操作系统引论

1、操作系统引论1计算机操作系统计算机操作系统任课教师任课教师:常志玲常志玲联系电话：联系电话公地点：逸夫楼办公地点：逸夫楼A603洛阳师范学院信息技术学院洛阳师范学院信息技术学院操作系统引论2计算机系统组成计算机系统组成操作系统引论3计算机系统由“谁”来控制、指挥？操作系统引论4u从用户角度来看，计算机系统应该是一个稳定的、对用从用户角度来看，计算机系统应该是一个稳定的、对用户友好、便于操作的平台。户友好、便于操作的平台。机器系统操作系统语言编译系统应用系统用户机器系统操作系统语言编译系统应用系统用户对计算机我一窍不通，如对计算机我一窍不通，如何进行操作！？何进行操作！

2、？n但是，实际上用户对硬件直接进行操作是极其困难、但是，实际上用户对硬件直接进行操作是极其困难、甚至是不可能的。甚至是不可能的。n怎么办？怎么办？操作系统引论5用户：我要打印这用户：我要打印这份报告。份报告。裸机：听不懂！裸机：听不懂！打印机：没反应！打印机：没反应！操作系统引论6我要打印这份报告。我要打印这份报告。用户用户接收用户输入的文档内接收用户输入的文档内容；驱动打印机；将文容；驱动打印机；将文档放入缓冲；文档送至档放入缓冲；文档送至打印机！打印机！安装了操作系统的计算机安装了操作系统的计算机工作！打印！工作！打印！打印机打印机操作系统引论7操作系统提供一系列服务：操作系统提供一系列服

3、务： 多任务、用户界面、内存管理、内存保护、文件存取、网络、设备控制、硬件控制 、错误检测及恢复系统、安全操作系统能做什么 ?操作系统引论8教材与参考书教材与参考书u教材教材:汤小丹汤小丹.计算机操作系统（第三版）计算机操作系统（第三版）.西安电子西安电子科技大学出版社科技大学出版社u参考书参考书:uAbraham Silberschatz 著著,郑扣根译郑扣根译.操作系统概念操作系统概念(第六版第六版).高等教育出版社高等教育出版社u孙钟秀编孙钟秀编.操作系统教程操作系统教程(第三版第三版).高等教育出版社高等教育出版社u梁红兵编梁红兵编.计算机操作系统学习指导与题解计算机操作系统学习指导与

4、题解.西安电西安电子科技大学出版社子科技大学出版社操作系统引论9考核方法考核方法 操作系统引论10课程内容课程内容u第一章 操作系统引论u第二章 进程管理u第三章 处理机调度与死锁u第四章 存储器管理u第五章 设备管理u第六章 文件管理u第七章 操作系统接口操作系统引论11第第1章章 操作系统引论操作系统引论操作系统引论12主要内容主要内容u操作系统的目标、作用和模型操作系统的目标、作用和模型u操作系统的发展过程操作系统的发展过程u操作系统的基本特征操作系统的基本特征 uOSOS（O Operating perating S Systems)ystems)的主要功能的主要功能uOSOS的结构设

5、计的结构设计操作系统引论131.1. 方便性（用户的观点）方便性（用户的观点）2.2. 有效性（系统管理人员的观点）有效性（系统管理人员的观点）3.3. 可扩充性可扩充性4.4. 开放性开放性1.1.1 1.1.1 操作系统的目标操作系统的目标 1.1 1.1 操作系统的目标、作用和模型操作系统的目标、作用和模型操作系统引论141.1.2 1.1.2 操作系统的作用操作系统的作用u 作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口图图11 OS作为接口的示意图作为接口的示意图计算机硬件计算机硬件系统调用系统调用，命令，图标，窗口，命令，图标，窗口操作系统操作系统应用程序应用

6、程序系统设计者程序员用户操作系统引论151.1.2 1.1.2 操作系统的作用操作系统的作用u 作为计算机系统资源的管理者作为计算机系统资源的管理者处理机管理：分配和控制处理机处理机管理：分配和控制处理机存储器管理：分配及回收内存存储器管理：分配及回收内存I/O(Input/Output)设备管理：设备管理：I/OI/O分配与操作分配与操作文件管理：文件存取、共享和保护文件管理：文件存取、共享和保护 u 作为扩充机器作为扩充机器通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器（Extended Machine）或虚机器或虚机器（Virtual Machine）。）。操作系统

7、引论16u 不断提高计算机资源的利用率（批处理系统）不断提高计算机资源的利用率（批处理系统）u 方便用户（分时系统）方便用户（分时系统）u 器件的不断更新换代（器件的不断更新换代（8 8位位1616位位3232位）位）u 计算机体系结构的不断发展（单处理机多处计算机体系结构的不断发展（单处理机多处理机）理机）1.1.3 1.1.3 操作系统发展的主要动力操作系统发展的主要动力操作系统引论171.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统引论181.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程1.2.11.2.1无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统u人工操作方式：人工操

8、作方式：1946-501946-50年代中期（电子管），集年代中期（电子管），集中计算（计算中心），计算机资源昂贵；中计算（计算中心），计算机资源昂贵；操作系统引论1950年代早期出现穿孔卡片程序写在卡上然后读入年代早期出现穿孔卡片程序写在卡上然后读入计算机计算机操作系统引论20运算速度：运算速度：50005000次次/ /每秒每秒, 18000, 18000个真空管个真空管, , 占地占地182182平方米，重量平方米，重量130130吨，功耗吨，功耗140kW140kW程序员提前预约一段时间程序员提前预约一段时间, ,然后到机房运行程序，期盼着在接下来的然后到机房运行程序，期盼着在接下来的

9、时间中几万个真空管不会烧断从而可以计算完自己的题目时间中几万个真空管不会烧断从而可以计算完自己的题目操作系统引论21u来自美国密歇根大学研究人员开发的来自美国密歇根大学研究人员开发的“世界上最小的计算世界上最小的计算机机”，其体积只有，其体积只有1 1立方毫米，包括一个超级节能的微型处立方毫米，包括一个超级节能的微型处理器、一个压力传感器、一枚记忆卡、一块太阳能电池、一理器、一个压力传感器、一枚记忆卡、一块太阳能电池、一片薄薄的蓄电池和一个无线收发装置。片薄薄的蓄电池和一个无线收发装置。世界上最小的计算机世界上最小的计算机 体积只有体积只有1 1立方毫米立方毫米操作系统引论221.2 1.2

10、操作系统的发展过程操作系统的发展过程1.2.11.2.1无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统u人工操作方式：人工操作方式：缺点：缺点：用户独占全机用户独占全机CPUCPU等待人工操作等待人工操作矛盾：矛盾：人机矛盾：人工操作方式与机器利用率的矛盾人机矛盾：人工操作方式与机器利用率的矛盾CPU CPU 和和I/OI/O设备速度不匹配的矛盾设备速度不匹配的矛盾操作系统引论23u脱机输入脱机输入/输出方式输出方式空闲时间空闲时间图图1-2脱机脱机I/O示意图示意图外围机外围机主机主机外围机外围机磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘输入设备输入设备输出设备输出设备操作系统引论241.2.2 1.2

11、.2 单道批处理系统单道批处理系统50年代末年代末 60年代中（晶体管）：利用磁带把若年代中（晶体管）：利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门的一个专门的监督程序监督程序（Monitor）自动依次处理）自动依次处理-操作系统的雏形操作系统的雏形。并非真正意义上的。并非真正意义上的OS。操作系统引论25还有下一还有下一个作业？个作业？把下一个作业的源程序转换把下一个作业的源程序转换为目标程序为目标程序源程序源程序有错吗？有错吗？装配目标程序装配目标程序运行目标程序运行目标程序开始开始是是否否停止停止是是否否单道批处理系统处理过程操

12、作系统引论261.2.2 1.2.2 单道批处理系统单道批处理系统操作系统引论27用户程序用户程序监督程序监督程序I/O操作操作I/O中断请求中断请求启动启动I/OI/O完成完成结束中断结束中断I/O中断请求中断请求启动启动I/OI/O完成完成结束中断结束中断t1t2t3t4t5t6t7t8单道程序运行情况？下图中资源利用率能否提高下图中资源利用率能否提高操作系统引论281.2.3 1.2.3 多道批处理系统多道批处理系统60年代中年代中 70年代中（集成电路），利用多道年代中（集成电路），利用多道批处理提高资源的利用率。批处理提高资源的利用率。-现代意义上的操现代意义上的操作系统的出现作系统

13、的出现操作系统引论291.2.3 1.2.3 多道批处理系统多道批处理系统四道程序运行情况程序程序A调度程序调度程序I/O请求请求程序程序B程序程序C程序程序DI/O请求请求I/O请求请求I/O请求请求I/O完成完成I/O完成完成I/O完成完成A完成完成表示获得表示获得CPUC再运行再运行操作系统引论30举例举例u例：计算某个数据处理问题，输入例：计算某个数据处理问题，输入500500个字个字符符( (花费花费78ms)78ms)，经，经CPUCPU处理处理52ms52ms后，将结果后，将结果20002000个字符存到磁带上个字符存到磁带上( (花费花费20ms) 20ms) ，重复，重复进行

14、，直至输入数据全部处理完毕进行，直至输入数据全部处理完毕磁带机磁带机378378单道算题运行时处理器的使用效率单道算题运行时处理器的使用效率7878输入机输入机处理器处理器130130 150150228228280280300300430430450450时时 间间处理器利用率：处理器利用率：52 /（78十十52十十20） 35%操作系统引论31 u计算机在接受上述算题时还接受了另一算题：计算机在接受上述算题时还接受了另一算题：从另一台磁带机上输入从另一台磁带机上输入20002000个字符，经个字符，经4242毫毫秒的处理后，从行式打印机上输出两行秒的处理后，从行式打印机上输出两行( (约

15、花约花费费 88ms) 88ms) 输入机输入机处理器处理器磁带机磁带机1 1280280时时 间间磁带机磁带机2 2打印机打印机228228378378450450P2P2P2P2两道算题运行时处理器的使用效率两道算题运行时处理器的使用效率处理器利用率：（处理器利用率：（52+42）/ 150 6378782020130130P1P11501506262P2P2P1P1300300430430操作系统引论321.2.3 1.2.3 多道批处理系统多道批处理系统 操作系统引论331.2.3 1.2.3 多道批处理系统多道批处理系统u 多道批处理系统需解决的问题多道批处理系统需解决的问题操作系统

16、引论34操作系统概念操作系统是一组控制和管理计算机操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件硬件和软件资源资源、合理地对各类、合理地对各类作作业业进行进行调度调度以及方便用户的程序集以及方便用户的程序集合。合。 操作系统引论35操作系统的定义（说明）操作系统的定义（说明）操作系统是软件，是系统软件，是由一整套程序组操作系统是软件，是系统软件，是由一整套程序组成。成。基本职能：控制和管理系统内各种资源，有效地组基本职能：控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序地运行织多道程序地运行提供众多服务，方便用户使用，扩充硬件功能。提供众多服务，方便用户使用，扩充硬件功能。操作系统的地位：其他软件的支撑

17、环境操作系统的地位：其他软件的支撑环境 操作系统引论361.2.4 1.2.4 分时系统分时系统u 分时系统的产生分时系统的产生（70年代中期至今年代中期至今-操作操作系统进入实用化）系统进入实用化）人机交互性人机交互性 共享主机共享主机 便于用户上机便于用户上机u 概念：在一台主机上连接了多个带概念：在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端以交互方多个用户通过自己的终端以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。式使用计算机，共享主机中的资源。操作系统引论37主机主机终终端端操作系统引论381.2.4 1.2.4 分时系统分时系统

18、u 分时系统在实现中的关键问题分时系统在实现中的关键问题及时接收及时接收多路卡多路卡输入缓冲区输入缓冲区及时处理及时处理作业直接进入内存作业直接进入内存分时间片运行分时间片运行操作系统引论391.2.4 1.2.4 分时系统分时系统u分时系统的实例分时系统的实例 CTSSCTSS(Compatibale(Compatibale Time Sharing Time Sharing SystemSystem):1962):1962年开发的第一个分时系统，年开发的第一个分时系统，成功运行在成功运行在IBM7094IBM7094机上，支持机上，支持3232个交互个交互式用户同时工作。式用户同时工作。

19、MULTICS MULTICS (MULTiplexed(MULTiplexed Information and Information and Computing ServiceComputing Service):):运行在运行在GE635GE635、 GE645GE645计算机上使用高级语言计算机上使用高级语言PL/1PL/1编程。编程。引入了许多现代操作系统的概念雏形。引入了许多现代操作系统的概念雏形。操作系统引论403. 分时系统的特征分时系统的特征 (1) 多路性。多路性。(宏观：多用户同时工作，共享宏观：多用户同时工作，共享系统资源；微观：用户作业轮流运行系统资源；微观：用户作业

20、轮流运行 )(2) 独立性。独立性。 (3) 及时性。及时性。 (4) 交互性。交互性。 同时有多个用户使用一台计算机同时有多个用户使用一台计算机宏观上：是多个人同时使用一个宏观上：是多个人同时使用一个CPUCPU微观上：多个人在不同时刻轮流使用微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPUCPU用户根据系统响应结果进一步用户根据系统响应结果进一步提出新请求提出新请求( (用户直接干预每一步用户直接干预每一步) )用户感觉不到计算机为其他人服务用户感觉不到计算机为其他人服务（OSOS提供虚机器，各个用户的虚提供虚机器，各个用户的虚机器互不干扰）机器互不干扰）系统对用户提出的请求及时响应系统对用户提出的

21、请求及时响应1.2.4 1.2.4 分时系统分时系统操作系统引论41分时操作系统和批处理操作系统的异同分时操作系统和批处理操作系统的异同u相同点：相同点：都基于多道程序设计都基于多道程序设计u不同点：不同点：目标不同。目标不同。批处理系统以提高资源利用率和作业批处理系统以提高资源利用率和作业吞吐率为目标；分时系统要满足多个联机用户立吞吐率为目标；分时系统要满足多个联机用户立即型命令的快速响应。即型命令的快速响应。 适应作业的性质不同适应作业的性质不同 。批处理适应已经调试好的批处理适应已经调试好的大型作业，分时系统适应正在调试的小作业。大型作业，分时系统适应正在调试的小作业。资源利用率不同。资

22、源利用率不同。批处理操作系统可合理安排不批处理操作系统可合理安排不同负载的作业，使各种资源利用率最佳；分时操同负载的作业，使各种资源利用率最佳；分时操作系统中，多个终端作业使用相同类型编译系统、作系统中，多个终端作业使用相同类型编译系统、运行系统和公共子系统时，系统调用它们的开销运行系统和公共子系统时，系统调用它们的开销较小。较小。 作业控制方式不同。作业控制方式不同。批处理通过批处理通过JCLJCL控制作业，控制作业，交互型作业通过操作命令控制。交互型作业通过操作命令控制。操作系统引论42u 如何设置时间片如何设置时间片根据机器的速度、用户的多少、响根据机器的速度、用户的多少、响应的要求、系

23、统的开销折中考虑，应的要求、系统的开销折中考虑，选择合理的时间片长度。选择合理的时间片长度。操作系统引论431.2.51.2.5实时系统实时系统 用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域，用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域，包括实时控制、实时信息处理包括实时控制、实时信息处理 操作系统引论441.2.51.2.5实时系统实时系统 u 实时系统是指系统能及时响应外部实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间内完成对事件的请求，在规定时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。务协调一致地运行。目前有三种典型的实时系统目前有三种典型

24、的实时系统过程控制系统：过程控制系统：导弹制导系统，飞机自导弹制导系统，飞机自动驾驶系统、火炮自动控制系统动驾驶系统、火炮自动控制系统信息查询系统：信息查询系统：情报检索系统情报检索系统事务处理系统：事务处理系统：银行业务处理系统银行业务处理系统操作系统引论451.2.51.2.5实时系统实时系统u 实时任务类型实时任务类型 按任务执行是否呈现周期性来划分按任务执行是否呈现周期性来划分 周期性实时任务周期性实时任务 非周期性实时任务非周期性实时任务 根据对截止时间的要求来划分根据对截止时间的要求来划分 硬实时任务硬实时任务(Hard real-time Task)(Hard real-time

25、 Task) 软实时任务软实时任务(Soft real-time Task)(Soft real-time Task)操作系统引论461.2.51.2.5实时系统实时系统u 实时系统与分时系统的比较实时系统与分时系统的比较多路性多路性独立性独立性及时性及时性交互性交互性可靠性可靠性u 提供提供是实时操是实时操作系统主要特点作系统主要特点操作系统引论47分时操作系统和实时操作系统的区别分时操作系统和实时操作系统的区别u设计目标不同。设计目标不同。前者为了给多用户提供一个前者为了给多用户提供一个通用的通用的交互型交互型开发运行环境，后者通常为开发运行环境，后者通常为特特殊用途提供专用系统殊用途提供

26、专用系统；u交互型强弱不同。交互型强弱不同。前者交互型强，后者弱；前者交互型强，后者弱；u响应时间长短不同。响应时间长短不同。前者以用户能接受的响前者以用户能接受的响应时间为标准，通常为应时间为标准，通常为秒级秒级；后者则根据受；后者则根据受控对象的不同而不同，通常都为控对象的不同而不同，通常都为毫秒级甚至毫秒级甚至100微秒级微秒级。操作系统引论48u设计适用于实时环境的操作系统的主要设计适用于实时环境的操作系统的主要困难是：困难是：因此实时系统的设计者要采用满因此实时系统的设计者要采用满足其实时性的调度算法和相关技术足其实时性的调度算法和相关技术。操作系统引论49u批处理操作系统、分时操作

27、系统和实时批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统是操作系统的操作系统是操作系统的基本类型基本类型。u通用操作系统：兼有批处理、分时和实通用操作系统：兼有批处理、分时和实施处理的全部或两种功能的操作系统施处理的全部或两种功能的操作系统操作系统引论501.2.6 其它操作系统其它操作系统u并行操作系统：并行操作系统：美国美国Stanford大学的大学的V-Kernel、美、美国国Bell实验室的实验室的Meglos、美国卡耐基大学的、美国卡耐基大学的MACH等等u网络操作系统：网络操作系统：UNIX、Netware和和Windows NTu分布式操作系统：分布式操作系统：Plan9(AT&am

28、p;T公司公司)、Amoeba(荷兰荷兰)、Cm*(美国美国)、Arachne(美国美国)、Chorus(法国法国)、Guide(法国法国)、Clouds(美国美国)、CMDS(英国英国)u嵌入式操作系统：嵌入式操作系统：Windows CE、Linux、HOPEN操作系统引论51嵌入式操作系统嵌入式操作系统智能卡智能卡移动通信移动通信计算机外设计算机外设机顶盒机顶盒零售设备零售设备印刷机印刷机复印机复印机互联网服务器互联网服务器电话交换设备电话交换设备操作系统引论521.3 1.3 操作系统的基本特征操作系统的基本特征 u并发性并发性并行性并行性是指两个或多个事件在同一时刻是指两个或多个事件

29、在同一时刻发生。发生。并发性并发性是两个或多个事件在同一时间间是两个或多个事件在同一时间间隔内发生。隔内发生。进程进程：系统中能独立运行并作为资源分：系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，它是由一组机器指令、配的基本单位，它是由一组机器指令、数据和堆栈等组成的，是一个能独立运数据和堆栈等组成的，是一个能独立运行的活动实体。行的活动实体。线程线程：操作系统引论531.3 1.3 操作系统的基本特征操作系统的基本特征u共享性共享性所谓共享，是指系统中资源可供内存所谓共享，是指系统中资源可供内存中多个并发执行的中多个并发执行的进程进程共同使用。共同使用。资源共享方式资源共享方式互斥共享互斥共享：

30、一段时间只允许一个进程访问：一段时间只允许一个进程访问该资源（临界资源）该资源（临界资源）( (打印机打印机) )同时访问同时访问：微观上仍是互斥的（磁带机）：微观上仍是互斥的（磁带机）操作系统引论541.3 1.3 操作系统的基本特征操作系统的基本特征u虚拟虚拟所谓虚拟，是指通过某种技术把一个物所谓虚拟，是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。用理实体变为若干个逻辑上的对应物。用来实现虚拟的技术被称为虚拟技术。来实现虚拟的技术被称为虚拟技术。虚拟技术虚拟技术时分复用技术时分复用技术 虚拟处理机技术虚拟处理机技术多道程序设计多道程序设计 虚拟设备技术虚拟设备技术SPOOLing

31、SPOOLing技术技术空分复用技术空分复用技术 虚拟磁盘技术虚拟磁盘技术 虚拟存储器技术虚拟存储器技术操作系统引论55u异步性异步性异步性指在多道程序环境下，每个程序不异步性指在多道程序环境下，每个程序不知何时执行、何时暂停，即它们以不可预知何时执行、何时暂停，即它们以不可预知的速度向前推进。知的速度向前推进。操作系统引论561.4 1.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能u操作系统的主要操作系统的主要任务任务，是为多道程序的，是为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道运行提供良好的运行环境，以保证多道程序能有条不紊地、高效地运行，并能程序能有条不紊地、高效地运行，并能最大程度地提

32、高系统中各种资源的利用最大程度地提高系统中各种资源的利用率和方便用户使用。率和方便用户使用。u操作系统的操作系统的功能功能处理机管理处理机管理设备管理设备管理用户接口用户接口存储器管理存储器管理文件管理文件管理操作系统引论571.4.1 处理机管理功能处理机管理功能u1. 进程控制进程控制进程控制指为作业创建进程、撤销进程，进程控制指为作业创建进程、撤销进程，并控制进程在运行过程中的状态转换。并控制进程在运行过程中的状态转换。u2.进程同步进程同步进程同步指对进程进程同步指对进程(线程线程)的执行次序进行的执行次序进行协调，使进程协调，使进程(线程线程)能有条不紊地运行。能有条不紊地运行。协调

33、方式协调方式:进程互斥方式进程互斥方式进程同步方式进程同步方式操作系统引论581.4.1 处理机管理功能处理机管理功能u3.进程通信进程通信进程通信指进程进程通信指进程(线程线程)之间的信息交换，使进程之间的信息交换，使进程(线程线程)能很好地相互合作。能很好地相互合作。通信方式通信方式直接通信方式直接通信方式间接通信方式间接通信方式u4. 调度调度作业调度作业调度：为作业分配必要资源，调入内存建立：为作业分配必要资源，调入内存建立进程，并使之进入就绪队列进程，并使之进入就绪队列进程调度进程调度：从就绪队列中选出进程，分配：从就绪队列中选出进程，分配CPU，使之运行使之运行操作系统引论591.

34、4.2 1.4.2 存储器管理存储器管理u1.1.内存分配内存分配主要任务：为每道程序分配内存空间，主要任务：为每道程序分配内存空间，使它们各得其所；提高存储器利用率，使它们各得其所；提高存储器利用率，以减少不可用的内存空间；允许正在运以减少不可用的内存空间；允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要。程序和数据动态增长的需要。分配方式分配方式静态分配静态分配作业的内存空间在装入时确定作业的内存空间在装入时确定动态分配动态分配操作系统引论601.4.2 1.4.2 存储器管理存储器管理u2.2.内存保护内存保护任务：确保每道用户程序在

35、自己的内存空间内运任务：确保每道用户程序在自己的内存空间内运行行实现：设置上、下界寄存器实现：设置上、下界寄存器u3.3.地址映射地址映射地址类型地址类型逻辑地址（相对地址）：用户目标程序所使用的地址逻辑地址（相对地址）：用户目标程序所使用的地址物理地址（绝对地址）：主存中的实际存储单元地址物理地址（绝对地址）：主存中的实际存储单元地址将程序中的逻辑地址转换成内存中的物理地址，将程序中的逻辑地址转换成内存中的物理地址，以使程序能正确执行。以使程序能正确执行。操作系统引论611.4.2 1.4.2 存储器管理存储器管理u4.4.内存扩充内存扩充实现：利用虚存技术实现：利用虚存技术功能：功能：请求

36、调入功能请求调入功能置换功能置换功能操作系统引论621.4.3 1.4.3 设备管理设备管理u 设备管理的任务设备管理的任务完成用户提出的完成用户提出的I/OI/O请求请求为用户分配所需设备为用户分配所需设备提高提高CPUCPU和和I/OI/O设备的利用率设备的利用率提高提高I/OI/O速度速度方便用户使用方便用户使用I/OI/O设备设备操作系统引论631.4.3 1.4.3 设备管理设备管理u1.1.缓冲管理缓冲管理利用缓冲来缓和利用缓冲来缓和CPUCPU和和I/OI/O设备速度不匹配设备速度不匹配的矛盾，提高的矛盾，提高CPUCPU和和I/OI/O设备的利用率和设备的利用率和I/OI/O速

37、度。速度。缓冲机制：单缓冲、双缓冲、公用缓冲池缓冲机制：单缓冲、双缓冲、公用缓冲池u2.2.设备分配设备分配为用户分配完成为用户分配完成I/OI/O所需的设备和设备控所需的设备和设备控制器，在配置有通道的系统中，分配通道。制器，在配置有通道的系统中，分配通道。操作系统引论641.4.3 1.4.3 设备管理设备管理u3.3.设备处理（设备驱动程序）设备处理（设备驱动程序）启动设备进行真正的启动设备进行真正的I/OI/O操作，响应并处操作，响应并处理设备控制器发来的中断请求。理设备控制器发来的中断请求。操作系统引论651.4.4 1.4.4 文件管理的功能文件管理的功能u1.1.文件存贮空间的管

38、理文件存贮空间的管理为文件分配必要的存储空间，并尽量提高文为文件分配必要的存储空间，并尽量提高文件存储空间的利用率和文件访问的效能。件存储空间的利用率和文件访问的效能。u2.2.目录管理目录管理通过目录的方式来组织文件，以实现文件的通过目录的方式来组织文件，以实现文件的按名存取，提高文件的检索速度。按名存取，提高文件的检索速度。u3.3.文件的读文件的读/ /写管理和保护写管理和保护实现文件的读实现文件的读/ /写操作，并提供有效的存取写操作，并提供有效的存取控制功能保护文件的安全性。控制功能保护文件的安全性。操作系统引论661.4.5 1.4.5 操作系统与用户之间的接口操作系统与用户之间的

39、接口u1.1.命令接口命令接口提供一组联机命令和作业控制语言，供用户直提供一组联机命令和作业控制语言，供用户直接或间接地控制自己的作业。接或间接地控制自己的作业。u2.2.图形用户接口图形用户接口提供图标、窗口和菜单等元素，使用户可方便提供图标、窗口和菜单等元素，使用户可方便地通过指点设备和少量键盘操作，取得地通过指点设备和少量键盘操作，取得OSOS的服的服务。务。u 3.3.程序接口程序接口提供一组系统调用，供用户调用提供一组系统调用，供用户调用OSOS的功能的功能操作系统引论67 1.5 OS1.5 OS的结构设计的结构设计传统的操作传统的操作系统结构系统结构现代操作现代操作系统结构系统结

40、构操作系统引论681.5.1 1.5.1 传统的操作系统结构传统的操作系统结构操作系统引论691. 1.无结构的操作系统无结构的操作系统uIBM的的OS/360系统被设计成一个通用操作系统系统被设计成一个通用操作系统u由由4000个模块组成，约个模块组成，约100万条指令万条指令u经费达数亿美元经费达数亿美元u每个版本都隐藏着无数的错误每个版本都隐藏着无数的错误u其负责人其负责人Brooks在描述其研制过程的困难和混乱时说：在描述其研制过程的困难和混乱时说：“巨兽在泥潭中做垂死挣扎，挣扎得越猛，泥浆就沾巨兽在泥潭中做垂死挣扎，挣扎得越猛，泥浆就沾得越多。最后，没有一个野兽能逃脱淹没在泥潭中的命

41、得越多。最后，没有一个野兽能逃脱淹没在泥潭中的命运，运，程序设计就像是这样一个泥潭。程序设计就像是这样一个泥潭。一批批程序员一批批程序员在泥潭中挣扎在泥潭中挣扎没有人料到问题会这样棘手没有人料到问题会这样棘手”操作系统引论701.5.1 1.5.1 传统的操作系统结构传统的操作系统结构u2.2.模块化结构模块化结构采用模块化程序设计技术，将操作系统按其功能划分成采用模块化程序设计技术，将操作系统按其功能划分成若干个具有一定独立性和大小的模块，并规定好个模块若干个具有一定独立性和大小的模块，并规定好个模块之间的接口。之间的接口。进程控制 进程调度内存分配内存保护磁盘管理目录管理进程管理存储器管理

42、文件管理操作系统模块子模块操作系统引论711.5.1 1.5.1 传统的操作系统结构传统的操作系统结构u2.2.模块化结构模块化结构 优点：优点： 提高了提高了OSOS设计的正确性、可理解性和可维护性设计的正确性、可理解性和可维护性 增强的增强的OSOS的适应性的适应性 加速了加速了OSOS的开发过程的开发过程 缺点：缺点： 接口不易确定接口不易确定 模块依赖关系可能复杂（对于大型软件而言）模块依赖关系可能复杂（对于大型软件而言）操作系统引论72u操作系统划分为若干层，在低层上构建高层。底层（操作系统划分为若干层，在低层上构建高层。底层（0层）为硬件；最高层（层）为硬件；最高层（ N层）为用户

43、层层）为用户层u考虑模块化，层的选择是按照每层只使用低层次的功能考虑模块化，层的选择是按照每层只使用低层次的功能和服务原则定义的和服务原则定义的u每一层向上一层隐藏了数据结构、操作（和硬件）每一层向上一层隐藏了数据结构、操作（和硬件）u层次化结构方法的层次化结构方法的难点难点在对每一层的适当划分在对每一层的适当划分1.5.1 1.5.1 传统的操作系统结构传统的操作系统结构操作系统引论73 OS/2层次化结构层次化结构操作系统引论741.5.2 微内核操作系统结构微内核操作系统结构u内核不是进程，是提供支持系统运行的基本功能的一组程序模块，有了内核的支撑，进程运行环境得到改善，安全性得到保证，

44、系统效率就能提高。u分类：微内核和单内核。uLinux是单内核操作系统 ，Mach是微内核操作系统 ，Windows2000/XP改进的C/S结构 。操作系统引论75内核的基本功能及内核的基本功能及属性属性基本功能基本功能: 1 1）中断处理）中断处理 2 2）短程调度）短程调度 3 3）原语管理）原语管理 基本属性基本属性: : 1 1）内核是由中断驱动的）内核是由中断驱动的 2 2）内核的执行是连续的）内核的执行是连续的 3 3）内核在屏蔽中断状态下执行）内核在屏蔽中断状态下执行 4 4）内核可以使用特权指令）内核可以使用特权指令操作系统引论761.5.2 微内核操作系统结构微内核操作系统结构u主要思想：主要思想：在操作系统内核中只留下一些最基本的功在操作系统内核中只留下一些最基本的功能，而将其他服务尽可能地从内核分离出能，而将其他服务尽可能地从内核分离出去，用若干个运行在用户态下的进程来实去，用若干个运行在用户态下的进程来实现，形成所谓的现，形成所谓的“客户客户/服务器服务器”模式。模式。操作系统引论771.5.2 微内核操作系统结构微内核操作系统结构客户进程客户进程进程服务器进程服务器 终端服务器终端服务器文件服务器文件服务器存储服务器存储服务器请求请求回答回答核心核心u微内核的基本功能微内核的基本功能进程（线程管理）进