《计算机专业英语》谢希仁第二版-第5章讲义.ppt

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1、计算机算机专业英英语谢希仁第二希仁第二版版-第第5章章讲义Key points:Function and structure of Operating SystemDifficult points:Resource allocation and related functions User interface functions Requirements:1.了解操作系统是如何实现资源分配和用户接口功了解操作系统是如何实现资源分配和用户接口功能的。能的。2.通过学习操作系统功能的演化，认识操作系统在通过学习操作系统功能的演化，认识操作系统在实现过程中采用的基本概念与技术，了解操作系实现过程中采

2、用的基本概念与技术，了解操作系统设计中的概念。统设计中的概念。3.认识操作系统的结构，了解当前常见操作系统的认识操作系统的结构，了解当前常见操作系统的特点特点4.掌握被动语态的翻译技巧。掌握被动语态的翻译技巧。New Words&Expressions:allocation n.分配分配,安置安置interface n.界面，接口界面，接口binding n.捆绑，绑定捆绑，绑定 mutual interference 相互干扰相互干扰entrust v.委托委托criteria n.标准标准 constraint n.约束约束,强制强制,局促局促partition vt.分区分区aprior

3、i 预先预先,事前事前perceive v.感知感知,感到感到,认识到认识到suboptimal adj.未达最佳标准的未达最佳标准的preemption n.抢占抢占sequential adj.顺序的顺序的,串行的串行的concurrent adj.并发的并发的,并行的并行的exclusive use 专用专用de-allocate vt.释放释放 scheduling n.调度调度salient adj.重要的，显著的重要的，显著的5.1 OS Function OS functions can be classified intoResource allocation and rela

4、ted functionsUser interface functions.The resource allocation function implements resource sharing by the users of a computer system.Basically,it performs binding of a set of resources with a requesting program,that is,it associates resources with a program.The related functions implement protection

5、 of users sharing a set of resources against mutual interference.操作系统的功能可分为操作系统的功能可分为:1.资源分配及相关功能。资源分配及相关功能。2.用户接口功能用户接口功能资源分配功能负责实现计算机系统的用户共享资源。它主要将资源资源分配功能负责实现计算机系统的用户共享资源。它主要将资源和提出需求的程序绑定在一起和提出需求的程序绑定在一起,即使资源和程序相关联。与之相关的即使资源和程序相关联。与之相关的一些功能实现不同用户在共享资源时的保护，以免发生相互干扰。一些功能实现不同用户在共享资源时的保护，以免发生相互干扰。5.1

6、 OS Function The user interface function facilitates creation and use of appropriate computational structures by a user.This function typically involves the use of a command language or a menu.用户接口功能帮助用户创立并使用适当的计算结构，这一功能通用户接口功能帮助用户创立并使用适当的计算结构，这一功能通常涉及命令语言或菜单的应用。常涉及命令语言或菜单的应用。5.1 OS Function The res

7、ource allocation function allocates resources for use by a users computation.Resources can be divided into system provided resources like CPUs,memory areas and IO devices,or user-created resources like files which are entrusted to the OS.资源分配功能分配资源供用户计算使用。资源可分为系统提供资源分配功能分配资源供用户计算使用。资源可分为系统提供的资源（如的资源

8、（如CPU、存储器区域及、存储器区域及I/O设备群）和用户创建的资设备群）和用户创建的资源（如由操作系统管理的文件等）。源（如由操作系统管理的文件等）。5.1.1 Resource allocation and related functions Resource allocation criteria depend on whether a resource is a system resource or a user-created resource.Allocation of system resources is driven by considerations of efficien

9、cy of resource utilization.Allocation of user-created resources is based on a set of constraints specified by its creator and typically embodies the notion of access privileges.资源分配的标准根据资源的分类确定，系统资源的分配要考虑资源分配的标准根据资源的分类确定，系统资源的分配要考虑资源利用的效率，而用户创立资源的分配则基于该资源的创立资源利用的效率，而用户创立资源的分配则基于该资源的创立者所设定的特种限制，比如访问权

10、限。者所设定的特种限制，比如访问权限。5.1.1 Resource allocation and related functions Two popular strategies for resource allocation are:Partitioning of resources Allocation from a pool资源分配通常采取以下两种策略；资源分配通常采取以下两种策略；1.资源分区。资源分区。2.从资源池中分配。从资源池中分配。5.1.1 Resource allocation and related functions In the resource partitioni

11、ng approach,the OS decides a priori what resources should be allocated to a user computation.This approach is called static allocation because the allocation is made before the execution of a program starts.Static resource allocation is simple to implement,however,it could lead to suboptimal utiliza

12、tion because the allocation is made on the basis of perceived needs of a program,rather than its actual needs.在资源分区方式中，操作系统预先决定把哪些资源分配给某个在资源分区方式中，操作系统预先决定把哪些资源分配给某个用户计算使用，这种方法也称为静态分配，因为分配是在程序用户计算使用，这种方法也称为静态分配，因为分配是在程序执行前进行的。静态资源分配易于实现，但由于它不是从程序执行前进行的。静态资源分配易于实现，但由于它不是从程序的实际需要出发，而是根据程序预先提出的需求来做决定，所的

13、实际需要出发，而是根据程序预先提出的需求来做决定，所以容易导致系统利用率下降。以容易导致系统利用率下降。5.1.1 Resource allocation and related functions In the latter approach,the OS maintains a common pool of resources and allocates from this pool on a need basis.Thus,OS considers allocation of a resource when a program raises a request for a resourc

14、e.This approach is called dynamic allocation because the allocation takes place during the execution of a program.Dynamic resource allocation can lead to better utilization of resources because the allocation is made when a program requests a resource.在后一种分配方式中，操作系统维护一个公共资源池，并按照在后一种分配方式中，操作系统维护一个公共资

15、源池，并按照程序的需要对资源进行分配。这样，程序的需要对资源进行分配。这样，OS只在程序提出对一个资只在程序提出对一个资源的需求时才进行资源分配，这种方式也称为动态分配，因为源的需求时才进行资源分配，这种方式也称为动态分配，因为分配是在程序执行的过程中进行的。动态存储分配的资源利用分配是在程序执行的过程中进行的。动态存储分配的资源利用率较高，因为它是在程序需要资源时才进行分配。率较高，因为它是在程序需要资源时才进行分配。5.1.1 Resource allocation and related functions An OS can use a resource table as the ce

16、ntral data structure allocation.The table contains an entry for each resource unit in the system.The entry contains the name or address of the resource unit and its present status,i.e.whether it is free or allocated to some program.When a program raises a request for a resource,the resource would be

17、 allocated to it if it is presently free.If many resource units of a resource class exist in the system,a resource request only indicates the resource class and the OS checks if any resource unit of that class is available for allocation.操作系统可以利用资源表作为资源分配的中心数据结构。表中包含系统的每操作系统可以利用资源表作为资源分配的中心数据结构。表中包含

18、系统的每一资源单位项数据项中记录资源单位的名称或地址以及当前状态，即它是空一资源单位项数据项中记录资源单位的名称或地址以及当前状态，即它是空闲的还是己经分配给某一程序。当程序对某一资源提出请求后，若该资源是闲的还是己经分配给某一程序。当程序对某一资源提出请求后，若该资源是空闲的，则它将被分配给那个程序。若系统中同一资源类中存在许多资源单空闲的，则它将被分配给那个程序。若系统中同一资源类中存在许多资源单位，程序的资源请求只指明要求哪类资源而由操作系统检查该类中是否有可位，程序的资源请求只指明要求哪类资源而由操作系统检查该类中是否有可用的资源单位可以分配。用的资源单位可以分配。5.1.1 Reso

19、urce allocation and related functions In the partitioned resource allocation approach,the OS decides on the resources to be allocated to a program based on the number of resources and the number of programs in the system.For example,an OS may decide that a program can be allocated 1 MB of memory,200

20、0 disk blocks and a monitor.Such a collection of resources is referred to as a partition.In effect,a set of partitions can be predefined in the system.The resource table can have an entry for each resource partition.When a new program is to be started,an available partition is allocated to it.在资源分区分

21、配中，操作系统依据系统中的资源数目和程序数目决定如何进在资源分区分配中，操作系统依据系统中的资源数目和程序数目决定如何进行资源分配。例如，操作系统可能会决定一个程序可以使用行资源分配。例如，操作系统可能会决定一个程序可以使用1MB内存、内存、20O0个磁盘块及个磁盘块及1个监视器，这一系列资源可以作为一个分区。系统可以提个监视器，这一系列资源可以作为一个分区。系统可以提前定义出一系列这样的区，资源表中为每一资源区保存相应的数据项。当新前定义出一系列这样的区，资源表中为每一资源区保存相应的数据项。当新的程序开始时将分配给它一个可用的分区。的程序开始时将分配给它一个可用的分区。5.1.1 Reso

22、urce allocation and related functions Resource preemptionThere are different ways in which resource can be shared by a set of programs.Some of these are:Sequential sharingConcurrent sharing资源抢占资源抢占资源被一系列程序分享可以有多种不同的方式，如：资源被一系列程序分享可以有多种不同的方式，如：串行共享串行共享 并行共亨并行共亨5.1.1 Resource allocation and related fu

23、nctions In sequential sharing,a resource is allocated for exclusive use by a program.When the resource is de-allocated,it is marked free in the resource table.Now it can be allocated to another program.In concurrent sharing,two or more programs can concurrently use the same resource.Examples of conc

24、urrent sharing are data files.Most other resources cannot be shared concurrently.Unless otherwise mentioned,all through this text resources are assumed to be only sequentially shareable.在串行共享中，一个资源只能分配给一个程序，当资源被释放后，它在资源在串行共享中，一个资源只能分配给一个程序，当资源被释放后，它在资源表中被标记为表中被标记为“空闲空闲”，这时它才能被分配给下一个程序。在并行共亨中，这时它才能被分

25、配给下一个程序。在并行共亨中，两个以上的程序可以同时使用同样的资源。并行共享的例子是数据文件，其两个以上的程序可以同时使用同样的资源。并行共享的例子是数据文件，其他资源通常不能被并行共享。在本文中以后若无特殊说明他资源通常不能被并行共享。在本文中以后若无特殊说明,所有资源都被假所有资源都被假设为只能串行共享。设为只能串行共享。5.1.1 Resource allocation and related functions When a resource is sequentially shareable,the system can de-allocate a resource when the

26、 program makes an explicit request for de-allocation.Alternatively,it can de-allocate a resource by force.This is called resource preemption,that is,forceful de-allocation of a resource.当资源可以串行共享时，系统可以在程序明确地提出释放分配当资源可以串行共享时，系统可以在程序明确地提出释放分配的请求后，对资源进行释放。或者，系统也可强行释放资源，的请求后，对资源进行释放。或者，系统也可强行释放资源，这称为资源抢

27、占。这称为资源抢占。5.1.1 Resource allocation and related functions Preemption of system resources is used by the OS to enforce fairness in their use by programs,or to realize certain system level goals.A preempted program cannot execute unless the preempted resource unit,or some other resource unit the same

28、resource class,is allocated to it once again.The shorter term preemption is used preemption of the CPU,and the full term resource preemption is used for preemption of other resources.资源抢占是能指强行释放资源。操作系统依靠对系统资源的抢资源抢占是能指强行释放资源。操作系统依靠对系统资源的抢占确保程序对资源的平等利用，或实现一些系统级的目标。对占确保程序对资源的平等利用，或实现一些系统级的目标。对于资源被抢占的程序

29、来说，除非把被抢占的资源单位或同一资于资源被抢占的程序来说，除非把被抢占的资源单位或同一资源类的其他资源单位重新分配给它，否则无法继续执行。我们源类的其他资源单位重新分配给它，否则无法继续执行。我们称抢占称抢占CPU为抢占，而称抢占其他资源为资源抢占。为抢占，而称抢占其他资源为资源抢占。5.1.1 Resource allocation and related functions CPU sharingThe CPU can be shared in a sequential manner only.Hence only one program can execute at any time.

30、Other programs in the system have to wait their turn.It is often important to provide fair service to all programs in the system.Hence preemption is used to free the CPU so that it can be given to another program.Deciding which program should be given the CPU and for how long is a critical function.

31、This function is called CPU Scheduling,or simply scheduling.Partitioning is a bad approach for CPU Sharing,allocation from a pool is the obvious approach to use.CPU共享共享CPU只能串行共享只能串行共享,因此它一次只能执行一个程序，其他程序必须依次等待。因此它一次只能执行一个程序，其他程序必须依次等待。通常情况下，系统会要求平等对待所有的程序，用抢占来释放通常情况下，系统会要求平等对待所有的程序，用抢占来释放CPU以执行以执行其他程

32、序。因此决定该执行哪个程序并执行多长时间是一个十分重要的功能，其他程序。因此决定该执行哪个程序并执行多长时间是一个十分重要的功能，这一功能被称为这一功能被称为CPU调度或简称调度。显然，资源分区不适用于调度或简称调度。显然，资源分区不适用于CPU共享，共享，同此，从资源池中分配成为惟一的选择。同此，从资源池中分配成为惟一的选择。5.1.1 Resource allocation and related functions Memory sharingLike the CPU,the memory also cannot be shared concurrently.However,unlike

33、 the CPU,its availability can be increased by treating different parts of memory as different resources.Both the partitioning and the pool-based allocation approaches can be used to manage the memory resource.Memory preemption can also be used to increase the availability of memory to programs.Speci

34、al terms are used for different memory preemption techniques,hence the term“memory preemption”is rarely used in our discussions.存储器共享存储器共享和和 CPU一样，存储器也不能并行共享。但与一样，存储器也不能并行共享。但与CPU不同的是，可以把存储器不同的是，可以把存储器的不同部份看作不同的资源，因此可以增加它的可用性。资源分区和基于资的不同部份看作不同的资源，因此可以增加它的可用性。资源分区和基于资源池的分配方式都适用于存储器资源管理。存储器抢占也可用于提高程序对

35、源池的分配方式都适用于存储器资源管理。存储器抢占也可用于提高程序对存储器的可用性，但由于对不同的存储器抢占技术都有专用术语，故在本书存储器的可用性，但由于对不同的存储器抢占技术都有专用术语，故在本书很少使用很少使用“存储器抢占存储器抢占”的说法。的说法。5.1.1 Resource allocation and related functions The purpose of a user interface is to provide for the use of OS resources,primarily the CPU,for processing a users computatio

36、nal requirements.OS user interfaces typically use command languages.The user uses a command to set up an appropriate computational structure to fulfill a computational requirement.用户接口的目的是为用户提供使用操作系统资源用户接口的目的是为用户提供使用操作系统资源(主要是主要是CPU)的接口来完成用户的计算请求。操作系统用户接口一般使命令的接口来完成用户的计算请求。操作系统用户接口一般使命令语言，用户通过命令建立合适

37、的计算结构以满足计算要求。语言，用户通过命令建立合适的计算结构以满足计算要求。5.1.2 User interface related functions A variety of computational structures can be defined by an OS.A sample list of computational structures is as follows:1.A single program2.A sequence of single programs3.A collection of programs.不同的计算结构可由操作系统决定。计算结构举例如下：不同的

38、计算结构可由操作系统决定。计算结构举例如下：1.单一程序单一程序2.单一程序的序列单一程序的序列3.程序集合程序集合5.1.2 User interface related functions These computational structures will be defined and described in later chapters;here we only point out a few salient features.It is assumed that each program is individually initiated by the user through

39、the user interface.The single program consists of the execution of a program on a given set of data.The user initiates execution of the program through a command.Two kinds of programs can exist sequential and concurrent.A sequential program,which matches with the conventional notion of a program,is

40、the simplest computational structure.以上这些计算结构将在以后各章中定义和描述，此处只指出一些简单的特征。以上这些计算结构将在以后各章中定义和描述，此处只指出一些简单的特征。例如每个程序都是由用户通过用户接口分别进行初始化的，单一程序是由在例如每个程序都是由用户通过用户接口分别进行初始化的，单一程序是由在给定的数据集上的一个程序执行组成的，用户通过命令启动程序。程序可以给定的数据集上的一个程序执行组成的，用户通过命令启动程序。程序可以分为两种：顺序的和并发的。顺序程序符合传统的程序概念，是最简单的计分为两种：顺序的和并发的。顺序程序符合传统的程序概念，是最简

41、单的计算结构。算结构。5.1.2 User interface related functions In a concurrent program,different parts of the program can execute concurrently.For this,the OS has to be aware the identities of the different parts which can execute concurrently.This function is typically not served by the user interface of the OS

42、.In this chapter it is assumed that each program is sequential in nature.而在并发程序中，程序的不同部分可被同时执行。为此，操作而在并发程序中，程序的不同部分可被同时执行。为此，操作系统需要了解这些可以同时执行的不同部分的实体，操作系统系统需要了解这些可以同时执行的不同部分的实体，操作系统的用户接口通常不支持这一功能。在本章中，假设所有的程序的用户接口通常不支持这一功能。在本章中，假设所有的程序都是顺序执行的。都是顺序执行的。5.1.2 User interface related functions In a seque

43、nce of programs,each program is initiated by the user individually.However,the programs are not independent of each other-executing of a program is meaningful only if the previous programs in the sequence execute successfully.However,since the programs are initiated individually,their interface with

44、 one another is set up explicitly by the user.在一个程序序列中，每个程序是由用户单独启动的，但程序之在一个程序序列中，每个程序是由用户单独启动的，但程序之间并非相互独立，只有当前一程序执行成功后，下一个程序的间并非相互独立，只有当前一程序执行成功后，下一个程序的执行才有意义，但由于程序是独立启动的，它们之间相互的接执行才有意义，但由于程序是独立启动的，它们之间相互的接口由用户明确设定。口由用户明确设定。5.1.2 User interface related functions New Words&Expressions:reliability n

45、.可靠性可靠性audit v.审计，查核审计，查核security-related adj.与安全相关的与安全相关的intrusion n.入侵入侵 5.2 FreeBSD vs.Linux vs.Windows 20005.2 FreeBSD vs.Linux vs.Windows 2000ReliabilityFreeBSD(Berkeley Software Distribution)is extremely robust.There are numerous testimonials of active servers with uptimes measured in years.Th

46、e new Soft Updates optimizes disk I/O for high performance,yet still ensures reliability for transaction based applications,such as databases.可靠性可靠性FreeBSD系系统统非非常常健健壮壮，有有众众多多的的常常年年稳稳定定运运行行的的服服务务器器可可以以证证明明这这一一点点。新新的的软软件件升升级级使使文文件件系系统统优优化化了了磁磁盘盘I/O以以获获得得更更高高的的性性能能，同同时时也也保保证证了了像像数数据据库库这这样样的的基基于于事事务务的的应

47、应用用软软件更加稳定运行。件更加稳定运行。5.2 FreeBSD vs.Linux vs.Windows 2000Linux is well known for its reliability.Servers often stay up for years.However,disk I/O is non-synchronous by default,which is less reliable for transaction based operations,and can produce a corrupted after a system crash or power failure.Bu

48、t for the average user,Linux is a very dependable OS.Linux 系系统统也也是是以以稳稳定定而而著著称称，安安装装Linux系系统统的的服服务务器器可可以以长长年年稳稳定定工工作作。但但是是Linux系系统统的的磁磁盘盘I/O是是非非同同步步的的，这这降降低低了了基基于于事事务务的的操操作作的的稳稳定定性性，在在系系统统出出错错或或者者电电源源失失效效的的情情况况下下会会导导致致文文件件系系统统的的错错误误，但但是是对对一一般般的的用用户户而而言言，Linux系系统已经非常可靠了。统已经非常可靠了。5.2 FreeBSD vs.Linux

49、vs.Windows 2000All Windows users are familiar with the Blue Screen of Death.Poor reliability is one of the major drawbacks of Windows.Some of the major issues have been fixed in Windows 2000,but code bloat has introduced many more reliability problems.Windows 2000 uses a lot of system resources and

50、it is very difficult to keep the system up for more than a couple of months without it reverting to a crawl as memory gets corrupted and fragmented.所所有有的的Window用用户户都都习习惯惯了了蓝蓝屏屏错错误误，可可靠靠性性差差是是Windows 系系统统的的主主要要缺缺陷陷。Windows 2000系系统统修修正正了了部部分分主主要要缺缺陷陷，但但是是由由于于系系统统代代码码非非常常庞庞大大，导导致致存存在在很很多多的的稳稳定定性性隐隐患患。W