【正文】 。4．文件保護l 為防止文件被偷竊和破壞，文件系統(tǒng)必須提供文件保護功能以實現(xiàn)下述目標 :l （ l） 防止未經(jīng)核準的用戶存取文件；l （ 2）防止冒名頂替存取文件；l （ 3）防止被核準用戶以不正確的方式使用文件。而若干個目錄項又可以構成一個目錄文件。這包括對文件存儲空間的分配與回收。四、文件管理l 在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，總是把大量信息以文件形式存放在外存中，以供所有的或指定的用戶使用。因此，在系統(tǒng)中設置了許多類型的緩沖，系統(tǒng)必須對它們進行有效管理。1．內(nèi)存分配l 顯然，地址映射功能可使用戶不必過問物理存儲空間的分配細節(jié)，從而為用戶編程提供了方便。地址空間中的地址是邏輯地址。必須防止因一道程序的錯誤而擾亂了其它程序，尤其應防止用戶程序侵犯操作系統(tǒng)的內(nèi)存區(qū)。作業(yè)一旦被裝入后，在其整個運行期間都不允許再申請內(nèi)存，也不允許作業(yè)在內(nèi)存中 “移動 ”。1．內(nèi)存分配l 多道程序能并發(fā)執(zhí)行的首要條件是，各道程序都有自己的內(nèi)存空間。我們把這種進程間所進行的信息交換稱為進程通信。最基本的進程同步方式是使各個進程以互斥方式訪問臨界資源。進程管理應實現(xiàn)下述主要功能：l 1．進程控制l 2．進程同步l 3．進程通信l 4．進程調度1．進程控制l 當用戶作業(yè)要運行時，應為之建立一個或多個進程，并為它分配除處理機以外的所有資源，將它們放入進程就緒隊列?？梢姡瑸槭苟嗟莱绦蚰苡袟l不紊地運行，應使操作系統(tǒng)具有以下五方面功能。因為，不論程序以何種順序、速度向前推進，只要在相同的運行環(huán)境下給予相同的輸入，其運行結果總是確定的。I／O設備虛擬為多臺邏輯上的 Peripheral亦即，多道程序技術可以把一臺物理上的 CPU虛擬為多臺邏輯上的 CPU。 虛擬（ Virtual） 在操作系統(tǒng)中，所謂虛擬，是指把一個物理上的實體，變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應物。典型的可供多個進程同時訪問的資源是磁盤。許多物理設備諸如字符設備、磁帶機以及某些變量、表格都屬于臨界資源，它們要求互斥共享。 共享（ Sharing） 資源共享是指系統(tǒng)中的硬件和軟件資源不再為某個程序所獨占，而是供多個用戶共同使用。為使程序能并發(fā)執(zhí)行，系統(tǒng)必須為該程序建立進程。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)有多道程序在同時運行。例如， VAX－ 11系列機上所配置的 VMS操作系統(tǒng)，便是一個兼有分時、實時和批處理功能的操作系統(tǒng)。最簡單的方法是，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)過載，便拒絕接收新任務的輸入，直至過載現(xiàn)象消除。在復雜的人機對話中，每當一終端發(fā)出一詢問并得到回答后，可以再發(fā)出有關該問題的補充詢問。因此，在這種系統(tǒng)中都必須采用相應的硬件及軟件的容錯技術來提高系統(tǒng)的可靠性。對于實時控制系統(tǒng)，也經(jīng)常具有多路采集現(xiàn)場信息和控制多個執(zhí)行機構的功能。而實時控制系統(tǒng)對響應時間的要求，則是以控制對象所能接受的延遲來確定的，它可能是秒級、毫秒級，甚至可短到微秒級。同樣，計算機也可用于武器的控制上，如火炮的射擊控制、飛機的自動駕駛以及導彈的制導等。 （ Real－ Time System）l 所謂實時，是表示 “立即 ”、 “馬上 ”、 “及時 ”，而實時系統(tǒng)是指系統(tǒng)對特定輸入做出反應的速度足以控制發(fā)出實時信號的對象；或者說，計算機能及時響應外部事件的請求，在規(guī)定時間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實時設備和實時任務，協(xié)調一致地運行。利用重入碼編制成的文件可供多個終端用戶共享，以減少總的用戶程序量，從而減少了對換時的數(shù)據(jù)量。在單道批處理環(huán)境下，對換所需時間將隨著對換信息量的增加而增加， CPU用于處理終端用戶程序的時間將因對換時間的增加而減少，從而延長了作業(yè)在內(nèi)存的駐留時間。當 n一定時，響應時間比例于 q， 因而適當?shù)販p少時間片長度，便可改善對用戶的響應時間。1．影響響應時間的第二因素l （ 2） 用戶數(shù)目。l 1．影響響應時間的若干因素1．影響響應時間的第一因素l （ 1）系統(tǒng)開銷。系統(tǒng)能及時響應該命令，并在終端上顯示響應結果。該響應時間間隔的大小由人們所能接受的等待時間來確定，通常把響應時間規(guī)定為 2～ 3秒鐘。從用戶角度說，每一用戶并不感覺到有其它用戶的存在，就像整個系統(tǒng)被他所獨占。多路性提高了資源利用率，節(jié)省了開支，促進了計算機的廣泛應用。S3．基于多道程序設計的分時系統(tǒng)作業(yè)cpu內(nèi)存 內(nèi)存 內(nèi)存 內(nèi)存 內(nèi)存作業(yè)作業(yè)作業(yè)作業(yè)作業(yè)二、分時系統(tǒng)的特征l 綜上所述，我們可以歸納出分時系統(tǒng)有以下四個基本特征：l 1．多路性 在內(nèi)存中可同時裝入多道程序，每道程序無固定位置，對小作業(yè)可多裝入幾道程序，對一些較大作業(yè)則少裝入幾道程序。僅當 “前臺 ”正在調進／調出或無調進／調出作業(yè)流時，才運行 “后臺 ”的批處理作業(yè)，并給它分配更長的時間片。在簡單分時系統(tǒng)中，由于內(nèi)存中只存放一道程序，故系統(tǒng)性能欠佳。slice） 的時間（例如 1．簡單分時系統(tǒng)l 通常，在一臺主機上連接了多個鍵盤顯示終端，用戶可以通過各自的終端，以交互作用方式使用計算機，共享主機上所配置的各種硬軟件資源。（ 2）不能提供交互作用能力。這必然使許多短作業(yè)的周轉時間顯著增長；l 在批處理系統(tǒng)中采取了一系列措施來提高資源利用率，使系統(tǒng)資源得到有效的利用。l一、批處理系統(tǒng)的類型二、批處理系統(tǒng)的優(yōu)點 批處理系統(tǒng)雖誕生于 60年代初期，但至今仍作為一種主要的操作系統(tǒng)類型，并已將它配置于網(wǎng)絡系統(tǒng)中。該系統(tǒng)是在通常的批處理系統(tǒng)基礎上，再加上遠程作業(yè)錄入程序（ RJE） 后形成的。（ 2）內(nèi)存中可同時駐留多道作業(yè)。（ 1）須經(jīng)過作業(yè)調度和進程調度。其特征是 :僅當前一道作業(yè)運行完成，或出現(xiàn)不能處理的異常情況時，才重新調入其后繼作業(yè)進入內(nèi)存運行，在內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)；l （ 3）作業(yè)完成的順序與作業(yè)進入內(nèi)存的順序直接相關，即先進入內(nèi)存的先完成。嵌入式操作系統(tǒng)l Smart實時操作系統(tǒng)l Embedded個人機l Realtimeputeroperatingsystems這樣便形成了操作系統(tǒng)。系統(tǒng)應組織好這些程序的運行，以保證系統(tǒng)的吞吐量最大、資源利用率最高，而又不延誤緊急程序的運行 。需解決的第四個問題：程序調度管理l （ 4）在一個系統(tǒng)中運行的程序，可能具有不同的類型。需解決的第三個問題： I/O管理l （ 3）通常，一個系統(tǒng)中的 I／ O設備數(shù)量少于多道程序所要求的數(shù)量，這同樣會引起各道程序對 文件組織需解決的第一個問題：內(nèi)存管理l （ l） 在一個連續(xù)的內(nèi)存空間中，同時駐留了多道程序。I／ Ol 4內(nèi)存l 2這樣不僅使 CPU能得到充分利用，同時還可改善 I／ O設備和內(nèi)存的利用率。為改善 可見，批處理技術是在解決人機矛盾和 例：早期的 batch系統(tǒng)Early batch system– bring cards to 1401– read cards to tape– put tape on 7094 which does puting– put tape on 1401 which prints output這種方式是上一種方式的改進l 在脫機輸入輸出方式中，事先已把一組作業(yè)記錄在一盤磁帶上，這意味著作業(yè)的處理是成組的，且處理順序已經(jīng)排定。2．脫機輸出技術當程序運行完畢或告一段落， CPU需要輸出時，無須直接把計算結果送至低速輸出設備，而是高速地把結果送到磁帶上，然后在另一臺外圍機的控制下，把磁帶上的計算結果，由相應的輸出設備輸出，這就大大加快了程序的輸出過程。l 隨著 CPU速度的大幅度提高， CPU 和 I／ O設備之間速度不匹配的矛盾也日益突出，這就導致了一種關鍵性硬件 —— 通道 的出現(xiàn)?？梢?，CPU的利用極不充分，這在運行短程序時尤為突出。這種人工操作方式具有以下兩個特點：l （ 1）用戶獨占全機。TechnicI／ O例：基于 Pentium處理器的 PC架構例：基于 Pentium處理器的 PC架構例：現(xiàn)代計算機的指標架構 (時空差異 )存取時間1 nsec2 nsec10 nsec10 msec100 msec Magic tapeMagic diskMain memoryCashRegisters典型容量1 KB110 MB642048M10160G32320G1． 1 操作系統(tǒng)的形成 操作系統(tǒng)是在人們不斷地改善計算機系統(tǒng)性能和提高資源利用率的過程中，逐步地形成和發(fā)展起來的。操作系統(tǒng)是所有計算機軟件的基礎l 操作系統(tǒng)是裸機上的第一層軟件，它是對硬件系統(tǒng)功能的首次擴充。通常把未配置軟件的計算機稱為裸機。操作系統(tǒng)連接人與計算機之間的橋梁主講：王明亮 電話： 02887602377(宅 )13808051237第一章 操作系統(tǒng)引論l 計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。配置操作系統(tǒng)的目標l （ 1）提供一個計算機用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口，使計算機系統(tǒng)更易于使用；l （ 2）有效地控制和管理計算機系統(tǒng)中的各種硬件和軟件資源，使之得到更有效的利用；l （ 3）合理地組織計算機系統(tǒng)的工作流程，以改善系統(tǒng)性能（如響應時間、系統(tǒng)吞吐量等）。事實上，操作系統(tǒng)已成為現(xiàn)代計算機系統(tǒng)（包含大、中、小及微型機）中必不可少的最重要的系統(tǒng)軟件。TechnicTechnic） 1． 1． l 人工操作方式l 早期計算機的工作，基本上采用人工操作方式：由操作員將紙帶（或卡片）裝入紙帶輸入機（或卡片輸入機），以把程序和數(shù)據(jù)輸入計算機，當程序運行完畢，由用戶取走紙帶和計算結果后，才讓下一個用戶上機操作。2） 用戶僅在上機時才能將紙帶或卡片裝入相應的輸入設備，顯然，此時 CPU空閑；當計算完成，進行卸帶取卡操作時， CPU又空閑。但隨著計算機運算速度的提高、規(guī)模的擴大，人機矛盾就變得嚴重起來，甚至可使資源利用率降為百分之幾，甚至更低。l l 所謂作業(yè)是指用戶程序及其所需的數(shù)據(jù)和命令的集合。這便形成了最初的批處理技術。1． 1． 4 多道程序設計技術l 一、多道程序在采用批處理技術時，內(nèi)存中僅存放一道程序，每當該程序發(fā)出 I／ O請求后， CPU便處于等待 CPU空閑。當一道程序因 I／ O請求而暫停執(zhí)行時，CPU便立即轉去執(zhí)行另一道程序。系統(tǒng)應協(xié)調這些程序對處理機的使用，使各道程序最終都能獲得處理機而運行；對于緊急的任務，還應能使之優(yōu)先獲得處理機。I／ O設備品種繁多，驅動程序又直接與硬件相關，又需要各種類型的緩沖，系統(tǒng)應對它們進行有效管理，使之既能提高 I／ O設備的利用率，又能極大地方便用戶對設備的使用。不同程序所要求的資源也有多有少，緊急程度也各不相同。操作系統(tǒng)的定義l 為解決上述問題，在多道程序系統(tǒng)中，必須設置一組有機結合的軟件；此外，還應提供方便用戶使用計算機的軟件。operatingsystems服務器操作系統(tǒng)l Multiprocessor多處理機l Personalsystems只按作業(yè)在外存中排定的順序，依次將它們調入的內(nèi)存，將處理機分配給調入的作業(yè)使之運行；l （ 2）內(nèi)存中僅有一道作業(yè)在運行。多道批處理系統(tǒng)在 60年代中期以后常配置的一種操作系統(tǒng)類型。系統(tǒng)又按一定算法從該隊列中取出一個作業(yè)，使之獲得處理機執(zhí)行。（ Batch Processing System）l 3．遠程批處理系統(tǒng)– 這是配置在聯(lián)機系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡中的、能接收從遠程系統(tǒng)送來的批量型作業(yè)，對它進行處理后，將結果送至指定系統(tǒng)的一種批處理系統(tǒng)。遠地批處理的功能十分有用，它是構成分布式處理系統(tǒng)的基本條件之一。批處理系統(tǒng)能以較多的時間對作業(yè)進行處理，操作系統(tǒng)的開銷較小，故可獲得較大的系統(tǒng)吞吐量；l （ 2）資源利用率高。由于在批處理系統(tǒng)中，一個作業(yè)一旦運行便將運行到完成。(Timesharing System） 分時系統(tǒng)既是操作系統(tǒng)的一種類型，又是對配置了分時操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)的一種稱呼。實現(xiàn)分時系統(tǒng)有下述幾種方法：l 為使系統(tǒng)能及時響應用戶請求，規(guī)定每個作業(yè)在運行一個時間片（ time若在不太長的時間內(nèi)，例如 3秒種內(nèi)能使所有的作業(yè)都輪流運行一個時間片，亦即在指定時間內(nèi)每個用戶作業(yè)都一定能運行，這就能使終端用戶與自己的作業(yè)交互作用，從而保證每個用戶請求都能獲得及時響應。 “前臺 ”存放按時間片調進／調出的作業(yè)流，其工作方式同前； “后臺 ”部分存放批處理作業(yè)。作業(yè) A 作業(yè) A 作業(yè) B作業(yè) 1 作業(yè) 2 作業(yè) 3 作業(yè) 4前臺后臺管理3．基于多道程序設計的分時系統(tǒng)l 為了進一步改善系統(tǒng)性能，在分時系統(tǒng)中引入多道程序設計技術。平時輪轉運行高優(yōu)先權隊列的