【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(jì) 提高模塊獨(dú)立性，便于擴(kuò)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(chǎn)品 ?UNIX家庭 ?OS/390 ?由軟件中的操作系統(tǒng)： LINUX O。提高程序的執(zhí)行效率。繼承性是指子對(duì)象可以繼承父對(duì)象的屬性，這樣，在創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象時(shí)， 便可減少大量的時(shí)空開(kāi)銷 ?正確性和可靠性 ?由于對(duì)象是構(gòu)成操作系統(tǒng)的基本單元，可以獨(dú)立地對(duì)它進(jìn)行測(cè)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(gè)系統(tǒng)的正確性和可靠性 Operating System Page 140 2022/2/14 OS設(shè)計(jì)原則 ?可維護(hù)性：容易修改與否稱為可維護(hù)性 ?改錯(cuò)性維護(hù)：改正已發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤； ?適應(yīng)性維護(hù)：修改軟件，使之適應(yīng)新的運(yùn)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(lái)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(yùn)行在 用戶態(tài) 。它是由一組系統(tǒng)調(diào)用組成，每一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都是一個(gè)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(shí)，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(shí)別的各種圖標(biāo) (icon)來(lái)將系統(tǒng)的各項(xiàng)功能、各種應(yīng)用程序和文件，直觀、逼真地表示出來(lái)。該接口由一組作業(yè)控制語(yǔ)言 JCL組成。 1. 文件存儲(chǔ)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 2022/2/14 文件管理 ?管理主要目標(biāo) ?對(duì)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(chǔ)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(chǔ)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(wèn)題，能按名存取 ?目錄項(xiàng)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(qǐng)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(wèn)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 2022/2/14 操作系統(tǒng)的主要功能 ?處理機(jī)管理 ?存儲(chǔ)器管理 ?設(shè)備管理 ?文件管理 ?用戶接口 Operating System Page 124 2022/2/14 用戶接口 ?目標(biāo) ?提供一個(gè)友好的用戶訪問(wèn)操作系統(tǒng)的接口 ?命令接口 ?聯(lián)機(jī) 用戶接口 這是為聯(lián)機(jī)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(shí)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 。處理機(jī)調(diào)度的單位可為 進(jìn)程 或 線程 ?進(jìn)程控制 ?創(chuàng)建、撤消、掛起、改變 運(yùn)行優(yōu)先級(jí)等－－主動(dòng)改變 進(jìn)程的狀態(tài) ；在現(xiàn)代 OS中，進(jìn)行控制還應(yīng)具有為一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建和撤消 線程 的功能 ?進(jìn)程同步 ?協(xié)調(diào)并發(fā)進(jìn)程之間的推進(jìn)步驟，以協(xié)調(diào)資源共享；－－交換信息能力弱 ?互斥方式 諸進(jìn)程訪問(wèn)臨界資源時(shí)采用這種方式 ?同步方式 在相互合作完成任務(wù)的進(jìn)程之間由同步機(jī)構(gòu)對(duì)執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào) Operating System Page 111 2022/2/14 處理機(jī)管理 — 續(xù) ?進(jìn)程通信 ?負(fù)責(zé)進(jìn)程之間 傳送數(shù)據(jù) ，以協(xié)調(diào)進(jìn)程間的協(xié)作；－－交換信息能力強(qiáng)，也可以用來(lái)協(xié)調(diào)進(jìn)程之間的推進(jìn) ?如，輸入進(jìn)程、計(jì)算進(jìn)程、打印進(jìn)程之間的通信 ?進(jìn)程調(diào)度 ?作業(yè)和進(jìn)程的 運(yùn)行切換 ，以充分利用處理機(jī)資源和提高系統(tǒng)性能；－－未必是進(jìn)程控制操作所引起（可能是時(shí)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(jìn)程調(diào)度是從內(nèi)存中的進(jìn)程就緒隊(duì)列中選一個(gè) 分配處理機(jī) ?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(jìn)程的周轉(zhuǎn)時(shí)間等 Operating System Page 112 2022/2/14 操作系統(tǒng)的主要功能 ?處理機(jī)管理 ?存儲(chǔ)器管理 ?設(shè)備管理 ?文件管理 ?用戶接口 Operating System Page 113 2022/2/14 存儲(chǔ)器管理功能 1. 內(nèi)存分配 存儲(chǔ)器管理的主要任務(wù) ， 是為多道程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境 ， 方便用戶使用存儲(chǔ)器 ， 提高存儲(chǔ)器的利用率以及能從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存 。一方面，資源 共享是以 程序 (進(jìn)程 )的 并發(fā)執(zhí)行為條件 的；另一方面，若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效管理， 協(xié)調(diào)好諸進(jìn)程對(duì)共享資源的訪問(wèn)，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 2022/2/14 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 2022/2/14 虛擬 (Virtual) ?通過(guò)某種技術(shù)把一個(gè)物理實(shí)體變?yōu)槿舾蓚€(gè)邏輯上的對(duì)應(yīng)物，主要目的在于提高資源的利用率 ?如 ?CPU－－每個(gè)用戶（進(jìn)程）的 虛處理機(jī) ?存儲(chǔ)器－－每個(gè)進(jìn)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(shí)訪問(wèn)資源 Operating System Page 105 2022/2/14 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 2022/2/14 異步性 (Asynchronism) ?也稱 不確定性 ，指進(jìn)程的執(zhí)行 順序 和執(zhí)行 時(shí)間的不確定性 ?進(jìn)程的運(yùn)行速度不可預(yù)知：分時(shí)系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行， 時(shí)走時(shí)停 ，不可預(yù)知每個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行推進(jìn)快慢 ?判據(jù)：無(wú)論快慢，應(yīng)該 結(jié)果相同 －－通過(guò)進(jìn)程互斥和同步手段來(lái)保證 ?難以重現(xiàn)系統(tǒng)在某個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)（包括重現(xiàn)運(yùn)行中的錯(cuò)誤） ?性能保證：實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)相似，但通過(guò)資源預(yù)留以保證性能 Operating System Page 107 2022/2/14 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(guò)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(jì) Operating System Page 108 2022/2/14 操作系統(tǒng)的主要功能 ?處理機(jī)管理 ?存儲(chǔ)器管理 ?設(shè)備管理 ?文件管理 ?用戶接口 Operating System Page 109 2022/2/14 操作系統(tǒng)的主要功能 處理機(jī)管理功能 1. 2. 3. 4. 處理機(jī)的分配和運(yùn)行 ， 都是以進(jìn)程為基本單位 ， 因而對(duì)處理機(jī)的管理 ， 可歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理 。因資源屬性不同，對(duì)資源共享的方式也不同 ?互斥共享 （如音頻設(shè)備、打印機(jī)等） ?資源分配后到釋放前，不能被其他進(jìn)程所用。 直到 80年代中期 ， 人么才有提出了比進(jìn)程更小的單位 —— 線程 （ Threads） 。 進(jìn)程 和 并發(fā) 是現(xiàn)代 OS中最重要的基本概念 ， 也是 OS運(yùn)行的基礎(chǔ) 。 一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)需要一定的資源 ， 如 CPU、 存儲(chǔ)空間及 I/O設(shè)備等 。 簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái) ， 進(jìn)程是指在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位 ， 它是由一組機(jī)器指令 、 數(shù)據(jù)和堆棧等組成的 ， 是一個(gè)活動(dòng)實(shí)體 。 ?并行 (parallel)是指在 同一時(shí)刻 發(fā)生 ?在多道程序處理時(shí)， 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(shí)體是可執(zhí)行文件，而動(dòng)態(tài)實(shí)體是進(jìn)程（或稱作任務(wù)），并發(fā)指的是進(jìn)程（或線程） 注意區(qū)分并發(fā)和并行！！ Operating System Page 99 2022/2/14 進(jìn)程 (Process) 應(yīng)當(dāng)指出 ， 通常的程序是靜態(tài)實(shí)體 （ Passive Entity） ，它們是不能并發(fā)執(zhí)行的 。操作系統(tǒng)是一個(gè)并發(fā)系統(tǒng)，各進(jìn)程間的并發(fā)，系統(tǒng)與應(yīng)用間的并發(fā)。 Operating System Page 86 2022/2/14 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?在各種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上，按網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)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(yīng)用 ?目標(biāo) ：是相互通信及資源共享 Operating System Page 87 2022/2/14 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 ?無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時(shí)系統(tǒng) ?實(shí)時(shí)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 2022/2/14 分布式操作系統(tǒng) ?基于兩種環(huán)境 ?多處理器系統(tǒng) ?多計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ?是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級(jí)的形式 ?保持了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的全部功能 Operating System Page 89 2022/2/14 分布式操作系統(tǒng) ?特征 ?是一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng) ?資源進(jìn)一步共享 ?透明性：資源共享與分布對(duì)用戶是透明的 ?自治性：處于分布式系統(tǒng)的多個(gè)主機(jī)處于平等地位，無(wú)主從關(guān)系 ?處理能力增強(qiáng)、速度更快、可靠性增強(qiáng) Operating System Page 90 2022/2/14 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(gè)計(jì)算機(jī)間相互通訊，無(wú)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(gè)計(jì)算機(jī)可相互協(xié)作共同完成一項(xiàng)任務(wù) Operating System Page 91 2022/2/14 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 ?無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時(shí)系統(tǒng) ?實(shí)時(shí)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 2022/2/14 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(gè)大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中的一部分，這個(gè)大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)可以不是“計(jì)算機(jī)” ?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 2022/2/14 嵌入式操作系統(tǒng) ?EOS（ Embedded Operating System）在嵌入式系統(tǒng)中的 OS ?是運(yùn)行在嵌入式智能芯片環(huán)境中 ?對(duì)整個(gè)智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件 ?國(guó)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?？蛇m用于計(jì)算、事務(wù)處理等多種領(lǐng)域，能運(yùn)行在多種硬件平臺(tái)上，如 UNIX系統(tǒng)、 Windows NT等。促進(jìn)了計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，提高資源利用率：遠(yuǎn)地用戶通過(guò)終端（較便宜）聯(lián)機(jī)使用 ?獨(dú)立性 ? 每個(gè)用戶一臺(tái)終端，互不干擾，感覺(jué)像一個(gè)人獨(dú)占計(jì)算機(jī) ?及時(shí)性 ? 用戶請(qǐng)求應(yīng)盡快得到響應(yīng) ?交互性 ? 用戶可通過(guò)終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對(duì)話，請(qǐng)求系統(tǒng)提供多方面的服務(wù)，如文件編輯、數(shù)據(jù)處理、資源共享等 ? 系統(tǒng)能及時(shí)對(duì)用戶的操作進(jìn)行響應(yīng)，顯著提高調(diào)試和修改程序的效率：縮短了周轉(zhuǎn)時(shí)間 Operating System Page 79 2022/2/14 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 ?無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時(shí)系統(tǒng) ?實(shí)時(shí)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(wù)？ Operating System Page 80 2022/2/14 實(shí)時(shí)系統(tǒng) (RealTime System) ?用于工業(yè)過(guò)程控制、軍事實(shí)時(shí)控制、金融等領(lǐng)域，包括： ?實(shí)時(shí)控制：當(dāng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程的控制形成以計(jì)算機(jī)為中心的控制系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)要求能實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理，