操作系统简明教程第章

计算机操作系统吴桂军wugj@参考书目:汤子瀛等著.计算机操作系统西安电子科技大学出版社第一章引论本章要点操作系统的定义操作系统的发展过程及基本操作系统类型和新型操作系统操作系统的功能和特征21.1操作系统的基本概念1.1.1操作系统的定义计算机系统的组成3引入操作系统主要可完成以下两个方面的工作：

(1)方便用户使用。操作系统应该提供给用户一个良好的界面，用户不必了解硬件和其它软件的细节，就可以方便地使用计算机。

(2)充分利用资源。操作系统应该最大限度地发挥计算机系统资源的使用效率，合理地组织工作流程，使得计算机资源能为多用户共享。4定义：操作系统是为了方便用户和提高计算机的利用率，对计算机资源进行组织和管理的程序集合。

用户——广义的概念，包括一般用户和软件开发人员等；资源——包括处理器、存储器、输入/输出设备等硬件资源和程序与数据等软件资源。51.1.2操作系统在计算机系统中的作用1.对外职能——用户与计算机之间的接口必须为用户提供良好的界面，使用户能够感觉计算机是可用而且易用的。2.对内职能——组织和管理计算机资源，充分发挥资源的效能，提高利用率61.1.3研究操作系统的几种观点1.用户观点2.资源管理的观点计算机资源按性质分四类:CPU、内存、处部设备、信息文件对于操作系统来说，资源管理要做如下工作：(1)对资源使用情况进行登记，这是资源管理的依据。(2)决定分配策略。(3)提供分配与回收算法。3.进程观点进程——分析计算机操作系统在处理过程中的基本对象，是系统中的活动实体。7图1-2资源分配与释放过程8年代第一代1946-1957第二代1958-1964第三代1965-1970第四代1971-现在电子器件电子管晶体管集成电路大规模集成电路存储器延迟线、磁芯、磁鼓磁带、纸带磁芯、磁鼓磁带、磁盘半导体存储器磁芯、磁鼓磁带、磁盘半导体存储器磁带、磁盘光盘处理方式机器语言汇编语言监控程序高级语言实时处理操作系统实时/分时处理网络操作系统应用领域科学计算科学计算数据处理过程控制科学计算系统设计等科技工程领域各行各业运算速度5000至3万次/秒几十万至百万次/秒百万至几百万次/秒几百万至千亿次/秒典型机种ENIACEDVACIBM705UNIVACⅡIBM7094CDC6600IBM360PDP11NOVA1200ILLIAC-ⅣVAX11IBMPC91.2操作系统的发展

一方面操作随着充分发挥计算机硬件性能的要求不断发展,另一方面它也促进了计算机硬件种类的扩充,使计算机体系结构不断改进,功能越来越强大.1.2.1问题的提出1.速度问题人工操作速度和处理机计算速度严重不匹配2.作业差异3.CPU与外部设备的充分利用101.2.3解决办法1.减少人工干预批处理技术作业执行序列、监督或管理程序、自动转换联机批处理方式2.改善速度匹配脱机批处理技术计算机卡片机接口计算机卫星机输入/出设备1.2.3解决办法1.减少人工干预批处理技术作业执行序列、监督或管理程序、自动转换联机批处理方式2.改善速度匹配脱机批处理技术计算机卡片机接口113.实现多道程序系统系统结构：以中央处理器为中心→主存为中心中断技术和通道技术通过软件技术使CPU和I/O设备并行工作——多道程序系统多道程序系统——是指允许多个相互独立的程序同时存在于内存中，而且处于同时运行的过程中。各道程序轮流占用CPU，交替执行。问题：如何共享资源、如何互斥和同步、如何提高内存使用率、如何证程序安全12图1-3CPU与I/O并行图131.2.3基本操作系统类型1.批处理系统用户不能直接干预作业的运行过程作业提交之前用作业控制语言编制成作业说明书或作业控制卡,与程序和数据一起提交给系统引入多道程序后,批处理系统有以下特征:(1)多道性(2)无序性(3)调度性：作业从提交到运行完成需要经过两次调度，即作业调度和进程调度。作业调度是指按照一定作业调度算法，从后备作业队列中选择一个或几个作业调入内存。进程调度是指按照一定进程调度算法，从在内存的进程中选择一个进程，将处理机分配给它，使之执行。14批处理系统，特别是多道批处理系统的主要优点是资源利用率高和系统吞吐量大。批处理系统的缺点主要体现在以下两个方面：

(1)平均周转时间长。作业的周转时间是指从作业进入系统开始，直到作业完成并退出系统为止所经历的时间。在批处理系统中，由于作业需要排队来依次进行处理，因而作业的周转时间较长。(2)无交互能力。在作业提交后，用户不能与自己的作业进行交互，不便于对作业的控制。152．分烦时系跨统分时——就是谜多个扛用户中对系走统资铸源进终行时焰间上捐的分捏享。计算机接口终端终端终端终端终端终端分时系统示意图微观训上，绘每个模用户秤作业虏轮流尖运行垂一个少时间皆片；联宏观音上，低多个车用户寻同时春工作昌，共恐享系降统资坦源。分时拍系统章作为求多道驳程序栏系统怨的一肾个典翼型代狱表，夸集中陪体现坝了多再道程吗序系匹统的感一些束技术爹特征轨，成谈为当怕今的背计算届机操雪作系倒统主凶流163．实厨时系针统“实击时”街是指沙系统郑能够极及时床响应盖发生纲的外逮部事柄件(一般秘为一感些随挨机事嫩件)，并冷以足巨够快胀的速屡度完泄成对伸事件器的处咽理。为了问保证呆程序寒可靠院运行喘，系攀统应砍提供幅安全往措施估，比舅如多尽级容趋错、威硬件押冗余遵等，帆避免驻因发脆生错翠误或窄丢失嚷信息势而造猎成重摆大经瞎济损跳失甚院至导令致灾纹难性倘的后许果。实时永系统堡相对欠于其犁它操迫作系花统来鄙说，锦其优点是系锄统的赔及时裹响应买以及名系统台的可勇靠性走。两种远类型稍：硬覆实时拴系统野，软啊实时同系统俭。171.膝2.阻4新型轻操作谋系统1．微锐机操傅作系乞统MS北-D展OS、Wi脏nd磨ow瘦s、OS尚/2、UN刃IX、Li挪nu铃x单用肾户单脱任务翁、单爪用户菠多任悬务、土多用宫户多柱任务2．多坊处理绣机操俭作系漠统从硬伯件结每构上百分：倍紧密顾耦合放型和援松散谜耦合伤型多处翅理机筐系统霸所配朽置的冬操作骡系统坚分：提对称耐式和骄非对除称式途（又这称为彩主–从式专）的183．网津络操裕作系裕统如同启在单氏机上存安装踩操作市系统票可以滥方便谦用户浇合理着组织红与管锤理计小算机筒资源默一样庸，在尚网络段系统夏之上锐覆盖毙一层巩网络短操作避系统芒之后居，用晒户可务以方咐便地纪使用问网络惭，实详现用诞户通取信和偿资源浅共享筹，提清高网客络资前源的副利用谅率和炉网络钻吞吐惧量。从功能上讲焰，网络默操作扣系统是包据括网络失管理、通信、资源坡共享、系统秆安全和多种原网络策应用双服务在内仗的诸隐方面图功能燥的一当个系塞统软链件。194．分开布式洪操作客系统分布权式处顺理系尖统是指僻由多竭个分苗散的称处理秆单元妖经互醋连网雾络的柜连接施而形应成的蹈，且疾可以俊实现躺分布校处理哲的系飞统。处理派单元每自治键性迅协调悉实现赵资源骨管理亩动态勤地分俩配任仍务萌能并敬行地汤运行虫分布腹式程仇序。操作系统分布性并行性透明性共享性健壮性网络操作系统分布处理，集中控制任务在本地计算机上运行操作透明，但需指明物理位置一般只能共享服务器上的资源控制集中于服务器，可靠性弱分布式操作系统分布处理，分布控制多任务在多处理单元中并行执行操作透明，而且物理位置透明各站点资源可供全系统共享容错能力强，可靠性高201.临3操作殊系统串的特允征与路功能1.棉3.权1操作镇系统味的特器征1．并短发（Co版nc腔ur懂re朵nc宪e）并发搅与并弹行的丢区别游程序彼与进祸程2．共壁享（Sh学ar竹in训g）是指热内存相中多型个并援发执见行的冲进程调共同盐使用沉系统辜中的闹资源很。资源繁共享店的两杆种方肯式并发砌与共占享的仙关系3．虚欺拟（Vi塞rt龄ua售l）4．异真步性勉（As尿yn忠ch樱ro佣ni宴sm）21从两粱个不教同的挡角度绝（1.欺1.沙1）讨羡论操珍作系释统的蝴功能线：1.资源付管理协调口、管望理计昨算机泡的软施、硬胳件资朽源，合提高药其利扑用率虾。2.用户很角度为用宝户提巩供使亿用计微算机甩的环怪境和水服务粒。计算近机四那大类肤资源C第P毫U内爆存朵外别设诵信息正文件处理从机管动理存储价器管捷理设备朝管理文件创管理用户偏接口1.麻3.辜2操作跑系统牛的功之能221．处昨理机诵管理仁的功扶能进程周管理拒和作拼业管狠理1)进程倦控制2)进程革同步3)进程垄通信4)调度作业卖调度——作业臭具有激使用CP叠U的权睁力进程壶调度——真正砌获得CP常U最重翠要内灰容！第2章232．存央储器伞管理态的功息能1)内存炸分配内存奇分配如的主要榜任务是为迟每道放程序勿分配资足够贼完整怪运行纸的内评存空罢间，帮而且误要提句高存封储器谅的利练用率晓。内存寇分配仰的机政制中排应具室有以凉下结构渗和功撒能：●内存鸽分配轰数据匹结构播：该被结构才用于你记录颂内存检空间遍的使粉用情馋况，馋作为短内存溜分配隔的依枝据。●内存有分配矩功能治：系闯统按镇照一顿定的晓内存弃分配问算法贞为用杆户程趁序分督配内霞存空判间。●内存斜回收联功能鼓：系惊统对押用户蛇不再兽需要敏的内细存根片据释蚂放请绸求进南行回作收。242)内存膜保护内存简保护是指辫通过霉设置烤内存贿保护类机制旗来确汪保每侵道用移户程伸序都然在自摘己的冰内存兄空间晓中运霞行，执不能怖访问洞操作饰系统侦存放仇在系茫统区消中的结程序调和数郊据，番也不颤允许搞访问殃非共奥享的帖其它肌用户绒程序势内存妈区。3)地址椅变换用户拉应用虑程序惯（源连程序凡）经强编译没、链堵接而核形成葛的可甜装入掀程序限，它屑所形症成的撒逻辑殿单元锹编号吓（即逻辑矮地址）与牢装入叫内存丹后具剂体的灿内存弹存储距单元洪编号幸（即物理脆地址）之劝间的乏对应讲变换眼，需努借助腔于相始应的趟地址抚变换旱硬件宁机构爹实现世，以劈燕保证吩程序丢在执优行过概程中已可以港在正样确的砌内存鹊单元欣访问洁所需葬的指教令或隶数据需。254)内存秀扩充大型揉文件传系统虚拟梨存储樱技术逻辑寻扩充●请求腊调入功能菌。允悉许在典仅装浊入一梅部分塔用户猫程序气和数肝据的康情况懂下，箱启动叉该进滋程运赛行。所在运吴行过狸程中悉，当嗽发现供继续旺运行拣时所教需的疼程序撤和数可据尚乳未装组入内壶存时街，可肯向OS发出禁请求就，由OS将所烘需部瘦分调灾入内粱存，捆以便吨继续斜运行铜。●对换功能胸。若撤内存滤中已红无足变够的荷空间岂来装解入需配要调翅入的径部分满时，沉系统榆应将蓝内存迈中的殃一部丹分暂访时不反用的语程序扭和数金据调故至磁乱盘上盲，以铲便腾酬出内累存空膨间，议然后窝再将向所需惩部分农调入萄内存厕。以上息是第3章将闸要讲不述内贸容。263．设仍备管源理的贱功能设备宰管理是指警根据残用户泛的I/谈O请求黎分配泡相应违的I/驾O设备局，控促制I/抽O操作蜜过程加，达削到提瓶高I/艺O速度剂和设枯备利蓝用率雀的目本的。弟设备吴管理筑具体革包括口以下朵内容涂。1)缓冲浩管理缓冲序管理例的基本拣任务是管浙理好普各种贞类型刊的缓母冲区落，以短缓和CP府U和I/铅O速度牙不匹俗配的绞矛盾药，最墙终达灵到提莫高CP味U和I/孝O设备往利用还率，麦进而掌提高汉系统守吞吐梁量的偏目的翠。最录常见塔的缓描冲区赌机制曲有单缓若冲机壁制，可朵实现舱双向车同时眨传送哪数据钞的双缓勿冲机央制，以仰及可证供多坚个设属备同敞时使器用的公用险缓冲津池机欧制。272)设备垂分配设备隔分配绞的基本贤任务是根驰据用耍户的I/弹O请求持，为诵其分宿配所摔需的危设备妻，其溜中包币括可额能需决要的祖相应奇的控责制器独和通威道。需数鹊据结绞构：省系统季设备速表、设备控制挡表、控制摧器控制著表、通道控制元表等3)设备六处理设备进处理音程序又称携为设备劣驱动里程序。其汪基本因任务杰通常搜是实签现CP婶U和设由备控鄙制器齿之间弟的通膛信，乔由CP桶U向设柿备控奥制器洞发出I/砍O指令监，要哭求它闪完成韵指定散的I/店O操作格，并葱能接培收由泼设备回控制选器发拿来的舌中断剑请求竞，给近予及馆时的搅响应害和相塌应的绞处理斤。284)设备岩独立吗性和晴虚拟疼设备设备稀独立五性是指脊应用沸程序蜘使用掩的逻隔辑设均备名染独立娘于具狮体的宝物理惑设备枝，以备使用绪户编骆制的纵程序山与实璃际使降用的屡物理查设备帐无关热。虚拟泥设备就是悟虚拟格技术底在设壶备管肥理中仁的一过种具蓝体应疫用。以上凡是第4章将省要讲创述内医容。294．文看件管欢理的残功能文件蹲管理是指渴对存勾储在悠磁盘彼或磁衰带上胡的文进件进羡行管疤理，叠以方亏便用较户使与用，察并保自证文界件的歼安全皇性。文件异管理具体鹅包括冰：对文过件存茅储空脏间的竹管理速，目魂录管袄理，福文件次的读古、写芬管理蹈以及霸文件燥的共戒享与图保护芳等功搭能。301)文件望存储扬空间干的管沸理由文马件系临统对炮诸多伞文件霉在存赴储空尘间的矩占用改情况丑进行戒记录收，以徒供分宰配和及回收墨空间郑时参屯考。洗分配永和回攻收是羡以提雀高存锣储空强间的弟利用掉率为患目标俗的。2)目录善管理主要造任务是为躲每个腊文件榨建立洪目录佣项，诵以实缝现方布便的按名熄存取；文际件共晒享；慈快速辉的目赢录查性询手殃段3)文件菌的读扒、写多管理劫和存挣取控炮制该功跑能规稀定文愚件读苗、写遗的具伞体方脱式，珠以提装高读秘写效缘瑞率。详为了饺保障薄文件色系统共的安友全，夹应对跨文件锅存取藏施加丹限制券措施凉，保立证各剪个用映户以格适当筐的权让限来确使用炮文件中系统执，达腹到系我统的尾安全酱性要羞求。以上锦是第5章将被要讲喊述内浩容。315.用户肆接口为了季方便期用户框使用保计算蒸机，蹈操作锅系统钟向用虎户提芹供了绣更易迷理解喜和进并行工缝作的命令急接口、程序桑接口和图形术接口。这切些接灯口对工于不底同层奸次、快不同沙水平晶的用语户提坚供了扰快速庄、高守效访庆问计漂算机倚的手样段，惯对于侍计算筐机的教普及细与发递展起尖到了原非常船重要支的促并进作但用。将在猎第2章简疏述。321.恭4操作巨系统聪的结鬼构设猾计操作伤系统灰设计芝的一畜般观漆点?1.加4.肥1整体嚷式系搂统一种兔非模惯块化蓬的简局单结醒构一系苏列的滔过程店明饼确定耍义的月接口灾随托意调裤用操作趴系统觉与外介部程秧序有催统一尝的接素口，晋即一祝组系统蒸调用巡寿命令系统跑态（浑管态回）虹、用逆户态跟（目动态）33整体想式系堂统基买本的雾结构饼关系笼：(1烦)一个馆主过掉程，追它接善受和胡解释揉系统母调用得命令辅，并杜调用墓相应贯的过绑程(2艰)一组队执行母系统俗调用痛的服汉务过插程，膜每个娘系统慰调用纽奉都有骂对应疏的服停务过碗程。(3煮)一组庙支持包服务竹过程旬的实刺用过筋程，各每个呈实用提过程乡丰完成棋若干锤个服达务过碍程所柴必须葬执行登的公防共事宪务。MS烂-D冰OS早期贡的UN裁IX采用盖这种绒结构所设订计出科的操改作系誓统既土庞大敞又杂掩乱，琴缺乏巩清晰们的程尿序结毯构。筋这一白方面号会使倒所编劈燕制出条的程涉序错苹误很绒多，帐给调嫩试工痕作带园来很芽多困论难；细另一难方面志也使件程序基难以布阅读磁和理划解，这增加姐了维家护人流员的即负担度。341.很4.沃2模块援层次爷式系北统一种石模块范化的押系统率结构把操赴作系茅统划谁分成全若干海模块按这令些模波块的完控制模或服普务关告系进迈行分忠层每层脉包含紧一个漂或若妖干个瘦模块层间吗调用膛不可在反向两种抵基本流方法她：自为底向更上法风和自咏顶向者下法35性质将：(1笼)斑Ai所提盗供的骡资源劝和功靠能构丛成了秀建立Ai微+1的全久部基旷础（走单向葵依赖某关系材）。(2搁)从Ai扩充勾到Ai想+1时，压并不般一定浴是Ai的全炎部功笼能都息同时络被扩医充了吩，Ai的那腾些未昨经扩狂充的竟功能午被看勾成是律延续陈到Ai浪+1中去喇，故Ai屿+1中有闸一些部功能虾等同尸于Ai的功批能，妙在建食立Ai舍+2时，慌把它吹看成品是Ai索+1的功权能。(3崭)在定赶义Ai兆+1的新悠资源屋时所售用到巾的Ai的资叹源，蚁在Ai免+1中不镰应再顽出现俊。(4心)顶层An的正层