操作系统第一章引论.ppt

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1、计算机操作系统原理计算机操作系统原理 Principles of Operating System主讲：彭文清主讲：彭文清 前前 言言 由于操作系统（由于操作系统（OS）是计算机最重要的）是计算机最重要的系统软件，同时系统软件，同时OS也是计算机领域中最活跃也是计算机领域中最活跃的学科之一，其更新、发展的速度十分迅速。的学科之一，其更新、发展的速度十分迅速。本课程不是讨论某一个特定的操作系统，本课程不是讨论某一个特定的操作系统，而是就一般情况，从功能及应用的角度，讨论而是就一般情况，从功能及应用的角度，讨论操作系统的组成、原理及各种不同的实现的机操作系统的组成、原理及各种不同的实现的机制。制。

2、参考教材参考教材计算机操作系统计算机操作系统 汤子瀛等汤子瀛等 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社计算机操作系统教程计算机操作系统教程 张尧学张尧学 史美林史美林 清华大学出版社清华大学出版社操作系统教程操作系统教程 王素华王素华 人民邮电出版社人民邮电出版社计算机操作系统教程计算机操作系统教程 周长林周长林 左万历左万历 高等教育出版社高等教育出版社操作系统基础操作系统基础 屠立德屠立德 屠祁屠祁 清华大学出版社清华大学出版社 参考教材参考教材操作系统原理操作系统原理DOS篇篇 张昆苍张昆苍 清华大学出版社清华大学出版社Operating Systems William Stall

3、ingsModern Operating System Andrew S.TanenbaumOperating System Concept Abrahan Silberschatz,Peter B.Galvin课程的地位及特点课程的地位及特点本课程地位专业核心课程考研核心课程技术开发的理论基础课程的特点 实践性强（从实践总结出原理）涉及面广（并行程序，性能问题，结构问题，程序方法论，软件工程等等）错综复杂：纵横交错为什么学习操作系统为什么学习操作系统 加深对使用的操作系统的理解，有利于深入编程；用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道编程时借鉴操作系统的设计思想和算法（比如插件开发、微内核）

4、操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他领域存在人们意识不到的大量“操作系统”（如:嵌入式系统家电、手机）设计操作系统或者修改现有的系统选择购买操作系统：因为我们并不总使用Windows 2000/XP操作系统操作系统涉及到计算机科学很多领域涉及到计算机科学很多领域计算机体系结构/硬件软件设计程序设计语言数据结构算法网络学习核心技术并能在其他地方应用操作系统是目前最复杂的软件系统如何学好本课程如何学好本课程1 1、理论学习、理论学习2 2、实验、实习、实验、实习3 3、（选学）（选学）源代码分析、参与（以源代码分析、参与（以LinuxLinux为例为例）成绩评定：成绩评定：平时成绩实验

5、 期末考试(闭卷)比例：平时成绩 15%15%实验 25%期末考试 60%学习要求：学习要求：按时上课，认真听讲阅读参考书认真记笔记，整理笔记思考，讨论，提问第第 一一 章章为什么要学习为什么要学习“操作系统操作系统”？操作系统的形成与发展。操作系统的形成与发展。现代操作系统应该具备的功能、特征。现代操作系统应该具备的功能、特征。操作系统的分类。操作系统的分类。为什么要学习“操作系统”(一）一一.操操作作系系统统OS（Operating System）是是最最重重要要的的系系统统软软件件，在在计计算算机机系系统统中中占占据据了了特特殊殊重重要要的地位的地位。1.1.OSOS是是配配置置在在计计

6、算算机机硬硬件件上上的的第第一一 层层软软件件，是是对对计计算算机机硬硬件件的的首首次扩充。次扩充。2.2.所所有有的的计计算算机机软软件件都都必必须须在在操作系统操作系统 的支持下才能运行。的支持下才能运行。用户程序用户程序系统应用程序系统应用程序操作系统操作系统操作系统操作系统裸机裸机操作系统操作系统操作系统操作系统 为什么要学习“操作系统”（二）二二.操操作作系系统统OS成成为为计计算算机机系系统统中中最最活活跃跃、发发展展最最迅迅速速的的领领域域。Microsoft 公司公司89年从年从DEC公司挖来了公司挖来了VMS 的主要开发的主要开发者者David Cutler 负责开发多处理机

7、系统负责开发多处理机系统：Windows New Technology（NT）93 年年6月月 正式发布正式发布 NT 3.1 94 年年9月月 正式发布正式发布 NT 3.5 96 年年9月月 正式发布正式发布 NT 4.0以微软的操作系统为例：以微软的操作系统为例：从从 DOS WINDOWS19851985年秋年秋 16 16位的位的 WINDOWS WINDOWS 问世问世19951995年年 正式推出正式推出3232位的位的 WINDOWS 95 WINDOWS 95199798199798年年6 6月月 正式推出正式推出 WINDOWS 98 WINDOWS 98 2000 200

8、0年年2 2月月 正式推出正式推出 WINDOWS 2000 WINDOWS 2000 2000 2000年年9 9月月 正式推出正式推出 WINDOWS ME WINDOWS ME 2001 2001年年3 3月月 WINDOWS XP Beta 2 WINDOWS XP Beta 2 为什么要学习“操作系统”（三）Windows Windows 20002000 是是在在Windows Windows NTNT 的的基基础础上上开开发发的的。并与并与INTERNETINTERNET充分集成。充分集成。Windows 2000 Windows 2000 有四个版本：有四个版本：Windows

9、 Windows 2000 2000 ProfessionalProfessional 个个人人型型，可可支支持持2 2个个CPU,4GCPU,4G内存内存.Windows Windows 2000 2000 ServerServer 中中、小小型型企企业业网网络络操操作作系系统统。提供多种服务器功能。可支持提供多种服务器功能。可支持2 2个个CPU,4GCPU,4G内存内存.Windows Windows 2000 2000 Advanced Advanced ServerServer 具具备备Windows Windows 2000 2000 ServerServer的的全全部部功功能能。

10、支支持持多多达达8 8个个CPUCPU的的SMPSMP功功能能、群群集功能，集功能，8G8G内存。内存。Windows Windows 2000 2000 Datacenter Datacenter ServerServer 功功能能最最强强，适适于于大大数数据据量量的的服服务务器器。支支持持3232个个CPUCPU的的SMPSMP功功能能，高高达达64G64G的内存。的内存。为什么要学习“操作系统”（四）三三.应应用用软软件件的的开开发发与与OS 密密切切相相关关。了了解解操操作作系系统统的的组组成成及及工工作作原原理理，能能更更加加有有效效地地设设计计与与开开发发高高质质量量的的应应用软件

11、。用软件。例如例如 ：windows windows为软件开发提供了一个完备的图形环境。为软件开发提供了一个完备的图形环境。Windows Windows界面下任何网络信息传送只作为其多任务中界面下任何网络信息传送只作为其多任务中 的一个，将不影响其它任务的操作和完成的一个，将不影响其它任务的操作和完成 。这主要。这主要 靠靠WindowsWindows的消息发布机制实现。的消息发布机制实现。四四.反反之之，高高质质量量的的应应用用软软件件对对发发挥挥计计算算机机的的效效能能，充充分利用计算机的资源，提高经济效益，起着重要作用。分利用计算机的资源，提高经济效益，起着重要作用。1.1 操作系统的

12、形成与发展（一）50年年代代至至今今，操操作作系系统统经经历历了了从从简简单单到到复复杂杂，从低级到高级的发展过程。从低级到高级的发展过程。人工操作方式人工操作方式早期批处理方式早期批处理方式管理程序阶段管理程序阶段多道程序系统多道程序系统 管管理理程程序序是是操操作作系系统统的的雏雏形形，在在出出现现多多道道程程序序系统系统以后，现代操作系统才真正形成和发展。以后，现代操作系统才真正形成和发展。1.1 操作系统的形成与发展（二）5050年年代代至至今今，操操作作系系统统经经历历了了从从简简单单到到复复杂杂，从从低低级级到到高级的发展过程。高级的发展过程。一、人工操作方式（一、人工操作方式（4

13、5年年 50年代中）年代中）1.无操作系统，人工直接使用计算机硬件系统无操作系统，人工直接使用计算机硬件系统.独占计算机资源独占计算机资源 CPU等待人工操作（等待人工操作（90%空闲）空闲）2.脱机脱机 I/O 方式方式(Off-Line I/O）I/O操作由外围机完成，通过中间介质（磁盘、带）将操作由外围机完成，通过中间介质（磁盘、带）将输入数据调入内存，输入数据调入内存，CPU将输出数据从内存送到磁盘。将输出数据从内存送到磁盘。1.1 操作系统的形成与发展（三）二、早期批处理方式二、早期批处理方式（Batch Processing）早期批处理系统是操作系统的雏形，是将作业按照一早期批处理

14、系统是操作系统的雏形，是将作业按照一定顺序组织起来，由定顺序组织起来，由监督程序监督程序（Monitor）自动、连续执行。自动、连续执行。提高提高CPUCPU利用率，减少用户作业的转接时间。利用率，减少用户作业的转接时间。由于内存中仅有一道作业，故又称为由于内存中仅有一道作业，故又称为单道批处理系统单道批处理系统。1.联机批处理方式联机批处理方式 I/O设备与主机相联接，由监督程序控制作业的装入、运设备与主机相联接，由监督程序控制作业的装入、运行与转接。行与转接。2.2.脱机批处理方式脱机批处理方式 在外围机上作慢在外围机上作慢 I/O，I/O数据存放于中间媒体。数据存放于中间媒体。1.1 操

15、作系统的形成与发展（四）脱机批处理方式脱机批处理方式 批处理方式实现了作业的自动过渡，改善了批处理方式实现了作业的自动过渡，改善了CPUCPU与与 I/O I/O设备速度不匹配的矛盾。设备速度不匹配的矛盾。监督程序监督程序 操作系统的雏型。操作系统的雏型。为为了了减减少少人人工工操操作作的的时时间间，利利用用常常驻驻内内存存的的监监督督程序程序管理控制作业的装入、运行和转接。管理控制作业的装入、运行和转接。输入输入磁带磁带输出输出磁带磁带输入输入带带输出输出带带1.1 操作系统的形成与发展（五）三、管理程序阶段三、管理程序阶段 6060年代初，计算机硬件由于年代初，计算机硬件由于通道通道（Ch

16、annel）技术的技术的引入和引入和中断中断（Interrupt）技术的发展而取得突破新性的进）技术的发展而取得突破新性的进展。操作系统在该管理程序阶段也逐渐形成。展。操作系统在该管理程序阶段也逐渐形成。通道通道 硬件机制，专用于硬件机制，专用于I/OI/O的小型处理机，又称的小型处理机，又称I/OI/O处处理机理机 ，通道一旦启动，能与，通道一旦启动，能与CPUCPU并行操作。并行操作。中断中断 当主机接到外部信号时（如当主机接到外部信号时（如 I/O I/O完成信号）即停完成信号）即停止原来的工作，转去处理这一事件，处理完后，主机又回止原来的工作，转去处理这一事件，处理完后，主机又回到原来

17、的断点继续工作。到原来的断点继续工作。1.1 操作系统的形成与发展（六）中断处理过程：中断处理过程：管程管程不仅负责作业运行的自动调度，还要提供不仅负责作业运行的自动调度，还要提供I/OI/O控制控制功能。即管程是扩展的监督程序，常驻内存，亦称为功能。即管程是扩展的监督程序，常驻内存，亦称为执行执行程序程序。向向CPU保护保护CPU现场现场识别中断源识别中断源恢复恢复CPU现场现场1.1 操作系统的形成与发展（七）单道程序系统的工作情况单道程序系统的工作情况用户程序用户程序监督程序监督程序I/O 操作操作I/O中断请求中断请求启动启动I/O I/O完成完成结束中断结束中断I/O中断请求中断请求

18、启动启动I/OI/O完成完成结束中断结束中断t1t2t3t4t5t6t7t8显然，单道程序系统显然，单道程序系统CPU的利用率低，的利用率低，四、多道程序系统四、多道程序系统 虽然管程方式下，借助通道、中断技术，主机和通道、虽然管程方式下，借助通道、中断技术，主机和通道、I/OI/O设备都可以并行工作，进一步提高了设备都可以并行工作，进一步提高了CPUCPU的利用率，但的利用率，但是由于内存中仅存放一道程序是由于内存中仅存放一道程序,当程序在运行过程发出当程序在运行过程发出I/OI/O请求后，请求后，CPUCPU空闲，直到空闲，直到I/OI/O完成后才继续运行。完成后才继续运行。1.1 1.1

19、 操作系统的形成与发展（八）操作系统的形成与发展（八）程序程序 A 程序程序 B 程序程序 C 程序程序 D调度程序调度程序程序程序A I/O请求请求程序程序B I/O请求请求程序程序C I/O请求请求程序程序D I/O请求请求程序程序A I/O完成完成程序程序B I/O完成完成程序程序A再次被调度再次被调度程序程序C I/O完成完成t多道程序系统的工作情况多道程序系统的工作情况 为了进一步提高为了进一步提高CPUCPU的利用率，形成了多道程序系统，的利用率，形成了多道程序系统，观察下面多道程序系统的工作情况：观察下面多道程序系统的工作情况：单道与多道程序系统对比单道与多道程序系统对比单道程序

20、系统单道程序系统用户程序用户程序监督程序监督程序I/O 操作操作I/O中断请求中断请求启动启动I/O I/O完成完成结束中断结束中断I/O中断请求中断请求启动启动I/OI/O完成完成结束中断结束中断t1t2t3t4t5t6t7t8 程序程序 A 程序程序 B 程序程序 C 程序程序 D调度程序调度程序程序程序AI/O请求请求程序程序B I/O请求请求程序程序C I/O请求请求程序程序D I/O请求请求程序程序A I/O完成完成程序程序B I/O完成完成程序程序A再次被调度再次被调度程序程序C I/O完成完成t多道程序系统多道程序系统1.2 操作系统的分类 由于多道程序系统的发展，逐渐形成了现代

21、由于多道程序系统的发展，逐渐形成了现代操作系统。操作系统。通常分为：通常分为：批处理操作系统批处理操作系统分时操作系统分时操作系统实时操作系统实时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一、批处理系统批处理系统分为：批处理系统分为：单道批处理系统单道批处理系统 多道批处理系统多道批处理系统 远程批处理系统远程批处理系统 1.批处理系统的特点：批处理系统的特点：优点：优点：系统吞吐量大，操作系统开销小。资源利用率高。系统吞吐量大，操作系统开销小。资源利用率高。缺点：缺点：平均周转周期长平均周转周期长。无交互功能。无交互功能。问题：什么是批处理系统？什么是单道、多道、远程批处问

22、题：什么是批处理系统？什么是单道、多道、远程批处理系统？理系统？二、多道批处理系统二、多道批处理系统多道批处理系统多道批处理系统（Batch Processing System）为了解决为了解决CPU利用率低的问题，引入了利用率低的问题，引入了多道程序设计多道程序设计 技术技术其特点是：其特点是：多道性多道性 ，内存中同时存放多道相互独立的程序。，内存中同时存放多道相互独立的程序。宏观上多道程序并行宏观上多道程序并行，微观上交替执行。，微观上交替执行。共享软、硬件资源共享软、硬件资源 ，使计算机四类资源（，使计算机四类资源（CPUCPU、内、内存、外设、信息文件），尤其是存、外设、信息文件），

23、尤其是CPUCPU得到充分利用。得到充分利用。多道批处理系统多道批处理系统 在多道程序系统的基础上，进一步发展三类基本的在多道程序系统的基础上，进一步发展三类基本的OS：多道批处理系统多道批处理系统 分时系统分时系统 实时系统实时系统2.2.多道批处理系统需要解决什么的问题多道批处理系统需要解决什么的问题多道批处理系统需要解决什么的问题多道批处理系统需要解决什么的问题？CPU的共享、分配和回收。的共享、分配和回收。内存的分配与回收。内存的分配与回收。各种各种I/O设备的分配与回收。设备的分配与回收。文件的组织、管理，安全保护。文件的组织、管理，安全保护。作业管理。作业管理。三三.分时系统（分时

24、系统（Time Sharing System）所谓所谓“分时分时”是指多个用户对系统资源进行时间上的分享。是指多个用户对系统资源进行时间上的分享。是通过分配是通过分配“时间片时间片”（Time Slice）来实现的。来实现的。1.主要特点主要特点 多路性多路性 一台主机同时连接多台终端，系统支持多个终一台主机同时连接多台终端，系统支持多个终 端用户同时工作，按照分时端用户同时工作，按照分时原则为用户服务原则为用户服务。独立性独立性 各用户终端相互独立工作，互不干扰。各用户终端相互独立工作，互不干扰。及时性及时性 用户请求能得到及时响应。用户请求能得到及时响应。交互性交互性 提供人机对话功能。提

25、供人机对话功能。三三.分时系统（二）分时系统（二）分时操作系统是一个联机的（分时操作系统是一个联机的（On-line）、多用户）、多用户（Multiuser）、交互式（）、交互式（Interactive）操作系统。）操作系统。问问 题题：实现分时系统有哪些主要问题需要解决？实现分时系统有哪些主要问题需要解决？三三.分时系统（三）分时系统（三）2、分时系统的实现、分时系统的实现按按“时间片轮转时间片轮转”的调度策略的调度策略影响影响响应时间响应时间的因素的因素：A。系统开销系统开销包括对外存的访问时间及信息传输时间。包括对外存的访问时间及信息传输时间。单道系统单道系统 主要是内外存交换。主要是内

26、外存交换。多道系统多道系统 进程调度与内外存交换。进程调度与内外存交换。B。用户数目。用户数目 响应时间响应时间nq（n-用户数、用户数、q-时间片）时间片）C。时间片。时间片 时间片愈短，响应时间愈快。但过短，时间片愈短，响应时间愈快。但过短，增加系统开销。增加系统开销。D。对换信息量。对换信息量 信息量大，响应时间长。信息量大，响应时间长。响应时间响应时间 分时系统是否成功的关键。分时系统是否成功的关键。四、实时系统四、实时系统实时系统实时系统（Real-Time System）1.“实时实时”立即、及时，指系统能够及时响应立即、及时，指系统能够及时响应随机发生的外部事件，并以足够快的速度

27、完成对随机发生的外部事件，并以足够快的速度完成对时间事件的处理。时间事件的处理。实时控制系统实时控制系统 （工业过程控制，飞行物发射自（工业过程控制，飞行物发射自控系统）控系统）实时信息系统实时信息系统 （情报检索，机票订购等）情报检索，机票订购等）四、实时系统四、实时系统 2.实时操作系统的特征实时操作系统的特征 及时性及时性 对响应时间有较高要求。对响应时间有较高要求。可靠性可靠性 实时系统的处理对象多为重要的经济或实时系统的处理对象多为重要的经济或 军事目标，要求系统具有高可靠性。军事目标，要求系统具有高可靠性。容错管理功能（过载保护、故障检测、系统重构）容错管理功能（过载保护、故障检测

28、、系统重构）硬件的冗余措施（多处理机、系统前后台工作）硬件的冗余措施（多处理机、系统前后台工作）多路性多路性对多路现场信息进行采集对多路现场信息进行采集 ，对多个对，对多个对象或执行机制进行控制。象或执行机制进行控制。对信息的采集及对对象的控制相互独对信息的采集及对对象的控制相互独立，互不干扰。立，互不干扰。人与系统的交互，仅限于对某些专用人与系统的交互，仅限于对某些专用服务程序的访问。服务程序的访问。独立性独立性交互性交互性问问 题题 实实时时操操作作系系统统与与分分时时系系统统有有什什么么相相同同和和不同之处？不同之处？1.3 1.3 操作系统的功能（一操作系统的功能（一）从两个不同的角度

29、讨论操作系统的功能：从两个不同的角度讨论操作系统的功能：1.资源管理资源管理 协调、管理计算机的软、硬件资源，提高协调、管理计算机的软、硬件资源，提高其利用率。其利用率。2.用户角度用户角度 为用户提供使用计算机的环境和服务。为用户提供使用计算机的环境和服务。计算机四大类资源计算机四大类资源1.3 1.3 操作系统的功能（二操作系统的功能（二）一一.处理机管理处理机管理 处理机管理的处理机管理的基本任务基本任务基本任务基本任务是：按照一定策略，对处是：按照一定策略，对处理机进行分配及进行资源回收。理机进行分配及进行资源回收。由于在多道程序系统中，处理机的分配和运行都由于在多道程序系统中，处理机

30、的分配和运行都是以是以进程进程为单位的，故为单位的，故处理机管理又归结为进程管处理机管理又归结为进程管理理。进程调度进程调度 按照某种调度策略，实现对按照某种调度策略，实现对CPUCPU的分配。的分配。进程控制进程控制 进程的创建、撤消、状态转换等控制。进程的创建、撤消、状态转换等控制。进程同步进程同步 协调、控制系统中进程的并发执行。协调、控制系统中进程的并发执行。互斥方式互斥方式 同步方式同步方式进程通信进程通信 进程之间交换信息进程之间交换信息 高级通信方式。高级通信方式。1.3 1.3 操作系统的功能（三）操作系统的功能（三）二二、存储器管理、存储器管理 主要涉及内存管理，任务是为主要

31、涉及内存管理，任务是为多道程序多道程序的执行的执行提供必要、良好的环境。为用户提供足够大的存储提供必要、良好的环境。为用户提供足够大的存储空间。空间。内存分配与回收内存分配与回收存储保护存储保护地址映射地址映射内存扩充内存扩充1.3 操作系统的功能（四）操作系统的功能（四）二二.存储器管理存储器管理2、存储保护、存储保护 保证各道程序在各自的内存空间运行，互不干保证各道程序在各自的内存空间运行，互不干扰，保护程序和数据的安全。扰，保护程序和数据的安全。1、内存分配与回收、内存分配与回收 为多道程序分配内存空间。内存分配方式分为：为多道程序分配内存空间。内存分配方式分为：静态分配静态分配 程序一

32、次装入，执行过程中不能动态程序一次装入，执行过程中不能动态 申请。申请。动态分配动态分配 程序执行过程中，位置可移动，可动程序执行过程中，位置可移动，可动 态申请内存。态申请内存。1.3 1.3 操作系统的功能（五）操作系统的功能（五）二二.存储器管理存储器管理 3.地址映射地址映射 在多道程序系统中，必须将程序的逻辑地址转在多道程序系统中，必须将程序的逻辑地址转换为内存中的物理地址程序才能够运行。换为内存中的物理地址程序才能够运行。4.内存扩充内存扩充 引入虚拟存储技术，对内存进行逻辑扩充，为引入虚拟存储技术，对内存进行逻辑扩充，为用户提供比实际内存大得多的虚拟内存。用户提供比实际内存大得多

33、的虚拟内存。1.3 操作系统的功能（六）操作系统的功能（六）三三、设备管理设备管理 基基本本任任务务是是为为用用户户提提供供统统一一的的与与设设备备无无关关的的接接口口。对对各各种种外外设设进进行行调调度度、分分配配、实实现现设设备备的的中断处理及错误处理等。中断处理及错误处理等。缓冲技术缓冲技术虚拟设备技术虚拟设备技术1.3 操作系统的功能（七）操作系统的功能（七）四四、文件管理、文件管理 即对计算机软件资源的管理。基本任务是：即对计算机软件资源的管理。基本任务是：1、负责文件的物理存储空间的组织分配与回收。负责文件的物理存储空间的组织分配与回收。2、实现文件的按名存取。实现文件的按名存取。

34、3、实现文件与目录的创建、读、写、及修改、实现文件与目录的创建、读、写、及修改、删除等基删除等基 本操作。本操作。4、文件的保护与保密。文件的保护与保密。1.3 操作系统的功能（八）操作系统的功能（八）五五、用户接口、用户接口 从用户的角度考虑操作系统的功能。用户与操作从用户的角度考虑操作系统的功能。用户与操作系统的接口，通常有三种形式：系统的接口，通常有三种形式：1、命令接口、命令接口（联机、脱机）联机、脱机）2、程序接口、程序接口（系统调用）是为用户程序在执行（系统调用）是为用户程序在执行 过程中访问系统资源而设置的一组广义指令过程中访问系统资源而设置的一组广义指令，以函数的形式提供。以函

35、数的形式提供。3、图形接口、图形接口 是一种全新的人机界面，提供图形是一种全新的人机界面，提供图形 用户界面用户界面 （GUIGUI）和符号操作。）和符号操作。P161.4 1.4 操作系统的特征（一）操作系统的特征（一）为了实现以上功能，操作系统应该具有以下基为了实现以上功能，操作系统应该具有以下基本特征：本特征：并发性（并发性（Concurrence）共享性（共享性（Sharing）虚拟性（虚拟性（Virtual）异步性（异步性（Asynchronism）问题问题1.4 1.4 操作系统的特征（二）操作系统的特征（二）一、并发性（一、并发性（ConcurrenceConcurrence）在

36、在多多道道程程序序环环境境下下，并并发发性性是是指指在在一一段段时时间间内，宏观上有多道内，宏观上有多道“程序程序”同时运行。同时运行。显然，在微观上，多道程序只能交替执行。显然，在微观上，多道程序只能交替执行。必必须须指指出出，多多个个程程序序是是不不能能并并发发执执行行的的，只只有有建建立立 进进程程。进进程程是是操操作作系系统统中中一一个个极极其其重重要要而而抽象的概念。抽象的概念。并并发发性性有有效效地地改改善善了了系系统统资资源源的的利利用用率率，提提高高系系统统的的吞吞吐吐量量。当当然然，也也使使操操作作系系统统的的实实现现变变得得复杂。复杂。进程进程1.4 1.4 操作系统的特征

37、（三）操作系统的特征（三）二、共享性（二、共享性（Sharing）是指多个进程共同使用有限的资源。分为两种方是指多个进程共同使用有限的资源。分为两种方式：式：互斥访问互斥访问 一段时间内只允许一个进程访问该资一段时间内只允许一个进程访问该资源。只有该进程释放资源后，其他进程才能访问。源。只有该进程释放资源后，其他进程才能访问。该资源称为临界资源。该资源称为临界资源。同时访问同时访问 在宏观上，允许多个进程在宏观上，允许多个进程“同时同时”访问某个资源访问某个资源。磁盘磁盘打印机打印机1.4 1.4 操作系统的特征（四）操作系统的特征（四）三、虚拟性（三、虚拟性（Virtual）虚拟是操作系统的

38、奇妙的功能，是指通过某种虚拟是操作系统的奇妙的功能，是指通过某种技术把一个物理设备变成逻辑上的多个。技术把一个物理设备变成逻辑上的多个。例如：例如：分时系统中，将一个物理分时系统中，将一个物理CPU虚拟为多个。虚拟为多个。虚拟存储管理，将一个统一编址的物理存储器虚拟存储管理，将一个统一编址的物理存储器变为多个逻辑上独立编址的存储器等。变为多个逻辑上独立编址的存储器等。1.4 1.4 操作系统的特征（五）操作系统的特征（五）四、异步性（四、异步性（AsynchronismAsynchronism）也称为不确定性（也称为不确定性（NondeterministicNondeterministic），

39、指），指在多道程序环境下，各进程交错执行，在多道程序环境下，各进程交错执行，“走走停走走停停停”，各进程的执行时间和执行顺序是不确定的。，各进程的执行时间和执行顺序是不确定的。即进程是以异步方式执行的。即进程是以异步方式执行的。1.5 操作系统的新发展操作系统的新发展 近年来，随着近年来，随着VLSIVLSI技术和计算机体系结构的技术和计算机体系结构的发展，操作系统成为发展最迅速、最活跃的领发展，操作系统成为发展最迅速、最活跃的领域之一。域之一。在微机操作系统不断发展的同时，随着计算在微机操作系统不断发展的同时，随着计算机通信技术的发展，网络操作系统、分布式操机通信技术的发展，网络操作系统、分

40、布式操作系统成了热门课题。作系统成了热门课题。1.5 操作系统的新发展操作系统的新发展并行处理系统（并行处理系统（Parallel Processing）计算机网络系统计算机网络系统分布式系统分布式系统一台计算机内部的多处理机系统一台计算机内部的多处理机系统一、多处理机系统一、多处理机系统(MPS)1、什么是多处理机系统？、什么是多处理机系统？广义上说，使用多台处理机协调工作，完成广义上说，使用多台处理机协调工作，完成用户所要求任务的计算机系统都是多处理机系统用户所要求任务的计算机系统都是多处理机系统 MPS(Multi Processor System)。1.5 1.5 操作系统的新发展（二

41、）操作系统的新发展（二）2、多处理机操作系统的类型、多处理机操作系统的类型 主从式（非对称式）主从式（非对称式）多个从机，只有一个主处理机，并配置了多个从机，只有一个主处理机，并配置了OSOS，对，对整个系统的资源进行管理，对从机进行任务分配。整个系统的资源进行管理，对从机进行任务分配。优点：优点：OSOS容易实现。容易实现。缺点：资源利用率低。缺点：资源利用率低。对称式对称式 系统中各个处理机都相同，并运行相同的系统中各个处理机都相同，并运行相同的OSOS拷贝。拷贝。优点：多个进程同时运行。具有平等性，可靠优点：多个进程同时运行。具有平等性，可靠性、可扩充性好。性、可扩充性好。缺点：实现复杂

42、，对各个处理机要求高。缺点：实现复杂，对各个处理机要求高。1.5 操作系统的新发展（三）操作系统的新发展（三）二、网络操作系统（二、网络操作系统（Network Operating System）1、计算机网络系统、计算机网络系统 计算机网络是通过通信设施将地理上分散的具计算机网络是通过通信设施将地理上分散的具有自治功能的多个有自治功能的多个 计算机系统互联，实现信息交计算机系统互联，实现信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。2、网络操作系统、网络操作系统 网络操作系统（网络操作系统（NOSNOS）是建立在各主机操作系）是建立在各主机操作系统上的

43、一种统上的一种OSOS，除了具有基本，除了具有基本OSOS的资源管理和服的资源管理和服务功能外，还要实现在不同主机系统之间的用户务功能外，还要实现在不同主机系统之间的用户通信，网络资源的共享，互操作和协作处理。通信，网络资源的共享，互操作和协作处理。1.5 操作系统的新发展（四）操作系统的新发展（四）计算机网络从逻辑上分为：计算机网络从逻辑上分为：通信子网通信子网 是网络的内层，主要用于实现数据的是网络的内层，主要用于实现数据的通信。通信。资源子网资源子网 是网络的外层，负责数据处理，资源是网络的外层，负责数据处理，资源共享。共享。分组分组组装组装/拆卸拆卸设备设备网关网关网络网络控制中心控制

44、中心GNCCPSEPSEPSEPSEPSEPSEPAD多路器 主主机机主主机机主主机机多多路路器器.终端设备终端设备终端设备终端设备分组分组交换器交换器计算机网络的类型计算机网络的类型 按照拓扑结构分类按照拓扑结构分类 系统易构造、控制功能系统易构造、控制功能 高度集中。高度集中。单信息流通路单信息流通路径，不存在路径选择。径，不存在路径选择。按照层次排列的星型按照层次排列的星型结构，便于结构，便于 管理，路管理，路径选择。径选择。采用广播通信方式，采用广播通信方式，传输速率高，信道利传输速率高，信道利用率高。地理覆盖范用率高。地理覆盖范围小，可靠性差。围小，可靠性差。环环 型型网网状状型型计

45、算机经计算机经过转发器过转发器连接到高连接到高速点对点速点对点的信道上的信道上网络易构造，传输延时确网络易构造，传输延时确定，可靠性、灵活性差。定，可靠性、灵活性差。可靠性高，可扩充性、灵活性好逻可靠性高，可扩充性、灵活性好逻辑上分为通信子网和资源子网两级辑上分为通信子网和资源子网两级网，便于异型机连接。网，便于异型机连接。星型星型树树 型型总线型总线型3、NOS的主要功能的主要功能 提供高效、可靠的网络通信功能提供高效、可靠的网络通信功能 为保证特性不同的网络计算机之间自动、正确、为保证特性不同的网络计算机之间自动、正确、可靠的通信可靠的通信 ，应该有许多约定（或规程），即：，应该有许多约定

46、（或规程），即：通信协议通信协议 关于信息传输的顺序、信息格式和关于信息传输的顺序、信息格式和内容等的约定规则。内容等的约定规则。提供多种网络服务提供多种网络服务 通通过过各各种种服服务务软软件件，进进行行远远程程作作业业登登录录，文文件件传传输服务，电子邮件，远程打印等。输服务，电子邮件，远程打印等。网络资源管理网络资源管理 协协调调系系统统资资源源的的分分配配，控控制制用用户户访访问问权权，实实现现网网络络资资源源共共享享，网网络络互互操操作作及及协协作作处处理理，负负责责网网络络安全及保密。安全及保密。ISO/OSI 开放开放系统互连参考模型系统互连参考模型应用层协议应用层协议表示层协议

47、表示层协议会晤层协议会晤层协议传输层协议传输层协议 物物 理理 介介 质质应用层应用层表示层表示层会晤层会晤层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层表示层表示层会晤层会晤层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层中继系统中继系统 中继系统中继系统主机系统主机系统主机系统主机系统Open System Interconnection Reference Mode NOS依靠在各网络层次上（依靠在各网络层次上（OSI七层参考模型）的协议七层参考模型）的协议实现通信。

48、实现通信。4、NSO的模式的模式客户客户/服务器模式（服务器模式（Client/Server）服务器服务器 用于提供数据和服务。用于提供数据和服务。客客 户户 向服务器请求服务和数据。向服务器请求服务和数据。特点：信息处理分布，控制集中。特点：信息处理分布，控制集中。对等模式（对等模式（PeertoPeer）将服务和控制功能分布到各个工作站上，将服务和控制功能分布到各个工作站上，每个工作站既可作为服务器，也可作为客户。每个工作站既可作为服务器，也可作为客户。1.5 1.5 操作系统的新发展（八）操作系统的新发展（八）三、分布式操作系统三、分布式操作系统 与与 NOS 一样也是通过通信网络，将物

49、理上分一样也是通过通信网络，将物理上分散的具有自治功能的数据处理系统或计算机系统散的具有自治功能的数据处理系统或计算机系统互联接在一起，实现信息交换，资源共享、协作互联接在一起，实现信息交换，资源共享、协作完成任务。完成任务。分布式操作系统分布式操作系统强调的是分布处理强调的是分布处理、计算计算。分布式操作系统的其主要特点分布式操作系统的其主要特点1 1、系统的处理控制分散到系统各处理单元。系统系统的处理控制分散到系统各处理单元。系统中的所有任务可动态分布到各处理单元。中的所有任务可动态分布到各处理单元。2 2、系统要求系统要求“统一统一”的操作系统的操作系统 高级操作系高级操作系统。统。3

50、3、系统具有透明性，为用户提供统一界面，标准系统具有透明性，为用户提供统一界面，标准接口实现互连计算机的协调工作。接口实现互连计算机的协调工作。4 4、系统以网络为基础，是逻辑上的紧密耦合，而系统以网络为基础，是逻辑上的紧密耦合，而不是物理上的松散耦合。不是物理上的松散耦合。1.4 操作系统的新发展（九）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 网络支持网络支持 硬件连接，系统拓扑结构，通信控制基本相同。硬件连接，系统拓扑结构，通信控制基本相同。分布性分布性 OS的控制、处理功能的控制、处理功能 OS处理控制功能是分布式，处理控制功能是分布式，相对集中（相对集中（C/S）。）。均