1、 操作系統(tǒng)原理與應(yīng)用第一章 緒論11操作系統(tǒng)的基本概念1.1.1操作系統(tǒng)的定義和特征 1、操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是一個(gè)由大量的程序模塊和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)集合而成的大型系統(tǒng)軟件。它全面地控制和有效地管理著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有硬、軟件資源，使用戶(hù)有一個(gè)功能強(qiáng)大且可擴(kuò)展的工作環(huán)境。合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，向用戶(hù)提供方便友好的操作界面。 第一章 緒論2、操作系統(tǒng)的特征不同的操作系統(tǒng)具有各自的特點(diǎn)，但它們都有以四個(gè)基本特征：v并發(fā)性：在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指讓多個(gè)程序同時(shí)在系統(tǒng)中運(yùn)行。但在單處理機(jī)系統(tǒng)中，每一時(shí)刻僅能執(zhí)行一道程序，并發(fā)性是宏觀上的，而微觀上這些程序是在CPU上交替執(zhí)行。在多CPU系統(tǒng)中，并發(fā)

2、程序不僅在宏觀上是并發(fā)的，而且在微觀上也是并行運(yùn)行的。 v共享性：資源共享是指系統(tǒng)中的硬軟件資源不再為某個(gè)程序所獨(dú)占，而是供多個(gè)用戶(hù)程序共同使用。 第一章 緒論 計(jì)算機(jī)用戶(hù)各種應(yīng)用軟件匯編、編輯、編譯軟件和例行服務(wù)程序計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)裸機(jī)圖1-1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)第一章 緒論v虛擬性：操作系統(tǒng)以硬件提供的基本功能為基礎(chǔ)，采用不斷擴(kuò)充、逐層虛擬的分層結(jié)構(gòu)。在分層結(jié)構(gòu)中，上層依賴(lài)于下層功能，并對(duì)下層功能進(jìn)行擴(kuò)展后向再上一層提供服務(wù)。操作系統(tǒng)的各個(gè)程序模塊分別對(duì)硬件逐層進(jìn)行了擴(kuò)充和改造，最終形成了一個(gè)功能強(qiáng)大的、虛擬的計(jì)算機(jī)，出現(xiàn)在用戶(hù)面前。 v隨機(jī)性：各程序何時(shí)執(zhí)行，執(zhí)行順序都不確定。第一章 緒

3、論1.1.2操作系統(tǒng)的功能服務(wù) v從使用角度看：操作系統(tǒng)是一臺(tái)比裸機(jī)功能更強(qiáng)，使用更方便，服務(wù)質(zhì)量更高的虛擬機(jī)，為用戶(hù)使用計(jì)算機(jī)提供了一個(gè)窗口和界面。v從功能角度看：操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)資源的管理者，它負(fù)責(zé)對(duì)計(jì)算機(jī)全部軟硬件資源的分配、控制、調(diào)度和回收。v從組成結(jié)構(gòu)看：操作系統(tǒng)是一個(gè)大型系統(tǒng)軟件，是由控制和管理系統(tǒng)運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)集合組成。 第一章 緒論現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成構(gòu)成v硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理設(shè)備。比硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理設(shè)備。比如控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備等。如控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、外部設(shè)備等。v

4、軟件系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用的各種程序。軟件系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用的各種程序。 12操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展第一章 緒論1.2.1 無(wú)操作系統(tǒng)階段無(wú)操作系統(tǒng)階段 （手工操作階段）（手工操作階段）v用戶(hù)獨(dú)占計(jì)算機(jī)的全部系統(tǒng)資源。vCPU利用率低，大量的時(shí)間出現(xiàn)空閑等待。v作業(yè)運(yùn)行過(guò)程需人工干預(yù)。 1.2.2 早期批處理階段早期批處理階段為了擺脫人工干預(yù)作業(yè)的運(yùn)行，人們把計(jì)算機(jī)的輸入輸出、運(yùn)行控制、出錯(cuò)處理等工作編成常駐內(nèi)存的一個(gè)監(jiān)控程序，通過(guò)執(zhí)行監(jiān)控程序來(lái)完成對(duì)計(jì)算機(jī)的使用、管理和操作，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)建立和作業(yè)過(guò)渡的自動(dòng)化。這種監(jiān)控程序就是操作系統(tǒng)的雛形。第一章 緒論1.2.3 多道程序系統(tǒng)多道程

5、序系統(tǒng)v多道：內(nèi)存存放多個(gè)獨(dú)立的程序。v宏觀上并行v微觀上串行v解決的問(wèn)題： 1.資源共享（同步，互斥） 2.內(nèi)存不夠用（覆蓋，交換） 3.內(nèi)存保護(hù)第一章 緒論1.2.4 操作系統(tǒng)的形成與成熟階段v二十世紀(jì)六十年代，在早期的批處理系統(tǒng)中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后產(chǎn)生了“多道批處理系統(tǒng)”，隨后又出現(xiàn)了“分時(shí)系統(tǒng)”、“實(shí)時(shí)系統(tǒng)”。v后來(lái)又出現(xiàn)了通用操作系統(tǒng)。（結(jié)合兩種以上的功能） 第一章 緒論1.2.5操作系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展1.Pc os2.嵌入式操作系統(tǒng)3.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)4.分布式操作系統(tǒng)5.智能化操作系統(tǒng)第一章 緒論13操作系統(tǒng)的分類(lèi)1.3.1多道批處理操作系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：多道批處理系統(tǒng)

6、的主要特點(diǎn)是：v 系統(tǒng)資源利用率和吞吐量都得到了提高系統(tǒng)資源利用率和吞吐量都得到了提高v 作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中不能進(jìn)行人機(jī)交互作業(yè)執(zhí)行過(guò)程中不能進(jìn)行人機(jī)交互v 作業(yè)完成時(shí)間難以估計(jì)，周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)作業(yè)完成時(shí)間難以估計(jì)，周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)。 第一章 緒論1.3.2分時(shí)操作系統(tǒng) 分時(shí)系統(tǒng)有以下4個(gè)基本特征：v(1) 交互性。用戶(hù)能與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)，即用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)輸入命令，請(qǐng)求系統(tǒng)服務(wù)和控制程序的運(yùn)行。v(2) 及時(shí)性。終端用戶(hù)的請(qǐng)求能在幾秒甚至更短時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)。v(3) 多路性。指同時(shí)有多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行。系統(tǒng)可同時(shí)為多個(gè)用戶(hù)終端提供服務(wù)。多個(gè)用戶(hù)同時(shí)工作，共享系統(tǒng)資源。v(4) 獨(dú)占性。系統(tǒng)對(duì)多個(gè)

7、用戶(hù)的快速輪轉(zhuǎn)調(diào)度，使得每個(gè)終端用戶(hù)感覺(jué)就像是獨(dú)占了CPU。這種獨(dú)占是邏輯上的，而物理上是多用戶(hù)共享CPU。第一章 緒論1.3.3實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) v實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)v實(shí)時(shí)信息系統(tǒng) 第一章 緒論實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)不同之處是：（1） 實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求比分時(shí)系統(tǒng)高。（2） 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的交互能力比分時(shí)系統(tǒng)差。（3） 實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求比分時(shí)系統(tǒng)高。（4）分時(shí)系統(tǒng)控制的主動(dòng)權(quán)在計(jì)算機(jī)，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制的主動(dòng)權(quán)在用戶(hù).第一章 緒論1.3.4網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的主要功能：（1 1）網(wǎng)絡(luò)通信）網(wǎng)絡(luò)通信 為通信雙方為通信雙方建立和拆除通信鏈路建立和拆除通信鏈路，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程

8、中進(jìn)行傳輸控制，差錯(cuò)控制，流量控制，路由選擇等。中進(jìn)行傳輸控制，差錯(cuò)控制，流量控制，路由選擇等。（2 2）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)）網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 為網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)提供文件傳輸、電子郵件、為網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)提供文件傳輸、電子郵件、遠(yuǎn)程登陸遠(yuǎn)程登陸、共享硬、共享硬盤(pán)、共享打印機(jī)等服務(wù)。盤(pán)、共享打印機(jī)等服務(wù)。（3 3）網(wǎng)絡(luò)管理）網(wǎng)絡(luò)管理 對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視，建立網(wǎng)絡(luò)日志。為網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、安全管理對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視，建立網(wǎng)絡(luò)日志。為網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、安全管理和流量統(tǒng)計(jì)提供必要的信息。和流量統(tǒng)計(jì)提供必要的信息。（4 4）資源管理）資源管理 對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的共享資源（硬件和軟件）實(shí)施有效的管理、協(xié)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的共享資源（硬件和軟件）實(shí)施有效的管理、協(xié)調(diào)諸用戶(hù)對(duì)共享資源

9、的使用、保證數(shù)據(jù)的安全性和一致性。調(diào)諸用戶(hù)對(duì)共享資源的使用、保證數(shù)據(jù)的安全性和一致性。 第一章 緒論1.3.5分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng) v各結(jié)點(diǎn)間的協(xié)同性：v資源共享的透明性：v各結(jié)點(diǎn)的自治性：第一章 緒論1.3.6 多處理機(jī)操作系統(tǒng)多處理機(jī)操作系統(tǒng)(多重處理）多重處理）多處理器系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）可增加系統(tǒng)的吞吐量。（2）提高性?xún)r(jià)比。（3）提高系統(tǒng)的可靠性。 第一章 緒論1.3.7 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)是：嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)是：（1 1）專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)。）專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)。（2 2）實(shí)時(shí)性好。）實(shí)時(shí)性好。（3 3）可裁剪性好。）可裁剪性好。（4 4）可靠性高。）可靠性高。（5

10、5）功耗低。）功耗低。第一章 緒論14操作系統(tǒng)的基本功能 1.4.1處理機(jī)管理 處理機(jī)管理應(yīng)實(shí)現(xiàn)下述主要功能：v進(jìn)程控制：v進(jìn)程同步：v進(jìn)程通信：v進(jìn)程調(diào)度： 第一章 緒論1.4.2存儲(chǔ)器管理存儲(chǔ)器管理 存儲(chǔ)管理應(yīng)實(shí)現(xiàn)下述主要功能：v內(nèi)存分配：v內(nèi)存保護(hù)：v內(nèi)存擴(kuò)充：第一章 緒論1.4.3設(shè)備管理 設(shè)備管理應(yīng)實(shí)現(xiàn)下述主要功能：v設(shè)備分配：v設(shè)備傳輸控制：v設(shè)備獨(dú)立性：（為用戶(hù)提供一個(gè)良 好的界面）第一章 緒論1.4.4文件管理文件管理 文件管理應(yīng)實(shí)現(xiàn)下述主要功能：v文件存儲(chǔ)空間的管理：v目錄管理：v文件操作管理：v文件保護(hù):第一章 緒論1.4.5 用戶(hù)接口用戶(hù)接口v提供友好的人機(jī)交互界面。第一章 緒論15操作系統(tǒng)的基本工作機(jī)制操作系統(tǒng)的基本工作機(jī)制 v1.5.1 接口機(jī)制接