1、操作系統(tǒng)引論,第一章 操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)引論,第一章 操作系統(tǒng)引論,1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用 1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 1.3 操作系統(tǒng)的基本特性 1.4 操作系統(tǒng)的主要功能 1.5 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),操作系統(tǒng)引論,1.1 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用,1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成 硬件系統(tǒng)（裸機(jī)）：CPU、存儲(chǔ)器（主存、輔存）、I/O、I/O控制系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)：系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件 系統(tǒng)軟件：管理計(jì)算機(jī)本身的操作。如操作系統(tǒng)、編譯. 應(yīng)用軟件：提供給用戶進(jìn)行解題。如，科學(xué)計(jì)算、事物管理,操作系統(tǒng)引論,2.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),圖 1.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng)引論,3.操作系統(tǒng)的目標(biāo),目前

2、存在著多種類(lèi)型的OS，不同類(lèi)型的OS，其目標(biāo)各有所側(cè)重。通常在計(jì)算機(jī)硬件上配置的OS，其目標(biāo)有以下幾點(diǎn)： 1. 方便性 2. 有效性 3. 可擴(kuò)充性 4. 開(kāi)放性,操作系統(tǒng)引論,4. 操作系統(tǒng)的地位,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件和軟件組成 操作系統(tǒng)在硬件基礎(chǔ)上的第一層軟件 是其他軟件和硬件之間的接口,操作系統(tǒng)引論,操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者,應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)者,應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)者,操作系統(tǒng)引論,5. 操作系統(tǒng)的作用,OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口,OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者 OS用作擴(kuò)充機(jī)器,操作系統(tǒng)引論,6. 推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?不斷提高計(jì)算機(jī)資源利用率 方便用戶 器件的不斷更新?lián)Q代 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不

3、斷發(fā)展,操作系統(tǒng)引論,1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程,1.2.1 無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 1. 人工操作方式 從第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生(1945年)到50年代中期的計(jì)算機(jī)，屬于第一代，這時(shí)還未出現(xiàn)OS。計(jì)算機(jī)操作是由用戶采用人工操作方式直接使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，即由程序員將事先已穿孔(對(duì)應(yīng)于程序和數(shù)據(jù))的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(jī)(或卡片輸入機(jī))，再啟動(dòng)它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)， 然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行。當(dāng)程序運(yùn)行完畢并取走計(jì)算結(jié)果后， 才讓下一個(gè)用戶上機(jī)。,操作系統(tǒng)引論,2.人工操作方式的特點(diǎn),特點(diǎn): 用戶獨(dú)占全機(jī) CPU等待人工操作 獨(dú)占性 串行性 缺點(diǎn): 計(jì)算機(jī)的有效機(jī)時(shí)嚴(yán)重浪費(fèi) 效率低,操作系統(tǒng)引

4、論,3. 脫機(jī)輸入/輸出方式,在采用脫機(jī)輸入輸出方式時(shí)，程序和數(shù)據(jù)的輸入輸出都是在外圍計(jì)算機(jī)的控制下完成的，即它們是脫離主機(jī)進(jìn)行的，故稱(chēng)之為脫機(jī)輸入輸出操作。 脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn)如下： （1）減少了CPU的空閑時(shí)間。 （2) 提高I/O速度。,圖 1-2 脫機(jī)I/O示意圖,操作系統(tǒng)引論,脫機(jī)輸入技術(shù),為解決低速輸入設(shè)備與CPU速度不匹配的問(wèn)題，可將用戶程序和數(shù)據(jù)，在一臺(tái)外圍計(jì)算機(jī)的控制下，預(yù)先從低速輸入設(shè)備輸入到磁帶上，當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)，再直接從磁帶機(jī)高速輸入到內(nèi)存，從而大 大加快了程序的輸入過(guò)程，減少了CPU等待輸入的時(shí)間。,操作系統(tǒng)引論,脫機(jī)輸出技術(shù),當(dāng)程序運(yùn)行完畢或告一

5、段落，CPU需要輸出時(shí)，無(wú)須直接把計(jì)算結(jié)果送至低速輸出設(shè)備，而是高速地把結(jié)果送到磁帶上，然后再另一臺(tái)外圍機(jī)地控制下，把磁帶上的計(jì)算結(jié)果由相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出，著就大大加快了程序的輸出過(guò)程。,操作系統(tǒng)引論,1.2.2 單道批處理系統(tǒng),單道批處理系統(tǒng)的處理過(guò)程 批處理是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)一批作業(yè)自動(dòng)進(jìn)行處理的一種技術(shù)。 單道批處理在內(nèi)存中僅有一道作業(yè)。,圖 1-3 單道批處理系統(tǒng)的處理流程,操作系統(tǒng)引論,2. 單道批處理系統(tǒng)的特征 單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS，嚴(yán)格地說(shuō)，它只能算作是OS的前身而并非是現(xiàn)在人們所理解的OS。 該系統(tǒng)的主要特征如下： (1) 自動(dòng)性 (2) 順序性 (3) 單道性,操

6、作系統(tǒng)引論,1.2.3 多道批處理系統(tǒng),1. 多道程序設(shè)計(jì)的基本概念 在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放若干道已開(kāi)始運(yùn)行尚未結(jié)束的程序，它們交替運(yùn)行，共享系統(tǒng)中的各種硬、軟件資源，從而使處理機(jī)得到充分利用。 在該系統(tǒng)中， 用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個(gè)隊(duì)列，稱(chēng)為“后備隊(duì)列”；然后，由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。,操作系統(tǒng)引論,卡片,IBM1401,IBM7094,IBM1401,輸入磁帶,磁帶機(jī),卡片閱讀機(jī),輸出磁帶,打印機(jī),圖14 早期批處理系統(tǒng),操作系統(tǒng)引論,$END,$RUN,Data for program,$LOAD

7、,Fortran program,$FORTRAN,$JOB, 10,429754 Cherry Chen,圖15 典型的FMS JOB 結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng)引論,圖 1-6 單道和多道程序運(yùn)行情況,操作系統(tǒng)引論,2.多道批處理系統(tǒng)的特點(diǎn),多道： 多道指某個(gè)作業(yè)占用CPU，若由于某種原因暫時(shí)不用CPU 則系統(tǒng)讓第二個(gè)作業(yè)占用CPU 成批處理： 用戶自己不能干預(yù)自己作業(yè)的運(yùn)行，一旦發(fā)現(xiàn)作業(yè)錯(cuò)誤不能及時(shí)改正，并延長(zhǎng)開(kāi)發(fā)軟件時(shí)間，所以適用于成熟的程序。 無(wú)序性 調(diào)度性,操作系統(tǒng)引論,3.多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn),資源利用率高 (2) 系統(tǒng)吞吐量大 (3)可提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率 (4)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng) (

8、5)無(wú)交互能力。 適合大型科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理。,操作系統(tǒng)引論,4.多道批處理需要解決的問(wèn)題,處理機(jī)管理問(wèn)題。 (2) 內(nèi)存管理問(wèn)題。 (3) I/O設(shè)備管理問(wèn)題。 (4) 文件管理問(wèn)題。 (5) 作業(yè)管理問(wèn)題。,操作系統(tǒng)引論,1.2.4 分時(shí)系統(tǒng),1. 分時(shí)系統(tǒng)(Time-Sharing System)的產(chǎn)生 分時(shí)系統(tǒng)是為了滿足用戶需求所形成的一種新型OS。它與多道批處理系統(tǒng)之間，有著截然不同的性能差別。用戶的需求具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1) 人機(jī)交互 (2) 共享主機(jī) (3) 便于用戶上機(jī),操作系統(tǒng)引論,主機(jī),終端,圖 1-7 分時(shí)系統(tǒng)示意圖,操作系統(tǒng)引論,2.分時(shí)系統(tǒng)的思想,采用時(shí)間片

9、輪的方法，同時(shí)為許多終端用戶服務(wù)，對(duì)每個(gè)用戶能保證足夠快的響應(yīng)時(shí)間，并提供交互會(huì)話的功能。 時(shí)間片：將CPU的時(shí)間劃分成若干個(gè)片段,稱(chēng)為時(shí)間片，操作系統(tǒng)以時(shí)間片為單位,輪流為每個(gè)終端用戶服務(wù) 設(shè)計(jì)目標(biāo)：對(duì)用戶的請(qǐng)求及時(shí)響應(yīng)，并在可能條件下盡量提高系統(tǒng)資源的利用率。 適合辦公自動(dòng)化、教學(xué)及事務(wù)處理等要求人機(jī)會(huì)話的場(chǎng)合。,操作系統(tǒng)引論,3.分時(shí)操作系統(tǒng)工作方式,一臺(tái)主機(jī)連接了若干個(gè)終端 每個(gè)終端有一個(gè)用戶在使用 交互式的向系統(tǒng)提出命令請(qǐng)求 系統(tǒng)接受每個(gè)用戶的命令 采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式處理服務(wù)請(qǐng)求 并通過(guò)交互方式在終端上向用戶顯示結(jié)果 用戶根據(jù)上步結(jié)果發(fā)出下道命令,操作系統(tǒng)引論,4.分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)

10、鍵問(wèn)題,為實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)，其中，最關(guān)鍵的問(wèn)題是如何使用戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，即當(dāng)用戶在自己的終端上鍵入命令時(shí)， 系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)接收并及時(shí)處理該命令，再將結(jié)果返回給用戶。 此后， 用戶可繼續(xù)鍵入下一條命令，此即人機(jī)交互。即使有多個(gè)用戶同時(shí)通過(guò)自己的鍵盤(pán)鍵入命令，系統(tǒng)也應(yīng)能全部地及時(shí)接收并處理: (1) 及時(shí)接收。 (2) 及時(shí)處理。,操作系統(tǒng)引論,5.分時(shí)操作系統(tǒng)特點(diǎn),多路性 交互性 “獨(dú)占”性 及時(shí)性,同時(shí)有多個(gè)用戶使用一臺(tái)計(jì)算機(jī) 宏觀上：是多個(gè)人同時(shí)使用一個(gè)CPU 微觀上：多個(gè)人在不同時(shí)刻輪流使用CPU,用戶根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)果進(jìn)一步 提出新請(qǐng)求(用戶直接干預(yù)每一步),用戶感覺(jué)不到計(jì)算機(jī)為其他人

11、服務(wù) （OS提供虛機(jī)器，各個(gè)用戶的虛 機(jī)器互不干擾）,系統(tǒng)對(duì)用戶提出的請(qǐng)求及時(shí)響應(yīng),操作系統(tǒng)引論,6.影響響應(yīng)時(shí)間的因素,終端數(shù)目多少 調(diào)度算法（時(shí)間片的選?。?信息交換量和信息交換速度 機(jī)器處理能力 請(qǐng)求服務(wù)的時(shí)間長(zhǎng)短及服務(wù)請(qǐng)求的分布,操作系統(tǒng)引論,1.2.5 實(shí)時(shí)系統(tǒng),“實(shí)時(shí)”，是表示“及時(shí)”，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)(Real-Time System)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。 特點(diǎn)：及時(shí)性要求高，系統(tǒng)可靠性高。,操作系統(tǒng)引論,1.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的分類(lèi),實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)：通常是指以計(jì)算機(jī)為中心的生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)，又稱(chēng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

12、 如：鋼鐵冶煉和鋼板軋制的自動(dòng)控制、煉油、化工生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制,軍事控制等。 實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)及時(shí)接收從遠(yuǎn)程終端發(fā)來(lái)的服務(wù)請(qǐng)求，根據(jù)用戶提出的問(wèn)題對(duì)信息進(jìn)行檢索和處理，并在很短時(shí)間內(nèi)對(duì)用戶做出正確回答。例如：銀行，機(jī)票訂購(gòu)系統(tǒng)、股市行情實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)等。,操作系統(tǒng)引論,2. 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要追求目標(biāo),對(duì)外部請(qǐng)求在嚴(yán)格時(shí)間范圍內(nèi)作出反應(yīng) 高可靠性 安全性 完整性 實(shí)時(shí)系統(tǒng)必須和先進(jìn)的技術(shù)裝備相結(jié)合,操作系統(tǒng)引論,（1）多路性 （2）獨(dú)立性 （3）及時(shí)性 （4）交互性 （5）可靠性,3.實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較,操作系統(tǒng)引論,1.2.6 操作系統(tǒng)的發(fā)展,操作系統(tǒng)（包括其前身）成為獨(dú)

13、立的程序，已有40年的歷史，它經(jīng)過(guò)60和70年代的大發(fā)展時(shí)期，到80年代雖已趨于成熟，但它仍繼續(xù)沿著兩個(gè)方向繼續(xù)向前發(fā)展，一個(gè)是隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，形成多處理機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)；另一個(gè)則是把操作系統(tǒng)應(yīng)用于微機(jī)，形成微機(jī)操作系統(tǒng)。,操作系統(tǒng)引論,1.多處理機(jī)操作系統(tǒng),在1975年前后，打破了以單處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)為主的局面，形成了由多臺(tái)處理機(jī)通過(guò)互連網(wǎng)絡(luò)連接在一起的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。近年來(lái)所推出的大、中、小型機(jī)，大多數(shù)都在采用多處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)，甚至在高檔微機(jī)中也出現(xiàn)了這種趨勢(shì)。,操作系統(tǒng)引論,多處理機(jī)結(jié)構(gòu),緊密耦合(Tightly Coupled)多處理機(jī)結(jié)構(gòu) 松散耦合(Loo

14、sely Coupled)多處理機(jī)結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng)引論,多處理機(jī)類(lèi)型,主從式 獨(dú)立管理程序系統(tǒng) 浮動(dòng)式管理程序控制方式,操作系統(tǒng)引論,2. 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是建立在主機(jī)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，用于管理網(wǎng)絡(luò)通信和共享資源，協(xié)調(diào)各主機(jī)上任務(wù)地運(yùn)行，并向用戶提供統(tǒng)一的、有效的網(wǎng)絡(luò)接口的軟件集合。 按網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍和互連計(jì)算機(jī)之間的距離的不同，可把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為兩種： 廣域網(wǎng)WAN(Wide Area Network) 局域網(wǎng)LAN(Local Area Network),操作系統(tǒng)引論,網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的基本功能,網(wǎng)絡(luò)通信 資源管理 提供多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 提供網(wǎng)絡(luò)接口,操作系統(tǒng)引論,網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)服

15、務(wù) 應(yīng)用程序,通信軟件（協(xié)議支持）,單機(jī) 操作系統(tǒng),用戶應(yīng)用程序,圖18 局域網(wǎng)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),通信軟件（協(xié)議支持）,操作系統(tǒng)引論,1)分布式操作系統(tǒng)的功能 資源管理 任務(wù)分配 分布式進(jìn)程同步和通信 管理程序浮動(dòng),3. 分布式操作系統(tǒng),操作系統(tǒng)引論,2) 要解決的關(guān)鍵問(wèn)題,分布式OS設(shè)計(jì)過(guò)程中要解決的關(guān)鍵問(wèn)題: （1）通信原語(yǔ)的設(shè)計(jì)（2）資源管理（3）系統(tǒng)容錯(cuò),操作系統(tǒng)引論,3)分布式操作系統(tǒng)特征,1.系統(tǒng)內(nèi)只有一個(gè)全局操作系統(tǒng)，采用分布式控制的辦法，負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源管理和運(yùn)行控制。 2.資源進(jìn)一步共享:系統(tǒng)內(nèi)包含有多個(gè)物理資源和邏輯資源，它們可以動(dòng)態(tài)地分配給各個(gè)任務(wù) 3.透明性: 資源共享，

16、分布。系統(tǒng)對(duì)用戶提供一個(gè)透明的、一體化的用戶界面。 4.自治性: 處于分布式系統(tǒng)的多個(gè)主機(jī)處于平等地位，無(wú)主從關(guān)系所有資源都必須高度自治而相互配合地工作，它們之間不存在層次控制或主從控制的關(guān)系。 5.處理能力增強(qiáng)、速度更快、可靠性增強(qiáng),操作系統(tǒng)引論,4) 網(wǎng)絡(luò)和分布式的區(qū)別,(1) 分布具有各個(gè)計(jì)算機(jī)間相互通訊， 無(wú)主從關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)有主從關(guān)系 (2) 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 (3) 分布式系統(tǒng)中若干個(gè)計(jì)算機(jī)可相互 協(xié)作共同完成一項(xiàng)任務(wù),操作系統(tǒng)引論,4.微型機(jī)(個(gè)人）操作系統(tǒng),計(jì)算機(jī)在某一時(shí)間內(nèi)為單用戶服務(wù), 其追求目標(biāo)是界面友好，使用方便， 豐富的應(yīng)用軟件。 （1）

17、 MS-DOS （2）微機(jī)多任務(wù)操作系統(tǒng)微機(jī)多任務(wù)操作系統(tǒng)的分類(lèi)按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分： 內(nèi)在式（built-in）貼附式（bolt-on ）按任務(wù)調(diào)度方式分：先決式（preemptive）協(xié)作式（cooperative）,操作系統(tǒng)引論,微型機(jī)操作系統(tǒng)（續(xù)）,1)內(nèi)在式是指操作系統(tǒng)開(kāi)始設(shè)計(jì)就把多任務(wù)功能構(gòu)筑. 其中，如 OS/2和UNIX操作系統(tǒng)。 2)貼附式是指把多任務(wù)功能附加到一個(gè)單任務(wù)操作系統(tǒng)中而形 成，如Microsoft的Windows就是在DOS基礎(chǔ)上加入多任務(wù)功能而構(gòu)成的多任務(wù)操作系統(tǒng)。,操作系統(tǒng)引論,微型機(jī)操作系統(tǒng)（續(xù)）,3)先決式是指由系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘來(lái)決定CPU由一個(gè)任務(wù)轉(zhuǎn)移去執(zhí)行另一個(gè)

18、任務(wù)的時(shí)刻，轉(zhuǎn)移時(shí)刻是系統(tǒng)以某種分配策略預(yù)先確定的，應(yīng)用程序無(wú)權(quán)干預(yù)。如OS/2和UNIX都是先決式多任務(wù)操作系統(tǒng)。 4)協(xié)作式是指幾個(gè)應(yīng)用程序聯(lián)合動(dòng)作，通過(guò)某種通信方式來(lái)分享CPU。Windows和Novell公司的Netware網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是以協(xié)作式來(lái)工作的。,操作系統(tǒng)引論,5. 嵌入式操作系統(tǒng),1)什么是嵌入式系統(tǒng)： 在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，完成特定功能的軟硬件系統(tǒng) 它們是一個(gè)大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中的一部分，這個(gè)大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)可以不是“計(jì)算機(jī)” 通常工作在反應(yīng)式或?qū)μ幚頃r(shí)間有較嚴(yán)格要求環(huán)境中 由于它們被嵌入在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，因此稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng),操作系統(tǒng)引論,2）嵌入式系統(tǒng),軟

19、件：用于提供系統(tǒng)所需的功能和靈活性 硬件 = （處理器、ASIC、存儲(chǔ)器） 用于提供所需的性能以及部分安全機(jī)制,專(zhuān)用門(mén)陣列,模擬I/O,處理器核,存儲(chǔ)器,操作系統(tǒng)引論,3) 嵌入式操作系統(tǒng),在嵌入式系統(tǒng)中的OS，稱(chēng)為嵌入式操作系統(tǒng)。 嵌入式操作系統(tǒng)，是運(yùn)行在嵌入式智能芯片環(huán)境中，對(duì)整個(gè)智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件。,操作系統(tǒng)引論,4）典型嵌入式操作系統(tǒng)的特性,完成某一項(xiàng)或有限項(xiàng)功能；不是通用型的 在性能和實(shí)時(shí)性方面有嚴(yán)格的限制 能源、成本和可靠性通常是影響設(shè)計(jì)的重要 因素 占有資源少、易于連接 系統(tǒng)功能可針對(duì)需求進(jìn)行裁剪、調(diào)整和生成

20、以便滿足最終產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求,操作系統(tǒng)引論,5）嵌入式操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境,通常配有源碼級(jí)可配置的系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 豐富的同步原語(yǔ) 可選擇的調(diào)度算法 可選擇內(nèi)存分配策略 定時(shí)器與計(jì)數(shù)器 多方式中斷處理支持 多種異常處理選擇 多種通信方式支持 標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言庫(kù) 數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)和開(kāi)放式應(yīng)用程序接口,操作系統(tǒng)引論,6.操作系統(tǒng)領(lǐng)域中新的操作系統(tǒng),有線電視機(jī)頂盒領(lǐng)域，PowerTV 移動(dòng)通信領(lǐng)域，EPOC 掌上計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，Palm OS 數(shù)字影像領(lǐng)域， Digita,操作系統(tǒng)引論,1.3 操作系統(tǒng)的基本特性,1.操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)（Operating System，簡(jiǎn)稱(chēng)OS）是控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源的一個(gè)系

21、統(tǒng)軟件,是一些程序模塊的集合。 它能以盡量有效、合理的方式組織和管理計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，合理的組織計(jì)算機(jī)的工作流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務(wù)功能，使得用戶能夠靈活、方便、有效的使用計(jì)算機(jī)，使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效地運(yùn)行。 它是系統(tǒng)軟件的核心，是計(jì)算機(jī)處理時(shí)必不可少的非常重要的軟件。,操作系統(tǒng)引論,2.操作系統(tǒng)的特征,并發(fā)性 共享性 虛擬性 異步性,操作系統(tǒng)引論,3.并發(fā)性,并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間發(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。 (與并發(fā)相似，但多指硬件支持） 程序的并發(fā)執(zhí)行，有效地改善了系統(tǒng)資源的利用率和提高了系統(tǒng)的吞吐量，但它使系統(tǒng)復(fù)雜化，操作系統(tǒng)必

22、須具有控制和管理各種并發(fā)活動(dòng)的能力。,操作系統(tǒng)引論,4.共享性,操作系統(tǒng)與多個(gè)用戶的程序共同使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源 資源共享是指系統(tǒng)中的硬件和軟件資源不再為某個(gè)程序所獨(dú)占，而是供多個(gè)用戶共同使用。 并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)兩個(gè)最基本的特征，這兩者之間又是互為存在條件的。 資源共享是以程序的并發(fā)為條件的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問(wèn)題。 若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效的管理，也必將影響到程序的并發(fā)執(zhí)行，甚至根本無(wú)法并發(fā)執(zhí)行。,操作系統(tǒng)引論,5.虛擬性,在操作系統(tǒng)中，所謂虛擬，是指把一個(gè)物理上的實(shí)體，變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物。物理實(shí)體(前者)是實(shí)的， 而后者是虛的，相應(yīng)地，用于實(shí)現(xiàn)虛擬

23、的技術(shù)，稱(chēng)為虛擬技術(shù)。在OS中利用了多種虛擬技術(shù)，分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、 虛擬外部設(shè)備和虛擬信道等。,操作系統(tǒng)引論,6.異步性(Asynchronism),在多道程序環(huán)境下，允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行， 但由于競(jìng)爭(zhēng)資源等因素的限制，使進(jìn)程的執(zhí)行不是“一氣呵成，而是以“走走停?！钡姆绞竭\(yùn)行。 多道程序環(huán)境下程序的執(zhí)行，是以異步方式進(jìn)行的；每個(gè)程序在何時(shí)執(zhí)行，多個(gè)程序間的執(zhí)行順序以及完成每道程序所需的時(shí)間都是不確定和不可預(yù)知的。進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，此即進(jìn)程的異步性。,操作系統(tǒng)引論,1.4 操作系統(tǒng)的主要功能,從資源管理觀點(diǎn)看，操作系統(tǒng)具有五大功能： 處理機(jī)管理 存儲(chǔ)器管理 設(shè)

24、備管理 文件管理 作業(yè)管理,操作系統(tǒng)引論,1.處理機(jī)管理,主要任務(wù)：是對(duì)處理機(jī)的分配和運(yùn)行實(shí)施有效管理。對(duì)處理機(jī)管理，可歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理。,操作系統(tǒng)引論,進(jìn)程管理的主要功能,進(jìn)程控制：當(dāng)用戶作業(yè)要運(yùn)行時(shí)，應(yīng)為之建立一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程，并為它分配除處理機(jī)以外的所有資源，將它放入進(jìn)程就緒隊(duì)列。當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行完成時(shí)，立即撤消該進(jìn)程，以便及時(shí)釋放其所占有的資源。進(jìn)程控制的基本功能就是創(chuàng)建和撤消進(jìn)程以及控制進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 進(jìn)程同步：所謂進(jìn)程同步是指系統(tǒng)對(duì)并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程進(jìn)行協(xié)調(diào)。最基本的進(jìn)程同步方式是使諸進(jìn)程以互斥方式訪問(wèn)臨界資源。,操作系統(tǒng)引論,進(jìn)程管理的主要功能（續(xù)）,此外，對(duì)于彼此相互合作、去完成共同任

25、務(wù)的諸進(jìn)程，則應(yīng)由系統(tǒng)對(duì)它們的運(yùn)行速度加以協(xié)調(diào)。 進(jìn)程通信：對(duì)于相互合作的進(jìn)程，在它們運(yùn)行時(shí)，相互之間往往要交換一定的信息，這種進(jìn)程間所進(jìn)行的信息交換稱(chēng)為進(jìn)程通信。 進(jìn)程調(diào)度：當(dāng)一個(gè)正在執(zhí)行的進(jìn)程已經(jīng)完成，或因某事件而無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度，重新分配處理機(jī)。進(jìn)程調(diào)度是指按一定算法，如最高優(yōu)先算法，從進(jìn)程就緒隊(duì)列中選出一進(jìn)程，把處理機(jī)分配給它，為該進(jìn)程設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)，并使之投入運(yùn)行。,操作系統(tǒng)引論,2.存儲(chǔ)器管理,存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù): 為多道程序的并發(fā)運(yùn)行提供良好環(huán)境； 便于用戶使用存儲(chǔ)器； 提高存儲(chǔ)器的利用率； 為盡量多的用戶提供足夠大的存儲(chǔ)空間。,操作系統(tǒng)引論,存儲(chǔ)器管理的功能,

26、內(nèi)存分配：多道程序能并發(fā)執(zhí)行的首要條件是，各道程序都有自己的內(nèi)存空間，因此，為每道程序分配內(nèi)存是存儲(chǔ)器管理的最基本功能。 內(nèi)存保護(hù)：為保證各道程序都能在自己的內(nèi)存空間運(yùn)行而互不干擾，要求每道程序在執(zhí)行時(shí)能隨時(shí)檢查對(duì)內(nèi)存的所有訪問(wèn)是否合法。必須防止因一道程序的錯(cuò)誤而擾亂了其它程序，尤其應(yīng)防止用戶程序侵犯操作系統(tǒng)的內(nèi)存區(qū)。,操作系統(tǒng)引論,存儲(chǔ)器管理的功能（續(xù)）,地址映射：在多道程序的系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)必須提供把程序地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間對(duì)應(yīng)的物理地址的功能。地址映射功能可使用戶不必過(guò)問(wèn)物理存儲(chǔ)空間的分配細(xì)節(jié)，從而為用戶編程提供了方便。 內(nèi)存擴(kuò)充：由于物理內(nèi)存的大小可能限制了大型作業(yè)或多個(gè)

27、作業(yè)的并發(fā)執(zhí)行，為了滿足用戶的要求并改善系統(tǒng)性能，必須對(duì)內(nèi)存加以擴(kuò)充。但我們無(wú)須去真正地增加內(nèi)存空間，而只須借助于虛擬存貯技術(shù)，便可獲得這樣地效果，使系統(tǒng)能運(yùn)行內(nèi)存要求量遠(yuǎn)比物理內(nèi)存大得多得作業(yè)，或讓更多得作業(yè)并發(fā)執(zhí)行。,操作系統(tǒng)引論,3.設(shè)備管理,1)設(shè)備管理的主要任務(wù): 為用戶程序分配I/O設(shè)備； 完成用戶程序請(qǐng)求的I/O操作； 提高CPU和I/O設(shè)備的利用率； 改善人機(jī)界面。,操作系統(tǒng)引論,2)設(shè)備管理程序應(yīng)具有的功能,緩沖管理：幾乎所有的外圍設(shè)備于處理機(jī)交換信息時(shí)，都要利用緩沖來(lái)緩和CPU和I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾，和提高CPU與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備間操作的并行程度，以提高CPU和I/

28、O設(shè)備的利用率。 設(shè)備分配：系統(tǒng)根據(jù)用戶所請(qǐng)求的設(shè)備類(lèi)型和所采用的分配算法對(duì)設(shè)備進(jìn)行分配，并將未獲得所需設(shè)備的進(jìn)程放進(jìn)相應(yīng)設(shè)備的等待隊(duì)列。,操作系統(tǒng)引論,設(shè)備管理程序應(yīng)具有功能(續(xù)）,設(shè)備處理：?jiǎn)?dòng)指定的I/O設(shè)備，完成用戶規(guī)定的I/O操作，并對(duì)由設(shè)備發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，根據(jù)中斷類(lèi)型進(jìn)行相應(yīng)的處理。 虛擬設(shè)備功能：通常，把一次僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的設(shè)備稱(chēng)為獨(dú)占設(shè)備。系統(tǒng)可通過(guò)某種技術(shù)使該設(shè)備成為能被多個(gè)用戶共享的設(shè)備，以提高設(shè)備利用率及加速程序的執(zhí)行過(guò)程。可使每個(gè)用戶都感覺(jué)到自己在獨(dú)占該設(shè)備。,操作系統(tǒng)引論,4.文件管理,文件存儲(chǔ)空間的管理 目錄管理 文件讀、寫(xiě)管理 文件保護(hù) 向用戶提供

29、接口,操作系統(tǒng)引論,5.作業(yè)管理,1）作業(yè)管理的主要任務(wù):是根據(jù)系統(tǒng)條件和用戶需要，對(duì)作業(yè)的運(yùn)行進(jìn)行合理的組織、調(diào)度及相應(yīng)的控制。 2）作業(yè)調(diào)度：作業(yè)調(diào)度是指根據(jù)系統(tǒng)的能力和當(dāng)前作業(yè)的運(yùn)行情況，按一定策略，從后備作業(yè)隊(duì)列中選出一批作業(yè)，為它們分配所需的I/O設(shè)備和存儲(chǔ)空間，將它們調(diào)入內(nèi)存并為之建立相應(yīng)的進(jìn)程，使之成為具有獲得處理機(jī)資格的侯選進(jìn)程。 3）作業(yè)控制：作業(yè)控制是指作業(yè)從進(jìn)入系統(tǒng)開(kāi)始，直到運(yùn)行完成的整個(gè)過(guò)程中，用戶可通過(guò)某種形式向系統(tǒng)發(fā)出各種命令，以對(duì)自己的作業(yè)進(jìn)行控制和管理。,操作系統(tǒng)引論,1.5 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1.5.1 軟件工程的基本概念,1. 軟件的含義 軟件是指當(dāng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，能提供所要求的功能和性能的指令和程序的集合，該程序能夠正確地處理信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；作為規(guī)范軟件，還應(yīng)具有描述程序功能需求以及程序如何操作使用的文檔。 2. 軟件工程的含義 軟件工程是指運(yùn)用系統(tǒng)的、規(guī)范的和可定量的方法，來(lái)開(kāi)發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)軟件。其目的是為了解決在軟件開(kāi)發(fā)中所出現(xiàn)的編程隨意、軟件質(zhì)量不可保證以及維護(hù)困難等問(wèn)題。,操作系統(tǒng)引論,無(wú)結(jié)構(gòu)OS 模塊化OS結(jié)構(gòu) 分層式OS結(jié)構(gòu),1.5.2 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu),操作系統(tǒng)引論,在早期開(kāi)發(fā)操作系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)者只是把他的注意力放在功能的實(shí)現(xiàn)和獲得高的效率上，缺乏首尾一致的設(shè)計(jì)思想