操作系统全册配套完整课件3

操作系统原理全册配套完整课件3AppliedOperatingSystemConcepts操作系统原理OperatingSystemPrincipleAppliedOperatingSystemConcepts参考教材

1.AppliedOperatingSystemConcept

AbrahanSilberschatz,etc

2.计算机操作系统汤子瀛等西安电子科技大学出版社

3.操作系统教程陆丽娜齐勇等西安交通大学大学出版社

4.ModernOperatingSystem

AndrewS.Tanenbaum

5.现代操作系统陈向群等译机械工业出版社

6.计算机操作系统教程张尧学史美林清华大学出版社AppliedOperatingSystemConceptsAppliedOperatingSystemConcepts(AOSC)介绍

作者：AbrrahamSilberschatzPeterGalvinGregGagne2000年第一版AppliedOperatingSystemConceptsOneofthefollowingthreebookswouldbesufficienttopreparefortheOperatingSystemscomponentoftheexam."AppliedOperatingSystemConcepts"A.Silberschatz,P.Galvin,andG.Gagne.JohnWiley&Sons,Inc.,2000."Modernoperatingsystems"Tanenbaum1WhatisanOperatingSystem?2Processes3-3.6MemoryManagement4FilesSystems5-5.2Input/Output6Deadlock7CaseStudy:UNIX(Thisisanalternative.)"OperatingSystems,DesignandImplementation"Tanenbaum(Thisisanalternative.)耶鲁大学的OS考试参考书AppliedOperatingSystemConcepts为什么要有操作系统

计算机硬件（裸机）难于使用。WhatisanOperatingSystem?AppliedOperatingSystemConcepts预测计算机的计算速度和存储密度的“摩尔定律”在2016年前仍然有效。普适计算是21世纪的计算模式。微电子与计算技术的创新与成长继续按指数率发展AppliedOperatingSystemConcepts微电子与计算技术的创新与成长继续按指数率发展AppliedOperatingSystemConcepts计算在哪里起作用？年进行复杂计算数据存储

交互式生产AppliedOperatingSystemConcepts大型主机时代很多人共享一台计算机Internet–广泛的分布计算时代过渡

普适计算时代每人拥有很多计算机PC时代一人一台计算机Internet和

Web不仅仅是到下一代计算的过渡，更是计算和服务使用方式的彻底转变。计算模式的发展趋势AppliedOperatingSystemConcepts普适计算：任何时间、任何地点、

任何设备、任何数据在普适计算时代，任何一个在信息高速公路上行进的人都可以通过无线连接装置在计算机（多媒体设备）上定位，让计算机准确给予你帮助信息。同时可让人们在任何时间、任何地点、以任意方式利用身边所有可获取的信息。

普适计算虚拟网络时代：每个人排队等候同一台计算机的处理普适计算时代：计算机程序已嵌入各个设备，主动为每个人服务普适计算AppliedOperatingSystemConcepts新的计算模式的新应用AppliedOperatingSystemConcepts操作系统原理、实现技术虚拟计算机：用户使用计算机的工作平台。现代操作系统WhatisanOperatingSystem?AppliedOperatingSystemConcepts1:Introduction引论Whatisanoperatingsystem?什么是操作系统？SimpleBatchSystems简单批处理系统MultiprogrammingBatchedSystems多道程序批处理系统Time-SharingSystems分时系统Personal-ComputerSystems个人计算机系统Real-TimeSystems实时系统EmbeddedSystemS嵌入式系统ParallelSystems并行系统DistributedSystems分布式系统AppliedOperatingSystemConcepts操作系统的作用

(1)

计算机硬件、软件资源的管理者(2)

用户使用计算机硬件、软件的接口(3)

扩展机(extendedmachine)/虚拟机(virtualmachine)WhatisanOperatingSystem?什么是操作系统？AppliedOperatingSystemConceptsWhatisanOperatingSystem?

什么是操作系统？Aprogramthatactsasanintermediarybetweenauserofacomputerandthecomputerhardware.

在计算机用户和计算机硬件之间起媒介作用的一种程序。Operatingsystemgoals:操作系统目标Executeuserprogramsandmakesolvinguserproblemseasier.

执行用户程序并使用户问题更易解决。Makethecomputersystemconvenienttouse.使计算机系统更易使用。Usethecomputerhardwareinanefficientmanner.

以一种效率的方式使用硬件。AppliedOperatingSystemConceptsComputerSystemComponents

计算机系统部件1. Hardware硬件–

providesbasiccomputingresources(CPU,memory,I/Odevices).提供基本的运算资源2. Operatingsystem操作系统–

controlsandcoordinatestheuseofthehardwareamongthevariousapplicationprogramsforthevarioususers.在各种应用程序和用户之间控制与协调对硬件的使用3. Applicationsprograms应用程序–

definethewaysinwhichthesystemresourcesareusedtosolvethecomputingproblemsoftheusers(compilers,databasesystems,videogames,businessprograms).定义解决用户问题的资源使用方式（编译、数据库、视频游戏、事务程序等）4. Users(people,machines,othercomputers)用户（人、机、其他计算机）.AppliedOperatingSystemConceptsAbstractViewofSystemComponents

系统部件的抽象观点AppliedOperatingSystemConceptsOperatingSystemDefinitions

操作系统定义Resourceallocator资源分配者–

managesandallocatesresources.管理和分配资源Controlprogram控制程序–

controlstheexecutionofuserprogramsandoperationsofI/Odevices.控制用户程序的运行和I/O设备的操作Kernel内核–

theoneprogramrunningatalltimes(allelsebeingapplicationprograms).在全时运行的一个程序（其他的是应用）AppliedOperatingSystemConcepts发展动力：“需求推动发展”(1)

设备角度：资源利用率和系统性能(2)

用户角度：方便用户(3)

技术角度：物理器件发展操作系统的发展过程需求推动发展提高资源的利用率和系统性能：从集中到分布、从专用到泛在等方便用户：用户上机、调试程序，分散计算时的事务处理和非专业用户（商业和办公、家庭）器件的发展：CPU的位宽度（指令和数据）、快速外存、光器件等计算机体系结构的不断发展：单处理机、多处理机、多核、计算机网络OS的发展和计算机硬件技术、体系结构相关第一代(1946年-1955年)：真空管时代，无操作系统第二代(1955年-1965年)：晶体管时代，批处理系统第三代(1965年-1980年)：集成电路时代，多道程序设计第四代(1980年-至今)：大规模和超大规模集成电路时代，分时系统。现代计算机正向着巨型、微型、并行、分布、网络化和智能化几个方面发展。AppliedOperatingSystemConcepts手工操作1946~50年代（电子管）集中计算（计算中心）计算机资源昂贵用户独占全机操作系统的发展过程AppliedOperatingSystemConcepts没有程序设计语言（甚至没有汇编），更谈不上操作系统。程序员提前预约一段时间，然后到机房将他的插件板插到计算机里。期盼着在接下来的时间中几万个真空管不会烧断，从而可以计算自己的题目。ENIAC计算机运算速度：1000次/每秒,数万个真空管,占地100平方米。工作方式：人工操作方式，用户是计算机专业人员；编程语言：机器语言；I/O：纸带或卡片；缺点：用户独占全机CPU等待用户：手工装入/卸取纸带或卡片主要矛盾人机矛盾：人工操作方式与机器利用率的矛盾CPU与I/O之速度不匹配的矛盾提高效率的途径批处理脱机I/OAppliedOperatingSystemConcepts2.单道批处理系统(simplebatchprocessing)

50年代末~60年代中（晶体管）把一批作业以脱机输入方式输入到磁带/磁鼓利用磁带或磁盘把任务分类编成作业顺序执行每个批作业由专门监督程序（Monitor）自动依次处理操作系统的发展过程AppliedOperatingSystemConcepts50年代早期出现了穿孔卡片程序写在卡片上然后读入计算机但计算过程则依然如旧早期计算机系统AppliedOperatingSystemConcepts卡片早期批处理系统IBM1401IBM7094IBM1401输入磁带磁带机卡片阅读机输出磁带打印机AppliedOperatingSystemConcepts$END$RUNDataforprogram$LOADFortranprogram$FORTRAN

$JOB,10,429754

CherryChen

典型的FMSJOB结构运行特征：顺序性：磁带上的各道作业是顺序地进入内存，各作业的完成顺序与他们进入内存的顺序相同单道性:内存中仅有一道程序运行自动性优点：减少了CPU的空闲时间，提高了主机CPU和I/O设备的使用效率，提高了吞吐量。缺点：CPU和I/O设备使用忙闲不均．AppliedOperatingSystemConceptsSpoolingOverlapI/Oofonejobwithcomputationofanotherjob.Whileexecutingonejob,theOS.

一个作业的I/O同另一个作业的运算彼此重叠。在执行一个作业时，OS。Readsnextjobfromcardreaderintoastorageareaonthedisk(jobqueue).从卡片上把下一个作业读入磁盘存储区（作业队列）Outputsprintoutofpreviousjobfromdisktoprinter.从磁盘到打印机输出先前的作业Jobpool

作业池–

datastructurethatallowstheOStoselectwhichjobtorunnextinordertoincreaseCPUutilization.一种允许操作系统选择运行作业的数据结构，用以提高CPU利用率AppliedOperatingSystemConcepts3.多道批处理系统(multiprogrammingsystem)60年代中~70年代中（集成电路）

多道：内存中同时存放几个作业多个作业共享CPU、内存、外设等资源利用多道批处理提高资源的利用率MultiprogrammedBatchSystems

多道程序批处理系统AppliedOperatingSystemConcepts60年代通道和中断技术的出现解决了输入输出等待计算的问题通道:是一种专用部件，负责外部设备与内存之间信息的传输。中断：指主机接到外界的信号（来自CPU外部或内部）时，立即中止原来的工作，转去处理这一外来事件，处理完后，主机又回到原来工作点继续工作。

MultiprogrammedBatchSystems

多道程序批处理系统AppliedOperatingSystemConceptsMultiprogrammedBatchSystems

多道程序批处理系统Severaljobsarekeptinmainmemoryatthesametime,andtheCPUismultiplexedamongthem.在主存中同时有若干个作业，CPU在其中多重切换。多道程序批处理系统运行特征：多道性：内存中同时驻留多道程序并发执行，从而有效地提高了资源利用率和系统吞吐量无序性：作业的完成顺序与它进入内存的顺序之间无严格的对应关系调度性：作业调度、进程调度AppliedOperatingSystemConceptsOSFeaturesNeededforMultiprogramming

多道程序对OS特点的要求I/Oroutinesuppliedbythesystem.系统提供I/O程序Memorymanagement存储管理–

thesystemmustallocatethememorytoseveraljobs.系统必须为若干作业分派空间

CPUschedulingCPU调度–

thesystemmustchooseamongseveraljobsreadytorun.系统必须在就绪作业中挑选Allocationofdevices.设备分配多道程序批处理系统多道批处理系统所用技术：作业调度：作业的现场保存和恢复－－上下文切换资源共享：资源的竞争和同步－－互斥(exclusion)和同步(synchronization)机制；内存使用：提高内存使用效率（为当前由CPU执行的程序提供足够的内存）－－覆盖(overlap)，交换(swap)和虚拟存储(virtualmemory)；内存保护:系统存储区和各应用程序存储区不可冲突；文件非顺序存放、随机存取。多道程序批处理系统优点资源利用率高:CPU,内存,I/O设备系统吞吐量大缺点无交互能力，用户响应时间长作业平均周转时间长AppliedOperatingSystemConcepts操作系统的重大进步1、多任务处理（多用户）2、交互服务操作系统的发展过程AppliedOperatingSystemConcepts4.分时系统(time-sharingsystem)70年代中期至今

分时是指多个用户分享使用同一台计算机(1)

多个用户分时(2)

前台和后台程序(foreground&background)分时分时系统AppliedOperatingSystemConceptsTime-SharingSystems–InteractiveComputing

分时系统-交互式计算分时是指多个用户分享使用同一台计算机。多个程序分时共享硬件和软件资源（注意区分：硬件各部分的分时，如CPU和DMA使用总线和内存）。实现方式:(1)

多个用户分时：单个用户使用计算机的效率低，因而允许多个应用程序同时在内存中，分别服务于不同的用户。有用户输入时由CPU执行，处理完一次用户输入后程序暂停，等待下一次用户输入－－时走时停(2)

前台和后台程序(foreground&background)分时：后台程序不占用终端输入输出，不与用户交互－－现在的图形用户界面(GUI)，除当前交互的程序(输入焦点)之外，其他程序均作为后台通常按时间片(timeslice)分配：各个程序在CPU上执行的轮换时间AppliedOperatingSystemConcepts主机终端分时技术：把CPU的响应时间分成若干个大小相等（或不等）的时间单位，称为时间片（如100毫秒），每个终端用户获得CPU（获得一个时间片）后开始运行，当时间片到，该用户程序暂停运行，等待下一次运行。AppliedOperatingSystemConcepts分时系统的特点(1)

人机交互性好(2)

共享主机：多个用户同时使用分时系统AppliedOperatingSystemConceptsTime-SharingSystems–InteractiveComputing

分时系统-交互式计算TheCPUismultiplexedamongseveraljobsthatarekeptinmemoryandondisk(theCPUisallocatedtoajobonlyifthejobisinmemory).对保存在内存和磁盘上的若干作业之间多路（

CPU被分配给某个作业仅当该作业在内存）Ajobisswappedinandoutofmemorytothedisk.作业在内存和磁盘之间被对换On-linecommunicationbetweentheuserandthesystemisprovided;whentheoperatingsystemfinishestheexecutionofonecommand,itseeksthenext“controlstatement”notfromacardreader,butratherfromtheuser’skeyboard.提供用户和系统之间的在线通信；操作系统完成了一条命令的执行后，它不从卡片阅读机上而是从用户键盘上寻找下一条控制语句On-linesystemmustbeavailableforuserstoaccessdataandcode.

在线系统必须使用户能够访问数据和代码AppliedOperatingSystemConcepts在分时系统的基础上，操作系统的发展开始分化，如实时系统、通用（桌面）系统、网络系统、个人系统等。

操作系统的发展过程AppliedOperatingSystemConceptsReal-TimeSystems

实时系统Oftenusedasacontroldeviceinadedicatedapplicationsuchascontrollingscientificexperiments,medicalimagingsystems,industrialcontrolsystems,andsomedisplaysystems.通常作为控制设备在诸如控制科学实验、医学影象系统、工业控制系统以及一些显示系统中应用Well-definedfixed-timeconstraints.严格确定的时间限制Hardreal-timesystem.硬实时系统Secondarystoragelimitedorabsent,datastoredinshort-termmemory,orread-onlymemory(ROM)有限的或没有次级存储器，数据存在短期存储器或只读存储器中Conflictswithtime-sharingsystems,notsupportedbygeneral-purposeoperatingsystems.同分时系统冲突，通用操作系统Softreal-timesystem软实时系统Limitedutilityinindustrialcontrolorrobotics在工业控制或机器人中有部分应用Usefulinapplications(multimedia,virtualreality)requiringadvancedoperating-systemfeatures.在需要高级操作系统功能的应用（多媒体、虚拟现实）中应用AppliedOperatingSystemConceptsReal-TimeSystems

实时系统实时系统的特征(1)

实时时钟管理：提供系统日期和时间、定时和延时等时钟管理功能；(2)

过载保护：缓冲区排队，丢弃某些任务，动态调整任务周期；过载是指进入系统的任务数目超出系统的处理能力；(3)

高度可靠性和安全性－－容错能力（如故障自动复位）和冗余备份（双机，关键部件）。AppliedOperatingSystemConceptsReal-TimeSystems

实时系统实时系统与批处理系统和分时系统的区别1)

专用系统：许多实时系统是专用系统，而批处理与分时系统通常是通用系统。2)

实时控制：实时系统用于控制实时过程，要求对外部事件的迅速响应，具有较强的中断处理机构。3)

高可靠性：实时系统用于控制重要过程，要求高度可靠，具有较高冗余。如双机系统。4)

事件驱动和队列驱动：实时系统的工作方式：接受外部消息，分析消息，调用相应处理程序进行处理。5)

可与通用系统结合成通用实时系统：实时处理前台作业，批处理为后台作业。AppliedOperatingSystemConceptsParallelSystems

并行系统MultiprocessorsystemswithmorethanoneCPUinclosecommunication.有紧密通信的、多于一个CPU的多处理器系统Tightlycoupledsystem

–processorssharememoryandaclock;communicationusuallytakesplacethroughthesharedmemory.

紧偶合系统-处理器共享内存和时钟；一般通过共享内存进行通信Advantagesofparallelsystem:并行系统的优点Increasedthroughput增大吞吐量Economical

经济Increasedreliability提高可靠性gracefuldegradation（有故障时）优雅的降低性能fail-softsystems（又称）软失效系统AppliedOperatingSystemConceptsParallelSystems

并行系统(Cont.)Symmetricmultiprocessing(SMP)对称多处理器Eachprocessorrunsanidenticalcopyoftheoperatingsystem.

每个处理器运行操作系统的相同副本Manyprocessescanrunatoncewithoutperformancedeterioration.许多进程可以立即运行不会降低性能MostmodernoperatingsystemssupportSMP多数现代操作系统支持SMPAsymmetricmultiprocessing非对称多处理器Eachprocessorisassignedaspecifictask;masterprocessorschedulesandallocatesworktoslaveprocessor每个处理器赋予一个特定任务；主处理器为从处理器调度和分配作业Morecommoninextremelylargesystems常用在非常大的系统中AppliedOperatingSystemConceptsSymmetricMultiprocessingArchitecture

对称多处理器体系结构AppliedOperatingSystemConceptsDistributedSystems

分布式系统Distributethecomputationamongseveralphysicalprocessors.计算分布在若干物理处理器上Looselycoupledsystem

–eachprocessorhasitsownlocalmemory;processorscommunicatewithoneanotherthroughvariouscommunicationslines,suchashigh-speedbusesortelephonelines.（从处理器管理角度看）松散偶合系统-每个处理器有自身的本地存储器；通过各种通信设施，如高速总线、电话线等进行处理器之间的通信Advantagesofdistributedsystems.分布式系统的优点ResourcesSharing资源共享Computationspeedup–loadsharing加快计算-共享装载Reliability可靠Communications通信AppliedOperatingSystemConcepts分布式系统：处理和控制的分散（相对于集中式系统）分布式系统是以计算机网络为基础的，它的基本特征是处理上的分布，即功能和任务的分布。分布式操作系统的所有系统任务可在系统中任何处理机上运行，自动实现全系统范围内的任务分配并自动调度各处理机的工作负载。

DistributedSystems

分布式系统(Cont.)AppliedOperatingSystemConceptsDistributedSystems

分布式系统(Cont.)DistributedOperatingSystem分布式操作系统lessautonomybetweencomputers在计算机之间少了自治性givestheimpressionthereisasingleoperatingsystemcontrollingthenetwork.给出一种印象，有一个操作系统控制网络NetworkOperatingSystem网络操作系统providesfilesharing提供文件共享providescommunicationscheme提供通信机制runsindependentlyfromothercomputersonthenetwork运行独立于网络上的其他计算机AppliedOperatingSystemConcepts网络操作系统

(NOS,NetworkOperatingSystem)

网络操作系统是在通常操作系统功能的基础上提供网络通信和网络服务功能的操作系统。网络操作系统为网上计算机进行方便而有效的网络资源共享，提供网络用户所需各种服务的软件和相关规程的集合。网络操作系统的功能1)

通常操作系统的功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理等；2)

网络通信功能：通过网络协议进行高效、可靠的数据传输；3)

资源管理：协调各用户使用；4)

网络服务：文件和设备共享，信息发布；5)

网络管理：安全管理、故障管理、性能管理等；6)

互操作：直接控制对方比交换数据更为困难；AppliedOperatingSystemConcepts(1)

耦合程度（从分布式任务管理和调度）：

A.分布式系统是紧密耦合系统：分布式OS是在各机上统一建立的“OS同质”，直接管理CPU、存储器和外设；统一进行全系统的管理；

B.网络通常容许异种OS互连，各机上各种服务程序需按不同网络协议“协议同质”。(2)

并行性：

A.分布式OS可以将一个进程分散在各机上并行执行“进程迁移”；

B.网络则各机上的进程独立。(3)

透明性：用户是否知道或指定资源在哪个机器上（如CPU、内存或外设）。

A.分布式系统的网络资源调度对用户透明，用户不了解所占有资源的位置；

B.网络操作系统中对网络资源的使用要由用户明确指定；(4)

健壮性：分布式系统要求更强的容错能力（工作时系统重构）

分布式操作系统与网络操作系统的比较AppliedOperatingSystemConceptsEmbeddedSystem

嵌入式系统什么是嵌入式系统？在各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬件系统它们是一个大设备、装置或系统中的一部分，这个大设备、装置或系统可以不是“计算机”通常工作在反应式或对处理时间有较严格要求环境中由于它们被嵌入在各种设备、装置或系统中，因此称为嵌入式系统AppliedOperatingSystemConceptsAppliedOperatingSystemConcepts嵌入式操作系统，是运行在嵌入式智能芯片环境中，对整个智能芯片以及它所操作、控制的各种部件装置等等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。在嵌入式系统中的OS，称为嵌入式操作系统。EmbeddedOperating-System嵌入式操作系统AppliedOperatingSystemConcepts典型嵌入式操作系统的特性完成某一项或有限项功能；不是通用型的；在性能和实时性方面有严格的限制；能源、成本和可靠性通常是影响设计的重要因素；占有资源少、易于连接；系统功能可针对需求进行裁剪、调整和生成以便满足最终产品的设计要求。AppliedOperatingSystemConcepts嵌入式操作系统开发环境通常配有源码级可配置的系统模块设计丰富的同步原语可选择的调度算法可选择内存分配策略定时器与计数器多方式中断处理支持多种异常处理选择多种通信方式支持标准Ｃ语言库数学运算库和开放式应用程序接口AppliedOperatingSystemConcepts嵌入式操作系统的应用嵌入计算的各种应用特点掌上电脑： 运算速度：100KIPS

在大小上优化、支持手写、低能耗工业设备： 运算速度：1MIPS

安全优先，控制流程为主军事装备 运算速度：1GFLOPS

可靠性最重要AppliedOperatingSystemConcepts智能卡移动通信计算机外设机顶盒零售设备印刷机复印机互联网服务器电话交换设备嵌入式操作系统的应用AppliedOperatingSystemConceptsPersonal-ComputerSystems

个人计算机系统Personalcomputers

–computersystemdedicatedtoasingleuser.

个人计算机-供个人使用的计算机系统I/Odevices–keyboards,mice,displayscreens,smallprinters.I/O设备-键盘、鼠标、显示、小型打印机Userconvenienceandresponsiveness.便利用户和响应Canadopttechnologydevelopedforlargeroperatingsystem’oftenindividualshavesoleuseofcomputeranddonotneedadvancedCPUutilizationofprotectionfeatures.

可采用大型操作系统研发的技术，个人独占计算机不需要高级CPU使用的保护技术AppliedOperatingSystemConceptsMigrationofOperating-SystemConceptsandFeatures

操作系统概念和特性的变迁AppliedOperatingSystemConcepts小型计算机，电子游戏和UNIX的成功1969年，在贝尔退出MULTICS研制项目后，KenThompson和DennisM.Ritchie想申请经费买计算机从事操作系统研究，但多次申请得不到批准。项目无着落，他们在一台无人用的PDP-7上，重新摆弄原先在MULTICS项目上设计的“空间旅行”游戏。为了使游戏能够在PDP-7上顺利运行，他们陆续开发了浮点运算软件包、显示驱动软件，设计了文件系统、实用程序、shell和汇编程序。到了1970年，在一切完成后，给新系统起了个同MULTICS发音相近的名字UNIX。随后，UNIX用C语言全部重写，自此，UNIX诞生了。AppliedOperatingSystemConceptsUNIX操作系统UNIX是现代操作系统的代表。Unix运行时的安全性、可靠性以及强大的计算能力赢得广大用户的信赖。促使UNIX系统成功的因素：

首先，由于UNIX是用C语言编写，因此它是可移植的，UNIX是世界上唯一能在笔记本计算机、PC机、工作站直至巨型机上运行的操作系统。第二，系统源代码非常有效，系统容易适应特殊的需求。最后，也是最重要的一点，它是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统。AppliedOperatingSystemConcepts随着大规模集成电路发展，个人计算机时代到来了各种类型的个人计算机和软件层出不穷。1973年GaryKildall看到对个人计算机操作系统的需求,设计了CP/M操作系统(ControlProgram/MicroprocessororMicrocomputer)。CP/M操作系统有较好的层次结构。它的BIOS把操作系统的其他模块与硬件配置分隔开，所以它的可移植性好,具有较好的可适应性和易学易用性。到了1981年，CP/M操作系统成为世界上流行最广的8位操作系统之一。CP/M操作系统AppliedOperatingSystemConcepts微软MSDOS个人计算机的成功，逼得IBM采取紧急战略行动,决定要在1980年尽快生产出微型计算机，以应付挑战。但没有操作系统不行。要想快就是找现成系统配套，IBM公司洽谈CP/M操作系统不顺利，机遇落到了微软公司。在关键时刻，开发新操作系统时间和人手上已经不可能，微软找到西雅图计算机产品公司，达成由微软经销西雅图计算机产品公司的QDOS操作系统的协议。当时西雅图公司并不知道QDOS将被转卖给IBM，否则历史将会怎样演变，谁也无法知晓。AppliedOperatingSystemConceptsIBM在1981年推出个人计算机，宣布了DOS操作系统；随着IBMPC和MSDOS普及，CP/M逐渐走向下坡路；MSDOS有优良的文件系统；但受到Intelx86体系结构的限制；缺乏以硬件为基础的存储保护机制；它属于单用户单任务操作系统；从1981的1.0版到1998年在Windows95/98之下的7.0版，MSDOS历经了16个年头；迄今仍有MSDOS爱好者继续开发各种DOS软件产品。微软MSDOSAppliedOperatingSystemConcepts拯救苹果公司的Macintosh(MACOS)在推出IBMPC机后，市场卷起一股龙卷风；IBM自己也没有料到产品会有如此巨大的成功；IBM的成功说明必有其他公司失败。甚至连苹果公司也遇到了问题，销售数量落到了兰色巨人的后面；苹果公司推出Lisa机遭到失败，AppleIII型也遭到失败；分析家们认为，在微机市场上的战斗似乎兰色巨人要嬴了。AppliedOperatingSystemConcepts施乐PaloAlto研究中心

-70年代的计算机研究思想库世界上第一台个人计算机Alto，1972年在这里出现。图形界面，手持鼠标，面向对象程序设计微机网络，桌面出版和激光打印等等具有先进概念和技术的原型都首次出现在这里。AppliedOperatingSystemConceptsMACOS、鼠标的新型个人计算机1984年，人们看到一则广告：“Whatwasthat?”和对Macintosh的介绍,这是配有图形界面操作系统MACOS和鼠标的新型个人计算机。MAC机一上市立即在市场上获得极大的成功。当年比尔.盖茨都说，这是一台他的妈妈也能使用的计算机。Macintosh把苹果公司从连续的失败中拯救出来，苹果公司又开始向前发展。正是Mac先进图形界面操作系统技术，超前PC机若干年，造就了一批苹果的忠实追随者。AppliedOperatingSystemConcepts

Internet时代与Linux1990年秋天，Linus在芬兰首都赫尔辛基大学学习操作系统课程，因为上机需要排队等待，Linus买了台PC机，开发了第一个程序，程序包括两个进程，向屏幕上写字母，然后用定时器来切换进程。Linus需要终端仿真程序来存取Usenet新闻组的内容，于是他写了从调制解调器上接发信息的程序以及显示器、键盘和调制解调器的驱动程序。然后写了磁盘驱动程序，文件系统，一旦有了进程切换、文件系统和设备驱动程序，当然就拥有了一个操作系统原型，或者至少是它的一个内核。Linux就以这样极其古怪但也极其自然式问世。AppliedOperatingSystemConceptsLinux是类Unix的操作系统；Linux是由开放源代码团体进行开发和测试；有极高的运行可靠性和安全性；在服务器市场有很高的市场占有率。

Internet时代与LinuxAppliedOperatingSystemConceptsMSDOSIBMPC,CPU8088/8086,BIOS单用户单任务，简单分层结构，16位MSWindows3.x,Windows95/98,WinNT/2000/XPCPU80386单用户多任务（分时系统），16位/16和32位混合/32位UNIX/Linux多用户多任务，16/32/64位BSD,SVR4（模块式结构）,OSF/1（微内核结构）Personal-ComputerSystems

个人计算机系统AppliedOperatingSystemConceptsInternet环境下的

操作系统发展开放性多变性动态性无统一控制的“真”分布性节点的高度自治性和不可预测性节点链接的开放性和灵活性网络连接方式的多样性使用方式的个性化和多样性人、设备和软件的多重异构性AppliedOperatingSystemConcepts个人计算：

计算机很便宜，将来它会更便宜

人人都会拥有一台计算机，甚至多台分布式，机群系统：

通信网络和Internet

允许不同的机器，方便地共享资源注重移动计算、注重嵌入式计算

AnywhereAnytimeAnyperson注重高可靠，高安全Internet环境下的操作系统发展AppliedOperatingSystemConcepts现代操作系统的特征

并发(concurrency)多个事件在同一时间段内发生。操作系统是一个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的并发。操作系统要完成这些并发过程的管理。并行(parallel)是指在同一时刻发生。在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替执行（在单处理器情况下）。程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是进程（或称作任务），并发指的是进程。AppliedOperatingSystemConcepts共享(sharing)多个进程共享有限的计算机系统资源。操作系统要对系统资源进行合理分配和使用。资源在一个时间段内交替被多个进程所用。互斥共享（如音频设备）：资源分配后到释放前，不能被其他进程所用。同时访问（如可重入代码，磁盘文件）资源分配难以达到最优化现代操作系统的特征

AppliedOperatingSystemConcepts虚拟(virtual)一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体－－分时或分空间。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。CPU－－每个用户（进程）的“虚处理机”存储器－－每个进程都占有的地址空间（指令＋数据＋堆栈）显示设备－－多窗口或虚拟终端(virtualterminal)现代操作系统的特征

AppliedOperatingSystemConcepts异步性(asynchronism)也称不确定性，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：分时系统中，多个进程并发执行，“时走时停”，不可预知每个进程的运行推进快慢判据：无论快慢，应该结果相同－－通过进程互斥和同步手段来保证难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行中的错误）性能保证：实时系统与分时系统相似，但通过资源预留以保证性能现代操作系统的特征

操作系统的功能处理机管理存储管理设备管理文件管理用户接口处理机管理目标：完成处理机资源分配和调度等功能功能进程控制：创建、撤销、挂起、改变运行优先级等－－主动改变进程的状态进程调度:作业和进程的运行切换，以充分利用处理机资源和提高系统性能进程同步：协调并发进程之间的推进步骤，以协调资源共享进程通信:进程之间的信息交换存储器管理目标：提高内存利用率、方便用户使用、提供足够的存储空间功能存储分配与回收存储保护地址重定位内存扩充设备管理目标：完成用户的I/O请求,为用户分配I/O设备、提高I/O速度，提高CPU与I/O设备利用率、方便设备使用功能缓冲管理设备分配与回收设备处理:利用设备驱动程序（通常在内核中）完成对设备的操作。虚拟设备设备独立性:提供统一的I/O设备接口，使应用程序独立于物理设备文件管理目标：实现外存上的信息资源“按名存取”

功能文件存储空间管理:如何存放信息，以提高空间利用率目录管理:文件检索文件存取控制:文件保护软件管理:软件的版本、相互依赖关系、安装和拆除等用户接口目标：为用户使用计算机系统提供一个友好的访问OS的接口操作系统提供2类接口：作业级接口：行命令、菜单、或图形化的操作界面（GUI）、语音以及作业控制语言等；“联机”或“脱机”。程序级接口：供用户程序和系统程序调用操作系统功能，也称系统调用；AppliedOperatingSystemConcepts操作系统的名称监控（督）程序（系统）（Monitor)

执行系统（程序）(ExecutiveSystem(program))

控制系统（程序）(ControlSystemprogram))

管理程序(Supervisor,SupervisorySystem)

核心程序(Kernel)

操作系统(OperatingSystem)Module2:Computer-SystemStructures

计算机系统结构ComputerSystemOperation计算机系统操作StorageStructure存储构造StorageHierarchy存储层次HardwareProtection硬件保护Computer-SystemArchitecture

计算机系统体系结构Computer-SystemOperation

计算机系统操作I/OdevicesandtheCPUcanexecuteconcurrently.I/O设备与CPU可并行运行Eachdevicecontrollerisinchargeofaparticulardevicetype.

每一设备控制器负责一个设备类型Eachdevicecontrollerhasalocalbuffer.

每一设备控制器有一局部缓存CPUmovesdatafrom/tomainmemoryto/fromlocalbuffersCPU通过局部缓存与主存交换数据I/Oisfromthedevicetolocalbufferofcontroller.I/O从设备到设备控制器的局部缓存DevicecontrollerinformsCPUthatithasfinisheditsoperationbycausinganinterrupt.设备控制器通过引起中断通知CPU操作已完成中断机制hardwareinterrupt硬件中断devicecontrollerinformsCPUthatithasfinisheditsoperationbycausinganinterruptdisk,timer,etc.softwareinterrupt(trap)软件中断（陷阱）atrap(oranexception异常)divisionbyzero,invalidmemoryaccessasystemcall

系统调用(alsocalledamonitorcall)read(),write()Whytheinterrupt?makethesystemmoreefficientandmeanwhilemoreresponsivecommonfunctionsofinterruptsamodernoperatingsystemisinterruptdriven

现代操作系统是中断驱动的interrupttransferscontroltotheinterruptserviceroutine(interrupthandler)generally

中断将控制权转移到中断服务程序agenericroutinetoexaminetheinterruptinformation,andinturncallthespecifichandlerthroughtheinterruptvector,whichcontainstheaddressesofalltheserviceroutinese.g.MS-DOS,UNIXseparatesegmentsofcodedeterminewhatactionshouldbetakenforeachtypeofinterruptI/OStructureperipheraldevice(s)attachedtodevicecontroller设备与设备控制器相连adevicecontroller(hardware)localbufferstorage本地缓冲器asetofregisters一组寄存器devicedriver,usuallyasoftwareprogramembeddedintoanOS设备驱动程序I/OInterruptstwowaysofanI/Ooperation两种I/O操作Synchronous同步Asynchronous异步synchronousI/Omode:afterI/Ostarts,controlreturnstouserprogramonlyuponI/OcompletionasynchronousI/Omode:afterI/Ostarts,controlreturnstouserprogramwithoutwaitingforI/OcompletiontheuserprogramwillbenotifiedabouttheI/OcompletiononalatertimeWindowsmessage,orcallbackfunction

synchrounous asynchrounoussynchronousI/Obusywaitmethod忙等方式waitinstructionidlestheCPUuntilthenextinterruptwaitloop(contentionformemoryaccess)Loop:jmpLoopdrawbacks:atmostoneI/Orequestisoutstandingatatime,nosimultaneousI/Oprocessinginterruptbasedmethod:multipleI/O中断方式device-statustablecontainsentryforeachI/Odeviceindicatingitstype,address,andstateawaitqueue(alistofwaitingrequests)foreachI/Odevicedevice-statustable&waitqueueDMAstructurelowspeeddevicelikeatypicalterminalinputdeviceleavesmostCPUtimeforotheroperationsusuallyassignedalowinterruptpriority,allowingothermoreimportantinterruptstobeprocessedfirsthigh-speedI/OdevicesabletotransmitinformationatclosetomemoryspeedsiftheCPUneedstorespondtoeachinterruptforeverybyte,itdoesnothavemuchtimeforprocessexecutionDirectMemoryAccessDMA-devicecontrollertransfersblocksofdatafrombufferstoragedirectlytomainmemorywithoutCPUintervention设备控制器在本地缓冲和内存之间直接传输一整块数据而无需CPU干预settingupbuffers,pointers,andcountersonlyoneinterruptisgeneratedperblock,ratherthantheoneinterruptperbyteDMAcontrollerstealsmemorycyclesfromCPUDMA控制器从CPU中窃取内存周期Storage-DeviceHierarchy

存储设备层次寄存器缓存主存储器电子盘磁盘光盘磁带speedcostcapacityStoragesystemsorganizedinhierarchy.存储系统分层组织Speed速度cost成本volatility易失性MainMemoryrandomaccessmemory(RAM,DRAM)mainmemoryaretheonlylargestoragethattheCPUcanaccessdirectlyCPU可以直接访问的唯一大型存储介质storedataandinstructionsproblemswithRAMnotbigenough,toosmall

tostoreallprogramsanddataneededpermanently不够大volatile,contentslostwhenpoweristurnedoff易失性SecondaryStorageextensionofmainmemory主存的扩展bigenoughnon-volatile,permanent提供了非易失的存储容量magneticdisk磁盘-覆盖了磁记录材料的硬金属或玻璃盘片randomaccessmagnetictapesequentialaccessfloppydisks,CD-ROMs,etc.dataexchange(smallandlight,easytocarry)Moving-HeadDiskMechanism

磁头移动机制cacheuseofhigh-speedmemorytoholdrecently-accesseddata使用高速存储保存近期访问的数据cache(builtintoCPU)datacacheinstructioncache,codecachecachemanagementlocalityabove80%hitratiocachingintroducesanotherlevelinstoragehierarchy,anditrequiresdatathatissimultaneouslystoredinmorethanoneleveltobeconsistentcoherencyandconsistencythecopyofadatumappearsinmanylevelsofstoragehierarchysingleprocess,easymultiprogrammingenvironmentmultiprocessorenvironmentcachecoherency,handledbyhardwaredistributedenvironmentStorageHierarchy

存储层次Caching

–copyinginformationintofasterstoragesystem;mainmemorycanbeviewedasalastcacheforsecondarystorage.

缓存-把信息复制进较快的存储系统；主存可看作为二级存储器的最后一个缓存HardwareProtection

硬件保护single-userprogrammer-operatedsystem,completecontrolofthecomputersystem,noprotection单用户系统，程序员可完全控制系统earlyOS,calledresidentmonitor,stillnoprotection早期OS称为常驻监督程序，没有保护batchsystem,needsomeprotectione.g.anindefiniteloopreadingcards不断读取卡片multiprogramming,aprogrammayaccidentallyordeliberately/maliciouslymodifythecodeordataofanotherprogramHardwareProtection

硬件保护hardwaretraptotheOS,when硬件陷入到OS当illegalinstructions,oraccessmemorynotintheaddressspace,etc.非法指令，或访问不属于自己的地址空间的内存processterminated/aborted,coredumped进程终止multi-userenvironment,needprotectionforfiles,dataondisk/tape多用户环境，需要保护磁盘上的文件、数据Dual-ModeOperation两状态运行I/OProtectionI/O保护MemoryProtection内存保护CPUProtectionCPU保护Dual-ModeOperation

两状态运行Sharingsystemresourcesrequiresoperatingsystemtoensurethatanincorrectprogramcannotcauseotherprogramstoexecuteincorrectly.

共享系统资源要求操作系统确保有误程序不会引起其他程序的运行错误Providehardwaresupporttodifferentiatebetweenatleasttwomodesofoperations.

至少在两个运行状态之间提供硬件支持1. Usermode

–executiondoneonbehalfofau