【正文】 stem Page 114 2022/2/14 存儲器管理 ?管理目標 ?提高 利用率 、 方便 用戶使用、提供足夠的 存儲空間 、方便進程 并發(fā) 運行 ?內存分配 ?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 ?內存保護 ?確保每道用戶程序都只在自己的內存空間內運行，彼此 互不干擾 ?如：訪問合法性檢查、甚至要防止從 垃圾 中竊取其他進程的信息 ?一種方法是設置兩個界限寄存器，由硬件實現(xiàn)越界檢查 采用什么樣的分配策略？ Operating System Page 115 2022/2/14 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 ” ?內存中單元的地址稱為 物理地址 ?多道程序下，進程裝入內存后要由 邏輯地址 到內存 物理地址 進行變換 ?內存擴充 ?借助于虛擬存儲技術，從邏輯上去擴充內存容量 ?改善了系統(tǒng)的性能，基本上不增加硬件投資 ?請求調入功能 ?置換功能 Operating System Page 116 2022/2/14 操作系統(tǒng)的主要功能 ?處理機管理 ?存儲器管理 ?設備管理 ?文件管理 ?用戶接口 Operating System Page 117 2022/2/14 設備管理功能 設備管理用于管理計算機系統(tǒng)中所有的外圍設備 ， 而設備管理的主要任務是 ， 完成用戶進程提出的 I/O請求；為用戶進程分配其所需的 I/O設備；提高 CPU和 I/O設備的利用率；提高 I/O速度；方便用戶使用 I/O設備 。 為實現(xiàn)上述任務 ， 設備管理應具有 緩沖管理 、 設備分配 和 設備處理 ， 以及 虛擬設備 等功能 。 Operating System Page 118 2022/2/14 設備管理 ?管理目標 ? 方便的設備使用、提高 CPU與 I/O設備 利用率 、提高 I/O速度 ?緩沖區(qū)管理 ? 匹配 CPU和外設的速度，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 ?設備分配與回收 ? 在多用戶間共享 I/O設備資源 ? 針對不同類型設備采用不同策略，如獨占設備分配 ? 虛擬設備 (virtual device)：設備由多個進程共享，每個進程如同獨占 ?設備獨立性 ? 用戶申請的設備與實際操作的物理 設備無關 Operating System Page 119 2022/2/14 操作系統(tǒng)的主要功能 ?處理機管理 ?存儲器管理 ?設備管理 ?文件管理 ?用戶接口 Operating System Page 120 2022/2/14 文件管理功能 文件管理的主要任務 ， 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 。 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 Operating System Page 121 2022/2/14 文件管理 ?管理主要目標 ?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 2022/2/14 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)；或將數(shù)據(jù)寫入外存 ?文件保護 ?解決信息安全問題 ?防止未經核準的用戶存取文件 ?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 2022/2/14 操作系統(tǒng)的主要功能 ?處理機管理 ?存儲器管理 ?設備管理 ?文件管理 ?用戶接口 Operating System Page 124 2022/2/14 用戶接口 ?目標 ?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)進行控制和干預 Operating System Page 125 2022/2/14 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)資源而設置的，是用戶程序取得操作系統(tǒng)服務的惟一途徑。它是由一組系統(tǒng)調用組成，每一個系統(tǒng)調用都是一個能完成特定功能的子程序，每當應用程序要求 OS提供某種服務(功能 )時，便調用具有相應功能的系統(tǒng)調用 ?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 (icon)來將系統(tǒng)的各項功能、各種應用程序和文件，直觀、逼真地表示出來。用戶可用鼠標或通過菜單和對話框，來完成對應用程序和文件的操作 Operating System Page 126 2022/2/14 第一章 操作系統(tǒng)引論 ?操作系統(tǒng)的目標和作用 ?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)的結構設計 Operating System Page 127 2022/2/14 操作系統(tǒng)的結構設計 ?軟件工程的基本概念 ?傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結構 ?微內核 OS結構 Operating System Page 128 2022/2/14 軟件工程的基本概念 ?軟件 ?是指當計算機運行時，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)結構 ?規(guī)范的軟件還應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、軟件質量不可保證以及維護困難等問題 Operating System Page 129 2022/2/14 操作系統(tǒng)的結構設計 ?軟件工程的基本概念 ?傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結構 ?微內核 OS結構 Operating System Page 130 2022/2/14 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結構 ?無結構操作系統(tǒng) ?設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用，在操作系統(tǒng)內部不存在任何結構 ?缺點 ? 操作系統(tǒng)既龐大又雜亂，缺乏清晰的程序結構，調試困難 ? 程序難以閱讀和理解，增加了維護人員的負擔 Operating System Page 131 2022/2/14 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結構 — 續(xù) ?模塊化 OS結構 ?模塊由眾多服務過程（模塊接口）組成，可以隨意調用其他模塊中的服務過程 ?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 ? 模塊之間的依賴關系（功能調用關系）復雜（調用深度和方向），降低了模塊之間的相對獨立性－－不利于修改 Operating System Page 132 2022/2/14 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結構 — 續(xù) 進程控制 ? 進程調度 內存分配 內存保護 磁盤管理 目錄管理進程管理 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)結構 Operating System Page 133 2022/2/14 傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結構 — 續(xù) ?分層式 OS結構 ?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，這樣可使系統(tǒng)的調試和驗證都變得容易 ?層次的設置 ? 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 2022/2/14 操作系統(tǒng)的結構設計 ?軟件工程的基本概念 ?傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)結構 ?微內核 OS結構 Operating System Page 135 2022/2/14 微內核 (MicroKernel)OS結構 ?把操作系統(tǒng)分成若干分別完成一組特定功能的服務進程，等待客戶提出請求；而系統(tǒng)內核 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，作為獨立的服務進程運行； ?服務進程，如進程服務器、存儲管理服務器、文件服務器 ?客戶進程（系統(tǒng)客戶和應用客戶）－－需支持多進程 Operating System Page 136 2022/2/14 微內核的基本功能 ?微內核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如進程管理、存儲器管理、進程間通信、 低級 I/O功能 ?進程管理 ?存儲器管理 ?進程通信管理 ?I/O設備管理 Operating System Page 137 2022/2/14 客戶 /服務器模式 (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 提供各種服務的一組服務器 (進程 )。 另一部分是內核， 用來處理客戶和服務器之間的通信 ?所有這些服務器 (進程 )都運行在 用戶態(tài) 。 當有一用戶進程(現(xiàn)在稱為客戶進程 )要求讀文件的一個盤塊時，該進程便向文件服務器 (進程 )發(fā)出一個請求 ?內核來接收客戶的請求，再將該請求送至相應的服務器；同時它也接收服務器的應答， 并將此應答回送給請求客戶；內核還有與硬件直接相關的一些功能 客戶進程客戶進程進程服務器終端服務器?文件服務器存儲器服務器用戶方式核心方式回答核心請求Operating System Page 138 2022/2/14 面向對象的程序設計技術 (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)結構 一個對象的示意圖 Operating System Page 139 2022/2/14 面向對象技術的優(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 ?繼承性是面向對象技術所具有的重要特性。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 ?由于對象是構成操作系統(tǒng)的基本單元，可以獨立地對它進行測試，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 2022/2/14 OS設計原則 ?可維護性：容易修改與否稱為可維護性 ?改錯性維護：改正已發(fā)現(xiàn)的錯誤； ?適應性維護：修改軟件，使之適應新的運行環(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：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?shù)奶幚恚? ?可理解性：易于理解，以方便測試、維護和交流； ?性能：有效地使用系統(tǒng)資源；盡可能快地響應用戶請求； Operating System Page 141 2022/2/14 現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特點 ?微內核結構 只給內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)行一個應用程序的進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) ?面向對象設計 提高模塊獨立性，便于擴展 Operating System Page 142 2022/2/14 目前常用的操作系統(tǒng) ?Microsoft公司的操作系統(tǒng)產品 ?UNIX家庭 ?OS/390 ?由軟件中的操作系統(tǒng)： LINUX O