计算机操作系统第四版第1章操作系统引论

1、第一章 操作系统引论 计算机操作系统 教师：徐军利E_mail：电话一章 操作系统引论 理论学时分配表理论学时分配表序号教学内容(按章填写)学时1操作系统引论42进程的描述与控制12+23处理机调度与死锁10+24存储器管理65虚拟存储器4+26输入输出系统47文件系统28磁盘存储器的管理29操作系统接口2第一章 操作系统引论 教材与主要参考书教材与主要参考书 教材教材： 计算机操作系统(第四版)汤小丹；西安电子科技大学出版社；2014年 参考书参考书： 操作系统原理linux篇徐德民；国防工业出版社，第一版；2002年 计算机操作系统庞丽萍；华中科技大学出版社；第三

2、版；2001年 计算机操作系统教程张尧学，史美林；清华大学出版社；第二版；2002年第一章 操作系统引论 第一章第一章 操作系统引论操作系统引论1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程 1.3 1.3 操作系统的基本特性操作系统的基本特性 1.4 1.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能 1.5 OS1.5 OS结构设计结构设计 第一章 操作系统引论 1.1操作系统的目标和作用1.1.1 操作系统的目标1.1.2 操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力第一章 操作系统引论 1.1.1 操作系统的目标计算机系统

3、(层次结构)软件硬件及固件（裸机）应用软件系统软件编辑软件，编译软件操作系统计算机系统的组成第一章 操作系统引论 操作系统在计算机系统中的地位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操作系统的地位：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）第一章 操作系统引论 引入操作系统的目标 方便性（用户的观点）方便性（用户的观点）：提供良好的、一致的用户接口,方便用户使用，使计算机变得易学易用。 有效性（系统管理人员的观点）有效性（系统管理人员的观点）：合理地管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程，提高系统资源利用率和系统吞吐量。 可扩充性（发

4、展的观点）可扩充性（发展的观点）：适应计算机硬件、体系结构以及应用发展的要求。 开放性（兼容的观点）开放性（兼容的观点）：系统能遵循世界标准规范，特别是遵循开放系统互连(OSI)国际标准。凡遵循国际标准所开发的硬件和软件，均能彼此兼容，可方便地实现互连。 第一章 操作系统引论 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1.1.2 操作系统的作用操作系统的作用(1)1OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口命令方式（命令行、菜单式、命令脚本式）系统调用方式（形式上类似于过程调用，在应用编程中使用）图形、窗口方式（屏幕上的窗口和图标）第一章 操作系统

5、引论 操作系统的作用(2)2OS作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者 管理对象包括：CPU、存储器、外部设备、信息（数据和软件）； 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，相应管理策略（包括用户权限）。1.1.2 操作系统的作用第一章 操作系统引论 操作系统的作用(3)3OS实现了对计算机资源的抽象实现了对计算机资源的抽象在裸机上添加：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CPU）OS是铺设在计算机硬件上的多层系统软件，它们不仅增强了系统的功能，而且还隐藏了对硬件操作的细节，由它们实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象

6、。1.1.2 操作系统的作用物理接口硬件用户用户I/O软件物理接口硬件机器指令虚机器I/O操作命令(Read，Write)第一章 操作系统引论 1.1.3 推动操作系统发展的主要动力(1) 不断提高计算机资源利用率(2) 方便用户(3) 器件的不断更新换代(4) 计算机体系结构的不断发展(5)不断提出新的应用需求“需求推动发展”第一章 操作系统引论 操作系统举例 MS OS: MS DOS, MS Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, Windows 2000 UNIX: BSD, SRV4, OSF1, SCO UNIX, AIX, Solaris, Li

7、nux NOS: Novell Netware RTOS: VxWorks, pSoS, Nucleus 手机操作系统：Android（安卓）、iPhone（苹果） OS、Palm OS、Symbian（塞班）、Windows mobile、Linux、Black Berry（黑莓）OS 6.0、Windows Phone 7（自Windows Phone7出现后，Windows Mobile系列正式退出手机系统市场）。 第一章 操作系统引论 1.2 操作系统的发展过程返回1.2.1 未配置操作系统的计算机系统1.2.2 单道批处理系统(simple batch processing)1.2.

8、3 多道批处理系统(multiprogramming system)1.2.4 分时系统(time-sharing system)1.2.5 实时系统(real-time system)1.2.6 微机操作系统的发展第一章 操作系统引论 1.2.1 未配置操作系统的计算机系统未配置操作系统的计算机系统1. 人工操作方式人工操作方式工作方式 用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员； 编程语言：为机器语言； 输入输出：纸带或卡片；基本思想 由用户(即程序员)采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，即由程序员将事先已穿孔(对应于程序和数据)的纸带(或卡片)装入纸带输入机(或卡片输入机

9、)，再启动它们将程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。当程序运行完毕并取走计算结果之后，才让下一个用户上机。计算机的工作特点：用户独占全机、CPU等待人工操作1946 50年代中期（电子管）第一代计算机集中计算，计算机资源昂贵第一章 操作系统引论 1801年，Joseph-Marie Jacquard(杰卡德)展示了一种自动提花织机（Jacquard loom），杰卡德提花机用穿孔纸带上的小孔，主要用来控制提花操作的步骤，即编写程序。通过设计不同的穿孔控制纸带，能够织出不同的图案。1801年年穿孔卡式提穿孔卡式提花织机花织机第一章 操作系统引论 穿孔纸带穿孔纸带机第一章 操作系统引论 穿孔

10、卡片穿孔卡片机第一章 操作系统引论 主要矛盾 人工操作严重降低了计算机资源的利用率人机矛盾 计算机处理能力迅速提高，而I/O设备速度提高缓慢CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾； 用户独占全机的所有资源； 缓和矛盾的途径 脱机输入/输出技术1. 人工操作方式人工操作方式摩尔定律: 当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。月便会增加一倍，性能也将提升一倍。 第一章 操作系统引论 输入设备外围机磁盘主机外围机输出设备优点：减少了CPU的空闲时间。 提高I/O速度。 1.2.1 无操作系统的计算机

11、系统无操作系统的计算机系统2. 脱机输入脱机输入/输出输出(Off-Line I/O)方式方式第一章 操作系统引论 联机输入联机输入/输出（输出（OnLine I/O）方式）方式 在主机的直接控制下进行输入/输出的方式称为联机输入联机输入/输出（输出（OnLine I/O）方式）方式。 第一章 操作系统引论 输入设备主机输出设备未配置操作系统的计算机系统未配置操作系统的计算机系统人工操作方式人工操作方式第一章 操作系统引论 输入设备外围机磁盘主机外围机输出设备单道批处理系统脱机输入脱机输入/输出输出(Off-Line I/O)方式方式第一章 操作系统引论 1952年5月 IBM的第一个磁带驱动

12、器Model 726 Magnetic磁带读取器/记录器第一章 操作系统引论 上世纪60年代的存储容量为5MB的硬盘 （27Kg重）重）第一章 操作系统引论 1.2.3 单道批处理系统(simple batch processing System)50年代末 60年代中（晶体管） 第二代计算机 工作方式 用户：设计人员、操作人员、维护人员、程序员； 编程语言：汇编语言、FORTRAN语言； 输入输出：纸带或卡片、磁带、打印机； 基本思想 把一批作业以脱机方式输入到磁带上，并在系统中配上监督程序(Monitor)，在它的控制下使这批作业能一个一个地连续处理。由于系统对作业的处理是成批地进行的，且

13、在内存中始终只保持一道作业，故称为单道批处理系统单道批处理系统(simple batch processing)(simple batch processing)。第一章 操作系统引论 早期批处理系统1. 将卡片装入 1401机的读卡机2. 将卡片中的程序读入磁带3. 将磁带装入 7094机， 完成计算4. 将磁带装入 1401机，打印结果第一章 操作系统引论 把下一个作业的源程序转换为目标程序源程序有错吗？否装 配目标程序还有下一个作业？是否停止运 行目标程序是开始1.2.2 单道批处理系统单道批处理系统 监督程序的处理过程监督程序的处理过程第一章 操作系统引论 批处理中的作业的组成： 用户

14、程序 数据 作业说明书（作业控制语言） 批： 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（系统带）第一章 操作系统引论 单道批处理系统的特征 自动性：磁带上的一批作业能自动逐个地依次运行，无需人工干预。 顺序性：磁带上的各道作业是顺序地进入内存，且先调入内存的作业先完成。 单道性：监督程序每次从磁带上只调入一道程序进入内存运行。第一章 操作系统引论 单道批处理的主要问题 CPU和I/O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I/O为主的作业，CPU空闲； 资源的利用率差，系统吞吐量低。第一章 操作系统引论 通道和中断技术

15、通道：用于控制I/O设备与内存间的数据传输。启动后可独立于CPU运行，实现CPU与I/O的并行。 通道有专用的I/O处理器，可与CPU并行工作 可实现 I/O联机处理60年代初，发展了通道技术和中断技术，这些技术的出现使监督程序在负责作业运行的同时提供I/O控制功能。第一章 操作系统引论 通道和中断技术 中断是指CPU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。 中断处理过程：中断请求，中断响应，中断点（暂停当前任务并保存现场），中断处理例程，中断返回（恢复中断点的现场并继续原有任务 可处理算术溢出和非法操作码，死循环（利用时钟中断进行超时限定） 监督程

16、序发展为执行系统(executive system)，常驻内存第一章 操作系统引论 1.2.3 多道批处理系统(multiprogrammed Batch Processing system) 在60年代中期引入了多道程序设计技术。 多道程序设计技术是指在内存同时存放若干道程序，使它们在系统中并发执行，共享系统中的各种资源。当一道程序暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序。 60年代中 70年代中(小规模集成电路)第三代计算机第一章 操作系统引论 t1t2t3t4t5t6t7t8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

17、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调度程序(b) 四道程序运行情况A完成结束中断图1-5单道和多道程序运行情况 优点： 提高CPU的利用率； 可提高内存和I/O 设备的利用率 增加系统吞吐量。第一章 操作系统引论 1.2.3 多道批处理系统(multiprogrammed Batch Processing system) 将多道程序设计技术应用于批处理系统，就形成多道批处理系统。 多道批处理系统

18、的基本思想：用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们交替执行，共享CPU和系统中的各种资源。 第一章 操作系统引论 作业和进程的状态转换图作业和进程的状态转换图数据数据进入状态进入状态退出状态退出状态后备状态后备状态运行状态运行状态作业控制进程作业控制进程 输入设备输入设备数据数据源程序源程序输出设备输出设备作业说作业说明书明书输输入入井井运行运行等待等待就绪就绪输输出出井井输输入入程程序序输输出出程程序序作作业业调调度度进程进程调度调度多道批处理系统第一章 操作系统引论 多道性：内存中同时驻留

19、多个作业；宏观上并发运行：都处于运行状态，但都未运行完；微观上串行运行：各作业交替使用CPU；在当前运行的作业需作I/O处理时，CPU转而执行另一个作业。（I/O完成后是否立刻恢复执行？要等到其他程序再次I/O时） 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并无严格的对应关系。 调度性：作业从提交到完成，经过两次调度：作业调度：从外存的后备作业队列中，选择若干个作业调入内存。进程调度：从已在内存的作业中选择一个作业，将CPU分配给它，使之执行。多道批处理系统的特征第一章 操作系统引论 多道批处理系统的特点 优点： 资源利用率高：CPU和内存利用率较高； 系统吞吐量大：系统吞吐量系统

20、吞吐量是指系统在单位时间内完成的工作总量。 缺点： 平均周转时间长：作业的周转时间作业的周转时间是指从作业进入系统开始，直至其完成并退出系统为止所经历的时间。短作业的周转时间显著增长； 无交互能力：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；第一章 操作系统引论 多道批处理系统需要解决的问题多道批处理系统需要解决的问题 CPU管理问题 内存管理问题 I/O设备管理问题 文件管理问题 作业管理问题第一章 操作系统引论 1.2.4 分时系统(time-sharing system)1分时系统的产生分时系统的产生 用户的需求用户的需求(1) 人-机交互(2) 共享主机(3) 便于用户

21、上机70年代中期至今第四代计算机 第一章 操作系统引论 1.2.4 分时系统(time-sharing system)由于中断技术的使用，使得一台计算机能连接多个用户终端，用户可通由于中断技术的使用，使得一台计算机能连接多个用户终端，用户可通过各自的终端使用和控制计算机。过各自的终端使用和控制计算机。 分时系统的基本思想分时系统的基本思想： 在一台计算机上，同时连接有多个带有显示器和键盘的联机终端，每个用户都有一个终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。 CPU分时为多个用户服务，即，用户的程序是由自己通过联机终端直接控制的，而每一个用户的程序不再是在CP

22、U上运行完毕后退出，而是运行一段时间后让出CPU，使得其他用户的程序得以执行。因此CPU可以轮流地给几个用户的作业提供服务。第一章 操作系统引论 分时技术：分时技术：把处理机的响应时间分成若干个大小相等（或把处理机的响应时间分成若干个大小相等（或不相等）的时间单位，称为不相等）的时间单位，称为时间片时间片（如（如100100毫秒），每毫秒），每个终端用户获得个终端用户获得CPUCPU，就等于获得一个时间片，该用户，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运行，当时间片到（用完），用户程序暂停运程序开始运行，当时间片到（用完），用户程序暂停运行，等待下一次运行。例如：我们上课。行，等待下一次运行。例

23、如：我们上课。分时操作系统：是利用分时技术实现多道程序设计的一种操作系统，它一般采用时间片轮转的办法，使一台计算机同时为多个终端用户服务，对每个用户都能保证足够快的响应时间，并提供交互会话功能。第一章 操作系统引论 1.2.4 分时系统2分时系统实现中的关键问题分时系统实现中的关键问题 (1) 及时接收。在系统中配置一个多路卡。多路卡的作用是实现分时多路复用，即主机以很快的速度周期性地扫描各个终端，使主机能快速接收各用户从终端上输入的数据。此外，还须为每个终端配置一个缓冲区，用来暂存用户键入的命令(或数据)。 (2) 及时处理。首先，用户作业直接进入内存。其次，采用轮转运行方式，规定每个作业只

24、运行一个很短的时间(一个时间片)，然后便暂停该作业的运行，并立即调度下一个作业运行，从而可使用户的请求得到及时响应。第一章 操作系统引论 多路性：允许在一台主机上同时联接多台联机终端，系统按分时的原则为每个用户服务。宏观上并行：多个用户同时工作，共享系统资源；微观上串行：每个用户作业轮流运行一个时间片 独立性：对每个用户而言好象独占主机。 及时性：用户的请求能在很短时间内获得响应。 交互性：用户可以通过终端与系统进行广泛的人机对话。分时系统的特征征第一章 操作系统引论 1.2.5 实时系统(real-time system) 实时实时-及时及时 实时系统实时系统(Real Time Syste

25、m)是指系统能及时响应外部事件（所谓事件是指来自与计算机系统相连接的设备所提出的服务要求和采集数据）的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。 这类系统的正确性，不仅由计算的逻辑结果来确定，而且还取决于产生结果的时间。 “时间”是实时系统的关键参数！第一章 操作系统引论 1.2.5 实时系统(real-time system)实时系统的分类实时系统的分类工业（武器）控制系统工业（武器）控制系统：系统具有能实时采集现场数据，并对所采集的数据(如温度、压力、方位等)进行及时处理，进而能自动地控制相应的执行机构，使之具有按预定的规律变化的功能。这种系统的特点是响应速

26、度快，可靠性要求高。信息查询系统信息查询系统：系统接收从远程终端上发来的服务请求，对信息进行检索和处理，并能及时对用户做出正确的回答。例如，火车票或飞机订票系统、各类情报检索和查询、银行信用卡系统。 多媒体系统多媒体系统嵌入式系统嵌入式系统：各种智能仪器和设备内嵌芯片，需要配置嵌入式OS，需要具有实时和处理功能。第一章 操作系统引论 响应时间响应时间：指用户发出命令，到系统完成用户命令所需的时间。批处理操作系统 没有分时操作系统 秒级(一般情况）实时操作系统 微秒级 甚至更小（经典说法） 系统满足用户时限(截止时间, deadline)的要求 (现代）第一章 操作系统引论 实时任务的类型实时任

27、务的类型 按任务执行时是否呈现周期性划分： 周期性实时任务周期性实时任务：外部设备周期性地发出激励信号给计算机，要求它按指定周期循环执行，以便周期性地控制某外部设备。 非周期性实时任务非周期性实时任务：外部设备所发出的激励信号并无周期性，但都必须联系着一个截止时间(deadline)。截止时间分为开始截止时间（最晚开始时间）和完成截止时间（最晚完成时间） 根据对截止时间的要求划分： 硬实时任务硬实时任务：系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。 软实时任务软实时任务：也联系着一个截止时间，但并不严格。第一章 操作系统引论 实时系统特点1、系统对外部的信号必须能及时响应(在

28、规定的时间内（截止时间）)；2、要求高可靠性和安全性，效率则放在第二位；3、系统整体性强；4、不要求很强的“会话”能力。第一章 操作系统引论 实时系统与分时系统的比较多路性多路性实时信息处理系统与分时系统一样，而实时控制系统的多路性则表现在：系统经常对多路的现场信息进行采集，以及对多个对象或多个执行机构进行控制。独立性独立性实时信息处理系统与分时系统一样，而实时控制系统中，对信息的采集和对对象的控制也都是彼此互不干扰的。及时性及时性实时信息处理系统与分时系统一样，而实时控制系统的及时性是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级、百毫秒级直至毫秒级，甚至有的低于100微秒

29、。交互性交互性实时信息处理系统的交互性不如分时系统。可靠性可靠性实时系统的可靠性要求比分时系统更高。目前的操作系统，通常具有分时、实时和批处理功能，又称作通用操作系统。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，如 UNIX系统、Windows NT等。通用化、小型化第一章 操作系统引论 1.2.6 微机操作系统的发展微机操作系统的发展 1单用户单任务操作系统单用户单任务操作系统 只允许一个用户上机，且只允许用户程序作为一个任务运行。代表：CP/M和MS-DOS。 2单用户多任务操作系统单用户多任务操作系统 只允许一个用户上机，但允许用户把程序分为若干个任务，使它们并发执行，从而

30、有效地改善了系统的性能。代表：Windows。 3多用户多任务操作系统多用户多任务操作系统 允许多个用户通过各自的终端使用同一台机器，共享主机系统中的各种资源，而每个用户程序又可进一步分为几个任务，使它们能并发执行，从而可进一步提高资源利用率和系统吞吐量。代表： UNIX OS。第一章 操作系统引论 操作系统定义1 1、科普的观点、科普的观点 操作系统是计算机系统的管理和控制中心，它依照设计者制定的各种调度策略组织和管理计算机系统资源，使之能高效地运行。2 2、功能的观点、功能的观点 操作系统是一个计算机资源管理系统，它负责计算机系统的全部资源的分配、控制、调度和回收。3 3、用户的观点、用户

31、的观点 操作系统是计算机与用户之间的接口，用户通过这种接口使用计算机。4 4、软件的观点、软件的观点 操作系统是程序和数据结构的集合。5 5、管理的观点、管理的观点 操作系统是计算机硬件和软件资源的合理而协调的管理者。6 6、操作系统是一组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合、操作系统是一组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。第一章 操作系统引论 1.3 操作系统的基本特性 并发(concurrence) 共享(sharing) 虚拟(Virtual) 异步性(Asynchr

32、onism)第一章 操作系统引论 这里讲的操作系统是指传统的操作系统，它主要指的是单CPU计算机系统上配置的操作系统。 为了充分地利用计算机系统资源，采用多道程序设计技术，即在计算机内存中同时存放多道相互独立的程序，这些程序要共享系统中的资源；为了保证系统高效率，又要求系统中的各种资源能最大限度的并行（如CPU与外设）。第一章 操作系统引论 并发(concurrence) 并行并行(parallel)性性是指两个或多个事件在同一时刻发生。 并发性并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 在多道程序环境下，宏观上并发，微观上交替宏观上并发，微观上交替执行执行（在单处理器情况下）。 程序的静

33、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。 进程和并发是现代OS中最重要的基本概念，也是OS运行的基础。第一章 操作系统引论 共享(sharing)资源共享方式资源共享方式 互斥共享互斥共享（如打印机、磁带机等）：在一段时间内只允许一个进程访问该资源，资源分配后到释放前，不能被其他进程所用。 同时访问同时访问（如磁盘设备等）：允许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问。并发和共享是操作系统的两个最基本的特征。并发和共享是操作系统的两个最基本的特征。共享共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。多个进程共享有限的计算机系统资源。操作系统要对系统资源

34、进行合理分配和管理。第一章 操作系统引论 虚拟(Virtual) 虚拟虚拟是指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。物理实体是实的；而后者是虚的，是用户感觉上的东西。 用于实现虚拟的技术称为虚拟技术虚拟技术。 虚拟技术的实现方式虚拟技术的实现方式： 时分复用技术（即分时使用方式）：虚拟处理机技术、虚拟设备技术 空分复用技术：虚拟存储器技术第一章 操作系统引论 异步性(Asynchronism) 进程是以人们不可预知的速度向前推进的进程是以人们不可预知的速度向前推进的：多道程序环境中，多个进程并发执行，时走时停，不可预知每个进程的运行推进快慢 判据：无论快慢，无论何时运行，只要运行

35、环境相同，都应该获得完全相同的结果通过完善的进程同步机制来保证也称不确定性，指进程的执行顺序和执行时间的不确定性；第一章 操作系统引论 1.4 操作系统的主要功能1.4.1 处理机管理1.4.2 存储管理1.4.3 设备管理1.4.4 信息管理1.4.5 用户接口返回第一章 操作系统引论 1.4.1 处理机管理 进程控制：创建、撤销、挂起、改变运行优先级等； 进程同步：协调并发进程之间的推进步骤，以协调资源共享； 进程通信：进程之间传送数据，以协调进程间的协作；也可以用来协调进程之间的推进 调度：作业和进程的运行切换，以充分利用处理机资源和提高系统性能；管理目标：完成处理机资源的分配调度等功能

36、。处理机调度的单位可为进程或线程。第一章 操作系统引论 1.4.2 存储管理 存储分配与回收 存储保护：保证进程间互不干扰、相互保密；如：访问合法性检查、甚至要防止从垃圾中窃取其他进程的信息； 地址映射（变换）：进程逻辑地址到内存物理地址的映射； 内存扩充（覆盖、交换和虚拟存储）：提高内存利用率、扩大进程的内存空间；管理目标：提高内存空间的利用率、方便用户使用、提供足够的存储空间、方便进程并发运行。第一章 操作系统引论 1.4.3 设备管理 缓冲管理：匹配CPU和外设的速度，提高两者的利用率（单缓冲区、双缓冲区和公用缓冲区） 设备分配与回收：在多用户间共享I/O设备资源。 设备处理：利用设备驱

37、动程序（通常在内核中）完成对设备的操作。 设备独立性(device independence)：提供统一的I/O设备接口，使应用程序独立于物理设备，提高可适应性；在同样的接口和操作下完成不同的内容（如FAX Modem作为Windows上的打印机设备）。管理目标：方便的设备使用、提高CPU与I/O设备利用率；第一章 操作系统引论 1.4.4 文件管理 文件存储空间管理：解决如何存放信息，以提高空间利用率和读写性能。 目录管理：解决信息检索问题。文件的属性（如文件名）、单一副本赋予多文件名 文件的读/写管理和保护(存取控制)：解决信息安全问题。管理目标：解决文件资源的存储、共享、保密和保护。第一

38、章 操作系统引论 1.4.5用户接口操作系统向用户提供两类接口：用户接口用户接口：供用户用于组织和控制自己的作业运行。联机用户接口联机用户接口：由一组键盘操作命令及命令解释程序所组成；脱机用户接口脱机用户接口(批处理用户接口)：由一组作业控制语言JCL组成。图形用户接口图形用户接口：采用图形化的操作界面，用各种图标将系统的各项功能、各种应用程序和文件直观、逼真地表示出来；也可以方便地将文字、图形和图像集成在一个文件中。程序接口程序接口：由一组系统调用组成，每一个系统调用都是一个能完成特定功能的子程序。供用户程序在执行中访问系统资源，是用户程序取得操作系统服务的唯一途径。管理目标：提供一个友好的

39、用户访问操作系统的接口。第一章 操作系统引论 1.5 操作系统的结构设计返回 随着操作系统的发展，功能越强，OS自身代码量越大OS采用良好的结构：有利于保证正确性以及自身修改和扩充。 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、 抽象和隐蔽等方法。 开发方法的不断发展，促进了OS结构的更新换代。第一章 操作系统引论 1.5 操作系统的结构设计OS结构变革历程：第一代 无结构操作系统第二代 模块化结构第三代 分层式结构第四代 微内核结构返回传统的OS结构现代OS结构第一章 操作系统引论 一、无结构操作系统第一代OS是为数众多的一组过程的集合，

40、各过程之间可以相互调用，在OS内部不存在任何结构。第一章 操作系统引论 二、模块化OS结构 模块化程序设计技术，是最早(20世纪60年代)出现的一种程序设计技术。该技术是基于“分解”和“模块化”原则来控制大型软件的复杂度的。 第二代OS，采用模块化程序设计技术。 将OS按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(如进程管理模块、存储器管理模块、 I/O设备管理模块、和文件管理模块等)，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； 进一步将各模块分为若干个具有一定管理功能的子模块，同样规定各子模块之间的接口。若子模块较大时，再进一步将它细分。第一章

41、 操作系统引论 由模块、子模块等组成的模块化操作系统结构。二、模块化OS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第一章 操作系统引论 三、分层式OS结构有序分层的基本概念有序分层的基本概念 使每一步设计都是建立在可靠的基础上。 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，最后总能构成一个能满足需要的OS。 每一层都仅使用其底层所提供

42、的功能和服务，这样可使系统的调试和验证都变得容易。第一章 操作系统引论 三、分层式OS结构分层式分层式OSOS的基本思想的基本思想 从资源管理观点出发，划分层次。每一层都仅使用其底层所提供的功能和服务，使模块间的调用变为有序性。系统每加一层，就构成一个比原来功能更强的虚拟机。有利于系统的维护性和可靠性。第一章 操作系统引论 四、微内核(microkernel)OS结构 现代操作系统结构大多采用基于客户/服务器模式的微内核结构，将操作系统划分为两大部分：微内核和多个服务器。 微内核OS结构的特征 足够小的内核 以客户/服务器模式为基础 应用“机制与策略分离”原理 采用面向对象技术第一章 操作系统

43、引论 （1）足够小的内核）足够小的内核 在微内核操作系统中，内核是指精心设计的、能实现现代OS最基本的核心功能的部分。 微内核并非是一个完整的OS，只是为构建通用OS提供一个重要基础，是操作系统中最基本的部分，通常用于： 实现与硬件紧密相关的处理； 实现一些较基本的功能； 负责客户和服务器之间的通信。 微内核的基本功能：微内核的基本功能：进程(线程)管理 、低级存储器管理、中断和陷入处理等。第一章 操作系统引论 （2）客户）客户/服务器模式服务器模式(Client/Server)模式简称C/S模式.客户机.客户机客户机客户机数据库服务器应用服务器数据请求返回数据数据请求返回数据客户机客户机：通常在一个LAN网络上连接有多台网络工作站(简称客户机)，每台客户机都是一个自主计算机，具有一定的处理能力，客户进程在其上运行，平时它处理一些本地业务，也可发送一个消息给服务器，以请求某项服务。服务器服务器：一台规模较大的机器，在其上驻留有网络文件系统或数据库系统等，它应能为网上所有的用户提供一种或多种服务。平时它一直处于工作状态，被动地等待来自客户机的请求，一旦检查到有客户提出服务请求，便去完成客户的请求，并将结果送回客户。网络系统网络系统：用于连接所有客户机和服务器，实现