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1、计算机操作系统概述本讲稿第一页，共六十三页主要内容主要内容q 操作系统概述操作系统概述q 作业管理和用户接口作业管理和用户接口q 进程和处理机管理进程和处理机管理q 存储管理存储管理q 设备管理设备管理q 文件系统文件系统q Linux Linux操作系统操作系统q 网络操作系统网络操作系统q 分布式操作系统分布式操作系统本讲稿第二页，共六十三页第一章第一章 操作系统概述操作系统概述 1.1 操作系统在计算机系统中的地位操作系统在计算机系统中的地位 1.2 操作系统的形成和发展操作系统的形成和发展 1.3 操作系统的功能操作系统的功能 1.4 操作系统的类型操作系统的类型 1.5 操作系统特性

2、及性能指标操作系统特性及性能指标 1.6 中断系统中断系统 1.7 研究操作系统的几种观点研究操作系统的几种观点 1.8 Windows XP 的结构和特点的结构和特点本讲稿第三页，共六十三页 1.1.1 计算机系统计算机系统 1.1.2 操作系统在计算机系统中的地位操作系统在计算机系统中的地位 1.1.3 操作系统的定义操作系统的定义1.1 操作系统在计算机系统中的地位操作系统在计算机系统中的地位本讲稿第四页，共六十三页q 完整的计算机系统：完整的计算机系统：硬件系统和软件系统两部分硬件系统和软件系统两部分q 硬件系统：硬件系统：组成计算机的各种元件、部件和设备的总称；组成计算机的各种元件、

3、部件和设备的总称；q 软件系统：软件系统：机器运行所需的各种程序及其有关的文档资料机器运行所需的各种程序及其有关的文档资料1.1.1 计算机系统计算机系统本讲稿第五页，共六十三页q 完整的计算机系统完整的计算机系统：硬件系统硬件系统组成计算机的各种元件、部件和设备的总称；组成计算机的各种元件、部件和设备的总称；软件系统软件系统机器运行所需的各种程序及其有关的文档资料机器运行所需的各种程序及其有关的文档资料q 软硬件系统的关系软硬件系统的关系 只有硬件系统，而没有配套的软件系统的计算机是裸机只有硬件系统，而没有配套的软件系统的计算机是裸机 ，计，计算机系统就无法工作。算机系统就无法工作。计算机的

4、软件系统是建立在硬件系统基础之上的，只有将硬件系计算机的软件系统是建立在硬件系统基础之上的，只有将硬件系统和软件系统有机地结合起来，才能充分发挥计算机的作用。统和软件系统有机地结合起来，才能充分发挥计算机的作用。1.1.1 计算机系统计算机系统本讲稿第六页，共六十三页q 功能上，整个计算机系统划分为四个层次：功能上，整个计算机系统划分为四个层次：机器层、操作系统层、系统层和应用层机器层、操作系统层、系统层和应用层 1.1.1 计算机系统计算机系统用户系统层机器层操作系统层应用层图图1-1 1-1 计计算机系算机系统统的四个的四个层层次次本讲稿第七页，共六十三页q 机器层是指裸机机器层是指裸机

5、它对外界面由机器指令系统组成，机器指令系统与硬件的组织结构密切相关。它对外界面由机器指令系统组成，机器指令系统与硬件的组织结构密切相关。操作系统及其外层软件通过执行各种机器指令访问和控制各种硬件资源操作系统及其外层软件通过执行各种机器指令访问和控制各种硬件资源。q 计算机硬件采用冯计算机硬件采用冯诺依曼的诺依曼的“存贮程序控制存贮程序控制”原理原理 由五类部件组成：控制器、运算器、存贮器、输入设备和输出设备由五类部件组成：控制器、运算器、存贮器、输入设备和输出设备q 传统的计算机硬件系统是以传统的计算机硬件系统是以CPU为中心为中心 缺点：浪费大量的缺点：浪费大量的CPU时间时间q 现代系统的

6、硬件都是以主存为中心现代系统的硬件都是以主存为中心 优点：使优点：使CPU与与IO设备充分并行地工作，提高各种硬件资源的利用率设备充分并行地工作，提高各种硬件资源的利用率。1.1.1 计算机系统计算机系统-机器层机器层本讲稿第八页，共六十三页q 操作系统操作系统 基本的系统软件，它密切地依赖于计算机硬件，直接管理计算机系统中的各基本的系统软件，它密切地依赖于计算机硬件，直接管理计算机系统中的各种硬件资源和软件资源；种硬件资源和软件资源；其主要部分驻留在主存中，称为操作系统的核心或内核其主要部分驻留在主存中，称为操作系统的核心或内核q 操作系统的对内界面：操作系统的对内界面：管理和控制各种硬件资

7、源管理和控制各种硬件资源(包括包括CPUCPU、内存和外设、内存和外设)q 对外界面是：对外界面是：为用户提供方便服务的一组软件程序集合。为用户提供方便服务的一组软件程序集合。1.1.1 计算机系统计算机系统-操作系统层操作系统层本讲稿第九页，共六十三页系统层是指除操作系统以外的所有系统软件。主要有：系统层是指除操作系统以外的所有系统软件。主要有：q汇编程序汇编程序q编译程序编译程序q编辑程序编辑程序用户编制源程序或某种文本文件的方便工具。用户编制源程序或某种文本文件的方便工具。q调试程序调试程序q系统维护程序系统维护程序指计算机系统在运行过程中需要不断地维护的有关程序。指计算机系统在运行过程

8、中需要不断地维护的有关程序。q数据库管理系统数据库管理系统对数据库进行管理和控制的一组软件。对数据库进行管理和控制的一组软件。q数据通讯程序数据通讯程序为管理和控制计算机间进行通讯而设计的程序。为管理和控制计算机间进行通讯而设计的程序。1.1.1 计算机系统计算机系统-系统层系统层本讲稿第十页，共六十三页q 应用层是指一些直接为用户服务和使用的应用应用层是指一些直接为用户服务和使用的应用程序、用户程序和服务程序等，它可由用户或专程序、用户程序和服务程序等，它可由用户或专门的软件公司编制。门的软件公司编制。q 它是为了解决某些具体的、实际的问题而开发它是为了解决某些具体的、实际的问题而开发和研制

9、的各种程序。和研制的各种程序。1.1.1 计算机系统计算机系统-应用层应用层本讲稿第十一页，共六十三页q 操作系统在计算机系统的地位是十分重要的操作系统在计算机系统的地位是十分重要的q 操作系统是最基本的、核心的系统软件操作系统是最基本的、核心的系统软件 操作系统有效地统管计算机的所有资源操作系统有效地统管计算机的所有资源(包括硬件资源和软件资源包括硬件资源和软件资源)，合理地组织计算机的整个工作流程，以提高资源的利用率，并为用，合理地组织计算机的整个工作流程，以提高资源的利用率，并为用户提供强有力的使用功能和灵活方便的使用环境。户提供强有力的使用功能和灵活方便的使用环境。q 操作系统是计算机

10、系统中不可缺少的关键部分操作系统是计算机系统中不可缺少的关键部分 计算机系统绝不能缺少操作系统。计算机系统越复杂，操作系统就愈显得计算机系统绝不能缺少操作系统。计算机系统越复杂，操作系统就愈显得重要。重要。1.1.2 操作系统在计算机系统中的地位操作系统在计算机系统中的地位 本讲稿第十二页，共六十三页q 从功能角度从功能角度，即从操作系统所具有的功能来看，即从操作系统所具有的功能来看 操作系统是一个计算机资源管理系统，负责对计算机的全部硬、软件资操作系统是一个计算机资源管理系统，负责对计算机的全部硬、软件资源进行分配、控制、调度和回收。源进行分配、控制、调度和回收。q 从用户角度从用户角度，即

11、从用户使用来看，即从用户使用来看 操作系统是一台比裸机功能更强、服务质量更高，用户使用更方操作系统是一台比裸机功能更强、服务质量更高，用户使用更方便、更灵活的虚拟机，即操作系统是用户和计算机之间的界面便、更灵活的虚拟机，即操作系统是用户和计算机之间的界面(或接或接口口)。q 从管理者角度从管理者角度，即从机器管理者控制来看，即从机器管理者控制来看 操作系统是计算机工作流程的自动而高效的组织者，计算机硬软操作系统是计算机工作流程的自动而高效的组织者，计算机硬软资源合理而协调的管理者。利用操作系统，可减少管理者的干预，资源合理而协调的管理者。利用操作系统，可减少管理者的干预，从而提高计算机的利用率

12、。从而提高计算机的利用率。q从软件角度从软件角度，即从软件范围静态地看，即从软件范围静态地看操作系统是一种系统软件，是由控制和管理系统运转的程序和数据结构等内容构操作系统是一种系统软件，是由控制和管理系统运转的程序和数据结构等内容构成。成。1.1.3 操作系统的定义操作系统的定义 本讲稿第十三页，共六十三页综上所述，我们给出操作系统的定义为：综上所述，我们给出操作系统的定义为：操作系统是管理和控制计算机硬软资源，操作系统是管理和控制计算机硬软资源，合理地组织计算机的工作流程，方便用户使合理地组织计算机的工作流程，方便用户使用计算机系统的软件。用计算机系统的软件。1.1.3 操作系统的定义操作系

13、统的定义 本讲稿第十四页，共六十三页 1.2.1 推动操作系统发展的动力推动操作系统发展的动力 1.2.2 操作系统的发展操作系统的发展 1.2 操作系统的形成和发展操作系统的形成和发展本讲稿第十五页，共六十三页操作系统的形成迄今已有操作系统的形成迄今已有5050多年的时间。多年的时间。q 不断提高资源利用率的需要不断提高资源利用率的需要q 方便用户操作方便用户操作q 硬件的不断更新换代硬件的不断更新换代q 计算机体系结构的不断发展计算机体系结构的不断发展1.2.1 推动操作系统发展的动力推动操作系统发展的动力 本讲稿第十六页，共六十三页q 手工操作阶段手工操作阶段 q 监控程序时期监控程序时

14、期 q 多道程序与操作系统成熟时期多道程序与操作系统成熟时期 q 软件工程与操作系统发展时期软件工程与操作系统发展时期 1.2.2 操作系统的发展操作系统的发展本讲稿第十七页，共六十三页手工操作阶段计算机有如下特点：手工操作阶段计算机有如下特点：q 程序设计全部采用机器语言，无操作系统程序设计全部采用机器语言，无操作系统q 在一个程序员上机时间内，计算机全部资源被其使用，为在一个程序员上机时间内，计算机全部资源被其使用，为独占资源独占资源方式方式q 作业之间采用串行方式运行作业之间采用串行方式运行q 整个运行过程需要人工干预整个运行过程需要人工干预手工操作本身是直接影响作业转换时间的主要因素手

15、工操作本身是直接影响作业转换时间的主要因素1.2.2 操作系统的发展操作系统的发展-手工操作阶段手工操作阶段本讲稿第十八页，共六十三页监控程序常驻内存，它的主要功能为：监控程序常驻内存，它的主要功能为：自自动动控控制制和和处处理理作作业业流流，提提供供装装配配程程序序和和组组I/O驱驱动动程程序序，提提供供简简单单的的文文件管理功能。件管理功能。1.2.2 操作系统的发展操作系统的发展-监控程序时期监控程序时期开机开机把监控程序装入内存运行把监控程序装入内存运行读入读入编程输入到纸带或卡片编程输入到纸带或卡片操作员按作业性质分批操作员按作业性质分批程序员取结果程序员取结果成功成功？运行运行卸带

16、卸带关机关机结束结束否否是是图图1-2单道批处理系统的操作过程单道批处理系统的操作过程本讲稿第十九页，共六十三页q 多道程序是在计算机内存中同时存放多个程序，这几个程多道程序是在计算机内存中同时存放多个程序，这几个程序都处于已开始运行状态。序都处于已开始运行状态。q 在单处理器系统中，宏观上多道程序是同时运行的，在单处理器系统中，宏观上多道程序是同时运行的，但微观上多道程序是串行的，必须轮流交替使用处理器。但微观上多道程序是串行的，必须轮流交替使用处理器。q 多道程序设计是指允许多个程序同时进入一个计算机系多道程序设计是指允许多个程序同时进入一个计算机系统的内存，并启动进行交替运行的方法。多道

17、程序系统的统的内存，并启动进行交替运行的方法。多道程序系统的特点是并行性和共享性。特点是并行性和共享性。1.2.2 操作系统的发展操作系统的发展-多道程序与操作系统成熟时期多道程序与操作系统成熟时期 本讲稿第二十页，共六十三页q 进入进入20世纪世纪90年代以后，计算机应用逐渐向网络化、分布式和智能化的力年代以后，计算机应用逐渐向网络化、分布式和智能化的力向发展。与此同时，操作系统也进入了一个崭新的发展时期。各种网络操作向发展。与此同时，操作系统也进入了一个崭新的发展时期。各种网络操作系统、分布式操作系统和嵌入式操作系统逐步形成并发展起来，功能也是日系统、分布式操作系统和嵌入式操作系统逐步形成

18、并发展起来，功能也是日新月异。新月异。q随着硬件技术的发展及多媒体、随着硬件技术的发展及多媒体、Internet与与Web访问、集群计算等新的访问、集群计算等新的应用需求的不断提出，在操作系统设计上，也改变了传统的主要考虑如应用需求的不断提出，在操作系统设计上，也改变了传统的主要考虑如何提高机器利用率的设计模式。现在操作系统的设计已越来越重视人的何提高机器利用率的设计模式。现在操作系统的设计已越来越重视人的因素，特别是考虑了人的工作效率、人因素，特别是考虑了人的工作效率、人-机通信技术等问题。机通信技术等问题。1.2.2 操作系统的发展操作系统的发展-软件工程与操作系统发展时期软件工程与操作系

19、统发展时期 本讲稿第二十一页，共六十三页 1.3.1 处理机管理处理机管理 1.3.2 存贮管理存贮管理 1.3.3 设备管理设备管理 1.3.4 文件管理文件管理 1.3.5 作业管理作业管理 1.3 操作系统的功能操作系统的功能本讲稿第二十二页，共六十三页q 处理机管理的主要任务：处理机管理的主要任务：组织和协调用户对处理机的争夺使用，管理和控制用户任务，以最大限度提高组织和协调用户对处理机的争夺使用，管理和控制用户任务，以最大限度提高处理机的利用率。处理机的利用率。q 处理机管理就是提出调度策略和给出调度算法，使每个用户处理机管理就是提出调度策略和给出调度算法，使每个用户都能满意，同时又

20、能充分地利用都能满意，同时又能充分地利用CPUCPU。1.3.1 处理机管理处理机管理 本讲稿第二十三页，共六十三页 存贮管理是用户与内存的接口。存贮管理是用户与内存的接口。主要任务是对内存管理，即内存空间的分配和回收，也包括内存与外存交主要任务是对内存管理，即内存空间的分配和回收，也包括内存与外存交换信息的管理，配合硬件做地址转换和存贮保护的工作，进行存贮空间的扩换信息的管理，配合硬件做地址转换和存贮保护的工作，进行存贮空间的扩充等。充等。当多个用户程序共用一个计算机系统时，它们往往要共用计算机的内存储当多个用户程序共用一个计算机系统时，它们往往要共用计算机的内存储器，如何把各个用户的程序和

21、数据隔离而互不干扰，又能共享一些程序和数器，如何把各个用户的程序和数据隔离而互不干扰，又能共享一些程序和数据，这就需要进行存贮空间分配和存贮保护。据，这就需要进行存贮空间分配和存贮保护。1.3.2 存储管理存储管理 本讲稿第二十四页，共六十三页设备管理是用户与外设的接口。设备管理是用户与外设的接口。q 主要任务是管理各类外部设备主要任务是管理各类外部设备 包括分配、启动和故障处理等，合理地控制包括分配、启动和故障处理等，合理地控制I IO O的操作过程，实现虚拟设的操作过程，实现虚拟设备，最大程度地实现备，最大程度地实现CPUCPU与设备，设备与设备之间的并行工作。与设备，设备与设备之间的并行

22、工作。q 操作系统的设备管理是为用户方便使用各种设备提供接口，操作系统的设备管理是为用户方便使用各种设备提供接口，用户只需通过一定的命令来使用某个设备，并在多道程序环用户只需通过一定的命令来使用某个设备，并在多道程序环境下提高设备的利用率。境下提高设备的利用率。1.3.3 设备管理设备管理 本讲稿第二十五页，共六十三页q 文件管理也称信息管理文件管理也称信息管理 主要任务是负责文件的存取和管理，以方便用户使用，并提供保证文件安全性主要任务是负责文件的存取和管理，以方便用户使用，并提供保证文件安全性的措施。的措施。q 文件管理是用户与外存的接口文件管理是用户与外存的接口 对于任何文件，都要方便用

23、户使用，便于存取，而且还要保证文件的安全，对于任何文件，都要方便用户使用，便于存取，而且还要保证文件的安全，还要有利于提高系统的效率和资源的利用率等。还要有利于提高系统的效率和资源的利用率等。1.3.4 文件管理文件管理 本讲稿第二十六页，共六十三页q 作业管理是用户与操作系统的接口。作业管理是用户与操作系统的接口。它负责对作业的执行情况进行系统管理，包括作业的组织，作业的输入输它负责对作业的执行情况进行系统管理，包括作业的组织，作业的输入输出，作业调度和作业控制等。出，作业调度和作业控制等。q 在操作系统中，把用户在一次算题过程中要求计在操作系统中，把用户在一次算题过程中要求计算机系统所做的

24、一系列工作的集合称为作业。算机系统所做的一系列工作的集合称为作业。作业管理中提供一个作业控制语言供用户书写作业说明书，同时作业管理中提供一个作业控制语言供用户书写作业说明书，同时还为操作员和终端用户提供与系统对话的命令语言，并根据不同系还为操作员和终端用户提供与系统对话的命令语言，并根据不同系统要求，制定各种相应的作业调度策略，使用户能够方便地运行自统要求，制定各种相应的作业调度策略，使用户能够方便地运行自己的作业，以便提高整个系统的运行效率。己的作业，以便提高整个系统的运行效率。1.3.5 作业管理作业管理 本讲稿第二十七页，共六十三页 1.4.1 多道批处理系统多道批处理系统 1.4.2

25、分时系统分时系统 1.4.3 实时系统实时系统 1.4.4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统1.4 操作系统的类型操作系统的类型本讲稿第二十八页，共六十三页多道批处理系统是多道程序系统与批处理系统的结合。多道批处理系统是多道程序系统与批处理系统的结合。q 批处理系统批处理系统 成批处理一些程序的系统成批处理一些程序的系统q 批处理分为联机批处理和脱机批处理两种批处理分为联机批处理和脱机批处理两种 联机批处理联机批处理p 在联机批处理中，编制了一个常驻内存的监督程序，用来控制用户在联机批处理中，编制了一个常驻内存的监督程序，用来控制用户作业的运行。作业的运行。p 其处理过程为：其处理过程为：用户将所

26、需解决的问题组成作业，交给操作员，操作员有选择用户将所需解决的问题组成作业，交给操作员，操作员有选择地把若干作业合成一批，并把一批作业装到输入设备上，然后由监地把若干作业合成一批，并把一批作业装到输入设备上，然后由监督程序控制送到外存，再从外存中将一个一个作业调入内存运行，督程序控制送到外存，再从外存中将一个一个作业调入内存运行，直到全部作业处理完毕。直到全部作业处理完毕。1.4.1 多道批处理系统多道批处理系统本讲稿第二十九页，共六十三页q脱机批处理脱机批处理 脱机批处理系统由主机和卫星机组成脱机批处理系统由主机和卫星机组成 卫星机不与主机直接连接，只与外部设备打交道。卫星机不与主机直接连接

27、，只与外部设备打交道。作业通过卫星机输入到磁带上，当主机需要输入作业时，就把输作业通过卫星机输入到磁带上，当主机需要输入作业时，就把输入带从卫星机的磁带机上取下，并装入到主机的磁带机上。入带从卫星机的磁带机上取下，并装入到主机的磁带机上。由于这种脱机的批处理方式摆脱了不同用户作业之间的大量手工操由于这种脱机的批处理方式摆脱了不同用户作业之间的大量手工操作，并使主机与慢速的作，并使主机与慢速的IO设备并行工作，从而提高了主机的设备并行工作，从而提高了主机的效率。效率。1.4.1 多道批处理系统多道批处理系统本讲稿第三十页，共六十三页1.4.1 多道批处理系统多道批处理系统读读卡机卡机打印机打印机

28、卫卫星机星机输输入入带带输输入入带带输输出出带带输输出出带带主机主机图图1-2 (b)脱机批处理脱机批处理输输 入入 机机 主主 机机 输输 出出 机机 带带 带带图图1-2（a)联机批处理联机批处理本讲稿第三十一页，共六十三页 在批处理系统中，作业运行总是要占用一段时间的在批处理系统中，作业运行总是要占用一段时间的CPUCPU，然后作一段时间的然后作一段时间的I IO O，再占用，再占用CPUCPU，再，再I IO O等，这样交替等，这样交替地进行。这种按序单道处理作业地进行。这种按序单道处理作业(即串行即串行)的方法，系统效率的方法，系统效率得不到充分提高。得不到充分提高。一般会出现以下两

29、种情况一般会出现以下两种情况：以计算为主的作业以计算为主的作业(I(IO O量少量少)会使外围设备出现空闲；会使外围设备出现空闲；以以I IO O为主的作业为主的作业(计算量少计算量少)又会造成又会造成CPUCPU的空载的空载。多道程序系统的引入就解决了以上的问题多道程序系统的引入就解决了以上的问题 1.4.1 多道批处理系统多道批处理系统本讲稿第三十二页，共六十三页多道程序系统的主要特征：多道程序系统的主要特征：q多道性多道性即计算机内存中同时存放几道相互独立的程序；即计算机内存中同时存放几道相互独立的程序；q宏观上并行宏观上并行同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了同时进

30、入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕；各自的运行，但都未运行完毕；q微观上串行微观上串行内存中的多道程序轮流地或分时地占有内存中的多道程序轮流地或分时地占有CPU，交替执行。，交替执行。1.4.1 多道批处理系统多道批处理系统本讲稿第三十三页，共六十三页多道批处理系统有两个含义多道批处理系统有两个含义q 多道多道指在计算机内存中同时存放多个作业，它们在操作系统的控制下并发执行，而且指在计算机内存中同时存放多个作业，它们在操作系统的控制下并发执行，而且在外存中还存放有大量的作业，并组成一个后备作业队列，系统按一定的调度原在外存中还存放有大量的作业，并组成一

31、个后备作业队列，系统按一定的调度原则每次从后备作业队列中选取一个或多个作业调入内存运行，作业运行结束并退则每次从后备作业队列中选取一个或多个作业调入内存运行，作业运行结束并退出，整个过程均由系统自动实现，从而在系统中形成了一个自动转接的连续的作出，整个过程均由系统自动实现，从而在系统中形成了一个自动转接的连续的作业流。业流。q 批处理批处理指系统向用户提供一种脱机操作方式，即用户与作业之间没有交互作用，指系统向用户提供一种脱机操作方式，即用户与作业之间没有交互作用，作业一旦进入系统，用户就不能直接干预或控制作业的运行。作业一旦进入系统，用户就不能直接干预或控制作业的运行。1.4.1 多道批处理

32、系统多道批处理系统本讲稿第三十四页，共六十三页q 在多道批处理系统中，机器的利用率很高在多道批处理系统中，机器的利用率很高因为作业的输入，作业调度等完全由系统控制，并允许几道程序同因为作业的输入，作业调度等完全由系统控制，并允许几道程序同时投入运行，只要合理搭配作业，譬如把计算大的作业和输入输出时投入运行，只要合理搭配作业，譬如把计算大的作业和输入输出量的作业合理搭配，就可以充分利用系统的资源。量的作业合理搭配，就可以充分利用系统的资源。q 多道批处理系统不提供交互作用的工作方式多道批处理系统不提供交互作用的工作方式这给用户带来了很大的不便，人们希望系统提供一种联机操作方这给用户带来了很大的不

33、便，人们希望系统提供一种联机操作方式。这不仅能够缩短程序的开发周期，而且能够充分发挥程序设式。这不仅能够缩短程序的开发周期，而且能够充分发挥程序设计人员的主观能动性。计人员的主观能动性。这就促使了分时系统的出现及发展。这就促使了分时系统的出现及发展。1.4.1 多道批处理系统多道批处理系统本讲稿第三十五页，共六十三页1.4.1 多道批处理系统多道批处理系统本讲稿第三十六页，共六十三页分时系统的主要特点：分时系统的主要特点：q协调性协调性就整个系统而言，要协调多个终端用户同时与计算机交互，并完成他们所请求的就整个系统而言，要协调多个终端用户同时与计算机交互，并完成他们所请求的工作。工作。q独占性

34、独占性对用户而言，各个终端用户彼此之间都感觉不到别人也在使用这台对用户而言，各个终端用户彼此之间都感觉不到别人也在使用这台计算机，好像只有自己独占计算机一样。计算机，好像只有自己独占计算机一样。q交互性交互性对系统和用户而言，人与计算机是以对话方式工作的。对系统和用户而言，人与计算机是以对话方式工作的。q共享性共享性对资源而言，对资源而言，宏观上各终端用户共享计算机的各种资源宏观上各终端用户共享计算机的各种资源(尤其是尤其是CPU)CPU)，从，从微观上看用户在分时微观上看用户在分时(按时间片按时间片)使用许多资源。使用许多资源。1.4.2 分时系统分时系统本讲稿第三十七页，共六十三页分时系统

35、具有如下优点：分时系统具有如下优点：q 自然操作方式自然操作方式该系统使用户能在较短的时间内采用交互会话工作方式，及时输入、该系统使用户能在较短的时间内采用交互会话工作方式，及时输入、调度、修改和运行自己程序，因而加快了解题周期。调度、修改和运行自己程序，因而加快了解题周期。q 扩大了应用范围扩大了应用范围无论是本地用户，还是远地用户，只要与计算机连上一台终端设备，就无论是本地用户，还是远地用户，只要与计算机连上一台终端设备，就可以随时随地使用计算机。可以随时随地使用计算机。q 便于共享和交换信息便于共享和交换信息远近终端用户均可通过系统中的文件系统彼此交流信息和共享各种文件。远近终端用户均可

36、通过系统中的文件系统彼此交流信息和共享各种文件。q 经济实惠经济实惠用户只须有系统配备的终端，即可完成各种处理任务，可共享大型的具有丰富资用户只须有系统配备的终端，即可完成各种处理任务，可共享大型的具有丰富资源的计算机系统。源的计算机系统。1.4.2 分时系统分时系统本讲稿第三十八页，共六十三页实时系统主要具有如下特点：实时系统主要具有如下特点：q 对外部进入系统的信号或信息应能做到对外部进入系统的信号或信息应能做到实时响应实时响应。q 实时系统较一般的通用系统有规律，许多操作具有一定的实时系统较一般的通用系统有规律，许多操作具有一定的可可预计性预计性。q 实时系统的终端一般作为执行和询问使用

37、，不具有分时系实时系统的终端一般作为执行和询问使用，不具有分时系统那样有较强的统那样有较强的会话能力会话能力。q 实时系统对实时系统对可靠性和安全性要求较高可靠性和安全性要求较高，常采用双工工作，常采用双工工作方式。方式。1.4.3 实时系统实时系统本讲稿第三十九页，共六十三页 实时操作系统实时操作系统是是用于实时控制和实时信息处理的专用操作系用于实时控制和实时信息处理的专用操作系统。统。1.实实时时过过程程控控制制：当当计计算算机机应应用用于于生生产产过过程程的的控控制制形形成成以以计计算算机机为为中中心心的的控控制制系系统统时时，系系统统要要求求能能实实时时采采集集现现场场数数据据，并并对

38、对所所采采集集的的数数据据进进行行及及时时处处理理，从从而而自自动动地地控控制制相相应应的的执执行行机机构构，使使某某些些参参数数能能按按预预定定的的规规律律变变化化，以以保保证产品的质量和提高产量。证产品的质量和提高产量。2.实实时时信信息息处处理理：通通常常，我我们们把把要要求求对对信信息息进进行行实实时时处处理理的的系统称为实时信息处理系统。系统称为实时信息处理系统。1.4.3 实时系统实时系统本讲稿第四十页，共六十三页实时系统与分时系统的主要差别表现在：实时系统与分时系统的主要差别表现在：q交互能力交互能力分时系统：交互能力较强分时系统：交互能力较强实时系统：大都是具有特殊用途的专用系

39、统，其交互能力受到一定的限实时系统：大都是具有特殊用途的专用系统，其交互能力受到一定的限制。制。q响应时间响应时间分时系统：一般都是以人能接受的时间来确定的，其响应时间一般在秒分时系统：一般都是以人能接受的时间来确定的，其响应时间一般在秒数量级；数量级；实时系统：要求视应用场合而定，主要以控制对象或信息处理过程实时系统：要求视应用场合而定，主要以控制对象或信息处理过程所能接受的延迟而定，可能是秒级，也可能是毫秒级甚至微秒级。所能接受的延迟而定，可能是秒级，也可能是毫秒级甚至微秒级。1.4.3 实时系统实时系统本讲稿第四十一页，共六十三页q多道批处理系统、分时系统和实时系统是操作系统的三多道批处

40、理系统、分时系统和实时系统是操作系统的三种基本类型。种基本类型。q但一个实际系统往往兼有它们三者或其中两者的功能，这就出但一个实际系统往往兼有它们三者或其中两者的功能，这就出现了通用操作系统，使之具有更强的处理能力和广泛的适用性。现了通用操作系统，使之具有更强的处理能力和广泛的适用性。批处理系统与分时系统相结合，当系统有分时用户时，系统批处理系统与分时系统相结合，当系统有分时用户时，系统及时地对他们的要求给出响应，而当系统暂时没有分时用户及时地对他们的要求给出响应，而当系统暂时没有分时用户或分时用户较少时，系统处理不太紧急的批处理作业，以便或分时用户较少时，系统处理不太紧急的批处理作业，以便提

41、高系统资源的利用率。提高系统资源的利用率。批处理系统与实时系统相结合，有实时请求则及时进行处理，无批处理系统与实时系统相结合，有实时请求则及时进行处理，无实时请求时则进行批处理。实时请求时则进行批处理。1.4.3 实时系统实时系统本讲稿第四十二页，共六十三页嵌入式操作系统嵌入式操作系统（Embedded Operating System，EOS）q EOS负负责责嵌嵌入入系系统统的的全全部部软软、硬硬件件资资源源的的分分配配、调调度度工工作作，控控制制和和协协调调并并发发活活动动，它它必必须须体体现现其其所所在在系系统统的的特特征征，能能够够通通过过装装卸卸某某些些模模块块来来达达到到系统所要

42、求的功能。系统所要求的功能。q 嵌嵌入入式式操操作作系系统统在在系系统统实实时时高高效效性性、硬硬件件的的相相关关依依赖赖性性、软软件件固固态态化化以以及及应应用用的的专专用用性性等等方方面面具具有较为突出的特点。有较为突出的特点。1.4.4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统本讲稿第四十三页，共六十三页特点：特点：可装卸性可装卸性 强实时性强实时性统一的接口统一的接口操作方便、简单、提供友好的图形操作方便、简单、提供友好的图形GUI提供强大的网络功能，支持提供强大的网络功能，支持TCP/IP协议及其它协议协议及其它协议强稳定性，弱交互性强稳定性，弱交互性固化代码固化代码 更好的硬件适应性，也就是良

43、好的移植性更好的硬件适应性，也就是良好的移植性 1.4.4 嵌入式操作系统嵌入式操作系统本讲稿第四十四页，共六十三页 1.5.1 操作系统的特性操作系统的特性 1.5.2 操作系统的性能指标操作系统的性能指标 1.5 操作系统的特性及性能指标操作系统的特性及性能指标本讲稿第四十五页，共六十三页 由于多道程序系统的出现，使由于多道程序系统的出现，使CPUCPU与与I IO O设备以及其它资源得设备以及其它资源得到充分利用，但也由此带来不少新的复杂问题。在讨论操到充分利用，但也由此带来不少新的复杂问题。在讨论操作系统的特性时，往往讨论支持多道程序的操作系统所具作系统的特性时，往往讨论支持多道程序的

44、操作系统所具有的一些特性。有的一些特性。p并发性并发性p共享性共享性p不确定性不确定性1.5.1 操作系统的特性操作系统的特性本讲稿第四十六页，共六十三页 操作系统的性能指标是对系统性能和特征的描述，它与计算操作系统的性能指标是对系统性能和特征的描述，它与计算机系统的性能有着密切的联系。机系统的性能有着密切的联系。主要的性能指标：主要的性能指标：q系统的系统的RSARSARSARSA是指系统的可靠性、可维修性和可用性三者的总称。是指系统的可靠性、可维修性和可用性三者的总称。p可靠性可靠性(R)(R)：指系统能正常工作的时间的平均值指系统能正常工作的时间的平均值p可维修性可维修性(S)(S)：通

45、常用平均故障修复时间：通常用平均故障修复时间MTRFMTRF来度量，它指从故障发来度量，它指从故障发生到故障修复所需要的平均时间。生到故障修复所需要的平均时间。p可用性可用性(A)(A)：指系统在执行任务的任意时刻能正常工作的概率。指系统在执行任务的任意时刻能正常工作的概率。1.5.2 操作系统的性能指标操作系统的性能指标 本讲稿第四十七页，共六十三页q系统吞吐率系统吞吐率指系统在单位时间内所处理的信息量。指系统在单位时间内所处理的信息量。q系统响应时间系统响应时间指从给定系统输入到开始输出这一段时间间隔。指从给定系统输入到开始输出这一段时间间隔。q系统资源利用率系统资源利用率在给定的时间内，

46、系统内的某一资源的实际使用时间所占的比例。在给定的时间内，系统内的某一资源的实际使用时间所占的比例。q可维护性可维护性主要有两层含义：主要有两层含义：p 一是指在系统运行过程中，不断排除系统设计中遗留下来的错误；一是指在系统运行过程中，不断排除系统设计中遗留下来的错误；p 二是对系统的功能做某些修改或扩充，以适应新的环境或新的要求。二是对系统的功能做某些修改或扩充，以适应新的环境或新的要求。q可移植性可移植性可移植性是指把一个操作系统从一个硬件环境转移到另一个硬件环境所需要的工可移植性是指把一个操作系统从一个硬件环境转移到另一个硬件环境所需要的工作量。作量。1.5.2 操作系统的性能指标操作系

47、统的性能指标 本讲稿第四十八页，共六十三页1.6.1 什么叫中断什么叫中断 1.6.2 中断装置中断装置 1.6.3 管态和目态管态和目态 1.6.4 中断分类中断分类 1.6.5 中断屏蔽中断屏蔽 1.6.6 中断优先级中断优先级 1.6.7 中断处理中断处理 1.6 中断系统中断系统本讲稿第四十九页，共六十三页 中断是指当计算机系统发生某一事件后，中断是指当计算机系统发生某一事件后，CPUCPU暂停正在执行的暂停正在执行的程序，转去执行该事件的处理程序，待该事件处理完后再回到程序，转去执行该事件的处理程序，待该事件处理完后再回到暂停的程序处继续执行。暂停的程序处继续执行。q在计算机系统中，

48、引入中断主要有下列原因：在计算机系统中，引入中断主要有下列原因：中断的首先引入是为了解决慢速的中断的首先引入是为了解决慢速的I IO O设备与快速的设备与快速的CPUCPU之间之间的矛盾。的矛盾。计算机系统通过中断进行驱动。计算机系统通过中断进行驱动。中断系统具有两个主要的作用：中断系统具有两个主要的作用：一是能充分发挥处理机的使用效率；一是能充分发挥处理机的使用效率；二是提高系统实时处理能力。二是提高系统实时处理能力。1.6.1 什么叫中断什么叫中断本讲稿第五十页，共六十三页 由于中断是随机事件，为了寄存、检测中断，便于中断处由于中断是随机事件，为了寄存、检测中断，便于中断处理，在计算机系统

49、中所设置的装置，称为中断装置。理，在计算机系统中所设置的装置，称为中断装置。q中断寄存器中断寄存器为了区分和不丢失每个中断信号，通常对应每个中断源都分别用一个固定的为了区分和不丢失每个中断信号，通常对应每个中断源都分别用一个固定的触发器来寄存中断信号。并常规定其值为触发器来寄存中断信号。并常规定其值为1 1时，表示该触发器有中断信号；时，表示该触发器有中断信号；其值为其值为0 0时，表示无中断信号。这些寄存中断信号触发器的全体称为时，表示无中断信号。这些寄存中断信号触发器的全体称为中断寄存器。中断寄存器。q中断扫描机构中断扫描机构该机构通常在每条机器指令执行周期内的最后时刻扫描中断寄存器，该机

50、构通常在每条机器指令执行周期内的最后时刻扫描中断寄存器，查看是否有中断信号到来。若无中断信号，查看是否有中断信号到来。若无中断信号，CPUCPU继续执行程序的后继指令；继续执行程序的后继指令；若有中断信号，则停止若有中断信号，则停止CPUCPU的后继指令执行，无条件转去执行操作系统内的中断处的后继指令执行，无条件转去执行操作系统内的中断处理程序。理程序。1.6.2 中断装置中断装置本讲稿第五十一页，共六十三页在计算机系统中，在计算机系统中，CPUCPU执行着两类性质不同的程序。执行着两类性质不同的程序。一类是用户程序或系统外层的应用程序一类是用户程序或系统外层的应用程序另一类是操作系统程序。另