08级操作系统c单击此处编辑母版标题

1、Operating SystemOperating SystemPage 12022-3-8Operating SystemOperating SystemPage 22022-3-8q课程性质与教学目的课程性质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学分及学时分配学分及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程Operating SystemOperating SystemPage 32022-3-8 操作系统是现代计算机最重要的大型系统软件操作系统是现代计算机最重要的大型系统软件之一之一q作用作用v对计算机系统进行统一的调度和管理对计算机系统进行统一的

2、调度和管理v提供各种强有力的系统服务提供各种强有力的系统服务v为用户创造灵活而又方便的使用环境为用户创造灵活而又方便的使用环境 操作系统这门课程主要讲述操作系统和系统软操作系统这门课程主要讲述操作系统和系统软件的件的工作原理工作原理，包括，包括进程管理进程管理、存储管理存储管理、I/O设设备管理备管理、文件管理文件管理。通过本课程的学习，使学生了。通过本课程的学习，使学生了解并掌握计算机系统中的解并掌握计算机系统中的五大类型五大类型，资源管理的，资源管理的基基本技术、方法本技术、方法，从而更好地，从而更好地理解理解操作系统和系统软操作系统和系统软件的工作原理。件的工作原理。课程性质与教学目的课

3、程性质与教学目的Operating SystemOperating SystemPage 42022-3-8q课程性质与教学目的课程性质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学分及学时分配学分及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程Operating SystemOperating SystemPage 52022-3-8 通过本课程学习，学生应在知识和技能两方面通过本课程学习，学生应在知识和技能两方面达到要求：达到要求：q知识方面知识方面掌握操作系统，主要包括：计算机掌握操作系统，主要包括：计算机资源管理的总体思路、进程管理、存储管理、资源管理的总

4、体思路、进程管理、存储管理、I/O设备管理、文件管理。要求学生掌握资源管理系统设备管理、文件管理。要求学生掌握资源管理系统软件的综合性能评价的方法，理解不同资源管理的软件的综合性能评价的方法，理解不同资源管理的基本功能、方法。基本功能、方法。q技能方面技能方面根据掌握的操作系统知识对系统软根据掌握的操作系统知识对系统软件进行分析，并进行进程调度、存储管理、件进行分析，并进行进程调度、存储管理、I/O设设备调度等相应算法的设计及实现。备调度等相应算法的设计及实现。基本要求基本要求Operating SystemOperating SystemPage 62022-3-8q课程性质与教学目的课程性

5、质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学分及学时分配学分及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程Operating SystemOperating SystemPage 72022-3-8课程主要内容课程主要内容q操作系统引论操作系统引论q进程管理进程管理q处理机调度与死锁处理机调度与死锁q存储器管理存储器管理q设备管理设备管理q文件系统文件系统q操作系统接口（略讲）操作系统接口（略讲）操作系统的功能操作系统的功能管理系统软硬件资源管理系统软硬件资源扩展计算机的功能扩展计算机的功能向用户提供服务向用户提供服务Operating SystemOper

6、ating SystemPage 82022-3-8q课程性质与教学目的课程性质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学时及学时分配学时及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程Operating SystemOperating SystemPage 92022-3-8学分及学时分配学分及学时分配学时：课程讲授学时学时：课程讲授学时64合计：合计：64学时学时Operating SystemOperating SystemPage 102022-3-8q课程性质与教学目的课程性质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学时及学时分配学时

7、及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程Operating SystemOperating SystemPage 112022-3-8参考书目参考书目q 操作系统原理操作系统原理，苏开根等，武汉大学出版，苏开根等，武汉大学出版社社 q 操作系统操作系统，冯耀霖，杜舜国，西安电子科，冯耀霖，杜舜国，西安电子科技大学出版社技大学出版社q 操作系统与习题解析操作系统与习题解析，李春保，清华大学，李春保，清华大学出版社出版社q 操作系统概念操作系统概念，美美Abraham Silberschatz,Peter Baer Galvin,Greg Gagne著，郑扣根译，高等教育

8、出版社郑扣根译，高等教育出版社Operating SystemOperating SystemPage 122022-3-8q课程性质与教学目的课程性质与教学目的q基本要求基本要求q课程主要内容课程主要内容q学时及学时分配学时及学时分配q参考书目参考书目q前期课程及后续课程前期课程及后续课程Operating SystemOperating SystemPage 132022-3-8前期课程及后续课程前期课程及后续课程q前期课程前期课程高级语言程序设计高级语言程序设计数据结构数据结构Operating SystemOperating SystemPage 142022-3-8Operating

9、 SystemOperating SystemPage 152022-3-8q提出问题：提出问题： 计算机系统资源由谁来管理？计算机系统资源由谁来管理？ 计算机系统如何执行程序？计算机系统如何执行程序？ 计算机系统如何为用户提供服务？计算机系统如何为用户提供服务？ 计算机操作系统是什么？计算机操作系统是什么？ 如果让你设计操作系统，你如何设计？如果让你设计操作系统，你如何设计？OS的地位和作用的地位和作用简单的说，操作系统是计算机简单的说，操作系统是计算机系统的核心，是唯一的控制和管理整个计算机系统系统的核心，是唯一的控制和管理整个计算机系统硬件的软件硬件的软件Operating System

10、Operating SystemPage 162022-3-8q操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用q操作系统的发展过程操作系统的发展过程q操作系统的基本特征操作系统的基本特征q操作系统的主要功能操作系统的主要功能q操作系统的结构设计操作系统的结构设计Operating SystemOperating SystemPage 172022-3-8q操作系统的目标操作系统的目标q操作系统的作用操作系统的作用q推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力Operating SystemOperating SystemPage 182022-3-8计算机系统计算机系统(层次结构层次结构)软

11、件软件硬件及固件（裸机）硬件及固件（裸机）应用软件应用软件系统软件系统软件编辑软件，编译软件编辑软件，编译软件操作系统操作系统计算机系统的组成计算机系统的组成Operating SystemOperating SystemPage 192022-3-8计算机硬件操作系统系统工具应用软件应用用户应用开发人员操作系统开发人员紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他软件的共同环境）Operating SystemOperating SystemPage 202022-3-8q方便性（用户的观点）方便性（用户的观点）v提供提供良好良好的、的、一致一致的用户的用户接口接口，弥补硬件系统的类型，弥补硬件

12、系统的类型和数量差别，使计算机更容易使用和数量差别，使计算机更容易使用q有效性（系统管理人员的观点）有效性（系统管理人员的观点）v使使CPU、I/O设备和存储空间得到设备和存储空间得到有效利用有效利用；管理和；管理和分配硬件、软件分配硬件、软件资源资源，合理地组织计算机的工作流程，合理地组织计算机的工作流程q可扩充性可扩充性vOS应采用层次化结构，以便于增加新的功能层次和模应采用层次化结构，以便于增加新的功能层次和模块，并能修改老的功能层次和模块块，并能修改老的功能层次和模块q开放性开放性v遵循标准规范，方便地实现互连，实现应用的可移植遵循标准规范，方便地实现互连，实现应用的可移植性和互操作性

13、性和互操作性Operating SystemOperating SystemPage 212022-3-8q操作系统的目标操作系统的目标q操作系统的作用操作系统的作用q推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力Operating SystemOperating SystemPage 222022-3-8qOS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统来使用计算机系统q系统方式系统方式v命令行命令行v菜单式菜单式v命令脚本式命令脚本式q系统调用系统调用v形式上类似于过程形式上类似于过程 OS作为接口的示意图 调用，在应用编程中使用调

14、用，在应用编程中使用q图形用户接口图形用户接口v图形、窗口等图形、窗口等用 户应用程序系统调用 命令 图标、窗口操作系统计算机硬件Operating SystemOperating SystemPage 232022-3-8q计算机的硬件资源包括处理机、存储器、计算机的硬件资源包括处理机、存储器、I/O设设备及数据和程序等备及数据和程序等q管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况）、资源的分配、回收和访问操作，相应管理况）、资源的分配、回收和访问操作，相应管理策略（包括用户权限）策略（包括用户权限）v处理机管理处理机管理v存储器管理存储器管理vI/O设

15、备管理设备管理v文件管理文件管理Operating SystemOperating SystemPage 242022-3-8qOS是扩展机是扩展机(extended machine)/虚拟机虚拟机(virtual machine)v将覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机将覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机q在裸机上添加：设备管理、文件管理、存储管理在裸机上添加：设备管理、文件管理、存储管理（针对内存和外存）、处理机管理（针对（针对内存和外存）、处理机管理（针对CPU）q合理组织工作流程：作业管理、进程管理合理组织工作流程：作业管理、进程管理操作系统的非形式化定义（关键点）：系统软件，程序模

16、块的集合，资源管理和用户接口功能OS能把一台能把一台“裸裸机机”改造成功能更改造成功能更强大、用户使用更强大、用户使用更方便灵活、更安全方便灵活、更安全可靠的虚拟机可靠的虚拟机Operating SystemOperating SystemPage 252022-3-8q操作系统的目标操作系统的目标q操作系统的作用操作系统的作用q推动操作系统发展的主要动力推动操作系统发展的主要动力Operating SystemOperating SystemPage 262022-3-8q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v计算机发展的初期，计算机系统昂贵，用作集中计算机发展的初期，计算机

17、系统昂贵，用作集中计算计算q方便用户方便用户v用户上机、调试程序，分散计算时的事务处理和用户上机、调试程序，分散计算时的事务处理和非专业用户（商业和办公、家庭）非专业用户（商业和办公、家庭）q器件的发展器件的发展vCPU的位宽度（指令和数据）、快速外存的位宽度（指令和数据）、快速外存q计算机体系结构的发展计算机体系结构的发展v从单处理机到多处理机；从单机到网络从单处理机到多处理机；从单机到网络Operating SystemOperating SystemPage 272022-3-8qMS OS: MS DOS, MS Windows 3.x, Windows 95, Windows NT,

18、 Windows 2000qUNIX: BSD, SRV4, OSF1, SCO UNIX, AIX, Solaris, LinuxqNOS: Novell NetwareqRTOS: VxWorks, pSoS, NucleusOperating SystemOperating SystemPage 282022-3-8q操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用q操作系统的发展过程操作系统的发展过程q操作系统的基本特征操作系统的基本特征q操作系统的主要功能操作系统的主要功能q操作系统的结构设计操作系统的结构设计Operating SystemOperating SystemPage 2920

19、22-3-8q无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统q单道批处理系统单道批处理系统q多道批处理系统多道批处理系统q分时系统分时系统q实时系统实时系统q网络操作系统网络操作系统q分布式操作系统分布式操作系统q嵌入式操作系统嵌入式操作系统Operating SystemOperating SystemPage 302022-3-8q1946 50年代（电子管），集中计算（计算中年代（电子管），集中计算（计算中心），计算机资源昂贵心），计算机资源昂贵q工作方式工作方式v用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员；专业人员；v编程语言：机

20、器语言编程语言：机器语言v输入输出：纸带或卡片输入输出：纸带或卡片q计算机的工作特点计算机的工作特点v用户独占全机：不出现资源被其他用户占用，资源利用户独占全机：不出现资源被其他用户占用，资源利用率低用率低vCPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低利用率低严重降低了计算机资源的利用率严重降低了计算机资源的利用率人机矛盾！人机矛盾！Operating SystemOperating SystemPage 312022-3-8q事先将用户程序或数事先将用户程序或数据的纸带或卡片准

21、入据的纸带或卡片准入纸带输入机，在外围纸带输入机，在外围机的控制下输入到磁机的控制下输入到磁带上，带上，CPU从磁带上从磁带上读入数据；输出过程读入数据；输出过程正好相反正好相反q特点特点v减少了减少了CPU的空闲的空闲时间时间v提高提高I/O速度速度硬件不断发展，硬件不断发展，CPU速度的提高、系统规模扩大，人机速度的提高、系统规模扩大，人机矛盾严重，如何解决？矛盾严重，如何解决？输入设备外围机磁盘主机外围机输出设备 脱机I/O示意图Operating SystemOperating SystemPage 322022-3-8q主要矛盾主要矛盾v计算机处理能力的提高，手工操作的低效率（造成浪

22、计算机处理能力的提高，手工操作的低效率（造成浪费）；费）；v用户独占全机的所有资源；用户独占全机的所有资源；q提高效率的途径提高效率的途径v专门的操作员，批处理专门的操作员，批处理Operating SystemOperating SystemPage 332022-3-8q无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统q单道批处理系统单道批处理系统q多道批处理系统多道批处理系统q分时系统分时系统q实时系统实时系统q网络操作系统网络操作系统q分布式操作系统分布式操作系统q嵌入式操作系统嵌入式操作系统Operating SystemOperating SystemPage 342022-3-8q5

23、0年代末年代末 60年代中（晶体管）：利用磁带把年代中（晶体管）：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由一个专门的监督程序监督程序（Monitor）自动依次处）自动依次处理。可使用汇编语言开发理。可使用汇编语言开发q批处理中的作业的组成批处理中的作业的组成v用户程序用户程序v数据数据v作业说明书（作业控制语言）作业说明书（作业控制语言）q批批v供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成，在处理中使用一组相同的系统软件（系统装成，在处理中使用一组相同的系统软件（系统带）带）Oper

24、ating SystemOperating SystemPage 352022-3-8把下一个作业的源把下一个作业的源程序转换为目标程程序转换为目标程序序源程序源程序有错吗？有错吗？否否装装 配配目标程序目标程序还有下还有下一个作业？一个作业？是是否否停止停止运运 行行目标程序目标程序是是开始开始Operating SystemOperating SystemPage 362022-3-8q用户提交作业：以纸带或卡片为介质用户提交作业：以纸带或卡片为介质q操作员合成批作业：结果为磁带介质操作员合成批作业：结果为磁带介质q批作业处理：对批作业中的每个作业进行相同的批作业处理：对批作业中的每个作业

25、进行相同的处理：从磁带读入用户作业和编译链接程序，编处理：从磁带读入用户作业和编译链接程序，编译链接用户作业，生成可执行程序；启动执行；译链接用户作业，生成可执行程序；启动执行；执行结果输出执行结果输出q这时的问题：慢速的输入输出处理仍直接由主机这时的问题：慢速的输入输出处理仍直接由主机来完成。输入输出时，来完成。输入输出时，CPU处于等待状态处于等待状态Operating SystemOperating SystemPage 372022-3-8q卫星机：完成面向用户的输入输出（纸带或卡卫星机：完成面向用户的输入输出（纸带或卡片），中间结果暂存在磁带或磁盘上片），中间结果暂存在磁带或磁盘上q

26、利用卫星机完成输入输出功能。主机与卫星机可利用卫星机完成输入输出功能。主机与卫星机可并行工作并行工作q作业控制命令由监督程序作业控制命令由监督程序(monitor)来执行，完来执行，完成如装入程序、编译、运行等操作成如装入程序、编译、运行等操作q优点：优点：同一批内各作业的自动依次更替，改善了同一批内各作业的自动依次更替，改善了主机主机CPU和和I/O设备的使用效率，提高了吞吐量设备的使用效率，提高了吞吐量q缺点：缺点：磁带或磁盘需要人工装卸，作业需要人工磁带或磁盘需要人工装卸，作业需要人工分类，监督程序易遭到用户程序的破坏（由人工分类，监督程序易遭到用户程序的破坏（由人工干预才可恢复）干预才

27、可恢复）Operating SystemOperating SystemPage 382022-3-8q自动性自动性v在顺利的情况下，磁带上的一批作业能自动地逐个地在顺利的情况下，磁带上的一批作业能自动地逐个地依次运行，而无需人工干预依次运行，而无需人工干预q顺序性顺序性v磁带上的各道作业是顺序地进入内存，完成顺序与进磁带上的各道作业是顺序地进入内存，完成顺序与进入内存顺序相同入内存顺序相同q单道性单道性v内存中只有一道程序运行内存中只有一道程序运行qCPU和和I/O设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）性）v对计算为主的作业，外设空闲对计算为主的作业，外

28、设空闲v对对I/O为主的作业，为主的作业，CPU空闲空闲Operating SystemOperating SystemPage 392022-3-8q无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统q单道批处理系统单道批处理系统q多道批处理系统多道批处理系统q分时系统分时系统q实时系统实时系统q网络操作系统网络操作系统q分布式操作系统分布式操作系统q嵌入式操作系统嵌入式操作系统Operating SystemOperating SystemPage 402022-3-8q 60年代中年代中 70年代中（集成电路），利用多道批处理提年代中（集成电路），利用多道批处理提高资源的利用率高资源的利用率q

29、 多道批处理的运行特征多道批处理的运行特征v多道：内存中同时存放几个作业，并允许并发执行，多道：内存中同时存放几个作业，并允许并发执行，从而有效地提高了资源利用率和系统吞吐量从而有效地提高了资源利用率和系统吞吐量v无序性：多个作业完成的先后顺序与它们进入内存的无序性：多个作业完成的先后顺序与它们进入内存的顺序之间无严格对应关系顺序之间无严格对应关系v调度性：作业调度，从后备队列进入内存；进程调度，调度性：作业调度，从后备队列进入内存；进程调度，分配处理机运行分配处理机运行q举例举例v在当前运行的作业需作在当前运行的作业需作I/O处理时，处理时，CPU转而执行另一转而执行另一个作业个作业CPU、

30、I/O设备忙闲不均、内存利用率低，如何解决？设备忙闲不均、内存利用率低，如何解决？Operating SystemOperating SystemPage 412022-3-8t1t2t3t4t5t6t7t8结束中断I/O 完成启动 I/OI/O 中断请求I/O 完成启动 I/OI/O 中断请求用户程序监督程序I/O 操作(a) 单道程序运行情况程 序 A程序A I/O 请求程序A I/O 完成程 序 B程序B I/O 请求程 序 C程序C I/O 请求程 序 D程序D I/O 请求C I/O 完成C 再 被 调 度程序B I/O 完成程序A再被调度程 序 A程 序 B程 序 C程 序 D调

31、度 程 序(b) 四 道 程 序 运 行 情 况A完成结束中断Operating SystemOperating SystemPage 422022-3-8q多道性多道性v多道程序驻留内存：提高了资源的利用率；多道程序驻留内存：提高了资源的利用率；v程序并发执行：提高了系统的吞吐量；程序并发执行：提高了系统的吞吐量；q无序性无序性v作业进入内存先后顺序和完成的先后顺序无对应作业进入内存先后顺序和完成的先后顺序无对应性性q调度性调度性v作业提交给系统需经过两次调度作业提交给系统需经过两次调度作业调度作业调度进程调度进程调度Operating SystemOperating SystemPage

32、432022-3-8q优点优点v资源利用率高：资源利用率高：CPU、I/O设备和内存利用率较高；设备和内存利用率较高；v作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大q缺点缺点v用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时，用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时，才与用户交互，不利于调试和修改才与用户交互，不利于调试和修改v作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著增作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长长Operating SystemOperating SystemPage 442022-3-8 单道 多道 内存使用 每次一个作业 每次多个作业（充分利用

33、内存） 作业次序 顺序，先进先出 无确定次序 Operating SystemOperating SystemPage 452022-3-8q处理机管理：如何共享、分配及回收处理机、提处理机管理：如何共享、分配及回收处理机、提高利用率高利用率q内存管理：如何分配、互不重叠及干扰内存管理：如何分配、互不重叠及干扰qI/O设备管理：如何共享及分配、方便用户、提设备管理：如何共享及分配、方便用户、提高利用率高利用率q文件管理：如何组织数据和程序、便于使用、保文件管理：如何组织数据和程序、便于使用、保证数据的安全性及一致性证数据的安全性及一致性q作业管理：如何根据作业类型进行组织作业管理：如何根据作业

34、类型进行组织操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进调度，以及方便用户使用的程序集合地对各类作业进调度，以及方便用户使用的程序集合Operating SystemOperating SystemPage 462022-3-8q无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统q单道批处理系统单道批处理系统q多道批处理系统多道批处理系统q分时系统分时系统q实时系统实时系统q网络操作系统网络操作系统q分布式操作系统分布式操作系统q嵌入式操作系统嵌入式操作系统Operating SystemOperating SystemPage

35、472022-3-8q产生原因：用户需要产生原因：用户需要v人人机交互机交互v共享主机共享主机v便于用户上机：远程联机便于用户上机：远程联机q70年代中期至今年代中期至今q把计算机的系统资源（尤其是把计算机的系统资源（尤其是CPU时间）时间）进行时间上的分割，每个时间段称为一个进行时间上的分割，每个时间段称为一个时间片（时间片（time slice），每个用户依次轮），每个用户依次轮流使用时间片流使用时间片Operating SystemOperating SystemPage 482022-3-8q分时分时的含义分时是指的含义分时是指多个用户多个用户分享分享使用使用同一台同一台计算机计算机；

36、多个程序多个程序分时共享硬件分时共享硬件和和软件资源软件资源v多个用户分时：单个用户使用计算机的效率低，因多个用户分时：单个用户使用计算机的效率低，因而允许多个应用程序同时在内存中，分别服务于不而允许多个应用程序同时在内存中，分别服务于不同的用户。有用户输入时由同的用户。有用户输入时由CPU执行，处理完一次执行，处理完一次用户输入后程序暂停，等待下一次用户输入时用户输入后程序暂停，等待下一次用户输入时走时停走时停v前台和后台程序前台和后台程序(foreground & background)分时：分时：后台程序不占用终端输入输出，不与用户交互后台程序不占用终端输入输出，不与用户交互现在

37、的图形用户界面现在的图形用户界面(GUI)，除当前交互的程序，除当前交互的程序(输输入焦点入焦点)之外，其他程序均作为后台之外，其他程序均作为后台v按时间片按时间片(time slice)分配：各个程序在分配：各个程序在CPU上执上执行的轮换时间行的轮换时间Operating SystemOperating SystemPage 492022-3-8q如何使用户能与自已的作业进行交互是分时系统如何使用户能与自已的作业进行交互是分时系统的关键问题的关键问题v及时接收及时接收v及时处理及时处理q为了实现交互，用户作业必须及时进入内存；不为了实现交互，用户作业必须及时进入内存；不允许一个作业长期占用

38、处理机，须按时间片分配允许一个作业长期占用处理机，须按时间片分配 分时系统实现方法：分时系统实现方法：v单道分时系统单道分时系统v具有具有“前台前台”和和“后台后台”的分时系统的分时系统v多道分时系统多道分时系统Operating SystemOperating SystemPage 502022-3-8q 多路性多路性v共享系统资源，提高了资源利用率。节省维护开支，可靠共享系统资源，提高了资源利用率。节省维护开支，可靠性高。促进了计算机的普遍应用，提高资源利用率：远地性高。促进了计算机的普遍应用，提高资源利用率：远地用户通过终端（较便宜）联机使用用户通过终端（较便宜）联机使用q 独立性独立性

39、v每个用户一台终端，互不干扰，感觉像一个人独占计算机每个用户一台终端，互不干扰，感觉像一个人独占计算机q 及时性及时性v用户请求应尽快得到响应用户请求应尽快得到响应q 交互性交互性v用户可通过终端与系统进行广泛的人机对话，请求系统提用户可通过终端与系统进行广泛的人机对话，请求系统提供多方面的服务，如文件编辑、数据处理、资源共享等供多方面的服务，如文件编辑、数据处理、资源共享等v系统能及时对用户的操作进行响应，显著提高调试和修改系统能及时对用户的操作进行响应，显著提高调试和修改程序的效率：缩短了周转时间程序的效率：缩短了周转时间Operating SystemOperating SystemPa

40、ge 512022-3-8q无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统q单道批处理系统单道批处理系统q多道批处理系统多道批处理系统q分时系统分时系统q实时系统实时系统q网络操作系统网络操作系统q分布式操作系统分布式操作系统q嵌入式操作系统嵌入式操作系统如何解决紧急任务？如何解决紧急任务？Operating SystemOperating SystemPage 522022-3-8q用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域，用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域，包括：包括：v实时控制：当计算机应用于生产过程的控制形实时控制：当计算机应用于生产过程的控制形成以计算机为中心的控制系统时，系

41、统要求能成以计算机为中心的控制系统时，系统要求能实时采集现场数据，并对所采集的数据进行及实时采集现场数据，并对所采集的数据进行及时处理，从而自动地控制相应的执行机构，使时处理，从而自动地控制相应的执行机构，使某些参数（如湿度、压力、液位）能按预定的某些参数（如湿度、压力、液位）能按预定的规律变化，以保证产品的质量和提高产量。规律变化，以保证产品的质量和提高产量。 v实时信息处理：能及时接收从远程终端发来的实时信息处理：能及时接收从远程终端发来的服务请求，对信息进行检索和处理，并在很短服务请求，对信息进行检索和处理，并在很短时间内作出回答时间内作出回答q主要设计目标：主要设计目标：响应时间短；响

42、应时间短；实时时钟管理；连实时时钟管理；连续人机对话；过载防护；高度可靠性和安全续人机对话；过载防护；高度可靠性和安全Operating SystemOperating SystemPage 532022-3-8q任务的类型任务的类型v周期性实时任务周期性实时任务v非周期性实时任务：截止时间非周期性实时任务：截止时间(deadline)，开始截止，开始截止时时间（最晚开始时间）和完成截止时间（最晚完成时间）间（最晚开始时间）和完成截止时间（最晚完成时间）q对截止时间的要求对截止时间的要求v硬实时任务（硬实时任务（hard real-time task）：必须满足截）：必须满足截止时间要求止时间

43、要求v软实时任务（软实时任务（soft real-time task）q通常通常把兼有分时、实时和批处理三者或其中两者把兼有分时、实时和批处理三者或其中两者的操作系统，的操作系统，称作称作通用操作系统通用操作系统。可适用于计算、。可适用于计算、事务处理等多种领域，能运行在多种硬件平台上，事务处理等多种领域，能运行在多种硬件平台上，如如 UNIX系统、系统、Windows NT等。通用化、等。通用化、小型化小型化Operating SystemOperating SystemPage 542022-3-8分时系统分时系统实时系统实时系统多路性多路性多终端服务多终端服务多路现场、多个对象、多多路现

44、场、多个对象、多个执行机构个执行机构独立性独立性终端服务互相独立、互不终端服务互相独立、互不干扰干扰信息采集和对象控制互不信息采集和对象控制互不干扰干扰及时性及时性用户可接受的用户可接受的实时信息系统同分时系统实时信息系统同分时系统实时控制系统要求高实时控制系统要求高交互性交互性强强仅对特定服务仅对特定服务可靠性可靠性一般一般强，通常采取容错措施强，通常采取容错措施Operating SystemOperating SystemPage 552022-3-8q无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统q单道批处理系统单道批处理系统q多道批处理系统多道批处理系统q分时系统分时系统q实时系统实时

45、系统q网络操作系统网络操作系统q分布式操作系统分布式操作系统q嵌入式操作系统嵌入式操作系统Operating SystemOperating SystemPage 562022-3-8q计算机网络计算机网络q网络操作系统功能网络操作系统功能Operating SystemOperating SystemPage 572022-3-8v计算机网络计算机网络 通过通信设施将物理上分散的通过通信设施将物理上分散的具有自治功具有自治功能能的的多个计算机系统互连多个计算机系统互连起来的实现信息交起来的实现信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。Operati

46、ng SystemOperating SystemPage 582022-3-8v网络操作系统网络操作系统在各种计算机操作系统上，按网络体系结构在各种计算机操作系统上，按网络体系结构协议标准开发的软件协议标准开发的软件包括网络管理、通信、安全、资源共享和各包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用种网络应用目标目标：是相互通信及资源共享：是相互通信及资源共享Operating SystemOperating SystemPage 592022-3-8q无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统q单道批处理系统单道批处理系统q多道批处理系统多道批处理系统q分时系统分时系统q实时系统实时系

47、统q网络操作系统网络操作系统q分布式操作系统分布式操作系统q嵌入式操作系统嵌入式操作系统Operating SystemOperating SystemPage 602022-3-8q基于两种环境基于两种环境v多处理器系统多处理器系统v多计算机系统多计算机系统q是网络操作系统的更高级的形式是网络操作系统的更高级的形式q保持了网络操作系统的全部功能保持了网络操作系统的全部功能Operating SystemOperating SystemPage 612022-3-8q特征特征v是一个统一的操作系统是一个统一的操作系统v资源进一步共享资源进一步共享v透明性：资源共享与分布对用户是透明的透明性：资

48、源共享与分布对用户是透明的v自治性：处于分布式系统的多个主机处于自治性：处于分布式系统的多个主机处于平等地位，无主从关系平等地位，无主从关系v处理能力增强、速度更快、可靠性增强处理能力增强、速度更快、可靠性增强Operating SystemOperating SystemPage 622022-3-8q网络和分布式的区别网络和分布式的区别v分布式具有各个计算机间相互通讯，分布式具有各个计算机间相互通讯，无主无主从关系；网络有主从关系从关系；网络有主从关系v分布式系统资源为分布式系统资源为所有用户共享所有用户共享；而网络；而网络有限制地共享有限制地共享v分布式系统中若干个计算机可相互协作共分布

49、式系统中若干个计算机可相互协作共同完成一项任务同完成一项任务Operating SystemOperating SystemPage 632022-3-8q无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统q单道批处理系统单道批处理系统q多道批处理系统多道批处理系统q分时系统分时系统q实时系统实时系统q网络操作系统网络操作系统q分布式操作系统分布式操作系统q嵌入式操作系统嵌入式操作系统Operating SystemOperating SystemPage 642022-3-8q嵌入式系统嵌入式系统v在各种设备、装置或系统中，完成在各种设备、装置或系统中，完成特定功特定功能能的软硬件系统的软硬件系统

50、v它们是一个大设备、装置或系统中的一部它们是一个大设备、装置或系统中的一部分，这个大设备、装置或系统分，这个大设备、装置或系统可以不是可以不是“计算机计算机”v由于它们被嵌入在各种设备、装置或系统由于它们被嵌入在各种设备、装置或系统中，因此称为嵌入式系统中，因此称为嵌入式系统Operating SystemOperating SystemPage 652022-3-8qEOSEOS（Embedded Operating SystemEmbedded Operating System）在嵌入式系统）在嵌入式系统中的中的OSOSv是运行在嵌入式智能芯片环境中是运行在嵌入式智能芯片环境中v对整个智能

51、芯片以及它所操作、控制的各种部件装对整个智能芯片以及它所操作、控制的各种部件装置等等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系置等等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件统软件v国际上有名的嵌入式操作系统有国际上有名的嵌入式操作系统有Windows CE Windows CE 、Palm OS Palm OS 、Linux Linux 、VxWorks VxWorks 、pSOSpSOS、 QNXQNX、OS-OS-9 9 、LynxOSLynxOS等，已进入我国市场的国外产品有等，已进入我国市场的国外产品有WindRiverWindRiver、MicrosoftMicrosoft、QNXQ

52、NX和和NuclearNuclear等等v我国起步较晚，此类产品主要是基于自主版权的我国起步较晚，此类产品主要是基于自主版权的LinuxLinux操作系统，其中以中软操作系统，其中以中软LinuxLinux、红旗、红旗LinuxLinux、东方东方LinuxLinux为代表。为代表。Operating SystemOperating SystemPage 662022-3-8q典型嵌入式操作系统的特性典型嵌入式操作系统的特性v完成完成某一项或有限项某一项或有限项功能；功能；不不是是通用通用型的型的v在性能和实时性方面有严格的限制在性能和实时性方面有严格的限制v能源、成本和可靠性通常是影响设计的

53、重能源、成本和可靠性通常是影响设计的重要因素要因素v占有资源少、易于连接占有资源少、易于连接v系统功能可系统功能可针对需求进行裁剪、调整和生针对需求进行裁剪、调整和生成成，以便满足最终产品的设计要求，以便满足最终产品的设计要求Operating SystemOperating SystemPage 672022-3-8q嵌入式操作系统的应用嵌入式操作系统的应用嵌入计算的各种应用特点嵌入计算的各种应用特点v掌上电脑掌上电脑运算速度：运算速度： 100 KIPS100 KIPS 在大小上优化、支持手写、低能耗在大小上优化、支持手写、低能耗v工业设备工业设备运算速度：运算速度： 1 MIPS1 MI

54、PS安全优先，控制流程为主安全优先，控制流程为主v军事装备军事装备运算速度运算速度 ：1 GFLOPS 1 GFLOPS 可靠性最重要可靠性最重要Operating SystemOperating SystemPage 682022-3-8q操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用q操作系统的发展过程操作系统的发展过程q操作系统的基本特征操作系统的基本特征q操作系统的主要功能操作系统的主要功能q操作系统的结构设计操作系统的结构设计Operating SystemOperating SystemPage 692022-3-8q并发（并发（Concurrence）q共享（共享（Sharing）q虚

55、拟（虚拟（Virtual）q异步性（异步性（Asynchronism）注意：这里指的是通用操作系统！注意：这里指的是通用操作系统！Operating SystemOperating SystemPage 702022-3-8q并发是指多个事件在并发是指多个事件在同一时间段同一时间段内发生。操作系内发生。操作系统是一个并发系统，各进程间的并发，系统与应统是一个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的并发。操作系统要完成这些并发过程的管用间的并发。操作系统要完成这些并发过程的管理。理。q并行并行(parallel)是指在是指在同一时刻同一时刻发生发生q在多道程序处理时，在多道程序处理时，宏观宏观上

56、并发，上并发，微观微观上交替执上交替执行（行（在单处理器情况下在单处理器情况下）q程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是进程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是进程（或称作任务），并发指的是进程（或线程）程（或称作任务），并发指的是进程（或线程） 注意区分并发和并行！注意区分并发和并行！Operating SystemOperating SystemPage 712022-3-8q并发（并发（Concurrence）q共享（共享（Sharing）q虚拟（虚拟（Virtual）q异步性（异步性（Asynchronism）Operating SystemOperating SystemPage

57、 722022-3-8q是指系统中的资源可供内存中是指系统中的资源可供内存中多个并发多个并发执行的进程执行的进程（线程）（线程）共同使用共同使用。因资源属性不同，对资源共享。因资源属性不同，对资源共享的方式也不同的方式也不同q互斥共享互斥共享（如音频设备、打印机等）（如音频设备、打印机等）v资源分配后到释放前，不能被其他进程所用。资源分配后到释放前，不能被其他进程所用。q同时访问同时访问（如可重入代码，磁盘文件）（如可重入代码，磁盘文件）v同时是宏观上的，在微观上进程可能是交替地对资源同时是宏观上的，在微观上进程可能是交替地对资源进行访问进行访问q并发和共享是操作系统的并发和共享是操作系统的两

58、个最基本的特征两个最基本的特征。一方。一方面，资源面，资源共享是以共享是以程序程序(进程进程)的的并发执行为条件并发执行为条件的；的；另一方面，若系统不能对资源共享实施有效管理，另一方面，若系统不能对资源共享实施有效管理， 协调好诸进程对共享资源的访问，也必然影响到程协调好诸进程对共享资源的访问，也必然影响到程序并发执行的程度序并发执行的程度 并发和共享是相互依存的！并发和共享是相互依存的！Operating SystemOperating SystemPage 732022-3-8q并发（并发（Concurrence）q共享（共享（Sharing）q虚拟（虚拟（Virtual）q异步性（异步

59、性（Asynchronism）Operating SystemOperating SystemPage 742022-3-8q通过某种技术把一个物理实体变为若干个通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物，主要目的在于提高资源逻辑上的对应物，主要目的在于提高资源的利用率的利用率q如如vCPU每个用户（进程）的每个用户（进程）的虚处理机虚处理机v存储器每个进程都占有的地址空间（指令存储器每个进程都占有的地址空间（指令数据堆栈）数据堆栈）v显示设备多窗口或虚拟终端显示设备多窗口或虚拟终端(virtual terminal)v打印设备将临界资源变为同时访问资源打印设备将临界资源变为同时访问资

60、源Operating SystemOperating SystemPage 752022-3-8q并发（并发（Concurrence）q共享（共享（Sharing）q虚拟（虚拟（Virtual）q异步性（异步性（Asynchronism）Operating SystemOperating SystemPage 762022-3-8q也称也称不确定性不确定性，指进程的执行，指进程的执行顺序顺序和执行和执行时间时间的不确定性的不确定性q进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程并发执行，进程并发执行，时走时停时走时停，不可预知每个进，不可预知每个进程的运行推进快慢