【正文】 為了使用戶能方便地在外存上找到自己所需的文件 ，通常由系統(tǒng)為每個文件建立一個目錄項 。 其主要任務(wù)是為每個文件分配必要的外存空間 ， 提高外存的利用率 ， 并能有助于提高文件系統(tǒng)的運行速度 。 然后 ， 便向設(shè)備控制器發(fā)出 I/O命令 ， 啟動I/O設(shè)備去完成指定的 I/O操作 。 設(shè)備使用完后 ， 還應(yīng)立即由系統(tǒng)回收 。 為了實現(xiàn)設(shè)備分配 ， 系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置設(shè)備控制表 、 控制器控制表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ， 用于記錄設(shè)備及控制器的標(biāo)識符和狀態(tài) 。 因此 ， 在現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)中 ， 都毫無例外地在內(nèi)存中設(shè)置了緩沖區(qū) ， 而且還可通過增加緩沖區(qū)容量的方法 ， 來改善系統(tǒng)的性能 。 為實現(xiàn)上述任務(wù) ， 設(shè)備管理應(yīng)具有緩沖管理 、 設(shè)備分配和設(shè)備處理 ， 以及虛擬設(shè)備等功能 。 這樣 ， 既滿足了用戶的需要 ， 改善了系統(tǒng)的性能 ， 又基本上不增加硬件投資 。 在多道程序環(huán)境下 ， 每道程序不可能都從 “ 0”地址開始裝入 (內(nèi)存 )， 這就致使地址空間內(nèi)的邏輯地址和內(nèi)存空間中的物理地址不相一致 。 當(dāng)然 ， 對發(fā)生越界后的處理 ， 還須與軟件配合來完成 。 一種比較簡單的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制 ， 是設(shè)置兩個界限寄存器 ， 分別用于存放正在執(zhí)行程序的上界和下界 。在靜態(tài)分配方式中 ， 每個作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入時確定的；在作業(yè)裝入后的整個運行期間 ， 不允許該作業(yè)再申請新的內(nèi)存空間 ， 也不允許作業(yè)在內(nèi)存中 “ 移動 ” ； 在動態(tài)分配方式中 ， 每個作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間 ， 也是在裝入時確定的 ， 但允許作業(yè)在運行過程中 ， 繼續(xù)申請新的附加內(nèi)存空間 ， 以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動態(tài)增漲 ， 也允許作業(yè)在內(nèi)存中 “ 移動 ” 。 在將它們調(diào)入內(nèi)存后 ， 便分別為它們建立進(jìn)程 ， 使它們都成為可能獲得處理機(jī)的就緒進(jìn)程 ， 并按照一定的算法將它們插入就緒隊列 。 當(dāng)相互合作的進(jìn)程 (線程 )處于同一計算機(jī)系統(tǒng)時 ， 通常在它們之前是采用直接通信方式 ， 即由源進(jìn)程利用發(fā)送命令直接將消息 (message)掛到目標(biāo)進(jìn)程的消息隊列上 ， 以后由目標(biāo)進(jìn)程利用接收命令從其消息隊列中取出消息 。 而在這些進(jìn)程 (線程 )之間 ， 又往往需要交換信息 。 有兩種協(xié)調(diào)方式： ① 進(jìn)程互斥方式 ， 這是指諸進(jìn)程 (線程 )在對臨界資源進(jìn)行訪問時 ， 應(yīng)采用互斥方式； ② 進(jìn)程同步方式 ， 指在相互合作去完成共同任務(wù)的諸進(jìn)程(線程 )間 ， 由同步機(jī)構(gòu)對它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào) 。 進(jìn)程控制的主要功能是為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程 、撤消已結(jié)束的進(jìn)程 ， 以及控制進(jìn)程在運行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 。 盡管如此 ，但只要運行環(huán)境相同 ， 作業(yè)經(jīng)多次運行 ， 都會獲得完全相同的結(jié)果 。 可見 ， 由于資源等因素的限制 ， 使進(jìn)程的執(zhí)行通常都不是 “ 一氣呵成 ” ，而是以 “ 停停走走 ” 的方式運行 。 顯然 ， 如果 n是某物理設(shè)備所對應(yīng)的虛擬的邏輯設(shè)備數(shù) ， 則虛擬設(shè)備的平均速度必然是物理設(shè)備速度的 1/n 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 我們還可以通過虛擬設(shè)備技術(shù) ， 將一臺物理 I/O設(shè)備虛擬為多臺邏輯上的 I/O設(shè)備 ， 并允許每個用戶占用一臺邏輯上的 I/O設(shè)備 ， 這樣便可使原來僅允許在一段時間內(nèi)由一個用戶訪問的設(shè)備 (即臨界資源 )， 變?yōu)樵谝欢螘r間內(nèi)允許多個用戶同時訪問的共享設(shè)備 。 此時 ， 雖然物理內(nèi)存的容量可能不大 (如 32 MB)， 但它可以運行比它大得多的用戶程序 (如 128 MB)。 第一章 操作系統(tǒng)引論 在虛擬處理機(jī)技術(shù)中 ， 是通過多道程序設(shè)計技術(shù) ，讓多道程序并發(fā)執(zhí)行的方法 ， 來分時使用一臺處理機(jī)的 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 虛擬 (Virtual) 操作系統(tǒng)中的所謂 “ 虛擬 ” ， 是指通過某種技術(shù)把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應(yīng)物 。 這里所謂的 “ 同時 ” 往往是宏觀上的 ， 而在微觀上 ， 這些進(jìn)程可能是交替地對該資源進(jìn)行訪問 。 僅當(dāng) A進(jìn)程訪問完并釋放該資源后 ， 才允許另一進(jìn)程對該資源進(jìn)行訪問 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 共享 (Sharing) 在操作系統(tǒng)環(huán)境下 ， 所謂共享是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程 (線程 )共同使用 。 (5) 可靠性。 第一章 操作系統(tǒng)引論 3. 實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)特征的比較 (1) 多路性。 第一章 操作系統(tǒng)引論 2) (1) 硬實時任務(wù) (hard realtime task)。 第一章 操作系統(tǒng)引論 2. 實時任務(wù) 1) (1) 周期性實時任務(wù)。 (4) 交互性。 (2) 及時處理。 (3) 便于用戶上機(jī)。 或者說 ， 分時系統(tǒng)是為了滿足用戶需求所形成的一種新型 OS。 (3) I/O設(shè)備管理問題。 (3) 平均周轉(zhuǎn)時間長。 (2) 無序性。 如果允許在內(nèi)存中裝入多道程序 ， 并允許它們并發(fā)執(zhí)行 ， 則無疑會大大提高內(nèi)存和 I/O設(shè)備的利用率 。 在引入多道程序設(shè)計技術(shù)后 ， 由于同時在內(nèi)存中裝有若干道程序 ， 并使它們交替地運行 ， 這樣 ， 當(dāng)正在運行的程序因 I/O而暫停執(zhí)行時 ， 系統(tǒng)可調(diào)度另一道程序運行 ， 從而保持了 CPU處于忙碌狀態(tài) 。 在該系統(tǒng)中 ， 用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個隊列 ， 稱為 “ 后備隊列 ” ；然后 ， 由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊列中選擇若干個作業(yè)調(diào)入內(nèi)存 ， 使它們共享 CPU和系統(tǒng)中的各種資源 。 (2) 順序性 。 (2) 提高 I/O速度。 當(dāng)程序運行完畢并取走計算結(jié)果后 ， 才讓下一個用戶上機(jī) 。 此時 ， 用戶所看到的是臺功能更強(qiáng)的虛機(jī)器 。 如果我們在裸機(jī)上覆蓋上一層 I/O設(shè)備管理軟件 ， 用戶便可利用它所提供的 I/O命令 ， 來進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和打印輸出 。 相應(yīng)地 ， OS的主要功能也正是針對這四類資源進(jìn)行有效的管理 ， 即：處理機(jī)管理 ， 用于分配和控制處理機(jī)；存儲器管理 ， 主要負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配與回收； I/O設(shè)備管理 ， 負(fù)責(zé) I/O設(shè)備的分配與操縱；文件管理 ， 負(fù)責(zé)文件的存取 、 共享和保護(hù) 。 (3) 圖形 、 窗口方式 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 圖 11 OS作為接口的示意圖 用 戶應(yīng)用程序系統(tǒng)調(diào)用 命令 圖標(biāo)、窗口操作系統(tǒng)計算機(jī)硬件第一章 操作系統(tǒng)引論 (1) 命令方式 。第一章 操作系統(tǒng)引論 第一章 操作系統(tǒng)引論 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 操作系統(tǒng)的基本特性 操作系統(tǒng)的主要功能 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 第一章 操作系統(tǒng)引論 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用 操作系統(tǒng)的目標(biāo) 目前存在著多種類型的 OS， 不同類型的 OS， 其目標(biāo)各有所側(cè)重 。應(yīng)注意 ， OS是一個系統(tǒng)軟件 ， 因而這種接口是軟件接口 。 OS提供了一組系統(tǒng)調(diào)用 ， 用戶可在自己的應(yīng)用程序中通過相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用 ， 來操縱計算機(jī) 。 歸納起來可將資源分為四類：處理器 、 存儲器 、 I/O設(shè)備以及信息 (數(shù)據(jù)和程序 )。 第一章 操作系統(tǒng)引論 3. OS 對于一臺完全無軟件的計算機(jī)系統(tǒng) (即裸機(jī) )， 即使其功能再強(qiáng) ， 也必定是難于使用的 。 如果我們又在第一層軟件上再覆蓋上一層文件管理軟件 ， 則用戶可利用該軟件提供的文件存取命令 ， 來進(jìn)行文件的存取 。 這時的計算機(jī)操作是由用戶 (即程序員 )采用人工操作方式直接使用計算機(jī)硬件系統(tǒng) ， 即由程序員將事先已穿孔 (對應(yīng)于程序和數(shù)據(jù) )的紙帶 (或卡片 )裝入紙帶輸入機(jī) (或卡片輸入機(jī) )， 再啟動它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計算機(jī) ， 然后啟動計算機(jī)運行 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 2. 脫機(jī)輸入 /輸出 (OffLine I/O) 這種脫機(jī) I/O (1) 減少了 CPU的空閑時間。 (1) 自動性 。 為了進(jìn)一步提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量 ， 在 60年代中期又引入了多道程序設(shè)計技術(shù) ， 由此而形成了多道批處理系統(tǒng)(Multiprogrammed Batch Processing System)。 圖 14(a)示出了單道程序的運行情況 ， 從圖可以看出：在 t2~t t6~t7時間間隔內(nèi) CPU空閑 。 類似地 ， 對于系統(tǒng)中所配置的多種類型的 I/O設(shè)備 ， 在單道程序環(huán)境下也不能充分利用 。 第一章 操作系統(tǒng)引論 2. 多道批處理系統(tǒng)的特征 (1) 多道性。 (2) 系統(tǒng)吞吐量大。 (2) 內(nèi)存管理問題。 第一章 操作系統(tǒng)引論 分時系統(tǒng) 1. 分時系統(tǒng) (TimeSharing System) 如果說 ， 推動多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要