操作系統(tǒng)概念operatingsystemconcepts[sixthedition]

1、操作系統(tǒng)概念,第一章：導論,2,本章主要內(nèi)容,操作系統(tǒng)是什么？大型機系統(tǒng)桌面系統(tǒng)多處理器系統(tǒng)分布式系統(tǒng)集群系統(tǒng)實時系統(tǒng)手持系統(tǒng)功能遷移計算環(huán)境,3,1.1 操作系統(tǒng)是什么？,操作系統(tǒng)是管理計算機硬件的程序，它還為應用程序提供基礎，并且充當計算機硬件和計算機用戶的中介。操作系統(tǒng)的兩大目標：執(zhí)行用戶程序，并且更易于解決用戶問題；更便于使用計算機系統(tǒng)；以一種有效的方式保用計算機硬件,4,計算機系統(tǒng)組成部分,Hardw

2、are – provides basic computing resources (CPU, memory, I/O devices)Operating System － controls and coordinates the use of the hardware among the various application programs for the various usersApplications programs –

3、 define the ways in which the system resources are used to solve the computing problems of the users (compilers, database systems, video games, business programs)Users – (people, machines, other computers),5,計算機系統(tǒng)組成部分的邏

4、輯圖,6,操作系統(tǒng)定義,資源分配器－管理與分配資源控制程序－控制用戶程序的執(zhí)行和輸入輸出設備的操作內(nèi)核－一直運行在計算機上的程序（其他程序則為應用程序）,7,1.2 大型機系統(tǒng),通過作業(yè)批處理以減少安裝時間作業(yè)自動序列化 － 作業(yè)操作之間的自動銜接。第一個基本的操作系統(tǒng)常駐監(jiān)控器,8,簡單批處理系統(tǒng)的內(nèi)存分布,9,多道程序批處理系統(tǒng),同一時刻在內(nèi)存中存在多道作業(yè)，這些作業(yè)以某種方式共享CPU,10,多道程序所需的OS特性,系統(tǒng)提

5、供I/O routine內(nèi)存管理 － 系統(tǒng)必須為作業(yè)分配內(nèi)存CPU調(diào)度 － 系統(tǒng)必須從就緒作業(yè)當中選擇其一運行設備分配,11,分時系統(tǒng) – 交互計算,CPU通過在作業(yè)之間的切換來執(zhí)行多個位于內(nèi)存中或物理存儲器上的作業(yè)（CPU只能分配給那些在內(nèi)存中的作業(yè)）作業(yè)在內(nèi)存與物理存儲器之間來回交換（swap）允許用戶與系統(tǒng)之間的聯(lián)機通信（交互）當OS執(zhí)行完一條命令后，它將接收用戶通過鍵盤輸入的下一條控制指令。聯(lián)機系統(tǒng)必須提供給用戶訪

6、問數(shù)據(jù)和代碼。,12,1.3 桌面系統(tǒng),PC － 為單個用戶服務的計算機系統(tǒng)I/O設備 － 鍵盤，鼠標，顯示器，打印機等用戶方便性和響應性可以采用大型操作系統(tǒng)上的技術(shù)通常人們都可以擁有一臺計算機，從而CPU的利用率也不再是主要問題。所以，有些大型機OS的設計決策可能不再適用于小系統(tǒng)可以運行多個不同類型的操作系統(tǒng)（Windows，MacOS，UNIX，Linux）,13,1.4 并行系統(tǒng)（paralel system）,這類系統(tǒng)

7、有多個緊密通信的處理器亦稱為多處理器系統(tǒng)或緊耦合系統(tǒng)緊耦合系統(tǒng)（tightly coupled system）－ 處理器共享計算機總線、內(nèi)存、時鐘；通信常通過共享內(nèi)存的方式來實現(xiàn)。其主要優(yōu)點：增加吞吐量（throughput）經(jīng)濟節(jié)約增加可靠性（在某些情況下）功能退化（graceful degradation）容錯系統(tǒng)（fault tolerant）流水線,14,,非對稱處理（Asymmetric multiproce

8、ssing）每個處理器被賦予一個特定的任務，主處理器為從處理器調(diào)度和安排工作。類似于超大型系統(tǒng)對稱處理（Symmetric multiprocessing, SMP）每個處理器都運行同一個操作系統(tǒng)的拷貝，這些拷貝需要互相通信許多處理器可能同時運行而性能上不會有多大損失例如N個處理器理念上可以同時運行N個進程許多現(xiàn)代操作系統(tǒng)支持SMPWindows NT、Solaris、Digital UNIX、OS/2、Linux等,1

9、5,對稱多處理體系結(jié)構(gòu),16,1.5 分布式系統(tǒng)(distributed system),在若干個位于不同位置的處理器之間組成分布式計算松耦合系統(tǒng) （loosely coupled system） － 每個處理器都有自己的內(nèi)存；處理器相互之間通過不同的通信線路進行通信，如高速總線或電話線優(yōu)點資源共享計算速度提高可靠性通信需要網(wǎng)絡基礎結(jié)構(gòu)局域網(wǎng)（local-area network, LAN） 或 廣域網(wǎng)（wide-are

10、 network, WAN）根據(jù)節(jié)點間的距離來劃分可以是C/S系統(tǒng)或端對端系統(tǒng),17,客戶 － 服務器系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu),18,1.6 集群系統(tǒng)（clustered system）,集群系統(tǒng)將多個CPU集中起來完成計算任務。然而，集群系統(tǒng)與并行系統(tǒng)不同，它是由兩個或多個獨立的系統(tǒng)耦合起來的。通常接受的定義是集群復讀機共享存儲并通過LAN網(wǎng)絡緊密鏈接通常用來提供高可用性（high availability）非對稱集群（asymmet

11、ric clustering）： 一臺機器處于熱備份模式（hot standby mode），而另一臺運行應用程序。熱備份主機（機器）不做什么，只監(jiān)視現(xiàn)役服務器。如果該服務器失效，熱備份主機會成為現(xiàn)役服務器。對稱集群（symmetric clustering）：兩個或多個主機都運行應用程序，它們互相監(jiān)視。,19,,不管分布式計算機如何改善，絕大多數(shù)系統(tǒng)并不提供通用分布式文件系統(tǒng)。因此，絕大多數(shù)集群不允許對磁盤上的數(shù)據(jù)進行共享訪問。因此

12、，分布式文件系統(tǒng)必須提供對文件的訪問控制和加鎖，以確保不出現(xiàn)互為矛盾的操作。這種類型的服務通常稱為分布式鎖管理器（distributed lock manager, DLM）全球集群,20,1.7 實時系統(tǒng)（real-time system）,當對處理器操作或數(shù)據(jù)流動有嚴格時間要求時，就需要使用實時系統(tǒng)。通常用于控制特定應用的設備。如控制科學實驗，醫(yī)療成像系統(tǒng)，工業(yè)控制系統(tǒng)等等實時系統(tǒng)有明確和固定的時間約束。實時系統(tǒng)分為硬實時系統(tǒng)

13、與軟件實時系統(tǒng)兩類硬實時系統(tǒng)（hard real-time system）保證關(guān)鍵任務按時完成對系統(tǒng)內(nèi)所有延遲都有限制，包括從獲取存儲數(shù)據(jù)到要求操作系統(tǒng)完成任何操作的請求。通常只有少量或根本沒有使用任何類型的輔助存儲器，數(shù)據(jù)通常存在短期存儲器或ROM中。硬實時系統(tǒng)沒有絕大多數(shù)高級操作系統(tǒng)的功能，這是因為這些功能常常將用戶與硬件分開，導致難以估計操作所需時間。因此，硬實時系統(tǒng)與分時操作系統(tǒng)的操作相矛盾，兩者不能混合使用。軟件實時系

14、統(tǒng)（soft real-time system）關(guān)鍵實時任務的優(yōu)先級要高于其他任務的優(yōu)先級，且在完成之前能保持其高優(yōu)先級。與硬實時系統(tǒng)一樣，需要限制操作系統(tǒng)內(nèi)核的延遲：實時任務不能無休止地等待內(nèi)核來執(zhí)行它?？梢耘c分時系統(tǒng)集成在一起在那些需要快速響應時間的應用程序（如多媒體、虛擬現(xiàn)實）中是非常有用的。,21,1.8 手持系統(tǒng)（handheld system）,個人數(shù)字助理（Personal Digital Assistants, P

15、DAs）蜂窩電話（Cellular telephones）存在的問題內(nèi)存有限(32M – 64M)低速處理器（只有個人計算機處理器速度的幾分之一）屏幕?。?英寸×3英寸）,22,1.9 操作系統(tǒng)概念與功能的變遷,23,1.10 計算環(huán)境,傳統(tǒng)計算PC， 服務器， 有限的遠程訪問基于Web的計算C/S和Web服務，便捷的遠程訪問，不用關(guān)心服務器的位置嵌入式計算嵌入式計算機是現(xiàn)在最為普遍的計算機，如汽車發(fā)動機、