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103一月2023北京交通大学计算机学院主讲教师：翟高寿（副教授）联系电话：(办)电子邮件：制作人：翟高寿制作单位：北京交通大学计算机学院《操作系统》203一月2023北京交通大学计算机学院第一章操作系统引论1.1什么是操作系统1.2操作系统的发展1.3操作系统的功能1.4操作系统的特征及服务1.5操作系统的结构设计1.6常用操作系统设计技术要领303一月2023北京交通大学计算机学院操作系统的特征并发并行性与并发性、可执行文件与进程共享互斥共享方式、同时访问方式虚拟虚拟处理机、虚拟存储器、虚拟设备异步性进程执行顺序与执行时间的不确定性403一月2023北京交通大学计算机学院操作系统的服务公共服务类型程序执行和终止（包括分配和回收资源）I/O操作文件系统操作通信（本机或网络范围：进程/主机）软硬件配置管理差错检测服务提供方式：系统命令和系统调用503一月2023北京交通大学计算机学院第一章操作系统引论1.1操作系统的目标、作用及定义1.2操作系统的发展1.3操作系统的功能1.4操作系统的特征及服务1.5操作系统的结构设计1.6常用操作系统设计技术要领603一月2023北京交通大学计算机学院1.5操作系统的结构1.5.1操作系统的设计原则1.5.2整体系统结构1.5.3模块化结构1.5.4分层结构或虚拟机1.5.5客户/服务器模型或微内核结构703一月2023北京交通大学计算机学院操作系统的设计原则可维护性纠错性/适应性/完善性/预防性维护可靠性正确性/健壮性可理解性性能系统资源利用率及用户请求响应803一月2023北京交通大学计算机学院1.5操作系统的结构1.5.1操作系统的设计原则1.5.2整体系统结构1.5.3模块化结构1.5.4分层结构或虚拟机1.5.5客户/服务器模型或微内核结构903一月2023北京交通大学计算机学院整体系统结构致力于功能实现和提高效率缺乏首尾一致的设计思想操作系统是为数众多的一组过程的集合，各过程之间可以相互调用操作系统内部不存在任何结构程序错误多、调试困难、维护麻烦1003一月2023北京交通大学计算机学院1.5操作系统的结构1.5.1操作系统的设计原则1.5.2整体系统结构1.5.3模块化结构1.5.4分层结构或虚拟机1.5.5客户/服务器模型或微内核结构1103一月2023北京交通大学计算机学院模块化结构从功能角度进行系统设计和模块划分结构特点模块划分和接口规定并不精确，且未能将共享资源和独占资源加以区别评价优点：具有一定灵活性和可适应性，效率高缺点：功能划分和模块接口难保正确和合理，模块间依赖关系（功能调用关系）复杂（调用深度和方向），降低了模块之间的相对独立性，不利于修改1203一月2023北京交通大学计算机学院1.5操作系统的结构1.5.1操作系统的设计原则1.5.2整体系统结构1.5.3模块化结构1.5.4分层结构或虚拟机1.5.5客户/服务器模型或微内核结构1303一月2023北京交通大学计算机学院分层结构或虚拟机从资源管理角度出发进行层次划分，以规定模块间调用的有序性，具多层虚拟机的效果，增强了系统可维护性和可靠性。结构特点及评价功能明确，调用关系清晰（高层对低层单向依赖），有利于保证设计和实现的正确性低层和高层可分别实现（便于扩充），高层错误不会影响到低层，避免了递归调用缺点：降低了运行效率1403一月2023北京交通大学计算机学院分层原则被调用功能放在较低层次文件系统管理->设备管理->设备驱动程序活跃功能放在低层，以提高系统运行效率最低层资源管理公用模块如缓冲区队列、堆栈操作等与机器特点紧密相关的软件如硬件抽象层次低层存储器管理，便于利用虚拟存储功能最外层资源分配策略，便于修改或适应不同环境1503一月2023北京交通大学计算机学院1.5操作系统的结构1.5.1操作系统的设计原则1.5.2整体系统结构1.5.3模块化结构1.5.4分层结构或虚拟机1.5.5客户/服务器模型或微内核结构1603一月2023北京交通大学计算机学院客户/服务器模型或微内核结构操作系统内核只实现虚拟存储、消息传递等基本功能，其余更多系统功能放在内核之外，作为独立的服务进程运行，并等待和响应客户提出的请求。服务进程/客户进程本地过程调用

进程之间请求-应答式的消息传递机制1703一月2023北京交通大学计算机学院微内核结构评价可扩充性只需添加支持新功能的服务进程即可可靠性调用关系明确，执行转移不易混乱便于网络服务和实现分布式处理远地过程调用缺点消息传递比直接调用效率要低，但可通过提高硬件性能来补偿)1803一月2023北京交通大学计算机学院1.5操作系统的结构1.5.1操作系统的设计原则1.5.2整体系统结构1.5.3模块化结构1.5.4分层结构或虚拟机1.5.5客户/服务器模型或微内核结构1903一月2023北京交通大学计算机学院第一章操作系统引论1.1操作系统的目标、作用及定义1.2操作系统的发展1.3操作系统的功能1.4操作系统的特征及服务1.5操作系统的结构设计1.6常用操作系统设计技术要领2003一月2023北京交通大学计算机学院MSDOS的结构DOSBIOS(BasicInput/OutputSystem)：由一组与硬件相关的设备驱动程序组成，实现基本的输入/输出功能；DOS核心：提供一套独立于硬件的系统功能，如内存管理、文件管理、字符设备和输入/输出、实时时钟等；命令处理程序：对用户命令进行分析和执行。2103一月2023北京交通大学计算机学院MSDOS的特点系统接口特点字符用户界面，命令行作业管理采用批处理程序（BAT文件），菜单式编程时通过软中断调用(INT21H)来使用系统功能系统功能特点“准多任务”（内存驻留程序、时钟中断或键盘中断激活方式）采用段式分配进行内存分配，不支持虚拟存储，无存储保护；可直接访问的最大地址空间为1MB，其余内存以扩展内存(XMS，段式分配，内存数据搬移)或扩充内存(EMS，页式分配，页面映射)方式来使用。文件系统为FAT格式（磁盘卷，多级目录，文件名8+3个字符，磁盘分区最大为2GB），有文件属性，但未区分用户的访问权限设备驱动程序在系统起动时加载，分为字符设备和块设备2203一月2023北京交通大学计算机学院WindowsNT体系结构2303一月2023北京交通大学计算机学院简化的Windows2000体系结构2403一月2023北京交通大学计算机学院Windows2000的特点支持对称多处理机，适用于多种硬件平台真正的32位操作系统，兼容16位Windows应用完全的代码可重入图形化用户界面抢先式多任务和多线程，支持动态链接段页式虚拟存储方式，有存储保护功能NTFS(HPFS)文件系统，支持安全控制虚拟设备驱动程序VxD(virtualdriver)可移植性及较强容错能力面向对象特性，所有资源均用对象来表示2503一月2023北京交通大学计算机学院传统的UNIX结构2603一月2023北京交通大学计算机学院现代UNIX结构2703一月2023北京交通大学计算机学院UNIX系统的特点字符用户界面和图形用户界面GUI(XWindow)抢先式多任务，多线程支持动态链接，支持对称式多处理段页式虚拟存储方式，有存储保护功能树型目录结构文件系统，文件卷可在子目录下动态装卸，无文件属性，可有别名采用设备文件的形式（读写，参数控制），设备驱动程序修改后需要重新编译连接生成内核支持多种硬件平台，易移植（以C语言写成）变种很多，很难标准化2803一月2023北京交通大学计算机学院第一章操作系统引论1.1什么是操作系