2操作系统的特征及.pdf

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1、2 操作系统的特征及功能主要特征特征并发并发(Concurrency)共享共享(Sharing)虚拟（虚拟（Virtual）异步（异步（Asynchronism）不可再现（不确定性）不可再现（不确定性）安全性安全性可测试性可测试性并发（concurrency）处理多个同时性活动的能力处理多个同时性活动的能力在计算机系统中同时存在多个程序在计算机系统中同时存在多个程序宏观上：这些程序是同时在执行的宏观上：这些程序是同时在执行的微观上：任何时刻只有一个程序在执微观上：任何时刻只有一个程序在执行（单行（单CPU），即微观上这些程序在），即微观上这些程序在CPU上轮流执行上轮流执行并行执行并行执行（p

2、arallel execution）(与并发相似，但多指硬件支持）与并发相似，但多指硬件支持）共享（共享（sharing）操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源（共享有限的系统资源）（共享有限的系统资源）透明资源共享透明资源共享：用户和应用程序员没有意识到资源：用户和应用程序员没有意识到资源被共享被共享 空分复用资源（空分复用资源（space-multiplexed sharing）:例，建筑物分成小例，建筑物分成小公寓。内存与磁盘公寓。内存与磁盘 时分复用资源（时分复用资源（time-multiplexed sharing）:例，

3、公共停车场。例，公共停车场。在一段时间内，进程对整个计算机资源有独占的控制权。一个时间在一段时间内，进程对整个计算机资源有独占的控制权。一个时间片内使用物理处理器片内使用物理处理器显式资源共享显式资源共享：需要应用程序员管理共享机器资源：需要应用程序员管理共享机器资源 资源隔离资源隔离（resource isolation）:两进程不能改变相互使用内存两进程不能改变相互使用内存 授权共享授权共享虚拟（虚拟（Virtual）一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体分时或分空间。虚拟是操作系统管理系统资源的分时或分空间。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提

4、高资源利用率重要手段，可提高资源利用率CPU每个用户（进程）的每个用户（进程）的虚处理机虚处理机存储器每个进程都占有的地址空间（指令存储器每个进程都占有的地址空间（指令数据堆栈）数据堆栈）显示设备多窗口或虚拟终端显示设备多窗口或虚拟终端异步性异步性操作系统必须随时对以不可预测的次序发操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的事件进行响应生的事件进行响应 进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程并发进程并发 执行，执行，“走走停停走走停停”，无法预知每个进程的运，无法预知每个进程的运行推进快慢行推进快慢 难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运难以重现系

5、统在某个时刻的状态（包括重现运行中的错误）行中的错误）不确定性不确定性由共享和并发引起由共享和并发引起在操作系统中可运行多道用户程序，而每在操作系统中可运行多道用户程序，而每个用户程序的运行时间、要使用哪些系统个用户程序的运行时间、要使用哪些系统资源、使用多长时间、使用的资源是共享资源、使用多长时间、使用的资源是共享还是独占的，操作系统在程序运行前是不还是独占的，操作系统在程序运行前是不知道的知道的要求操作系统的设计要很好地解决并发和要求操作系统的设计要很好地解决并发和共享的问题，否则，将会产生不可重现的共享的问题，否则，将会产生不可重现的错误，这种不可重现的错误称为不确定性错误，这种不可重现

6、的错误称为不确定性例子：两个用户共享一台打印机例子：两个用户共享一台打印机 响应比，响应系数响应比，响应系数：Rp=Rp=作业响应时作业响应时间间/运行时间（估运行时间（估计值）计值）影响因素影响因素:CPUCPU速度速度，内外存对换内外存对换，I/OI/O调度，用户数，时调度，用户数，时间片，事件优先权间片，事件优先权等等0 02020404060608080100100120120140140160160180180200200批处理批处理响应系响应系数数设备利设备利用率用率表征操作系统的属性表征操作系统的属性(1)(1)表征操作系统的属性表征操作系统的属性(2)(2)可测试性可测试性测试

7、程序测试程序（BenchmarkBenchmark）有有中央处理单元中央处理单元（CPUCPU）：每秒百万条指令：每秒百万条指令MIPSMIPS事件事件（EventEvent）：每秒处理事务数：每秒处理事务数TPSTPS 可扩充性、可移植性、可读性、可可扩充性、可移植性、可读性、可“生生成成”性性 安全可靠性安全可靠性功能作业管理（作业管理（job managementjob management）文件管理（文件管理（file managementfile management）存储管理（存储管理（store,storage,main store,storage,main storage ma

8、nagementstorage management）设备管理（设备管理（devices managementdevices management）进程管理（进程管理（process managementprocess management）练习第三节完返回Os的服务处理机管理目标目标：完成处理机资源的分配调度等功能（处理机调：完成处理机资源的分配调度等功能（处理机调度的单位可为进程或线程）度的单位可为进程或线程）进程控制进程控制：创建、撤销、挂起、改变运行优先级等：创建、撤销、挂起、改变运行优先级等主动改变进程的状态主动改变进程的状态进程同步进程同步：协调并发进程之间的推进步骤，以协调资：协

9、调并发进程之间的推进步骤，以协调资源共享；交换信息能力弱源共享；交换信息能力弱进程通信进程通信：进程之间传送数据，以协调进程间的协作；：进程之间传送数据，以协调进程间的协作；交换信息能力强，也可以用来协调进程之间的推交换信息能力强，也可以用来协调进程之间的推进进进程调度进程调度：作业和进程的运行切换，以充分利用处理：作业和进程的运行切换，以充分利用处理机资源和提高系统性能；未必是进程控制操作所机资源和提高系统性能；未必是进程控制操作所引起（可能是时间片轮转、引起（可能是时间片轮转、I/O操作）操作）同一类型内的公平性、高效率（吞吐量大）、作业周同一类型内的公平性、高效率（吞吐量大）、作业周转时

10、间等转时间等存储管理管理目标管理目标：提高利用率、方便用户使用、提供足：提高利用率、方便用户使用、提供足够的存储空间、方便进程并发运行够的存储空间、方便进程并发运行存储分配与回收存储分配与回收存储保护存储保护：保证进程间互不干扰、相互保密；如：保证进程间互不干扰、相互保密；如：访问合法性检查、甚至要防止从访问合法性检查、甚至要防止从垃圾垃圾中窃取其中窃取其他进程的信息他进程的信息地址映射（变换）地址映射（变换）：进程逻辑地址到内存物理地：进程逻辑地址到内存物理地址的映射址的映射内存扩充（覆盖、交换和虚拟存储）内存扩充（覆盖、交换和虚拟存储）：提高内存：提高内存利用率、扩大进程的内存空间利用率、

11、扩大进程的内存空间设备管理设备管理的目标设备管理的目标：方便的设备使用、提高：方便的设备使用、提高CPU与与I/O设备利用率设备利用率设备操作设备操作：利用设备驱动程序（通常在内核中）：利用设备驱动程序（通常在内核中）完成对设备的操作。完成对设备的操作。设备独立性设备独立性：提供统一的：提供统一的I/O设备接口，使应用程设备接口，使应用程序独立于物理设备，提高可适应性；在同样的接序独立于物理设备，提高可适应性；在同样的接口和操作下完成不同的内容（如口和操作下完成不同的内容（如FAX Modem作作为为Windows上的打印机设备）上的打印机设备）设备分配与回收设备分配与回收：在多用户间共享：在

12、多用户间共享I/O设备资源设备资源虚拟设备虚拟设备：设备由多个进程共享，每个进程如同：设备由多个进程共享，每个进程如同独占独占缓冲区管理缓冲区管理：匹配：匹配CPU和外设的速度，提高两者和外设的速度，提高两者的利用率（单缓冲区、双缓冲区和公用缓冲区）的利用率（单缓冲区、双缓冲区和公用缓冲区）文件管理目标目标：解决软件资源的存储、共享、保密和保护：解决软件资源的存储、共享、保密和保护文件存储空间管理文件存储空间管理：解决如何存放信息，以提高：解决如何存放信息，以提高空间利用率和读写性能空间利用率和读写性能目录管理目录管理：解决信息检索问题。文件的属性（如：解决信息检索问题。文件的属性（如文件名）

13、、单一副本赋予多文件名文件名）、单一副本赋予多文件名文件的读写管理和存取控制文件的读写管理和存取控制：解决信息安全问题。：解决信息安全问题。系统设口令、用户分类、文件权限系统设口令、用户分类、文件权限软件管理软件管理：软件的版本、相互依赖关系、安装和：软件的版本、相互依赖关系、安装和拆除等拆除等用户接口目标目标：提供一个友好的用户访问操作系统的接口：提供一个友好的用户访问操作系统的接口操作系统向上提供两种接口操作系统向上提供两种接口命令接口命令接口：供用户用于组织和控制自己的作业运：供用户用于组织和控制自己的作业运行。命令行、菜单式或行。命令行、菜单式或GUI（联机）、命令、脚（联机）、命令、脚本（脱机）本（脱机）编程接口编程接口：供用户程序和系统程序调用操作系统：供用户程序和系统程序调用操作系统功能。系统调用和高级语言库函数功能。系统调用和高级语言库函数练习1、并发和是操作系统两个最基本的特征,两者之间互为存在条件2、在分时和批处理结合的操作系统中引入“前台”和“后台”作业的概念，其目的是。共享提高CPU的利用率