new_ch1-11操作系統(tǒng)的概觀

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,操作系統(tǒng)教程,高等教育出版社出版,Ch1,操作系統(tǒng)概論,1.1,操作系統(tǒng)概觀,1.2,操作系統(tǒng)的形成和發(fā)展,1.3,操作系統(tǒng)提供的服務(wù)和用戶接口,1.4,操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),1.5,流行操作系統(tǒng)簡介,1.1,操作系統(tǒng)概觀,1.1.1,操作系統(tǒng)的定義和目標(biāo),1.1.2,操作系統(tǒng)的作用和功能,1.1.3,操作系統(tǒng)的主要特性,1.1.1,操作系統(tǒng)的定義和目標(biāo),操作系統(tǒng),是管理系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行，改善人機界面，提供各種服務(wù)，合理組織計算機工作流程和為用戶有效使用計算機提供良好運行環(huán)境的一種系統(tǒng)軟件。,它可被看作是用戶和計算機硬件之間的一種接口，是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)不可分割的重要組成部分。,操作系統(tǒng)的主要目標(biāo),方便用戶使用,擴大機器功能,管理系統(tǒng)資源,提高系統(tǒng)效率,構(gòu)筑開放環(huán)境,計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),(1),用戶,1,用戶,2,用戶,3,用戶,4,用戶,n,財務(wù)系統(tǒng),航空訂票,上網(wǎng)瀏覽,電子商務(wù),科學(xué)計算,（應(yīng)用程序）,編譯程序,匯編程序,編輯程序,數(shù)據(jù)庫,（系統(tǒng)程序）,操作系統(tǒng),計算機,硬件,計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu),(2),硬件層：提供基本的可計算性資源,操作系統(tǒng)層：對硬件作擴充和改造，提供了操作系統(tǒng)接口；資源的調(diào)度和分配，信息的存取和保護，并發(fā)活動的協(xié)調(diào)和控制等許多工作,系統(tǒng)程序,層：,提供擴展指令集；提供種類繁多的實用程序,應(yīng)用層：解決用戶不同的應(yīng)用問題,操作系統(tǒng)和硬件組成了一個運行平臺，其他軟件都運行在這個平臺上。,1.1.2,操作系統(tǒng)的作用,與功能,操作系統(tǒng)的作用,OS,作為用戶與計算機硬件之間的接口,改造硬件設(shè)施，使之更易使用；,提供系統(tǒng)調(diào)用，擴展機器功能；,組織工作流程,，提供運行環(huán)境,OS,作為虛擬計算機：在計算機裸機上加上一層又一層軟件來組成整個計算機系統(tǒng),OS,作為計算機系統(tǒng)的資源管理者和控制者：硬件資源和信息資源,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(1),例,1,，用戶想把一批信息存儲到某個設(shè)備上，必須先弄清楚該設(shè)備的存儲格式、讀寫命令和各種情況下的中斷處理步驟。而讓用戶了解設(shè)備的物理細(xì)節(jié)將會十分困難，甚至束手無策。這些工作只能讓操作系統(tǒng)代勞。,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(2),例,2,，若內(nèi)存中能裝入兩道程序并同時啟動運行，不但可充分利用內(nèi)存資源，當(dāng)一道程序等待,I/O,完成時，可讓另一道程序占有,CPU,運行，使得,I/O,設(shè)備,和,CPU,同時保持忙碌，這類高效的工作方式，需要解決許多技術(shù)問題，這只有靠操作系統(tǒng)來做。,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(3),例,3,，三個需要打印輸出信息的應(yīng)用程序在同時運行，打印機上三個程序的輸出結(jié)果會交錯夾雜、混亂不堪。一種解決方案：程序輸出時，先把各自的結(jié)果存在磁盤上，等到某程序生成的輸出全部存入后，才啟動打印機輸出，消除了雜亂無章的局面，這種做法只有操作系統(tǒng)才辦得到。,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(4),也有人將操作系統(tǒng)定義為：是能使諸用戶有效、方便地共享一套計算機系統(tǒng)資源的一種系統(tǒng)軟件。,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(5),操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一,(1),對資源進(jìn)行抽象研究，找出各種資源共性和個性，有序地管理計算機中的硬件、軟件資源，跟蹤資源使用情況，監(jiān)視資源的狀態(tài)，滿足用戶對資源的需求，協(xié)調(diào)各程序?qū)Y源的使用沖突；,操作系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的資源管理者,(6),操作系統(tǒng)的重要任務(wù)之一,(2),研究使用資源的統(tǒng)一方法，讓用戶簡單、有效的使用資源，最大限度地實現(xiàn)各類資源的共享，提高資源利用率，從而，使得計算機系統(tǒng)的效率有很大提高。,操作系統(tǒng)的功能,處理機管理,存儲管理,設(shè)備管理,文件管理,網(wǎng)絡(luò)與通信管理,用戶接口,處理機管理,處理中斷事件,處理器調(diào)度,進(jìn)程控制和管理,進(jìn)程同步和互斥,進(jìn)程通信和死鎖,線程控制和管理,處理器調(diào)度，分作業(yè)調(diào)度，中 程調(diào) 度，低級調(diào)度等,存儲管理,存儲管理具有四大功能：,存儲分配,存儲共享,地址轉(zhuǎn)換與存儲保護,存儲擴充,設(shè)備管理,設(shè)備管理具有以下功能：,設(shè)備分配,緩沖管理,設(shè)備驅(qū)動,設(shè)備獨立性,實現(xiàn)虛擬設(shè)備,文件管理,文件管理要完成以下任務(wù)：,提供文件邏輯組織方法,提供文件物理組織方法,提供文件的存取方法,提供文件的使用方法,實現(xiàn)文件的目錄管理,實現(xiàn)文件的存取控制,實現(xiàn)文件的存儲空間管理,網(wǎng)絡(luò)與通信管理,聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)應(yīng)具有以下管理功能：,網(wǎng)上資源管理功能,數(shù)據(jù)通信管理功能,網(wǎng)絡(luò)管理功能，包括,:,故障管理、安全管理、性能管理、記帳管理和配置管理。,1.1.3,操作系統(tǒng)的主要特性,第一個特性,-,并發(fā)性,第二個特性,-,共享性,第三個特性,-,異步性,第四個特性,-,虛擬性,第一個特性,-,并發(fā)性,(1),并發(fā),性,（,Concurrence,）,指兩個或兩個以上的事件或活動在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生,發(fā)揮并發(fā)性能夠消除系統(tǒng)中部件和部件之間的相互等待，有效地改善系統(tǒng)資源的利用率，改進(jìn)系統(tǒng)的吞吐率，提高系統(tǒng)效率,內(nèi)存中同時有多個用戶程序，或內(nèi)存中同時有操作系統(tǒng)程序和用戶程序被啟動交替、穿插地執(zhí)行，都是并發(fā)性的例子。,第一個特性,-,并發(fā)性,(2),并發(fā)性使系統(tǒng)變得復(fù)雜化,如何從一個活動切換到另一個活動？,怎樣將各個活動隔離開來，使之互不干擾，免遭對方破壞？怎樣讓多個活動協(xié)作完成任務(wù)？,怎樣協(xié)調(diào)多個活動對資源的競爭？如何保證每個活動的資源不被其它進(jìn)程侵犯,?,多個活動共享文件數(shù)據(jù)時，如何保證數(shù)據(jù)的一致性？,第一個特性,-,并發(fā)性,(3),操作系統(tǒng)中很早就引入重要概念,-,進(jìn)程，進(jìn)程能清,晰,刻劃操作系統(tǒng)中的并發(fā)性，實現(xiàn)并發(fā)活動的執(zhí)行，因而，它已成為現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個重要基礎(chǔ)。,第一個特性,-,并發(fā)性,(4),采用并發(fā)技術(shù)的系統(tǒng)稱為多任務(wù)系統(tǒng),(Multitasking),，,并發(fā)的實質(zhì)是一個物理,CPU(,也可以多個物理,CPU),在若干道程序之間多路復(fù)用，并發(fā)性是對有限物理資源強制行使多用戶共享以提高效率。,第一個特性,-,并發(fā)性,(5),結(jié)論,：實現(xiàn)并發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵之一是如何對系統(tǒng)內(nèi)的多個活動,(,進(jìn)程,),進(jìn)行切換的技術(shù)。,第一個特性,-,并發(fā)性,(7),并行性,（,parallelism,）,指兩個或兩個以上事件或活動在同一時刻發(fā)生。,在多道程序環(huán)境下，并行性使多個程序同一時刻可在不同,CPU,上同時執(zhí)行。,在分布式系統(tǒng)中，多臺計算機并存使程序的并發(fā)性得到了更充分發(fā)揮，同一時刻每臺計算機上都可以有程序在執(zhí)行。,第,一,個特性,-,并發(fā)性,(8),并行的事件或活動一定是并發(fā)的，但反之并發(fā)的事件或活動未必是并行的。,并行性是并發(fā)性的特例，而并發(fā)性是并行性的擴展。,第二個特性,-,共享性,(1),共享指操作系統(tǒng)中的資源可被多個并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程所使用，可分成兩種資源共享方式：,互斥,訪問,:,系統(tǒng)中的某些資源同一時間內(nèi)只允許一個進(jìn)程訪問，許多物理設(shè)備，以及某些數(shù)據(jù)和表格都是互斥共享的資源。,第二個特性,-,共享性,(2),同時訪問,：,系統(tǒng)中還有許多資源，允許同一時間內(nèi)多個進(jìn)程對它進(jìn)行訪問，這里“同時”是宏觀上的說法。典型的可供多進(jìn)程同時訪問的資源是,磁盤,，,可重入程序,也可被同時訪問。,與共享性有關(guān)的問題是資源分配、信息保護、存取控制等，必須要妥善解決好這些問題。,第三個特性,-,異步性,(1),操作系統(tǒng)中的,異步,性處處可見：,一個進(jìn)程,在,CPU,上運行一段時間后，由于等待資源滿足或事件發(fā)生，被暫停執(zhí)行，,CPU,轉(zhuǎn)讓給另一個進(jìn)程執(zhí)行。系統(tǒng)中的進(jìn)程何時執(zhí)行？何時暫停？,怎,樣的速度向前推進(jìn)？進(jìn)程總共要多少時間執(zhí)行才能完成？這些都是不可予知的，或者說該進(jìn)程是以異步方式運行的。,第三個特性,-,異步性,(2),操作系統(tǒng)中異步性的,其他例子,：,(1),作業(yè)到達(dá)系統(tǒng)的類型和時間是隨機的；,(2),操作員發(fā)出命令或按按鈕的時刻是隨機的；,(3),程序運行發(fā)生錯誤或異常的時刻是隨機的；,(4),各種各樣硬件和軟件中斷事件發(fā)生的時刻是隨機的,。,第三個特性,-,異步性,(3),異步性給系統(tǒng)帶來潛在危險,有可能導(dǎo)致與時間有關(guān)的錯誤,。,操作系統(tǒng)的一個重要任務(wù)是必須確保捕捉任何一種隨機事件，正確處理可能發(fā)生的隨機事件，正確處理任何一種產(chǎn)生的事件序列，否則將會導(dǎo)致嚴(yán)重后果,。,第四個特性,-,虛擬性,(1),虛擬性,是指操作系統(tǒng)中的一種管理技術(shù)，它是把物理上的一個實體變成邏輯上的多個對應(yīng)物，或把物理上的多個實體變成邏輯上的一個對應(yīng)物的技術(shù)，顯然，前者是實際存在的而后者是虛構(gòu)假想的。,第四個特性,-,虛擬性,(2),通過多道程序和分時使用,CPU,技術(shù)，物理上的一個,CPU,變成邏輯上的多個,CPU,。,通過,Spooling,技術(shù)可把物理上的一臺獨占設(shè)備變成邏輯上的多臺虛擬設(shè)備，,第四個特性,-,虛擬性,(3),通過窗口技術(shù)可把物理上的一個屏幕變成邏輯上的多個虛擬屏幕，,IBM,的,VM,技術(shù)把物理上的一臺計算機變成邏輯上的多臺計算機。,虛擬存儲器則是把物理上的多個存儲器,(,主存和輔存,),變成邏輯上的一個,(,虛存,),的例子。,