發(fā)音相近的名字UNIX隨后，UNIX用C語(yǔ)言全部重寫(xiě)，自此，UNIX誕生了,第一章 操作系統(tǒng)引論,Internet時(shí)代與Linux1990年秋天，Linus在芬蘭

10、首都赫爾辛基大學(xué)學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程，因?yàn)樯蠙C(jī)需要排隊(duì)等待，Linus買(mǎi)了臺(tái)PC機(jī)，開(kāi)發(fā)了第一個(gè)程序，程序包括兩個(gè)進(jìn)程，向屏幕上寫(xiě)字母，然后用定時(shí)器來(lái)切換進(jìn)程Linus需要終端仿真程序來(lái)存取Usenet新聞組的內(nèi)容，于是他編寫(xiě)了從調(diào)制解調(diào)器上接發(fā)信息的程序以及顯示器、鍵盤(pán)和調(diào)制解調(diào)器的驅(qū)動(dòng)程序然后編寫(xiě)了磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)，一旦有了進(jìn)程切換、文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，當(dāng)然就擁有了一個(gè)操作系統(tǒng)原型，或者至少是它的一個(gè)內(nèi)核Linux就以這

11、樣極其古怪但也極其自然的方式問(wèn)世,第一章 操作系統(tǒng)引論,分時(shí)系統(tǒng),分時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)：多路性：多用戶(hù)同時(shí)操作、使用計(jì)算機(jī)獨(dú)立性：各終端用戶(hù)感覺(jué)到自己獨(dú)占了計(jì)算機(jī)；及時(shí)性：用戶(hù)的請(qǐng)求能在較短時(shí)間內(nèi)響應(yīng)；交互性：用戶(hù)能與計(jì)算機(jī)進(jìn)行人——機(jī)對(duì)話(huà)。,第一章 操作系統(tǒng)引論,實(shí)時(shí)系統(tǒng),實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real Time System）是指系統(tǒng)能及時(shí)（或即時(shí)）響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。往

12、往應(yīng)用在：實(shí)時(shí)控制：生產(chǎn)過(guò)程控制，火炮的自動(dòng)控制系統(tǒng)、飛機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)以及導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)等。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)：如飛機(jī)訂票系統(tǒng), 期貨、股票交易系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)等。,第一章 操作系統(tǒng)引論,實(shí)時(shí)OS與分時(shí)OS的異同,第一章 操作系統(tǒng)引論,,,,,,操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程,手工操 作階段,PC機(jī)OS,,,網(wǎng)絡(luò)OS,分布式OS,多處理OS,嵌入式OS,第一章 操作系統(tǒng)引論,網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS, Network Operating Sy

13、stem）,網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是在通常操作系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上提供網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的操作系統(tǒng)。,第一章 操作系統(tǒng)引論,網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)通常操作系統(tǒng)的功能：處理機(jī)管理、存儲(chǔ)器管理、設(shè)備管理、文件管理等網(wǎng)絡(luò)通信功能：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)資源管理：協(xié)調(diào)各用戶(hù)使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：文件和設(shè)備共享，信息發(fā)布網(wǎng)絡(luò)管理：安全管理、故障管理、性能管理等互操作：直接控制對(duì)方，比交換數(shù)據(jù)更為困難,第一章 操作系統(tǒng)引論,分布式OS,所謂分布式

14、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是只由多臺(tái)分散的計(jì)算機(jī)，經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接而形成的系統(tǒng)，系統(tǒng)的處理和控制功能分布在各個(gè)計(jì)算機(jī)上。分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)又簡(jiǎn)稱(chēng)為分布式系統(tǒng)。 從硬件上講，它與計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)沒(méi)有任何區(qū)別，關(guān)鍵是軟件。,第一章 操作系統(tǒng)引論,分布式操作系統(tǒng)是指配置在分布式系統(tǒng)上的操作系統(tǒng)。它能直接對(duì)分布式系統(tǒng)中的各種資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，并能有效地控制和協(xié)調(diào)分布式系統(tǒng)中各任務(wù)的并行執(zhí)行，同時(shí)還向用戶(hù)提供了一個(gè)方便的、透明的使用整個(gè)分布式系統(tǒng)的界面。分布式操作

15、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,第一章 操作系統(tǒng)引論,在分布式系統(tǒng)中，各計(jì)算機(jī)共享一個(gè)公共的分布式操作系統(tǒng)。分布式操作系統(tǒng)由內(nèi)核以及提供各種系統(tǒng)功能的模塊和進(jìn)程所組成。系統(tǒng)中的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都必須保存分布式操作系統(tǒng)的內(nèi)核，以實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本控制。分布式操作系統(tǒng)的特征:1. 是一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng)若干個(gè)計(jì)算機(jī)可相互協(xié)作共同完成一項(xiàng)任務(wù)2. 資源進(jìn)一步共享

16、3. 透明性資源共享，分布對(duì)用戶(hù)來(lái)講是不知道的4. 自治性處于分布式系統(tǒng)的多個(gè)主機(jī)處于平等地位，無(wú)主從關(guān)系5. 處理能力增強(qiáng)、速度更快、可靠性增強(qiáng),第一章 操作系統(tǒng)引論,多處理系統(tǒng),多處理機(jī)系統(tǒng)是由多臺(tái)處理器組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。多處理操作系統(tǒng)的出現(xiàn)是為了提高計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)性能和可靠性。提高性能有兩條途徑：提高各個(gè)組成部分的速度、增大處理的并行程度。1975年前后，出現(xiàn)多處理機(jī)系統(tǒng)(multi-processor)。,第一章 操作系統(tǒng)

17、引論,嵌入式OS,嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System）是運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中，對(duì)整個(gè)嵌入式系統(tǒng)以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。,第一章 操作系統(tǒng)引論,微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展,1.單用戶(hù)單任務(wù)操作系統(tǒng)只允許一個(gè)用戶(hù)上機(jī)，且只允許用戶(hù)程序作為一個(gè)任務(wù)運(yùn)行。如DOS。2.單用戶(hù)多任務(wù)操作系統(tǒng)只允許一個(gè)用戶(hù)上機(jī)，但允許用戶(hù)把程序分為若干個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行

18、，從而有效地改善系統(tǒng)的性能。如Windows XP等。3.多用戶(hù)多任務(wù)操作系統(tǒng)允許多個(gè)用戶(hù)通過(guò)各自的終端使用同一臺(tái)機(jī)器，共享主機(jī)系統(tǒng)中的各種資源，而每個(gè)用戶(hù)程序又可進(jìn)一步分為幾個(gè)任務(wù)，使它們能并發(fā)執(zhí)行，從而提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。如Unix等。,第一章 操作系統(tǒng)引論,1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用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 OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第一章 操作系統(tǒng)引論,第

19、一章 操作系統(tǒng)引論,共享,并發(fā),異步,虛擬,操作系統(tǒng)的主要特性,第一章 操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)的主要特性,1）并發(fā)性(concurrence)兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。與并行(parallel)不同，并行是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(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)行并發(fā)，微觀(guān)上交替執(zhí)行（在單處理器情況下） 。如果系統(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)

20、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。程序的靜態(tài)實(shí)體是可執(zhí)行文件，而動(dòng)態(tài)實(shí)體是進(jìn)程（或稱(chēng)作任務(wù)），并發(fā)指的是進(jìn)程的并發(fā)。,第一章 操作系統(tǒng)引論,第一章 操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)的主要特性,進(jìn)程：在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，它是由一組機(jī)器指令、數(shù)據(jù)和堆棧等組成的，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)實(shí)體。線(xiàn)程：通常一個(gè)進(jìn)程可以包含若干線(xiàn)程，它們利用進(jìn)程所擁有的資源。在引入線(xiàn)程的OS中，通常都

21、是把進(jìn)程作為分配資源的基本單位，而線(xiàn)程作為獨(dú)立運(yùn)行和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。,第一章 操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)的主要特性,2）共享性(sharing) 多個(gè)進(jìn)程共享有限的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源。操作系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行合理分配和使用。資源在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)交替被多個(gè)進(jìn)程所用?；コ夤蚕矸绞剑ㄈ绱蛴C(jī)），資源分配后到釋放前，不能被其他進(jìn)程所用。同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)方式，（如可重入代碼，磁盤(pán)文件）。,第一章 操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)的主要特性,3）虛擬性(vi

22、rtual) 一個(gè)物理實(shí)體映射為若干個(gè)對(duì)應(yīng)的邏輯實(shí)體（分時(shí)或分空間）。虛擬是操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源的重要手段，可提高資源利用率。 時(shí)分復(fù)用技術(shù)虛擬處理機(jī)技術(shù)——每個(gè)用戶(hù)（進(jìn)程）都認(rèn)為有一臺(tái)“虛處理機(jī)”為其服務(wù)。虛擬設(shè)備技術(shù)——將一臺(tái)物理I/O設(shè)備虛擬為多臺(tái)邏輯上的I/O設(shè)備。如虛擬為多臺(tái)邏輯上的打印機(jī)。 空分復(fù)用技術(shù)虛擬磁盤(pán)技術(shù)——一臺(tái)硬盤(pán)虛擬成多個(gè)卷。虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)——請(qǐng)求調(diào)入或置換功能，可以使得一個(gè)100M

23、B的應(yīng)用程序運(yùn)行在20MB的內(nèi)存空間。,第一章 操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)的主要特性,設(shè)N是某物理設(shè)備所對(duì)應(yīng)的虛擬的邏輯設(shè)備數(shù)，則：采用時(shí)分復(fù)用時(shí)，每臺(tái)虛擬設(shè)備的平均速度必然等于或低于物理設(shè)備速度的1/N。采用空分復(fù)用時(shí)，每臺(tái)虛擬設(shè)備平均占用的空間必然也等于或低于物理設(shè)備所擁有空間的1/N。,第一章 操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)的主要特性,4）異步性(asynchronism) 異步性也稱(chēng)不確定性，指進(jìn)程的執(zhí)行順序和執(zhí)行時(shí)間的不確定

24、性。多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境下，程序按異步方式運(yùn)行。多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，“時(shí)走時(shí)停”，不可預(yù)知每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行推進(jìn)快慢，引發(fā)執(zhí)行順序與時(shí)間的不確定。如果沒(méi)有很好的同步機(jī)制，可能會(huì)導(dǎo)致程序執(zhí)行結(jié)果不確定，不可再現(xiàn)。相同輸入與環(huán)境下多次運(yùn)行結(jié)果不同。（當(dāng)前操作系統(tǒng)中，都配置有很好的同步機(jī)制，保證程序多次運(yùn)行的結(jié)果相同）,第一章 操作系統(tǒng)引論,第一章 操作系統(tǒng)引論,1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用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

25、1.4 操作系統(tǒng)的主要功能1.5 OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第一章 操作系統(tǒng)引論,第一章 操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)的主要功能,1）處理機(jī)管理——Ch2,Ch3 2）存儲(chǔ)器管理——Ch4 3）設(shè)備管理——Ch5 4）文件管理——Ch6 5）用戶(hù)接口——Ch7,第一章 操作系統(tǒng)引論,處理機(jī)管理,可歸結(jié)為進(jìn)程管理；在引入了線(xiàn)程的OS中，也包括對(duì)線(xiàn)程的管理。包括以下方面： 進(jìn)程控制。創(chuàng)建進(jìn)程，撤銷(xiāo)進(jìn)程，控制進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。進(jìn)程同

26、步。設(shè)置進(jìn)程同步信息，以協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各進(jìn)程的運(yùn)行。進(jìn)程通信。負(fù)責(zé)進(jìn)程間的信息交換。調(diào)度。 作業(yè)調(diào)度：從后備隊(duì)列中選擇若干作業(yè)，分配所需資源。調(diào)入內(nèi)存后，建立進(jìn)程并將其插入就緒隊(duì)列。 進(jìn)程調(diào)度：從進(jìn)程的就緒隊(duì)列中，按一定的算法選出一個(gè)進(jìn)程，把處理機(jī)分配給它，并為其設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，使進(jìn)程投入執(zhí)行。若是多線(xiàn)程O(píng)S，則是從就緒線(xiàn)程隊(duì)列中選出一線(xiàn)程，并將處理機(jī)分配給它。,第一章 操作系統(tǒng)引論,存儲(chǔ)器管理,為多道程序的運(yùn)行提供良

27、好的環(huán)境，并提高利用率，包括以下方面：內(nèi)存分配。為每道程序分配內(nèi)存空間，并在作業(yè)結(jié)束后收回其所占用內(nèi)存。進(jìn)一步可分為靜態(tài)分配和動(dòng)態(tài)分配。內(nèi)存保護(hù)。保證每道程序之間不能互相侵犯，尤其是不能侵犯操作系統(tǒng)。地址映射。實(shí)現(xiàn)邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。內(nèi)存擴(kuò)充。通過(guò)建立虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存邏輯上的擴(kuò)充。常用請(qǐng)求調(diào)入功能和置換功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。,第一章 操作系統(tǒng)引論,設(shè)備管理,設(shè)備管理的主要任務(wù)是：完成用戶(hù)進(jìn)程提出的I/O請(qǐng)求；為用戶(hù)分配其所需的

28、I/O設(shè)備；提高CPU與I/O設(shè)備利用率；提高I/O速度；方便用戶(hù)使用I/O設(shè)備。功能主要包括：緩沖管理：設(shè)立I/O緩沖區(qū)，并對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行有效管理。設(shè)備分配：按一定策略和設(shè)備使用情況，分配并回收設(shè)備。設(shè)備處理：即設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通訊等。,第一章 操作系統(tǒng)引論,文件管理,對(duì)用戶(hù)文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理，解決文件資源的存儲(chǔ)、共享、保密和保護(hù)。包括以下方面：文件存儲(chǔ)空間管理：解決如何存放信息，以提高空間利用率和

29、讀寫(xiě)性能。目錄管理：為每一文件建立目錄項(xiàng)，并對(duì)目錄實(shí)施有效的組織與管理。文件的讀寫(xiě)管理和保護(hù)：解決信息安全問(wèn)題。系統(tǒng)設(shè)口令“哪個(gè)用戶(hù)”、用戶(hù)分類(lèi)“哪個(gè)用戶(hù)組”、文件權(quán)限“針對(duì)用戶(hù)或用戶(hù)組的讀寫(xiě)權(quán)”。,第一章 操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)與用戶(hù)之間的接口,用戶(hù)接口：提供用戶(hù)使用的接口。聯(lián)機(jī)用戶(hù)接口：為聯(lián)機(jī)用戶(hù)提供，是一組鍵盤(pán)操作命令。脫機(jī)用戶(hù)接口：為批處理作業(yè)用戶(hù)提供。有一組作業(yè)控制語(yǔ)言組成，委托系統(tǒng)代替用戶(hù)對(duì)作業(yè)進(jìn)行控制和干預(yù)。圖形

30、用戶(hù)接口：圖形化的操作界面。程序接口：提供給程序員在編程時(shí)使用的接口。,第一章 操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)的主要功能,第一章 操作系統(tǒng)引論,1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用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 OS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),第一章 操作系統(tǒng)引論,第一章 操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),操作系統(tǒng)是一個(gè)大型的系統(tǒng)軟件，其結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了四代變革。早期的無(wú)結(jié)構(gòu)OS（第一代）、模塊化結(jié)構(gòu)的OS

31、（第二代）和分層式結(jié)構(gòu)的OS（第三代），都成為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的OS，而把微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的OS稱(chēng)為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的OS。,,,模塊化的OS,分層式OS,,無(wú)結(jié)構(gòu)OS,,現(xiàn)代結(jié)構(gòu)OS,第一章 操作系統(tǒng)引論,無(wú)結(jié)構(gòu)的OS,缺乏首尾一致的設(shè)計(jì)思想該類(lèi)OS龐大又雜亂，缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)程序錯(cuò)誤很多，給調(diào)試帶來(lái)很大麻煩程序難以閱讀和理解，維護(hù)困難,第一章 操作系統(tǒng)引論,模塊化OS,基于“分解”和“模塊化”原則控制大型軟件的復(fù)雜度 OS將被劃分為多個(gè)功能模塊

32、，每個(gè)模塊具有某方面的管理功能，各模塊細(xì)分為若干個(gè)具有一定功能的子模塊… 各模塊間通過(guò)預(yù)定義好的接口通信,第一章 操作系統(tǒng)引論,模塊化的OS,操作系統(tǒng),進(jìn)程管理,存儲(chǔ)器管理,文件管理,進(jìn)程控制,進(jìn)程調(diào)度,內(nèi)存分配,內(nèi)存保護(hù),磁盤(pán)管理,目錄管理,,,,,,,…,模塊,子模塊,,,第一章 操作系統(tǒng)引論,模塊化OS的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 提高OS設(shè)計(jì)的正確性、可理解性、可維護(hù)性 增強(qiáng)OS的可適應(yīng)性 加速OS開(kāi)發(fā)過(guò)程 缺點(diǎn) 設(shè)計(jì)OS時(shí)的錯(cuò)誤

33、可能會(huì)導(dǎo)致模塊匹配的困難 功能觀(guān)點(diǎn)劃分的模塊無(wú)法區(qū)分共享資源和獨(dú)占資源，模塊間的復(fù)雜依賴(lài)關(guān)系也無(wú)法完全描述與實(shí)現(xiàn),第一章 操作系統(tǒng)引論,分層結(jié)構(gòu)的OS,從資源管理觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，劃分層次。在某一層次上的代碼只能調(diào)用低層次上的代碼，使模塊間的調(diào)用變得有序。系統(tǒng)每加一層，就構(gòu)成一個(gè)比原來(lái)功能更強(qiáng)的虛擬機(jī)。提高了系統(tǒng)的維護(hù)性和可靠性。 【優(yōu)點(diǎn)】：易保證系統(tǒng)的正確性。易擴(kuò)充和易維護(hù)性。 【缺點(diǎn)】：降低了運(yùn)行效率,第一章 操作系統(tǒng)引論,分層原

34、則,被調(diào)用功能在低層：如文件系統(tǒng)管理->設(shè)備管理->設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序活躍功能在低層：提高運(yùn)行效率資源管理的公用模塊放在最低層：如緩沖區(qū)隊(duì)列、堆棧操作存儲(chǔ)器管理放在次低層：便于利用虛擬存儲(chǔ)功能最低層的硬件抽象層：與機(jī)器特點(diǎn)緊密相關(guān)的軟件放在最低層。資源分配策略放在最外層，便于修改或適應(yīng)不同環(huán)境,各系統(tǒng)對(duì)具體劃分多少層次有不同的看法。,第一章 操作系統(tǒng)引論,常見(jiàn)操作系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu),第一章 操作系統(tǒng)引論,第4代OS,客戶(hù)/服務(wù)

35、器模式面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)微內(nèi)核OS,第一章 操作系統(tǒng)引論,C/S模式,用戶(hù)態(tài)：用來(lái)提供各種服務(wù)的服務(wù)器（進(jìn)程）所在的層次 內(nèi)核態(tài)：處理用戶(hù)和服務(wù)器間的通信，實(shí)現(xiàn)與硬件緊密相關(guān)的和較基本功能的進(jìn)程所在的層次 內(nèi)核接收用戶(hù)請(qǐng)求，啟動(dòng)相應(yīng)服務(wù)器，接著接收服務(wù)器的應(yīng)答，回送給發(fā)送請(qǐng)求的用戶(hù),第一章 操作系統(tǒng)引論,微內(nèi)核OS,微內(nèi)核（Micro Kernel）操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來(lái)的。Mach OS，Window

36、s 2000/XP操作系統(tǒng)，都采用了微內(nèi)核結(jié)構(gòu)。微內(nèi)核操作系統(tǒng)一般有：足夠小的內(nèi)核；基于客戶(hù)/服務(wù)器模式；應(yīng)用“機(jī)制與策略分離”原理采用面向?qū)ο蠹夹g(shù),第一章 操作系統(tǒng)引論,該種模式中，將OS分為兩部分，一部分是內(nèi)核，另一部分是提供各種服務(wù)的一組服務(wù)器。其運(yùn)行模式如下圖所示：,客戶(hù)應(yīng)用程序,內(nèi)存服務(wù)器,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,進(jìn)程服務(wù)器,文件服務(wù)器,顯示服務(wù)器,,內(nèi)核,硬件,,,,,,用戶(hù)態(tài),核心態(tài),,,發(fā)送,接收,第一章 操作系