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操作系统,Operating System,主讲：孙锦程,两个问题,全球最大的软件公司 Microsoft（微软） 最重要的软件产品（立家之本） 操作系统（Windows） 全球第二大的软件公司 Oracle（甲骨文） 最重要的软件产品（立家之本） 数据库（Oracle）,自我介绍,孙锦程 计算机教研组 主楼315 电子邮件：china_,为什么学习操作系统,加深对使用的操作系统的理解，有利于深入编程；用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道 编程时借鉴操作系统的设计思想和算法（比如插件开发、微内核） 操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他领域 存在人们意识不到的大量“操作系统”（如:嵌入式系统家电、手机） 设计操作系统或者修改现有的系统 选择购买操作系统：因为我们并不总使用Windows 2000/XP,操作系统涉及到计算机科学很多领域,计算机体系结构/硬件 软件设计 程序设计语言 数据结构 算法 网络 学习核心技术并能在其他地方应用 操作系统是目前最复杂的软件系统,课程的地位及特点,本课程地位 专业核心课程 考研核心课程 技术开发的理论基础 课程的特点 实践性强（从实践总结出原理） 涉及面广（并行程序，性能问题，结构问题，程序方法论，软件工程等等） 错综复杂：纵横交错,如何学好本课程,1、理论学习 2、实验、实习 3、源代码分析、参与（Linux）,重点参考书,1、汤子瀛等，计算机操作系统，西安电子科技大学,2、南京大学孙钟秀院士，操作系统教程第三版，高等教育出版社,3、Silberschatz，操作系统概念（中、英文）第六版，高等教育出版社,参考书,操作系统基础 屠立德 屠祁 清华大学出版社 现代操作系统 陈向群等译 机械工业出版社 操作系统 吴企渊 梁燕 清华大学出版社 计算机操作系统 徐甲同等 西安电科大出版社 操作系统教程 孟庆昌 西安电科大出版社 计算机操作系统教程 张尧学 史美林 清华大学出版社 计算机操作系统教程 周长林 左万历 高等教育出版社 Windows 操作系统原理 尤晋元、史美林 机械工业出版社 Operating Systems Principles Lubomir Bic 清华大学出版社 本课程课件,第一章 概论,第二章 进程管理,第三章 内存管理,第四章 设备管理,第五章 文件管理和作业管理,第六章 网络操作系统,操作系统,第一章 概论,第二章 进程管理,第三章 内存管理,第四章 设备管理,第五章 文件管理和作业管理,第六章 网络操作系统,操作系统,第一节 操作系统的概念 第二节 操作系统的发展 第三节 操作系统的分类 第四节 操作系统的结构,第一章 概 论,第一节 操作系统的概念,计算机系统,操作系统在计算机系统的地位,计算机硬件,操作系统,实用程序,应用程序,操作系统设计者,程序员,终端用户,操作系统是一个系统软件，它管理计算机系统中的软件和硬件资源，在计算机硬件和用户之间起到一个接口作用。,操作系统的定义,教材定义：用以控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地组织计算机的工作流程以及方便用户使用计算机的程序的集合。 这个定义具有以下三个方面的含义： 1、操作系统统一控制和管理计算机系统所拥有的硬件和软件资源，使之可以得到更加有效合理的利用。 2、操作系统能合理地组织计算机系统的工作流程，增强系统的处理能力。 3、操作系统提供了用户与裸机之间的接口，使用户更方便地使用计算机。,两个简单有趣的定义,1、购买“操作系统”时，零售商所装的所有东西。 2、一直运行在计算机上的程序,二、操作系统的特征,1、并发性,2、共享性,3、异步性/随机性,4、虚拟性,二、操作系统的特征,1、并发性,并发性是指在计算机系统中同时存在有多个程序，从宏观上看，这些程序是同时向前推进的。 单CPU环境下，并发程序是在CPU上交替运行的。用户程序与用户程序；用户程序和操作系统程序之间并发执行。 在多处理器环境下，多个程序的并发特征，就不仅在宏观上是并发的，而且在微观（即在处理机一级）上也是并发的。,但是，不论是什么计算环境，我们所指的并发都是在一个操作系统的统一指挥下的并发。,2、共享性,是指操作系统程序与多个用户程序共享系统中的各种资源。,并发和共享是操作系统两个最基本的特性，它们互为依存。 1、资源的共享是由于程序的并发执行而引起的，若系统不允许程序并发执行，自然就不存在资源共享问题。 2、若系统不能对资源共享实施有效管理，必然会影响到程序的并发执行，甚至程序无法并发执行，操作系统也就失去了并发性，导致整个系统效率地下。,3、随机性/异步性,操作系统的运行是在一个随机的环境中运行的，即用户不能对所运行的程序的行为以及硬件设备的情况做任何的假定。我们无法知道一个运行着的程序会在什么时候做什么事情，也无法知道一个设备什么时候向处理器发出中断请求，因此我们也无法知道操作系统正处于什么样的状态之中。,它是把物理上的一个实体变成逻辑上的多个对应物，或者把物理上的多个实体变成逻辑上的一个对应物的技术。 多道程序设计中的CPU Spooling技术 窗口技术 时分/频分多路物理信道 虚拟存储器,4、虚拟性,计算机的逻辑结构,三、操作系统的功能,从功能即资源管理的观点看，操作系统的主要任务就是管理计算机系统的资源。,操作系统的功能和目标,处理机管理（进程管理） 存储器管理（内存管理） 设备管理 文件管理 作业管理,操作系统的功能和目标,一、处理机管理（进程管理）,进程管理主要是对处理机进行管理。CPU是计算机中最宝贵的硬件资源。为了提高CPU的利用率，操作系统采用了多道程序技术。当一个程序因等待某一条件而不能运行下去时，就把处理机占用权转交给另外一个可运行程序。或者，当出现了一个比当前运行的程序更重要的可运行程序时，后者应能抢占CPU。 为了描述多道程序的并发执行，就引入了进程的概念。通过进程管理协调多道程序之间的关系，解决处理机实施分配策略，使CPU资源得到最充分的利用。 正是由于操作系统对处理机管理策略的不同，从而呈现在用户面前的就是具有不同性质的操作系统，例如批处理方式、分时处理方式和实时处理方式等。,二、内存管理,有关内存的知识 内存是现代计算机系统操作的中心，内存是可以被CPU和I/O设备所共同访问的数据的仓库。 一个程序要执行的话，它必须先映射成绝对地址并装入内存。,存储器管理主要管理内存资源。它包括以下几点： 1）内存分配：在内存中除了操作系统、其他系统软件外，还有一个或多个用户程序，操作系统要解决分配问题，使其互不冲突。 2）存储保护：由于系统中有多个程序，要保证他们之间互部干扰，保证用户程序不破坏系统程序。 3）内存扩充：当用户作业所需要的内存量超过计算机系统所提供的实际内存容量时，就要把内存和外存结合起来，为用户提供一个比实际内存大的多的虚拟存储器。,类似于仓库管理,三、设备管理,四、文件管理,系统中的信息资源（程序和数据）是以文件的形式存放在外存储器上的，需要时再将其装入。文件管理的任务就是有效支持文件存储、检索修改，解决文件共享、保密和保护，以方便用户安全、方便地访问文件。,五、作业管理/用户接口,1）程序级：提供一组广义指令供用户程序调用。,2）作业级：提供一组控制操作指令供用户去组织、控制自己的作业执行。,基本任务：使用户合理调度运行用户作业,小结 操作系统的定义 操作系统的特征并发、共享、随机、虚拟 操作系统的功能进程管理、内存管理、设备管理、文件管理、作业管理,第一节 操作系统的概念 第二节 操作系统的发展 第三节 操作系统的分类 第四节 操作系统的结构,第一章 概 论,如同任何其他事物一样，操作系统也有它的诞生、成长和发展过程。为了更清楚地把握操作系统的实质，了解操作系统的发展是很有必要的，因为操作系统的许多概念都是在操作系统的发展过程中出现并逐步得到发展和成熟的。,第二节 操作系统的发展历史,穿孔,操作员,计算机室,卡片盒,许多机时被操作员在机房里走来走去的过程浪费了。,一、手工操作,在第一代计算机时期，构成计算机的主要器件是电子管，计算机运行速度慢，没有操作系统。用户直接用机器语言编制程序，并在上机时独占全部计算机资源，用户既是程序员，又是操作员。,程序员,手工操作阶段,穿孔-纸带（卡片）装上输入机-程序和数据送入计算机 -控制台开关启动程序运行-计算-输出结果-取走纸带。,操 作 过 程,运行时间=作业时间+操作时间,缺点： 用户独占资源 人工干预较多（浪费处理机时间，极易出错） 计算时间拉长 例子： 计算机速度 计算时间 作业建立和人工干预 手工占的比例 每秒1万次 运行1个小时 花了3分钟 5% 每秒10万次 运行6分钟 花了3分钟 50% 每秒100万次 运行36秒 花了3分钟 83%,改进的两个重点： 缩短手工操作和人工干预时间 CPU和I/O速度不匹配，矛盾越来越突出。,20世纪50年代晶体管计算机出现，开始出现各种高级语言，操作人员、程序人员和维护人员开始有了明确分工。 由于处理器速度的提高，造成手工操作的输入输出与计算机处理速度的不匹配现象。因此，人们设计了监督程序（或称为管理程序）来实现作业的自动转换处理。程序员将数据、程序以及用作业语言书写的作业说明书作为作业信息提交给操作员，操作员将这些作业信息“成批”地输入到计算机中，有监督程序识别每一个作业进行处理。这种自动定序的处理方式称为“批处理”。,二、批处理,联机I/O批处理 原理：借助于作业控制语言变革了计算机的手工操作方式。 用户不再通过开关和按钮来控制计算机的执行，而是通过作业控制卡来描述对作业的加工和控制步骤，并把作业 控制卡和程序、数据提交给操作员，操作员收集到一批作业后一起把它们放到卡片机上输入计算机。计算机上则运行一个驻留在内存的执行程序，以对作业进行自动控制和成批处理，自动进行作业转换以减少系统空闲和手工操作时间。,监督程序,标准输入程序,编译程序,装配程序,标准输出和处理程序,输入用户作业程序,编译后的用户作业程序,装配好的用户作业程序,执行、输出结果,调用子程序,转到下一个作业,联机I/O批处理的缺点：速度慢，I/O设备和CPU仍然串行工作，CPU时间浪费相当大。 脱机I/O批处理：另设一台辅机，仅与I/O设备打交道，不与主机连接。I/O工作脱离了主机，辅机和主机可以并行工作，大大加快了程序的处理和数据的输入输出。,.,用户,纸带机,卡片机,打印机,输入磁带,输出磁带,系统,监督程序,联机批处理,.,用户,纸带机,卡片机,打印机,输入磁带,输出磁带,监督程序,脱机批处理,卫星机,系统,在早期的单道批处理系统中，内存中仅有单个作业在运行，致使系统中仍有许多资源空闲，设备利用率低，系统性能较差。,例子： 计算某个数据处理问题，要求从输入机（速度为6400 字符秒）输入500 个字符，经处理（费时52 毫秒）后，将结果（假定为2000 个字符）存到磁带上（磁带机速度为10 万字符秒），然后，再读500 个字符处理，直至所有的输入数据全部处理完毕。,单道算题运行时处理器的使用效率,处理器的利用率为： 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，当输入机输入500 个字符后，处理器只花了52 毫秒就处理完了，而这时第二批输入数据还要再等98 毫秒时间才能输入完毕，在此期间CPU 一直空闲着。,这个例子说明单道程序工作时，计算机系统的各部件的利用率没有得到充分发挥。 为了提高效率，考虑让计算机同时接受两道算题，当第一道程序在等待外围设备的时候，让第二道程序运行，以降低CPU 空闲等待时间，那么，处理器的利用率显然可以有所提高。 例如，计算机在接受上述算题时还接受了另一道算题：从另一台磁带机上输入2000 个字符，经42 毫秒的处理后，从行式打印机（速度为1350 行分）上输出两行。,当这两道算题同时进入内存计算时，计算过程如图所示。 其中，P1 表示程序甲占用CPU 对输入机输入的500 个字符进行处理，由于52 毫秒处理便结束，下次处理要等待98 毫秒之后，故这个时间段内CPU 是空闲的。系统调度程序乙工作，它从磁带机上输入2000 个字符后，P2 表示对这批数据进行处理。相应的I/O 设备和CPU的操作都是并行的。 不难算出，此时处理器的利用率为： （52+42）/150 63,三、多道程序系统,第二代计算机后期，特别是计算机进入第三代以后，系统软件和硬件都有了很大发展，特别是主存容量的增大以及大容量辅助存储器的出现，这一切都使得计算机体系结构发生了很大变化。由以中央处理器为中心的结构改变为以主存为中心，而通道使得输入输出操作与CPU操作的并行处理成为可能。,所谓多道是指允许多个程序同时存在于主存中，由中央处理器以切换方式为之服务，使得多个程序可以同时执行，计算机资源不再被某一个用户所独占。,多道程序设计的好处：1、提高了CPU的利用率；2、提高了内存和I/O设备的利用率；3、改进了系统的吞吐率；4、充分发挥了系统的并行性 缺点是：延长了作业周转时间,在多道程序设计中需要解决的技术问题： 存储保护与程序浮动； 处理器的管理和分配； 系统资源的管理和调度,仍需要进行的改进： 在批处理系统中，用户不能干预自己程序的运行，无法得知程序运行情况，对程序和排错不利。 单用户,随着计算机的发展，硬件价格越来越低,人们开始关注计算机使用的方便性，也就是说如何提高和增加计算机的人-机对话功能，因此很快就出现了分时系统。 这种系统是在一台计算机上挂若干台联机终端，用户通过自己的终端与计算机对话来控制、调试、干预他的程序。而系统则是将处理机的时间划分为小的时间间隔（又称时间片），轮流地为每个终端上的作业服务，使每个用户都感觉好象自己在使用计算机。,四、分时操作系统,分时操作系统,多个联机用户通过终端（键盘/显示器）同时使用一台计算机系统进行计算 分时操作系统具有以下特性： 同时性 独立性 及时性 交互性,日常生活：律师,分时操作系统,分时操作系统和批处理操作系统都基于多道程序设计技术，但存在下列区别： 目标不同：批处理（提高系统资源利用率和作业吞吐率）、分时（多个用户快速响应） 适应作业的性质不同：批处理（适应已经调试好的大型作业）、分时（正在调试的小作业） 资源使用率不同：批处理（合理安排不同负载的作业，使资源利用率较佳）、分时（终端用户使用相同程序时，调用开销较小）。 作业控制方式不同：批处理（用户通过JCL语句书写作业控制流，预先提交，脱机工作）、分时（用户键盘输入，交互方式，联机作业）,批处理、多道程序=充分利用系统资源（CPU、内存、外设） 分时系统=为用户提供与计算机系统直接交互的能力，允许许多用户共享计算机系统,现代操作系统的正式形成,多道和分时系统的出现，标志着现代操作系统的正式形成。,操作系统发展的主要动力,器件快速更新换代 计算体系结构不断发展 提高计算机系统的资源利用率的需要 让用户使用计算机越来越方便的需要 满足用户新要求，提供给用户新服务,第一节 操作系统的概念 第二节 操作系统的发展 第三节 操作系统的分类 第四节 操作系统的结构,第一章 概 论,第三节 操作系统的分类,根据操作系统在用户界面的使用环境和功能特征的不同，操作系统一般可分为三种基本类型，即批处理系统、分时系统和实时系统。 随着计算机体系结构的发展，又出现了嵌入式操作系统、个人操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。,单用户操作系统,多用户操作系统,批处理系统,分时操作系统,实时操作系统,1、批处理操作系统（Batch Processing),批处理操作系统的工作方式是：用户将作业交给系统操作员，系统操作员将许多用户作业组成一批作业，输入到计算机中，在系统中形成一个自动转接的连续的作业流，然后启动操作系统，系统自动、依次执行每个作业。最后由操作员将作业结果交给用户。,优点：作业流自动化；效率高；吞吐率高。,缺点：无交互手段；调试程序困难。,分时操作系统的工作方式是：一台主机连接了若干终端，每个终端有一个用户在使用。用户交互地向系统提出命令请求，系统采用时间片轮转法方式处理服务请求，并通过交互方式在终端上向用户显示结果。,分时系统具有多路性、交互性、“独占”性和及时性的特征：,多路性：宏观上看多人同时使用一个CPU;,交互性：用户根据系统响应结果进一步提出新请求；,“独占”性：用户感觉不到计算机为其他用户服务;,及时性：系统对用户提出的请求及时响应。,2、分时操作系统,3、实时操作系统,实时操作系统是指计算机能及时响应外部事件的请求，在规定的严格时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作系统。,目前有三种典型的实时系统：过程控制系统、信息查询系统和事务处理系统。,1) 计算机用于生产过程控制时，要求系统能现场实时采集数据，并对采集的数据进行及时处理，进而能自动地发出控制信号控制相应执行机构，使某些参数（压力、温度、距离、湿度）能按预定规律变化，以保证产品质量，导弹制导系统，飞机自动驾驶系统，火炮自动控制系统都是实时过程控制系统。,2) 计算机还可用于控制进行实时信息处理，情报检索系统是典型的实时信息处理系统，计算机接收成千上百从各处终端发来的服务请求和提问，系统应在极快的时间内做出回答和响应。,3) 事务处理系统不仅对终端用户及时作出响应，而且要对系统中的文件或数据库频繁更新。例如，银行业务处理系统，每次银行客户发生业务往来，均需修改文件或数据库。要求这样的系统响应快捷、安全保密，可靠性高。,操作系统的进一步发展,微机（个人计算机）操作系统 网络操作系统的发展 分布式操作系统的发展 嵌入式操作系统的发展,个人计算机系统是一种单用户多任务的操作系统。它主要供个人使用，功能强、价格便宜。,4、个人计算机操作系统,从七十年代中期到八十年代早期，微型计算机上运行的一般是单用户单任务操作系统，如：CP/M、CDOS（Cromemco 磁盘操作系统）、MDOS（Motorola 磁盘操作系统）和早期的MS-DOS（Microsoft 磁盘操作系统）。 八十年代以后到九十年代初，微机操作系统开始支持单用户多任务和分时操作。以MP/M、XENIX 和后期MS-DOS 为代表。,近年来，微机操作系统得到了进一步发展，以Windows、OS/2、MAC OS和Linux为代表的新一代微机操作系统具有GUI、多用户和多任务、虚拟存储管理、网络通信支持、数据库支持、多媒体支持、应用编程支持API等功能。,5、网络操作系统,网络操作系统是基于计算机网络的一种操作系统，是在各种计算机操作系统之上按网络体系结构协议标准开发的软件，包括网络管理、通讯、安全、资源共享和各种网络应用。其主要目标是计算机之间的相互通讯和资源共享。 因为现代操作系统的主要特征之一就是网络功能，因此，除了20世纪90年代初期时，Novell公司的Netware系统被称为网络操作系统之外，人们一般不再特指某个操作系统为网络操作系统。,6、分布式操作系统,大量的计算机通过网络被连接在一起，可以获得极高的运算能力和广泛的数据共享。这种系统被称为分布式操作系统。,分布式操作系统具有：统一性、共享性、“透明性和自治性的特征：,统一性：它是一个统一的操作系统;,共享性：所有的分布式系统中的资源是共享的；,透明性：用户并不知道某一操作具体运行在哪一台计算机。,自治性：分布式系统中的多个主机都处于平等地位。,7、嵌入式操作系统,电子消费产品-家用电器、手机、武器、控制设备 嵌入式（计算机）系统硬件不再以物理上独立的装置或设备形式出现，而是大部分甚至全部都隐藏和嵌入到各种应用系统中。 特点： 微型化-可用内存小（1MB以内、没有外存、微处理器字长短且运算速度有限、能提供的能源较少、外部设备和被控设备千变万化） 可定制-专业化 实时性-语音、视频、军事武器、航空航天、交通运输 可靠性,第一节 操作系统的概念 第二节 操作系统的发展 第三节 操作系统的分类 第四节 操作系统的结构,第一章 概 论,第四节 操作系统的体系结构,一、操作系统的结构设计概况和其构件,二、操作系统的结构,模块接口法（模块组合法、整体式结构）,层次式结构,虚拟机结构,客户/服务器结构和微核结构,1.4 .1操作系统结构设计概况(1),操作系统设计呈现出以下特征： 一是复杂程度高， 二是生成周期长， 三是正确性难保证 。 例如，IBM OS/360、Windows 2000,操作系统的结构设计概况(2) 操作系统结构设计有两层含义,一.是研究操作系统程序的数据结构和控制结构； 二.是组成操作系统程序的构造过程和方法。采用不同的构件和构造方法可组成不同结构的操作系统。,操作系统的内核,现代操作系统中大都采用了进程的概念，为了解决系统的并发性、共享性和随机性，并使进程能协调地工作，单靠计算机硬件提供的功能是十分不够的。 例如，进程调度工作目前就不能用硬件来实现；而进程自己调度自己也是困难的。 所以，系统必须有一个软件部分能对硬件处理器及有关资源进行首次改造，以便给进程的执行提供良好运行环境，这个部分就是操作系统的内核。,操作系统的内核,内核不是进程，是提供支持系统运行的基本功能的一组程序模块，有了内核的支撑，运行环境得到改善，安全性得到保证，系统效率就能提高。 分类：微内核和单内核。,内核的执行有以下属性,操作系统的状态： 核心态（管态）、用户态（目态）。 内核和裸机组成了一台虚拟机。,内核被触发和内核处理流程,二、操作系统的结构,1、模块组合结构 2、层次结构 3、虚拟机结构 4、客户/服务器和微核法,1 模块组合（接口）法,这是早期使用的一种结构设计方法。“模块接口”，一是“模块化”，二是“接口”。将一个大型软件系统按功能划分成若干相对独立的模块，并规定好模块之间的接口，使模块之间的联系尽可能少。然后对模块分别进行设计、调试，最后将模块按规定的接口连接起来，形成完整的、模块化的操作系统。,功能1,功能3,功能2,功能4,功能7,功能8,功能5,功能6,功能9,功能10,功能12,功能11,模块接口法,优点： 结构紧密、组合方便，对不同环境和用户的不同需求，可以组合不同模块来满足，灵活性大； 针对某个功能可用最有效的算法和任意调用其他模块中的过程来实现，因此，效率较高； 由于划分成模块和子模块，设计和编码可齐头并进，能加快操作系统研制过程。 缺点：模块独立性差，模块之间牵连甚多，形成复杂的调用关系，甚至可能有很多循环调用，造成系统结构不清晰，正确性难保证，可靠性降低，系统功能的增、删、改十分困难。,为了克服模块接口法的缺点，人们又进一步提出了有序分层法。,2、层次结构,操作系统的层次结构就是把所有模块按功能的调用次序分别排列成若干层，各层之间的模块只能是单向依赖或单向调用。 层次结构的优点：把复杂的整体问题分解成若干个比较简单的相对独立的部分，使的一个复杂的操作系统分解成许多功能单一的模块。,这种层次结构是单向依赖的，上一层模块所提供的功能是建立在下一层的基础上的，或着说上一层功能是下一层功能的扩充和延续，逐步为用户提供一个功能强大的计算机系统。,处理器分配和多道程序,内存和磁盘管理,进程通讯,输入/输出管理,用户程序,操作员,功能,优缺点,1、整体问题局部化：分解为单一功能的模块，组织成层次结构，具有单向依赖性，使层次间的依赖和调用关系清晰规范。 2、增加、修改和替换一个层次不影响其他层次，有利于系统的维护和扩充。 3、层次结构是分层单向依赖的，必须要建立模块间的通信机制，系统花费在通信上的开销较大。,3、虚拟机结构,虚拟机系统的最早尝试是IBM公司的CP/CMS，后来改名为VM/370（Seawright and MacKinnon，1979），这一系统的后继产品今天仍然在IBM S/390 等大型主机上广泛使用。 它基于如下思想，一个分时系统应该提供以下特性：（1）多道程序；（2）一个具有比裸机更方便、界面扩展的计算机。VM/370 的主旨在于将此二者彻底地隔离开来。,物理计算机资源通过多重化和共享技术可改变成多个虚拟机。 这种技术的基本做法是：通过用一类物理设备来模拟另一类物理设备，或通过分时地使用一类物理设备，把一个物理实体改变成若干个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的，而逻辑上的对应物是虚幻的、感觉上的。,虚机器,4 客户/服务器与微内核结构,客户/服务器结构的思想： 将操作系统分成两大部分： 一是运行在用户态并以客户/服务器方式活动的进程; 二是运行在核心态的内核。,客户/服务器结构的思想 每个进程实现一类服务，称服务器进程(如文件服务、进程管理服务、存储管理服务、网络通信服务等)。 它的任务是检查是否有客户提出服务请求，如果有请求则在满足客户的要求后返回结果，于是，用户进程与服务器进程形成了客户/服务器（C/S）关系。,客户/服务器结构的思想 运行在核心态的内核把该消息传给服务器; 服务器执行相应操作，再通过内核用消息把结果返回给用户。,示例：内核外的页面管理程序做缺页处理,内核只实现极少任务，主要起信息验证、交换的作用，因而，称微内核(Microkernel)，这种结构也就称为客户/服务器与微内核结构。,微内核结构的优点有: 1）一致性接口 2）可扩充性 3）可移植性 4）可靠性 5）支持分布式系统 6）支持面向对象的操作系统 缺点： 性能问题：发送消息和接收消息需要花费一定的时间代价，所有进程只能通过微内核相互通信，所以它就成为系统的瓶颈。（如：GUI图形引擎、微内核大小第一代300KB代码和140个系统调用，第二代12KB和7个系统调用）,Linux是单内核操作系统 ，Mach是微内核操作系统 ，Windows2000/XP是改进的C/S结构（微内核分层结构）。,流行操作系统简介,DOS操作系统 Windows操作系统 Unix操作系统 Linux操作系统 IBM操作系统 其他流行操作系统,DOS操作系统：Disk Operating System 1980 年11 月，IBM 公司和Microsoft 公司正式签约委托Microsoft 为其即将推出的IBM-PC 机 开发一个操作系统，这就是PC-DOS，又称IBM-DOS。1981 年，Microsoft 推出了MS-DOS1.0 版，两者的功能基本一致，统称DOS。 到1994 年推出了最后的版本DOS6.22,DOS操作系统,微软的发家之宝。,DOS 采用汇编语言书写，系统开销小，运行效率高。另外，DOS 针对PC 机环境来设计，实用性好，较好地满足了低档微机工作的需要。 但是，随着PC 机性能的突飞猛进，DOS 的缺点不断显露出来，已经无法发挥硬件的能力，又缺乏对数据库、网络通信、多媒体等的支持，没有通用的应用程序接口，加上用户界面不友善，操作使用不方便，从而，逐步让位于Windows 等其他操作系统。,Windows 操作系统,Microsoft 公司成立于1975 年，到现在已经成为世界上最大的软件公司。 从1983 年11 月Microsoft 公司宣布Windows 诞生到今天的Windows XP，Windows已经走过了20 个年头，并且成为风靡全球的微机操作系统。目前个人计算机上采用Windows 操作系统的占90%，微软公司几乎垄断了PC 行业。,UNIX 操作系统,它最早由美国电报电话公司贝尔实验室的Thompson 和Ritchie 于1969 年在DEC 公司的小型系列机PDP-7 上开发成功，1971 年被移植到PDP-11 上。 1973 年Ritchie 在BCPL(Basic Combined Programming Language)语言基础上开发出C 语言，这对UNIX 的发展产生了重要作用，用C 语言改写后的第3 版UNIX具有高度易读性、可移植性，为迅速推广和普及走出了决定性的一步,UNIX 取得成功的最重要原因是系统的开放性，公开源代码，用户可以方便地向UNIX 系统中逐步添加新功能和工具，这样可使UINX 越来越完善，能提供更多服务，成为有效的程序开发支撑平台。它是目前唯一可以安装和运行在从微型机、工作站直到大型机和巨型机上的操作系统。,Unix系统和C语言的设计者Ritcchie 和Thompson 共同获得了1983 年度的ACM图灵奖(ACM Turing Award)和软件系统奖(Software System Award)。,Linux和自由软件,Linux 是由芬兰藉科学家Linus Torvalds 于1991 年编写完成的一个操作系统内核，当时他还是芬兰首都赫尔辛基大学计算机系的学生，在学习操作系统课程中，自己动手编写了一个操作系统原型，从此，一个新的操作系统诞生了。Linus 把这个系统放在Internet 上，允许自由下载,实例研究：Windows2000/XP,Windows 2000/XP 的设计者们认为： (1)采用整体式或层次式操作系统体系结构是不恰当的，它们在可扩充性和可移植性方面效果不好。 (2）采用类似于Mach的微内核结构也是不恰当的，纯的微内核设计只涉及最小内核，其他服务都运行在用户态，它的运算成本太高，在商业上不适用。 Windows 2000/XP 把许多系统服务代码放在核心态运行，包括：文件服务、设备管理、图形引擎等。,在一个实际操作系统的设计过程中，要综合考虑来自用户、系统、兼容性等方方面面的因素。,因此，Windows2000/XP 采用基于对象的技术来设计系统，提