【導(dǎo)讀】課程性質(zhì)與教學(xué)目的。前期課程及后續(xù)課程。對計算機系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度和管理。提供各種強有力的系統(tǒng)服務(wù)。為用戶創(chuàng)造靈活而又方便的使用環(huán)境。備管理、文件管理。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了。技能方面——根據(jù)掌握的操作系統(tǒng)知識對系統(tǒng)軟。處理機調(diào)度與死鎖。操作系統(tǒng)接口（略講）?！恫僮飨到y(tǒng)原理》，蘇開根等，武漢大學(xué)出版?！恫僮飨到y(tǒng)》，馮耀霖，杜舜國，西安電子科。《操作系統(tǒng)與習(xí)題解析》，李春保，清華大學(xué)?！恫僮飨到y(tǒng)概念》，[美]Abraham. 操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用。操作系統(tǒng)的基本特征。操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。推動操作系統(tǒng)發(fā)展的主要動力。提供良好的、一致的用戶接口，彌補硬件系統(tǒng)的類型。使CPU、I/O設(shè)備和存儲空間得到有效利用；管理和。OS應(yīng)采用層次化結(jié)構(gòu)，以便于增加新的功能層次和模。遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，方便地實現(xiàn)互連，實現(xiàn)應(yīng)用的可移植。形式上類似于過程OS作為接口的示意圖

　　

【正文】 護(hù) 3. 地址映射 4. 內(nèi)存擴充 Operating System Page 114 2020/11/4 存儲器管理 ?管理目標(biāo) ? 提高 利用率 、 方便 用戶使用、提供足夠的 存儲空間 、方便進(jìn)程 并發(fā) 運行 ?內(nèi)存分配 ? 為每道程序分配空間：靜態(tài)分配、動態(tài)分配 ? 提高利用率 ? 允許正在運行程序申請附加空間 ?內(nèi)存保護(hù) ? 確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運行，彼此 互不干擾 ? 如：訪問合法性檢查、甚至要防止從 垃圾 中竊取其他進(jìn)程的信息 ? 一種方法是設(shè)置兩個界限寄存器，由硬件實現(xiàn)越界檢查 采用什么樣的分配策略？ Operating System Page 115 2020/11/4 存儲器管理 — 續(xù) ?地址映射 ?程序中的地址稱為 “ 邏輯地址 ” 或 “ 相對地址 ” ?內(nèi)存中單元的地址稱為 物理地址 ?多道程序下，進(jìn)程裝入內(nèi)存后要由 邏輯地址 到內(nèi)存 物理地址 進(jìn)行變換 ?內(nèi)存擴充 ?借助于虛擬存儲技術(shù)，從邏輯上去擴充內(nèi)存容量 ?改善了系統(tǒng)的性能，基本上不增加硬件投資 ?請求調(diào)入功能 ?置換功能 Operating System Page 116 2020/11/4 操作系統(tǒng)的主要功能 ?處理機管理 ?存儲器管理 ?設(shè)備管理 ?文件管理 ?用戶接口 Operating System Page 117 2020/11/4 設(shè)備管理功能 設(shè)備管理用于管理計算機系統(tǒng)中所有的外圍設(shè)備 ， 而設(shè)備管理的主要任務(wù)是 ， 完成用戶進(jìn)程提出的 I/O請求；為用戶進(jìn)程分配其所需的 I/O設(shè)備；提高 CPU和 I/O設(shè)備的利用率；提高 I/O速度；方便用戶使用 I/O設(shè)備 。 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 。 Operating System Page 118 2020/11/4 設(shè)備管理 ?管理目標(biāo) ? 方便的設(shè)備使用、提高 CPU與 I/O設(shè)備 利用率 、提高 I/O速度 ?緩沖區(qū)管理 ? 匹配 CPU和外設(shè)的速度，提高兩者的利用率（單緩沖區(qū)、雙緩沖區(qū)和公用緩沖區(qū)） ? 單緩沖 、 雙緩沖 、 公共緩沖池 ?設(shè)備分配與回收 ? 在多用戶間共享 I/O設(shè)備資源 ? 針對不同類型設(shè)備采用不同策略，如獨占設(shè)備分配 ? 虛擬設(shè)備 (virtual device)：設(shè)備由多個進(jìn)程共享，每個進(jìn)程如同獨占 ?設(shè)備獨立性 ? 用戶申請的設(shè)備與實際操作的物理 設(shè)備無關(guān) Operating System Page 119 2020/11/4 操作系統(tǒng)的主要功能 ?處理機管理 ?存儲器管理 ?設(shè)備管理 ?文件管理 ?用戶接口 Operating System Page 120 2020/11/4 文件管理功能 文件管理的主要任務(wù) ， 是對用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理 ，以方便用戶使用 ， 并保證文件的安全性 。 1. 文件存儲空間的管理 2. 目錄管理 3. 文件的讀 /寫管理和保護(hù) Operating System Page 121 2020/11/4 文件管理 ?管理主要目標(biāo) ?對用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理，以方便用戶使用并保證文件安全 ?文件存儲空間管理 ?解決如何存放信息，以提高空間利用率和讀寫性能 ?存儲空間的使用情況，空間分配與回收 ?目錄管理 ?解決信息檢索問題，能按名存取 ?目錄項包括文件名、文件屬性、文件在磁盤上的物理位置等 Operating System Page 122 2020/11/4 文件管理 — 續(xù) ?文件的讀寫 ? 根據(jù)用戶請求，從外存中讀取數(shù)據(jù)；或?qū)?shù)據(jù)寫入外存 ?文件保護(hù) ? 解決信息安全問題 ? 防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶存取文件 ? 防止冒名頂替存取文件 ? 防止以不正確的方式使用文件 Operating System Page 123 2020/11/4 操作系統(tǒng)的主要功能 ?處理機管理 ?存儲器管理 ?設(shè)備管理 ?文件管理 ?用戶接口 Operating System Page 124 2020/11/4 用戶接口 ?目標(biāo) ?提供一個友好的用戶訪問操作系統(tǒng)的接口 ?命令接口 ?聯(lián)機 用戶接口 這是為聯(lián)機用戶提供的，它由一組鍵盤操作命令及命令解釋程序所組成。當(dāng)用戶在終端或控制臺上每鍵入一條命令后，系統(tǒng)便立即轉(zhuǎn)入命令解釋程序，對該命令加以解釋并執(zhí)行該命令 ?脫機 用戶接口 該接口是為批處理作業(yè)的用戶提供的，故也稱為批處理用戶接口。該接口由一組作業(yè)控制語言 JCL組成。批處理作業(yè)的 用戶不能直接與自己的作業(yè)交互 作用，只能委托系統(tǒng)代替用戶對作業(yè)進(jìn)行控制和干預(yù) Operating System Page 125 2020/11/4 用戶接口 — 續(xù) ?程序接口 ?該接口是為用戶程序在執(zhí)行中訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置的，是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務(wù)的惟一途徑。它是由一組系統(tǒng)調(diào)用組成，每一個系統(tǒng)調(diào)用都是一個能完成特定功能的子程序，每當(dāng)應(yīng)用程序要求 OS提供某種服務(wù)(功能 )時，便調(diào)用具有相應(yīng)功能的系統(tǒng)調(diào)用 ?圖形接口 ?圖形用戶接口采用了圖形化的操作界面， 用非常容易識別的各種圖標(biāo) (icon)來將系統(tǒng)的各項功能、各種應(yīng)用程序和文件，直觀、逼真地表示出來。用戶可用鼠標(biāo)或通過菜單和對話框，來完成對應(yīng)用程序和文件的操作 Operating System Page 126 2020/11/4 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)的基本特征 ?操作系統(tǒng)的主要功能 ?操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 Operating System Page 127 2020/11/4 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ?軟件工程的基本概念 ?傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ?微內(nèi)核 OS結(jié)構(gòu) Operating System Page 128 2020/11/4 軟件工程的基本概念 ?軟件 ? 是指當(dāng)計算機運行時，能提供所要求的功能和性能的指令和程序的集合，以及該程序能夠正確地處理信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 規(guī)范的軟件還應(yīng)具有描述程序功能需求以及程序如何操作使用的文檔 ?軟件工程 ? 是指運用 系統(tǒng)的、規(guī)范的和可定量的方法 ，來開發(fā)、運行和維護(hù)軟件 ? 目的是為了解決在軟件開發(fā)中所出現(xiàn)的編程隨意、軟件質(zhì)量不可保證以及維護(hù)困難等問題 Operating System Page 129 2020/11/4 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ?軟件工程的基本概念 ?傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ?微內(nèi)核 OS結(jié)構(gòu) Operating System Page 130 2020/11/4 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ?無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng) ?設(shè)計者只是把他的注意力放在功能的實現(xiàn)和獲得高的效率上，缺乏首尾一致的設(shè)計思想 ?此時的 OS是為數(shù)眾多的一組過程的集合，各過程之間可以相互調(diào)用，在操作系統(tǒng)內(nèi)部不存在任何結(jié)構(gòu) ?缺點 ? 操作系統(tǒng)既龐大又雜亂，缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)，調(diào)試?yán)щy ? 程序難以閱讀和理解，增加了維護(hù)人員的負(fù)擔(dān) Operating System Page 131 2020/11/4 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) — 續(xù) ?模塊化 OS結(jié)構(gòu) ?模塊由眾多服務(wù)過程（模塊接口）組成，可以隨意調(diào)用其他模塊中的服務(wù)過程 ?優(yōu)點 ? 具有一定靈活性，在運行中的高效率 ?缺點 ? 功能劃分和模塊接口難保正確和合理 ? 模塊之間的依賴關(guān)系（功能調(diào)用關(guān)系）復(fù)雜（調(diào)用深度和方向），降低了模塊之間的相對獨立性－－不利于修改 Operating System Page 132 2020/11/4 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) — 續(xù) 進(jìn)程控制 ? 進(jìn)程調(diào)度 內(nèi)存分配 內(nèi)存保護(hù) 磁盤管理 目錄管理進(jìn)程管理 存儲器管理 文件管理操作系統(tǒng)模塊子模塊 模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) Operating System Page 133 2020/11/4 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) — 續(xù) ?分層式 OS結(jié)構(gòu) ? 有序分層的概念 ? 基本原則是 ? 每一層都僅使用其底層所提供的功能和服務(wù)，這樣可使系統(tǒng)的調(diào)試和驗證都變得容易 ? 層次的設(shè)置 ? 程序嵌套 ? 運行頻率 ? 公用模塊 ? 用戶接口 裸機 A1 A2 An Operating System Page 134 2020/11/4 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ?軟件工程的基本概念 ?傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ?微內(nèi)核 OS結(jié)構(gòu) Operating System Page 135 2020/11/4 微內(nèi)核 (MicroKernel)OS結(jié)構(gòu) ?把操作系統(tǒng)分成若干分別完成一組特定功能的服務(wù)進(jìn)程，等待客戶提出請求；而系統(tǒng)內(nèi)核 只實現(xiàn)操作系統(tǒng)的 基本功能 (如：虛擬存儲、消息傳遞 ) ?微內(nèi)核 (MicroKernel) ?將更多操作系統(tǒng)功能放在核心之外，作為獨立的服務(wù)進(jìn)程運行； ?服務(wù)進(jìn)程，如進(jìn)程服務(wù)器、存儲管理服務(wù)器、文件服務(wù)器 ?客戶進(jìn)程（系統(tǒng)客戶和應(yīng)用客戶）－－需支持多進(jìn)程 Operating System Page 136 2020/11/4 微內(nèi)核的基本功能 ?微內(nèi)核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如進(jìn)程管理、存儲器管理、進(jìn)程間通信、 低級 I/O功能 ?進(jìn)程管理 ?存儲器管理 ?進(jìn)程通信管理 ?I/O設(shè)備管理 Operating System Page 137 2020/11/4 客戶 /服務(wù)器模式 (ClientServer Model) ?為了提高 OS的靈活性和可擴充性而將 OS劃分為兩部分， 一部分是用于 提供各種服務(wù)的一組服務(wù)器 (進(jìn)程 )。 另一部分是內(nèi)核， 用來處理客戶和服務(wù)器之間的通信 ?所有這些服務(wù)器 (進(jìn)程 )都運行在 用戶態(tài) 。 當(dāng)有一用戶進(jìn)程(現(xiàn)在稱為客戶進(jìn)程 )要求讀文件的一個盤塊時，該進(jìn)程便向文件服務(wù)器 (進(jìn)程 )發(fā)出一個請求 ?內(nèi)核來接收客戶的請求，再將該請求送至相應(yīng)的服務(wù)器；同時它也接收服務(wù)器的應(yīng)答， 并將此應(yīng)答回送給請求客戶；內(nèi)核還有與硬件直接相關(guān)的一些功能 客戶進(jìn)程客戶進(jìn)程進(jìn)程服務(wù)器終端服務(wù)器?文件服務(wù)器存儲器服務(wù)器用戶方式核心方式回答核心請求Operating System Page 138 2020/11/4 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計技術(shù) (ObjectOrientated Programming) ?對象 ? 是指在現(xiàn)實世界中具有相同屬性、服從相同規(guī)則的一系列事物的抽象，而把其中的具體事物稱為對象的實例 ? OS中的各類實體如進(jìn)程、線程、消息、存儲器等，都使用了對象這一概念 過程 3 過程 2 過程 1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 一個對象的示意圖 Operating System Page 139 2020/11/4 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的優(yōu)點 ?可修改性和可擴充性 ? 由于隱蔽了表示實體的數(shù)據(jù)和操作，因而可以改變對象的表示而不會影響其它部分， 從而可以方便地改變老的對象和增加新的對象 ?繼承性 ? 繼承性是面向?qū)ο蠹夹g(shù)所具有的重要特性。繼承性是指子對象可以繼承父對象的屬性，這樣，在創(chuàng)建一個新的對象時， 便可減少大量的時空開銷 ?正確性和可靠性 ? 由于對象是構(gòu)成操作系統(tǒng)的基本單元，可以獨立地對它進(jìn)行測試，這樣，比較易于保證其正確性和可靠性，從而比較容易保證整個系統(tǒng)的正確性和可靠性 Operating System Page 140 2020/11/4 OS設(shè)計原則 ?可維護(hù)性：容易修改與否稱為可維護(hù)性 ? 改錯性維護(hù)：改正已發(fā)現(xiàn)的錯誤； ? 適應(yīng)性維護(hù)：修改軟件，使之適應(yīng)新的運行環(huán)境（硬件環(huán)境和軟件環(huán)境）；如：操作系統(tǒng)的移植。 ? 完善性維護(hù)：增加新功能； ?可靠性 ? 正確性：正確實現(xiàn)所要求的功能和性能； ? 穩(wěn)健性：對意外（故障和誤操作）作出適當(dāng)?shù)奶幚恚? ?可理解性：易于理解，以方便測試、維護(hù)和交流； ?性能：有效地使用系統(tǒng)資源；盡可能快地響應(yīng)用戶請求； Operating System Page 141 2020/11/4 現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特點 ?微內(nèi)核結(jié)構(gòu) 只給內(nèi)核分配最基本的功能，可簡化實現(xiàn)，提供靈活性 ?多線程 把執(zhí)行一個應(yīng)用程序的進(jìn)程劃分成可以同時運行的多個線程。提高程序的執(zhí)行效率。 ?對稱多處理 有多個處理器共享同一個主存儲器和 I/O設(shè)備，可以執(zhí)行相同的功能。提高并行性、可靠性 ?分布式操作系統(tǒng) ?面向?qū)ο笤O(shè)計 提高模塊獨立性，便于擴展 Operating System Page 142 2020/11/4 目前常用的操作系統(tǒng)