《計算機操作系統(tǒng)》ppt課件

1、1,操作系統(tǒng),Operating System（OS）,2,參考書目,(1)龐麗萍 編著 《操作系統(tǒng)原理》（第三版）華中科技大學出版社(2)“操作系統(tǒng)基礎(chǔ)”，屠祁等，清華大學出版社，2000年第三版。(3)馮耀霖 杜舜國 編著《操作系統(tǒng)》（第二版）西安電子科大出版社(4)滕至陽 編著 《現(xiàn)代操作系統(tǒng)教程》高等教育出版社，2000年第一版(5)“現(xiàn)代操作系統(tǒng)”，Aadrew S.T著陳向群等譯，機械工業(yè)出版社， 1999

2、年第一版。(6)“操作系統(tǒng)”，徐宗元，高等教育出版社，2000年第一版。,3,第一章 操作系統(tǒng)引論,教學目的： 操作系統(tǒng)（OS）是最重要的系統(tǒng)軟件，本章從OS的作用、發(fā)展史、類型、特征和功能等多方面介紹OS。教學要求：熟悉操作系統(tǒng)作用和定義，一般了解操作系統(tǒng)的歷史。了解計算機硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。熟練掌握多道程序設(shè)計技術(shù)的概念，掌握批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)及實時系統(tǒng)三種操作系統(tǒng)基本類型，了解、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。了解

3、現(xiàn)代操作系統(tǒng)特征，熟悉操作系統(tǒng)功能。,4,一、計算機系統(tǒng)的資源 計算機系統(tǒng)分為兩大類：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。 ┌運算器 ┌CPU(中央處理器)│ 硬┌主機│ └控制器 件│ └內(nèi)存 系│ ┌外存

4、 統(tǒng)└外設(shè)│輸入設(shè)備(鍵盤、鼠標) └輸出設(shè)備(顯示器、打印機) 軟件系統(tǒng)：系統(tǒng)軟件、應用軟件、工具軟件,5,二、操作系統(tǒng)的層次視圖 計算機系統(tǒng)可以劃分為四個層次：硬件層、操作系統(tǒng)層、實用軟件和應用軟件層。每一層都表示一組功能和一個界面，表現(xiàn)為一種單向服務(wù)的關(guān)系，即上一層的軟件必須以事先約定的方式使用下一層軟件或硬件提供的服務(wù)，反之則不行。,,,硬件

5、層,應用軟件,實用軟件,操作系統(tǒng),指的是各種硬件資源。對外界面由機器指令系統(tǒng)組成，它是操作系統(tǒng)的工作基礎(chǔ)。,6,二、操作系統(tǒng)的層次視圖 計算機系統(tǒng)可以劃分為四個層次：硬件層、操作系統(tǒng)層、實用軟件和應用軟件層。每一層都表示一組功能和一個界面，表現(xiàn)為一種單向服務(wù)的關(guān)系，即上一層的軟件必須以事先約定的方式使用下一層軟件或硬件提供的服務(wù)，反之則不行。,,,硬件層,應用軟件,實用軟件,操作系統(tǒng),⒉操作系統(tǒng)層操作系統(tǒng)對硬件層進行了首次的功

6、能擴充，對外界面是系統(tǒng)調(diào)用或系統(tǒng)服務(wù)。實用層軟件以及應用層軟件就是通過系統(tǒng)調(diào)用使用計算機系統(tǒng)資源的。,7,二、操作系統(tǒng)的層次視圖 計算機系統(tǒng)可以劃分為四個層次：硬件層、操作系統(tǒng)層、實用軟件和應用軟件層。每一層都表示一組功能和一個界面，表現(xiàn)為一種單向服務(wù)的關(guān)系，即上一層的軟件必須以事先約定的方式使用下一層軟件或硬件提供的服務(wù)，反之則不行。,,,硬件層,應用軟件,實用軟件,操作系統(tǒng),它由軟件定義的操作系統(tǒng)界面和硬件指令系統(tǒng)的部分組成

7、。對外提供的界面是由一 組操作系統(tǒng)控制下運行的實用程序組成。實用層軟件的功能是為應用層軟件以及最終用 戶處理自己的程序或數(shù)據(jù)提供服務(wù)。如：語言編譯系統(tǒng)、系統(tǒng)工具軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。,8,二、操作系統(tǒng)的層次視圖 計算機系統(tǒng)可以劃分為四個層次：硬件層、操作系統(tǒng)層、實用軟件和應用軟件層。每一層都表示一組功能和一個界面，表現(xiàn)為一種單向服務(wù)的關(guān)系，即上一層的軟件必須以事先約定的方式使用下一層軟件或硬件提供的服務(wù)，反之則不行。,,,硬

8、件層,應用軟件,實用軟件,操作系統(tǒng),應用層軟件包括辦公自動化系統(tǒng)、事務(wù)處理系統(tǒng)、財務(wù)管理系統(tǒng)等。,9,,三、什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)是直接管理和控制計算機硬件和軟件資源，合理地組織計算機工作流程，以方便用戶充分而有效地利用這些資源的程序集合。即：管理者、組織者、服務(wù)者,10,（1）操作系統(tǒng)作用1.從計算機系統(tǒng)組成觀點——操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件 計算機系統(tǒng)組成： 軟件：應用軟件 系統(tǒng)軟件（操作

9、系統(tǒng)、語言處理系統(tǒng)和常用的例行服務(wù)程序） 硬件： 輸入／輸出（I／O）設(shè)備 存儲器

10、 處理器,11,2. 從資源管理觀點——操作系統(tǒng)是系統(tǒng)資源管理者（ Operating System as a Resource Manager）,操作系統(tǒng)是資源管理程序，它用于管理和控制計算機系統(tǒng)的硬件和軟件資源。計算機系統(tǒng)資源： 操作系統(tǒng)： 軟件 文件系統(tǒng) 硬件：I／O設(shè)備 設(shè)備管理

11、 存儲器 存儲器管理 處理器 處理器（進程）管理,12,3. 從軟件分層、擴充機器的觀點—— 操作系統(tǒng)是擴充裸機的第一層系統(tǒng)軟件,軟件：語言處理程序 虛擬機2軟件：操作系統(tǒng) 虛擬機1 硬件（裸機） 虛擬機：

12、二者結(jié)合變成了功能更強大、使用更方便的機器固件：為了改善系統(tǒng)的性能，將操作系統(tǒng)中與硬件密切有關(guān)的部分軟件，通過微程序設(shè)計技術(shù)轉(zhuǎn)化為硬件，也就是通常所說的固化，這些具有軟件功能的硬件稱為固件。,,,,,13,4.從服務(wù)用戶的觀點——操作系統(tǒng)是用戶與裸機之間接口,用戶 操作系統(tǒng) 接口 裸機系統(tǒng)提供的接口有二類： 一類是作業(yè)級接口，它提供一組鍵盤命令，供用戶組織和控制自己的作業(yè)運

13、行。 另一類是程序級接口，它提供一組系統(tǒng)調(diào)用，即OS中某個模塊功能，供用戶程序和其它程序調(diào)用。,,,,14,總結(jié)： 1、從用戶的觀點看： 操作系統(tǒng)是用戶和計算機之間的接口。 2、從資源管理的觀點看： 它是管理和控制計算機系統(tǒng)資源的管理軟件。 3、從進程的觀點看： 它是合理組織計算機工作流程的大型軟件。 4、從軟件分層、擴充機器的觀點看： OS是擴充裸機的

14、第一層系統(tǒng)軟件，它是由若干層次、按照一定結(jié)構(gòu)形式組成的有機體。 5、從發(fā)展觀點看： OS是為了給計算機系統(tǒng)功能擴展提供支撐平臺，使之在追加新的服務(wù)和功能時更加容易和不影響原有的服務(wù)和功能。,15,操作系統(tǒng)的發(fā)展,第0代 手工操作系統(tǒng),第四代網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng),第三代 多模式系統(tǒng),第一代初級單道批處理系統(tǒng),第二代 多道程序設(shè)計共享系統(tǒng),由程序員采用人工操作方式直接使用計算機硬件系統(tǒng),16,操

15、作系統(tǒng)的發(fā)展,第0代 手工操作系統(tǒng),第四代網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng),第三代 多模式系統(tǒng),第一代初級單道批處理系統(tǒng),第二代 多道程序設(shè)計共享系統(tǒng),兩種方式：聯(lián)機批處理脫機批處理,它是為了減少人工操作時間和作業(yè)周轉(zhuǎn)時間提高CPU利用率而設(shè)計的。系統(tǒng)自動成批處理作業(yè)，這是初級單道批處理系統(tǒng)。,17,操作系統(tǒng)的發(fā)展,第0代 手工操作系統(tǒng),第四代網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng),第三代 多模式系統(tǒng),第一代初級單道批處理系統(tǒng),第二代 多道程序系

16、統(tǒng),特點： 多道宏觀上并行微觀上串行,問題：同步與互斥問題內(nèi)存不足內(nèi)存保護,這一代操作系統(tǒng)包括多道批處理系統(tǒng)、采用交互方式的分時系統(tǒng)和以提高瞬時響應時間為特征的實時系統(tǒng)。,`,18,操作系統(tǒng)的發(fā)展,第0代 手工操作系統(tǒng),第四代 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng),第三代 多模式系統(tǒng),第一代 初級單道批處理系統(tǒng),第二代 多道程序系統(tǒng),分時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)通用操作系統(tǒng),這一代操作系統(tǒng)是多模式系統(tǒng)，即一個系統(tǒng)同時支持批處理、

17、分時處理、實時處理和多重處理。,19,操作系統(tǒng)的發(fā)展,第0代 手工操作系統(tǒng),第四代 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng),第三代 多模式系統(tǒng),第一代 初級單道批處理系統(tǒng),第二代 多道程序系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)實現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡(luò)上進行信息交換、資源共享和互操作等功能。分布式操作系統(tǒng)將地域上分散的各系統(tǒng)互連成一個具有整體功能的系統(tǒng)，并可將一個任務(wù)分布地在各系統(tǒng)上運行，實現(xiàn)分布式處理。,20,早期批處理系統(tǒng),為了縮短作業(yè)的建立時間,減少錯誤操作盡可能

18、地提高CPU的利用率,采取了兩個措施: 1.配備專門的操作員 2.批處理(聯(lián)機批處理、 脫機批處理)聯(lián)機批處理: 用戶上機前,需向操作員提交程序、數(shù)據(jù)和一個作業(yè)說明書,提供用戶標識、用戶想使用的編譯程序以及所需的系統(tǒng)資源等基本信息.,21,一個作業(yè)處理完畢后,監(jiān)督程序又可以自動地調(diào)下一個作業(yè)處理.解決了作業(yè)自動轉(zhuǎn)換問題.但是在作業(yè)的輸入和執(zhí)行結(jié)果的輸出過程中,CPU仍處于停止等待狀態(tài).脫機批處理:,讀

19、卡機,穿卡機,衛(wèi)星機,主機,輸入磁帶,輸出磁帶,輸入磁帶,輸出磁帶,,,,,,,22,由主機和衛(wèi)星機組成. 衛(wèi)星機又稱外圍計算機,不與主機直接連接,只與外部設(shè)備打交道.主機與衛(wèi)星機可以并行操作,二者分工明確,可以充分發(fā)揮主機的高速計算能力. 批處理系統(tǒng)解決了人—機矛盾以及高速CPU和低速I/O設(shè)備的矛盾. 它的出現(xiàn)促進了軟件的發(fā)展,最重要的是產(chǎn)生了起管理作用的監(jiān)督程序. 優(yōu)點:實現(xiàn)了作業(yè)的自動過渡,改善了CPU和外設(shè)的

20、使用情況,提高了計算機系統(tǒng)的處理能力; 缺點:磁帶需人工拆卸;系統(tǒng)的保護問題;,23,執(zhí)行系統(tǒng),在硬件方面隨著通道的引入和中斷技術(shù)的出現(xiàn),操作系統(tǒng)進入執(zhí)行系統(tǒng)階段. 通道 一.通道的概念 一種專用的處理部件,它能控制一臺或多臺外設(shè)工作,負責外部設(shè)備和主存之間的信息傳輸. 二.通道的功能 一旦啟動就能獨立于CPU運行,可使CPU和通道并行操作,而且CPU和各種外部設(shè)備也能

21、并行操作.,24,中斷一、中斷的概念指CPU對系統(tǒng)中發(fā)生的異步事件的響應。異步事件指無一定時序關(guān)系的隨機發(fā)生的事件。采用中斷能使主機與外設(shè)并行工作，有效地發(fā)揮主機的處理能力二、中斷的類型與分級1、按中斷源的處理方法即中斷請求響應的方式等不同，可劃分為不同的中斷類型。1） 輸入輸出中斷(I/O)2） 程序中斷3） 外部中斷4） 機器檢驗中斷,25,2、分級 即：根據(jù)中斷源來確定中斷執(zhí)行的優(yōu)先級。也就是當有多個中

22、斷源同時發(fā)出中斷請求時先執(zhí)行哪個中斷。 中斷的優(yōu)先選擇由硬件來實現(xiàn)的，在計算機中設(shè)置了若干個中斷級，從大到小給每個中斷級編號。對每個優(yōu)先級分配的原則，一般是對緊急的、重要的、較頻繁發(fā)生的中斷源分配較高的中斷優(yōu)先級。,26,借助于通道和中斷技術(shù),I/O的工作可在主機控制下完成. 擴大了原有監(jiān)督程序的功能,不僅要負責調(diào)度作業(yè)自動地運行,而且還要提供I/O控制功能. 這個發(fā)展了的監(jiān)督程序常駐內(nèi)存,稱為執(zhí)行系統(tǒng).

23、 執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)的是聯(lián)機操作,和批處理系統(tǒng)不同的是:I/O工作是由在主機控制下的通道完成的,主機和通道、主機和外設(shè)之間都可以并行操作.在執(zhí)行系統(tǒng)中,用戶程序的I/O工作是委托給系統(tǒng)實現(xiàn)的;引入了一些新的中斷如:算術(shù)溢出和非法操作碼中斷、時鐘中斷等,27,多道程序系統(tǒng),1.多道程序設(shè)計 單道批處理系統(tǒng):系統(tǒng)每次中調(diào)用一個用戶作業(yè)程序進入主存并運行.特征:(1)自動性; (2)順序性; (3)單道性,單道程序工作示

24、例,28,多道程序設(shè)計是一種軟件技術(shù),該技術(shù)使同時進入計算機主存的幾個相互獨立的程序在管理程序控制之下相互交替地運行.當某道程序因某種原因不能繼續(xù)運行下去時,管理程序便將另一道程序投入運行.,,,,,,,,,,,,,,CPU,I/O設(shè)備,請求輸出,程序A,請求其他,輸出結(jié)束,CPU等待,I/O操作,程序B,輸入結(jié)束,程序B,程序A,請求輸入,I/O設(shè)備,多道程序工作示例,29,引入多道程序的好處:(1)提高CPU的利用率;(

25、2)提高主存和I/O設(shè)備利用率;(3)增加系統(tǒng)吞吐量多道程序的特點:(1)多道; (2)宏觀上并行; (3)微觀上串行;,2.多道批處理系統(tǒng) 在批處理系統(tǒng)中采用多道程序設(shè)計技術(shù),就形成了多道批處理系統(tǒng). 在主存中總是存有幾道程序,系統(tǒng)資源的利用率比較高.調(diào)入作業(yè)時要注意到不同作業(yè)的特點, 能合理搭配,可以進一步提高系統(tǒng)資源的利用率.,30,多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題:(1)同步與互斥;

26、(2)提高主存的使用效率;(3)主存保護; 多道程序系統(tǒng)的出現(xiàn)標志著操作系統(tǒng)進入漸趨成熟的階段.先后出現(xiàn)了作業(yè)調(diào)度管理、處理器管理、存儲器管理、外部設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理等技術(shù). 分時系統(tǒng) 分時技術(shù):把處理器的時間分成很短的時間片,這些時間片輪流地分配給各聯(lián)機作業(yè)使用. 采用分時技術(shù)的系統(tǒng)稱為分時系統(tǒng).

27、,31,目標：分時系統(tǒng)的形成和發(fā)展的動力是用戶的需要。用戶希望自己能直接控制程序的運行及時進行人-機交互，以便能方便地修改程序的錯誤。實現(xiàn)原理：分時系統(tǒng)是指在一臺主機上連接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，它同時允許許多用戶通過終端以交互方式使用計算機共享主機中的資源。所謂分時是指多個用戶分時共享使用同一臺計算機，也就是說把計算機的系統(tǒng)資源（尤其是CPU時間）進行時間上分割，即將整個工作時間分成一個個的時間段（時間片），每個時間片分給一

28、個用戶使用，這樣將CPU工作時間分別提供給多個用戶使用，每個用戶依次地輪流使用一個時間片。 把計算機的系統(tǒng)資源進行時間上的分割，分成一個個時間片供多個用戶使用，每個用戶依次輪流使用時間片。,32,多道批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)的出現(xiàn)標志著操作系統(tǒng)的初步形成.分時系統(tǒng)的類型:(1)單道分時系統(tǒng):主存中只駐留一道程序(作業(yè)),其余作業(yè)都保存在輔存上.(每道作業(yè)可能頻繁地調(diào)進/調(diào)出多次,開銷較大,系統(tǒng)性能較差)(2

29、)具有“前臺”和“后臺”的分時系統(tǒng):為了充分利用CPU而引入了“前臺”和“后臺”的概念.主存被固定地劃分為“前臺區(qū)”(按時間片調(diào)進和調(diào)出的作業(yè)流)和“后臺區(qū)”(批處理作業(yè)).(3)多道分時系統(tǒng):在分時系統(tǒng)中引入多道程序技術(shù),可在主存中同時存入多道作業(yè),每道作業(yè)無固定位置.作業(yè)在主存中進行切換. 現(xiàn)代的分時系統(tǒng)都屬于多道分時系統(tǒng).,33,分時系統(tǒng)的特征,同時性：允許在一臺主機上同時聯(lián)接多臺聯(lián)機終端，系統(tǒng)按分時原則為每個

30、用戶服務(wù)。宏觀上是多個用戶同時工作，共享系統(tǒng)資源，而微觀上則是每個用戶作業(yè)輪流運行一個時間片。多路性即同時性，它提高了資源利用率，從而促進了計算機更廣泛的應用。獨立性：每個用戶各占一個終端，彼此獨立操作，互不干擾。因此用戶會感覺到就象他一人獨占主機。交互性：用戶可通過終端與系統(tǒng)進行廣泛的人機對話。用戶可以請求系統(tǒng)提供多方面服務(wù)，如文件編輯，數(shù)據(jù)處理和資源共享等。及時性：用戶的請求能在很短時間內(nèi)獲得響應，此時間間隔是以人們所能接受的

31、等待時間來確定的，通常為1-2秒。,34,實時操作系統(tǒng) 對隨機發(fā)生的外部事件作出及時的響應并對其進行處理，所發(fā)生的外部事件并非是由于人來啟動和直接干預引起的。實時過程控制和實時信息處理兩種系統(tǒng)?；咎卣?是事件驅(qū)動設(shè)計，即當接收到某種類型的外部信息時，由系統(tǒng)選擇相應的程序去處理。,35,實時系統(tǒng)分類,實時控制系統(tǒng) 此類實時控制系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)過程的自動控制，實驗數(shù)據(jù)自動采集，武器的控制：包括火炮自動控制、飛機自動駕

32、駛、導彈的制導系統(tǒng)。實時信息處理系統(tǒng) 這類系統(tǒng)主要用于實時信息處理，比如飛機訂票系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)。,36,.實時系統(tǒng)特征,快速的響應時間 實時系統(tǒng)是為了提高系統(tǒng)響應時間而設(shè)計的OS，特別是實時控制系統(tǒng)，對外部事件的響應要十分及時迅速。外部事件往往以中斷方式通知系統(tǒng)，系統(tǒng)有較強的中斷處理能力，實時系統(tǒng)的設(shè)計也以“事件驅(qū)動”方式來設(shè)計。有限的交互能力 實時系統(tǒng)（如實時信息處息系統(tǒng)）一般是專用系統(tǒng)，它能提供人機

33、交互方式，但用戶只能訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序，不能象分時系統(tǒng)一般向終端用戶提供多方面服務(wù)。高可靠性和安全性 批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)雖也要求系統(tǒng)可靠，相比之下，實時系統(tǒng)則要求系統(tǒng)高度可靠。因此實時系統(tǒng)中往都采用雙機系統(tǒng)，多級容錯措施來保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全。,37,通用操作系統(tǒng),多道批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)的不斷改進,實時系統(tǒng)的出現(xiàn)及其應用日益廣泛,致使操作系統(tǒng)日益完善.在此基礎(chǔ)上,出現(xiàn)了通用操作系統(tǒng).可以同時兼有多道批處理、

34、分時、實時處理的功能,或其中兩種以上的功能. 如:實時處理和批處理相結(jié)合構(gòu)成實時批處理系統(tǒng). 微機操作系統(tǒng) 配置在微機上的OS稱為微機操作系統(tǒng)。常用的微機OS有MS-DOS、MS Windows、OS/2、 UNIX、 Linux等。,38,3. Linux Linux操作系統(tǒng)是一個遵循標準操作系統(tǒng)界面的標準免費操作系統(tǒng)。4．多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng) UNIX SCO公司將運行于大、中、

35、小型機上UNIX操作系統(tǒng)移植到微機上，UNIX是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)。,2．單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)MS Windows Windows98/2000是Microsoft公司開發(fā)的一個圖形用戶界面的多任務(wù)、多線程、全32位的操作系統(tǒng)。,1．單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)MS-DOS MS-DOS是Microsoft公司開發(fā)的首先在IBM-PC機上使用的微機OS，MS-DOS操作系統(tǒng)現(xiàn)在成了事實上的16位微機單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)的標準。,3

36、9,網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（Network Operating System ，NOS）,1. 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)定義計算機網(wǎng)絡(luò)可以定義為一些互連的自主計算機系統(tǒng)的集合，所謂自主計算機是指計算機具有獨立處理能力，而互連則表示計算機之間能夠?qū)崿F(xiàn)通信和相互合作。按網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍大小可把計算機網(wǎng)絡(luò)分成廣域網(wǎng)WAN（Wide Area Network）和局域網(wǎng)LAN（Local Area Network）兩類。(城域網(wǎng)MAN)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)定義為：

37、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是使網(wǎng)絡(luò)上各計算機能方便地進行網(wǎng)絡(luò)通信、有效地共享網(wǎng)絡(luò)資源，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供所需各種服務(wù)的軟件和有關(guān)規(guī)程的集合。,40,2. 網(wǎng)絡(luò)OS功能:高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信對網(wǎng)絡(luò)中共享資源（在LAN中有硬盤、打印機等）有效的管理提供電子郵件、文件傳輸?shù)染W(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)安全管理提供互操作能力,3. 現(xiàn)代操作系統(tǒng)特點——內(nèi)裝網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)代操作系統(tǒng)已把網(wǎng)絡(luò)功能包含到操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，作為操作系統(tǒng)核心功能的一個組成部分。微軟公司的Window

38、s NT，AT & T公司的UNIX 、Sun公司的SunOS、IBM公司的Linux等都已把TCP／IP網(wǎng)絡(luò)功能包含在內(nèi)核中。,41,分布式操作系統(tǒng),1.分布式操作系統(tǒng)定義 分布式計算機系統(tǒng)是為分散處理、協(xié)同完成任務(wù)而將多個分散的計算機經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而成的計算機系統(tǒng)，分布式操作系統(tǒng)是在它上配置的操作系統(tǒng)。分布式操作系統(tǒng)是能直接對系統(tǒng)中各類資源進行動態(tài)分配和管理，有效控制和協(xié)調(diào)諸任務(wù)的并行執(zhí)行，允許系統(tǒng)中的處理單元無主

39、、次之分，并向系統(tǒng)提供統(tǒng)一的、有效的接口的軟件集合。,42,2. 分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的區(qū)別,分布性 處理上的分布性是分布式操作系統(tǒng)的最基本特征。網(wǎng)絡(luò)雖有分布處理的功能，但網(wǎng)絡(luò)的控制功能，則大多集中在某個主機或服務(wù)器上，它的控制方式集中的，分布式系統(tǒng)的處理分布是資源、功能、任務(wù)和控制都是分布的。透明性 分布式OS通常很好地隱藏系統(tǒng)內(nèi)部的實現(xiàn)細節(jié)，如對象的物理位置、并發(fā)控制、系統(tǒng)故障等對用戶都是透明的。,

40、43,統(tǒng)一性 分布式系統(tǒng)要求一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)操作的統(tǒng)一性，而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般是在各自操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上加上負責網(wǎng)絡(luò)訪問功能模塊，網(wǎng)絡(luò)各系統(tǒng)操作不一致。健壯性 由于分布式系統(tǒng)的處理和控制功能是分布的，設(shè)備出現(xiàn)故障時，可通過容錯技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，從而仍保持系統(tǒng)的正常運行，因而系統(tǒng)具有鍵壯性，即具有較好的可用性和可靠性。而網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)其控制功能大多集中在主機和服務(wù)器中，使系統(tǒng)具有潛在的不可靠性。,44,操作系統(tǒng)的分類,按照操

41、作系統(tǒng)所提供的功能可分為:(1)批處理操作系統(tǒng);(2)單用戶操作系統(tǒng);(3)分時操作系統(tǒng);(4)實時操作系統(tǒng);(5)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng);(6)分布式操作系統(tǒng);,分布式操作系統(tǒng)正處于研制階段,網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)正處于不斷發(fā)展階段而其它的操作系統(tǒng)比較成熟.,45,操作系統(tǒng)的功能,操作系統(tǒng)目的之一是為方便用戶使用計算機系統(tǒng)之二是充分發(fā)揮計算機系統(tǒng)資源的使用率。操作系統(tǒng)的功能由五個部分組成：處理器管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件和作業(yè)管理

42、。,46,⒈處理機管理（又稱進程管理） 處理器管理的主要任務(wù)是對處理器進行分配,并對其運行進行有效的控制和管理. 進程是指在系統(tǒng)中能獨立運行并作為資源分配的基本單位,是一個活動的實體.在多道程序環(huán)境下,處理器的分配和運行都是以進程為基本單位的,因而對處理器的管理可歸結(jié)為對進程的管理. 包括以下幾個方面:(1)進程控制;(2)進程調(diào)度;(3)進程的互斥與同步; 進程互斥方式:諸進程在對臨界資

43、源進行訪問時應采用互斥方式對進程進行協(xié)調(diào) 進程同步方式:在相互合作完成共同任務(wù)的進程間由同步機構(gòu)對進程的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào).(4)進程通信;,47,,⒉存儲管理 存儲管理是指對主存儲器的管理，即：如何把有限的主存儲器進行合理的分配，滿足多個用戶程序運行的需要。 主存儲器分為兩部分:一是系統(tǒng)區(qū),一是用戶區(qū)。 對主存儲器的管理主要是對用戶區(qū)域進行管理。,48,,

44、存儲管理的功能有下列四個方面：⑴分配和釋放主存儲器空間 若當時的情況不能滿足申請要求，則讓申請的進程處于等待狀態(tài)，直到有足夠主存空間時再分配給該進程.當某個作業(yè)返回時,系統(tǒng)負責收回，使之成為自由區(qū)域。⑵主存儲器空間的共享 主存空間共享有兩方面的內(nèi)容：一是共享主存資源，一是共享主存的某些區(qū)域。⑶擴充主存容量 通過虛擬存儲技術(shù)或自動覆蓋技術(shù)，把輔助存儲器作為主存儲器的擴充部分來使用。⑷存儲

45、保護 為避免相互干擾，必須對主存中的程序和數(shù)據(jù)進行保護。,49,⒊設(shè)備管理 有效地管理各種外設(shè)，使這些設(shè)備充分地發(fā)揮效率；并且要給用戶提供簡單而易于使用的接口，以便用戶在不了解設(shè)備性能的情況下，也能很方便地使用它。功能主要包括：⑴設(shè)備分配與去配 ⑵設(shè)備處理(設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動程序):基本任務(wù)是 實現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信. ⑶虛擬設(shè)備(把每次公允許一個進程

46、使用的物理設(shè)備改造為能同時供多個進程共享的設(shè)備.),50,⒋文件管理 現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中,總是把程序和數(shù)據(jù)以文件的形式存儲在輔存上,供所有的或指定的用戶使用.文件管理的主要任務(wù)是對用戶文件和系統(tǒng)文件進行管理,以方便用戶使用,并保證文件的安全性.主要功能:(1)文件存儲空間的管理;(2)目錄管理;(3)文件操作;(4)文件的共享、保護和保密;,51,⒌,5.作業(yè)管理 作業(yè)管理是操作系統(tǒng)與用戶的接口軟件

47、。 作業(yè)是指用戶在一次算題過程中, 或一次事務(wù)處理過程中, 要求計算機系統(tǒng)所做工作的集合。在批處理系統(tǒng)中，把一批作業(yè)按用戶提交的先后順序依次安排在輸入設(shè)備上，然后依次讀入系統(tǒng)并進行自理從而形成一個作業(yè)流。一個作業(yè)從進入系統(tǒng)到執(zhí)行結(jié)束，一般需要經(jīng)歷收容、執(zhí)行和完成三個階段，即作業(yè)處于后備、執(zhí)行和完成三 個不同的狀態(tài)。,52,操作系統(tǒng)特征和作用,（1）操作系統(tǒng)特征并發(fā)性（Concurrence） 并行性和并發(fā)性是既相

48、似又有區(qū)別的兩個概念。并行性是指兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生，而并發(fā)性是指兩個或多個在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指宏觀上在一段時間內(nèi)有多道程序在同時執(zhí)行。但在單處理機系統(tǒng)中，每一個時刻僅能執(zhí)行一道程序，故微觀上，這些程序是在交替執(zhí)行。共享性（Sharing） 共享是指系統(tǒng)中的所有資源不再為一個程序所獨占，而是供同時存在于系統(tǒng)中的多道程序所共同使用。根據(jù)資源屬性不同，可有互斥共享和同步共享兩種不同的共享方式。

49、,53,操作系統(tǒng)特征-1,并發(fā)和共享關(guān)系：并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個最基本的特性，它們又是互為存在條件。一方面資源共享是以程序（進程）的并發(fā)性執(zhí)行為條件的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題。另一方面若系統(tǒng)不能對資源共享實施有效管理，則也必將影響到程序并發(fā)執(zhí)行。虛擬性（Virtual） 虛擬是指通過某種技術(shù)把一個物理實體變成若干個邏輯上的對應物。物理實體是實際存在的，是實的；邏輯物體是用戶感覺到的，是虛擬的。例如

50、在單CPU多道分時系統(tǒng)中，通過多道程序技術(shù)和分時技術(shù)可以把一個物理CPU虛擬為多臺邏輯上的CPU，使每個終端用戶都認為有一臺“獨立”的CPU為它運行，用戶感覺的CPU是虛擬CPU。,54,操作系統(tǒng)特征-2,異步性（Asynchronism）和不確定性（nondeterministic） 在多道程序環(huán)境下，允許多個程序并發(fā)執(zhí)行，但由于資源等因素的限制，程序的執(zhí)行并非“一氣呵成”，而是以“走走停?！钡姆绞竭\行，即程序是以異步方式運行

51、的。 多個程序異步并發(fā)執(zhí)行帶來了二種不確定性。一種是每個程序（進程）執(zhí)行的速度和時間不確定，各程序（進程）之間推進的序列也不確定。即是不可預測的。另一種是每個程序（進程）執(zhí)行結(jié)果不確定，即對同一程序，給定相同的初始條件、在相同的環(huán)境下進行多次執(zhí)行，卻可能獲得完全不同的結(jié)果，這也稱為程序并發(fā)執(zhí)行的不可再現(xiàn)性。 （執(zhí)行結(jié)果的不確定性是絕對不允許的，這是操作系統(tǒng)為實現(xiàn)程序并發(fā)執(zhí)行必須解決的問題。）,55,操作系統(tǒng)特征-3,可重構(gòu)性（r

52、econstruction）可重構(gòu)性(reconstruction)支持對計算機系統(tǒng)可靠性和配置動態(tài)化的考慮。在多處理機系統(tǒng)中應使操作系統(tǒng)具有這樣的能力：當系統(tǒng)中某臺處理機或存儲模塊等資源發(fā)生故障時，系統(tǒng)能自動切除故障資源，換上備份資源，對系統(tǒng)進行重構(gòu)使之繼續(xù)工作?，F(xiàn)代操作系統(tǒng)允許在系統(tǒng)運行過程中動態(tài)地改變硬件的配置。當配置變更時，操作系統(tǒng)截獲變更信息，然后自動重構(gòu)系統(tǒng)配置信息。例如，Windows 的即插即用(plugan

53、dplay)方案允許用戶將其便攜式系統(tǒng)從臺式停靠站上卸下并移動到其他位置。而用戶不必關(guān)閉計算機，即插即用子系統(tǒng)自動重構(gòu)新配置。,56,(2)現(xiàn)代操作系統(tǒng)特征：,微內(nèi)核結(jié)構(gòu)（Microkernel architecture） 它只把OS少數(shù)基本的功能（包括地址空間、進程間通信和基本調(diào)度）分配給內(nèi)核，其它的OS服務(wù)由稱為服務(wù)器的進程提供。多線程（Multithreading） 該技術(shù)采用執(zhí)行應用的進程被分

54、為多個能并行運行的線程。對稱多處理機（Symmetric multiprocessing SMP ）分布式操作系統(tǒng) （Distributed Operating Systems）面向?qū)ο笤O(shè)計（Object-oriented design）,57,注意： 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)它是負責管理整個網(wǎng)絡(luò)資源和方便網(wǎng)絡(luò)用戶的軟件的集合。除了具有操作系統(tǒng)的功能外，還具有網(wǎng)絡(luò)管理模塊的功能。分布式操作系統(tǒng)是由多臺計算機組成且滿足如下條件的系