山东农业大学计算机系

1、计算机操作系统计算机操作系统信息学院 计算机系 王 雅 琴Tel. : 8242497(O) 8242058(H)Tel. : 8242497(O) 8242058(H)E-mail: E-mail: TT 12/30/20211成绩评定成绩评定作业：作业：20%20%期末考试：期末考试：70%70%上课出勤率及回答问题：上课出勤率及回答问题：10%10% 学习要求学习要求按时上课，认真听讲阅读参考书认真记笔记，整理笔记思考，讨论，提问12/30/20212关于课程设计关于课程设计工具：工具：VC+VC+或或VBVB题目类型：操作系统算法模拟题目类型：操作系统算法模拟时间：第时间：第1515周

2、周12/30/20213教材教材计算机操作系统计算机操作系统 汤子瀛等汤子瀛等参考教材参考教材操作系统教程操作系统教程 王素华王素华 人民邮电出版社人民邮电出版社计算机操作系统教程计算机操作系统教程 张尧学张尧学 史美林史美林 清华大学出版社清华大学出版社计算机操作系统教程计算机操作系统教程 周长林周长林 左万历左万历 高等教育出版社高等教育出版社操作系统基础操作系统基础 屠立德屠立德 屠祁屠祁 清华大学出版社清华大学出版社12/30/20214 参考教材参考教材Operating Systems William StallingsModern Operating System Andrew

3、S.TanenbaumOperating System Concept Abrahan Silberschatz, Peter B.Galvin计算机操作系统计算机操作系统 学习指导与题解学习指导与题解 梁红兵梁红兵 汤小丹，西安电子科技大学出版社汤小丹，西安电子科技大学出版社 操作系统考研指导操作系统考研指导 曾平，清华大学出版社曾平，清华大学出版社12/30/20215操作系统课程的特点操作系统课程的特点实践性强（从实践总结出原理）实践性强（从实践总结出原理）涉及面广（并行程序，性能问题，结构涉及面广（并行程序，性能问题，结构问题，程序方法论，软件工程，等等）问题，程序方法论，软件工程，等

4、等）错综复杂：纵横交叉错综复杂：纵横交叉 12/30/20216 了解操作系统的重要性了解操作系统的重要性 掌握核心系统软件的实现方法掌握核心系统软件的实现方法 掌握并行、并发处理的思想方法掌握并行、并发处理的思想方法 掌握操作系统的基本概念、基本原理、掌握操作系统的基本概念、基本原理、实现技术。为后继课程打好基础实现技术。为后继课程打好基础 如何学习操作系统如何学习操作系统12/30/20217#include #include intint main(intmain(int argcargc, char , char * *argvargv) ) puts(hello world); pu

5、ts(hello world); return 0; return 0; 操作系统做什么？操作系统做什么？12/30/20218目目录录 Chapter 1: 引论引论(4) Chapter 2: 进程管理进程管理(16) Chapter 3: 处理机调度与死锁处理机调度与死锁(8) Chapter 4: 存储器管理存储器管理(10) Chapter 5: 设备管理设备管理(6) Chapter 6: 文件管理文件管理(6) Chapter 7: 操作系统接口操作系统接口(2) Chapter 8: 网络操作系统网络操作系统 Chapter 9: 系统安全性系统安全性(2) Chapter10

6、:UNIX系统内核结构系统内核结构12/30/20219计算机系统的组成计算机系统的组成计算机系统(层次结构)软件硬件及固件（裸机）应用软件系统软件编辑软件，编译软件操作系统12/30/202110操作系统在计算机系统中的地位操作系统在计算机系统中的地位操作系统操作系统的地位：的地位：紧贴系统紧贴系统硬件之上，硬件之上，所有其他所有其他软件之下软件之下（是其他（是其他软件的共软件的共同环境）同环境）计算机硬件操作系统系统工具应用软件 应用用户 应用开发人员 操作系统 开发人员12/30/202111裸机裸机操作系统操作系统应用程序应用程序用户主要功能有：主要功能有： 处理机管理处理机管理 存储

7、管理存储管理 设备管理设备管理 信息信息(文件文件)管理管理12/30/202112系统部件的简要视图系统部件的简要视图12/30/202113第一章第一章 操作系统引论操作系统引论 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性操作系统的基本特性 1.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能 1.5 操作系统的结构设计操作系统的结构设计 1.6 本章要点与课堂练习本章要点与课堂练习12/30/202114操作系统定义操作系统定义 Resource allocator 资源分配者资源分配者 manages and al

8、locates system resources.管理和分配管理和分配系统系统资源资源 Control program控制程序控制程序 controls the execution of user programs and operations of I/O devices . 控制用户程序的运行和控制用户程序的运行和I/O设备的操作设备的操作 An interface between the user and hardware人机接口人机接口 Kernel 内核内核 the one program running at all times (all else being applicatio

9、n programs). 全时运行的一个程序（其他的是应用程序）全时运行的一个程序（其他的是应用程序）12/30/202115操作系统：操作系统：是一组控制和管理计算机是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度，以及方便用户的程序的集合。行调度，以及方便用户的程序的集合。(管家、调度、桥梁管家、调度、桥梁)操作系统定义操作系统定义12/30/2021161.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用1.1.1 操作系统的目标操作系统的目标方便性方便性( (用户的观点用户的观点) )：提供良好的、一致的提供良好的、一致的用户接口。无需了解许

10、多有关硬件和系统软用户接口。无需了解许多有关硬件和系统软件的细节。件的细节。有效性有效性( (系统管理人员的观点系统管理人员的观点) )：合理地组织合理地组织计算机的工作流程，管理和分配硬件、软件计算机的工作流程，管理和分配硬件、软件资源，提高资源的利用率。资源，提高资源的利用率。可扩充性可扩充性( (开放的观点开放的观点) )：给计算机系统的功给计算机系统的功能的扩展提供开放式的支撑平台。能的扩展提供开放式的支撑平台。开放性：开放性：可移植性和互操作性可移植性和互操作性12/30/2021171.1.2 操作系统的作用操作系统的作用1. OS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

11、硬件系统之间的接口 OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。或者说，用户在来使用计算机系统。或者说，用户在OS帮助下，帮助下，能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。运行自己的程序。12/30/202118使用方式使用方式I.命令方式命令方式II.系统调用方式系统调用方式III.图形、窗口方式图形、窗口方式用户用户应用程序应用程序系统调用系统调用 命令命令 图标、窗口图标、窗口操作系统操作系统计算机硬件计算机硬件1.1.2 操作系统的作用操作系统的作用12/30/202

12、1192. OS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 处理器处理器 处理器管理处理器管理 OS资资 存储器存储器 存储器管理存储器管理 主要主要源源 I/O设备设备 I/O设备管理设备管理 功能功能 信息信息(数据和程序数据和程序) 文件管理文件管理1.1.2 操作系统的作用操作系统的作用12/30/2021203. OS用作扩充机器用作扩充机器硬件处在最底层硬件处在最底层，不附加任何软件的物理计算，不附加任何软件的物理计算机机“裸机裸机”. .操作系统是附加在裸机上的第一层操作系统是附加在裸机上的第一层，是对裸机，是对裸机的首次扩充，构成了一个比裸机更强，使用更的首次扩充，构

13、成了一个比裸机更强，使用更方便的方便的“虚拟计算机虚拟计算机”。所有系统软件以及更上层的用户应用软件在操所有系统软件以及更上层的用户应用软件在操作系统虚拟机上运行作系统虚拟机上运行，它们受操作系统的统一，它们受操作系统的统一管理和控制，通过操作系统使用各种资源来完管理和控制，通过操作系统使用各种资源来完成特定的任务。成特定的任务。1.1.2 操作系统的作用操作系统的作用12/30/2021211)1) 器件的不断更新换代：器件的不断更新换代：CPUCPU的位宽度的位宽度( (指令和指令和数据数据) )、快速外存。、快速外存。2)2) 方便用户：方便用户：用户上机、调试程序，分散计算用户上机、调

14、试程序，分散计算时的事务处理和非专业用户时的事务处理和非专业用户( (商业和办公、家商业和办公、家庭庭) )3)3) 不断提高计算机资源利用率：不断提高计算机资源利用率：计算机发展的计算机发展的初期，计算机系统昂贵。初期，计算机系统昂贵。4)4) 计算机体系结构的不断发展：计算机体系结构的不断发展：单处理机系统单处理机系统发展为多处理机系统发展为多处理机系统1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程12/30/2021221.2.2 无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统1. 人工操作方式人工操作方式 1946-501946-50年代中：年代中：电子管时代，计算机速度慢，电子管时代，计

15、算机速度慢，无操作系统，计算机资源昂贵；无操作系统，计算机资源昂贵； 工作方式：工作方式： 用户：既是程序员又是操作员；用户是计算用户：既是程序员又是操作员；用户是计算机专业人员；机专业人员； 编程语言：机器语言；编程语言：机器语言； 输入输出：纸带或卡片；输入输出：纸带或卡片；12/30/202123 计算机的工作特点：计算机的工作特点： 用户独占全机，资源利用率极低；用户独占全机，资源利用率极低； CPUCPU等待用户，计算前，手工装入纸带或卡片；计等待用户，计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPUCPU利用率低；利用率低； 主要矛盾

16、：主要矛盾： 人机矛盾人机矛盾-人人工操作严重降低了计算机资源的利用工操作严重降低了计算机资源的利用率率 提高效率的途径：提高效率的途径： 脱机输入脱机输入/ /输出技术。输出技术。1.2.2 无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统12/30/2021242. 2. 脱机输入脱机输入/ /输出输出(Off-Line I/O)(Off-Line I/O)方式方式: : 磁盘磁盘输入设备输入设备外围机外围机主机主机输出设备输出设备外围机外围机1.2.2 无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘磁盘12/30/2021251.2.2 无操作系统的计算机系统无操作系统的计

17、算机系统脱机脱机I/O方式的主要优点：方式的主要优点：1) 减少了减少了CPU的空闲时间的空闲时间2) 提高提高I/O速度速度脱机脱机I/O方式的主要缺点：方式的主要缺点：系统开销大！系统开销大！12/30/2021261. 单道单道批处理系统批处理系统的处理过程的处理过程1.2.3 单道单道批处理系统批处理系统(Simple Batch Processing System) 把一批作业以脱机方式输入到磁带或磁盘上，并在把一批作业以脱机方式输入到磁带或磁盘上，并在系统中配上系统中配上监督程序监督程序(Monitor)，在它的控制下在它的控制下使这批作业能一个接一个的连续处理。使这批作业能一个接

18、一个的连续处理。 单道批处理系统：单道批处理系统：作业成批处理作业成批处理 内存中只有一道。内存中只有一道。12/30/202127简单批处理系统的内存布局简单批处理系统的内存布局12/30/2021281.2.3 单道批处理系统单道批处理系统(Simple Batch Processing System)2、单道批处理系统的特征、单道批处理系统的特征自动性自动性顺序性顺序性单道性单道性12/30/2021291.2.4 多道批处理系统多道批处理系统1、多道程序设计的基本概念、多道程序设计的基本概念2、推动多道批处理系统形成和发展的主、推动多道批处理系统形成和发展的主要动力要动力l提高提高CP

19、U的利用率的利用率l提高内存和提高内存和I/O设备利用率设备利用率l增加系统吞吐量增加系统吞吐量12/30/202130单道程序工作示例：单道程序工作示例：多道程序工作示例：多道程序工作示例：1.2.4 多道批处理系统多道批处理系统例题例题12/30/2021312. 多道批处理系统的特征：多道批处理系统的特征：多道性多道性无序性无序性调度性调度性作业调度作业调度进程调度进程调度1.2.4 多道批处理系统多道批处理系统12/30/202132多道程序系统多道程序系统在主存中同时有若干个作业，在主存中同时有若干个作业， CPU在其中多重切换在其中多重切换(共享共享CPU)。12/30/20213

20、3多道程序对多道程序对OS的基本要求的基本要求 Memory management the system must allocate the memory to several jobs. 存储管理存储管理-系统必须为若干作业分派空间系统必须为若干作业分派空间 CPU scheduling the system must choose among several jobs ready to run. CPUCPU调度调度-系统必须在就绪作业中选择准备运系统必须在就绪作业中选择准备运行行 Allocation of devices.设备分配设备分配12/30/2021343. 3. 多道批处理系

21、统需解决的问题：多道批处理系统需解决的问题：a. 处理机管理问题处理机管理问题b. 内存管理问题内存管理问题c.设备管理问题设备管理问题d. 文件管理问题文件管理问题e.作业管理问题作业管理问题1.2.4 多道批处理系统多道批处理系统12/30/202135 优点：优点： 资源利用率高：资源利用率高：CPUCPU和内存利用率较高；和内存利用率较高； 系统吞吐量大：系统吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大；单位时间内完成的工作总量大；1.2.4 多道批处理系统多道批处理系统缺点：缺点：- 平均周转时间长：平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长；短作业的周转时间显著增长；- 无交互能力：无交互能

22、力：整个作业完成后或中间出错时，才整个作业完成后或中间出错时，才与用户交互，不利于调试和修改；与用户交互，不利于调试和修改；4. 多道批处理系统的优缺点：多道批处理系统的优缺点：12/30/2021361. 分时系统的产生分时系统的产生主要动力：主要动力：用户的需求用户的需求表现形式：表现形式：A. 人人机交互机交互B.共享主机共享主机C. 便于用户上机便于用户上机1.2.5 分时系统分时系统(time-sharing system)(time-sharing system)12/30/202137 分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显示器分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘

23、的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。交互方式使用计算机，共享主机中的资源。1.2.5 分时系统分时系统(time-sharing system)(time-sharing system)12/30/2021382. 分时系统实现中的关键问题分时系统实现中的关键问题 1.2.5 分时系统分时系统(time-sharing system)(time-sharing system)响应时间响应时间RT(response time):从键盘命令进入从键盘命令进入( (按下回车键为准按下回车键为准) )到开始在到

24、开始在终端上显示应答的时间间隔终端上显示应答的时间间隔. .在分时系统中在分时系统中,响应时间响应时间时间片时间片用户数用户数 12/30/2021393. 改变批处理系统的运行方式：改变批处理系统的运行方式： 作业作业直接直接进入内存进入内存q 系统采用系统采用时间片轮转时间片轮转方式处理服务请方式处理服务请求求1.2.5 分时系统分时系统(time-sharing system)(time-sharing system)12/30/2021404. 4. 分时系统的特征：分时系统的特征：1)1)多路性多路性：多个用户同时使用一台计算机：多个用户同时使用一台计算机, ,共享共享CPUCPU和

25、其他资源，充分利用系统资源。和其他资源，充分利用系统资源。1.2.5 分时系统分时系统(time-sharing system)(time-sharing system)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CPU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CPU12/30/2021414. 4. 分时系统的特征分时系统的特征2)2) 独立性独立性：用户感觉不到计算机为其他人：用户感觉不到计算机为其他人服务，各用户独立操作，互不干扰。服务，各用户独立操作，互不干扰。3)3) 及时性及时性：通过时间片技术和轮转调度算：通过时间片技术和轮转调度算法保证及时响应

26、。法保证及时响应。4)4) 交互性交互性：系统及时响应用户的请求，显：系统及时响应用户的请求，显著提高调试和修改程序的效率：缩短了著提高调试和修改程序的效率：缩短了周转时间。周转时间。12/30/2021421.2.6 实时系统实时系统( (Real-Time SystemReal-Time System) )1. 实时系统的引入实时系统的引入（1）实时控制：）实时控制：如工业自动控制、火炮如工业自动控制、火炮自动控制、飞机自动驾驶、导弹制导等。自动控制、飞机自动驾驶、导弹制导等。（2）实时信息处理：）实时信息处理：如飞机订票、情如飞机订票、情报检索等。报检索等。实时：及时响应并快速处理！实时

27、：及时响应并快速处理！12/30/2021432. 实时任务的类型实时任务的类型1)1) 按任务执行时是否呈现周期性来划分按任务执行时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截止时间截止时间2)2) 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软实时任务软实时任务1.2.6 实时系统实时系统( (Real-Time SystemReal-Time System) )12/30/202144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批处理批处理系统系统无无无无差差差差一般一般分时分时系统系统多终端多终端服务服务

28、有有好好好好可靠可靠实时实时系统系统多路采多路采集、多集、多路控制路控制有有最好最好一般一般高度高度可靠可靠3. 三种基本操作系统的比较：三种基本操作系统的比较：1.2.6 实时系统实时系统( (Real-Time SystemReal-Time System) )12/30/2021451.3 操作系统的特征操作系统的特征四个基本特征：四个基本特征：并发、共享并发、共享、虚拟、异步、虚拟、异步1并发并发并行性：并行性：两个或多个事件在同一两个或多个事件在同一时刻时刻发生发生并发性：并发性：两个或多个事件在同两个或多个事件在同一时间间隔一时间间隔内发生内发生 在多道程序系统（单处理器）中，宏观

29、上并行，在多道程序系统（单处理器）中，宏观上并行，微观上串行（交替执行）微观上串行（交替执行）程序不能并发执行，为使多个程序并发执行，引入进程程序不能并发执行，为使多个程序并发执行，引入进程进程进程在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位12/30/2021462 共享共享在操作系统环境下，所谓共享是指系统中的资源可供在操作系统环境下，所谓共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程内存中多个并发执行的进程( (线程线程) )共同使用共同使用共享方式：共享方式：u互斥共享方式：互斥共享方式：资源分配后到释放前，不能被其他进资源分配后到释放前，不能

30、被其他进程所用程所用 临界资源临界资源( (独占资源独占资源) )：一段时间内只允许一个进程访一段时间内只允许一个进程访问的资源问的资源u同时访问方式：同时访问方式：如可重入代码，磁盘文件如可重入代码，磁盘文件. .宏观并行微宏观并行微观串行观串行并发和共享互为存在的条件并发和共享互为存在的条件1.3 操作系统的特征操作系统的特征12/30/202147 虚拟虚拟虚拟虚拟通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑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。上的对应物。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率。利用率。用于实现虚

31、拟的技术，称为虚拟技术用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术q 虚拟处理机虚拟处理机q 虚拟内存虚拟内存q 虚拟外部设备虚拟外部设备1.3 操作系统的特征操作系统的特征12/30/202148异步性异步性指进程的执行顺序和执行时间的不确定性指进程的执行顺序和执行时间的不确定性进程的运行速度不可预知：进程的运行速度不可预知：多个进程并发执行多个进程并发执行，“时走时停时走时停”，不可预知每个进程的运行推，不可预知每个进程的运行推进快慢；进快慢；无论快慢，结果应该相同。通过进程互斥和同无论快慢，结果应该相同。通过进程互斥和同步手段来保证；步手段来保证；难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运难以重现系统

32、在某个时刻的状态（包括重现运行中的错误）行中的错误）; ;1.3 操作系统的特征操作系统的特征12/30/2021491.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能包括：包括： 处理机管理功能处理机管理功能 存储器管理功能存储器管理功能 设备管理功能设备管理功能 文件管理功能文件管理功能 用户接口用户接口12/30/2021501.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能1.4.1 处理机管理功能处理机管理功能 处理机管理的主要功能：处理机管理的主要功能：创建和撤创建和撤销销进程进程( (线程线程) )，对诸进程，对诸进程( (线程线程) )的运行的运行进行进行协调协调，实现进程，实现进程( (

33、线程线程) )之间的信息之间的信息交换，以及按照一定的算法把处理机交换，以及按照一定的算法把处理机分分配给配给进程进程( (线程线程) )。12/30/2021511.4.1 处理机管理功能处理机管理功能主要功能有：主要功能有： 进程控制：进程控制：为作业创建进程、撤销已结束的为作业创建进程、撤销已结束的进程，以及控制进程在运行过程中的状态转进程，以及控制进程在运行过程中的状态转换换 进程同步：进程同步：为多个进程为多个进程( (含线程含线程) )的运行进行的运行进行协调（协调（协调方式：协调方式：互斥和同步）互斥和同步） 进程通信：进程通信：用来实现在相互合作的进程之间用来实现在相互合作的进

34、程之间的信息交换；的信息交换； 调度：调度：作业和进程的状态切换，包括作业调作业和进程的状态切换，包括作业调度和进程调度度和进程调度12/30/2021521.4.2 存储器管理功能存储器管理功能p存储器管理功能有：存储器管理功能有： 内存分配：内存分配：为每道程序分配内存空间，提高存储器的利为每道程序分配内存空间，提高存储器的利用率，允许正在运行的程序申请附加的内存空间；用率，允许正在运行的程序申请附加的内存空间；存储保护存储保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间中确保每道用户程序都只在自己的内存空间中运行，彼此互不干扰；运行，彼此互不干扰；地址映射地址映射( (变换变换) )：进程的逻

35、辑地址到内存物理地址的映进程的逻辑地址到内存物理地址的映射。射。内存扩充：内存扩充：用虚拟存储技术解决内存容量不足的问题；用虚拟存储技术解决内存容量不足的问题； 请求调入功能请求调入功能 页面置换功能页面置换功能12/30/2021531.4.3 设备管理功能设备管理功能设备管理的功能有：设备管理的功能有： 缓冲管理：缓冲管理：匹配匹配CPUCPU和外设的速度，提和外设的速度，提高两者的利用率和并行操作程度；高两者的利用率和并行操作程度； 设备分配：设备分配：根据用户进程的根据用户进程的I/OI/O请求、请求、系统的现有资源情况以及按照某种设备系统的现有资源情况以及按照某种设备分配策略，为之分

36、配其所需的设备分配策略，为之分配其所需的设备; ; 设备处理：设备处理：设备驱动程序用于实现设备驱动程序用于实现CPUCPU和设备控制器之间的通信。和设备控制器之间的通信。 设备独立性和虚拟设备：设备独立性和虚拟设备：12/30/2021541.4.4 文件管理功能文件管理功能文件管理的功能有：文件管理的功能有： 文件存储空间的管理文件存储空间的管理：为每个文件分配为每个文件分配必要的外存空间，提高外存的利用率，必要的外存空间，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系统的运行速度并能有助于提高文件系统的运行速度; ; 目录管理目录管理: : 为每个文件建立其目录项，为每个文件建立其目录项，并对众

37、多的目录项加以有效组织，实现并对众多的目录项加以有效组织，实现方便的按名存取，能实现文件共享，提方便的按名存取，能实现文件共享，提供快速的目录查询手段。供快速的目录查询手段。12/30/202155文件管理的功能文件管理的功能 文件的读写管理和保护：文件的读写管理和保护： 文件的读写管理：根据用户请求文件的读写管理：根据用户请求，从外存中读取数据，或将数据，从外存中读取数据，或将数据写入外存。写入外存。 文件保护：文件保护：12/30/2021561. 命令接口命令接口用户可通过该接口向作业发出命令以控制作用户可通过该接口向作业发出命令以控制作业的运行。业的运行。 联机用户接口：联机用户接口：

38、 由一组磁盘操作命令和命令解释程序组成由一组磁盘操作命令和命令解释程序组成 脱机用户接口：脱机用户接口： 由一组作业控制语言由一组作业控制语言JCLJCL组成组成1.4.5 用户接口用户接口12/30/202157$END$RUNData for program$LOADFortran program$FORTRAN $JOB, 10,429754 WangYaqin 典型的典型的FMS JOB FMS JOB 结构结构12/30/2021582. 程序接口程序接口 为用户程序在执行中访问系统资源而设置，为用户程序在执行中访问系统资源而设置，由一组系统调用组成由一组系统调用组成。3. 图形接口

39、图形接口1.4.5 用户接口用户接口12/30/202159操作系统的结构：操作系统的结构：1.1.整体式（无）结构整体式（无）结构2.2.模块化结构模块化结构3.3.层次式结构层次式结构4.4.微内核结构微内核结构1.5 1.5 操作系统的结构设计操作系统的结构设计12/30/202160过程过程3过程过程2过程过程7过程过程1过程过程6过程过程5过程过程8过程过程41 1、整体式、整体式OSOS结构结构12/30/202161操作系统操作系统模块模块子模块子模块2 2、模块化、模块化OSOS结构结构12/30/202162优点：优点： 提高设计的正确性；提高设计的正确性； 增强可适应性；增

40、强可适应性； 加速开发过程加速开发过程模块化模块化OSOS结构优缺点结构优缺点缺点：缺点： 难保证模块完全正确；难保证模块完全正确； 未区分独占与共享资源。未区分独占与共享资源。12/30/2021633 3、层次式结构、层次式结构12/30/202164 按此模型构造的第一个操作系按此模型构造的第一个操作系统是统是E.W.DijkstraE.W.Dijkstra和他的学生在和他的学生在荷兰开发的荷兰开发的THETHE系统（系统（19681968年）年）3 3、层次式结构、层次式结构12/30/202165THE THE 系统分为六层：系统分为六层：层次层次功能功能 5 5 操作员操作员 4

41、4 用户程序用户程序 3 3 输入输入/ /输出管理输出管理 2 2 进程通信进程通信 1 1 内存和磁盘管理内存和磁盘管理 0 0 处理器分配和多道程序处理器分配和多道程序12/30/202166构造层次结构构造层次结构OSOS分层原则分层原则l 把与机器硬件有关的程序模块放在最底层把与机器硬件有关的程序模块放在最底层l 反映系统外特性的软件放在最外层反映系统外特性的软件放在最外层 l 为进程的正常运行创造环境和提供条件的内核为进程的正常运行创造环境和提供条件的内核程序应该尽可能放在底层程序应该尽可能放在底层. . l 按照实现操作系统命令时模块间的调用次序来按照实现操作系统命令时模块间的调

42、用次序来分层分层12/30/202167层次结构的优点层次结构的优点: : 整体问题局部化整体问题局部化 正确性有保证正确性有保证 错误不扩张错误不扩张 便于系统维护、扩充便于系统维护、扩充12/30/202168层次结构的缺点层次结构的缺点: : 层次之间单向依赖层次之间单向依赖 模块间需要通信机制模块间需要通信机制 系统开销大、效率低系统开销大、效率低12/30/202169内核的基本组成：内核的基本组成：中断处理中断处理进程调度进程调度同步机制同步机制4 4、微内核、微内核 OS OS 结构结构12/30/202170同步原语模块同步原语模块中断处理模块中断处理模块进程调度模块进程调度模

43、块微内核组成及联系微内核组成及联系12/30/202171客户客户进程进程客户客户进程进程 进程进程服务器服务器 终端终端服务器服务器 文件文件服务器服务器 内存内存服务器服务器 。核心核心客户向服务器进程发送客户向服务器进程发送消息，以获得服务消息，以获得服务客户服务器模型客户服务器模型12/30/202172工作模式工作模式12/30/202173途径：途径：1 把传统意义上属于操作系统的代把传统意义上属于操作系统的代码由低层移向高层，由核心移向码由低层移向高层，由核心移向用户，要增加新功能仅需加结点用户，要增加新功能仅需加结点2 消息传送机制消息传送机制 Client/Server12/

44、30/202174 优点：优点： 易于扩充，易于移植易于扩充，易于移植 提高系统的可靠性提高系统的可靠性 提供多种操作环境提供多种操作环境 适宜于分布计算模式适宜于分布计算模式 有助于多处理器系统的实现有助于多处理器系统的实现 支持实时任务支持实时任务12/30/202175 缺点：缺点： 消息传递方式增加开销，使响消息传递方式增加开销，使响应变慢应变慢几个商品化系统：几个商品化系统：Windows NTWindows NT, ,NextStepNextStep XINU,OSF/1 1.3, XINU,OSF/1 1.3,Workspace OS,Chorus/Mix V.4Workspac

45、e OS,Chorus/Mix V.4Mac G3,Mac G3, QNX,CTOSQNX,CTOS12/30/202176应用程序应用程序微内核操作系统微内核操作系统DOS服务器服务器UNI服务器服务器VMS服务器服务器OS/2服务器服务器基于微内核的开放式系统环境基于微内核的开放式系统环境系统程序接口系统程序接口（SPI）应用程序接口应用程序接口（API）12/30/202177客户向服务器发送客户向服务器发送消息，以获得服务消息，以获得服务一个分布式系统中的客户服务器模型一个分布式系统中的客户服务器模型机器机器1客户客户核心核心机器机器2文件服务器文件服务器核心核心机器机器3进程服务器进

46、程服务器核心核心机器机器4终端服务器终端服务器核心核心12/30/202178具有面向对象的特点具有面向对象的特点 封装性封装性 继承性继承性 多态性多态性12/30/202179微内核的微内核的基本功能基本功能微内核所提供的功能，通常都是一些最基微内核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能，如进程管理、存储器管理、进本的功能，如进程管理、存储器管理、进程间通信、程间通信、 低级低级I/O功能。功能。进程管理。进程管理。存储器管理。存储器管理。进程通信管理。进程通信管理。I/O设备管理设备管理12/30/202180本章小结本章小结1 1、了解操作系统的目标，理解操作系统的作用，、了解操作系统

47、的目标，理解操作系统的作用，了解推动操作系统发展的主要动力了解推动操作系统发展的主要动力2 2、了解无操作系统的计算机系统和单道批处理系、了解无操作系统的计算机系统和单道批处理系统。理解多道批处理系统、分时系统和实时系统。理解多道批处理系统、分时系统和实时系统的特征和优缺点。统的特征和优缺点。3 3、 理解操作系统的并发、共享、虚拟和异步性。理解操作系统的并发、共享、虚拟和异步性。4 4、理解处理机管理功能、存储器管理功能、设备、理解处理机管理功能、存储器管理功能、设备管理功能和文件管理功能。了解用户接口。管理功能和文件管理功能。了解用户接口。5 5、了解操作系统的结构设计方法。、了解操作系统

48、的结构设计方法。12/30/202181本章基础要点本章基础要点1. 现代操作系统的两个最基本的特征是：现代操作系统的两个最基本的特征是：2. 操作系统的三个基本类型是：操作系统的三个基本类型是：3. 批处理操作系统的主要缺点是：批处理操作系统的主要缺点是： 并发和共享。并发和共享。 批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。 缺少交互性。缺少交互性。12/30/202182本章基础要点本章基础要点4.允许多个用户以交互方式使用计算机的操作允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为：系统称为：实时操作系统。实时操作系统。分时操作系统。分时操作系统。5. 允许多个用户将多个作业提交给计算机允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理的操作系统称为：集中处理的操作系统称为：多道批处理操作系统。多道批处理操作系统。6. 计算机系统能及时处理过程、控制数据并做出计算机系统能及时处理过程、控制数据并做出响应的操作系统称为：响应的操作系统称为：12/30/202183本章基础要点本章基础要点7