1、2022/8/51本章目錄曲阜師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院操作系統(tǒng)原理Principles of Operating System王 華2022/8/52計(jì)算機(jī)考研專業(yè)課形式考查目標(biāo)計(jì)算機(jī)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)綜合考試涵蓋數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程。要求考生比較系統(tǒng)地掌握上述專業(yè)基礎(chǔ)課程的概念、基本原理和方法，能夠運(yùn)用所學(xué)的基本原理和基本方法分析、判斷和解決有關(guān)理論問題和實(shí)際問題。 考試形式和試卷結(jié)構(gòu)一、 試卷滿分及考試時(shí)間本試卷滿分為150分，考試時(shí)間為180分鐘二、 答題方式答題方式為閉卷、筆試三、 試卷內(nèi)容結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 45分計(jì)算機(jī)組成原理 45分操作系統(tǒng) 35分計(jì)

2、算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 25分四、 試卷題型結(jié)構(gòu)單項(xiàng)選擇題 80分(40小題，每小題2分)綜合應(yīng)用題 70分2022/8/53一、考查目標(biāo)(1)了解操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用、地位、發(fā)展和特點(diǎn)。(2)理解操作系統(tǒng)的基本概念、原理，掌握操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)。(3)能夠運(yùn)用所學(xué)的操作系統(tǒng)原理、方法與技術(shù)分析問題和解決問題。2022/8/54二、知識(shí)點(diǎn)解析操作系統(tǒng)學(xué)科是圍繞操作系統(tǒng)的功能來展開的，包括進(jìn)程管理、存儲(chǔ)管理、文件管理、作業(yè)管理和設(shè)備管理(輸入/輸出管理)。2022/8/55涉及面廣（并行程序，性能問題，結(jié)構(gòu)問題，程序方法論，軟件工程，等等）實(shí)踐性強(qiáng)（從實(shí)踐總結(jié)出原理）錯(cuò)綜復(fù)雜：縱橫交叉 如何學(xué)

3、好操作系統(tǒng)？ 1.操作系統(tǒng)課程的特點(diǎn)：2022/8/56操作系統(tǒng)因它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所處的地位而決定了它的重要性。學(xué)好操作系統(tǒng)不僅能掌握操作系統(tǒng)的基本理論，而且能具備開發(fā)系統(tǒng)軟件的技能。且為以后學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等課打下基礎(chǔ)。1.操作系統(tǒng)課程的特點(diǎn)：2022/8/57教師只指出要點(diǎn) 要通過自學(xué)、研讀參考書掌握內(nèi)容整理筆記相當(dāng)重要 不能只通過PowerPoint來復(fù)習(xí)課程善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題 要努力尋求問題的答案2.注意學(xué)習(xí)方式的變化2022/8/58設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)或者修改現(xiàn)有的系統(tǒng) 存在人們意識(shí)不到的大量“操作系統(tǒng)” 嵌入式系統(tǒng)(Embedded OS） 加深對(duì)使用的OS的理解，有利于深

4、入編程 用戶為了開發(fā)應(yīng)用程序必須與操作系統(tǒng)打交道 編程時(shí)借鑒操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和算法 操作系統(tǒng)中所用的許多概念和技巧可以推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域 選擇購買操作系統(tǒng) 我們并不總使用Win95/NT/2000/XP3.為什么學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)?2022/8/59計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)/硬件 軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)語言 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 算法 網(wǎng)絡(luò) 學(xué)習(xí)核心技術(shù)并能在其他地方應(yīng)用之4.涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)的很多領(lǐng)域2022/8/5105.操作系統(tǒng)的工作（1）程序的執(zhí)行 負(fù)責(zé)啟動(dòng)每個(gè)程序，以及結(jié)束程序的工作 （2）完成與硬件有關(guān)的工作 （3）完成與應(yīng)用無關(guān)的工作 易于使用，基本服務(wù)，統(tǒng)一性 （4）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率與安全問題2022/8/

5、5116.與應(yīng)用無關(guān)： 是指這些工作是任何一個(gè)程序都需要的、最基本的工作； 它們具有共性，工作過程相同與具體應(yīng)用無直接關(guān)系，即與用戶所關(guān)心的應(yīng)用目標(biāo)無直接關(guān)系。2022/8/512第一章操作系統(tǒng)引論學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 掌握：操作系統(tǒng)的定義和主要功能。 2 理解：操作系統(tǒng)的主要類型和主要 特性，分時(shí)概念。 3 了解：分時(shí)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)，操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位，主要操作系統(tǒng)產(chǎn)品系列。2022/8/513操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件中最基本的部分。其主要作用：（擴(kuò)展機(jī)器和管理資源）(1)管理資源。包括：中央處理機(jī)、主存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)文件和網(wǎng)絡(luò)等。(2)使用戶能共享系統(tǒng)資源，并對(duì)

6、資源的使用進(jìn)行合理調(diào)度。第一章操作系統(tǒng)引論2022/8/514(3)提供輸入輸出的便利，簡化用戶的輸入輸出工作。(4)規(guī)定用戶的接口，以及發(fā)現(xiàn)并處理各種錯(cuò)誤的發(fā)生。第一章操作系統(tǒng)引論2022/8/515本章主要目錄1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)、作用和模型1.2 操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展1.3操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)1.4操作系統(tǒng)的功能1.5操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展1.6 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.7 總結(jié)1.8 作業(yè)2022/8/5161.1OS的目標(biāo)、作用和模型1.1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo):與系統(tǒng)的規(guī)模和應(yīng)用環(huán)境有關(guān)1、方便性2、有效性3、可擴(kuò)充性4、開放性1.1.2 操作系統(tǒng)的作用1、OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之

7、間的接口2、OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者3、OS用作擴(kuò)充機(jī)器1.1.3 操作系統(tǒng)的層次模型1、OS對(duì)象2、對(duì)對(duì)象操縱和管理的軟件集合3、用戶接口2022/8/517目前流行多種類型的OS，不同類型的OS其目標(biāo)側(cè)重不同。1.方便性配置OS后，用戶可通過OS提供的各種命令來使用計(jì)算機(jī)，大大方便了用戶，使計(jì)算機(jī)易學(xué)易用。（因?yàn)椴恍枇私鈾C(jī)器原理或機(jī)器語言等有關(guān)硬件的屬性），特別是在微機(jī)環(huán)境中。1.1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)2022/8/518 2. 有效性 早期的計(jì)算機(jī)環(huán)境中，尤其注重有效性。提高了系統(tǒng)資源的利用率。OS還可合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的吞吐量。注：方便性和有效性是OS最重

8、要的兩個(gè)目標(biāo)。過去因價(jià)格昂貴，而追求有效性，現(xiàn)在更重視方便性。1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)2022/8/519 3.可擴(kuò)充性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展以及元器件的更新?lián)Q代，對(duì)OS提出了更高的功能和性能要求。所以，OS要具有更好的可擴(kuò)充性來適應(yīng)新的發(fā)展要求。 4. 開放性：遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 上個(gè)世紀(jì)末，出現(xiàn)了各種類型的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，為使各種類型的計(jì)算機(jī)及其設(shè)備，能通過網(wǎng)絡(luò)加以集成化并能正確、有效地協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的可移植性和互操作性，要求OS具有開放性。1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)2022/8/520從一般用戶的觀點(diǎn)，OS是用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口；從資源管理觀點(diǎn)，OS則可看作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管

9、理者(包括：CPU、主存、輸入輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)文件和網(wǎng)絡(luò)等)。一、OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口1.1.2 操作系統(tǒng)的作用2022/8/521三種接口：（1）命令接口。OS提供一組聯(lián)機(jī)命令（語言），用戶通過鍵盤鍵入有關(guān)的命令，直接操縱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（2）系統(tǒng)調(diào)用接口。OS提供一組系統(tǒng)調(diào)用，用戶在應(yīng)用程序中通過調(diào)用相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用來操縱計(jì)算機(jī)。（3）圖形、窗口接口。GUI技術(shù)1.1.2 操作系統(tǒng)的作用2022/8/522二、OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中包含了各種各樣的硬件和軟件資源，分為四類：處理器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備和信息（數(shù)據(jù)和程序）OS主要對(duì)這四類資源進(jìn)行有效的管理：（1）

10、處理機(jī)管理：用于分配和控制處理機(jī)（2）存儲(chǔ)器管理：負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配與回收（3）I/O設(shè)備管理：負(fù)責(zé)I/O設(shè)備的分配與操縱（4）文件管理：負(fù)責(zé)文件的存取、共享和保護(hù)。1.1.2 操作系統(tǒng)的作用2022/8/523三、OS用作擴(kuò)充機(jī)器:實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)的抽象 裸機(jī)是難以正常使用的，在裸機(jī)上覆蓋一層I/O設(shè)備管理軟件，用戶可利用它所提供的I/O命令，來進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和打印輸出。比裸機(jī)功能更強(qiáng)了。我們把覆蓋了軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)器或虛機(jī)器。若在第一層軟件上再覆蓋上一層文件管理軟件，用戶可利用該軟件提供的文件存取命令進(jìn)行文件的存取。1.1.2 操作系統(tǒng)的作用2022/8/524用戶所看到的是一臺(tái)功能更強(qiáng)的虛機(jī)

11、器。若在文件管理軟件上再覆蓋上一層面向用戶的窗口軟件，用戶可在窗口環(huán)境下方便地使用計(jì)算機(jī)，形成一臺(tái)功能極強(qiáng)的虛機(jī)器。由此，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上覆蓋上一層軟件，系統(tǒng)功能便增強(qiáng)一級(jí)。而OS本身包含了上述多層軟件，裸機(jī)上覆蓋OS后，可獲得一臺(tái)功能增強(qiáng)、使用方便的多層擴(kuò)充機(jī)器或多層虛機(jī)器。1.1.2 操作系統(tǒng)的作用2022/8/525 大型軟件多采用層次結(jié)構(gòu)，OS模型分三個(gè)層次，其最底層是OS對(duì)象（處理機(jī)、存儲(chǔ)器、設(shè)備、文件和作業(yè)），中間層是對(duì)對(duì)象進(jìn)行操縱和管理的軟件集合（處理機(jī)管理軟件、存儲(chǔ)器管理軟件、設(shè)備管理軟件和文件管理軟件），其最高層是OS提供給用戶使用的用戶接口（命令接口、程序接口、圖形用戶接口）

12、。1.1.3 操作系統(tǒng)的層次模型銀行系統(tǒng)航空訂票Web瀏覽器編譯器編輯器命令解釋器操作系統(tǒng)機(jī)器語言微體系結(jié)構(gòu)物理設(shè)備包括硬件、系統(tǒng)程序及應(yīng)用程序的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用程序系統(tǒng)程序硬件2022/8/5271、OS對(duì)象：一個(gè)或多個(gè)處理器，存儲(chǔ)器系統(tǒng)，各類I/O設(shè)備以及文件和作業(yè)。2、對(duì)對(duì)象操縱和管理的軟件集合：是OS的核心部分，集中了OS五大功能中的四大功能，分別用于對(duì)上述四類對(duì)象進(jìn)行操縱和管理。1.1.3 操作系統(tǒng)的層次模型2022/8/5283、用戶接口：（1）命令接口：用戶和OS的接口。用戶通過從鍵盤鍵入某種命令取得OS的服務(wù)。（2）程序接口：應(yīng)用程序與OS的接口。用戶通過在程序中安排系統(tǒng)調(diào)用取得

13、OS有服務(wù)。（3）圖形用戶接口：OS配置了直觀的圖形用戶接口，將系統(tǒng)的各項(xiàng)功能及各種應(yīng)用程序，以各種形式的圖標(biāo)逼真的表示出來，再利用鼠標(biāo)進(jìn)行操作，使計(jì)算機(jī)的操作更為簡捷，生動(dòng)有趣。1.1.3 操作系統(tǒng)的層次模型用戶接口(命令接口，程序接口、圖形用戶接口)對(duì)對(duì)象操縱和管理的軟件集合(處理機(jī)管理軟件、存儲(chǔ)器管理軟件、設(shè)備管理軟件、文件管理軟件)操作系統(tǒng)對(duì)象(處理機(jī)、存儲(chǔ)器、設(shè)備、文件和作業(yè))OS層次模型2022/8/5301.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1 推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?1.2.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程 1 無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 2 單道批處理系統(tǒng) 3 多道批處理系統(tǒng) 4 分時(shí)系

14、統(tǒng) 5 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 1.2.7操作系統(tǒng)大觀2022/8/531OS迅速發(fā)展的主要?jiǎng)恿w結(jié)為以下四個(gè)方面：1、不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率的需要計(jì)算機(jī)發(fā)展初期，其價(jià)格昂貴，提高其各種資源的利用率，成為OS發(fā)展的動(dòng)力，由此形成了能自動(dòng)對(duì)一批作業(yè)進(jìn)行處理的批處理系統(tǒng)。1.2.1 推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?022/8/5322、方便用戶資源利用率不高的問題解決后，人們又想方設(shè)法改善用戶上機(jī)，調(diào)試程序時(shí)的條件，這成為了OS發(fā)展的又一動(dòng)力，隨之形成了允許進(jìn)行人機(jī)交互的分時(shí)系統(tǒng)，或稱為多用戶系統(tǒng)。3、器件的不斷更新?lián)Q代計(jì)算機(jī)器件不斷地更新，由第一代的電子管發(fā)展到第二代的晶體管、第三代的集成電路、第四代的大規(guī)模集

15、成電路，計(jì)算機(jī)的性能不斷提高，其規(guī)模急劇擴(kuò)大，從而推動(dòng)OS的功能和性能也迅速提高。1.2.1 推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?022/8/5334、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷提高體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展也不斷地推動(dòng)著OS的發(fā)展并產(chǎn)生新的操作系統(tǒng)類型。例：從單處理機(jī)系統(tǒng)發(fā)展到多處理機(jī)系統(tǒng)，又出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。1.2.1 推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?022/8/534一、人工操作方式 第一代計(jì)算機(jī)時(shí)期，構(gòu)成計(jì)算機(jī)的主要元器件是電子管，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度慢，未出現(xiàn)OS，用戶（程序員）采用人工操作方式操作計(jì)算機(jī)，手工方式下，用戶一個(gè)接一個(gè)地輪流使用計(jì)算機(jī)，每個(gè)用戶的使用過程大致如下 ：先將程序紙帶(或卡片)裝入輸入機(jī)，然后

16、啟動(dòng)輸入機(jī)把程序和數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，接著通過控制臺(tái)開關(guān)啟動(dòng)程序運(yùn)行，當(dāng)程序運(yùn)行完畢，由用戶取走紙帶和計(jì)算結(jié)果。1.2.2 無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2022/8/535 (1)用戶獨(dú)占全機(jī)。（2）CPU等待人工操作。出現(xiàn)所謂的人機(jī)矛盾。另一方面，CPU與I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾也日益突出。為緩和此矛盾，先后出現(xiàn)了通道技術(shù)、緩沖技術(shù)。后來引入的脫機(jī)輸入輸出技術(shù)才獲得了較為令人滿意的效果。1.2.2 無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2022/8/536二、脫機(jī)輸入輸出方式off-line I/O50年代末出現(xiàn)了脫機(jī)輸入輸出技術(shù)。該技術(shù)指事先將裝有用戶程序和數(shù)據(jù)的紙帶（卡）裝入紙帶（卡）輸入機(jī)，在一臺(tái)外圍

17、機(jī)(衛(wèi)星機(jī))的控制下把紙帶（卡）上的數(shù)據(jù)（程序）輸入到磁帶上。當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)再從磁帶上高速地調(diào)入內(nèi)存。1.2.2 無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2022/8/537當(dāng)CPU需要輸出時(shí)由CPU直接高速地把數(shù)據(jù)從內(nèi)存送到磁帶上，然后再在另一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，將磁帶上的結(jié)果通過相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出。由于程序和數(shù)據(jù)的輸入和輸出都是在外圍機(jī)的控制下完成的，稱之為脫機(jī)輸入輸出方式。 在主機(jī)的直接控制下進(jìn)行輸入輸出的方式稱為聯(lián)機(jī)輸入輸出方式。On-line I/O 1.2.2 無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2022/8/538脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）減少了CPU的空閑時(shí)間。緩和了人機(jī)矛盾。 （2）提

18、高I/O速度。1.2.2 無操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2022/8/53920世紀(jì)50年代末，晶體管時(shí)代。一、批處理系統(tǒng)的處理過程由監(jiān)督程序?qū)⒋艓系牡谝粋€(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存，并把運(yùn)行控制權(quán)交還給監(jiān)督程序monitor，再由監(jiān)督程序把磁帶上的第二個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存。系統(tǒng)就這樣自動(dòng)地一個(gè)作業(yè)一個(gè)作業(yè)地進(jìn)行處理，直至磁帶上的所有作業(yè)全部完成，形成了早期的批處理系統(tǒng)，由于系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理是成批進(jìn)行的，且在內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，稱之為單道批處理系統(tǒng)。Simple batch processing system1.2.3 單道批處理系統(tǒng)2022/8/540二、單道批處理系統(tǒng)的特征該系統(tǒng)的主要特征如下：（1）自動(dòng)性

19、。無須人工干預(yù)。（2）順序性。先調(diào)入內(nèi)存的作業(yè)先完成。（3）單道性。內(nèi)存中僅有一道程序并使之運(yùn)行。1.2.3 單道批處理系統(tǒng)2022/8/54120世紀(jì)60年代中期，集成電路時(shí)代一、多道程序設(shè)計(jì)的基本概念 60年代中期引入了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，形成了多道批處理系統(tǒng)。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)是“將一個(gè)以上的作業(yè)存放在主存中，并且同時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)。這些作業(yè)共享處理機(jī)、外圍設(shè)備以及其他資源”?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般都基于多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。1.2.4 多道批處理系統(tǒng)2022/8/542 所謂作業(yè)就是用戶在一次解題或一個(gè)事務(wù)處理過程中要求計(jì)算機(jī)所做工作的集合，包括用戶程序、所需的數(shù)據(jù)及命令等。1.2.4 多道批處理系

20、統(tǒng)2022/8/543引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）提高CPU的利用率。引入多道程序設(shè)計(jì)，可同時(shí)把若干道程序裝入內(nèi)存，使它們交替地執(zhí)行，當(dāng)正在運(yùn)行的程序因I/O而暫停執(zhí)行時(shí)，系統(tǒng)可調(diào)度另一道程序運(yùn)行，從而保持了CPU處于忙碌狀態(tài)。1.2.4 多道批處理系統(tǒng)2022/8/544（2）可提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率。允許裝入多道程序，并可并發(fā)執(zhí)行時(shí)，會(huì)大大提高內(nèi)存利用率和I/O設(shè)備的利用率。1.2.4 多道批處理系統(tǒng)2022/8/545（3）增加系統(tǒng)吞吐量。保持CPU、I/O設(shè)備不斷忙碌地同時(shí)，必然會(huì)提高系統(tǒng)的吞吐量，降低作業(yè)加工所需的費(fèi)用。二、多道批處理系統(tǒng)的特征：大、中、小型機(jī)。（1）多道性

21、。計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序。1.2.4 多道批處理系統(tǒng)2022/8/546(2)宏觀上并行。同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的幾道程序都處于運(yùn)行過程中，即它們先后開始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢。(3)微觀上串行。實(shí)際上，內(nèi)存中的多道程序輪流占有CPU，交替執(zhí)行。1.2.4 多道批處理系統(tǒng)2022/8/547（4）無序性。多個(gè)作業(yè)完成的先后順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之間，并無嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（5）調(diào)度性。作業(yè)從提交給系統(tǒng)直至完成，經(jīng)過兩次調(diào)度：作業(yè)調(diào)度。按一定的作業(yè)調(diào)度算法，從外存的后備作業(yè)隊(duì)列中，選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存。進(jìn)程調(diào)度。按一定的進(jìn)程調(diào)度算法，從已在內(nèi)存的作業(yè)中選擇一個(gè)作業(yè)，將處理機(jī)分配給它

22、，使之執(zhí)行。1.2.4 多道批處理系統(tǒng)2022/8/548三、多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高。多個(gè)進(jìn)程并發(fā)運(yùn)行可共享資源，保持資源忙碌狀態(tài)，使各種資源得以充分利用。系統(tǒng)吞吐量大。吞吐量是指系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)所完成的總工作量。大的原因：第一，CPU和其它資源保持“忙碌”狀態(tài)，第二，僅當(dāng)作業(yè)完成時(shí)或運(yùn)行不下去時(shí)才進(jìn)行切換，系統(tǒng)開銷小。1.2.4 多道批處理系統(tǒng)2022/8/549缺點(diǎn)：平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長。作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間是指從作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)開始，直至其完成并退出系統(tǒng)為止所經(jīng)歷的時(shí)間。無交互能力。1.2.4 多道批處理系統(tǒng)2022/8/550四、多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題1、處理機(jī)管理問題：如何調(diào)

23、度CPU給并發(fā)的進(jìn)程。2、內(nèi)存管理問題使每個(gè)進(jìn)程“各得其所”且相互獨(dú)立，互不干擾1.2.4 多道批處理系統(tǒng)2022/8/5513、I/O設(shè)備管理問題如何分配、共享I/O設(shè)備。4、文件管理問題如何組織和管理大量的程序和數(shù)據(jù)，它們才能便于用戶使用，并能保證數(shù)據(jù)的安全性和一致性。1.2.4 多道批處理系統(tǒng)2022/8/5525、作業(yè)管理問題系統(tǒng)中的各種應(yīng)用程序，有的屬于計(jì)算型（以計(jì)算為主），有的屬于I/O型（以I/O為主），有的既重要又緊迫，有的要求系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)，應(yīng)如何對(duì)它們進(jìn)行組織。1.2.4 多道批處理系統(tǒng)2022/8/553一、分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生推動(dòng)多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ翘岣哔Y源利

24、用率和系統(tǒng)吞吐量，推動(dòng)分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ瑒t是用戶的需要。用戶需要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/5541、人機(jī)交互2、共享主機(jī)1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/5553、便于用戶上機(jī)多道批處理系統(tǒng)中，用戶上機(jī)須把自己的作業(yè)送到機(jī)房，對(duì)于遠(yuǎn)地用戶不是很方便，用戶希望通過自己的終端直接將作業(yè)傳送到機(jī)器上進(jìn)行處理，并能對(duì)自己的作業(yè)進(jìn)行控制。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/556分時(shí)系統(tǒng)是指在一臺(tái)主機(jī)上連接了多個(gè)帶有顯示器和鍵盤的終端，同時(shí)允許多個(gè)用

25、戶共享主機(jī)的資源，每個(gè)用戶都可通過自己的終端以交互方式使用計(jì)算機(jī)。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/557在60年代初期，美國麻省理工學(xué)院首先開始建立了第一個(gè)分時(shí)系統(tǒng)CTSS。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/558 所謂分時(shí)是指多個(gè)用戶分享使用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，也就是說把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源(尤其是CPU時(shí)間)進(jìn)行時(shí)間上的分割，即將整個(gè)工作時(shí)間分成一個(gè)個(gè)的時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)時(shí)間片，從而可以將CPU工作時(shí)間分別提供給多個(gè)用戶使用，每個(gè)用戶依次地輪流使用時(shí)間片。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing syst

26、em2022/8/559二、分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題最關(guān)鍵的問題是人機(jī)交互。即使有多個(gè)用戶同時(shí)通過自己的鍵盤鍵入命令，系統(tǒng)也能全部及時(shí)地接收并及時(shí)處理。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/5601、及時(shí)接收在系統(tǒng)中配置一多路卡（有幾個(gè)終端，配置幾個(gè)多路卡），多路卡的作用是使主機(jī)能同時(shí)接收用戶從各個(gè)終端上輸入的數(shù)據(jù)，另外，還須為每個(gè)終端配置一個(gè)緩沖區(qū)，用來暫存用戶鍵入的命令。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/5612、及時(shí)處理人機(jī)交互的關(guān)鍵是使每個(gè)作業(yè)都必須在內(nèi)存中，且能頻繁地獲得處理機(jī)而運(yùn)行，否則，用戶鍵入的命令將無

27、法作用到自己的作業(yè)上。批處理系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，因?yàn)榇蠖鄶?shù)作業(yè)都駐留在外存上，用戶鍵入的命令很難及時(shí)地作用到自己的作業(yè)上。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/562即要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互應(yīng)該：使所有的用戶作業(yè)都直接進(jìn)入內(nèi)存在不長的時(shí)間內(nèi)，使每個(gè)作業(yè)都運(yùn)行一次，使用戶鍵入的命令獲得及時(shí)處理。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/563三、分時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法 為確保系統(tǒng)能及時(shí)處理，徹底改變?cè)瓉砼幚硐到y(tǒng)的運(yùn)行方式，方法是：（1）用戶作業(yè)不能先進(jìn)入磁盤，然后再調(diào)入內(nèi)存。作業(yè)應(yīng)直接進(jìn)入內(nèi)存。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-shari

28、ng system2022/8/564（2）不允許一個(gè)作業(yè)長期占用處理機(jī)直至它運(yùn)行結(jié)束或發(fā)生I/O請(qǐng)求后，才能調(diào)度其它作業(yè)運(yùn)行。應(yīng)該規(guī)定每個(gè)程序只運(yùn)行一很短的時(shí)間，然后暫停該作業(yè)的運(yùn)行并立即調(diào)度下個(gè)程序運(yùn)行，在不長的時(shí)間，能使所有的用戶作業(yè)都執(zhí)行一次，便可使每個(gè)用戶都能及時(shí)地與自己的作業(yè)交互，從而可使用戶的請(qǐng)求能及時(shí)得到響應(yīng)。具體實(shí)現(xiàn)方法：1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/5651、單道分時(shí)系統(tǒng) 該系統(tǒng)中內(nèi)存只駐留一道程序，其余作業(yè)都在外存上。每當(dāng)內(nèi)存中的作業(yè)運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片后，便被調(diào)至外存（調(diào)出），再從外存上選一個(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存（調(diào)入）并運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片，依

29、此使所有的作業(yè)都能在一規(guī)定的時(shí)間內(nèi)輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片，使所有的用戶都能與自己的作業(yè)交互。例：60年代初期，美國麻省理工學(xué)院建立的第一分時(shí)系統(tǒng)CTSS。但由于只有一道作業(yè)駐留內(nèi)存，需要頻繁地調(diào)進(jìn)調(diào)出多次，開銷大，系統(tǒng)性能差。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/5662、具有“前臺(tái)”和“后臺(tái)”的“單道”分時(shí)系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)中，作業(yè)調(diào)進(jìn)調(diào)出時(shí)CPU空閑，內(nèi)存中的作業(yè)在執(zhí)行I/O請(qǐng)求時(shí)CPU也空閑。為了充分利用CPU,引入了“前臺(tái)”和“后臺(tái)”的概念。在具有前、后臺(tái)的系統(tǒng)中，內(nèi)存被固定地劃分為“前臺(tái)區(qū)”和“后臺(tái)區(qū)”兩部分，前臺(tái)區(qū)存放按時(shí)間片調(diào)進(jìn)和調(diào)出的作業(yè)流，后臺(tái)

30、區(qū)存放批處理作業(yè)。僅當(dāng)前臺(tái)調(diào)進(jìn)/調(diào)出時(shí)、或前臺(tái)已無作業(yè)可運(yùn)行時(shí)，才可運(yùn)行后臺(tái)區(qū)中的作業(yè)。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/5673、多道分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后，可在內(nèi)存中同時(shí)存放多道作業(yè)，每道程序無固定位置，作業(yè)小時(shí)，可多裝入幾道作業(yè)，由系統(tǒng)把已具備運(yùn)行條件的所有作業(yè)排成一個(gè)隊(duì)列，使之依次輪流獲得一個(gè)時(shí)間片來運(yùn)行。作業(yè)切換時(shí)都在內(nèi)存中，不須花費(fèi)調(diào)入、調(diào)出開銷，具有較好的性能。現(xiàn)代的分時(shí)系統(tǒng)都屬于多道分時(shí)系統(tǒng)。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/568四、分時(shí)系統(tǒng)的特征（四點(diǎn)）（1）多路性。亦即同時(shí)性。

31、允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)聯(lián)接多臺(tái)終端，系統(tǒng)按分時(shí)原則為每個(gè)用戶服務(wù)。宏觀上，是多個(gè)用戶同時(shí)工作，共享系統(tǒng)資源，微觀上，是每個(gè)用戶作業(yè)輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/569（2）獨(dú)立性(獨(dú)占性)。每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作，互不干擾。用戶感覺像自己獨(dú)立主機(jī)一樣。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/570（3）交互性。分時(shí)系統(tǒng)中用戶的操作系統(tǒng)方式是聯(lián)機(jī)的，即用戶通過終端可以直接控制程序運(yùn)行，同其程序之間可以進(jìn)行“會(huì)話”，這樣程序員就可以把自己想法通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢驗(yàn)，并得到進(jìn)一步發(fā)展。1.2.5

32、分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/571（4）及時(shí)性。用戶的請(qǐng)求能在很短時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)，時(shí)間間隔是以人所能接受的等待時(shí)間，約為23秒。1.2.5 分時(shí)系統(tǒng) time-sharing system2022/8/572一、實(shí)時(shí)系統(tǒng)的引入 多道批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)，仍不能滿足以下兩個(gè)領(lǐng)域的需要：1、實(shí)時(shí)控制 把要求進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。如：火炮的自動(dòng)控制系統(tǒng)，飛機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)等。1.2.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng) real-time system2022/8/5732、實(shí)時(shí)信息處理 該系統(tǒng)由一臺(tái)或多臺(tái)主機(jī)通過通信線路連接成百上千個(gè)遠(yuǎn)程終端，計(jì)算機(jī)接收從遠(yuǎn)

33、程終端發(fā)來的服務(wù)請(qǐng)求，根據(jù)用戶提出的問題，對(duì)信息進(jìn)行檢索和處理，并在很短的時(shí)間內(nèi)為用戶做出正確的回答。例：飛機(jī)訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)等。1.2.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng) real-time system2022/8/574實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。所謂實(shí)時(shí)，是表示及時(shí)、即時(shí)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。二、實(shí)時(shí)任務(wù)的類型 實(shí)時(shí)系統(tǒng)中必須存在著若干個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)，由它們反映或控制某個(gè)外部事件，因而帶有某種程度的緊迫性。1.2.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng) real-time system2022/8/5751、按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)

34、周期性來劃分（1）周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。要求按指定的周期循環(huán)執(zhí)行，以便周期性地控制某個(gè)外部事件。（2）非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。任務(wù)的執(zhí)行無明顯的周期性，但都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間deadline。又可分：開始截止時(shí)間。任務(wù)在某時(shí)間以前必須開始執(zhí)行。完成截止時(shí)間。任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成。1.2.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng) real-time system2022/8/5762、根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來劃分（1）硬實(shí)時(shí)任務(wù)hard real-time task。系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對(duì)截止時(shí)間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測(cè)的結(jié)果。（2）軟實(shí)時(shí)任務(wù)soft real-time task。它也聯(lián)系一個(gè)截止時(shí)間，但不嚴(yán)格，錯(cuò)過了任務(wù)的截

35、止時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會(huì)太大。1.2.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng) real-time system2022/8/577三、實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的比較1、多路性實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)都具有多路性。系統(tǒng)按分時(shí)原則為多個(gè)終端用戶服務(wù)，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，其多路性則主要表現(xiàn)在經(jīng)常對(duì)多路的現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集以及對(duì)多個(gè)對(duì)象或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。1.2.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng) real-time system2022/8/5782、獨(dú)立性實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)都具有獨(dú)立性，每個(gè)終端用戶在向?qū)崟r(shí)系統(tǒng)提出服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，彼此獨(dú)立地操作，互不干擾。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中信息的采集和對(duì)對(duì)象的控制，也是彼此互不干擾。3、及時(shí)性實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求

36、與分時(shí)系統(tǒng)類似，是以人所能接受的等待時(shí)間來確定的。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的及時(shí)性，一般為秒級(jí)、百毫秒級(jí)直至毫秒級(jí)，甚至低于100微秒。1.2.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng) real-time system2022/8/5794、交互性實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)的交互性是人與系統(tǒng)的交互，并僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序，不像分時(shí)系統(tǒng)中能向終端用戶提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)、資源共享等服務(wù)。5、可靠性實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求系統(tǒng)高度可靠。1.2.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng) real-time system2022/8/580批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)是三種基本的操作系統(tǒng)類型，實(shí)際的操作系統(tǒng)可能會(huì)兼有三者或其中兩者的功能。1.2.6 實(shí)時(shí)系統(tǒng) real-ti

37、me system2022/8/5811.3 操作系統(tǒng)的特征和服務(wù)1.3.1 操作系統(tǒng)的特征1、并發(fā)concurrence 2、共享sharing3、虛擬virtual4、異步性asynchronism1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù) 1、操作系統(tǒng)的公共服務(wù)類型 2、系統(tǒng)調(diào)用的作用 3、系統(tǒng)調(diào)用的類型2022/8/582一、并發(fā)concurrence并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生，并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。1.3.1 操作系統(tǒng)的特征2022/8/583進(jìn)程，又稱為任務(wù)。是指在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位。它是一個(gè)活動(dòng)實(shí)體。多個(gè)進(jìn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行和交換信息。

38、線程、纖程等1.3.1 操作系統(tǒng)的特征2022/8/584二、共享sharing所謂共享是指，系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個(gè)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程共同使用。由于資源的屬性不同，進(jìn)程對(duì)資源的共享方式也不同，可分如下兩種方式：1.3.1 操作系統(tǒng)的特征2022/8/5851、互斥共享方式在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源稱之為臨界資源（許多物理設(shè)備及某些變量、表格等）。臨界資源要求互斥地被共享。1.3.1 操作系統(tǒng)的特征2022/8/5862、同時(shí)(步)訪問方式所謂同時(shí)，是宏觀上的，微觀上，這些進(jìn)程是交替地對(duì)該資源進(jìn)行訪問的。如：可供多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問的磁盤，一些用重入碼編寫的文件等。 并發(fā)和共享是OS的兩個(gè)

39、最基本的特征，是互為存在條件的。1.3.1 操作系統(tǒng)的特征2022/8/587三、虛擬virtual 所謂虛擬，是指通過某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變成若干個(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。1、時(shí)分復(fù)用虛擬CPU、虛擬設(shè)備等2、空分復(fù)用電話業(yè)務(wù)中的頻分、邏輯分區(qū)、虛擬存儲(chǔ)器。1.3.1 操作系統(tǒng)的特征2022/8/588四、異步性asynchronism 即不確定性 “走走停?！钡姆绞?.3.1 操作系統(tǒng)的特征2022/8/589不同OS所提供的服務(wù)并不盡同，但有一部分公共服務(wù)是相同的。一、OS的公共服務(wù)類型1、程序執(zhí)行 系統(tǒng)必須能夠把程序裝入內(nèi)存并運(yùn)行它，情況正常下能使程序完成，出現(xiàn)異常時(shí)，能終止其執(zhí)行。1.3.

40、2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/5902、I/O操作 運(yùn)行中的程序可以I/O請(qǐng)求的方式，請(qǐng)求OS的服務(wù)，對(duì)特殊設(shè)備，可要求使用其特定的功能，為使系統(tǒng)能有效和安全地管理設(shè)備，系統(tǒng)不允許由用戶去直接控制I/O設(shè)備，而是由OS統(tǒng)一實(shí)施管理。1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/5913、文件系統(tǒng)操縱 OS允許用戶程序能夠讀和寫文件，還允許用戶使用文件名創(chuàng)建、刪除和修改文件，及對(duì)文件進(jìn)行保護(hù)。1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/5924、通信 OS還提供實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間通信的服務(wù)，分兩種情況：第一，是相互通信的進(jìn)程運(yùn)行在同一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，第二，是相互通信的進(jìn)程分

41、別處于不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，它們通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接在一起?，F(xiàn)代的OS能同時(shí)提供兩種服務(wù)。1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/5935、差錯(cuò)檢測(cè) OS須知道系統(tǒng)中所出現(xiàn)的差錯(cuò)。差錯(cuò)有兩種類型： 第一類，是硬件故障，如CPU、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備及電源等所發(fā)生的故障。第二類，是軟件異常，如地址越界、非法存取、算術(shù)錯(cuò)、占用CPU時(shí)間過長等每一類差錯(cuò)，OS都采用適當(dāng)措施，保證不丟失數(shù)據(jù)和計(jì)算的一致性。1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/594二、系統(tǒng)調(diào)用system call的作用OS提供服務(wù)的最基本方法是以系統(tǒng)調(diào)用的方式提供的，在應(yīng)用程序中，可通過系統(tǒng)調(diào)用來調(diào)用OS中的特

42、定過程，以實(shí)現(xiàn)特定的服務(wù)。如：在應(yīng)用程序中安排一條創(chuàng)建文件的系統(tǒng)調(diào)用，則OS便會(huì)調(diào)用創(chuàng)建文件的過程為用戶創(chuàng)建一個(gè)新文件。1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/595又如：在程序中安排一條創(chuàng)建進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用，OS便會(huì)為之創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程。系統(tǒng)調(diào)用本身也是一個(gè)由若干個(gè)指令構(gòu)成的過程，但與一般的過程不同，區(qū)別是：系統(tǒng)調(diào)用是運(yùn)行在系統(tǒng)態(tài)，一般過程是運(yùn)行在用戶態(tài)。1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/596 由于應(yīng)用程序及其所調(diào)用的過程都運(yùn)行在用戶態(tài)，所以通常應(yīng)用程序可直接轉(zhuǎn)至其所調(diào)用的過程，而一般程序是不能直接進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)用的，它必須通過中斷進(jìn)入OS（此時(shí)為系統(tǒng)態(tài)），然后再轉(zhuǎn)入

43、相應(yīng)的特定功能（系統(tǒng)調(diào)用）過程。三、系統(tǒng)調(diào)用的類型1、進(jìn)程控制類系統(tǒng)調(diào)用1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/597此類系統(tǒng)調(diào)用包含：用于創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用Create Process,能用于終止一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行的系統(tǒng)調(diào)用Terminate process,用于獲得指定進(jìn)程屬性的系統(tǒng)調(diào)用Get process attributes,及用于設(shè)定某進(jìn)程屬性的系統(tǒng)調(diào)用Set process attributes等。1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/5982、文件操縱系統(tǒng)調(diào)用 包含：用于創(chuàng)建新文件的系統(tǒng)調(diào)用Create file，刪除文件的系統(tǒng)調(diào)用Delete fil

44、e，讀或?qū)懸粋€(gè)文件，可用讀系統(tǒng)調(diào)用Read和寫系統(tǒng)調(diào)用Write，設(shè)置文件屬性的系統(tǒng)調(diào)用Set file attributes和獲得某文件屬性的系統(tǒng)調(diào)用Get file attributes等。1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/5993、設(shè)備管理系統(tǒng)調(diào)用 OS中把I/O設(shè)備看做是一個(gè)特殊文件，所以許多對(duì)文件進(jìn)行操縱的系統(tǒng)調(diào)用，對(duì)設(shè)備也是可行的，多用戶環(huán)境下，用戶不能直接使用設(shè)備，當(dāng)進(jìn)程需要I/O時(shí)，須首先利用請(qǐng)求設(shè)備的系統(tǒng)調(diào)用Request device 請(qǐng)求設(shè)備，若系統(tǒng)中該類設(shè)備空閑，系統(tǒng)分配給該進(jìn)程，I/O完成后，進(jìn)程又應(yīng)利用釋放設(shè)備的系統(tǒng)調(diào)用Release device

45、來釋放該設(shè)備。進(jìn)程請(qǐng)求到所需設(shè)備后，利用讀系統(tǒng)調(diào)用Read來輸入數(shù)據(jù)，或用寫系統(tǒng)Write進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/51004、通信用系統(tǒng)調(diào)用不同OS根據(jù)的通信方式的不同，所提供的通信用的系統(tǒng)調(diào)用也不同：當(dāng)系統(tǒng)采用消息傳送方式時(shí)，通信前必須先打開一個(gè)連接，為此，由源進(jìn)程發(fā)出一條打開連接的系統(tǒng)調(diào)用Open connection ，而接收進(jìn)程則采用接受連接的系統(tǒng)調(diào)用Accept connection表示同意進(jìn)行通信，然后，發(fā)送和接收進(jìn)程之間便開始通信。再利用讀消息系統(tǒng)調(diào)用Read message或?qū)懴⑾到y(tǒng)調(diào)用Write message來交換信息。通信結(jié)束后

46、，利用關(guān)閉連接系統(tǒng)調(diào)用Close connection來結(jié)束通信。1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/51015、信息維護(hù)OS提供一類有關(guān)信息維護(hù)的系統(tǒng)調(diào)用。主要用途是在用戶程序和OS之間傳遞信息。如：多數(shù)OS都提供了回送當(dāng)前時(shí)間和日期的系統(tǒng)調(diào)用，另一些系統(tǒng)調(diào)用可用于向用戶返回一些有關(guān)系統(tǒng)的信息（如當(dāng)前用戶數(shù)、OS的版本號(hào)、空閑內(nèi)存和磁盤空間的大小等）。1.3.2 操作系統(tǒng)的服務(wù)（一般了解）2022/8/51021.4 操作系統(tǒng)的功能1.4.1 存儲(chǔ)器管理的功能1、內(nèi)存分配2、內(nèi)存保護(hù)3、地址映射4、內(nèi)存擴(kuò)充1.4.2 處理機(jī)管理的功能1、進(jìn)程控制2、進(jìn)程同步3、進(jìn)程通信4、進(jìn)

47、程調(diào)度1.4.3 設(shè)備管理的功能1、緩沖管理2、設(shè)備分配3、設(shè)備處理4、設(shè)備獨(dú)立性和虛擬設(shè)備2022/8/51031.4.4 文件管理的功能1、文件存儲(chǔ)空間的管理2、目錄管理3、文件的讀、寫管理和存取控制1.4.5 用戶接口1、命令接口2、程序接口3、圖形接口1.4 操作系統(tǒng)的功能2022/8/5104存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù)，是為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲(chǔ)器，提高存儲(chǔ)器的利用率，以及能從邏輯上來擴(kuò)充內(nèi)存。所以存儲(chǔ)器管理應(yīng)具有如下功能：一、內(nèi)存分配其主要任務(wù)：是為每道程序分配內(nèi)存空間，使它們“各得其所”，以提高存儲(chǔ)器的利用率，以減少不可用的內(nèi)存空間，允許正在運(yùn)行的程序申請(qǐng)附加的

48、內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)增長的需要。OS實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配時(shí)，采取以下兩種方式：1.4.1 存儲(chǔ)器管理的功能2022/8/5105靜態(tài)分配方式。每個(gè)作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入時(shí)確定的，在作業(yè)裝入后的整個(gè)運(yùn)行期間，不允許再申請(qǐng)新的內(nèi)存空間，也不允許作業(yè)在內(nèi)存“移動(dòng)”。動(dòng)態(tài)分配。每個(gè)作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間，也是在裝入時(shí)確定的，但允許在作業(yè)運(yùn)行過程中，繼續(xù)申請(qǐng)新的附加內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)增長，也允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動(dòng)”。為實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配，在內(nèi)存分配的機(jī)制中應(yīng)具有如下結(jié)構(gòu)和功能：1.4.1 存儲(chǔ)器管理的功能2022/8/5106內(nèi)存分配數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)用于記錄內(nèi)存空間的使用情況，作為內(nèi)存分

49、配的依據(jù)。內(nèi)存分配功能。系統(tǒng)按照一定的內(nèi)存分配算法為用戶程序分配內(nèi)存空間。內(nèi)存回收功能。系統(tǒng)對(duì)用戶不再需要的內(nèi)存，通過用戶的釋放請(qǐng)求，去完成系統(tǒng)的回收功能。1.4.1 存儲(chǔ)器管理的功能2022/8/5107二、內(nèi)存保護(hù) 其主要的任務(wù)：是確保每道用戶程序都在自己的內(nèi)存空間中運(yùn)行，互不干擾 。絕不允許用戶程序訪問OS的程序和數(shù)據(jù)，也不允許轉(zhuǎn)移到非共享的其它用戶程序中去執(zhí)行。 要確保每道程序只在自己的內(nèi)存區(qū)間運(yùn)行，必須設(shè)置內(nèi)存保護(hù)機(jī)制。1.4.1 存儲(chǔ)器管理的功能2022/8/5108 簡單方法是，設(shè)置兩個(gè)界限寄存器，分別用于存放正在執(zhí)行程序的上界和下界，系統(tǒng)要對(duì)每條指令所訪問的地址進(jìn)行越界檢查，若

50、發(fā)生越界，便發(fā)出越界中斷請(qǐng)求，以停止該程序的執(zhí)行。 越界檢查由硬件實(shí)現(xiàn)，發(fā)生越界后的處理，是與軟件配合來完成的。1.4.1 存儲(chǔ)器管理的功能2022/8/5109三、地址映射 源程序經(jīng)編譯后，會(huì)形成若干個(gè)目標(biāo)程序，目標(biāo)程序經(jīng)鏈接后形成可裝入程序。程序的地址都是從“0”開始的，程序中的其它地址都是相對(duì)于起始地址計(jì)算的，由這些地址所形成的地址范圍稱為“地址空間”，其中的地址稱“邏輯地址”或“相對(duì)地址”。1.4.1 存儲(chǔ)器管理的功能2022/8/5110 另，由內(nèi)存中的一系列單元所限定 的地址范圍稱“內(nèi)存空間”，其中的地址稱為“物理地址”。 多道程序環(huán)境下，地址空間中的邏輯地址和內(nèi)存空間中的物理地址

51、是不可能一致的。 所以，存儲(chǔ)器管理必須提供地址映射功能，以將地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間中與之對(duì)應(yīng)的物理地址。該功能在硬件的支持下完成的。1.4.1 存儲(chǔ)器管理的功能2022/8/5111四、內(nèi)存擴(kuò)充 物理內(nèi)存的容量是有限的，難于滿足用戶的需要，勢(shì)必影響到系統(tǒng)的性能。存儲(chǔ)器管理中的內(nèi)存擴(kuò)充任務(wù)，不是去增加物理內(nèi)存的容量，而是借助于虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，從邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容量，使用戶所感覺到的內(nèi)存容量比實(shí)際內(nèi)存容量大得多，即，是使系統(tǒng)能運(yùn)行的應(yīng)用程序，其所要求的內(nèi)存容量比物理內(nèi)存大得多，或者是讓更多的用戶程序能并發(fā)運(yùn)行，既滿足了用戶的需要、改善了系統(tǒng)性能，又不需增加硬件開銷。 要從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存，

52、系統(tǒng)必須具有內(nèi)存擴(kuò)充機(jī)制，用于實(shí)現(xiàn)下述各功能：1.4.1 存儲(chǔ)器管理的功能2022/8/5112請(qǐng)求調(diào)入功能。允許在僅裝入一部分用戶程序和數(shù)據(jù)的情況下，啟動(dòng)該程序運(yùn)行，在運(yùn)行過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)繼續(xù)運(yùn)行時(shí)所需的程序和數(shù)據(jù)尚未裝入內(nèi)存時(shí)，可向OS發(fā)出請(qǐng)求，由OS臨時(shí)將所需部分調(diào)入內(nèi)存，以便繼續(xù)運(yùn)行。置換功能。若內(nèi)存中已無足夠的空間來裝入需要調(diào)入的部分時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能將內(nèi)存中的一部分暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)調(diào)至磁盤上，以便騰出內(nèi)存空間，然后再將所需部分調(diào)入內(nèi)存。1.4.1 存儲(chǔ)器管理的功能2022/8/5113 處理機(jī)管理的主要任務(wù)：是對(duì)處理機(jī)進(jìn)行分配，并對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行有效的控制和管理。 多道程序環(huán)境下，處理機(jī)的分

53、配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為基本單位，所以對(duì)處理機(jī)的管理可看作是對(duì)進(jìn)程的管理。包括：1.4.2 處理機(jī)管理的功能2022/8/5114一、進(jìn)程控制 多道程序環(huán)境下，作業(yè)要運(yùn)行，必須先為它創(chuàng)建一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)程，并為之分配必要的資源。進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束時(shí)，要立即撤消該進(jìn)程，以便及時(shí)回收該進(jìn)程所占用的各類資源。 進(jìn)程控制的主要任務(wù)，是為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程，撤消已結(jié)束的進(jìn)程，以及控制進(jìn)程在運(yùn)行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。1.4.2 處理機(jī)管理的功能2022/8/5115 在OS中，利用若干條進(jìn)程控制原語或系統(tǒng)調(diào)用，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程控制。所謂原語，是指用以完成特定功能的、具有原子性的一段程序。所謂原子性，是指在程序中的一組動(dòng)作，要么全做，要

54、么全不做。即，原子性是表明該程序所實(shí)現(xiàn)的操作(由多條語句所構(gòu)成)是不可分割的。1.4.2 處理機(jī)管理的功能2022/8/5116二、進(jìn)程同步 進(jìn)程是以異步方式運(yùn)行的，并以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。 為使多個(gè)進(jìn)程能有條不紊地運(yùn)行，系統(tǒng)必須設(shè)置進(jìn)程同步機(jī)制。 進(jìn)程同步的主要任務(wù)是對(duì)諸進(jìn)程的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)。兩種協(xié)調(diào)方式：1.4.2 處理機(jī)管理的功能2022/8/5117(1)進(jìn)程互斥方式。是指諸進(jìn)程在對(duì)臨界資源進(jìn)行訪問時(shí)，應(yīng)采用互斥方式。(2)進(jìn)程同步方式。指在相互合作完成共同任務(wù)的進(jìn)程間，由同步機(jī)構(gòu)對(duì)它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。 為實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步，系統(tǒng)中必須設(shè)置進(jìn)程同步機(jī)制。1.4.2 處理機(jī)管理的功能

55、2022/8/5118 最簡單的用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程互斥的機(jī)制，是為每一種臨界資源配置一把鎖W，并為該鎖設(shè)置一對(duì)關(guān)鎖原語Lock(w)和開鎖原語Unlock(w)。當(dāng)鎖已打開時(shí)，進(jìn)程可對(duì)臨界資源進(jìn)行訪問，若關(guān)上時(shí)，則禁止進(jìn)程訪問該臨界資源。 實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步最常用的機(jī)制是信號(hào)量。1.4.2 處理機(jī)管理的功能2022/8/5119三、進(jìn)程通信 多道程序環(huán)境下，由系統(tǒng)為一個(gè)應(yīng)用程序建立多個(gè)進(jìn)程。這些進(jìn)程相互合作去完成一共同任務(wù)，而在這些相互合作的進(jìn)程之間，需要交換信息。 如：有三個(gè)相互合作的進(jìn)程，輸入進(jìn)程、計(jì)算進(jìn)程和打印進(jìn)程。 1.4.2 處理機(jī)管理的功能2022/8/5120 輸入進(jìn)程負(fù)責(zé)將所輸入的數(shù)據(jù)傳送

56、給計(jì)算進(jìn)程，計(jì)算進(jìn)程利用輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果傳送給打印進(jìn)程，由打印進(jìn)程把結(jié)果打印出來。 進(jìn)程通信的任務(wù)，是用來實(shí)現(xiàn)在相互合作的進(jìn)程之間的信息交換。1.4.2 處理機(jī)管理的功能2022/8/5121 若相互合作的進(jìn)程處于同一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，通常采用直接通信方式。即由源進(jìn)程利用發(fā)送命令直接將消息掛到目標(biāo)進(jìn)程的消息隊(duì)列上，以后由目標(biāo)進(jìn)程利用接收命令從其消息隊(duì)列中取出消息。 若相互合作的進(jìn)程處于不同的系統(tǒng)中時(shí)，采用間接通信方式，即由源進(jìn)程利用發(fā)送命令將消息送入一個(gè)存放消息的中間實(shí)體中，以后由目標(biāo)進(jìn)程利用接收命令從中間實(shí)體中取走消息。 該中間實(shí)體通常稱為郵箱，相應(yīng)的通信系統(tǒng)稱為電子郵件系統(tǒng)。1.

57、4.2 處理機(jī)管理的功能2022/8/5122四、調(diào)度 等待在后備隊(duì)列上的每個(gè)作業(yè)，要經(jīng)過調(diào)度，才能執(zhí)行，包括作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度兩步。 作業(yè)調(diào)度的基本任務(wù)，是從后備隊(duì)列中按照一定的算法，選擇若干個(gè)作業(yè)，為它們分配必要的資源(首先是分配內(nèi)存)。1.4.2 處理機(jī)管理的功能2022/8/5123 將它們調(diào)入內(nèi)存后，為它們建立進(jìn)程，使之成為可能獲得處理機(jī)的就緒進(jìn)程，并將它們按一定算法插入就緒隊(duì)列。 進(jìn)程調(diào)度的任務(wù)，是從進(jìn)程的就緒隊(duì)列中，按照一定的算法選出一新進(jìn)程，把處理機(jī)分配給它，并為它設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，使進(jìn)程投入運(yùn)行。1.4.2 處理機(jī)管理的功能2022/8/5124 進(jìn)行作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度時(shí)，必須遵

58、循某種調(diào)度算法。作業(yè)調(diào)度算法與進(jìn)程調(diào)度算法是相似的。 如：先來先服務(wù)，即最先調(diào)度先進(jìn)入后備隊(duì)列(就緒)的作業(yè)(進(jìn)程)。 又如：優(yōu)先權(quán)高者優(yōu)先調(diào)度算法，系統(tǒng)為每個(gè)作業(yè)(進(jìn)程)賦予一個(gè)優(yōu)先權(quán)，調(diào)度程序?qū)﹃?duì)列中的作業(yè)(進(jìn)程)的優(yōu)先權(quán)進(jìn)行比較，從中選出優(yōu)先權(quán)高的作業(yè)(進(jìn)程)，進(jìn)入內(nèi)存(或分配處理機(jī))。1.4.2 處理機(jī)管理的功能2022/8/5125 設(shè)備管理的主要任務(wù)，是完成用戶提出的I/O請(qǐng)求，為用戶分配I/O設(shè)備，提高CPU和I/O設(shè)備的利用率，提高I/O速度，以及方便用戶使用I/O設(shè)備。 要實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，設(shè)備管理應(yīng)具有緩沖管理、設(shè)備分配和設(shè)備處理，及虛擬設(shè)備等功能。 1.4.3 設(shè)備管理的功能

59、2022/8/5126一、緩沖管理 其基本任務(wù)，是管理好各種類型的緩沖區(qū)(如字符緩沖區(qū)和字符塊緩沖區(qū))，以緩和CPU和I/O速度不匹配的矛盾，最終達(dá)到提高CPU和I/O設(shè)備利用率，進(jìn)而提高系統(tǒng)吞吐量的目的。常見的緩沖區(qū)機(jī)制： 單緩沖機(jī)制、能實(shí)現(xiàn)雙向傳送數(shù)據(jù)的雙緩沖機(jī)制、及能供多個(gè)設(shè)備同時(shí)使用的公用緩沖池機(jī)制。1.4.3 設(shè)備管理的功能2022/8/5127二、設(shè)備分配 其基本任務(wù)是，根據(jù)用戶的I/O請(qǐng)求，為之分配其所需的設(shè)備。 如：若在I/O和CPU之間存在設(shè)備控制器和I/O通道時(shí)，須為分配出去的設(shè)備分配相應(yīng)的控制器和通道。1.4.3 設(shè)備管理的功能2022/8/5128 要實(shí)現(xiàn)設(shè)備分配，系統(tǒng)

60、中要配置設(shè)備控制表、控制器控制表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記錄設(shè)備以及控制器的標(biāo)識(shí)符和狀態(tài)。說明該設(shè)備是否可用，是否忙碌，以供設(shè)備分配時(shí)參考。 進(jìn)行設(shè)備分配時(shí)，針對(duì) 不同的設(shè)備類型而采用不同的設(shè)備分配方式，設(shè)備用完后應(yīng)立即收回。1.4.3 設(shè)備管理的功能2022/8/5129三、設(shè)備處理 設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。其基本任務(wù)是，實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信。即由CPU向設(shè)備控制器發(fā)出I/O指令，要求它完成指定的I/O操作，并能接收由設(shè)備控制器發(fā)來的中斷請(qǐng)求，給予及時(shí)的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。1.4.3 設(shè)備管理的功能2022/8/5130 處理過程： 設(shè)備處理程序，首先檢查I/O請(qǐng)求的合法性，了解設(shè)