操作系统课件(汤小丹)

1、1计算机操作系统计算机操作系统 汤小丹 主编 西安电子科技大学出版社2 1.1 操作系统的概念操作系统的概念 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程 1.3 操作系统的类型操作系统的类型 1.4 操作系统的特征操作系统的特征 1.5 操作系统的功能操作系统的功能 1.6 操作系统结构设计操作系统结构设计31.1 1.1 操作系统的概念操作系统的概念 一、操作系统的地位一、操作系统的地位 裸机裸机（Bare MachineBare Machine）: :没有任何的软机支没有任何的软机支持的计算机。它仅仅构成了计算机系统的物质持的计算机。它仅仅构成了计算机系统的物质基础。基础。 一个完整的计

2、算机系统由两大部分组成：一个完整的计算机系统由两大部分组成： 计算机硬件计算机硬件和和计算机软件计算机软件。 4( (一一) )计算机的硬件计算机的硬件1.1.硬件的概念硬件的概念 指计算机系统中由电子、机械和光电元件指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。等组成的各种计算机部件和计算机设备。2.2.计算机硬件系统的基本组成计算机硬件系统的基本组成运算器运算器控制器控制器存储器存储器中央处理器中央处理器输入设备输入设备输出设备输出设备5( (二二) )计算机的软件计算机的软件1.1.软件的概念软件的概念 软件是由计算机硬件执行以完成一定任务的所有程序及软件是由计

3、算机硬件执行以完成一定任务的所有程序及其数据其数据 。2.2.软件的分类软件的分类分为分为系统软件系统软件和和应用软件应用软件 其中其中, ,系统软件系统软件由由操作系统操作系统、程序设计语言、语言处理程、程序设计语言、语言处理程序、数据库管理系统、网络系统和常用服务系统等组成。序、数据库管理系统、网络系统和常用服务系统等组成。 应用软件应用软件是指专门为某一应用目的而是指专门为某一应用目的而 用系统软件编制用系统软件编制的软件系统。的软件系统。6操作系统的目标操作系统的目标1.1.方便性方便性（用户的观点）（用户的观点） 提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别。提供良好的、

4、一致的用户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别。2.2.有效性有效性（系统管理员的观点）（系统管理员的观点） 管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程。管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程。3.3.可扩充性可扩充性 适应计算机技术的迅速发展，对适应计算机技术的迅速发展，对OSOS提出了更高的功能和性能要求提出了更高的功能和性能要求（OSOS层次化）。层次化）。4.4.开放性：开放性： 出自不同厂家的计算机硬件系统，要能在网络环境下出自不同厂家的计算机硬件系统，要能在网络环境下 协调工作，协调工作，要求具有统一的开放环境。要求具有统一的开放环境。7操作系统的功能：操作系

5、统的功能： 处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户接口用户接口 。 系统需要为系统需要为wordword处理程序进行存储资源的分配处理程序进行存储资源的分配进程的管理将结果输出到外部设备进程的管理将结果输出到外部设备 例如：打开一个例如：打开一个wordword处理程序，处理程序，OSOS需要作什么？需要作什么？ 系统还需要有极强的容错性和稳定性，能够避免由于系统还需要有极强的容错性和稳定性，能够避免由于某个程序的不稳定，而影响整个应用程序的不稳定。某个程序的不稳定，而影响整个应用程序的不稳定。OSOS的五大管理功能：的五大管理功能：8操作

6、系统的定义操作系统的定义操作系统操作系统是合理组织计算机的工作流程，是合理组织计算机的工作流程，有效控制和管理计算机系统的各类资源，有效控制和管理计算机系统的各类资源，并方便用户使用计算机的程序集合。并方便用户使用计算机的程序集合。补充：补充： OS OS是用户和计算机的接口是用户和计算机的接口 OS OS是最重要的系统软件是最重要的系统软件91.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程“需求推动发展需求推动发展”(1) (1) 提高资源的利用率和系统性能；提高资源的利用率和系统性能； (2) (2) 方便用户：用户上机、调试程序；方便用户：用户上机、调试程序；(3)(3) 分散计算时

7、的事务处理和非专业用户；分散计算时的事务处理和非专业用户；(4) (4) 器件的发展。器件的发展。1019461946年到年到5050年代年代 第一代电子管计算机第一代电子管计算机 工作方式工作方式：用户既是程序员，又是操作员；：用户既是程序员，又是操作员；编程语言编程语言：为机器语言；：为机器语言；输入输出输入输出：纸带或卡片；：纸带或卡片；工作特点工作特点：用户独占全机：用户独占全机, , 资源不共享资源不共享CPUCPU利用率低利用率低主要矛盾主要矛盾：计算机处理能力的提高，手工操作的低效率：计算机处理能力的提高，手工操作的低效率 （造成浪费）；（造成浪费）； 提高效率的途径：专门的操作

8、员，批处理提高效率的途径：专门的操作员，批处理 115050年代末年代末6060年代中年代中 单道批处理系统单道批处理系统 （晶体管计算机）（晶体管计算机） 利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门的监督程序（批作业由一个专门的监督程序（MonitorMonitor）自动依次处自动依次处理。理。可使用汇编语言开发。可使用汇编语言开发。 存在问题存在问题： CPUCPU和和I/OI/O设备使用忙闲不均（取决于当前设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）。对计算为主的作业，外设空闲；对作业的特性）。对计算为主的作业，外设空闲；对I

9、/OI/O为主的作业，为主的作业，CPUCPU空闲。人机矛盾仍然存在。空闲。人机矛盾仍然存在。 12操作系统的完善操作系统的完善通道技术和中断技术的出现使监督程序在负责作业运通道技术和中断技术的出现使监督程序在负责作业运行的同时提供行的同时提供I/OI/O控制功能。控制功能。 ：专用的专用的I/OI/O处理器，可与处理器，可与CPUCPU并行工作，使并行工作，使 I/OI/O联机处理。联机处理。：是指是指CPUCPU在收到外部中断信号后，停止原来工作，在收到外部中断信号后，停止原来工作，转去处理该中断事件，完毕后回到原来断点继续工作。转去处理该中断事件，完毕后回到原来断点继续工作。 13606

10、0年代中年代中 多道程序批处理系统多道程序批处理系统为进一步提高资源的利用率和系统的吞吐量，引入为进一步提高资源的利用率和系统的吞吐量，引入多道程序批处理系统多道程序批处理系统操作系统终于代替人工成了计操作系统终于代替人工成了计算机系统的算机系统的“管家管家”，其发展进入了成熟期，其发展进入了成熟期，UNIXUNIX是这个时期的典型代表。是这个时期的典型代表。 14操作系统的发展操作系统的发展 从从19801980年至今年至今建立在大规模集成电路基础上的第四代计算机蓬勃发展。建立在大规模集成电路基础上的第四代计算机蓬勃发展。从个人计算机到并行机，再到网络，计算机体系结构也不从个人计算机到并行机

11、，再到网络，计算机体系结构也不断发展变化。断发展变化。微机操作系统微机操作系统、并行操作系统并行操作系统、分布式操作系统分布式操作系统、网络操网络操作系统作系统和和嵌入式操作系统嵌入式操作系统等相继产生。等相继产生。操作系统的使用界面也从字符界面变成了图形界面。操作操作系统的使用界面也从字符界面变成了图形界面。操作系统的结构除了有序分层的模块化结构外，还出现了客户系统的结构除了有序分层的模块化结构外，还出现了客户/ /服务器加微内核结构等。服务器加微内核结构等。DOSDOS、OS/2OS/2、WindowsWindows和和LinuxLinux等是这一时期的典型代表。等是这一时期的典型代表。1

12、51.3 1.3 操作系统的基本类型操作系统的基本类型* * 16单道批处理单道批处理( (simple Batch)simple Batch)系统系统多道批处理多道批处理( (multiprogrammed Batch)multiprogrammed Batch)系统系统1.1.运行方式：运行方式： 宏观上并行运行：都处于运行状态，但都未运宏观上并行运行：都处于运行状态，但都未运行完；微观上串行运行：行完；微观上串行运行：各作业交替使用各作业交替使用CPUCPU；多道：内存中同时存放几个作业多道：内存中同时存放几个作业17 优点：（优点：（1 1）资源利用率高）资源利用率高 （2 2）作业吞

13、吐量大）作业吞吐量大 （3 3）系统开销小）系统开销小缺点：缺点： （1 1）用户交互性差）用户交互性差 （2 2）作业平均周转时间长）作业平均周转时间长18主机终端终端终端终端终端终端分时系统示意图191 1分时的概念与实现分时的概念与实现 分时分时：指若干并发程序对：指若干并发程序对CPUCPU时间的共享，通过系统时间的共享，通过系统软件实现。软件实现。 指多个用户分享使用同一台计算机。两个或多个事指多个用户分享使用同一台计算机。两个或多个事件按时间划分轮流使用计算机系统中的某一资源。件按时间划分轮流使用计算机系统中的某一资源。 实现分时的基本方法是设立一个时间分享单位实现分时的基本方法是

14、设立一个时间分享单位时间片时间片( (time slice)time slice)。它是系统规定进程一次使用它是系统规定进程一次使用处理机的最长时间。时间片的长短可以因不同系统处理机的最长时间。时间片的长短可以因不同系统而异，通常而异，通常100100msms左右。左右。20实现思想如下：每个用户在各自的终端上以问答方式控制程序每个用户在各自的终端上以问答方式控制程序运行，系统把中央处理器的时间划分成时间片，运行，系统把中央处理器的时间划分成时间片，轮流分配给各个联机终端用户，每个用户只能轮流分配给各个联机终端用户，每个用户只能在极短时间内执行，若时间片用完，而程序还在极短时间内执行，若时间片

15、用完，而程序还未做完，则挂起等待下次分得时间片。未做完，则挂起等待下次分得时间片。 212 2分时系统的引入分时系统的引入 分时系统的产生则是为了满足用户的需求分时系统的产生则是为了满足用户的需求在批处理系统中，用户不能干预自己程序的运在批处理系统中，用户不能干预自己程序的运行，无法得知程序运行情况，对程序的调试和行，无法得知程序运行情况，对程序的调试和排错不利。排错不利。 CTSS是最早的分时操作系统，是最早的分时操作系统，Unix是目前广泛是目前广泛使用的一个分时操作系统使用的一个分时操作系统223 3分时系统的特征分时系统的特征 （1 1）交互性）交互性 有人把分时系统称为交互系统有人把

16、分时系统称为交互系统。（2 2）及时性）及时性 终端用户的请求能在很短的时间内获得终端用户的请求能在很短的时间内获得 响应，通常为响应，通常为2 23 3秒钟。秒钟。（3 3）独占性）独占性 每个用户各占一个终端，彼此独立操作，每个用户各占一个终端，彼此独立操作，互不干扰，感觉好象自己独占主机一样互不干扰，感觉好象自己独占主机一样。（4 4）同时性）同时性（也叫多路性）提高了系统资源利用率，也叫多路性）提高了系统资源利用率，节省了开支节省了开支 。 23则是指系统对特定输入做出反应的速度则是指系统对特定输入做出反应的速度足以控制发出实时信号的对象，或者说计算机能够足以控制发出实时信号的对象，或

17、者说计算机能够实时地响应外部事件的请求，在规定的短时间内完实时地响应外部事件的请求，在规定的短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运行。务协调一致地运行。 241 1实时系统的类型实时系统的类型 实时控制系统和实时信息处理系统 (信息查询系统和事务处理系统信息查询系统和事务处理系统)。 导弹制导系统导弹制导系统，飞机自动驾驶系统飞机自动驾驶系统，火炮自动控火炮自动控制系统制系统 ？气象预报系统气象预报系统、飞机订票系统飞机订票系统和股票交易系统股票交易系统 情报检索系统情报检索系统 ？252 2实时系统的特征实时系统的特征

18、 除了多路性，独占性外，还有下面的特征除了多路性，独占性外，还有下面的特征（1 1）稍弱的交互性）稍弱的交互性 它仅允许操作人员访问系统中某些特定的专用服务程序，它仅允许操作人员访问系统中某些特定的专用服务程序，一般不许写入或修改现有程序，不象分时系统那样能向终一般不许写入或修改现有程序，不象分时系统那样能向终端用户提供数据处理和资源共享等服务。端用户提供数据处理和资源共享等服务。（2 2）实时性）实时性 对及时性的要求高，常以控制对象所能接受的延迟时间来对及时性的要求高，常以控制对象所能接受的延迟时间来确定，可以是秒级、毫秒级，甚至是微秒级。确定，可以是秒级、毫秒级，甚至是微秒级。（3 3）

19、可靠性）可靠性 常采用多级容错措施，以保证系统的安全可靠。常采用多级容错措施，以保证系统的安全可靠。 26 只允许一个用户上机，但允许将一个用户程序分只允许一个用户上机，但允许将一个用户程序分为若干任务，使他们并发执行。为若干任务，使他们并发执行。Windows9xWindows9x就是图形就是图形用户界面的单用户多任务操作系统的典型代表。用户界面的单用户多任务操作系统的典型代表。 在同一段时间内仅为一个用户提供服务。由于一在同一段时间内仅为一个用户提供服务。由于一个用户独占整个计算机系统，操作系统资源管理的任个用户独占整个计算机系统，操作系统资源管理的任务变得不重要，为用户提供良好的工作环境

20、成了这类务变得不重要，为用户提供良好的工作环境成了这类操作系统最主要的目标。如操作系统最主要的目标。如MS-DOSMS-DOS、CP/MCP/M等。等。27将地理上分散的自主计算机通过通信系统的线路互连将地理上分散的自主计算机通过通信系统的线路互连而成而成计算机网络计算机网络。网络操作系统网络操作系统是在通常操作系统功能的基础上提供网是在通常操作系统功能的基础上提供网络通信和网络服务功能的操作系统。网络操作系统为络通信和网络服务功能的操作系统。网络操作系统为网上计算机进行方便而有效的网络资源共享，提供网网上计算机进行方便而有效的网络资源共享，提供网络用户所需各种服务的软件和相关规程的集合。络用

21、户所需各种服务的软件和相关规程的集合。三大阵营：三大阵营：UNIXUNIX、Windows NT Windows NT 、NetwareNetware 等等28 分布式计算机系统分布式计算机系统 指由多台分散的计算机，经互连网络连接而成的系统。指由多台分散的计算机，经互连网络连接而成的系统。每台计算机高度自治，又相互协同，能在系统范围内实每台计算机高度自治，又相互协同，能在系统范围内实现资源管理，任务分配、能并行地运行分布式程序。现资源管理，任务分配、能并行地运行分布式程序。 集中式计算机系统集中式计算机系统 以往的计算机系统中，其处理和控制功能都高度地集以往的计算机系统中，其处理和控制功能都

22、高度地集中中 在一台计算机上，所有的任务都由它完成在一台计算机上，所有的任务都由它完成29分布式系统的主要优缺点分布式系统的主要优缺点 优点：性价比高、可靠性高、可扩展性强、适合分布优点：性价比高、可靠性高、可扩展性强、适合分布 式的应用等。式的应用等。缺点：需要复杂的软件、存在潜在的通信瓶颈、数据缺点：需要复杂的软件、存在潜在的通信瓶颈、数据 安全性较弱等。安全性较弱等。 真正实用的分布式操作系统真正实用的分布式操作系统 ： 荷兰荷兰VirijeVirije大学研制的大学研制的AmoebaAmoeba和美国和美国CarnegieMelloCarnegieMello研制的研制的MachMach

23、 、X X树树系统、系统、Plan9Plan9 等等 301.4 操作系统的特征操作系统的特征 一、并发性一、并发性 二、共享性二、共享性 三、虚拟性三、虚拟性 四、异步性四、异步性 31一、并发与并行一、并发与并行并发：并发：ConcurrenceConcurrence 是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 并行：并行：ParallelParallel 是指两个或多个事件在同一时刻发生。是指两个或多个事件在同一时刻发生。 单处理机系统中采用多道程序技术后，可以实现硬件之间的并行操作和程序之间的并发执行。 32 程序程序A请求请求I/O 程序程序B

24、B请求请求I/O I/O 程序程序C C请求请求I/OI/O C C完成完成I/O I/O B B完成完成I/O I/O A A完成完成I/O I/O C C再次被调度再次被调度 A A再次被调度再次被调度 A A完成完成 程序程序A 程序程序C 程序程序B调度程序调度程序 时间轴时间轴t 多道程序并发执行示意图多道程序并发执行示意图单线表示程序占用cpu，双线表示外设在执行相应程序的I/O请求33小注： 两道程序分别在两个处理机（多两道程序分别在两个处理机（多CPUCPU）或两套处理或两套处理部件中独立运行，可以实现并行。部件中独立运行，可以实现并行。 并发程序要达到并发程序要达到“在同一时

25、间间隔内进行在同一时间间隔内进行”，也需，也需要相应的硬件或软件支持。例如，两道程序分别在一个要相应的硬件或软件支持。例如，两道程序分别在一个处理机或一套处理部件上运行，由于每一时刻仅能执行处理机或一套处理部件上运行，由于每一时刻仅能执行一道程序，所以微机上这两道程序是交替和顺序执行的，一道程序，所以微机上这两道程序是交替和顺序执行的，但从宏观上看，在一段时间间隔内这两道程序同时运行。但从宏观上看，在一段时间间隔内这两道程序同时运行。所以，并发和并行都需要多道程序技术的支持。所以，并发和并行都需要多道程序技术的支持。 34二、共享性二、共享性 共享：是指计算机系统中的各种硬、软件资源都可以为共

26、享：是指计算机系统中的各种硬、软件资源都可以为 多个用户同时使用。多个用户同时使用。共享可分共享可分互斥共享互斥共享和和同时共享同时共享两种方式。两种方式。 互斥共享也叫互斥共享也叫顺序共享顺序共享：是指多个进程（进程的定义在：是指多个进程（进程的定义在 第二章）互斥地或者排他性地使用某个资源。第二章）互斥地或者排他性地使用某个资源。 同时共享又叫同时共享又叫并发共享并发共享：是指在一段时间内，多个程序：是指在一段时间内，多个程序 可以同时使用系统中的某个资源。这里的可以同时使用系统中的某个资源。这里的“同时同时”是个是个宏观概念，微观上，这多个进程是交替使用该资源宏观概念，微观上，这多个进程

27、是交替使用该资源 35小注：并发与共享是现代操作系统的两个最基本特征，它们之并发与共享是现代操作系统的两个最基本特征，它们之间是相辅相成、互为依存的。间是相辅相成、互为依存的。一方面，资源共享是以程序（进程）并发执行为条件的，一方面，资源共享是以程序（进程）并发执行为条件的，如果系统不允许并发执行，自然不存在资源共享问题；如果系统不允许并发执行，自然不存在资源共享问题；另一方面，程序并发执行以资源共享为基础，如果系统另一方面，程序并发执行以资源共享为基础，如果系统不能对资源共享实施有效管理，则也必将影响到程序的不能对资源共享实施有效管理，则也必将影响到程序的并发执行，甚至根本无法并发执行。只有

28、系统能够高度并发执行，甚至根本无法并发执行。只有系统能够高度并发，资源才能充分共享；也只有资源被充分共享，系并发，资源才能充分共享；也只有资源被充分共享，系统才能更好地并发。统才能更好地并发。 36三、虚拟性三、虚拟性 在操作系统中所谓的虚拟：是通过某种技术物理上的一在操作系统中所谓的虚拟：是通过某种技术物理上的一个实体映射为逻辑上的多个对应物。前者是实际存在的，个实体映射为逻辑上的多个对应物。前者是实际存在的，后者是虚的，是感觉性的存在。后者是虚的，是感觉性的存在。 如如WINDOWSWINDOWS操作系统使用了虚拟存储技术，它把外部存操作系统使用了虚拟存储技术，它把外部存储器映射为用户自由

29、使用的储器映射为用户自由使用的“无限大无限大”的内存空间，即的内存空间，即虚拟内存，这样保证了需要内存空间比实际内存空间大虚拟内存，这样保证了需要内存空间比实际内存空间大的程序能正常运行。的程序能正常运行。 37四、异步性四、异步性所谓异步是指内存中的多个进程都按照各自独立的、所谓异步是指内存中的多个进程都按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。这是由于它们共享资源、不可预知的速度向前推进。这是由于它们共享资源、并发执行的缘故。并发执行的缘故。 内存中的每个进程什么时候执行，向前推进速度快慢，共需多少时间都是由执行的现场所决定。很有可能先进入内存的作业后完成，后进入内存的作业先完成。但同一程序

30、在相同的初始数据下，无论何时运行都应获得同样的结果。38 操作系统是一个十分复杂的大型软件。为了控制该软件的复杂性，在开发OS时，先后引入了分解、模块化、 抽象和隐蔽等软件工程方法方法。开发方法的不断发展，促进了OS结构的更新换代。一般地， 传统的传统的OSOS结构结构：第一代至第三代的：第一代至第三代的OSOS结构结构 现代现代OSOS结构：结构：微内核的微内核的OSOS结构。结构。 1.6 1.6 操作系统结构设计操作系统结构设计 1.6.1 1.6.1 传统的操作系统结构传统的操作系统结构39 在早期开发操作系统时，设计者是基于过程的方法设计，各过程之间可以相互调用，在操作系统内部不存在

31、任何结构，因此，这种OS是无结构 (整体系统结构)的。 基于过程的设计方法，只注重如何编制紧凑的程序，以便于有效地利用内存、对GOTO语句的使用不加任何限制，所设计出的操作系统既庞大又杂乱，缺乏清晰的程序结构。这一方面会使所编制出的程序错误很多，给调试工作带来很多困难；另一方面也使程序难以阅读和理解，增加了维护人员的负担。 1. 1. 无结构操作系统无结构操作系统401) 1) 模块化结构模块化结构 模块化程序设计技术是基于“分解”和“模块化”原则来控制大型软件的复杂度的。为使OS具有较清晰的结构，将OS按其功能划分为若干个具有一定独立性和大小的模块。每个模块具有某方面的管理功能，如进程管理模

32、块、存储器管理模块等，并规定好各模块间的接口，使各模块之间能通过该接口实现交互，然后再进一步将各模块细分为若干个具有一定管理功能的子模块。 2. 2. 模块化模块化OSOS结构结构41图 1-5 模块化操作系统结构 进程控制进程调度内存分配内存保护磁盘管理目录管理进程管理存储器管理文件管理操作系统模块子模块42(1) 提高了OS设计的正确性、 可理解性和可维护性。 (2) 增强了OS的可适应性。 (3) 加速了OS的开发过程。 模块化结构设计的缺点有二。 首先，在开始设计OS时，对模块的划分及对接口的规定并不精确，而且还可能存在错误，因而很难保证按此规定所设计出的模块会完全正确， 这将使在把这

33、些模块装配成OS时发生困难； 其次，从功能观点来划分模块时，未能将共享资源和独占资源加以区别； 由于管理上的差异，又会使模块间存在着复杂的依赖关系使OS结构变得不清晰。 2) 模块化OS的优缺点433. 3. 分层式分层式OSOS结构结构 1) 有序分层的基本概念 从改进设计方式上说，应使我们的每一步设计都是建立在可靠的基础上。我们可以从物理机器开始， 在其上面先添加一层具有一定功能的软件A1, 由于A1是建立在完全确定的物理机器上的，在经过精心设计和几乎是穷尽无遗的测试后，可以认为A1是正确的；然后再在A1上添加一层新软件A2，如此一层一层地自底向上增添软件层，每一层都实现若干功能，最后总能

34、构成一个能满足需要的OS。 44 分层式结构设计的基本原则是：每一层都仅使用其底层所提供的功能和服务，这样可使系统的调试和验证都变得容易， 例如，在调试第一层软件A1时，由于它只使用了物理机器提供的功能，因此它将与其所有的高层软件A2，An无关； 同样在调试A2时，它也只使用了A1和物理机器所提供的功能， 而与其高层软件A3, ，An无关，这样，一旦发现Ai出现错误时，通常该错误只会局限于Ai，因为它与所有其高层的软件无关，而Ai层以下的各层软件，又都经过仔细的调试。 45 2) 层次的设置 (1) 程序嵌套。 通常OS的每个功能的实现， 并非是只用一个程序便能完成的，而是要经由若干个软件层才

35、有可能完成。因此在划分OS层次时，首先要考虑在实现OS 的每个功能时所形成的程序嵌套。例如，作业调度模块须调用进程控制模块；在为某作业创建一进程时，进程控制模块又须调用内存管理模块为新进程分配内存空间，可见，进程控制模块应在内存管理模块之上； 而作业调度模块又应在更高层。 46 (2) 运行频率。在分层结构中，各层次软件的运行速度是不同的，因为A1层软件能直接在物理机器上运行， 故它有最高的运行速度。随着层次的增高，其相应软件的运行速度就随之下降，因而An层软件的运行速度最低。 为了提高OS的运行效率，应该将那些经常活跃的模块放在最接近硬件的A1层，如时钟管理、进程调度，通常都放在A1层。 4

36、7 (3)公用模块。应把供多种资源管程程序调用的公用模块， 设置在最低层，不然，会使比它低的层次模块由于无法调用它而须另外配置相应功能的模块。例如，用于对信号量进行操作的原语Signal和Wait。 (4)用户接口。为方便用户(程序)，OS向用户提供了“用户与OS的接口”，如命令接口、程序接口以及图形用户接口。这些接口应设置在OS的最高层，直接提供给用户使用。 481.6.2 1.6.2 微内核微内核OSOS结构结构 1) 1) 基本概念基本概念 为了提高为了提高OSOS的灵活性和可扩充性而将的灵活性和可扩充性而将OSOS划分为两部分划分为两部分. . 一部分是用于提供各种服务的一组服务器一部

37、分是用于提供各种服务的一组服务器( (进程进程) )，所有这些服务器，所有这些服务器( (进程进程) )都运行在用户态。都运行在用户态。 当有一客户进程要求读文件的一个盘块时，当有一客户进程要求读文件的一个盘块时，该进程便向文件服务器该进程便向文件服务器( (进程进程) )发出一个请求；当服务器完成了该客户的发出一个请求；当服务器完成了该客户的请求后，便给该客户回送一个响应。请求后，便给该客户回送一个响应。 另一部分是内核，用来处理客户和服务器之间的通信，另一部分是内核，用来处理客户和服务器之间的通信， 即由内核即由内核来接收客户的请求，再将该请求送至相应的服务器；同时它也接收服务来接收客户的

38、请求，再将该请求送至相应的服务器；同时它也接收服务器的应答，器的应答， 并将此应答回送给请求客户。并将此应答回送给请求客户。 此外，在内核中还应具有其此外，在内核中还应具有其它一些机构，用于实现与硬件紧密相关的和一些较基本的功能。它一些机构，用于实现与硬件紧密相关的和一些较基本的功能。 1. 1. 客户客户/ /服务器模式服务器模式( (Client-Server Model)Client-Server Model)49图 1-6 单机环境下的客户/服务器模式 客户进程客户进程进程服务器终端服务器文件服务器存储器服务器用户方式核心方式回答核心请求(1) 提高了系统的灵活性和可扩充性。 (2)

39、提高了OS的可靠性。 (3) 可运行于分布式系统中。 2) 客户/服务器模式的优点50微内核技术的引入微内核技术的引入 所谓微内核技术，是指精心设计的、能实现现代OS核心功能的小型内核，它与一般的OS(程序)不同， 它更小更精炼，它不仅运行在核心态，而且开机后常驻内存， 它不会因内存紧张而被换出内存。微内核并非是一个完整的OS， 而只是为构建通用OS提供一个重要基础。由于在微内核OS结构中，通常都采用了客户/服务器模式，因此OS的大部分功能和服务，都是由若干服务器来提供的， 如文件服务器、作业服务器和网络服务器等。3. 微内核技术微内核技术51 微内核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如

40、进程管理、存储器管理、进程间通信、 低级I/O功能。 (1) 进程管理。 (2) 存储器管理。 (3) 进程通信管理。 (4) I/O设备管理。 2) 微内核的基本功能521.7 流行操作系统简介流行操作系统简介 7.1 D O S 操作系统操作系统 7.2 Windows操作系统操作系统 7.3 UNIX操作系统操作系统(*) 7.4 自由软件和自由软件和Linux操作系统操作系统(*) 53 1974 1974年，年，“The UNIX Time-Sharing SystemThe UNIX Time-Sharing System”一文在美一文在美国权威杂志国权威杂志CACMCACM上发表

41、，引起广泛注意。上发表，引起广泛注意。 最早外界可获得的最早外界可获得的UNIXUNIX是是19751975年的年的UNIXUNIX第第6 6版；版； 1978 1978年的年的UNIXUNIX第第7 7版，可以看作当今版，可以看作当今UNIXUNIX的先驱，该版的先驱，该版为今天为今天UNIXUNIX的繁荣奠定了基础，的繁荣奠定了基础，UNIXUNIX也步入了成型阶段。也步入了成型阶段。UNIX操作系统 7070年代中后期年代中后期UNIXUNIX源代码的免费扩散引起了大学和公司源代码的免费扩散引起了大学和公司的兴趣，大众的参与为的兴趣，大众的参与为UNIXUNIX的改进、完善、传播和普及起到的改进、完善、传播和普及起到了重要的作用。了重要的作用。54 1977 1977年年AT&TAT&T公司开始为计算机软硬件厂商提供公司开始为计算机软硬件厂商提供UNIXUNIX操操作系统的初始设备制造商作系统的初始设备制造商( (OEM)OEM)许可证，商家开始了商业许可证，商家开始了商业运营，许多商品化运营，许多商品化UNIXUNIX版本出现。版本出现。 比较著名的有：比较著名的有： SUNSUN公司的公司的SUN OSSUN OS和和S