第五章操作系统讲解.ppt

《第五章操作系统讲解.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章操作系统讲解.ppt（79页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第五章操作系统第五章操作系统5.1 5.1 引论引论5.2 5.2 存储管理存储管理5.3 5.3 进程管理进程管理5.4 5.4 设备管理设备管理5.5 5.5 文件管理文件管理5.1 5.1 引论引论1.操作系统的定义2.操作系统的作用3.操作系统的特征4.操作系统的发展5.操作系统的分类6.操作系统的功能5.1.1 操作系统的定义操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理的组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效的使用计算机，使整个计算机系统能高效地运行。有效：

2、有效：系统效率，资源利用率系统效率，资源利用率 如：如：CPUCPU利用的充足与否，内存、外利用的充足与否，内存、外 部部设备是否忙碌设备是否忙碌合理：合理：公平与否，如果不公平则会产生公平与否，如果不公平则会产生“死死 锁锁”或或“饥饿饥饿”方便：方便：以命令（或图形方式）方式代替手以命令（或图形方式）方式代替手工方式（或程序方式）操作机器工方式（或程序方式）操作机器可扩充：可扩充：便于修改或增加功能便于修改或增加功能开放：开放：结构开放乃至源代码开放结构开放乃至源代码开放5.1.2 操作系统的作用 应用程序-虚机器界面 操作系统-物理机器界面 硬件假如没有操作系统？怎样将目标代码送给硬件？

3、怎样输出打假如没有操作系统？怎样将目标代码送给硬件？怎样输出打印结果？印结果？人们将对二进制程序操作人们将对二进制程序操作 从二极发光管读答案从二极发光管读答案1.1.操作系统作为操作系统作为 仲裁者（协调者）仲裁者（协调者）使多个应用程序使多个应用程序/用户高效，公平地一起工作用户高效，公平地一起工作,保护用户不互相干扰保护用户不互相干扰 例子：并发，存储保护，文件系统，网络例子：并发，存储保护，文件系统，网络2.2.操作系统操作系统作为作为 管理程序管理程序 硬件平台扩展为运行平台硬件平台扩展为运行平台 运行平台是承载应用程序的载体运行平台是承载应用程序的载体平台之争平台之争企业竞争的范围

4、已经超出了市场、企业竞争的范围已经超出了市场、资本和技术资本和技术竞争的焦点：竞争的焦点：表面上：平台（标准）表面上：平台（标准）实质上：争夺产业的制高点实质上：争夺产业的制高点3.3.操作系统作为操作系统作为 幻觉制造者幻觉制造者(illusionist)(illusionist)提供硬件的高层界面，取消硬件限制提供硬件的高层界面，取消硬件限制 操作系统提供无限的内存、无限的操作系统提供无限的内存、无限的CPUCPU4.4.操作系统作为操作系统作为 管理者管理者(government)(government)有效合理地分配资源，保护用户不受侵犯有效合理地分配资源，保护用户不受侵犯 提供安全、

5、保密措施提供安全、保密措施5.5.操作系统作为操作系统作为 历史教员历史教员 学习过去，预测未来学习过去，预测未来6.6.操作系统作为操作系统作为 标准服务提供者标准服务提供者 提供每个用户需要的标准工具提供每个用户需要的标准工具 如标准库、窗口系统如标准库、窗口系统7.7.操作系统作为操作系统作为 A PARENTA PARENT程序创建和执行程序创建和执行 存取存取I/OI/O设备设备 控制对文件的存取控制对文件的存取 系统存取系统存取 错误检测和回应错误检测和回应 统计统计5.1.3 5.1.3 操作系统的特征操作系统的特征1.1.并发性并发性(Concurrence)(Concurre

6、nce)：并发性并发性是指两个或多个事件在是指两个或多个事件在同一时间间隔同一时间间隔内发生。具有此内发生。具有此特性的程序称并发程序。特性的程序称并发程序。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间间隔内宏观上有在多道程序环境下，并发性是指在一段时间间隔内宏观上有多道程序同时运行，但在微观上可能是交替或顺序运行的。多道程序同时运行，但在微观上可能是交替或顺序运行的。并行性并行性(parallel(parallel）是指两个或多个事件在是指两个或多个事件在同一时刻同一时刻发生。发生。具有此特性的程序称并行程序具有此特性的程序称并行程序(parallel program)(parallel prog

7、ram)。并行执行并行执行意即意即同时执行同时执行 并行是一种并行是一种物理的、或微观的物理的、或微观的同时性同时性概念概念 并发是一种并发是一种逻辑的、或宏观的逻辑的、或宏观的同时性同时性概念概念 单处理机系统不能实现并行，但可实现并发单处理机系统不能实现并行，但可实现并发 多处理机系统既可实现并发，又可实现并行多处理机系统既可实现并发，又可实现并行操作系统特征（续）操作系统特征（续）2.共享性共享性(Sharing)：是指操作系统与多个用户程序共同使用计算是指操作系统与多个用户程序共同使用计算机系统中的资源机系统中的资源资源共享方式资源共享方式 互斥共享互斥共享：指某个资源在一段时间内只允

8、许：指某个资源在一段时间内只允许一个作业使用，这种资源称一个作业使用，这种资源称临界资源临界资源 同时共享同时共享：指某个资源在一段时间内允许多：指某个资源在一段时间内允许多个作业同时使用。但这里的同时的概念是宏观的，个作业同时使用。但这里的同时的概念是宏观的，微观上则可能是交替地对资源进行访问。微观上则可能是交替地对资源进行访问。操作系统特征（续）操作系统特征（续）3.虚拟性虚拟性（Virtual):虚拟是指将一个物理的实体变为若干个逻辑上虚拟是指将一个物理的实体变为若干个逻辑上的对应物。前者是实的后者是虚的，是一种感觉性的对应物。前者是实的后者是虚的，是一种感觉性存在，如虚存、虚网、虚设备

9、、虚文件等。存在，如虚存、虚网、虚设备、虚文件等。4.异步性异步性(Asynchronism):多道程序环境下，进程以独立的、不可预知的多道程序环境下，进程以独立的、不可预知的速度向前推进，即为异步运行方式。速度向前推进，即为异步运行方式。但只要运行环境相同，作业虽经多次运行，都但只要运行环境相同，作业虽经多次运行，都会得到完全相同的结果。会得到完全相同的结果。5.1.4 5.1.4 操作系统的发展操作系统的发展操作系统发展是随着计算机硬件技操作系统发展是随着计算机硬件技术、应用软件的发展而发展的术、应用软件的发展而发展的目标：充分利用硬件目标：充分利用硬件 提供更好的服务提供更好的服务1.概

10、述 操作系统历史划分为4个阶段第 0 阶段:手工操作阶段 从第一代计算机诞生到20世纪50年代中期硬件非常昂贵，没有操作系统 控制台控制台 一个用户一个用户 一次完成一个功能（计算，一次完成一个功能（计算，I/OI/O，用用户思考户思考/反应）反应）程序通过卡片装入程序通过卡片装入 用户在控制台前调试程序用户在控制台前调试程序工作效率非常低每一用户都要自行编写涉及到硬件的源代码工作量大，难度高，易出错，需要大量人力和物力第 1 阶段硬件昂贵，人力便宜简单批处理：简单批处理：装入程序、运行、打印结果、撤出、再重复用户把程序（卡片或磁带）交给负责调度的操作员（系统管理员）常驻监控程序自动地装入程序

11、、运行、撤出作业需要存储管理、重定位和保护机制硬件使用较为高效 但（从输出）调试困难 CPU 与 I/O 操作交叉覆盖早期：将慢速设备转到同 CPU 相连的快速磁带驱动器上后期：Spool 数据到磁盘上增加：缓冲,中断处理作业被送（spool）到磁盘仍然是单个作业，利用率低多道程序批处理系统多道程序批处理系统在磁盘上多个作业等待运行多道程序-同时运行多个作业-选择若干作业准备运行（调度）并装入内存（存储管理）-运行一个作业，当它等待时切换至内存中的另一个作业（如需安装磁带，等键按下）多道程序设计：多个用户共享系统多道程序设计：多个用户共享系统增加：存储保护，重定位利用率高（多个作业）有必要采用

12、并发程序设计技术操作系统成为研究焦点：需要处理复杂性 早期计算机：单控制方式早期计算机：单控制方式 -CPU-CPU负责计算，也负责传输负责计算，也负责传输 早期计算机的使用方式早期计算机的使用方式 -一个用户独占全部资源一个用户独占全部资源 -浪费：浪费：CPUCPU与外设速度不匹配与外设速度不匹配 手工操作方式和高速机器之间手工操作方式和高速机器之间的不匹配的不匹配 提高资源利用率提高资源利用率 -多部件并行，多任务共享多部件并行，多任务共享 通道引入：传输和通道引入：传输和CPUCPU相对独立相对独立 中断引入：各部件的协调动作成为可能中断引入：各部件的协调动作成为可能 体系结构的发展可

13、以支持体系结构的发展可以支持OSOS多道程序多道程序运行模式运行模式 第第 2 2 阶段阶段 硬件较以前便宜，人力昂贵硬件较以前便宜，人力昂贵 交互式交互式分时处理分时处理 一台计算机，多个便宜终端一台计算机，多个便宜终端 -所有用户可与系统立即交互所有用户可与系统立即交互 -调试比较方便调试比较方便 磁盘便宜，故可在线存放程序和数据磁盘便宜，故可在线存放程序和数据 -1-1 张穿孔卡片张穿孔卡片 =100=100个字节个字节 -1 MB=10K-1 MB=10K卡片卡片 -OS/360-OS/360 有若干英尺长度的卡片有若干英尺长度的卡片 新问题新问题 -易于使用，提高人的生产力易于使用，

14、提高人的生产力 -合理的响应时间合理的响应时间 -引入文件系统，使用户可存取数据引入文件系统，使用户可存取数据 解决解决 -需要抢占式调度以便保持适当的需要抢占式调度以便保持适当的 响应时间响应时间 -需要避免抖动（程序在内存中需要避免抖动（程序在内存中 过于频繁的对换）过于频繁的对换）-需要提供适用的安全检测需要提供适用的安全检测 成功：成功：一群计算机迷一群计算机迷 (Thompson,Ritchie)(Thompson,Ritchie)在贝尔实验室发展出了在贝尔实验室发展出了UNIXUNIX。（这样他们可以在一台无人使用的这样他们可以在一台无人使用的DEC DEC PDP-7 PDP-7

15、 小型计算机上玩星际探险游戏）小型计算机上玩星际探险游戏）Ken ThompsonKen Thompson，Dennis RitchieDennis Ritchie19831983年图灵奖获得者年图灵奖获得者19991999年年4 4月月 美国国家技术金奖美国国家技术金奖第第 3 3 阶段阶段 硬件非常便宜，人力昂贵硬件非常便宜，人力昂贵目标：充分利用人和时间个人计算雏形个人计算雏形 CPU CPU 便宜到可在每台终端上安装，功能强大便宜到可在每台终端上安装，功能强大有效有效 -成为大众的计算机成为大众的计算机 放弃多道程序、并发和保护机制，放弃多道程序、并发和保护机制，使使 OS OS 回归

16、简单回归简单使用户再次与系统交互使用户再次与系统交互增强文件系统增强文件系统响应时间、保护更为重要响应时间、保护更为重要网络允许不同机器很容易共享资源-共享，安全操作系统的历史:变化!意味着技术总在改变 要适应、折衷权衡操作系统的历史:变化!意味着技术总在改变:要适应、折衷权衡要运行一个作业，先将程序写在纸上（用高级语言或汇编语言）然后穿孔成卡片，再将卡片盒交给操作员计算结果从打印机上输出操作员到打印机上撕下运算结果送到输出室程序员稍后可从取到结果然后，操作员从输入室的卡片盒中读入另一个任务如果需要FORTRAN编译器，还要把它取来读入计算机机时在走来走去时被浪费机时在走来走去时被浪费批处理操

17、作系统-现代操作系统雏型为了改进主存和I/O设备之间的吞吐量IBM 7094机引入了I/O 处理机概念其思想是：在输入室收集全部的作业，用一台相对便宜的计算机如IBM 1401计算机，将它们读到磁带上另外用较昂贵的计算机，如IBM7094来完成真正的计算卡片卡片早期批处理系统早期批处理系统IBM1401IBM7094IBM1401输入磁带输入磁带磁带机磁带机卡卡片片阅阅读读机机输出磁带输出磁带打打印印机机基本控制卡片是现代作业控制语言和命令解释器的先驱第二代计算机典型的操作系统FMS（FORTRAN Monitor System，FORTRAN监控系统）IBMSYS（IBM为7094机配备的操

18、作系统）这些操作系统由监控程序，特权指令，存储保护和简单的批处理构成第三代集成电路计算机（1965年-1980年）时期60年代初期，计算机开始采用集成电路多数厂商有几条完全不同的生产线，生产不同的计算机开发和维护完全不同的产品，对厂商来说是昂贵的另外，新用户，在开始时只需要一台小计算机后来可能需要一台大的计算机而且希望能在新计算机上执行原有的程序这样，厂家和用户需要软件在不同型号的计算机之间兼容1964 年IBM 宣布推出System/360计算机系统第一个采用小规模集成电路的主流机型,试图一次性地解决上述两个问题,由于所有的计算机都有相同的体系结构和指令集在理论上，为一型编写的程序可以在其他

19、型号机器上运行IBM System/360的若干问题IBM无法写出同时满足互冲突需要的操作系统 其实别人也一样不能完成这项工作任务IBM OS/360文件系统中有类型字段，定义文件的类型，有定长、不定长记录、块状和非块状文件 用户对于输出文件的大小，只有通过猜测存储管理有基地址寄存器寻址方式，程序也可以访问和修改基地址寄存器，但是CPU生成的却是绝对地址，虽然不用进行动态再分配 但程序却被钉死在调入内存时的物理地址上数千名程序员写的数百万行汇编语言代码,系统自身占据了大量存储空间和一半的CPU时间。数百万行汇编代码中有成千上万处错误IBM不断发行新的版本试图更正这些错误，每个新版本在更正老错误

20、的同时又引入新错误所以随着时间的流逝，错误的数量大致保持不变。IBM System/360,庞大的软件怪兽多道程序设计技术（multiprogramming）在IBM 7094机上，若当前作业因等待I/O而暂停，CUP只能踏步直至该I/O完成 对于CPU操作密集科学计算问题，浪费时间少 对于商业数据处理，I/O等待时间常占8090解决办法 将内存分几个部分，每部分放不同的作业 当一个作业等待I/O时，另一个作业可以使用CPU 在主存中同时驻留多个作业需要硬件进行保护 以避免信息被窃取或攻击Spooling 技术程序卡片被拿到机房后 能够很快将一作业从卡片读入磁盘任何时刻当一作业运行结束 操作系

21、统就将一新作业从磁盘读出 装入空出的内存区运行Spooling技术 (Simultaneous Peripheral Operation On Line)该技术也用于输出分时系统第三代计算机实质是批处理系统 从一作业提交到结果取回,往往长达数小时 一个逗号的误用会导致编译失败 而可能浪费程序员半天时间问题的解决导致分时系统的出现（CTSS，Compatible Time Sharing System）分时系统实际上是多道程序的一个变种分时系统的思想于1959年在MIT提出每个用户有一个联机终端在分时系统中，假设20个用户登录 其中17个在思考或谈论或喝咖啡 则CPU可给那三个需要的作业轮流分配

22、服务调试程序的用户常常只发出简短的命令 而很少有长的费时命令所以计算机能够为许多用户提供交互式快速服务 同时在CPU空闲时还能在后台运行大作业第一个分时系统由 MIT的Fernando Corbato 等 1961年在一改装的IBM 7090/94机上开发成功 当时有32个交互式用户IBM 7090/94计算机有32K内存，系统用5K，用户用27K，用户存储映象在内存和一台磁鼓之间切换1962年Manchester大学的Atlas计算机投入运行 运行速度200 k FLOPS第一个有虚拟存储器(virtual memory)和页面调度(paging)的机器指令执行是管道式(pipelined)

23、的小型计算机，电子游戏和UNIX的成功1969年，在贝尔退出MULTICS研制项目后，Ken Thompson和Dennis M.Ritchie 想申请经费买计算机从事操作系统研究，但多次申请得不到批准项目无着落，他们在一台无人用的PDP-7上，重新摆弄原先在MULTICS项目上设计的“空间旅行”游戏为了使游戏能够在PDP-7上顺利运行，他们陆续开发了浮点运算软件包、显示驱动软件，设计了文件系统、实用程序、shell 和汇编程序到了1970年，在一切完成后，给新系统起了个同MULTICS发音相近的名字UNIX随后，UNIX用C语言全部重写，自此，UNIX诞生了UNIXUNIX是现代操作系统的代

24、表。Unix运行时的安全性、可靠性以及强大的计算能力赢得广大用户的信赖促使UNIX系统成功的因素：首先，由于UNIX是用C语言编写，因此它是可移植的，UNIX 是世界上唯一能在笔记本计算机、PC机、工作站直至巨型机上运行的操作系统第二，系统源代码非常有效，系统容易适应特殊的需求最后，也是最重要的一点，它是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统第四代大规模集成电路计算机（1980年-至今）CP/M 操作系统随着大规模集成电路发展，个人计算机时代到来了,各种类型的个人计算机和软件层出不穷1973年Gary Kildall看到对个人计算机操作系统的需求,设计了CP/M操作系统(Contro

25、l Program/Microprocessor or Microcomputer)CP/M操作系统有较好的层次结构。它的BIOS把操作系统的其他模块与硬件配置分隔开，所以它的可移植性好,具有较好的可适应性和易学、易用性到了1981年，CP/M操作系统成为世界上流行最广的8位操作系统之一微软MS DOS个人计算机的成功，逼得IBM采取紧急战略行动,决定要在1980年尽快生产出微型计算机，以应付挑战但没有操作系统不行。要想快就是找现成系统配套，IBM公司洽谈 CP/M操作系统不顺利，机遇落到了微软公司在关键时刻，开发新操作系统时间和人手上已经不可能，微软找到西雅图计算机产品公司，达成由微软经销西

26、雅图计算机产品公司的QDOS操作系统的协议当时西雅图公司并不知道QDOS将被转卖给IBM，否则历史将会怎样演变，谁也无法知晓IBM在1981年推出个人计算机，宣布了DOS操作系统随着IBM PC和MS DOS普及，CP/M逐渐走向下坡路MS DOS有优良的文件系统 但受到Intel x86体系结构的限制 缺乏以硬件为基础的存储保护机制它属于单用户单任务操作系统从1981的 1.0版到1998年在Windows 95/98之下的7.0版，MS DOS历经了16个年头迄今仍有MS DOS爱好者继续开发各种DOS软件产品MAC OS、鼠标的新型个人计算机1984年，人们看到一则广告：“What wa

27、s that?”和对Macintosh的介绍,这是配有图形界面操作系统 MAC OS和鼠标的新型个人计算机MAC机一上市立即在市场上获得极大的成功当年比尔.盖茨都说，这是一台他的妈妈也能使用的计算机Macintosh把苹果公司从连续的失败中拯救出来 苹果公司又开始向前发展正是Mac先进图形界面操作系统技术，超前PC机若干年，造就了一批苹果的忠实追随者一波三折的微软Windows操作系统1983年10月，PC机竞争厂家的图形界面相关产品上市面对市场压力，比尔.盖茨在1983年11月10日宣布推出Windows操作系统然而宣布容易，交货就不简单了，Windows交货期的灾难，成了当年计算机界的笑柄

28、直到1985年11月20日，Windows 1.0才正式上市Windows的历史记录Windows在当时微软历史上创了几个记录：延迟交货次数最多，投入开发人员最多，开发时间最长，更换主管人员最多不过几年之后，Windows终于创造了销售成绩最佳的历史记录1992年4月，推出Windows 3.1,1993年5月，发表Windows NT，Windows 95，Windows CE，Windows 98，Windows 2000个人计算机采用Windows占90以上，微软公司成了垄断PC行业的同义词基于微内核的Mach操作系统1975年Rochester大学开发了RIG 操作系统系统设计者之一R

29、ichard Rashid 移居到CMU后，在DARPA支持下，1984年开始了Mach的开发希望Mach能与UNIX兼容，运行线程，更好的进程通信机制，支持多处理机及好的虚拟存储系统Mach第一个版本是1986年为VAX 11/784四CPU多处理机发布1988年的Mach 2.5版包含了大量的BSD UNIX的代码1989年，Mach 内核中去掉了所有的BSD UNIX的代码，剩下了一个纯的Mach微内核，这就是Mach 3.0版本，它是OSF发布的基础Mach中采用了许多当代操作系统使用的技术,微内核、线程、进程间消息传递和面向对象的设计方法等等在Mach的基础上，有不少用于微处理器、多

30、处理器以及超级计算机的操作系统和实时嵌入式操作系统陆续设计和开发出来，如OSF/1，DCE Unix,NeXT等等IBM大型计算机操作系统OS/39090年代末期，电子商务发展刺激对计算能力的要求，导致大型机市场的再度升温三十年的改进,IBM S/390已成为有高可靠性、可扩展性、及安全可用性的现代大型计算机系统支持UNIX 95标准，UNIX应用程序可在IBM OS/390上运行；同时还可继续运行S/390应用程序，包括S/370上开发的应用程序包括TCP/IP的多种通信协议，具有高网络安全性采用面向对象程序设计、并行处理、分布式处理以及客户机/服务器技术，具有较强的互操作性、可移植性与可扩

31、展性由于历史渊源，OS/390有不同的系统运行方式:S/370本机模式，支持原先在S/370运行的程序 ESA/390模式，支持到10个240M处理器内存和256个通道 ESA/390 LPAR模式，系统可分成最多十个部分，每个部分有自己的CPU，存储器和通道，且分别运行不同的操作系统，如S/370,ESA/370 和ESA/390等在PC机时代，人们曾经估计大型计算机会衰亡IBM S/390是大型计算机复活的一个典型 那么，在21世纪的Internet和后PC的时代，大型机还会有什么演化，只有让时间来说明Internet时代与Linux1990年秋天，Linus在芬兰首都赫尔辛基大学学习操作

32、系统课程，因为上机需要排队等待，Linus买了台PC机，开发了第一个程序，程序包括两个进程，向屏幕上写字母，然后用定时器来切换进程Linus需要终端仿真程序来存取Usenet新闻组的内容，于是他写了从调制解调器上接发信息的程序以及显示器、键盘和调制解调器的驱动程序然后写了磁盘驱动程序，文件系统，一旦有了进程切换、文件系统和设备驱动程序，当然就拥有了一个操作系统原型，或者至少是它的一个内核Linux就以这样极其古怪但也极其自然式问世操作系统领域中新的操作系统有线电视机顶盒领域，PowerTV移动通信领域，EPOC掌上计算机领域，Palm OS数字影像领域，Digita研究中的新的操作系统哈佛大学

33、的VINO，使应用得以重用内核构件犹他州大学的OSKit，提供构造操作系统所需的基础构件，也提供高层次构件。OSKit可用来构造新的OS MIT Exokernel,该系统只有一个极小的核。系统抽象通过Library Operating System完成加州大学伯克利分校NOW集群操作系统，100台Ultra SPARC-I处理机集群，排名于世界最快的200台超级计算机之内NASA空间飞行中心(GSFC)研制Beowulf项目开始于1994年，用商业化的微型计算机，Linux和以太网等构造集群。已有世界各地的约六十个大学和研究机构在使用嵌入式操作系统嵌入式操作系统被定义为：以应用为中心、以计算

34、机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机操作系统。嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，如果独立于应用自行发展，则会失去市场。嵌入式处理器的功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等方面均受到应用要求的制约，这些也是各个半导体厂商之间竞争的热点。嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键。软件要求固化存储，软件代码要求高质量、高可靠性，系统软件(OS)的高实时性是基本要求。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。思考和回顾个人计算机的兴起，

35、结束了IBM的霸主地位Internet普及，Linux的成功，极大地推动了当代操作系统的研究发展活动据不完全统计，当前在Internet上，有超过100个操作系统的项目在14个国家中进行着一批批的程序设计员们自愿通过互联网组织成为研究小组，从事着各类操作系统的研究开发工作思考和回顾（续1）在一些影响全球的操作系统的诞生和发展过程中，大师们设计那些知名操作系统的初始动机真是各不相同的一个操作系统成功的缘由，似乎也在于某种机遇，往往是有心裁花花不开，无心插柳柳成行未来操作系统的发展是否还会是这个模式?在Internet时代，新概念、新思想、新原理和新技术层出不穷谁又能预测，未来会有什么样的新型操作

36、系统在国际互联网上问世呢！5.1.5 5.1.5 操作系统的分类操作系统的分类批处理操作系统（多道批处理）批处理操作系统（多道批处理）分时操作系统分时操作系统实时操作系统实时操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统个人计算机操作系统个人计算机操作系统网络操作系统网络操作系统分布式操作系统分布式操作系统批处理操作系统工作方式：工作方式：用户将作业交给系统操作员用户将作业交给系统操作员系统操作员将许多用户的作业组成一批作业系统操作员将许多用户的作业组成一批作业之后输入到计算机中，在系统中形成一个自之后输入到计算机中，在系统中形成一个自动转接的连续的作业流动转接的连续的作业流启动操作系统启动操作系统系统

37、自动、依次执行每个作业系统自动、依次执行每个作业最后由操作员将作业结果交给用户最后由操作员将作业结果交给用户卡片卡片早期批处理系统早期批处理系统IBM1401IBM7094IBM1401输入磁带输入磁带磁带机磁带机卡卡片片阅阅读读机机输出磁带输出磁带打打印印机机$END$RUNData for program$LOADFortran program$FORTRAN$JOB,10,429754 Cherry Chen 典型的典型的FMS JOB FMS JOB 结构结构批处理操作系统特点多道：多道指某个作业占用CPU，若由于某种原因暂时不用CPU 则系统让第二个作业占用CPU成批处理：用户自己不

38、能干预自己作业的运行，一旦发现作业错误不能及时改正，并延长开发软件时间，所以适用于成熟的程序。Spooling系统（技术）1961年，英国曼彻斯特大学，Atalas机Simultaneous Peripheral Operation On-Line同时的外围设备联机操作-假脱机技术利用磁盘作缓冲，将输入、计算、输出分别组织成独立的任务流，使I/O和计算真正并行Spooling系统工作原理-作业进入到磁盘上的输入井-按某种调度策略选择几种搭配得当的作业，并调入内存-作业运行的结果输出到磁盘上的输出井-再由磁盘上的输出井将结果送到打印机批处理操作系统优缺点-优点：作业流程自动化 效率高，吞吐率高

39、吞吐量：单位时间内处理作业的个数-缺点：无交互手段，调试程序困难分时操作系统工作方式:一台主机连接了若干个终端每个终端有一个用户在使用交互式的向系统提出命令请求系统接受每个用户的命令采用时间片轮转方式处理服务请求并通过交互方式在终端上向用户显示结果用户根据上步结果发出下道命令主机主机终终端端分时操作系统时间片：操作系统将CPU的时间划分成若干个片段,称为时间片操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用户服务每次服务一个时间片(其特点是利用人的错觉，使人感觉不到)分时操作系统特点多路性交互性“独占”性及时性同时有多个用户使用一台计算机同时有多个用户使用一台计算机宏观上：是多个人同时使用一个宏观上：

40、是多个人同时使用一个CPUCPU微观上：多个人在不同时刻轮流使用微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPUCPU用户根据系统响应结果进一步用户根据系统响应结果进一步提出新请求提出新请求(用户直接干预每一步用户直接干预每一步)用户感觉不到计算机为其他人服务用户感觉不到计算机为其他人服务（OSOS提供虚机器，各个用户的虚提供虚机器，各个用户的虚机器互不干扰）机器互不干扰）系统对用户提出的请求及时响应系统对用户提出的请求及时响应5.1.6 5.1.6 操作系统的功能操作系统的功能1.处理机管理处理机管理 在多道程序环境下，处理机的分配和运行都是以进程为基在多道程序环境下，处理机的分配和运行都是以进程为基

41、本单位，因而对处理机的管理归结为对进程的管理。本单位，因而对处理机的管理归结为对进程的管理。（1）进程控制）进程控制 创建、撤消进程，进程状态转换创建、撤消进程，进程状态转换 通过通过原语原语或系统调用实现或系统调用实现（2）进程同步）进程同步 协调进程间的关系协调进程间的关系 互斥互斥和和同步同步 同步机制同步机制 如锁、信号量如锁、信号量（3）进程通讯）进程通讯 进程间的信息交换进程间的信息交换 直接通讯和间接通讯直接通讯和间接通讯（4）进程调度）进程调度 为进程分配处理机为进程分配处理机 核心为核心为调度算法调度算法 2.存储管理存储管理（1）存储分配）存储分配 为进程分配存储空间为进程

42、分配存储空间 静态分配和动态分配静态分配和动态分配（2）存储保护）存储保护 防止程序相互干扰防止程序相互干扰 硬、软件结合实现硬、软件结合实现（3）存储共享）存储共享 多个作业共同使用同一存储空间多个作业共同使用同一存储空间 解决存储空间不足解决存储空间不足（4）存储扩充）存储扩充 在不增加物理内存的情况下在不增加物理内存的情况下 向用户提供海量存储空间向用户提供海量存储空间 3.设备管理设备管理任务：分配与回收设备任务：分配与回收设备 驱动设备驱动设备 响应响应I/O请求请求目的：提高目的：提高I/O设备利用率设备利用率 方便使用方便使用I/O设备设备 （1）缓冲管理）缓冲管理 解决解决CP

43、U与与I/O速度不匹配速度不匹配 缓冲机制：单缓冲、双缓冲、缓冲池缓冲机制：单缓冲、双缓冲、缓冲池（2）设备分配）设备分配 分配设备（含通道、控制器）分配设备（含通道、控制器）设备分配表设备分配表（3）设备处理）设备处理 控制设备工作，处理中断请求控制设备工作，处理中断请求 设备驱动程序设备驱动程序（4）设备独立性和虚拟设备）设备独立性和虚拟设备 设备独立性设备独立性（device independence)指应用程序独立于物理设备，即用户程序与物理设备无关指应用程序独立于物理设备，即用户程序与物理设备无关 虚拟设备虚拟设备 将一个物理设备变换为多个与之对应的逻辑设备，供多个用户共享将一个物理设备变换为多个与之对应的逻辑设备，供多个用户共享4.文件管理文件管理（1）文件空间管理）文件空间管理 分配、回收文件空间分配、回收文件空间（2）目录管理）目录管理 目录登记文件，实现文件按名存取，共享与保护目录登记文件，实现文件按名存取，共享与保护（3）文件读写和存取控制）文件读写和存取控制 实现对文件的具体访问实现对文件的具体访问 防止文件被坏防止文件被坏 5.用户接口用户接口（1）命令接口）命令接口 键盘命令键盘命令（2）图形接口）图形接口 窗口菜单窗口菜单（3）程序接口）程序接口 系统调用系统调用