1、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)Computer Operating System,第1講 內(nèi)容,1、認(rèn)識os的角色及意義 2、了解os的目標(biāo)和作用 3、了解os的發(fā)展歷程及各階段的特點(diǎn),第一章 操作系統(tǒng)引論,對于一個完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言，無論大型機(jī)、小型機(jī)、甚至微型機(jī)都是由兩大部分組成的： 硬件部分 中央處理機(jī)，內(nèi)存，外部設(shè)備 軟件部分 系統(tǒng)軟件：如操作系統(tǒng) 用戶軟件,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成,配置操作系統(tǒng)的目標(biāo),方便性（用戶的觀點(diǎn)）：提供良好的、一致的用戶接口，彌補(bǔ)硬件系統(tǒng)的類型和數(shù)量差別。 有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn)）：管理和分配硬件、軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程。 可擴(kuò)充性（開放的觀點(diǎn)）：硬件的類型和規(guī)

2、模、操作系統(tǒng)本身的功能和管理策略、多個系統(tǒng)之間的資源共享和互操作。 開放性：各種類型的硬件系統(tǒng)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。,1.1 操作系統(tǒng)的作用,1.1.1硬件系統(tǒng)和應(yīng)用程序間的界面,1.1 操作系統(tǒng)的作用,操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位：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）,OS的功能 程序創(chuàng)建 程序執(zhí)行 I/O設(shè)備的訪問 控制對文件的訪問 系統(tǒng)訪問 查錯和糾錯 日志,1.1 操作系統(tǒng)的作用,1.1.2 資源管理者 OS是計(jì)算機(jī)硬件、軟件資源的管理者。 管理對象包括：CPU、存儲器、外部設(shè)備、信息（數(shù)據(jù)和軟件）； 管理

3、的內(nèi)容：資源的當(dāng)前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況）、資源的分配、回收和訪問操作，相應(yīng)管理策略（包括用戶權(quán)限）。,1.1 操作系統(tǒng)的作用,1.1.3組織計(jì)算機(jī)的工作流程 合理調(diào)度作業(yè),操作系統(tǒng)的層次模型,用戶接口,對對象進(jìn)行操縱和管理的軟件集合,操作系統(tǒng)對象 (處理機(jī)、存儲器、設(shè)備、文件和作業(yè)),1.1.4推動計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的主要動力,不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率 方便用戶 器件不斷更新?lián)Q代 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展,1.2 操作系統(tǒng)的演變,1.2.1 推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力 “需求推動發(fā)展” 提高資源的利用率和系統(tǒng)性能：計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)昂貴，用作集中計(jì)算 方便用戶：用戶上機(jī)、調(diào)試程序，分散計(jì)算時

4、的事務(wù)處理和非專業(yè)用戶（商業(yè)和辦公、家庭） 器件的發(fā)展：CPU的位寬度（指令和數(shù)據(jù)）、快速外存 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展 新服務(wù) 修補(bǔ),1.2.2 無操作系統(tǒng)時的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),一、人工操作方式：1946 50年代（電子管），集中計(jì)算（計(jì)算中心），計(jì)算機(jī)資源昂貴； 工作方式 用戶：用戶既是程序員，又是操作員；用戶是計(jì)算機(jī)專業(yè)人員； 編程語言：為機(jī)器語言； 輸入輸出：紙帶或卡片； 計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn) 用戶獨(dú)占全機(jī)：不出現(xiàn)資源被其他用戶占用，資源利用率低； CPU等待用戶：計(jì)算前，手工裝入紙帶或卡片；計(jì)算完成后，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低；,1.2.2 無操作系統(tǒng)時的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),二、脫機(jī)輸入輸出

5、方式 利用衛(wèi)星機(jī)完成輸入輸出功能。主機(jī)與衛(wèi)星機(jī)可并行工作。 優(yōu)點(diǎn)： 減少了CPU的空閑時間 提高了輸入輸出速度,打印機(jī),紙帶機(jī),外圍機(jī),輸入帶,輸出帶,輸入帶,輸出帶,主機(jī),1.2.3 單道批處理系統(tǒng),50年代末 60年代中（晶體管）：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（Monitor）自動依次處理。可使用匯編語言開發(fā)。 批處理中的作業(yè)的組成： 用戶程序 數(shù)據(jù) 作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言） 批： 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） 特征：自動性，順序性，單道性,單道批處理的主要問題,CPU和I/O設(shè)備使用

6、忙閑不均（取決于當(dāng)前作業(yè)的特性）。 對計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑； 對I/O為主的作業(yè)，CPU空閑；,通道和中斷技術(shù),60年代初，發(fā)展了通道技術(shù)和中斷技術(shù)，這些技術(shù)的出現(xiàn)使監(jiān)督程序在負(fù)責(zé)作業(yè)運(yùn)行的同時提供I/O控制功能。 通道：用于控制I/O設(shè)備與內(nèi)存間的數(shù)據(jù)傳輸。啟動后可獨(dú)立于CPU運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)CPU與I/O的并行。 通道有專用的I/O處理器，可與CPU并行工作 可實(shí)現(xiàn) I/O聯(lián)機(jī)處理 中斷是指CPU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(diǎn)繼續(xù)工作。中斷一般可分為硬件中斷和軟件中斷二大類。 中斷處理過程：中斷請求，中斷響應(yīng)，中斷點(diǎn)（暫停當(dāng)前任務(wù)并保存現(xiàn)場），中斷

7、處理例程，中斷返回（恢復(fù)中斷點(diǎn)的現(xiàn)場并繼續(xù)原有任務(wù) 可處理算術(shù)溢出和非法操作碼，死循環(huán)（利用時鐘中斷進(jìn)行超時限定） 監(jiān)督程序發(fā)展為執(zhí)行系統(tǒng)(executive system)，常駐內(nèi)存,1.2.4 多道批處理系統(tǒng) (multiprogramming system),一、多道程序設(shè)計(jì) 多道程序設(shè)計(jì)是指“把一個以上的作業(yè)存放在主存中，并且同時處于運(yùn)行狀態(tài)，這些作業(yè)共享處理器時間和外部設(shè)備等其他資源”。 引入多道程序設(shè)計(jì)的根本目的是提高CPU的利用率，充分發(fā)揮并行性，包括程序之間、設(shè)備之間、設(shè)備和CPU之間均并行工作。這將大大的提高資源的利用率。,多道程序設(shè)計(jì)的特點(diǎn),CPU與外部設(shè)備充分并行 外部設(shè)

8、備之間充分并行 發(fā)揮CPU的使用效率 提高單位時間的算題量,多道批處理系統(tǒng)的特點(diǎn),特征：多道性，無序性，調(diào)度性 優(yōu)點(diǎn)： 資源利用率高：CPU和內(nèi)存利用率較高； 作業(yè)吞吐量大：單位時間內(nèi)完成的工作總量大； 缺點(diǎn)： 用戶交互性差：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； 作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間長：短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間顯著增長；,批處理操作系統(tǒng)(Batch Processing Operation System),作業(yè)的處理流程 作業(yè)提交：作業(yè)的輸入； 作業(yè)執(zhí)行 作業(yè)完成：作業(yè)的輸出；,批處理系統(tǒng)中作業(yè)處理及狀態(tài),單道(uniprogramming)和多道批處理的比較,多道程序系統(tǒng)和多處理

9、系統(tǒng)(multiprocessing system)的區(qū)別：前者指多個程序同時在內(nèi)存中交替運(yùn)行，后者指多個處理器。,多道批處理系統(tǒng)的資源利用效率特征,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。 例如：有3個作業(yè)A、B、C，分別為計(jì)算、檢索和打印作業(yè)，單道運(yùn)行時間分別為5分、15分和10分鐘。它們可并行在15分鐘內(nèi)完成3個作業(yè)。各資源的利用效率為：,Example,JOB1 JOB2 JOB3 Type of job Heavy compute Heavy I/O Heavy I/O Duration 5 min. 15 min. 10 min. Memory re

10、quired 50K 100 K 80 K Need disk? No No Yes Need terminal No Yes No Need printer? No No Yes,Effects of Multiprogramming,Uniprogramming Multiprogramming Processor use 17% 33% Memory use 30% 67% Disk use 33% 67% Printer use 33% 67% Elapsed time 30 min. 15 min. Throughput rate 6 jobs/hr 12 jobs/hr Mean

11、response time 18 min. 10 min.,多道批處理系統(tǒng)上的技術(shù),作業(yè)調(diào)度：作業(yè)的現(xiàn)場保存和恢復(fù)上下文切換 資源共享：資源的競爭和同步互斥(exclusion)和同步(synchronization)機(jī)制 內(nèi)存使用：提高內(nèi)存使用效率（為當(dāng)前由CPU執(zhí)行的程序提供足夠的內(nèi)存）覆蓋(overlay)，交換(swap)和虛擬存儲(virtual memory) 內(nèi)存保護(hù)：系統(tǒng)存儲區(qū)和各應(yīng)用程序存儲區(qū)不可沖突存儲保護(hù) 文件非順序存放、隨機(jī)存取,出現(xiàn)：作業(yè)管理、處理機(jī)管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理(file system),操作系統(tǒng)定義：,操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源

12、、合理對各類資源進(jìn)行調(diào)度，以及方便用戶的程序的集合。 當(dāng)前流行的觀點(diǎn)是把操作系統(tǒng)看成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者，也就是說操作系統(tǒng)的主要任務(wù)是管理并調(diào)度計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的使用。但近來一個明顯的趨向?yàn)椋翰僮飨到y(tǒng)應(yīng)為用戶方便的使用計(jì)算機(jī)提供更友好的接口和服務(wù)。,1.2.5 分時系統(tǒng) (time-sharing system),70年代中期至今 一、分時系統(tǒng)的產(chǎn)生 如果說推動多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力是提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，那么推動分時系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力，則是用戶的需要。 人機(jī)交互 共享主機(jī) 便于用戶上機(jī),1.2.5 分時系統(tǒng) (time-sharing system),二、分時系統(tǒng)實(shí)

13、現(xiàn)中的關(guān)鍵問題 最關(guān)鍵的問題是如何使用戶能與自己的作業(yè)交互，即當(dāng)用戶在自己的終端上鍵入命令時系統(tǒng)應(yīng)能及時接收和及時處理該命令，并將處理結(jié)果返回給用戶。 及時接收：系統(tǒng)中配置一多路卡，每個中斷配置一緩沖區(qū)。 及時處理：所有的用戶作業(yè)直接進(jìn)入內(nèi)存，在不長的時間內(nèi)每個作業(yè)都運(yùn)行一次。 減少對換信息量： 可重入代碼(re-entrant code)； 請求頁式存儲管理：只對換部分程序,1.2.5 分時系統(tǒng) (time-sharing system),三、分時系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法 直接進(jìn)入內(nèi)存 不允許一個作業(yè)長期占用處理機(jī) 具體實(shí)現(xiàn)方法有以下幾種 單道分時系統(tǒng)：調(diào)入-調(diào)出(Roll-in/Roll-out)，

14、I/O開銷太大（在有衛(wèi)星機(jī)處理I/O時，單道分時是有用的） 具有前臺和后臺的分時系統(tǒng)：后臺存放批處理作業(yè)，內(nèi)存的劃分是固定的，不靈活 多道分時系統(tǒng)：需要解決加載程序時地址空間重定位的問題,1.2.5 分時系統(tǒng) (time-sharing system),“分時”的含義分時是指多個用戶分享使用同一臺計(jì)算機(jī)。多個程序分時共享硬件和軟件資源。 多個用戶分時：單個用戶使用計(jì)算機(jī)的效率低，因而允許多個應(yīng)用程序同時在內(nèi)存中，分別服務(wù)于不同的用戶。有用戶輸入時由CPU執(zhí)行，處理完一次用戶輸入后程序暫停，等待下一次用戶輸入時走時停 前臺和后臺程序(foreground & background)分時：后臺程序

15、不占用終端輸入輸出，不與用戶交互現(xiàn)在的圖形用戶界面(GUI)，除當(dāng)前交互的程序(輸入焦點(diǎn))之外，其他程序均作為后臺 通常按時間片(time slice)分配：各個程序在CPU上執(zhí)行的輪換時間。,1.2.5 分時系統(tǒng) (time-sharing system),四、分時系統(tǒng)特征 多路性：多個用戶同時使用。 獨(dú)立性：對每個用戶而言好象獨(dú)占主機(jī)。 及時性：用戶請求能在很短的時間內(nèi)獲得響應(yīng)。 交互性：在調(diào)試和運(yùn)行程序時由用戶自己操作。,1.2.5 分時系統(tǒng) (time-sharing system),分時的定義：把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時間）進(jìn)行時間上的分割，每個時間段稱為一個時間片（time

16、 slice），每個用戶依次輪流使用時間片。 分時和多道技術(shù)的出現(xiàn)，標(biāo)志著操作系統(tǒng)形成。 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(shí)時系統(tǒng)、通用系統(tǒng)、個人系統(tǒng)等。,1.2.6 實(shí)時系統(tǒng)(real-time system),用于工業(yè)過程控制、軍事實(shí)時控制、金融等領(lǐng)域，包括實(shí)時控制、實(shí)時信息處理 要求：響應(yīng)時間短，在一定范圍之內(nèi)；系統(tǒng)可靠性高 任務(wù)的類型： 周期性實(shí)時任務(wù)： 非周期性實(shí)時任務(wù)：截止時間(deadline)，開始截止時間（最晚開始時間）和完成截止時間（最晚完成時間）,1.2.6 實(shí)時系統(tǒng)(real-time system),實(shí)時系統(tǒng)的特征

17、 實(shí)時時鐘管理：提供系統(tǒng)日期和時間、定時和延時等時鐘管理功能； 過載保護(hù)：緩沖區(qū)排隊(duì)，丟棄某些任務(wù)，動態(tài)調(diào)整任務(wù)周期； 過載是指進(jìn)入系統(tǒng)的任務(wù)數(shù)目超出系統(tǒng)的處理能力。 高度可靠性和安全性：容錯能力（如故障自動復(fù)位）和冗余備份（雙機(jī)，關(guān)鍵部件）；,1.2.6 實(shí)時系統(tǒng)(real-time system),實(shí)時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的比較 專用系統(tǒng)：許多實(shí)時系統(tǒng)是專用系統(tǒng)，而批處理與分時系統(tǒng)通常是通用系統(tǒng)。 實(shí)時控制：實(shí)時系統(tǒng)用于控制實(shí)時過程，要求對外部事件的迅速響應(yīng)，具有較強(qiáng)的中斷處理機(jī)構(gòu)。 高可靠性：實(shí)時系統(tǒng)用于控制重要過程，要求高度可靠，具有較高冗余。如雙機(jī)系統(tǒng)。 事件驅(qū)動和隊(duì)列驅(qū)動：實(shí)時系統(tǒng)的工作

18、方式：接受外部消息，分析消息，調(diào)用相應(yīng)處理程序進(jìn)行處理。 可與通用系統(tǒng)結(jié)合成通用實(shí)時系統(tǒng)：實(shí)時處理前臺作業(yè)，批處理為后臺作業(yè)。,1.2.6 實(shí)時系統(tǒng)(real-time system),目前的操作系統(tǒng)，通常具有分時、實(shí)時和批處理功能，又稱作通用操作系統(tǒng)。可適用于計(jì)算、事務(wù)處理等多種領(lǐng)域，能運(yùn)行在多種硬件平臺上，如 UNIX系統(tǒng)、Windows NT等。通用化、小型化。,1.3 操作系統(tǒng)的主要成就,到目前為止，操作系統(tǒng)已經(jīng)取得了5項(xiàng)主要成就： 進(jìn)程 內(nèi)存管理 信息的保護(hù)與安全性 調(diào)度與資源管理 系統(tǒng)結(jié)構(gòu),1.3.1 進(jìn)程,進(jìn)程是資源分配的基本單位，也是獨(dú)立運(yùn)行的基本單位。 為了描述并發(fā)程序執(zhí)行時

19、的特征，引入了進(jìn)程。 1前趨圖 前趨圖是一個有向無循環(huán)圖，用于描述程序、程序段或語句執(zhí)行的先后次序。 圖中的每個結(jié)點(diǎn)可以表示一條語句、一個程序段或一個進(jìn)程，結(jié)點(diǎn)間的有向邊表示兩個結(jié)點(diǎn)之間存在的前趨關(guān)系“”： =(Pi，Pj)Pi必須在Pj開始執(zhí)行之前完成,1.3.1 進(jìn)程,前趨圖中的各類結(jié)點(diǎn) 如果(Pi，Pj)，可以寫成PiPj，則稱Pi是Pj的直接前趨，Pj是Pi的直接后繼。 若存在一個序列PiPjPk，則稱Pi是Pk的前趨。在前趨圖中，沒有前趨的結(jié)點(diǎn)稱為初始結(jié)點(diǎn)，沒有后繼的結(jié)點(diǎn)稱為終止結(jié)點(diǎn)。 前趨圖例,S1,S2,S3,S5,S4,1.3.1 進(jìn)程,2程序的順序執(zhí)行 一個程序通常由若干個程

20、序段所組成，它們必須按照某種先后次序來執(zhí)行，僅當(dāng)前一個操作執(zhí)行完后才能執(zhí)行后繼操作，這類計(jì)算過程就是程序的順序執(zhí)行過程。 例如：先輸入再計(jì)算最后輸出，即：IC P。 程序順序執(zhí)行時的特征 順序性：處理機(jī)的操作嚴(yán)格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行，即每一個操作必須在下一個操作開始之前結(jié)束。 封閉性：程序一旦開始運(yùn)行，其執(zhí)行結(jié)果不受外界因素影響。 可再現(xiàn)性：只要程序執(zhí)行時的初始條件和執(zhí)行環(huán)境相同，當(dāng)程序重復(fù)執(zhí)行時，都將獲得相同的結(jié)果。,1.3.1 進(jìn)程,3程序的并發(fā)執(zhí)行 程序的并發(fā)執(zhí)行是指若干個程序（或程序段）同時在系統(tǒng)中運(yùn)行，這些程序（或程序段）的執(zhí)行在時間上是重疊的，一個程序（或程序段）的執(zhí)行尚未結(jié)束

21、，另一個程序（或程序段）的執(zhí)行已經(jīng)開始。,1.3.1 進(jìn)程,程序并發(fā)執(zhí)行例 進(jìn)程1、2、3并發(fā)執(zhí)行。對每個進(jìn)程而言，其輸入、計(jì)算和輸出這三個操作必須順序執(zhí)行。它們之間存在如下先后關(guān)系： I1先于C1和I2 ， C1先于P1和C2 ， P1先于P2 I2和C1 ， I3、 C2和P1可以并發(fā)。,1.3.1 進(jìn)程,程序并發(fā)執(zhí)行時的特征 間斷性：并發(fā)程序具有“執(zhí)行-暫停-執(zhí)行”這種間斷性的活動規(guī)律。 失去封閉性：多個程序共享系統(tǒng)中的資源，這些資源的狀態(tài)將由多個程序來改變，致使程序之間相互影響。 不可再現(xiàn)性：在初始條件相同的情況下，程序的執(zhí)行結(jié)果依賴于執(zhí)行的次序。,1.3.1 進(jìn)程,與時間有關(guān)的錯誤

22、程序并發(fā)執(zhí)行時可能出現(xiàn)與時間有關(guān)的錯誤。 例 進(jìn)程1：r1=x； 進(jìn)程2：r2=x； r1+； r2+； x=r1； x=r2； 設(shè)在兩進(jìn)程運(yùn)行之前，x的值為0。則兩進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束后，x值可為：1 或 2。,1.3.1 進(jìn)程,產(chǎn)生與時間有關(guān)錯誤的原因： 不合適的同步 失敗的互斥 非確定的程序操作 死鎖,1.3.1 進(jìn)程,4程序并發(fā)執(zhí)行的條件 讀集：語句執(zhí)行期間要引用的變量集合，記為R（Si）=a1，am 寫集：語句執(zhí)行期間要改變的變量集合，記為W（Si）=b1，bn Bernstein條件能保證兩個程序段并發(fā)執(zhí)行而不會產(chǎn)生與時間有關(guān)的錯誤： R（Si） W（Sj）= 這兩條保證 R（Sj） W（

23、Si）= 兩次讀之間數(shù)據(jù)不變 W（Si） W（Sj）= 本條保證寫操作結(jié)果不丟,1.3.1 進(jìn)程,例 考慮下面四條語句： S1：a=x+y S2：b=z+1 S3：c=a-b S4：d=c+1 R(S1)=x,y R(S2)=z R(S3)=a,b W(S1)=a W(S2)=b W(S3)=c 因R(S1) W(S2)R(S2) W(S1)W(S1)W(S2)= ，故S1和S2可以并發(fā)執(zhí)行 。 因R(S2) W(S3)R(S3) W(S2)W(S3)W(S2)=b，故S2和S3不能并發(fā)執(zhí)行 。,1.3.1 進(jìn)程,為了描述并發(fā)執(zhí)行程序的動態(tài)特性，避免產(chǎn)生與時間有關(guān)的錯誤，人們引入了一個新的概念

24、進(jìn)程。 進(jìn)程由三部分組成： 一個可執(zhí)行的程序； 該程序所許的相關(guān)數(shù)據(jù)； 該程序的執(zhí)行上下文。 進(jìn)程：可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個數(shù)據(jù)集上運(yùn)行過程。,1.3.2 存儲管理,操作系統(tǒng)關(guān)于存儲管理的原則： 進(jìn)程隔離 自動分配和管理 指出組件編程 長時間存儲 保護(hù)和存取控制 存儲管理的方法： 虛擬存儲器 文件系統(tǒng),1.3.3 信息保護(hù)和安全性,美國國家標(biāo)準(zhǔn)局指出了一些安全領(lǐng)域要警惕的恐怖活動： 有組織地、故意地企圖從競爭對手處獲取經(jīng)濟(jì)或市場信息。 有組織地、故意地企圖從政府機(jī)構(gòu)獲取經(jīng)濟(jì)信息。 非故意地獲取經(jīng)濟(jì)或市場信息。 非故意地獲取私人信息。 通過非法訪問計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，故意獲取資金數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、法律執(zhí)行數(shù)

25、據(jù)以及私人信息。 政府侵犯私人權(quán)利。,1.3.3 信息保護(hù)和安全性,四種保護(hù)策略： 不共享 共享原始程序或數(shù)據(jù)文件 無存儲子系統(tǒng) 控制信息的分布 同操作系統(tǒng)有關(guān)的安全和保護(hù)工作可分為3類 訪問控制 信息流控制 確認(rèn),1.3.4 調(diào)度和資源管理,資源分配和調(diào)度策略必須考慮的因素： 公平性 不同敏感性 效率,1.3.5 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),隨著操作系統(tǒng)的發(fā)展，功能越強(qiáng)，OS自身代碼量越大采用良好的結(jié)構(gòu)：有利于保證正確性以及自身修改和擴(kuò)充。 操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 可維護(hù)性：容易修改與否稱為可維護(hù)性；有三種可能的維護(hù)： 改錯性維護(hù)：改正已發(fā)現(xiàn)的錯誤； 適應(yīng)性維護(hù)：修改軟件，使之適應(yīng)新的運(yùn)行環(huán)境（硬件環(huán)境和軟

26、件環(huán)境）；如：操作系統(tǒng)的移植。 完善性維護(hù)：增加新功能； 可靠性：可靠性包括兩方面： 正確性：正確實(shí)現(xiàn)所要求的功能和性能； 穩(wěn)健性：對意外（故障和誤操作）作出適當(dāng)?shù)奶幚恚?可理解性：易于理解，以方便測試、維護(hù)和交流； 性能：有效地使用系統(tǒng)資源；盡可能快地響應(yīng)用戶請求；,1.3.5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu),目前的操作系統(tǒng)有三種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 層次結(jié)構(gòu) 模塊結(jié)構(gòu) 客戶/服務(wù)器模型或微內(nèi)核結(jié)構(gòu)（面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)）,層次結(jié)構(gòu),從資源管理觀點(diǎn)出發(fā)，劃分層次。在某一層次上代碼只能調(diào)用低層次上的代碼，使模塊間的調(diào)用變?yōu)橛行蛐浴Ｏ到y(tǒng)每加一層，就構(gòu)成一個比原來功能更強(qiáng)的虛擬機(jī)。有利于系統(tǒng)的維護(hù)性和可靠性。 分層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 功

27、能明確，調(diào)用關(guān)系清晰（高層對低層單向依賴），有利于保證設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的正確性 低層和高層可分別實(shí)現(xiàn)（便于擴(kuò)充）；高層錯誤不會影響到低層；避免遞歸調(diào)用 缺點(diǎn)：降低了運(yùn)行效率,模塊結(jié)構(gòu),整個系統(tǒng)按功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和模塊劃分。系統(tǒng)是一個單一的、龐大的的軟件系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)思想來源于服務(wù)功能觀點(diǎn)，而不是資源管理的觀點(diǎn)。 模塊結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：模塊由眾多服務(wù)過程（模塊接口）組成，可以隨意調(diào)用其他模塊中的服務(wù)過程 優(yōu)點(diǎn)：具有一定靈活性，在運(yùn)行中的高效率 缺點(diǎn)：功能劃分和模塊接口難保正確和合理；模塊之間的依賴關(guān)系（功能調(diào)用關(guān)系）復(fù)雜（調(diào)用深度和方向），降低了模塊之間的相對獨(dú)立性不利于修改,客戶/服務(wù)器模型或微內(nèi)核結(jié)構(gòu),把操

28、作系統(tǒng)分成若干分別完成一組特定功能的服務(wù)進(jìn)程，等待客戶提出請求；而系統(tǒng)內(nèi)核只實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的基本功能(如：虛擬存儲、消息傳遞)。 微內(nèi)核(micro-kernel)：將更多操作系統(tǒng)功能放在核心之外，作為獨(dú)立的服務(wù)進(jìn)程運(yùn)行； 服務(wù)進(jìn)程（或稱作“保護(hù)子系統(tǒng)”） 客戶進(jìn)程（系統(tǒng)客戶和應(yīng)用客戶）需支持多進(jìn)程 本地過程調(diào)用 (LPC, Local Procedure Call)：一種進(jìn)程之間請求-應(yīng)答式的消息（Message）傳遞機(jī)制。 消息：是一定格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。發(fā)起調(diào)用，送出請求消息請求消息到達(dá)并進(jìn)行處理送出回答消息整理回答消息，返回結(jié)果；如：對文件create, read, write,微內(nèi)核模式的

29、特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 良好的擴(kuò)充性：只需添加支持新功能的服務(wù)進(jìn)程即可 可靠性好：調(diào)用關(guān)系明確，執(zhí)行轉(zhuǎn)移不易混亂 便于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)分布式處理：以同樣的調(diào)用形式，在下層可通過核心中的網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)方服務(wù)器上 (遠(yuǎn)地過程調(diào)用 RPC, Remote Procedure Call) 缺點(diǎn)： 消息傳遞比直接調(diào)用效率要低一些 (但可以通過提高硬件性能來補(bǔ)償 ) RPC的過程：RPC應(yīng)用程序RPC Stub(client)NetworkRPC Server進(jìn)行本地調(diào)用,操作系統(tǒng)的特征,并發(fā)(Concurrence)：多個事件在同一時間段內(nèi)發(fā)生。不是并行，并行(parallel)是指在同一時刻發(fā)生。 共享(Shari

30、ng)：多個進(jìn)程共享有限的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源。 虛擬(Virtual)：一個物理實(shí)體映射為若干個對應(yīng)的邏輯實(shí)體分時或分空間。虛擬是操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源的重要手段，可提高資源利用率。 異步性(Asynchronism)：也稱不確定性，指進(jìn)程的執(zhí)行順序和執(zhí)行時間的不確定性。,1.4 操作系統(tǒng)舉例,以三個操作系統(tǒng)為例： Windows NT UNIX MVS,1.4.1 Windows NT,多任務(wù) CPU速度的提高，內(nèi)存容量的增加 客戶/服務(wù)器計(jì)算方式,Windows NT體系結(jié)構(gòu),簡化的Windows2000體系結(jié)構(gòu),Windows 2000的特點(diǎn),支持對稱多處理機(jī) 真正的32位操作系統(tǒng)：除16位應(yīng)

31、用的支持代碼，沒有16位的代碼； 完全的代碼可重入(reentrant)：同一段代碼可由多個應(yīng)用同時訪問； 圖形用戶界面GUI（和字符用戶界面）。 搶先式多任務(wù)和多線程。支持動態(tài)鏈接。 虛擬存儲：段頁式(有存儲保護(hù))。 兼容16位Windows應(yīng)用： 文件系統(tǒng)：NTFS(HPFS)，支持安全控制 設(shè)備驅(qū)動程序：VxD(virtual driver)。 可移植：適用于多種硬件平臺。 容錯能力。 面向?qū)ο筇匦裕河脤ο髞肀硎舅匈Y源。,線程,Windows NT提供了對線程的支持。,對稱多處理機(jī)（SMP）,操作系統(tǒng)的進(jìn)程可以在任何可獲得的處理器上運(yùn)行。 Windows NT支持單個進(jìn)程中的多個線程的運(yùn)行。 服務(wù)器進(jìn)程可以使用多個線程去處理同一時刻來自多個客戶的要求。 Windows NT提供了方便的機(jī)制，以在進(jìn)程間共享數(shù)據(jù)和資源，以及靈活的進(jìn)程間通信能力。,Windows NT對象,Windows N