【文章內(nèi)容簡介】 配和運行實施有效管理。在多道程序環(huán)境下，處理機的分配和運行又都是以進程為基本單位的，如某進程因某事件而無法繼續(xù)執(zhí)行時，應(yīng)引起對處理機的重新分配。因此，對處理機的管理，可歸結(jié)為對進程的管理 。進程管理應(yīng)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(diào)度1．進程控制l 當(dāng)用戶作業(yè)要運行時，應(yīng)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。當(dāng)進程運行完成時，立即撤消該進程，以便及時釋放其所占有的資源。進程控制的基本功能就是創(chuàng)建和撤消進程以及控制進程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。2．進程同步l 所謂進程同步是指系統(tǒng)對并發(fā)執(zhí)行的進程進行協(xié)調(diào)。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。此外，對于彼此相互合作去完成共同任務(wù)的各個進程，則應(yīng)由系統(tǒng)對它們的運行速度加以協(xié)調(diào)。3．進程通信l 對于相互合作的進程，在它們運行時，相互之間往往要交換一定的信息。l 例如，進程 A需要把它運行的結(jié)果數(shù)據(jù)，傳送給另一相關(guān)進程 B； 而進程 B僅在收到該數(shù)據(jù)后方能開始執(zhí)行；必要時，進程 B還應(yīng)向進程 A發(fā)送確認(rèn)信息。我們把這種進程間所進行的信息交換稱為進程通信。4．進程調(diào)度l 當(dāng)一個正在執(zhí)行的進程已經(jīng)完成，或因某事件而無法繼續(xù)執(zhí)行時，系統(tǒng)應(yīng)進行進程調(diào)度，重新分配處理機。進程調(diào)度是指按一定算法， 如最高優(yōu)先權(quán)算法 ，從進程就緒隊列中選出一進程，把處理機分配給它，為該進程設(shè)置運行現(xiàn)場，并使之投入運行。二、存儲器管理l 存儲器管理的主要任務(wù)是 :l （ 1） 為多道程序的并發(fā)運行提供良好環(huán)境；l （ 2）便于用戶使用存儲器；l （ 3）提高存儲器的利用率；l （ 4）為盡量多的用戶提供足夠大的存儲空間。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。因此，為每道程序分配內(nèi)存是存儲器管理的最基本功能。對內(nèi)存的分配可按兩種方式進行：l （ 1）靜態(tài)分配。每個作業(yè)所要求的內(nèi)存空間，是在目標(biāo)模塊被鏈接裝入時確定的。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 ”。l （ 2）動態(tài)分配。作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間也是在裝入時確定的，但在作業(yè)運行過程中，還可以繼續(xù)申請附加內(nèi)存空間，也允許作業(yè)在內(nèi)存中 “移動 ”。2．內(nèi)存保護l 為保證各道程序都能在自己的內(nèi)存空間運行而互不干擾，要求每道程序在執(zhí)行時能隨時檢查對內(nèi)存的所有訪問是否合法。必須防止因一道程序的錯誤而擾亂了其它程序，尤其應(yīng)防止用戶程序侵犯操作系統(tǒng)的內(nèi)存區(qū)。因此，不少計算機都設(shè)置了硬件保護設(shè)施，再加軟件的配合來實現(xiàn)內(nèi)存保護功能。l 內(nèi)存分配和保護功能為多道程序的運行提供了良好環(huán)境。3．地址映射l 由目標(biāo)程序所限定的地址范圍稱為該程序的地址空間。地址空間中的地址是邏輯地址。內(nèi)存空間是內(nèi)存物理地址的集合。在多道程序的系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)必須提供這種功能，可以把程序地址空間中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存空間對應(yīng)的物理地址。我們把這種地址變換過程稱為地址映射。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(xì)節(jié)，從而為用戶編程提供了方便。4．內(nèi)存擴充l 由于物理內(nèi)存的大小可能限制了大型作業(yè)或多個作業(yè)的并發(fā)執(zhí)行，為了滿足用戶的要求并改善系統(tǒng)性能，必須對內(nèi)存加以擴充。但我們無須去真正地增加內(nèi)存空間，而只須借助于虛擬存貯技術(shù)，便可獲得這樣的效果，使系統(tǒng)能運行內(nèi)存要求量遠(yuǎn)比物理內(nèi)存大得多的作業(yè)，或讓更多的作業(yè)并發(fā)執(zhí)行 。存儲器管理應(yīng)具有以下四種功能：l 1．內(nèi)存分配l 2．內(nèi)存保護l 3．地址映射l 4．內(nèi)存擴充三、設(shè)備管理 設(shè)備管理的主要任務(wù)是：l （ 1）為用戶程序分配 I／ O設(shè)備；l （ 2）完成用戶程序請求的 I／ O操作；l （ 3）提高 CPU和 I／ O設(shè)備的利用率；l （ 4）改善人機界面。為實現(xiàn)上述任務(wù)設(shè)備管理程序應(yīng)具有下述功能：l 1. 緩沖管理l 2. 設(shè)備分配l 3. 設(shè)備處理啟動l 4. 虛擬設(shè)備功能1．緩沖管理l 幾乎所有的外圍設(shè)備與處理機交換信息時，都要利用緩沖來緩和 CPU和 I／ O設(shè)備間速度不匹配的矛盾，和提高 CPU與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備間操作的并行程度，以提高 CPU和 I／ O設(shè)備的利用率。因此，在系統(tǒng)中設(shè)置了許多類型的緩沖，系統(tǒng)必須對它們進行有效管理。2設(shè)備分配l 系統(tǒng)根據(jù)用戶所請求的設(shè)備類型和所采用的分配算法對設(shè)備進行分配，并將未獲得所需設(shè)備的進程放進相應(yīng)設(shè)備的等待隊列。3．設(shè)備處理l指定的 I／ O設(shè)備，完成用戶規(guī)定的 I／ O操作，并對由設(shè)備發(fā)來的中斷請求進行及時響應(yīng)，根據(jù)中斷類型進行相應(yīng)的處理。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。系統(tǒng)也允許用戶把處理結(jié)果保存在系統(tǒng)中，供以后使用。這樣，操作系統(tǒng)中又必須配置文件系統(tǒng)，作為信息管理機構(gòu)。文件系統(tǒng)應(yīng)具有下述五個功能：l 1．文件存儲空間的管理l 2．目錄管理l 3．文件讀、寫管理l 4．文件保護l 5.向用戶提供接口1．文件存儲空間的管理l 通常，系統(tǒng)中的所有文件都存放在外存上，供多個用戶共享。若由用戶自己對文件的存儲進行管理，不僅極其困難，而且也必然是非常低效的，這就要求由文件系統(tǒng)對文件存儲空間進行統(tǒng)一管理。這包括對文件存儲空間的分配與回收。對于磁盤空間的管理，通常是以盤塊為單位進行的，典型的盤塊大小為 512字節(jié)或 1024個字節(jié)。2．目錄管理l 為使用戶能方便地找到其所需文件，通常由系統(tǒng)為每個文件建立一個文件目錄項。它包含文件名、文件屬性、文件所在的物理位置及有關(guān)其它信息。而若干個目錄項又可以構(gòu)成一個目錄文件。對于大型文件系統(tǒng)，由于目錄項極多，文件系統(tǒng)應(yīng)妥善地對它們加以組織，為加速文件目錄的查找，并獲得令人滿意的文件檢索速度而創(chuàng)造條件。3．文件讀、寫管理l 系統(tǒng)在對某文件進行讀操作時，根據(jù)用戶給定的目標(biāo)地址、傳送字節(jié)數(shù)，把文件信息從外存讀入緩沖區(qū)后，再復(fù)制到指定的用戶區(qū)或系統(tǒng)區(qū)。文件的寫操作是根據(jù)用戶指定的源地址、傳送字節(jié)數(shù)，把信息從指定的用戶區(qū)寫到磁盤上。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(biāo) :l （ l） 防止未經(jīng)核準(zhǔn)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(zhǔn)用戶以不正確的方式使用文件。 在一個文件系統(tǒng)中，可采取多種文件保護措施來達(dá)到上述目標(biāo)，如用口令、存取權(quán)限，以及對文件進行加密等。5 向用戶提供接口l 為了方便用戶，操作系統(tǒng)應(yīng)向用戶提供一個使用方便的接口，用戶通過該接口，取得文件系統(tǒng)的服務(wù)，如用于建立、打開、關(guān)閉、撤消文件，讀或?qū)懳募鹊南到y(tǒng)調(diào)用，供編程時用。l 接口類型：命令行、程序、圖型接口。五 .4操作系統(tǒng)的發(fā)展l 操作系統(tǒng)（包括其前身）成為獨立的程序，已有 40年的歷史，它經(jīng)過 60和 70年代的大發(fā)展時期，到 80年代雖已趨于成熟，但它仍繼續(xù)沿著兩個方向繼續(xù)向前發(fā)展。一個是隨著計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，形成多處理機操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)；另一個則是把操作系統(tǒng)應(yīng)用于微機，并隨微機的發(fā)展而形成微機操作系統(tǒng)。Pentium1993PentiumMMXPentium Pro199540048008Wintel 體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展808080858086808880286(1982)80386DX80386SX80486DX80486SX(1989)16位處理機1978640K尋址能力32位處理機4G直接尋址能力 1985PentiumII1997PentiumIII1999PentiumIV20228位處理機 19734位處理機 1971Itanium 安騰1999計劃Itanium2 安騰 2202264位處理機16位處理機16M直接尋址能力32位處理機64G直接尋址能力70年代的處理產(chǎn)品系列型號項 目4004 8008 8080 8086 8088推 出 時 間 主 頻 108KHz 200KHz 2MHz 5MHz,8MHz,10MHz5MHz,8MHz可 尋 址 內(nèi) 存 640bytes 64K 64K 1M 1M總 線 寬 度 4位 8位 8位 16位 8位晶 體 管 數(shù) 量 2,300(10微米 )3,500(10微米 )6,000(6微米 )29,000(3微米 )29,000(3微米 )簡 要 說 明 第 一 枚 微 型 計 算 機 芯 片 ， 算 術(shù) 操 作 數(shù) 據(jù) /字 符 操 作 性 能 是 8008的 10倍性 能 是 8080的 10倍 除 了 外 部 總 線 為 8位 之 外 ， 與 8086一 樣80年代的處理產(chǎn)品系列型號項 目80286 Intel386TMDX微 處 理 器Intel386TMSX微 處 理 器 rIntel486TMDXCPU微 處 理 器推 出 時 間 主 頻 6MHz,8MHz,10MHz,16MHz,20MHz,25MHz,33MHz16MHz,20MHz,25MHz,33MHz25MHz,33MHz,50MHz總 線 寬 度 16位 32位 16位 32位可 尋 址 內(nèi) 存 /虛存 16M/1G 4G/64T 16M/64T 4G/64T晶 體 管 數(shù) 量 134,000(微米 )275,000(1微米 )275,000(1微米 )1,200,000(1微米 )(.8微米 )簡 要 說 明 性 能 是 8086的 36倍 第 一 款 X86芯 片 ， 可 處 理 32位 數(shù) 據(jù) 集 16位 可 尋 址 總 線 實 現(xiàn) 了 低 成 本 的 32位 處 理 芯 片 上 一 級 高 速 緩 存 90年代的處理產(chǎn)品系列型號項 目Intel486TMSX微 處 理 器奔 騰 174。處 理 器 奔 騰 174。Pro處 理 器 奔 騰 174。II處 理 器 推 出 時 間 主 頻 16MHz,20MHz,25MHz,33MHz60MHz,66MHz 150MHz,166MHz,180MHz,200MHz200MHz,233MHz,266MHz300MHz總 線 寬 度 32位 64位 64位 64位可 尋 址 內(nèi) 存 /虛存4G/64T 4G/64T 64G/64T 64G/64T晶 體 管 數(shù) 量 1,185,000(1微米 )3,100,000( )5,500,000(微米 )7,500,000(微米 )簡 要 說 明 設(shè) 計 上 與 英 特 爾 486(TM)DX一 樣 ， 只 是 沒 有 數(shù) 學(xué) 協(xié) 處 理 器超 級 擴 充 體 系 結(jié) 構(gòu) ， 性 能 是 英 特 爾 486TMDX處 理 器 33MHz的 5倍動 態(tài) 執(zhí) 行 體 系 結(jié) 構(gòu) 推 出 了 高 性 能 處 理 器雙 路 獨 立 總 線 ，