操作系统引论上.ppt

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1、2023/6/1,计算机操作系统,王 霞信息科学技术学院,2023/6/1,2,课程形式,考试：闭卷、笔试,学习要求按时上课、认真听讲、认真记笔记、整理笔记、阅读参考书、思考、讨论，独立完成作业。,主讲课+习题课,2023/6/1,3,成绩评定,评定比例：作业 10%考勤 20%期末考试 70%,作业，考勤及期末考试综合评定,2023/6/1,4,计算机操作系统（第三版）汤小丹等编著 西安电子科技大学出版社,教材,2023/6/1,5,参考教材,1.William Stailing.Operating Systems Internals and design Principles.Prenti

2、ce Hall.19982.Abraham Silberschatz，Peter Baer Galvin，Greg Gagne.Operating System ConceptsJohn Wiley&Sonslnc20003.曾平，曾林.操作系统习题与解析（第二版）.清华大学出版社.20044.梁红兵，汤小丹.计算机操作系统学习指导与题解.西安电子科技大学出版社.20035.张尧学,史美林.计算机操作系统教程（第二版）.清华大学出版社.2006,2023/6/1,6,资源链接,1加州大学伯克利分校-操作系统课程Berkely:Operating Systems and SystemsProgr

3、aminghttp:/inst.eecs.berkeley.edu/cs162/sp10/2卡内基-梅隆大学-操作系统课程CMU:Operating System Design and Implementationhttp:/www.cs.cmu.edu/410/3斯坦福大学-操作系统课程Stanford：Operating Systems4麻省理工学院-操作系统课程MIT OpenCourseWare：Operating Systems,2023/6/1,7,课程特点,1.理论性强：需要具有微机原理、程序设计基础（C语言）和数据结构基础知识。2.实践性强：从实践总结出原理。3.涉及面广：并行

4、程序，性能问题，结构问题，程序方法论，软件工程，等等4.错综复杂：是管理科学在计算机科学方面的具体应用，涉及面广，纵横交叉，要有一定的归纳能力。,2023/6/1,8,学习方法,预习、听讲、做作业、研读参考书 记笔记：Powerpoint、笔记、上机记录都是复习资料。善于发现问题、提出问题：要努力寻求问题的答案，培养自学能力。根据本专业特点，注重计算机操作系统与管理科学之间的内在联系。,2023/6/1,9,计算机系统的组成,2023/6/1,10,操作系统在计算机系统中的地位,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）,2023/6/1,11,2023/6/1

5、,12,系统部件的简要视图,2023/6/1,13,课程内容,第一章 操作系统引论(4)第二章 进程管理(16)第三章 处理机调度与死锁(8)第四章 存储器管理(12)第五章 设备管理(8)第六章 文件管理(6)第七章 操作系统接口(4)第八章 网络操作系统(4)第九章 系统安全性(4)第十章 UNIX系统内核结构(4),2023/6/1,14,第一章 操作系统引论,操作系统（OS）是最重要的系统软件，本章从OS的作用、发展史、类型、特征和功能等多方面介绍操作系统。,2023/6/1,15,重点：（1）操作系统的作用、定义和发展历史（2）理解多道程序设计技术和分时技术（3）操作系统的功能和特征

6、（4）操作系统的用户接口难点：（1）多道程序设计技术和分时技术,重点与难点,2023/6/1,16,操作系统的目标和作用,操作系统的发展过程,操作系统的基本特性,1.2,操作系统的主要功能,1.4,OS结构设计,主要内容,2023/6/1,17,1.1 操作系统的目标和作用,操作系统地位操作系统的定义操作系统的作用,2023/6/1,18,硬件系统:主机、外设软件系统：系统软件、应用软件、工具软件,一、计算机系统的资源 计算机系统分为两大类：硬件系统和软件系统。,操作系统的地位,2023/6/1,19,计算机系统资源-硬件资源,问题：如此多而复杂的硬件，用户如何控制和使用呢？,为计算机配置操作

7、系统！,2023/6/1,20,硬件层,操作系统,实用软件,指的是各种硬件资源。对外界面由机器指令系统组成，它是操作系统的工作基础。,操作系统的层次视图,应用软件,计算机系统可以划分为四个层次：（1）硬件层（2）操作系统层（3）实用软件层（4）应用软件层。,对硬件层进行了首次的功能扩充，对外界面是系统调用或系统服务。实用层软件以及应用层软件就是通过系统调用使用计算机系统资源的。,实用层软件的功能是为应用层软件以及最终用户处理自己的程序或数据提供服务。如：语言编译系统、系统工具软件、数据库管理系统等。,应用层软件包括办公自动化系统、事务处理系统、财务管理系统等。,2023/6/1,21,操作系统

8、的定义,操作系统是计算机系统中直接控制和管理各种软硬件资源，以方便用户充分而有效地利用这些资源的程序的集合,实体,对象,目标,手段,2023/6/1,22,操作系统的目标,1）方便性(用户的观点)：提供给用户良好的、一致的用户接口。无需了解许多有关硬件和系统软件的细节。2）有效性(系统管理人员的观点)：有效地控制各种软硬件资源，使之得到充分利用保持忙碌和有序占用合理组织系统工作流程，改善系统性能提高系统效率为用户方便的使用计算机提供良好的环境提高用户使用效率,2023/6/1,23,操作系统的目标,3）可扩充性(开放的观点)：模块化，易添加和修改,给计算机系统的功能的扩展提供开放式的支撑平台。

9、4）开放性：对应用程序最大可能的提供开放统一的环境应用程序能方便地移植和互操作,2023/6/1,24,操作系统的作用,（1）作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2）作为计算机系统资源的管理者（3）实现了对计算机资源的抽象,用户,物理接口,硬件,物理接口,硬件,I/O软件,虚拟机,用户,机器指令,I/O操作命令,2023/6/1,25,1）从计算机系统组成观点操作系统是系统软件 计算机系统组成：软件：应用软件、系统软件（操作系统、语言处理系统和常用的例行服务程序）硬件：输入输出设备、存储器、处理器,操作系统的作用-1,2023/6/1,26,操作系统的作用-1,OS作为用户与计算机硬件系统之间

10、的接口 OS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。或者说，用户在OS帮助下，能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。,使用方式命令方式系统调用方式图形、窗口方式,2023/6/1,27,操作系统的作用-2,2)从资源管理观点操作系统是系统资源管理者（Operating System as a Resource Manager）,(1)处理器管理：分配和控制处理器(2)存储器管理：内存分配和回收；(3)输入输出设备管理：输入输出设备的分配和操纵；(4)文件管理：文件的存取、共享和保护。,资源分类：处理器、存储器、输入/输出设备和信息（数据和程序）,202

11、3/6/1,28,虚拟机：计算机硬件和软件二者结合变成了功能更强大、使用更方便的机器。,操作系统的作用-3,3)从软件分层、扩充机器的观点-操作系统是扩充裸机的第一层系统软件,2023/6/1,29,4）从服务用户的观点-操作系统是用户与裸机之间接口,操作系统的作用-4,2023/6/1,30,1）从用户的观点看：操作系统是用户和计算机之间的接口。2）从资源管理的观点看：它是管理和控制计算机系统资源的管理软件。3）从进程的观点看：它是合理组织计算机工作流程的大型软件。4）从软件分层、扩充机器的观点看：OS是扩充裸机的第一层系统软件，它是由若干层次、按照一定结构形式组成的有机体。5)从发展观点看

12、：OS是为了给计算机系统功能扩展提供支撑平台，使之在追加新的服务和功能时更加容易和不影响原有的服务和功能。,操作系统的作用-总结,2023/6/1,31,器件的不断更新换代：CPU的位宽度(指令和数据)、快速外存。方便用户：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)不断提高计算机资源利用率：计算机发展的初期，计算机系统昂贵。计算机体系结构的不断发展：单处理机系统发展为多处理机系统,推动操作系统发展的主要动力,2023/6/1,32,1.2 操作系统的发展过程,从 人工操作 到 机器自动处理人工操作缓慢机器按照事先编辑好的过程完成任务的转换,无操作系统,从 联机I/

13、O 到 脱机I/OCPU速度迅速提高而I/O设备依然缓慢，CPU花大量时间等待设备输入输出在外围机控制下进行,从 单道程序处理 到 多道程序同时处理,监督程序,执行系统,操作系统,2023/6/1,33,操作系统的类型,1.2.1 无操作系统的计算机系统1.2.2 单道批处理系统1.2.3 多道程序系统1.2.4 多模式系统1.2.6 网络操作系统和分布式操作系统,由程序员采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统,两种方式：联机批处理脱机批处理,它是为了减少人工操作时间和作业周转时间提高CPU利用率而设计的。系统自动成批处理作业，这是初级单道批处理系统。,问题：同步与互斥问题内存不足内存保护,这

14、一代操作系统包括多道批处理系统、采用交互方式的分时系统和以提高瞬时响应时间为特征的实时系统。,分时操作系统实时操作系统通用操作系统,这一代操作系统是多模式系统，即一个系统同时支持批处理、分时处理、实时处理和多重处理。,网络操作系统实现在计算机网络上进行信息交换、资源共享和互操作等功能。分布式操作系统将地域上分散的各系统互连成一个具有整体功能的系统，并可将一个任务分布地在各系统上运行，实现分布式处理。,2023/6/1,34,1.2.1 早期批处理系统,为了缩短作业的建立时间,减少错误操作尽可能地提高CPU的利用率,采取了两个措施:1)配备专门的操作员 2)批处理(联机批处理、脱机批处理),20

15、23/6/1,35,联机批处理,用户上机前，需向操作员提交程序、数据和一个作业说明书，提供用户标识、用户想使用的编译程序以及所需的系统资源等基本信息。一个作业处理完毕后，监督程序又可以自动地调下一个作业处理。解决了作业自动转换问题。但是在作业的输入和执行结果的输出过程中，CPU仍处于停止等待状态。,2023/6/1,36,读卡机,穿卡机,卫星机,主机,输入磁带,输出磁带,输入磁带,输出磁带,由主机和卫星机组成。卫星机又称外围计算机，不与主机直接连接，只与外部设备打交道。主机与卫星机可以并行操作，二者分工明确，可以充分发挥主机的高速计算能力。,脱机批处理,2023/6/1,37,批处理系统解决了

16、人机矛盾以及高速CPU和低速I/O设备的矛盾。它的出现促进了软件的发展，最重要的是产生了起管理作用的监督程序。优点:实现了作业的自动过渡，改善了CPU和外设的使用情况，提高了计算机系统的处理能力。缺点:磁带需人工拆卸；系统的保护问题。,批处理系统的特点,2023/6/1,38,1.2.2 多道批处理系统-1,单道批处理系统：系统每次调用一个用户作业程序进入主存并运行。特征:(1)自动性;(2)顺序性;(3)单道性,2023/6/1,39,多道批处理系统-多道程序设计技术,多道程序设计技术：在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。,特征：1)多道:主存中同

17、时存放几道相互独立的程序；2)宏观上并行:几道程序都处于运行过程中，从用户的角度来看，它们在同时推进；3)微观上串行:任意一个时刻，只能有一个程序占有处理机，从处理机的角度来看，多道程序轮流使用处理机，交替推进。,2023/6/1,40,程序A和B都得到了推进,例题,2023/6/1,41,优点：资源利用率高：CPU和内存利用率较高；系统吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大；,多道批处理系统,缺点：平均周转时间长：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；,多道批处理系统的优缺点：,2023/6/1,42,在批处理系统中采用多道程序设计技

18、术，就形成了多道批处理系统。多道程序系统的出现标志着操作系统进入渐趋成熟的阶段。,1.2.2 多道批处理系统,多道批处理系统需要解决的问题:(1)同步与互斥;(2)提高主存的使用效率;(3)主存保护;,2023/6/1,43,1.2.3 分时操作系统,2023/6/1,44,分时技术,把CPU响应时间分成若干个小时间单位（时间片）轮流分配给各个联机用户使用。如果一个用户程序在分配给它的时间片内没有完成，则暂时中断执行，等待下一轮计算。,1.2.3 分时操作系统,2023/6/1,45,分时处理终端请求,界面1：交互式命令语言(eg.shell,command)界面2：图形用户界面(GUI),T

19、ime Sharing OS,HAL,终端1,终端2,终端n,.,1.2.3 分时操作系统,2023/6/1,46,每个用户都获得了满意的响应速度，感觉系统是为其独享的!,1.2.3 分时操作系统,2023/6/1,47,分时系统的特征,多路性：一个主机与多个终端相连。宏观上：是多个人同时使用一个CPU,微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU独立性：每个终端用户仿佛拥有一台虚拟机。用户感觉不到计算机为其他人服务，各用户独立操作，互不干扰。交互性：以对话的方式为用户服务。显著提高调试和修改程序的效率：缩短了周转时间。及时性：用户的请求能在很短时间内获得响应，通常为1-2秒。通过时间片技术和轮转调

20、度算法保证及时响应。,典型的分时操作系统：Multics(MIT)UNIX,2023/6/1,48,含义：对随机发生的外部事件作出及时的响应并对其进行处理，所发生的外部事件并非是由于人来启动和直接干预引起的。分类：实时过程控制和实时信息处理两种系统。特征：事件驱动设计，即当接收到某种类型的外部信息时，由系统选择相应的程序去处理。,1.2.4 实时操作系统,2023/6/1,49,1.2.4 实时操作系统-分类,1）实时控制工业控制，军事控制，医疗控制，.,HAL,Real Time OS,被控对象,A/D,D/A,t1,t2,t2-t1:response time（响应时间）实时控制示意图,2

21、023/6/1,50,1.2.4 实时操作系统-分类,HAL,Real Time OS,.,终端1,终端2,终端n,通常为远程终端,特点：（1）响应及时（prompt response）（2）可靠性高（high reliability）,2）实时信息处理：航班定票，联机情报检索，.,2023/6/1,51,.实时系统特征,1）快速的响应时间：对外部事件的响应要十分及时迅速。外部事件往往以中断方式通知系统，系统有较强的中断处理能力，实时系统的设计也以“事件驱动”方式来设计。2）有限的交互能力：实时系统一般是专用系统，它能提供人机交互方式，但用户只能访问系统中某些特定的专用服务程序，不能象分时系统

22、一般向终端用户提供多方面服务。3）高可靠性和安全性：批处理系统和分时系统虽也要求系统可靠，相比之下，实时系统则要求系统高度可靠。因此实时系统中往都采用双机系统，多级容错措施来保证系统和数据的安全。,2023/6/1,52,三种基本操作系统的比较：,2023/6/1,53,1.2.5 通用操作系统(multi-purpose OS),同时具有：分时、实时、批处理功能。目标：提高处理能力;扩展应用领域。常见模式:分时(前台)+批处理(后台)实时(前台)+批处理(后台),Foreground/BackgroundSystem,2023/6/1,54,1.2.6 网络操作系统(Network Oper

23、ating System，NOS）,网络操作系统定义 使网络上各计算机能方便地进行网络通信、有效地共享网络资源，为网络用户提供所需各种服务的软件和有关规程的集合。,NOS3,host3,NOS2,host2,Printer,NOS1,host1,2023/6/1,55,网络操作系统的目标,相互通讯资源共享（信息，设备）提供网络服务数据库服务（database server）FTP服务（ftp server）电子邮件服务（e-mail server）远程登录服务（telnet server）其他服务（etc.）,2023/6/1,56,现代操作系统特点内装网络,现代操作系统已把网络功能包含到操作

24、系统的内核中，作为操作系统核心功能的一个组成部分。微软公司的Windows NT，AT&T公司的UNIX、Sun公司的SunOS、IBM公司的Linux等都已把TCPIP网络功能包含在内核中。,2023/6/1,57,分布式操作系统定义：为分散处理、协同完成任务而将多个分散的计算机经互连网络连接而成的计算机系统，分布式操作系统是在它上配置的操作系统。分布式操作系统能直接对系统中各类资源进行动态分配和管理，有效控制和协调诸任务的并行执行，允许系统中的处理单元无主、次之分，并向系统提供统一的、有效的接口的软件集合。,1.2.7 分布式操作系统,2023/6/1,58,1.2.7 分布式操作系统,紧

25、耦合：(tightly coupled)由多机系统发展而来（多CPU）有公共内存多处理机操作系统,2023/6/1,59,松散耦合：(loosely coupled)由计算机网络发展而来（多Host)无公共内存，无公共时钟,DOS,host3,DOS,host2,DOS,host1,1.2.7 分布式操作系统Distributed OS,2023/6/1,60,分布式操作系统特征:统一的操作系统 资源的进一步共享可靠性 透明性,1.2.7 分布式操作系统,2023/6/1,61,目标：进一步共享资源，使负载均衡，计算加速。CPU内存途径：迁移（migration）作业迁移进程迁移（线程一般随同

26、进程迁移）例子：荷兰 Virije大学研制的Amoeba 美国 CarnegieMellon大学研制的MachSolaris MC：SUN微系统公司开发的一种网络操作系统,1.2.7 分布式操作系统,2023/6/1,62,分布式操作系统与网络操作系统的区别,分布性 分布式操作系统的资源、功能、任务和控制都是分布处理的；网络的控制功能大多集中在某个主机或服务器上，它的控制方式集中的。透明性 分布式OS通常很好地隐藏系统内部的实现细节，如对象的物理位置、并发控制、系统故障等对用户都是透明的。,2023/6/1,63,统一性 分布式系统要求一个统一的操作系统；网络系统一般是在各自操作系统基础上加上

27、负责网络访问功能模块，网络各系统操作不一致。健壮性 分布式系统的处理和控制功能是分布的，设备出现故障时，可通过容错技术实现系统重构，从而仍保持系统的正常运行，因而系统具有键壮性，即具有较好的可用性和可靠性；网络系统其控制功能大多集中在主机和服务器中，使系统具有潜在的不可靠性。,分布式操作系统与网络操作系统的区别,2023/6/1,64,1.2.8 多处理机操作系统,多处理机系统具有公共内存的多CPU系统对称多处理机系统(SMP)没有主从关系的多处理机系统多处理机操作系统有效管理和使用多个CPU的操作系统复杂性：多个主动体（CPUs)例子：UNIX,Linux,Windows,2023/6/1,

28、65,1.2.9 嵌入式操作系统,嵌入在掌上电脑、通讯设备、车载系统、信息家电等非计算机类设施上的操作系统。特点：微内核结构（Micro-kernel），许多操作系统功能以应用程序模式运行。例子：Win CE.NET（维纳斯）PalmOS（最流行的掌上电脑操作系统）HOPEN（女娲，国产掌上电脑操作系统）Android（智能手机和平板电脑操作系统）,Embeded world,2023/6/1,66,1.2.10 智能卡操作系统,智能卡CPU芯片ROM面向Java的智能卡JVM解释程序下载Java applet并执行SC-OS支持多个applet并发执行必要的资源管理,2023/6/1,67,

29、1.2.11 微机操作系统,配置在微机上的OS称为微机操作系统。常用的微机OS有MS-DOS、MS Windows、OS/2、UNIX、Linux等。,1）单用户单任务操作系统MS-DOS MS-DOS是Microsoft公司开发的首先在IBM-PC机上使用的微机OS，MS-DOS操作系统现在成了事实上的16位微机单用户单任务操作系统的标准。,2）单用户多任务操作系统MS Windows Windows98/2000是Microsoft公司开发的一个图形用户界面的多任务、多线程、全32位的操作系统。,2023/6/1,68,3）多用户多任务操作系统 UNIX SCO公司将运行于大、中、小型机上

30、UNIX操作系统移植到微机上，UNIX是多用户多任务操作系统。Solaris OS:SUN公司推出的。Linux操作系统是一个遵循标准操作系统界面的标准免费操作系统。,1.2.11 微机操作系统,2023/6/1,69,1）并发性（Concurrence）并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生，而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，并发性是指宏观上在一段时间内有多道程序在同时执行。并行性具有并发的含义，但并发事件不一定具有并行性。如单处理机系统中具有并发执行的程序，虽然宏观上是同时运行，但每一个时刻仅能执行一道程序，微观上是在分时交替执行，故不具有并行性的特征。,1

31、.3 操作系统的基本特性,2023/6/1,70,程序A和B都得到了推进，并发,1.3 操作系统的基本特性,2023/6/1,71,2）共享性（Sharing）共享是指系统中的所有资源不再为一个程序所独占，而是供同时存在于系统中的多道程序所共同使用。根据资源属性不同，共享方式可分为：互斥共享：如打印机、变量等，一段时间内只能给一个作业使用。同步共享：如磁盘等，在同一时刻可被多个作业同时访问。,并发和共享关系：并发和共享是操作系统的两个最基本的特性，它们又是互为存在条件。一方面资源共享是以程序（进程）的并发性执行为条件的，若系统不允许程序并发执行，自然不存在资源共享问题。另一方面若系统不能对资源

32、共享实施有效管理，则也必将影响到程序并发执行。,1.3 操作系统的基本特性,2023/6/1,72,3)虚拟性（Virtual）虚拟是指通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。物理实体是实际存在的，是实的；逻辑物体是用户感觉到的，是虚拟的。例如在单CPU多道分时系统中，通过多道程序技术和分时技术可以把一个物理CPU虚拟为多台逻辑上的CPU，使每个终端用户都认为有一台“独立”的CPU为它运行，用户感觉的CPU是虚拟CPU。,1.3 操作系统的基本特性,2023/6/1,73,4)异步性(Asynchronism)在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源等因素的限制，程序的执

33、行并非“一气呵成”，而是以“走走停停”的方式运行，推进速度不可预知，即程序是以异步方式运行的。多个程序异步并发执行带来了两种不确定性：(1)每个程序执行的速度和时间不确定。各程序（进程）之间推进的序列也不确定。即是不可预测的。(2)每个程序执行结果不确定。即对同一程序，给定相同的初始条件、在相同的环境下进行多次执行，却可能获得完全不同的结果。（执行结果的不确定性是绝对不允许的，这是操作系统为实现程序并发执行必须解决的问题。）,1.3 操作系统的基本特性,2023/6/1,74,1)微内核结构(Microkernel architecture):它只把OS少数基本的功能（包括地址空间、进程间通信

34、和基本调度）分配给内核，其它的OS服务由称为服务器的进程提供。2)多线程(Multithreading):该技术采用执行应用的进程被分为多个能并行运行的线程。3)对称多处理机(Symmetric multiprocessing SMP)4)分布式操作系统(Distributed Operating Systems)5)面向对象设计(Object-oriented design),1.3 操作系统的基本特性,现代操作系统的特点：,2023/6/1,75,1.4 操作系统的功能,操作系统目的：方便用户使用计算机系统；充分发挥计算机系统资源的使用率。,处理器管理存储管理设备管理文件管理提供友好的用户

35、接口,操作系统的功能,2023/6/1,76,1）处理机管理（又称进程管理）处理器管理的主要任务是对处理器进行分配，并对其运行进行有效的控制和管理。进程是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位,是一个活动的实体。在传统操作系统中，处理器的分配和运行都是以进程为基本单位的，因而对处理器的管理可归结为对进程的管理；在引入线程的OS中，还须包含对线程的管理。,1.4 操作系统的功能-处理机管理,2023/6/1,77,进程管理包括以下几个方面:(1)进程控制：为作业创建、撤销进程，并控制状态转换。(2)进程调度：在多个就绪进程（线程）中分配处理机并使分配到处理机的进程（线程）投入执行。(3)进

36、程同步：对进程的执行次序加以协调。(4)进程通信：实现进程（线程）之间的信息交换，使其相互合作。,1.4 操作系统的功能-处理机管理,2023/6/1,78,存储管理是指对主存储器的管理，即：如何把有限的主存储器进行合理的分配，满足多个用户程序运行的需要。主存储器分为两部分:一是系统区,一是用户区。对主存储器的管理主要是对用户区域进行管理。,1.4 操作系统的功能-存储管理,2023/6/1,79,存储管理的功能有下列四个方面：分配和释放主存储器空间 若当时的情况不能满足申请要求，则让申请的进程处于等待状态，直到有足够主存空间时再分配给该进程.当某个作业返回时,系统负责收回，使之成为自由区域。

37、主存储器空间的共享 主存空间共享有两方面的内容：一是共享主存资源，一是共享主存的某些区域。,1.4 操作系统的功能-存储管理,2023/6/1,80,扩充主存容量 通过虚拟存储技术或自动覆盖技术，把辅助存储器作为主存储器的扩充部分来使用。存储保护 为避免相互干扰，必须对主存中的程序和数据进行保护。,1.4 操作系统的功能-存储管理,2023/6/1,81,有效地管理各种外设，使这些设备充分地发挥效率；并且要给用户提供简单而易于使用的接口，以便用户在不了解设备性能的情况下，也能很方便地使用它。,1.4 操作系统的功能-设备管理,功能主要包括：缓冲管理：提高CPU和I/O设备的利用率和I/O速度。

38、设备分配：为用户分配设备和设备控制器。设备处理：实现CPU和设备控制器之间的通信。,2023/6/1,82,现代计算机系统中，总是把程序和数据以文件的形式存储在辅存上，供所有的或指定的用户使用。文件管理的主要任务是对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用，并保证文件的安全性。主要功能:(1)文件存储空间的管理(2)目录管理(3)文件读写管理和保护,1.4 操作系统的功能-文件管理,2023/6/1,83,为方便用户使用OS，OS向用户提供了“用户与操作系统的接口”，可分两大类：1）用户接口(1)联机用户接口;(2)脱机用户接口;(3)图形用户接口 2）程序接口,1.4 操作系统的功能-提供

39、友好的用户接口,2023/6/1,84,操作系统的结构：整体式（无）结构模块化结构层次式结构微内核结构,1.5 操作系统的结构设计,2023/6/1,85,1、整体式OS结构,2023/6/1,86,操作系统,模块,子模块,2、模块化OS结构,2023/6/1,87,优点：提高设计的正确性；增强可适应性；加速开发过程,模块化OS结构优缺点,缺点：难保证模块完全正确；未区分独占与共享资源。,2023/6/1,88,3、层次式结构,2023/6/1,89,按此模型构造的第一个操作系统是和他的学生在荷兰开发的THE系统（1968年）,3、层次式结构,THE 系统分为六层：层次功能 5 操作员 4用户

40、程序 3 输入/输出管理 2 进程通信 1内存和磁盘管理 0 处理器分配和多道程序,2023/6/1,90,构造层次结构OS分层原则,把与机器硬件有关的程序模块放在最底层反映系统外特性的软件放在最外层 为进程的正常运行创造环境和提供条件的内核程序应该尽可能放在底层.按照实现操作系统命令时模块间的调用次序来分层,2023/6/1,91,层次结构的优点:,整体问题局部化正确性有保证错误不扩张便于系统维护、扩充,层次结构的缺点:,层次之间单向依赖模块间需要通信机制系统开销大、效率低,2023/6/1,92,内核的基本组成：中断处理进程调度同步机制,4、微内核 OS 结构,2023/6/1,93,微内

41、核组成及联系,2023/6/1,94,核心,客户向服务器进程发送消息，以获得服务,客户服务器模型,2023/6/1,95,工作模式,2023/6/1,96,途径：1 把传统意义上属于操作系统的代码由低层移向高层，由核心移向用户，要增加新功能仅需加结点2 消息传送机制 Client/Server,2023/6/1,97,优点：易于扩充，易于移植 提高系统的可靠性 提供多种操作环境 适宜于分布计算模式 有助于多处理器系统的实现 支持实时任务,缺点：消息传递方式增加开销，使响应变慢几个商品化系统：Windows NT,NextStep XINU,OSF/1 1.3,Workspace OS,Chor

42、us/Mix V.4,Mac G3,QNX,CTOS,2023/6/1,98,应用程序,微内核操作系统,DOS服务器,UNI服务器,VMS服务器,OS/2服务器,基于微内核的开放式系统环境,系统程序接口（SPI）,应用程序接口（API）,2023/6/1,99,客户向服务器发送消息，以获得服务,一个分布式系统中的客户服务器模型,机器1,客户,核心,机器2,文件服务器,核心,机器3,进程服务器,核心,机器4,终端服务器,核心,2023/6/1,100,具有面向对象的特点,封装性继承性多态性,2023/6/1,101,微内核的基本功能,微内核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如进程管理、存储

43、器管理、进程间通信、低级I/O功能。进程管理。存储器管理。进程通信管理。I/O设备管理,2023/6/1,102,小 结,操作系统是计算机上必须配置的系统软件，它是计算机的“管家”，负责计算机系统中所有软硬件资源的管理，目标是为了方便用户充分而有效地利用这些资源。操作系统的发展历史中，多道程序设计技术和分时技术的出现，标志着操作系统的形成。从资源管理的角度来看，操作系统的五大功能是：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口。主要的操作系统类型有：批量操作系统、分时操作系统、实时操作系统和个人计算机操作系统。,2023/6/1,103,本章要求,1.了解操作系统的目标，理解操作系统的

44、作用，了解推动操作系统发展的主要动力2.了解无操作系统的计算机系统和单道批处理系统。理解多道批处理系统、分时系统和实时系统的特征和优缺点。3.理解操作系统的并发、共享、虚拟和异步性。4.理解处理机管理功能、存储器管理功能、设备管理功能和文件管理功能。了解用户接口。5.了解操作系统的结构设计方法。,2023/6/1,104,本章基础要点,现代操作系统的两个最基本的特征是：,操作系统的三个基本类型是：,批处理操作系统的主要缺点是：,并发和共享。,批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。,缺少交互性。,2023/6/1,105,本章基础要点,允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为：,实时

45、操作系统。,分时操作系统。,允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理的操作系统称为：,多道批处理操作系统。,计算机系统能及时处理过程、控制数据并做出响应的操作系统称为：,2023/6/1,106,本章基础要点,操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它管理和控制计算机系统中的资源。从用户的观点出发，操作系统是用户与计算机之间的接口。,并发性、共享性、虚拟性、异步性。,实时系统应具有两个基本特征：,及时性和高可靠性。,操作系统的特征是：,2023/6/1,107,本章基础要点,实时操作系统必须在规定的时间内处理完来自外部的事件。多道程序设计技术是指将一个以上的作业放入主存，并且同时处于运行状态，

46、这些作业共享处理机和外围设备等资源。,操作系统的五大管理功能是：,处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、作业管理。,2023/6/1,108,复习思考题,一 选择题操作系统负责为用户和用户程序完成所有的工作；A.硬件无关和应用有直接关系 B.硬件无关和应用无直接关系C.硬件有关和应用无直接关系 D.硬件有关和应用有直接关系从用户的观点看，操作系统是。A.用户与计算机之间的接口 B.合理地组织计算机工作流程的软件C.控制和管理计算机资源的软件 D.由若干层次的程序按一定的结构组成的下列选择中，不是操作系统关心的主要问题。A.管理计算机裸机 B.设计、提供用户程序与计算机硬件系统的界面C.管

47、理计算机系统资源 D.高级程序设计语言的编译器,2023/6/1,109,配置了操作系统的计算机是一台比原来的物理计算机功能更强的计算机，这样的一台计算机只是一台逻辑上的计算机，称为计算机。A.并行 B.真实 C.虚拟 D.共享操作系统中采用多道程序设计技术提高了CPU和外部设备的。A.利用率 B.可靠性 C.稳定性 D.兼容性几年前一位芬兰大学生在Internet上公开发布了以下一种免费操作系统，经过许多人的努力，该操作系统正不断完善，并被推广。A.Windows XP B.Linux C.UNIX D.OS2允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为；允许多个用户将多个作业提交给计算机

48、集中处理的操作系统称为；计算机系统能及时处理过程控制数据并做出响应的操作系统称为；具有网络功能的操作系统称为。A.批处理操作系统 B.分时操作系统C.多处理机操作系统 D.实时操作系统 E.网络操作系统,复习思考题,2023/6/1,110,为方便用户，操作系统负责管理和控制计算机系统的。A、软件资源 B、硬件和软件资源 C、用户有用资源 D、硬件资源下面关于操作系统的叙述中正确的是。A.批处理作业必须具有作业控制信息。B.分时系统不一定都具有人机交互功能。C.从响应时间的角度看，实时系统与分时系统差不多。D.由于采用了分时技术，用户可以独占计算机的资源。10.导弹控制系统应选择安装实时操作系

49、统；学校图书馆计算机管理应选择安装；计算机语言学习系统应选择安装；工业过程控制系统应选择安装。A.批处理操作系统 B.分时操作系统 C.实时操作系统D.网络操作系统 E.分布式操作系统11.操作系统与用户间接口不仅需要智能化、多媒体化、个性化，也还需要。A.键盘命令 B.汇编指令 C.机器指令 D.通道命令,复习思考题,2023/6/1,111,综合题,名词解释：多道程序设计、分时技术、用户接口、时间片、并发、虚拟、共享、系统调用。2.多道程序设计与分时技术的区别与联系？3.叙述操作系统的地位和作用？4.何谓用户接口?通常在操作系统和用户之间提供哪几种类型的接口?,2023/6/1,112,第

50、1章 作业,课本 P.333、5、8、9、14、15,2023/6/1,泰映汶滋 博学笃行,Thank You!,2023/6/1,114,课堂提问,设内存中有三道程序A、B、C，它们按A、B、C的优先次序执行。它们的计算和I/O操作的时间如下表所示（单位：ms）。,2023/6/1,115,课堂提问,假设三道程序使用相同设备进行I/O操作，即程序以串行方式使用设备，试画出单道运行和多道运行的时间关系图（调度程序的执行时间忽略不计）。在两种情况下，完成这三道程序各花多少时间（多道时CPU按照A、B、C的优先级抢占）？,2023/6/1,116,I/O,计算,A,B,C,A,A,B,B,C,C,