《計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論》PPT配套課件

《計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論》PPT配套課件,計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論,計(jì)算機(jī)科學(xué),導(dǎo)論,PPT,配套,課件 第第0707章章 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排&引言引言&演化演化&組成部分組成部分&主流操作系統(tǒng)主流操作系統(tǒng)2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)3什么是操作系統(tǒng)什么是操作系統(tǒng)OS？&操作系統(tǒng)是介于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是介于計(jì)算機(jī)硬件和用戶硬件和用戶(程序和人程序和人)之間之間的的接口接口；&操作系統(tǒng)是一種使得其它程序更加方便有效執(zhí)行操作系統(tǒng)是一種使得其它程序更加方便有效執(zhí)行的的程序程序(或一組程序或一組程序)。&操作系統(tǒng)作為通用操作系統(tǒng)作為通用管理程序管理程序，管理著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，管理著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的每個(gè)部件的活動，確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和中的每個(gè)部件的活動，確保計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源能夠更加有效地使用；當(dāng)出現(xiàn)資源使用沖軟件資源能夠更加有效地使用；當(dāng)出現(xiàn)資源使用沖突時(shí)，操作系統(tǒng)應(yīng)能夠及時(shí)處理排除沖突。突時(shí)，操作系統(tǒng)應(yīng)能夠及時(shí)處理排除沖突。4操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 是計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算機(jī)硬件(程序和人程序和人)的的接口，它使得其它程序更加方便有效接口，它使得其它程序更加方便有效地執(zhí)行，并能方便地對計(jì)算機(jī)硬件和地執(zhí)行，并能方便地對計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源進(jìn)行存取。軟件資源進(jìn)行存取。兩個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)：兩個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)：1)有效地使用有效地使用硬件硬件；2)容易地使用容易地使用資源資源。5自舉過程自舉過程&操作系統(tǒng)為其它程序提供支持，如裝載程序，但操作系統(tǒng)為其它程序提供支持，如裝載程序，但其自身是如何裝入內(nèi)存并啟動？其自身是如何裝入內(nèi)存并啟動？方案一：使用方案一：使用方案一：使用方案一：使用ROMROM存儲操作系統(tǒng)，可以將程序計(jì)數(shù)器存儲操作系統(tǒng)，可以將程序計(jì)數(shù)器存儲操作系統(tǒng)，可以將程序計(jì)數(shù)器存儲操作系統(tǒng)，可以將程序計(jì)數(shù)器初始為指向初始為指向初始為指向初始為指向ROMROM，加電后啟動系統(tǒng)并執(zhí)行。，加電后啟動系統(tǒng)并執(zhí)行。，加電后啟動系統(tǒng)并執(zhí)行。，加電后啟動系統(tǒng)并執(zhí)行。11問題：需要很大的問題：需要很大的ROMROM，而且只能被操作系統(tǒng)使用，占，而且只能被操作系統(tǒng)使用，占用較大的內(nèi)存空間，效率低。用較大的內(nèi)存空間，效率低。方案二：只在方案二：只在方案二：只在方案二：只在ROMROM中存放一小部分程序中存放一小部分程序中存放一小部分程序中存放一小部分程序（自舉程序），（自舉程序），（自舉程序），（自舉程序），加電后執(zhí)行該程序，該程序的職責(zé)是負(fù)責(zé)將操作系統(tǒng)裝加電后執(zhí)行該程序，該程序的職責(zé)是負(fù)責(zé)將操作系統(tǒng)裝加電后執(zhí)行該程序，該程序的職責(zé)是負(fù)責(zé)將操作系統(tǒng)裝加電后執(zhí)行該程序，該程序的職責(zé)是負(fù)責(zé)將操作系統(tǒng)裝入入入入RAMRAM中，載入完成后修改程序計(jì)數(shù)器并執(zhí)行真正的中，載入完成后修改程序計(jì)數(shù)器并執(zhí)行真正的中，載入完成后修改程序計(jì)數(shù)器并執(zhí)行真正的中，載入完成后修改程序計(jì)數(shù)器并執(zhí)行真正的操作系統(tǒng)部分。操作系統(tǒng)部分。操作系統(tǒng)部分。操作系統(tǒng)部分。6自舉過程自舉過程7本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排&引言引言&演化演化&組成部分組成部分&主流操作系統(tǒng)主流操作系統(tǒng)81、（單道）批處理系統(tǒng)、（單道）批處理系統(tǒng)&設(shè)計(jì)于上世紀(jì)設(shè)計(jì)于上世紀(jì)5050年代，為了控制大型計(jì)算機(jī)。年代，為了控制大型計(jì)算機(jī)。使用穿孔卡片輸入數(shù)據(jù)，用行式打印機(jī)輸出結(jié)果，使用使用穿孔卡片輸入數(shù)據(jù)，用行式打印機(jī)輸出結(jié)果，使用使用穿孔卡片輸入數(shù)據(jù)，用行式打印機(jī)輸出結(jié)果，使用使用穿孔卡片輸入數(shù)據(jù)，用行式打印機(jī)輸出結(jié)果，使用磁帶作為輔助存儲介質(zhì)。磁帶作為輔助存儲介質(zhì)。磁帶作為輔助存儲介質(zhì)。磁帶作為輔助存儲介質(zhì)。&作業(yè)作業(yè)：每個(gè)執(zhí)行的程序稱為作業(yè)。：每個(gè)執(zhí)行的程序稱為作業(yè)。執(zhí)行程序時(shí)，通過穿孔卡片將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，執(zhí)行程序時(shí)，通過穿孔卡片將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，執(zhí)行程序時(shí)，通過穿孔卡片將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，執(zhí)行程序時(shí)，通過穿孔卡片將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，并向控制器發(fā)送作業(yè)請求。穿孔卡片由操作員進(jìn)行處理，并向控制器發(fā)送作業(yè)請求。穿孔卡片由操作員進(jìn)行處理，并向控制器發(fā)送作業(yè)請求。穿孔卡片由操作員進(jìn)行處理，并向控制器發(fā)送作業(yè)請求。穿孔卡片由操作員進(jìn)行處理，程序員對系統(tǒng)沒有控制和交互。程序員對系統(tǒng)沒有控制和交互。程序員對系統(tǒng)沒有控制和交互。程序員對系統(tǒng)沒有控制和交互。保證計(jì)算機(jī)所有資源從一個(gè)作業(yè)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)計(jì)算機(jī)保證計(jì)算機(jī)所有資源從一個(gè)作業(yè)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)計(jì)算機(jī)保證計(jì)算機(jī)所有資源從一個(gè)作業(yè)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)計(jì)算機(jī)保證計(jì)算機(jī)所有資源從一個(gè)作業(yè)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)計(jì)算機(jī)92、分時(shí)系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)&多道程序多道程序：將多個(gè)作業(yè)同時(shí)裝入存儲器，允許多：將多個(gè)作業(yè)同時(shí)裝入存儲器，允許多個(gè)作業(yè)個(gè)作業(yè)“同時(shí)同時(shí)”執(zhí)行。執(zhí)行。&分時(shí)技術(shù)：資源可以被多個(gè)作業(yè)共享，每個(gè)作業(yè)分時(shí)技術(shù)：資源可以被多個(gè)作業(yè)共享，每個(gè)作業(yè)分到一段時(shí)間分到一段時(shí)間輪流使用資源輪流使用資源。采用分時(shí)技術(shù)的多道。采用分時(shí)技術(shù)的多道程序極大地改進(jìn)了計(jì)算機(jī)使用效率。程序極大地改進(jìn)了計(jì)算機(jī)使用效率。&多道和分時(shí)對操作系統(tǒng)提出更高要求多道和分時(shí)對操作系統(tǒng)提出更高要求 調(diào)度調(diào)度調(diào)度調(diào)度：為不同的程序分配資源并決定哪個(gè)程序什么時(shí)候：為不同的程序分配資源并決定哪個(gè)程序什么時(shí)候：為不同的程序分配資源并決定哪個(gè)程序什么時(shí)候：為不同的程序分配資源并決定哪個(gè)程序什么時(shí)候使用哪一種資源。使用哪一種資源。使用哪一種資源。使用哪一種資源。&特點(diǎn)特點(diǎn) 分時(shí)系統(tǒng)中，用戶直接于系統(tǒng)進(jìn)行交互，而不用通過操分時(shí)系統(tǒng)中，用戶直接于系統(tǒng)進(jìn)行交互，而不用通過操分時(shí)系統(tǒng)中，用戶直接于系統(tǒng)進(jìn)行交互，而不用通過操分時(shí)系統(tǒng)中，用戶直接于系統(tǒng)進(jìn)行交互，而不用通過操作員。作員。作員。作員。進(jìn)程的概念進(jìn)程的概念進(jìn)程的概念進(jìn)程的概念：在存儲器中等待資源的程序。：在存儲器中等待資源的程序。：在存儲器中等待資源的程序。：在存儲器中等待資源的程序。103、個(gè)人系統(tǒng)、個(gè)人系統(tǒng)&適合個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，屬于單用戶操作系適合個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，屬于單用戶操作系統(tǒng)。如統(tǒng)。如8080年代的年代的DOSDOS系統(tǒng)。系統(tǒng)。114、并行系統(tǒng)、并行系統(tǒng)&人們對更快、更高效的需求催生了并行系統(tǒng)人們對更快、更高效的需求催生了并行系統(tǒng) 在同一計(jì)算機(jī)中安裝多個(gè)在同一計(jì)算機(jī)中安裝多個(gè)在同一計(jì)算機(jī)中安裝多個(gè)在同一計(jì)算機(jī)中安裝多個(gè)CPUCPU，每個(gè)，每個(gè)，每個(gè)，每個(gè)CPUCPU可以執(zhí)行一個(gè)可以執(zhí)行一個(gè)可以執(zhí)行一個(gè)可以執(zhí)行一個(gè)程序或一個(gè)程序的一部分，可達(dá)到更高的速度和效率。程序或一個(gè)程序的一部分，可達(dá)到更高的速度和效率。程序或一個(gè)程序的一部分，可達(dá)到更高的速度和效率。程序或一個(gè)程序的一部分，可達(dá)到更高的速度和效率。多個(gè)任務(wù)可以并行處理而不再是利用多個(gè)任務(wù)可以并行處理而不再是利用多個(gè)任務(wù)可以并行處理而不再是利用多個(gè)任務(wù)可以并行處理而不再是利用“分時(shí)技術(shù)分時(shí)技術(shù)分時(shí)技術(shù)分時(shí)技術(shù)”的串的串的串的串行處理。行處理。行處理。行處理。125、分布式系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)&隨著網(wǎng)絡(luò)化和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，擴(kuò)大了操作系統(tǒng)的隨著網(wǎng)絡(luò)化和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，擴(kuò)大了操作系統(tǒng)的內(nèi)涵，一個(gè)以往必須在一臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的作業(yè)現(xiàn)內(nèi)涵，一個(gè)以往必須在一臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的作業(yè)現(xiàn)在可以由遠(yuǎn)隔千里的多臺計(jì)算機(jī)共同完成。在可以由遠(yuǎn)隔千里的多臺計(jì)算機(jī)共同完成。程序可以在一臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行一部分，而在另一臺計(jì)算程序可以在一臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行一部分，而在另一臺計(jì)算程序可以在一臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行一部分，而在另一臺計(jì)算程序可以在一臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行一部分，而在另一臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行另一部分，它們通過互聯(lián)網(wǎng)連接機(jī)上運(yùn)行另一部分，它們通過互聯(lián)網(wǎng)連接機(jī)上運(yùn)行另一部分，它們通過互聯(lián)網(wǎng)連接機(jī)上運(yùn)行另一部分，它們通過互聯(lián)網(wǎng)連接 數(shù)據(jù)和資源也可以分布在聯(lián)網(wǎng)的不同計(jì)算機(jī)中。數(shù)據(jù)和資源也可以分布在聯(lián)網(wǎng)的不同計(jì)算機(jī)中。數(shù)據(jù)和資源也可以分布在聯(lián)網(wǎng)的不同計(jì)算機(jī)中。數(shù)據(jù)和資源也可以分布在聯(lián)網(wǎng)的不同計(jì)算機(jī)中。136、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)&實(shí)時(shí)系統(tǒng)指在實(shí)時(shí)系統(tǒng)指在特定時(shí)間限制內(nèi)完成任務(wù)特定時(shí)間限制內(nèi)完成任務(wù)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)用在實(shí)時(shí)應(yīng)用程序中，這些應(yīng)用程序監(jiān)控、響實(shí)時(shí)系統(tǒng)用在實(shí)時(shí)應(yīng)用程序中，這些應(yīng)用程序監(jiān)控、響實(shí)時(shí)系統(tǒng)用在實(shí)時(shí)應(yīng)用程序中，這些應(yīng)用程序監(jiān)控、響實(shí)時(shí)系統(tǒng)用在實(shí)時(shí)應(yīng)用程序中，這些應(yīng)用程序監(jiān)控、響應(yīng)或控制外部過程或環(huán)境。應(yīng)或控制外部過程或環(huán)境。應(yīng)或控制外部過程或環(huán)境。應(yīng)或控制外部過程或環(huán)境。實(shí)時(shí)系統(tǒng)常應(yīng)用在交通控制、病人監(jiān)控或軍事控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)常應(yīng)用在交通控制、病人監(jiān)控或軍事控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)常應(yīng)用在交通控制、病人監(jiān)控或軍事控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)常應(yīng)用在交通控制、病人監(jiān)控或軍事控制系統(tǒng)中等領(lǐng)域。中等領(lǐng)域。中等領(lǐng)域。中等領(lǐng)域。14本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排&引言引言&演化演化&組成部分組成部分&主流操作系統(tǒng)主流操作系統(tǒng)15操作系統(tǒng)組成部分操作系統(tǒng)組成部分161、用戶界面、用戶界面&每個(gè)操作系統(tǒng)都有用戶界面，用戶界面是用來接每個(gè)操作系統(tǒng)都有用戶界面，用戶界面是用來接收用戶（進(jìn)程）的輸入并向操作系統(tǒng)解釋這些請求收用戶（進(jìn)程）的輸入并向操作系統(tǒng)解釋這些請求的的程序程序。&一些操作系統(tǒng)的用戶界面，如一些操作系統(tǒng)的用戶界面，如UNIXUNIX，被稱為，被稱為命令命令解釋程序解釋程序；另外一些操作系統(tǒng)的用戶界面被稱為窗；另外一些操作系統(tǒng)的用戶界面被稱為窗口，提供由菜單驅(qū)動的圖形界面口，提供由菜單驅(qū)動的圖形界面GUIGUI。172、內(nèi)存管理器、內(nèi)存管理器&存儲管理存儲管理是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要職責(zé)，運(yùn)行的程是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要職責(zé)，運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)必須要加載到內(nèi)存中；內(nèi)存管理器要序和數(shù)據(jù)必須要加載到內(nèi)存中；內(nèi)存管理器要合理合理管理內(nèi)存管理內(nèi)存，以提高利用率和避免，以提高利用率和避免“內(nèi)存不足內(nèi)存不足”的錯(cuò)的錯(cuò)誤。誤。單道程序單道程序單道程序單道程序 多道程序多道程序多道程序多道程序18單道程序單道程序&一小部分內(nèi)存用來裝載操作系統(tǒng)，一小部分內(nèi)存用來裝載操作系統(tǒng)，大多數(shù)內(nèi)存專用于裝載單一的程序。大多數(shù)內(nèi)存專用于裝載單一的程序。&整個(gè)程序被裝入內(nèi)存運(yùn)行整個(gè)程序被裝入內(nèi)存運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)，運(yùn)行結(jié)束后由下一個(gè)程序取代。束后由下一個(gè)程序取代。&問題問題：大程序無法加載；大程序無法加載；大程序無法加載；大程序無法加載；單道執(zhí)行，一個(gè)程序運(yùn)行時(shí)，其它程序單道執(zhí)行，一個(gè)程序運(yùn)行時(shí)，其它程序單道執(zhí)行，一個(gè)程序運(yùn)行時(shí)，其它程序單道執(zhí)行，一個(gè)程序運(yùn)行時(shí)，其它程序不能運(yùn)行；不能運(yùn)行；不能運(yùn)行；不能運(yùn)行；CPUCPU等待等待等待等待I/OI/O操作，操作，操作，操作，CPUCPU利用率低。利用率低。利用率低。利用率低。19多道程序多道程序&同一時(shí)刻可以裝入多個(gè)同一時(shí)刻可以裝入多個(gè)程序并同時(shí)執(zhí)行，程序并同時(shí)執(zhí)行，CPUCPU輪流為它們服務(wù)。多個(gè)程輪流為它們服務(wù)。多個(gè)程序在內(nèi)存中并存。序在內(nèi)存中并存。20多道程序存儲管理的分類多道程序存儲管理的分類21分區(qū)調(diào)度分區(qū)調(diào)度&分區(qū)調(diào)度：分區(qū)調(diào)度：內(nèi)存預(yù)先被劃分為不定長的若干分區(qū)，內(nèi)存預(yù)先被劃分為不定長的若干分區(qū)，每個(gè)分區(qū)保存一個(gè)程序每個(gè)分區(qū)保存一個(gè)程序。CPUCPU為各程序交替服務(wù)，為各程序交替服務(wù)，當(dāng)某個(gè)程序執(zhí)行當(dāng)某個(gè)程序執(zhí)行I/OI/O操作或分配的時(shí)限達(dá)到后切換操作或分配的時(shí)限達(dá)到后切換到另一個(gè)程序。到另一個(gè)程序。&每個(gè)程序完全載入內(nèi)存，占用連續(xù)的地址每個(gè)程序完全載入內(nèi)存，占用連續(xù)的地址。分區(qū)。分區(qū)提高了提高了CPUCPU利用率。利用率。&問題：問題：分區(qū)大小預(yù)先決定，難以決斷；分區(qū)大小預(yù)先決定，難以決斷；分區(qū)大小預(yù)先決定，難以決斷；分區(qū)大小預(yù)先決定，難以決斷；隨著程序的運(yùn)行、退出，空閑區(qū)會增加；對空閑區(qū)的管隨著程序的運(yùn)行、退出，空閑區(qū)會增加；對空閑區(qū)的管隨著程序的運(yùn)行、退出，空閑區(qū)會增加；對空閑區(qū)的管隨著程序的運(yùn)行、退出，空閑區(qū)會增加；對空閑區(qū)的管理將增加系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。理將增加系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。理將增加系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。理將增加系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。22分區(qū)調(diào)度分區(qū)調(diào)度23分頁調(diào)度分頁調(diào)度&分頁調(diào)度：內(nèi)存被分成大小相等的如干部分分頁調(diào)度：內(nèi)存被分成大小相等的如干部分幀幀，程序被劃分為大小相等的部分，程序被劃分為大小相等的部分頁頁。頁和幀。頁和幀的大小通常相等。的大小通常相等。&加載程序時(shí)，加載程序時(shí)，頁被載入到幀中頁被載入到幀中，程序可以，程序可以占用內(nèi)占用內(nèi)存中不連續(xù)的幀存中不連續(xù)的幀。進(jìn)一步提高內(nèi)存的利用率，避免。進(jìn)一步提高內(nèi)存的利用率，避免了出現(xiàn)大的空閑區(qū)。了出現(xiàn)大的空閑區(qū)。&問題問題 要求把程序整體載入內(nèi)存中，大程序無法加載。要求把程序整體載入內(nèi)存中，大程序無法加載。要求把程序整體載入內(nèi)存中，大程序無法加載。要求把程序整體載入內(nèi)存中，大程序無法加載。24分頁調(diào)度分頁調(diào)度25請求分頁調(diào)度請求分頁調(diào)度&分頁調(diào)度不需要把程序裝載在連續(xù)的內(nèi)存中，但分頁調(diào)度不需要把程序裝載在連續(xù)的內(nèi)存中，但需要加載整個(gè)程序。需要加載整個(gè)程序。&在請求分頁調(diào)度中，在請求分頁調(diào)度中，內(nèi)存管理器為程序分配部分內(nèi)存管理器為程序分配部分幀幀(可以少于程序總頁數(shù)可以少于程序總頁數(shù))，將當(dāng)前需要的頁加載到，將當(dāng)前需要的頁加載到這些幀中，隨著程序的執(zhí)行，這些幀中，隨著程序的執(zhí)行，采用交換技術(shù)采用交換技術(shù)，淘汰，淘汰不需要的頁，把需要的頁依次載入內(nèi)存中。不需要的頁，把需要的頁依次載入內(nèi)存中。&可加載執(zhí)行大程序，甚至加載比內(nèi)存還大的程序?？杉虞d執(zhí)行大程序，甚至加載比內(nèi)存還大的程序。26請求分頁調(diào)度請求分頁調(diào)度27請求分段調(diào)度請求分段調(diào)度&分段調(diào)度：程序分段調(diào)度：程序按模塊劃分按模塊劃分為大小不等的段，段為大小不等的段，段是從程序員的觀點(diǎn)來劃分的，每個(gè)段都是程序中的是從程序員的觀點(diǎn)來劃分的，每個(gè)段都是程序中的一個(gè)有機(jī)部分。一個(gè)有機(jī)部分。&請求分段調(diào)度：事先請求分段調(diào)度：事先只加載部分段只加載部分段，需要的時(shí)候，需要的時(shí)候，再將有用的段載入內(nèi)存覆蓋不再有用的段。再將有用的段載入內(nèi)存覆蓋不再有用的段。28請求分段調(diào)度請求分段調(diào)度29請求分頁和分段調(diào)度請求分頁和分段調(diào)度&結(jié)合請求分頁和請求分段的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高系結(jié)合請求分頁和請求分段的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率。統(tǒng)效率。&請求分段采用與分區(qū)調(diào)度類似的內(nèi)存分配方法，請求分段采用與分區(qū)調(diào)度類似的內(nèi)存分配方法，由于段的大小不同，會產(chǎn)生空閑區(qū)。而單純的分頁，由于段的大小不同，會產(chǎn)生空閑區(qū)。而單純的分頁，沒有考慮模塊的劃分。沒有考慮模塊的劃分。&請求分頁和分段調(diào)度中，請求分頁和分段調(diào)度中，先將程序按模塊分段，先將程序按模塊分段，將每個(gè)段再細(xì)分為頁，每個(gè)頁再裝入到不連續(xù)的幀將每個(gè)段再細(xì)分為頁，每個(gè)頁再裝入到不連續(xù)的幀中中30虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存&在請求分頁和請求分段調(diào)度中，一部分程序駐留在請求分頁和請求分段調(diào)度中，一部分程序駐留內(nèi)存，一部分則放在磁盤中。內(nèi)存，一部分則放在磁盤中。&由于采用由于采用交換技術(shù)交換技術(shù)，雖然只有部分程序加載到內(nèi)，雖然只有部分程序加載到內(nèi)存中，但用戶感覺到整個(gè)程序存中，但用戶感覺到整個(gè)程序“已經(jīng)已經(jīng)”加載到內(nèi)存加載到內(nèi)存中運(yùn)行，這個(gè)感覺上的更大的內(nèi)存就是中運(yùn)行，這個(gè)感覺上的更大的內(nèi)存就是虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存。&當(dāng)今幾乎所有的操作系統(tǒng)都使用了虛擬內(nèi)存技術(shù)。當(dāng)今幾乎所有的操作系統(tǒng)都使用了虛擬內(nèi)存技術(shù)。31虛擬內(nèi)存虛擬內(nèi)存323、進(jìn)程管理器、進(jìn)程管理器&程序程序：程序是：程序是靜態(tài)靜態(tài)的概念，是由程序員編寫的一的概念，是由程序員編寫的一組穩(wěn)定的指令，存儲在磁盤上，可能會也可能不會組穩(wěn)定的指令，存儲在磁盤上，可能會也可能不會成為作業(yè)。成為作業(yè)。&作業(yè)作業(yè)：從被：從被選中選中執(zhí)行，到運(yùn)行結(jié)束并再次成為程執(zhí)行，到運(yùn)行結(jié)束并再次成為程序的過程中的程序稱為作業(yè)。序的過程中的程序稱為作業(yè)。&進(jìn)程進(jìn)程：進(jìn)程是：進(jìn)程是執(zhí)行中執(zhí)行中的程序，進(jìn)程是的程序，進(jìn)程是駐留在內(nèi)存駐留在內(nèi)存中的作業(yè)，是從眾多等待作業(yè)中選取出來并裝入內(nèi)中的作業(yè)，是從眾多等待作業(yè)中選取出來并裝入內(nèi)存的作業(yè)。存的作業(yè)。33狀態(tài)圖狀態(tài)圖34狀態(tài)變遷狀態(tài)變遷&保持狀態(tài)保持狀態(tài)：程序被操作系統(tǒng)選中，程序：程序被操作系統(tǒng)選中，程序作業(yè)。作業(yè)。&就緒狀態(tài)就緒狀態(tài)：作業(yè)全部或部分載入內(nèi)存后，轉(zhuǎn)為就：作業(yè)全部或部分載入內(nèi)存后，轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài)，作業(yè)緒狀態(tài)，作業(yè)進(jìn)程。進(jìn)程。&運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)：輪到：輪到CPUCPU執(zhí)行該進(jìn)程。執(zhí)行該進(jìn)程。運(yùn)行的進(jìn)程遇到輸入運(yùn)行的進(jìn)程遇到輸入運(yùn)行的進(jìn)程遇到輸入運(yùn)行的進(jìn)程遇到輸入/輸出操作，變?yōu)檩敵霾僮?，變?yōu)檩敵霾僮鳎優(yōu)檩敵霾僮?，變?yōu)榈却隣顟B(tài)等待狀態(tài)等待狀態(tài)等待狀態(tài)；運(yùn)行的進(jìn)程分配的時(shí)間片用完，變?yōu)檫\(yùn)行的進(jìn)程分配的時(shí)間片用完，變?yōu)檫\(yùn)行的進(jìn)程分配的時(shí)間片用完，變?yōu)檫\(yùn)行的進(jìn)程分配的時(shí)間片用完，變?yōu)榫途w狀態(tài)就緒狀態(tài)就緒狀態(tài)就緒狀態(tài)；進(jìn)程執(zhí)行完成，變?yōu)檫M(jìn)程執(zhí)行完成，變?yōu)檫M(jìn)程執(zhí)行完成，變?yōu)檫M(jìn)程執(zhí)行完成，變?yōu)榻K止?fàn)顟B(tài)終止?fàn)顟B(tài)終止?fàn)顟B(tài)終止?fàn)顟B(tài)。&等待狀態(tài)等待狀態(tài)：輸入：輸入/輸出操作完成，變?yōu)榫途w狀態(tài)。輸出操作完成，變?yōu)榫途w狀態(tài)。35調(diào)度器調(diào)度器&調(diào)度器管理作業(yè)或進(jìn)程的狀態(tài)變遷。調(diào)度器管理作業(yè)或進(jìn)程的狀態(tài)變遷。作業(yè)調(diào)度器作業(yè)調(diào)度器作業(yè)調(diào)度器作業(yè)調(diào)度器：將作業(yè)從保持狀態(tài)轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)，或從運(yùn)：將作業(yè)從保持狀態(tài)轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)，或從運(yùn)：將作業(yè)從保持狀態(tài)轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)，或從運(yùn)：將作業(yè)從保持狀態(tài)轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)，或從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)入終止?fàn)顟B(tài)。作業(yè)調(diào)度負(fù)責(zé)創(chuàng)建并終止進(jìn)程。行狀態(tài)轉(zhuǎn)入終止?fàn)顟B(tài)。作業(yè)調(diào)度負(fù)責(zé)創(chuàng)建并終止進(jìn)程。行狀態(tài)轉(zhuǎn)入終止?fàn)顟B(tài)。作業(yè)調(diào)度負(fù)責(zé)創(chuàng)建并終止進(jìn)程。行狀態(tài)轉(zhuǎn)入終止?fàn)顟B(tài)。作業(yè)調(diào)度負(fù)責(zé)創(chuàng)建并終止進(jìn)程。進(jìn)程調(diào)度器進(jìn)程調(diào)度器進(jìn)程調(diào)度器進(jìn)程調(diào)度器：調(diào)度進(jìn)程在就緒、運(yùn)行、等待狀態(tài)之間轉(zhuǎn)：調(diào)度進(jìn)程在就緒、運(yùn)行、等待狀態(tài)之間轉(zhuǎn)：調(diào)度進(jìn)程在就緒、運(yùn)行、等待狀態(tài)之間轉(zhuǎn)：調(diào)度進(jìn)程在就緒、運(yùn)行、等待狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。換。換。換。36作業(yè)調(diào)度器作業(yè)調(diào)度器37進(jìn)程調(diào)度器進(jìn)程調(diào)度器38隊(duì)列隊(duì)列&在多道系統(tǒng)中，在多道系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程或作業(yè)會相互競爭計(jì)算多個(gè)進(jìn)程或作業(yè)會相互競爭計(jì)算機(jī)資源機(jī)資源。如當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正在使用。如當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正在使用CPUCPU時(shí)，其它進(jìn)時(shí)，其它進(jìn)程必須等待直到程必須等待直到CPUCPU空閑。空閑。&操作系統(tǒng)使用作業(yè)控制塊和進(jìn)程控制塊描述作業(yè)操作系統(tǒng)使用作業(yè)控制塊和進(jìn)程控制塊描述作業(yè)和進(jìn)程信息，和進(jìn)程信息，操作系統(tǒng)將等待同一種資源的作業(yè)或操作系統(tǒng)將等待同一種資源的作業(yè)或進(jìn)程的控制塊存儲到隊(duì)列中進(jìn)程的控制塊存儲到隊(duì)列中。&隊(duì)列代表了等候某種資源的進(jìn)程或作業(yè)序列，隊(duì)列代表了等候某種資源的進(jìn)程或作業(yè)序列，進(jìn)進(jìn)程管理器可以用不同的策略從隊(duì)列中選擇下一個(gè)占程管理器可以用不同的策略從隊(duì)列中選擇下一個(gè)占有資源的作業(yè)或進(jìn)程有資源的作業(yè)或進(jìn)程。作業(yè)隊(duì)列、就緒隊(duì)列、作業(yè)隊(duì)列、就緒隊(duì)列、作業(yè)隊(duì)列、就緒隊(duì)列、作業(yè)隊(duì)列、就緒隊(duì)列、I/OI/O隊(duì)列隊(duì)列隊(duì)列隊(duì)列39隊(duì)列隊(duì)列40進(jìn)程同步進(jìn)程同步&由于資源可以被多個(gè)用戶由于資源可以被多個(gè)用戶(進(jìn)程進(jìn)程)同時(shí)使用，有可能同時(shí)使用，有可能會產(chǎn)生會產(chǎn)生死鎖和饑餓死鎖和饑餓狀態(tài)。下面是死鎖的示例。狀態(tài)。下面是死鎖的示例。&兩個(gè)小孩在一起玩耍，一個(gè)在玩皮球，另一個(gè)玩兩個(gè)小孩在一起玩耍，一個(gè)在玩皮球，另一個(gè)玩自動步槍，如果這兩個(gè)小孩都要對方手中的玩具，自動步槍，如果這兩個(gè)小孩都要對方手中的玩具，而又不肯先放掉自己拿著的玩具，這時(shí)就發(fā)生了僵而又不肯先放掉自己拿著的玩具，這時(shí)就發(fā)生了僵持局面。持局面。41死鎖示例死鎖示例當(dāng)操作系統(tǒng)沒有對進(jìn)程的資源進(jìn)行限制時(shí)當(dāng)操作系統(tǒng)沒有對進(jìn)程的資源進(jìn)行限制時(shí)當(dāng)操作系統(tǒng)沒有對進(jìn)程的資源進(jìn)行限制時(shí)當(dāng)操作系統(tǒng)沒有對進(jìn)程的資源進(jìn)行限制時(shí)將會發(fā)生將會發(fā)生將會發(fā)生將會發(fā)生死鎖死鎖死鎖死鎖。42死鎖示例死鎖示例43死鎖的必要條件死鎖的必要條件&當(dāng)操作系統(tǒng)當(dāng)操作系統(tǒng)對進(jìn)程的資源請求不做任何限制時(shí)對進(jìn)程的資源請求不做任何限制時(shí)，會發(fā)生死鎖。死鎖的四個(gè)必要條件：會發(fā)生死鎖。死鎖的四個(gè)必要條件：互斥互斥互斥互斥：一個(gè)資源只能被一個(gè)進(jìn)程占有；：一個(gè)資源只能被一個(gè)進(jìn)程占有；：一個(gè)資源只能被一個(gè)進(jìn)程占有；：一個(gè)資源只能被一個(gè)進(jìn)程占有；資源占有資源占有資源占有資源占有：進(jìn)程請求得到一個(gè)資源后，在獲得其它資源：進(jìn)程請求得到一個(gè)資源后，在獲得其它資源：進(jìn)程請求得到一個(gè)資源后，在獲得其它資源：進(jìn)程請求得到一個(gè)資源后，在獲得其它資源之前一直占有該資源；之前一直占有該資源；之前一直占有該資源；之前一直占有該資源；搶先搶先搶先搶先：操作系統(tǒng)不能臨時(shí)對資源重新分配，進(jìn)程已得到：操作系統(tǒng)不能臨時(shí)對資源重新分配，進(jìn)程已得到：操作系統(tǒng)不能臨時(shí)對資源重新分配，進(jìn)程已得到：操作系統(tǒng)不能臨時(shí)對資源重新分配，進(jìn)程已得到的資源不能被剝奪；的資源不能被剝奪；的資源不能被剝奪；的資源不能被剝奪；循環(huán)等待循環(huán)等待循環(huán)等待循環(huán)等待：資源和進(jìn)程形成一個(gè)請求環(huán)。：資源和進(jìn)程形成一個(gè)請求環(huán)。：資源和進(jìn)程形成一個(gè)請求環(huán)。：資源和進(jìn)程形成一個(gè)請求環(huán)。44餓死餓死&當(dāng)操作系統(tǒng)當(dāng)操作系統(tǒng)對進(jìn)程分配資源有太多限制對進(jìn)程分配資源有太多限制的時(shí)候，的時(shí)候，可能會導(dǎo)致進(jìn)程長期得不到資源的現(xiàn)象，此現(xiàn)象被可能會導(dǎo)致進(jìn)程長期得不到資源的現(xiàn)象，此現(xiàn)象被稱為餓死。稱為餓死。&例如，規(guī)定一個(gè)進(jìn)程只有得到所請求的全部資源例如，規(guī)定一個(gè)進(jìn)程只有得到所請求的全部資源后才能執(zhí)行，可能會產(chǎn)生后才能執(zhí)行，可能會產(chǎn)生餓死餓死。45餓死示例餓死示例46餓死示例哲學(xué)家就餐問題餓死示例哲學(xué)家就餐問題47設(shè)備管理器設(shè)備管理器&系統(tǒng)中輸入系統(tǒng)中輸入/輸出設(shè)備速度相對輸出設(shè)備速度相對CPUCPU和內(nèi)存低很多，和內(nèi)存低很多，設(shè)備之間差異大，設(shè)備管理器負(fù)責(zé)有效使用它們。設(shè)備之間差異大，設(shè)備管理器負(fù)責(zé)有效使用它們。不停監(jiān)視所有輸入不停監(jiān)視所有輸入不停監(jiān)視所有輸入不停監(jiān)視所有輸入/輸出設(shè)備的狀態(tài)，為進(jìn)程分配設(shè)備；輸出設(shè)備的狀態(tài)，為進(jìn)程分配設(shè)備；輸出設(shè)備的狀態(tài)，為進(jìn)程分配設(shè)備；輸出設(shè)備的狀態(tài)，為進(jìn)程分配設(shè)備；為每一個(gè)設(shè)備維護(hù)一個(gè)隊(duì)列，維護(hù)等候進(jìn)程的信息；為每一個(gè)設(shè)備維護(hù)一個(gè)隊(duì)列，維護(hù)等候進(jìn)程的信息；為每一個(gè)設(shè)備維護(hù)一個(gè)隊(duì)列，維護(hù)等候進(jìn)程的信息；為每一個(gè)設(shè)備維護(hù)一個(gè)隊(duì)列，維護(hù)等候進(jìn)程的信息；控制用于訪問輸入控制用于訪問輸入控制用于訪問輸入控制用于訪問輸入/輸出設(shè)備的不同策略。輸出設(shè)備的不同策略。輸出設(shè)備的不同策略。輸出設(shè)備的不同策略。48文件管理器文件管理器&操作系統(tǒng)使用文件管理器控制對文件的訪問。操作系統(tǒng)使用文件管理器控制對文件的訪問?？刂茖ξ募脑L問；控制對文件的訪問；控制對文件的訪問；控制對文件的訪問；管理對文件的創(chuàng)建、刪除和修改；管理對文件的創(chuàng)建、刪除和修改；管理對文件的創(chuàng)建、刪除和修改；管理對文件的創(chuàng)建、刪除和修改；為文件命名；為文件命名；為文件命名；為文件命名；管理文件的存儲；管理文件的存儲；管理文件的存儲；管理文件的存儲；負(fù)責(zé)歸檔和備份。負(fù)責(zé)歸檔和備份。負(fù)責(zé)歸檔和備份。負(fù)責(zé)歸檔和備份。49本章內(nèi)容安排本章內(nèi)容安排&引言引言&演化演化&組成部分組成部分&主流操作系統(tǒng)主流操作系統(tǒng)50UNIX&UNIXUNIX是多用戶、多道程序、可移植的操作系統(tǒng)，是多用戶、多道程序、可移植的操作系統(tǒng)，它被設(shè)計(jì)來方便編程、文本處理、通信。它被設(shè)計(jì)來方便編程、文本處理、通信。&構(gòu)成：構(gòu)成：內(nèi)核、命令解釋器、標(biāo)準(zhǔn)工具、應(yīng)用程序內(nèi)核、命令解釋器、標(biāo)準(zhǔn)工具、應(yīng)用程序 內(nèi)核：操作系統(tǒng)最基本部分，內(nèi)存、進(jìn)程、設(shè)備、文件內(nèi)核：操作系統(tǒng)最基本部分，內(nèi)存、進(jìn)程、設(shè)備、文件內(nèi)核：操作系統(tǒng)最基本部分，內(nèi)存、進(jìn)程、設(shè)備、文件內(nèi)核：操作系統(tǒng)最基本部分，內(nèi)存、進(jìn)程、設(shè)備、文件管理器管理器管理器管理器 命令解釋器：用戶可見部分，用戶接口命令解釋器：用戶可見部分，用戶接口命令解釋器：用戶可見部分，用戶接口命令解釋器：用戶可見部分，用戶接口 工具：是工具：是工具：是工具：是UNIXUNIX標(biāo)準(zhǔn)程序，為用戶提供支持過程標(biāo)準(zhǔn)程序，為用戶提供支持過程標(biāo)準(zhǔn)程序，為用戶提供支持過程標(biāo)準(zhǔn)程序，為用戶提供支持過程 應(yīng)用程序：非標(biāo)準(zhǔn)部分的擴(kuò)展程序應(yīng)用程序：非標(biāo)準(zhǔn)部分的擴(kuò)展程序應(yīng)用程序：非標(biāo)準(zhǔn)部分的擴(kuò)展程序應(yīng)用程序：非標(biāo)準(zhǔn)部分的擴(kuò)展程序51UNIX結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)52Linux&組成組成 內(nèi)核內(nèi)核內(nèi)核內(nèi)核 系統(tǒng)庫：一組被應(yīng)用程序使用的函數(shù)，用于與內(nèi)核交互系統(tǒng)庫：一組被應(yīng)用程序使用的函數(shù)，用于與內(nèi)核交互系統(tǒng)庫：一組被應(yīng)用程序使用的函數(shù)，用于與內(nèi)核交互系統(tǒng)庫：一組被應(yīng)用程序使用的函數(shù)，用于與內(nèi)核交互 系統(tǒng)工具：使用系統(tǒng)庫提供的服務(wù)，執(zhí)行管理任務(wù)系統(tǒng)工具：使用系統(tǒng)庫提供的服務(wù)，執(zhí)行管理任務(wù)系統(tǒng)工具：使用系統(tǒng)庫提供的服務(wù)，執(zhí)行管理任務(wù)系統(tǒng)工具：使用系統(tǒng)庫提供的服務(wù)，執(zhí)行管理任務(wù)&網(wǎng)絡(luò)功能網(wǎng)絡(luò)功能 支持標(biāo)準(zhǔn)的因特網(wǎng)協(xié)議，支持三層：套接字接口、協(xié)議支持標(biāo)準(zhǔn)的因特網(wǎng)協(xié)議，支持三層：套接字接口、協(xié)議支持標(biāo)準(zhǔn)的因特網(wǎng)協(xié)議，支持三層：套接字接口、協(xié)議支持標(biāo)準(zhǔn)的因特網(wǎng)協(xié)議，支持三層：套接字接口、協(xié)議驅(qū)動和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動；驅(qū)動和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動；驅(qū)動和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動；驅(qū)動和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動；&安全安全 提供了傳統(tǒng)上為提供了傳統(tǒng)上為提供了傳統(tǒng)上為提供了傳統(tǒng)上為UNIXUNIX定義的安全特性。定義的安全特性。定義的安全特性。定義的安全特性。53Windows NT/2000/XP&設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)目標(biāo) 可擴(kuò)展性：多層的模塊化體系結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性：多層的模塊化體系結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性：多層的模塊化體系結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性：多層的模塊化體系結(jié)構(gòu) 可移植性：用可移植性：用可移植性：用可移植性：用C C或或或或C+C+語言編寫，獨(dú)立于所運(yùn)行計(jì)算機(jī)語言編寫，獨(dú)立于所運(yùn)行計(jì)算機(jī)語言編寫，獨(dú)立于所運(yùn)行計(jì)算機(jī)語言編寫，獨(dú)立于所運(yùn)行計(jì)算機(jī)的機(jī)器語言的機(jī)器語言的機(jī)器語言的機(jī)器語言 可靠性：使用可靠性：使用可靠性：使用可靠性：使用NTNT文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)文件系統(tǒng) 兼容性：支持早期或其它版本操作系統(tǒng)下的程序兼容性：支持早期或其它版本操作系統(tǒng)下的程序兼容性：支持早期或其它版本操作系統(tǒng)下的程序兼容性：支持早期或其它版本操作系統(tǒng)下的程序 性能：運(yùn)行在頂層的應(yīng)用程序具有快速響應(yīng)時(shí)間性能：運(yùn)行在頂層的應(yīng)用程序具有快速響應(yīng)時(shí)間性能：運(yùn)行在頂層的應(yīng)用程序具有快速響應(yīng)時(shí)間性能：運(yùn)行在頂層的應(yīng)用程序具有快速響應(yīng)時(shí)間54體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)55