1、操作系統(tǒng) Operating System課課 程程 簡簡 介介課程名稱：課程名稱：操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（ Operating System ）教教 材：材：計算機操作系統(tǒng)劉福巖等計算機操作系統(tǒng)劉福巖等 計算機操作系統(tǒng)計算機操作系統(tǒng)湯子贏等湯子贏等教學(xué)方式：教學(xué)方式：考試類別：考試考試類別：考試參考教材：參考教材：1 1、現(xiàn)代操作系統(tǒng)現(xiàn)代操作系統(tǒng)，陳向群等譯，機械工業(yè)出版社，陳向群等譯，機械工業(yè)出版社2 2、操作系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)操作系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，王鵬等譯，電子工業(yè)出版社，王鵬等譯，電子工業(yè)出版社3 3、計算機操作系統(tǒng)教程計算機操作系統(tǒng)教程， 張堯?qū)W、史美林，清華大張堯?qū)W、史美林，清華大學(xué)出版社學(xué)

2、出版社教學(xué)目的教學(xué)目的& 通過對本章的講解使學(xué)生通過對本章的講解使學(xué)生1. 了解本課程的整體介紹了解本課程的整體介紹2. 理解操作系統(tǒng)的概念，功能、作用、理解操作系統(tǒng)的概念，功能、作用、分類，特征，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計分類，特征，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計本章重點：本章重點：1、熟悉操作系統(tǒng)作用和定義熟悉操作系統(tǒng)作用和定義，了解操作系統(tǒng)的，了解操作系統(tǒng)的歷史。歷史。 2、了解二類計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，、了解二類計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，熟悉現(xiàn)代熟悉現(xiàn)代操作系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)操作系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)通道和中斷通道和中斷。 3、熟練掌握多道程序設(shè)計技術(shù)的概念，掌握熟練掌握多道程序設(shè)計技術(shù)的概念，掌握批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)及實時系統(tǒng)

3、三種操作批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)及實時系統(tǒng)三種操作系統(tǒng)基本類型系統(tǒng)基本類型，了解微機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操，了解微機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。 4、掌握操作系統(tǒng)并發(fā)性、共享性、虛擬性和掌握操作系統(tǒng)并發(fā)性、共享性、虛擬性和異步性等特征異步性等特征，了解現(xiàn)代操作系統(tǒng)特征，了解現(xiàn)代操作系統(tǒng)特征，熟熟悉操作系統(tǒng)功能悉操作系統(tǒng)功能。本章難點：本章難點：&“多道程序系統(tǒng)多道程序系統(tǒng)”的功能實現(xiàn)的功能實現(xiàn)&“分時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)”的功能實現(xiàn)的功能實現(xiàn)&真正理解操作系統(tǒng)的主要特征真正理解操作系統(tǒng)的主要特征第第1章章 操作系統(tǒng)引論操作系統(tǒng)引論&1.

4、1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用 &1.2 操作系統(tǒng)的操作系統(tǒng)的發(fā)展過程發(fā)展過程 &1.3 操作系統(tǒng)的功能和主要特征操作系統(tǒng)的功能和主要特征&1.4 操作系統(tǒng)的機制和策略操作系統(tǒng)的機制和策略&1.5 操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) &1.6 典型操作系統(tǒng)簡介典型操作系統(tǒng)簡介本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)F掌握操作系統(tǒng)的概念及作用掌握操作系統(tǒng)的概念及作用F了解操作系統(tǒng)的發(fā)展過程了解操作系統(tǒng)的發(fā)展過程F掌握操作系統(tǒng)的特征與功能掌握操作系統(tǒng)的特征與功能F牢記多道程序設(shè)計的概念牢記多道程序設(shè)計的概念F理解操作系統(tǒng)的模型理解操作系統(tǒng)的模型11 操作系統(tǒng)

5、的目標(biāo)和作用操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用 1.1.存儲程序計算機的組成存儲程序計算機的組成 1.1.1 1.1.1 馮馮. .諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機&(1) 概念和模型過于復(fù)雜，用戶編程十分困難概念和模型過于復(fù)雜，用戶編程十分困難 在裸機基礎(chǔ)上通過軟件構(gòu)造一個概念和模型相對簡在裸機基礎(chǔ)上通過軟件構(gòu)造一個概念和模型相對簡單，更容易理解和進行程序設(shè)計的虛擬機，可以認(rèn)單，更容易理解和進行程序設(shè)計的虛擬機，可以認(rèn)為這個虛擬機就是操作系統(tǒng)，如磁盤管理。和裸機為這個虛擬機就是操作系統(tǒng)，如磁盤管理。和裸機提供的概念和模型相比，操作系統(tǒng)構(gòu)造和提供的概提供的概念和模型相比，操作系統(tǒng)構(gòu)造和提供的概念

6、和模型要簡單得多，用戶也更容易編程和使用。念和模型要簡單得多，用戶也更容易編程和使用。&(2)性能不高性能不高 裸機提供的概念和模型過于復(fù)雜，用戶直接對裸機裸機提供的概念和模型過于復(fù)雜，用戶直接對裸機編制的程序，程序運行時效率往往非常低，其原因編制的程序，程序運行時效率往往非常低，其原因在于直接對裸機編程，用戶往往不能充分利用裸機在于直接對裸機編程，用戶往往不能充分利用裸機提供的資源，特別是不能最大限度的開發(fā)系統(tǒng)的并提供的資源，特別是不能最大限度的開發(fā)系統(tǒng)的并行性。如多道程序技術(shù)。行性。如多道程序技術(shù)。2.2.直接使用裸機的困難直接使用裸機的困難示例示例 圖1.2 磁盤結(jié)構(gòu)作業(yè)3作業(yè)2

7、作業(yè)1操作系統(tǒng)內(nèi)存分區(qū)圖1.3在內(nèi)存中有三個作業(yè)的多道程序系統(tǒng)1 1. .現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的組成現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的組成 1 1.1.2 .1.2 操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件工具軟件：工具軟件：軟、硬件檢測疹斷程序軟、硬件檢測疹斷程序應(yīng)用軟件：應(yīng)用軟件：CAD、MIS等自己開發(fā)的系統(tǒng)等自己開發(fā)的系統(tǒng)計算機計算機系統(tǒng)系統(tǒng)硬件硬件軟件軟件CPU儲存器：內(nèi)存、外存儲存器：內(nèi)存、外存（軟硬盤、磁帶機）（軟硬盤、磁帶機）輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等輸出設(shè)備：顯示器、打印機、繪圖儀輸出設(shè)備：顯示器、打印機、繪圖儀操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)編譯程序、編譯程序、DBMS等等2

8、 2. .操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位操作系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)中的地位 計算機硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)工具應(yīng)用軟件應(yīng)用用戶應(yīng)用開發(fā)人員操作系統(tǒng)開發(fā)人員 緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下（是其他緊貼系統(tǒng)硬件之上，所有其他軟件之下（是其他軟件的共同環(huán)境）軟件的共同環(huán)境）&(1)(1)從資源管理的觀點從資源管理的觀點OSOS作為資源管理器：作為資源管理器： OSOS的首要任務(wù)是管理計算機系統(tǒng)中硬件與軟件的首要任務(wù)是管理計算機系統(tǒng)中硬件與軟件資源，使其得到充分而有效的利用：資源，使其得到充分而有效的利用：1 1）跟蹤資源狀態(tài)）跟蹤資源狀態(tài)：時刻掌握計算機系統(tǒng)中資源的使用：時刻掌握計算機系統(tǒng)中資源的使用情

9、況。情況。2 2）分配資源）分配資源：處理對資源的使用請求，協(xié)調(diào)沖突，確：處理對資源的使用請求，協(xié)調(diào)沖突，確定資源分配算法。定資源分配算法。3 3）回收資源）回收資源：回收用戶釋放的資源，以便下次重新分：回收用戶釋放的資源，以便下次重新分配。配。 4 4）保護資源）保護資源：負責(zé)對系統(tǒng)資源的保護，避免受破壞。：負責(zé)對系統(tǒng)資源的保護，避免受破壞。3.3.操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的作用( (體現(xiàn)在三個方面體現(xiàn)在三個方面) )操作系統(tǒng)作為資源管理器的觀點是目前人們對操操作系統(tǒng)作為資源管理器的觀點是目前人們對操作系統(tǒng)認(rèn)識的一個主要觀點，根據(jù)此觀點，人們將計作系統(tǒng)認(rèn)識的一個主要觀點，根據(jù)此觀點，人們將計算

10、機資源劃分為四大類：算機資源劃分為四大類： 1 1）處理機）處理機 2 2）存儲器）存儲器 3 3）I/OI/O設(shè)備設(shè)備 4 4）信息（程序與數(shù)據(jù)）信息（程序與數(shù)據(jù)） 相應(yīng)可將操作系統(tǒng)分為四類管理器：相應(yīng)可將操作系統(tǒng)分為四類管理器： 1 1）處理機管理）處理機管理 2 2）存儲管理）存儲管理 3 3）設(shè)備管理）設(shè)備管理 4 4）信息管理（文件系統(tǒng)）信息管理（文件系統(tǒng)） &(2)(2)從軟件分層、擴允機器的觀點從軟件分層、擴允機器的觀點虛擬機：虛擬機：提供硬件的高層界面提供硬件的高層界面( (虛擬機虛擬機),),取消硬件限制取消硬件限制1 1）操作系統(tǒng)提供無限的內(nèi)存、無限的）操作系統(tǒng)提供

11、無限的內(nèi)存、無限的CPUCPU2 2）擴充機器，功能更強大，使用更方便）擴充機器，功能更強大，使用更方便【虛擬機】：使用戶和程序員在不必涉及和了解硬件【虛擬機】：使用戶和程序員在不必涉及和了解硬件工作細節(jié)的情況下能方便的使用計算機，而為用戶所工作細節(jié)的情況下能方便的使用計算機，而為用戶所提供的一個等價的擴展計算機，稱為虛擬計算機。提供的一個等價的擴展計算機，稱為虛擬計算機。&(3)(3)從服務(wù)用戶的觀點從服務(wù)用戶的觀點OSOS用戶與裸機間接口：用戶與裸機間接口：操作系統(tǒng)為方便用戶使用計算機提供了二級訪問接操作系統(tǒng)為方便用戶使用計算機提供了二級訪問接口：口：1 1）命令接口）命令接口:

12、:命令行。命令行。 2 2）調(diào)用接口調(diào)用接口: :形式上類似于過程調(diào)用，在應(yīng)用編程中使形式上類似于過程調(diào)用，在應(yīng)用編程中使用。用。 3 3）圖形接口：）圖形接口：圖形用戶界面圖形用戶界面GUIGUI，方便用戶使用。方便用戶使用。編程更為容易，軟件可移植性增強；使用更編程更為容易，軟件可移植性增強；使用更為方便。為方便。1.1.操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo)&有效性有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點）：（系統(tǒng)管理人員的觀點）：管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織計算機的工作流程計算機的工作流程&方便性方便性（用戶的觀點）（用戶的觀點）提供良好的、一致的用

13、戶接口，彌補硬件提供良好的、一致的用戶接口，彌補硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別&可擴充性與開放性可擴充性與開放性（開放的觀點）：（開放的觀點）：硬件類型和規(guī)模、操作系統(tǒng)本身的功能和硬件類型和規(guī)模、操作系統(tǒng)本身的功能和管理策略、多個系統(tǒng)間的資源共享和互操作。管理策略、多個系統(tǒng)間的資源共享和互操作。1.1.3 1.1.3 操作系統(tǒng)的目標(biāo)與定義操作系統(tǒng)的目標(biāo)與定義2.2.操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是是控制和管理計算機系統(tǒng)的硬件控制和管理計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源，合理的組織計算機工作流程以和軟件資源，合理的組織計算機工作流程以及方便用戶使用的程序和數(shù)據(jù)的集合

14、及方便用戶使用的程序和數(shù)據(jù)的集合。 設(shè)置操作系統(tǒng)的目的就是設(shè)置操作系統(tǒng)的目的就是提高計算機系統(tǒng)提高計算機系統(tǒng)的效率，增強系統(tǒng)的處理能力，充分發(fā)揮系的效率，增強系統(tǒng)的處理能力，充分發(fā)揮系統(tǒng)的利用率，方便用戶使用統(tǒng)的利用率，方便用戶使用。12 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 操作系統(tǒng)發(fā)展的操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力是用戶的需求主要動力是用戶的需求，并隨著計算機硬件技術(shù)、軟件技術(shù)的發(fā)展而不并隨著計算機硬件技術(shù)、軟件技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展完善。斷發(fā)展完善。 1 1）提高資源的利用率和系統(tǒng)性能）提高資源的利用率和系統(tǒng)性能：計算機：計算機發(fā)展的初期，計算機系統(tǒng)昂貴，用作集中計算發(fā)展的初期，計算機系統(tǒng)昂貴，

15、用作集中計算 2 2）方便用戶：）方便用戶：用戶上機、調(diào)試程序，分散用戶上機、調(diào)試程序，分散計算時的事務(wù)處理和非專業(yè)用戶。計算時的事務(wù)處理和非專業(yè)用戶。 3 3）硬件的發(fā)展：）硬件的發(fā)展：CPUCPU的位寬度（指令和數(shù)的位寬度（指令和數(shù)據(jù)）、快速外存、新硬件、新技術(shù)的出現(xiàn)等。據(jù)）、快速外存、新硬件、新技術(shù)的出現(xiàn)等。 4 4）計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展）計算機體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史手工手工&1 1、手工操作、手工操作 （19461946 5050年代，電子管時代）年代，電子管時代）【特點】：【特點】：計算機資源昂貴計算機資源昂貴 ，沒有操作系統(tǒng)，沒有操作系統(tǒng)【工作方

16、式】：【工作方式】： 用戶：用戶既是程序員、操作員，還是計算機專業(yè)人員；用戶：用戶既是程序員、操作員，還是計算機專業(yè)人員； 編程語言：為機器語言；編程語言：為機器語言； 輸入輸出：紙帶或卡片；輸入輸出：紙帶或卡片；【計算機的工作特點】：【計算機的工作特點】： 用戶獨占全機：用戶獨占計算機所有資源，資源利用率低；用戶獨占全機：用戶獨占計算機所有資源，資源利用率低； CPUCPU等待用戶：計算前，手工裝入紙帶或卡片；計算完成等待用戶：計算前，手工裝入紙帶或卡片；計算完成后，手工卸取紙帶或卡片；后，手工卸取紙帶或卡片；CPUCPU利用率低；利用率低；【主要矛盾】：【主要矛盾】： 計算機處理能力的提高

17、，手工操作的低效率計算機處理能力的提高，手工操作的低效率 用戶獨占全機的所有資源；用戶獨占全機的所有資源；圖例圖例手工時期的操作聯(lián)機批處理12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史單道單道&2 2、單道批處理系統(tǒng)、單道批處理系統(tǒng)（ 50 50年代末年代末 6060年代中，晶體管）年代中，晶體管）【特點】：【特點】： 利用磁帶把若干個作業(yè)分類編成作業(yè)執(zhí)行序列，每個批利用磁帶把若干個作業(yè)分類編成作業(yè)執(zhí)行序列，每個批作業(yè)由一個專門的監(jiān)督程序（作業(yè)由一個專門的監(jiān)督程序（MonitorMonitor）自動依次處理?？墒棺詣右来翁幚怼？墒褂脜R編語言開發(fā)。用匯編語言開發(fā)。【批處理中的作業(yè)的組成】：【批處理中的作業(yè)的

18、組成】： 用戶程序用戶程序 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言）作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言）【批處理【批處理】： 供一次加載的磁帶或磁盤，通常由若干個作業(yè)組裝成，在供一次加載的磁帶或磁盤，通常由若干個作業(yè)組裝成，在處理中使用一組相同的系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)帶）處理中使用一組相同的系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)帶）12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史單道單道 批處理方式可分為聯(lián)機批處理和脫機批處理。批處理方式可分為聯(lián)機批處理和脫機批處理。1 1）聯(lián)機批處理）聯(lián)機批處理 用戶提交作業(yè)：以紙帶或卡片為介質(zhì)；用戶提交作業(yè)：以紙帶或卡片為介質(zhì)； 操作員合成批作業(yè)：結(jié)果為磁帶介質(zhì)；操作員合成批作業(yè)：結(jié)果為磁帶介質(zhì)； 批作業(yè)處理：對批作業(yè)中的

19、每個作業(yè)進行相同的批作業(yè)處理：對批作業(yè)中的每個作業(yè)進行相同的處理：從磁帶讀入用戶作業(yè)和編譯鏈接程序，編處理：從磁帶讀入用戶作業(yè)和編譯鏈接程序，編譯鏈接用戶作業(yè)，生成可執(zhí)行程序；啟動執(zhí)行；譯鏈接用戶作業(yè)，生成可執(zhí)行程序；啟動執(zhí)行；執(zhí)行結(jié)果輸出。執(zhí)行結(jié)果輸出?！敬嬖诘膯栴}】：【存在的問題】： 慢速的輸入輸出處理仍直接由主機來完成。輸慢速的輸入輸出處理仍直接由主機來完成。輸入輸出時，入輸出時，CPUCPU處于等待狀態(tài)。處于等待狀態(tài)。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史單道單道2 2）脫機批處理）脫機批處理系統(tǒng)庫系統(tǒng)庫輸入帶輸入帶輸出帶輸出帶運行日志運行日志主機主機執(zhí)行帶執(zhí)行帶讀卡機讀卡機打印機打印機衛(wèi)星機衛(wèi)星

20、機12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史單道單道2 2）脫機批處理）脫機批處理 利用衛(wèi)星機完成輸入輸出功能。主機與衛(wèi)星機利用衛(wèi)星機完成輸入輸出功能。主機與衛(wèi)星機可并行工作?？刹⑿泄ぷ鳌?衛(wèi)星機：完成面向用戶的輸入輸出（紙帶或卡衛(wèi)星機：完成面向用戶的輸入輸出（紙帶或卡片），中間結(jié)果暫存在磁帶或磁盤上。片），中間結(jié)果暫存在磁帶或磁盤上。 作業(yè)控制命令由監(jiān)督程序作業(yè)控制命令由監(jiān)督程序( (monitor)monitor)來執(zhí)行，完來執(zhí)行，完成如裝入程序、編譯、運行等操作。成如裝入程序、編譯、運行等操作?！緝?yōu)點】：【優(yōu)點】：同一批內(nèi)各作業(yè)的自動依次更替，改善了同一批內(nèi)各作業(yè)的自動依次更替，改善了主機主機CPUCP

21、U和和I/OI/O設(shè)備的使用效率，提高了吞吐量。設(shè)備的使用效率，提高了吞吐量?！救秉c】：【缺點】：磁帶或磁盤需要人工裝卸，作業(yè)需要人工磁帶或磁盤需要人工裝卸，作業(yè)需要人工分類，監(jiān)督程序易遭到用戶程序的破壞（由人工干分類，監(jiān)督程序易遭到用戶程序的破壞（由人工干預(yù)才可恢復(fù)）。預(yù)才可恢復(fù)）。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史單道單道【單道批處理的特征】：【單道批處理的特征】：自動性自動性:磁帶上一批作業(yè)能自動逐個依次運行磁帶上一批作業(yè)能自動逐個依次運行對對I/OI/O為主的作業(yè)，為主的作業(yè)，CPUCPU空閑；空閑； 順序性順序性:作業(yè)順序進入內(nèi)存作業(yè)順序進入內(nèi)存,執(zhí)行與完成的順序和執(zhí)行與完成的順序和調(diào)入的順

22、序完全相同。調(diào)入的順序完全相同。單道性單道性:內(nèi)存中僅有一道程序內(nèi)存中僅有一道程序,只有該程序完成或只有該程序完成或發(fā)生異常時發(fā)生異常時,才調(diào)入后繼程序進入內(nèi)存運行才調(diào)入后繼程序進入內(nèi)存運行【單道批處理的主要問題】：【單道批處理的主要問題】： 一個用戶獨占全部資源一個用戶獨占全部資源CPUCPU負責(zé)計算，也負責(zé)傳負責(zé)計算，也負責(zé)傳輸輸, ,CPUCPU與外設(shè)速度不匹配。與外設(shè)速度不匹配。 CPUCPU與與I/OI/O串行資源利用率仍然很低。串行資源利用率仍然很低。中斷技術(shù)中斷技術(shù)和和通道技術(shù)通道技術(shù) 60 60年代硬件兩個重大進展：年代硬件兩個重大進展：中斷技術(shù)中斷技術(shù)和和通道技術(shù)通道技術(shù) 1

23、 1）中斷：）中斷：指指CPUCPU在收到外部中斷信號后，停止原來工作在收到外部中斷信號后，停止原來工作，轉(zhuǎn)去處理該中斷事件，完畢后回到原來斷點繼續(xù)工作，轉(zhuǎn)去處理該中斷事件，完畢后回到原來斷點繼續(xù)工作。 【中斷處理過程中斷處理過程】：】：中斷請求，中斷響應(yīng)，中斷點（暫中斷請求，中斷響應(yīng)，中斷點（暫停當(dāng)前任務(wù)并保存現(xiàn)場），中斷處理例程，中斷返回停當(dāng)前任務(wù)并保存現(xiàn)場），中斷處理例程，中斷返回（恢復(fù)中斷點的現(xiàn)場并繼續(xù)原有任務(wù)。（恢復(fù)中斷點的現(xiàn)場并繼續(xù)原有任務(wù)。 【中斷分類】：【中斷分類】：硬件中斷硬件中斷（分為（分為硬件故障中斷硬件故障中斷、I/OI/O中斷中斷和和外部中斷外部中斷）與）與軟件中斷軟

24、件中斷（可分為（可分為程序中斷程序中斷 和和訪管中訪管中斷斷）。）。中斷的處理過程中斷的處理過程用戶程序用戶程序中斷機構(gòu)（硬件）中斷機構(gòu)（硬件）中斷處理程序中斷處理程序判斷中斷類型判斷中斷類型保護舊的保護舊的PSW取出新的取出新的PSW取出中斷碼，分取出中斷碼，分析中斷原因析中斷原因按不同原因處理按不同原因處理取出舊的取出舊的PSW重重新裝入，返回斷點新裝入，返回斷點舊舊PSW新新PSW中斷技術(shù)中斷技術(shù)和和通道技術(shù)通道技術(shù) 2 2）通道）通道( (又稱為又稱為I/OI/O處理機處理機) )：實際上是實際上是一臺功能單一臺功能單一、結(jié)構(gòu)簡單的一、結(jié)構(gòu)簡單的I/OI/O處理機處理機，它單獨與它單獨

25、與CPUCPU，并直接并直接控制外部設(shè)備，與內(nèi)存進行數(shù)據(jù)傳輸。控制外部設(shè)備，與內(nèi)存進行數(shù)據(jù)傳輸。 通道有專用的通道有專用的I/OI/O處理器處理器，可與，可與CPUCPU并行工作。通并行工作。通道具有自己的指令（道具有自己的指令（通道指令通道指令），），可編程實現(xiàn)各可編程實現(xiàn)各種復(fù)雜的種復(fù)雜的I/OI/O處理處理。 可實現(xiàn)可實現(xiàn) I/OI/O聯(lián)機處理聯(lián)機處理 【CPUCPU與通道的通訊】與通道的通訊】：CPUCPU與通道之間為主（與通道之間為主（CPUCPU）從關(guān)系（通道），采用通道進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程如從關(guān)系（通道），采用通道進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程如下：下：CPUCPU向通道發(fā)出向通道發(fā)出I/OI

26、/O指令；通道執(zhí)行通道程序進指令；通道執(zhí)行通道程序進行行I/OI/O操作；操作；I/OI/O完成或出錯時，以中斷方式請求完成或出錯時，以中斷方式請求CPUCPU處理。處理。單通道單通道I/O系統(tǒng)系統(tǒng)主存主存通道通道通道通道控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器設(shè)備設(shè)備A設(shè)備設(shè)備B設(shè)備設(shè)備C設(shè)備設(shè)備D設(shè)備設(shè)備E設(shè)備設(shè)備F 通道的四級連接，三級控制（通道的四級連接，三級控制（CPU-通道通道-控制器控制器-設(shè)備）設(shè)備）12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史多道多道&3、多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)（6060年代末年代末 7070年代中，集成電路）年代中，集成電路）單道：單道：用戶程序用戶程序

27、監(jiān)督程序監(jiān)督程序I/O操作操作I/O請求請求啟動啟動I/OI/O完成完成I/O請求請求多道：多道：程序程序A程序程序B程序程序C調(diào)度程序調(diào)度程序A:I/O請求請求A:I/OB:I/O請求請求B:I/OC:I/OA:完成完成tt1）多道程序設(shè)計原理）多道程序設(shè)計原理 【多道程序設(shè)計原理】：【多道程序設(shè)計原理】：在計算機內(nèi)存中同時存放在計算機內(nèi)存中同時存放幾道相互獨立的程序，它們在管理程序的控制下相幾道相互獨立的程序，它們在管理程序的控制下相互穿插地運行，互穿插地運行，共享共享CPUCPU和外設(shè)等資源和外設(shè)等資源。采用多道程采用多道程序設(shè)計技術(shù)的批處理系統(tǒng)稱為多道批處理系統(tǒng)序設(shè)計技術(shù)的批處理系統(tǒng)稱

28、為多道批處理系統(tǒng)。 2）多道程序設(shè)計的實現(xiàn)）多道程序設(shè)計的實現(xiàn) 存儲保護與重定位存儲保護與重定位。在多道程序設(shè)計環(huán)境中，幾。在多道程序設(shè)計環(huán)境中，幾道程序共享同一內(nèi)存，硬件必須提供必要的手段道程序共享同一內(nèi)存，硬件必須提供必要的手段保證各道程序之間不互相侵犯。保證各道程序之間不互相侵犯。 處理機管理和調(diào)度。處理機管理和調(diào)度。多道程序共享同一個處理機，多道程序共享同一個處理機，因此存在處理機的調(diào)度問題。因此存在處理機的調(diào)度問題。 資源的管理和調(diào)度。資源的管理和調(diào)度。多道程序共享資源，同樣存多道程序共享資源，同樣存在著資源的分配問題。在著資源的分配問題。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史多道多道12 OS

29、的發(fā)展史的發(fā)展史多道多道 3）多道程序設(shè)計的特征）多道程序設(shè)計的特征 多道。多道。同時存在兩道或兩道以上的程序處于執(zhí)行同時存在兩道或兩道以上的程序處于執(zhí)行的開始點和結(jié)束點中間。的開始點和結(jié)束點中間。 宏觀并行。宏觀并行。都處于運行狀態(tài)，但都未運行完；都處于運行狀態(tài)，但都未運行完； 微觀串行。微觀串行。各作業(yè)交替使用各作業(yè)交替使用CPUCPU。 4）多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點：）多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點： 資源利用率高資源利用率高：CPUCPU和內(nèi)存利用率較高；和內(nèi)存利用率較高； 作業(yè)吞吐量大作業(yè)吞吐量大：單位時間內(nèi)完成工作總量大；：單位時間內(nèi)完成工作總量大； 用戶交互性差：用戶交互性差：整個作業(yè)完成

30、后或中間出錯整個作業(yè)完成后或中間出錯時，才與用戶交互，不利于調(diào)試和修改；時，才與用戶交互，不利于調(diào)試和修改； 作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間長：作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間長：短作業(yè)的短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間周轉(zhuǎn)時間（從作業(yè)提交到完成的這段時間）（從作業(yè)提交到完成的這段時間）顯著增長；顯著增長； 單道和多道批處理的比較單道和多道批處理的比較 多道程序系統(tǒng)和多處理系統(tǒng)多道程序系統(tǒng)和多處理系統(tǒng)( (Multi-Processing Multi-Processing System)System)的區(qū)別：前者指多個程序同時在內(nèi)存中交替的區(qū)別：前者指多個程序同時在內(nèi)存中交替運行，后者指多個處理器。運行，后者指多個處理器。 單道多道內(nèi)存使

31、用每次一個作業(yè)每次多個作業(yè)（充分利用內(nèi)存）作業(yè)次序順序，先進先出無確定次序多道批處理系統(tǒng)的資源利用多道批處理系統(tǒng)的資源利用 多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征是基多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征是基于各作業(yè)對系統(tǒng)資源的需求差異得到的。于各作業(yè)對系統(tǒng)資源的需求差異得到的。 例如例如：有：有3 3個作業(yè)個作業(yè)A A、B B、C C，分別為計算、檢索和分別為計算、檢索和打印作業(yè)，單道運行時間分別為打印作業(yè)，單道運行時間分別為5 5分、分、1515分和分和1010分鐘。分鐘。它們可并行在它們可并行在1515分鐘內(nèi)完成分鐘內(nèi)完成3 3個作業(yè)。各資源在單道、個作業(yè)。各資源在單道、多道環(huán)境下的利用效率是多少？

32、多道環(huán)境下的利用效率是多少？單道多道CPU17%(5/30)33%(5/15)打印機33%(10/30)66%(10/15)磁帶50%(15/30)100%(15/15) 5）多道批處理系統(tǒng)的核心技術(shù)）多道批處理系統(tǒng)的核心技術(shù)：作業(yè)調(diào)度：作業(yè)調(diào)度：作業(yè)的現(xiàn)場保存和恢復(fù)作業(yè)的現(xiàn)場保存和恢復(fù)資源共享：資源共享：資源的競爭和同步資源的競爭和同步互斥機制互斥機制內(nèi)存使用：內(nèi)存使用：提高內(nèi)存使用效率（為當(dāng)前由提高內(nèi)存使用效率（為當(dāng)前由CPUCPU執(zhí)執(zhí)行的程序提供足夠的內(nèi)存）行的程序提供足夠的內(nèi)存）覆蓋覆蓋( (overlay)overlay)，交換交換( (swap)swap)和虛擬存儲和虛擬存儲( (

33、virtual memory)virtual memory)內(nèi)存保護：內(nèi)存保護：系統(tǒng)存儲區(qū)和各應(yīng)用程序存儲區(qū)不系統(tǒng)存儲區(qū)和各應(yīng)用程序存儲區(qū)不可沖突，即存儲保護可沖突，即存儲保護文件非順序存放、隨機存取。文件非順序存放、隨機存取。 出現(xiàn)了：出現(xiàn)了：作業(yè)管理、處理機管理、存儲管理、作業(yè)管理、處理機管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理( (file system)file system)12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史多道多道課堂練習(xí)課堂練習(xí)1.1 操作系統(tǒng)是一種操作系統(tǒng)是一種 A A ，在操作系統(tǒng)中采在操作系統(tǒng)中采用多道程序設(shè)計方式能提高用多道程序設(shè)計方式能提高CPUCPU和外部

34、設(shè)備和外部設(shè)備的的 B B 。一般來說，為了實現(xiàn)多道程序設(shè)計一般來說，為了實現(xiàn)多道程序設(shè)計，計算機需要有，計算機需要有 C C 。A: (1)A: (1)通用軟件；通用軟件； (2) (2)系統(tǒng)軟件；系統(tǒng)軟件； (3) (3)應(yīng)用軟件；應(yīng)用軟件； (4) (4)軟件包。軟件包。B: (1)B: (1)利用效率；利用效率； (2) (2)可靠性；可靠性； (3) (3)穩(wěn)定性；穩(wěn)定性； (4) (4)兼容性。兼容性。C C：(1)(1)更大的內(nèi)存；更大的內(nèi)存； (2) (2)更快的外部設(shè)備；更快的外部設(shè)備； (3) (3)更快的更快的CPUCPU； (4) (4)更先進的終端；更先進的終端；答案

35、：答案：A(2),B(1),C(1)A(2),B(1),C(1)12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史分時分時&4 4、分時操作系統(tǒng)、分時操作系統(tǒng) （70年代中期至今，大規(guī)模集成電路）年代中期至今，大規(guī)模集成電路）【分時】：【分時】：兩個或兩個以上的事件按時間劃分輪流的使兩個或兩個以上的事件按時間劃分輪流的使用計算機系統(tǒng)的某一資源。用計算機系統(tǒng)的某一資源。 【分時系統(tǒng)】：【分時系統(tǒng)】：多個用戶分時（多個用戶分時（分時的時間單位稱為時分時的時間單位稱為時間片，通常為幾十毫秒間片，通常為幾十毫秒）地使用同一計算機系統(tǒng)稱）地使用同一計算機系統(tǒng)稱為分時系統(tǒng)。主要采用為分時系統(tǒng)。主要采用時鐘時鐘和和中斷技術(shù)

36、中斷技術(shù)。 1 1）分時系統(tǒng)實現(xiàn)方法：）分時系統(tǒng)實現(xiàn)方法： 系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置多路卡多路卡及時接受及時接受各終端輸入命令和數(shù)據(jù)。各終端輸入命令和數(shù)據(jù)。 及時處理，及時處理，不允許某作業(yè)長期占用處理機不允許某作業(yè)長期占用處理機, , 將響應(yīng)周期分將響應(yīng)周期分為很短的時間片為很短的時間片, ,在該周期內(nèi)每個作業(yè)輪流執(zhí)行一次在該周期內(nèi)每個作業(yè)輪流執(zhí)行一次( (占一占一個時間片個時間片) )。每個作業(yè)可以及時接收用戶的命令和數(shù)據(jù)。每個作業(yè)可以及時接收用戶的命令和數(shù)據(jù), , 并能及時得到處理。并能及時得到處理。分時系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖分時系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史分時分時 2 2）分時系統(tǒng)的特

37、點：）分時系統(tǒng)的特點：同時性或多路性：同時性或多路性：多用戶同時操作、使用計算機多用戶同時操作、使用計算機獨占性：獨占性：各終端用戶感覺到自己獨占了計算機；各終端用戶感覺到自己獨占了計算機；及時性：及時性：用戶的請求能在較短時間內(nèi)響應(yīng)；用戶的請求能在較短時間內(nèi)響應(yīng)；交互性：交互性：用戶能與計算機進行人用戶能與計算機進行人機對話。機對話。 3 3）調(diào)進和調(diào)出）調(diào)進和調(diào)出（Roll-in / Roll-outRoll-in / Roll-out）調(diào)進調(diào)進/ /調(diào)出是實現(xiàn)分時系統(tǒng)的一種主要方式，包括：調(diào)出是實現(xiàn)分時系統(tǒng)的一種主要方式，包括：主存主存后援存儲器方式：后援存儲器方式：簡單分時系統(tǒng)所采用，

38、簡單分時系統(tǒng)所采用，特點：內(nèi)存只存放一個當(dāng)前執(zhí)行作業(yè)，其他放在外特點：內(nèi)存只存放一個當(dāng)前執(zhí)行作業(yè)，其他放在外存上。存上。多流調(diào)入調(diào)出方式：多流調(diào)入調(diào)出方式：基于多道程序技術(shù)，特點主基于多道程序技術(shù)，特點主存中同時存放一個當(dāng)前執(zhí)行作業(yè)和多個后備作業(yè)。存中同時存放一個當(dāng)前執(zhí)行作業(yè)和多個后備作業(yè)。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史分時分時 4 4）分時系統(tǒng)的響應(yīng)時間）分時系統(tǒng)的響應(yīng)時間 響應(yīng)時間響應(yīng)時間為為用戶發(fā)出一條指令到系統(tǒng)處理完這條用戶發(fā)出一條指令到系統(tǒng)處理完這條指令并做出回答所需要的時間指令并做出回答所需要的時間。是。是衡量分時系統(tǒng)性衡量分時系統(tǒng)性能好壞的一條重要標(biāo)志，但具體的響應(yīng)時間與系統(tǒng)能好壞的

39、一條重要標(biāo)志，但具體的響應(yīng)時間與系統(tǒng)的用戶個數(shù)及時間片大小有關(guān)。的用戶個數(shù)及時間片大小有關(guān)。響應(yīng)時間響應(yīng)時間T T與時間片與時間片q q和用戶個數(shù)和用戶個數(shù)n n之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為T=n q 。 【注意】：【注意】：分時系統(tǒng)在輪轉(zhuǎn)處理多個終端用戶的請分時系統(tǒng)在輪轉(zhuǎn)處理多個終端用戶的請求時，在調(diào)入求時，在調(diào)入/ /調(diào)出上增加了許多時間消耗，其中調(diào)出上增加了許多時間消耗，其中主主要是主存與后援存儲器之間的信息交換時間要是主存與后援存儲器之間的信息交換時間。因此。因此為改善響應(yīng)時間需要：為改善響應(yīng)時間需要：加快主存與后援存儲器之加快主存與后援存儲器之間的對換速度間的對換速度;減少對換的信息量減

40、少對換的信息量。 現(xiàn)在的許多操作系統(tǒng)都具有分時處理的功能，在分時系現(xiàn)在的許多操作系統(tǒng)都具有分時處理的功能，在分時系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，操作系統(tǒng)的發(fā)展開始分化，如實時系統(tǒng)、通用統(tǒng)的基礎(chǔ)上，操作系統(tǒng)的發(fā)展開始分化，如實時系統(tǒng)、通用系統(tǒng)、個人系統(tǒng)等。系統(tǒng)、個人系統(tǒng)等。課堂練習(xí)課堂練習(xí)1.2 分時系統(tǒng)中，為使多個用戶能夠同時與系分時系統(tǒng)中，為使多個用戶能夠同時與系統(tǒng)交互，最關(guān)鍵的問題是統(tǒng)交互，最關(guān)鍵的問題是 A A ，當(dāng)用戶數(shù)目為當(dāng)用戶數(shù)目為100100時，為保證響應(yīng)不超過時，為保證響應(yīng)不超過2 2秒；此時的時間片秒；此時的時間片最大應(yīng)為最大應(yīng)為 B B 。A A： (1) (1)計算機具有足夠的運行速度；計

41、算機具有足夠的運行速度； (2) (2)內(nèi)存容量應(yīng)足夠大；內(nèi)存容量應(yīng)足夠大； (3) (3)系統(tǒng)能及時地接收多個用戶輸入；系統(tǒng)能及時地接收多個用戶輸入； (4) (4)能在一短的時間內(nèi)，使所有用戶程序都能運行；能在一短的時間內(nèi)，使所有用戶程序都能運行； (5) (5)能快速進行內(nèi)外存對換。能快速進行內(nèi)外存對換。B B： (1)10ms (1)10ms； (2)20ms (2)20ms； (3)50ms (3)50ms； (4)100ms (4)100ms； (5)200ms (5)200ms。答案：答案：A(4),B(2)A(4),B(2)12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史實時實時&5 5、實

42、時操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng) 實時操作系統(tǒng)主要用于過程控制、事務(wù)處理等有實實時操作系統(tǒng)主要用于過程控制、事務(wù)處理等有實時要求的領(lǐng)域，其時要求的領(lǐng)域，其主要特征是實時性和可靠性主要特征是實時性和可靠性。 1 1）實時系統(tǒng)的分類：）實時系統(tǒng)的分類：實時控制：實時控制：要求與被控制的變化速度相比，其反應(yīng)要求與被控制的變化速度相比，其反應(yīng)速度足夠快；工作安全可靠；需要人工干預(yù)時，操速度足夠快；工作安全可靠；需要人工干預(yù)時，操作簡便。如生產(chǎn)過程控制，宇航自動控制等。作簡便。如生產(chǎn)過程控制，宇航自動控制等。實時信息處理系統(tǒng)：實時信息處理系統(tǒng)：要求計算機能夠在容許的延遲要求計算機能夠在容許的延遲時間內(nèi)，響應(yīng)外部

43、的事件請求，完成對該事件的處時間內(nèi)，響應(yīng)外部的事件請求，完成對該事件的處理，并控制所有的實時設(shè)備和實時任務(wù)協(xié)調(diào)運行。理，并控制所有的實時設(shè)備和實時任務(wù)協(xié)調(diào)運行。如飛機訂票系統(tǒng)如飛機訂票系統(tǒng), 期貨、股票交易系統(tǒng)等。期貨、股票交易系統(tǒng)等。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史實時實時 2 2）實時系統(tǒng)的特征：）實時系統(tǒng)的特征： 實時系統(tǒng)具有專用性、種類多、用途各異等特實時系統(tǒng)具有專用性、種類多、用途各異等特點，其一個基本特征是點，其一個基本特征是事件驅(qū)動事件驅(qū)動，即接收到某些外，即接收到某些外部信息后，由系統(tǒng)選擇某一程序去執(zhí)行，完成相應(yīng)部信息后，由系統(tǒng)選擇某一程序去執(zhí)行，完成相應(yīng)的實時任務(wù)。的實時任務(wù)。實時

44、時鐘管理實時時鐘管理。向系統(tǒng)提供日期、時刻以及定時。向系統(tǒng)提供日期、時刻以及定時任務(wù)（每間隔一固定時間循環(huán)執(zhí)行）和延遲任務(wù)任務(wù)（每間隔一固定時間循環(huán)執(zhí)行）和延遲任務(wù)（推遲一段時間后執(zhí)行）進行控制的信號。（推遲一段時間后執(zhí)行）進行控制的信號。中斷管理。中斷管理。實時系統(tǒng)必須有效和高速的完成各種實時系統(tǒng)必須有效和高速的完成各種中斷處理。中斷處理。系統(tǒng)容錯管理。系統(tǒng)容錯管理。高可靠性一直是實時系統(tǒng)的設(shè)計高可靠性一直是實時系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)。目標(biāo)。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史實時實時多重任務(wù)管理多重任務(wù)管理。實時系統(tǒng)的物理過程具有并發(fā)性。實時系統(tǒng)的物理過程具有并發(fā)性的特點，因此實時系統(tǒng)應(yīng)具備多重任務(wù)處理的能

45、的特點，因此實時系統(tǒng)應(yīng)具備多重任務(wù)處理的能力，且強調(diào)任務(wù)調(diào)度與轉(zhuǎn)換的高效性。力，且強調(diào)任務(wù)調(diào)度與轉(zhuǎn)換的高效性。系統(tǒng)生成能力系統(tǒng)生成能力。實時系統(tǒng)大多是專用性的系統(tǒng)，。實時系統(tǒng)大多是專用性的系統(tǒng)，其種類與規(guī)模相差較大，因此，要求實時操作系其種類與規(guī)模相差較大，因此，要求實時操作系統(tǒng)應(yīng)具有較強的生成能力，以便根據(jù)需要裁剪或統(tǒng)應(yīng)具有較強的生成能力，以便根據(jù)需要裁剪或補貼系統(tǒng)功能，使之與應(yīng)用系統(tǒng)相適應(yīng)。補貼系統(tǒng)功能，使之與應(yīng)用系統(tǒng)相適應(yīng)。 目前的操作系統(tǒng)，通常具有分時、實時和批處理目前的操作系統(tǒng)，通常具有分時、實時和批處理功能，又稱作通用操作系統(tǒng)功能，又稱作通用操作系統(tǒng)。可適用于計算、事務(wù)?？蛇m用于計

46、算、事務(wù)處理等多種領(lǐng)域，能運行在多種硬件平臺上，如處理等多種領(lǐng)域，能運行在多種硬件平臺上，如 UNIXUNIX系統(tǒng)、系統(tǒng)、Windows NTWindows NT等。等。通用化、小型化通用化、小型化分時系統(tǒng)與實時系統(tǒng)的比較分時系統(tǒng)與實時系統(tǒng)的比較 1 1）系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)不同）系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)不同。分時系統(tǒng)是提供一種隨時可。分時系統(tǒng)是提供一種隨時可供多個用戶使用的通用型很強的操作系統(tǒng)，而實時操供多個用戶使用的通用型很強的操作系統(tǒng)，而實時操作系統(tǒng)大多數(shù)是具有特殊用途的專用系統(tǒng)。作系統(tǒng)大多數(shù)是具有特殊用途的專用系統(tǒng)。 2 2）交互性的強弱）交互性的強弱。分時具有較強的對話與交互能力，。分時具有較強的對

47、話與交互能力，而實時系統(tǒng)交互性很弱。而實時系統(tǒng)交互性很弱。 3 3）響應(yīng)時間的長短）響應(yīng)時間的長短。分時只要能滿足一般用戶能接受。分時只要能滿足一般用戶能接受的等待時間即可，而實時系統(tǒng)的響應(yīng)時間要求嚴(yán)格。的等待時間即可，而實時系統(tǒng)的響應(yīng)時間要求嚴(yán)格。 4 4）另外其均具備另外其均具備多路性多路性、獨立性獨立性、及時性及時性、交互性交互性、可靠性，可靠性，只是實時系統(tǒng)對系統(tǒng)的只是實時系統(tǒng)對系統(tǒng)的及時性和可靠性及時性和可靠性要求要求更高更高。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)&6 6、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS,Network Operating SystemNOS,Network

48、 Operating System） 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是在通常網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是在通常操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上提的基礎(chǔ)上提供供網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能的操作系統(tǒng)。的操作系統(tǒng)。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)【計算機網(wǎng)絡(luò)基本概念】【計算機網(wǎng)絡(luò)基本概念】1 1）計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)：計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通信技：計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物, ,是互連起來的計算機的集合是互連起來的計算機的集合. .2 2）計算機網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的背景：計算機網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的背景：微電子技術(shù)的發(fā)展與進微電子技術(shù)的發(fā)展與進步；計算機的應(yīng)用社會化；通信技術(shù)的進步和普步；計算機的應(yīng)

49、用社會化；通信技術(shù)的進步和普及。及。3 3）特征：）特征： 資源共享性；獨立自主性資源共享性；獨立自主性4 4）微機網(wǎng)絡(luò)：微機網(wǎng)絡(luò)：微型機技術(shù)的巨大進展微型機技術(shù)的巨大進展, , 微機網(wǎng)絡(luò)微機網(wǎng)絡(luò)也隨之崛起，并獲得高速的發(fā)展，巳成為計算機也隨之崛起，并獲得高速的發(fā)展，巳成為計算機網(wǎng)絡(luò)中最活躍的一個分枝。網(wǎng)絡(luò)中最活躍的一個分枝。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)【網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成】：【網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成】：1 1）主機主機( (HOST)HOST)：主機是主機是組成網(wǎng)絡(luò)的獨立自主的組成網(wǎng)絡(luò)的獨立自主的計算機系統(tǒng)，用于運行計算機系統(tǒng)，用于運行用戶程序用戶程序( (即應(yīng)用程序即應(yīng)用程序) )。2)2)子網(wǎng)（通信子

50、網(wǎng)子網(wǎng)（通信子網(wǎng)) ) : 是將入網(wǎng)主機連接起來是將入網(wǎng)主機連接起來的實體。子網(wǎng)的任務(wù)是的實體。子網(wǎng)的任務(wù)是在入網(wǎng)主機之間傳遞信在入網(wǎng)主機之間傳遞信息息, ,以提供通信服務(wù)以提供通信服務(wù). . 3 3）協(xié)議（協(xié)議（protocolprotocol）：）：網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)計算機在互相通信時為絡(luò)計算機在互相通信時為能正確進行并相互理解通能正確進行并相互理解通信內(nèi)容需遵循的約定。如信內(nèi)容需遵循的約定。如TCP/IPTCP/IP等。等。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)【網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)【網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 】 : : 在通常的操作系統(tǒng)中增加了實現(xiàn)在通常的操作系統(tǒng)中增加了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議（一般到傳送層）功能和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理

51、網(wǎng)絡(luò)低層協(xié)議（一般到傳送層）功能和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理功能的操作系統(tǒng)。如功能的操作系統(tǒng)。如UNIXUNIX、LINUX, WINDOWS NTLINUX, WINDOWS NT都是網(wǎng)都是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。絡(luò)操作系統(tǒng)?！揪W(wǎng)絡(luò)【網(wǎng)絡(luò)OSOS功能】功能】: : 高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信 對網(wǎng)絡(luò)中共享資源對網(wǎng)絡(luò)中共享資源（在（在LANLAN中有硬盤、打印機等）中有硬盤、打印機等）有效的管理有效的管理 提供電子郵件、文件傳輸、共享硬盤、打印機等服提供電子郵件、文件傳輸、共享硬盤、打印機等服務(wù)務(wù) 網(wǎng)絡(luò)安全管理網(wǎng)絡(luò)安全管理 提供互操作能力提供互操作能力 12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史分布分布&7 7

52、、分布式操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)（Distributed Operating System） 1 1）分布式計算機系統(tǒng)）分布式計算機系統(tǒng)是以計算機網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的計算機系是以計算機網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的計算機系統(tǒng)，包含多臺處理機，每臺處理機完成系統(tǒng)中指定的統(tǒng)，包含多臺處理機，每臺處理機完成系統(tǒng)中指定的一部分功能。一部分功能。 從硬件上講，它與計算機局域網(wǎng)沒有任從硬件上講，它與計算機局域網(wǎng)沒有任何區(qū)別，關(guān)鍵是軟件。何區(qū)別，關(guān)鍵是軟件。【特征】：【特征】： 以計算機網(wǎng)絡(luò)為以計算機網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)；基礎(chǔ)； 處理上的分布，即功能和任務(wù)的分布。處理上的分布，即功能和任務(wù)的分布。所有系統(tǒng)任務(wù)所有系統(tǒng)任務(wù)可在系統(tǒng)中可在系統(tǒng)中任

53、何處理機任何處理機上運行，自動實現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的上運行，自動實現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的任任務(wù)分配務(wù)分配并并自動調(diào)度自動調(diào)度各處理機的工作負載。各處理機的工作負載。 堅強性堅強性( (強壯性強壯性) ) 高可靠性高可靠性 2 2）分布式操作系統(tǒng)的特點）分布式操作系統(tǒng)的特點 分布式和集中式操作系統(tǒng)的主要區(qū)別在于通訊、資分布式和集中式操作系統(tǒng)的主要區(qū)別在于通訊、資源管理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三個方面。分布式主要特點是：源管理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三個方面。分布式主要特點是： 系統(tǒng)狀態(tài)的不確定性系統(tǒng)狀態(tài)的不確定性。各系統(tǒng)內(nèi)結(jié)點自治，且信息。各系統(tǒng)內(nèi)結(jié)點自治，且信息傳播需要時間，很難及時和準(zhǔn)確把握系統(tǒng)的狀態(tài)信傳播需要時間，很難及時和準(zhǔn)

54、確把握系統(tǒng)的狀態(tài)信息。息。 控制機構(gòu)的復(fù)雜性?？刂茩C構(gòu)的復(fù)雜性。不存在主從關(guān)系或?qū)哟侮P(guān)系，不存在主從關(guān)系或?qū)哟侮P(guān)系，增加了控制的復(fù)雜性。增加了控制的復(fù)雜性。 通訊開銷引起性能下降。通訊開銷引起性能下降。 3 3）分布式）分布式OSOS的功能：的功能： (1) 進程遷移進程遷移 (2) 分布式同步分布式同步 (3) 任務(wù)分配任務(wù)分配 (4) 資源管理資源管理12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史分布分布網(wǎng)絡(luò)和分布式的區(qū)別網(wǎng)絡(luò)和分布式的區(qū)別1) 1) 分布式系統(tǒng)的各個計算機之間處于平等分布式系統(tǒng)的各個計算機之間處于平等 地位地位無主從關(guān)系無主從關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)有一些主從關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)有一些主從關(guān)系2) 2) 分布式系統(tǒng)

55、資源為所有用戶共享；而網(wǎng)絡(luò)分布式系統(tǒng)資源為所有用戶共享；而網(wǎng)絡(luò)有限制地共享。有限制地共享。3) 3) 分布式系統(tǒng)中一項任務(wù)可分給若干處理單分布式系統(tǒng)中一項任務(wù)可分給若干處理單元元相互協(xié)作共同完成，相互協(xié)作共同完成，而網(wǎng)絡(luò)往往是各司而網(wǎng)絡(luò)往往是各司其責(zé)其責(zé)12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史多處理機多處理機&8 8、多處理操作系統(tǒng)、多處理操作系統(tǒng)（Multi-processor Operating SystemMulti-processor Operating System） 多處理機系統(tǒng)是由多臺處理器組成的計算機系統(tǒng)。多處理機系統(tǒng)是由多臺處理器組成的計算機系統(tǒng)。多處理操作系統(tǒng)的出現(xiàn)是為了提高計算

56、機多處理操作系統(tǒng)的出現(xiàn)是為了提高計算機系統(tǒng)性能系統(tǒng)性能和和可靠性可靠性。提高性能有兩條途徑：提高各個組成部。提高性能有兩條途徑：提高各個組成部分的分的速度速度、或增大處理的、或增大處理的并行并行程度。程度。19751975年前后，年前后，出現(xiàn)多處理機系統(tǒng)出現(xiàn)多處理機系統(tǒng)( (multi-processor)multi-processor)?！径嗵幚頇C系統(tǒng)的特點】：【多處理機系統(tǒng)的特點】： 增加系統(tǒng)的吞吐量：增加系統(tǒng)的吞吐量：N N個處理器加速比達不到個處理器加速比達不到N N倍倍（額外的調(diào)度開銷，算法的并行化）（額外的調(diào)度開銷，算法的并行化） 提高系統(tǒng)可靠性：提高系統(tǒng)可靠性：故障時系統(tǒng)降級運行

57、故障時系統(tǒng)降級運行【多處理機系統(tǒng)的類型】：【多處理機系統(tǒng)的類型】：緊密耦合緊密耦合：各處理機之間通過快速總線或各處理機之間通過快速總線或開關(guān)陣列相連，開關(guān)陣列相連，共享內(nèi)存共享內(nèi)存，整體系統(tǒng)由一個，整體系統(tǒng)由一個統(tǒng)一的統(tǒng)一的OSOS管理（一個管理（一個OSOS核心）。核心）。松散耦合松散耦合：各處理機帶有各處理機帶有各自各自的的存儲器、存儲器、I/OI/O設(shè)備設(shè)備和和操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)，通過通道或通信線路，通過通道或通信線路相連。每個處理機上相連。每個處理機上獨立運行獨立運行OSOS。12 OS的發(fā)展史的發(fā)展史多處理機多處理機【多處理操作系統(tǒng)的類型】：【多處理操作系統(tǒng)的類型】：非對稱式多處理非對

58、稱式多處理：又稱主從模式又稱主從模式。A主處理器：主處理器：只有一個，運行只有一個，運行OSOS。管理整個系統(tǒng)的管理整個系統(tǒng)的資源，為從處理器分配任務(wù)；資源，為從處理器分配任務(wù)；A從處理器：從處理器：可有多個，執(zhí)行應(yīng)用程序或可有多個，執(zhí)行應(yīng)用程序或I/OI/O處理。處理。A特點：不同性質(zhì)任務(wù)的特點：不同性質(zhì)任務(wù)的負載負載不均，不均，可靠性可靠性不夠高，不夠高，不易不易移植移植（通常要求硬件也是（通常要求硬件也是 非對稱非對稱 ）。）。對稱式多處理對稱式多處理：OSOS交替在各個處理器上執(zhí)行。任務(wù)交替在各個處理器上執(zhí)行。任務(wù)負載較為平均，性能調(diào)節(jié)容易。負載較為平均，性能調(diào)節(jié)容易。12 OS的發(fā)展

59、史的發(fā)展史多處理機多處理機課堂練習(xí)課堂練習(xí)1.3 在設(shè)計分時操作系統(tǒng)時，首先要考慮的在設(shè)計分時操作系統(tǒng)時，首先要考慮的是是 A A ；在設(shè)計實時操作系統(tǒng)時，首先要考在設(shè)計實時操作系統(tǒng)時，首先要考慮的是慮的是 B B ；在設(shè)計批處理系統(tǒng)時，首先要在設(shè)計批處理系統(tǒng)時，首先要考慮的是考慮的是 C C 。A A、B B、C C： (1) (1)靈活性和可適應(yīng)性；靈活性和可適應(yīng)性； (2) (2)交互性和響應(yīng)時間；交互性和響應(yīng)時間； (3) (3)周轉(zhuǎn)時間和系統(tǒng)吞吐量；周轉(zhuǎn)時間和系統(tǒng)吞吐量； (4) (4)實時性和可靠性。實時性和可靠性。答案：答案：A(2),B(4),C(3)A(2),B(4),C(3

60、)課堂練習(xí)課堂練習(xí)1.4 為了提高計算機的處理機和外部設(shè)備的利用率，為了提高計算機的處理機和外部設(shè)備的利用率，把多個程序同時放入主存，在宏觀上并行運行是把多個程序同時放入主存，在宏觀上并行運行是 A A ；把一個程序劃分成若干個同時執(zhí)行的程序模塊的設(shè)計把一個程序劃分成若干個同時執(zhí)行的程序模塊的設(shè)計方法是方法是 B B ；多個用戶在終端設(shè)備上的交互方式輸入、多個用戶在終端設(shè)備上的交互方式輸入、排錯和控制其程序的運行是排錯和控制其程序的運行是 C C ；由多個計算機組成的由多個計算機組成的一個系統(tǒng)，這些計算機之間可以通信來交換信息，互一個系統(tǒng)，這些計算機之間可以通信來交換信息，互相之間無主次之分，它們共享系統(tǒng)資源，程序由系統(tǒng)相之間無主次之分，它們共享系統(tǒng)資源，程序由系統(tǒng)中的全部或部分計算機協(xié)同執(zhí)行，管理上述計算機系中的全部或部分計算機協(xié)同執(zhí)行，管理上述計算機系統(tǒng)的操作系統(tǒng)是統(tǒng)的操作系統(tǒng)是