【正文】 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) 。提高程序的執(zhí)行效率。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。 另一部分是內(nèi)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) 。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，每當應用程序要求 OS提供某種服務(功能 )時，便調(diào)用具有相應功能的系統(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 (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。該接口由一組作業(yè)控制語言 JCL組成。 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 2020/11/4 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 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 ? 解決信息安全問題 ? 防止未經(jīng)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 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 ?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。 為實現(xiàn)上述任務 ， 設(shè)備管理應具有 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 。處理機調(diào)度的單位可為 進程 或 線程 ?進程控制 ?創(chuàng)建、撤消、掛起、改變 運行優(yōu)先級等－－主動改變 進程的狀態(tài) ；在現(xiàn)代 OS中，進行控制還應具有為一個進程創(chuàng)建和撤消 線程 的功能 ?進程同步 ?協(xié)調(diào)并發(fā)進程之間的推進步驟，以協(xié)調(diào)資源共享；－－交換信息能力弱 ?互斥方式 諸進程訪問臨界資源時采用這種方式 ?同步方式 在相互合作完成任務的進程之間由同步機構(gòu)對執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào) Operating System Page 111 2020/11/4 處理機管理 — 續(xù) ?進程通信 ? 負責進程之間 傳送數(shù)據(jù) ，以協(xié)調(diào)進程間的協(xié)作；－－交換信息能力強，也可以用來協(xié)調(diào)進程之間的推進 ? 如，輸入進程、計算進程、打印進程之間的通信 ?進程調(diào)度 ? 作業(yè)和進程的 運行切換 ，以充分利用處理機資源和提高系統(tǒng)性能；－－未必是進程控制操作所引起（可能是時間片輪轉(zhuǎn)、 I/O操作） ? 作業(yè)調(diào)度從外存 調(diào)入內(nèi)存 ? 進程調(diào)度是從內(nèi)存中的進程就緒隊列中選一個 分配處理機 ? 在多線程 OS中，要考慮線程調(diào)度 ? 考慮同一類型內(nèi)的公平性、高效率（吞吐量大）、作業(yè)或進程的周轉(zhuǎn)時間等 Operating System Page 112 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 113 2020/11/4 存儲器管理功能 1. 內(nèi)存分配 存儲器管理的主要任務 ， 是為多道程序的運行提供良好的環(huán)境 ， 方便用戶使用存儲器 ， 提高存儲器的利用率以及能從邏輯上擴充內(nèi)存 。一方面，資源 共享是以 程序 (進程 )的 并發(fā)執(zhí)行為條件 的；另一方面，若系統(tǒng)不能對資源共享實施有效管理， 協(xié)調(diào)好諸進程對共享資源的訪問，也必然影響到程序并發(fā)執(zhí)行的程度 并發(fā)和共享是相互依存的?。? Operating System Page 103 2020/11/4 操作系統(tǒng)的基本特征 ?并發(fā)（ Concurrence） ?共享（ Sharing） ?虛擬（ Virtual） ?異步性（ Asynchronism） Operating System Page 104 2020/11/4 虛擬 (Virtual) ?通過某種技術(shù)把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應物，主要目的在于提高資源的利用率 ?如 ?CPU－－每個用戶（進程）的 虛處理機 ?存儲器－－每個進程都占有的地址空間（指令＋數(shù)據(jù)＋堆棧） ?顯示設(shè)備－－多窗口或虛擬終端 (virtual terminal) ?打印設(shè)備－－將臨界資源變?yōu)橥瑫r訪問資源 Operating System Page 105 2020/11/4 操作系統(tǒng)的基本特征 ?并發(fā)（ Concurrence） ?共享（ Sharing） ?虛擬（ Virtual） ?異步性（ Asynchronism） Operating System Page 106 2020/11/4 異步性 (Asynchronism) ?也稱 不確定性 ，指進程的執(zhí)行 順序 和執(zhí)行 時間的不確定性 ?進程的運行速度不可預知：分時系統(tǒng)中，多個進程并發(fā)執(zhí)行， 時走時停 ，不可預知每個進程的運行推進快慢 ?判據(jù)：無論快慢，應該 結(jié)果相同 －－通過進程互斥和同步手段來保證 ?難以重現(xiàn)系統(tǒng)在某個時刻的狀態(tài)（包括重現(xiàn)運行中的錯誤） ?性能保證：實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)相似，但通過資源預留以保證性能 Operating System Page 107 2020/11/4 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(jié)構(gòu)設(shè)計 Operating System Page 108 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 109 2020/11/4 操作系統(tǒng)的主要功能 處理機管理功能 1. 2. 3. 4. 處理機的分配和運行 ， 都是以進程為基本單位 ， 因而對處理機的管理 ， 可歸結(jié)為對進程的管理 。因資源屬性不同，對資源共享的方式也不同 ?互斥共享 （如音頻設(shè)備、打印機等） ? 資源分配后到釋放前，不能被其他進程所用。 直到 80年代中期 ， 人么才有提出了比進程更小的單位 —— 線程 （ Threads） 。 進程 和 并發(fā) 是現(xiàn)代 OS中最重要的基本概念 ， 也是 OS運行的基礎(chǔ) 。 一個進程在運行時需要一定的資源 ， 如 CPU、 存儲空間及 I/O設(shè)備等 。 簡單說來 ， 進程是指在系統(tǒng)中能獨立運行并作為資源分配的基本單位 ， 它是由一組機器指令 、 數(shù)據(jù)和堆棧等組成的 ， 是一個活動實體 。 ?并行 (parallel)是指在 同一時刻 發(fā)生 ?在多道程序處理時， 宏觀 上并發(fā)， 微觀 上交替執(zhí)行（ 在單處理器情況下 ） ?程序的靜態(tài)實體是可執(zhí)行文件，而動態(tài)實體是進程（或稱作任務），并發(fā)指的是進程（或線程） 注意區(qū)分并發(fā)和并行?。? Operating System Page 99 2020/11/4 進程 (Process) 應當指出 ， 通常的程序是靜態(tài)實體 （ Passive Entity） ，它們是不能并發(fā)執(zhí)行的 。操作系統(tǒng)是一個并發(fā)系統(tǒng)，各進程間的并發(fā)，系統(tǒng)與應用間的并發(fā)。 Operating System Page 86 2020/11/4 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?在各種計算機操作系統(tǒng)上，按網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議標準開發(fā)的軟件 ?包括網(wǎng)絡(luò)管理、通信、安全、資源共享和各種網(wǎng)絡(luò)應用 ?目標 ：是相互通信及資源共享 Operating System Page 87 2020/11/4 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 ?無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時系統(tǒng) ?實時系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?分布式操作系統(tǒng) ?嵌入式操作系統(tǒng) Operating System Page 88 2020/11/4 分布式操作系統(tǒng) ?基于兩種環(huán)境 ?多處理器系統(tǒng) ?多計算機系統(tǒng) ?是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級的形式 ?保持了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的全部功能 Operating System Page 89 2020/11/4 分布式操作系統(tǒng) ?特征 ?是一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng) ?資源進一步共享 ?透明性：資源共享與分布對用戶是透明的 ?自治性：處于分布式系統(tǒng)的多個主機處于平等地位，無主從關(guān)系 ?處理能力增強、速度更快、可靠性增強 Operating System Page 90 2020/11/4 分布式操作系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)和分布式的區(qū)別 ?分布式具有各個計算機間相互通訊，無主從關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)有主從關(guān)系 ?分布式系統(tǒng)資源為所有用戶共享；而網(wǎng)絡(luò)有限制地共享 ?分布式系統(tǒng)中若干個計算機可相互協(xié)作共同完成一項任務 Operating System Page 91 2020/11/4 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 ?無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時系統(tǒng) ?實時系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?分布式操作系統(tǒng) ?嵌入式操作系統(tǒng) Operating System Page 92 2020/11/4 嵌入式操作系統(tǒng) ?嵌入式系統(tǒng) ?在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，完成 特定功能 的軟硬件系統(tǒng) ?它們是一個大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中的一部分，這個大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)可以不是“計算機” ?由于它們被嵌入在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，因此稱為嵌入式系統(tǒng) Operating System Page 93 2020/11/4 嵌入式操作系統(tǒng) ?EOS（ Embedded Operating System）在嵌入式系統(tǒng)中的 OS ?是運行在嵌入式智能芯片環(huán)境中 ?對整個智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件 ?國際上有名的嵌入式操作系統(tǒng)有 Windows CE 、 Palm OS 、 Linux 、 VxWorks 、pSOS、 QNX、 OS9 、 LynxOS等。可適用于計算、事務處理等多種領(lǐng)域，能運行在多種硬件平臺上，如 UNIX系統(tǒng)、 Windows NT等。促進了計算機的普遍應用，提高資源利用率：遠地用戶通過終端（較便宜）聯(lián)機使用 ?獨立性 ? 每個用戶一臺終端，互不干擾，感覺像一個人獨占計算機 ?及時性 ? 用戶請求應盡快得到響應 ?交互性 ? 用戶可通過終端與系統(tǒng)進行廣泛的人機對話，請求系統(tǒng)提供多方面的服務，如文件編輯、數(shù)據(jù)處理、資源共享等 ? 系統(tǒng)能及時對用戶的操作進行響應，顯著提高調(diào)試和修改程序的效率：縮短了周轉(zhuǎn)時間 Operating System Page 79 2020/11/4 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 ?無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時系統(tǒng) ?實時系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?分布式操作系統(tǒng) ?嵌入式操作系統(tǒng) 如何解決緊急任務？ Operating System Page 80 2020/11/4 實時系統(tǒng) (RealTime System) ?用于工業(yè)過程控制、軍事實時控制、金融等領(lǐng)域，包括： ?實時控制：當計算機應用于生產(chǎn)過程的控制形成以計算機為中心的控制系統(tǒng)時，系統(tǒng)要求能實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行及時處理，從而自動地控制相應的執(zhí)行機構(gòu)，使某些參數(shù)（如濕度、壓力、液位）能按預定的規(guī)律變化，以保證產(chǎn)品的