计算机科学导论第七章操作系统

7.1引言（操作系统定义）7.2演化（操作系统的发展）7.3操作系统的组成部分7.4主流操作系统第七章操作系统操作系统（OperatingSystem，简称OS）是配置在计算机硬件上的第一层软件，是管理电脑硬件与软件资源的系统软件。相对于其它软件，OS很难用代码量衡量。图1OS作为接口的示意图7.1引言自举过程：

操作系统本身也是程序，也需要被装入内存运行，怎么办？

首先，有一小部分内存由ROM构成，存称为自举程序的小程序。当计算机被加电时，CPU计数器被设置为自举程序的第一条指令，并执行程序中的指令。这个程序的唯一职责就是把操作系统（需要启动计算机的那部分）装入RAM内存。当装入完成后，CPU中的程序计数器被设置为RAM中操作系统的第一条指令，操作系统就被执行。7.2演化一、无操作系统的计算机系统（1945-50年代中期）1.

人工操作方式2.脱机输入输出方式操作系统的发展过程1.人工操作方式工作流程：（1）由程序员事先穿孔（对应程序和数据）（2）将穿孔的纸带（卡片）装入纸带（卡片)输入机（3）再启动输入机将程序和数据输入计算机（4）然后启动计算机运行（5）运行完毕取走计算机结果（6）下一位用户人工操作方式带来的矛盾及解决方法缺点：用户独占全机（资源浪费）CPU等待人工操作：装入时、取走时的CPU及内存等资源是空闲的。矛盾人机矛盾即人工操作方式与机器利用率的矛盾CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾解决方法脱机输入输出方式2.脱机输入/输出方式(off-LineI/O）工作流程：（示意图1-2)优点：减少了CPU的空闲时间。提高了I/O速度（与高速的磁盘打交道）输入设备外围机外存输出设备主机外存外存外存外围机高速高速二、批处理系统1.单道批处理系统20世纪50年代中期发明了晶体管，人们用晶体管代替了真空管来制作计算机，从而出现了第二代计算机。尽管计算机的体积大大减少、但是计算机仍然非常昂贵，为了能充分利用计算机资源，单道批处理系统出现了。2.多道批处理系统1.单道批处理系统1、工作流程：（1）作业（job）合成一批输入到外存上，同时在系统中配上监控程序。（2）monitor将作业逐个送入内存并运行。2、特征：（1）自动性：作业逐个依次运行，无需人工干预。（2）顺序性：磁带上的各道作业顺序地进入内存，作业的完成顺序与他们进入内存的顺序在正常情况下是一致的。（3）单道性：每次监督程序只从磁带上调入一道程序进入内存运行，当该程序完成或异常时，才换入其后继程序进入内存运行。3、优点：减少了人工操作的时间，提高机器的利用率和系统吞吐量。4、缺点：对某些作业来说，当它发出输入/输出请求后，CPU必须等待I/O的完成，特别因为I/O设备的低速性，从而使机器的利用率很低。

2.多道批处理系统为解决单道批处理系统中内存仅存放一道作业，导致资源利用率和吞吐量低下的问题，引入了多道程序设计技术，从而引出了多道批处理。1.引入：允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并启动进行计算的方法.（a）单道情形：打印请求打印请求单道与多道程序运行情况（b）多道情形：程序A监督程序I/O设备绘图仪请求t1t2t3t4t5t6t7t8CPU打印机绘图仪程序B打印完成绘图完成CPU空闲t9t10仍有空闲

用户程序监督程序I/O操作I/O中断请求

启动I/OI/O完成中断I/O中断请求启动I/Ot1I/O中断处理结束t2t3t4t5t6t7t8CPUCPU空闲

空闲2.多道批处理系统特征：（1）调度性（2）无序性（3）多道性优点：（1）资源的利用率高（2）系统吞吐量大缺点：（1）平均周转周期长（2）无交互能力1.分时系统的产生用户对系统功能需求不断增长，主要以下3个方面：

人—机交互：程序调试、修改可直接对计算机进行控制。

共享主机：多个用户都希望以“独占”方式共享一台计算机。

方便上机：用户希望有一个终端设备直接将作业传递给计算中心主机，并能直接对其作业控制。三、分时系统三、窑分时油系统分时操作系统终端终端终端┅响应时间

123n…时间片计算机硬件终端分时熔操作鲜系统终端终端终端┅响应丈时间1特2择3门n…时间辫片计算植机硬雪件终端终端终端终端终端终端终端终端终端分时描系统体示意幻玉图三、飘分时冈系统用户懂的任质务要德及时业进入妙主存筛，不竞能长弟时间供放在别外存2.关键排问题需要咸及时也响应伸，因酒此不肢能像蛇批处日理系弟统允环许某唤个作吉业长下时间裤占用cp扫u，而披是以端较小淋的时橡间片豆在不最同用统户程抛序之币间强板制切禽换3.分时猎系统释的4个主喝要特苦征敌：多路坛性：宏观胜上同键时有硬多个咽用户腹在运火行。交互行性：在终荐端上夜编辑触、运孟行程柄序，铸或其把它操凡作。独占墨性：每个樱用户巴一个巨终端馆，独殖立操识作，维互不煌干扰及时掘性：在很差短时绣间内份得到置响应姑，小悦于2～3秒。三、幻玉分时嫁系统四、若个人沿系统例如体，DO炉S（Di纸sk利O池pe渴ra袋ti贪on遇S春ys葵te浴m）系册统五、左并行肯系统六、贩分布贝式系友统系躬统七、辈实时禁系统住系统同一勉台计盟算机膛中安陈装多营个cp窗u，每骡个cp醉u处理邪一个此程序还或一摧个程刷序的呀某一秧部分程序失运行斑在不却同地止域的梢计算舟机上雕，并详且这芝些不考同地屈域的睁计算茧机通莫过网倚络互烦连。7.洋3操作区系统倚的组腊成部纽奉分内存汉管理进程天管理设备距管理文件糟管理用户宵接口一、它内存斥管理桐的功对能主要脖任务为多垒道程挡序的谊运行企提供耻良好渠的环减境方便浩用户凑使用目存储溪器提高坐存储蜂器的尼利用瓦率从逻也辑上珍扩充俭内存功能内存猫分配根据执用户少程序漆的需阀要给记它分炒配存饺储器索资源搬。内存爽保护把各立个用扎户程施序相响互隔禽离起筑来互那不干婶扰，税更不宇允许寨用户故程序燥访问部操作厌系统然的程设序和的数据羽，从策而保际护用播户程艳序存陡放在医存储棚器中毒的信钥息不徒被破金坏。地址针映射内存软扩充番（虚哗拟存虽储技谋术）在多籍道程丧序的如情况轮下，窑对于嫌内存忘的分尾配，扬有以惩下几蛋种方迟式：笨分区夹、基财于分勒页存姻储管劫理方涨式、预请求傲分段春存储罚管理专方式片和请湖求分倚页存粗储管桌理方黑式等脉。1、分言区调筹度内存删分成蛛几个餐区，合每个销区保辛存一馒个程跌序缺点殖：（1）作晃业大题小受脊到最欺大分蹄区大搞小的义限制届。（2）空妇间浪蚀费。（3）碎堂片问独题。2、分页唯调度内存销分为峡若干乌大小阀相同埋的部底分，墙每个保部分额称为缘瑞帧程序好也分索为大盒小相洪等的奏部分阵，称备为页页和眠帧的爽大小吊相等一个确有多喉个页译的程器序，秃需要母多个现帧，信但不许要求馒这些鸡帧是煎连续蚊的3、请弟求分如页调暴度与分鬼页调晋度不泪同的鲜是，钱程序谱不必突整体委装入郑内存喝，可粮以依休次装怕入。不需伞要连痰续的栏帧4、请爷求分卷段调患度从程乌序员壶的角残度出刘发，鸟以程幅序和联子程漆序来放分成学段，县然后它同请盼求分挂页存储黑管理番方式。虚拟猴内存是针怠对请紫求分破段存储付管理翠方式和请爪求分顺页存储蝇管理势方式。进程贯管理蹲器一、鸭常见悟术语构：程序(p奇ro狼gr稿am交)：程钥序是马程序叔员编捷写的献一组谦稳定患的指抹令，旁存在冈硬盘凉（磁丹盘）拔上，肯它可枕能会清成为反作业赠。作业(j兆ob零)：从颗程序今被选涛中执米行，论到其虽运行捉结束菌并再浊次成下为程冷序的横这段雪过程惨中，洗程序障被称符为作脉业。进程(p肚ro提ce堵ss亩)：进麻程是瘦执行角中的程程序锤。只荒要作涛业装载入内备存就露成为财一个翁进程原。作业缓都是脊程序剃，但桥并不扇是所效有的努程序路都是提作业;二、店状态涛图三、福调度循器：坝作业菌调度莫器和进程认调度开器1、作肥业调进度器将一帐个作消业从斯保持翻状态稠转入妥到就讯绪状畜态，遍或从舅运行茫状态灭转入叉终止兴状态即负后责从虽作业揪中建文立一螺个进扁程和拖终止技一个浅进程保持作业调度器终止2、进员程调借度器将一角个进弊程从趴一个痛状态风转入鲁另一浴个状含态四、碧队列计算炊机资蛇源是脖有限白的，直和很触多作己业和验进程刮都需要使绞用计卵算机胆的资朋源。非那么土，谁遭先使皂用？石何时使用住？怎灵么办积？最简界单的纵方法没：排凝队因此罗，就踪蝶会有涨不同膝的队要列：刑作业开队列株、就盆绪队墨列、I/器O队列摧。常用哑的进尚程管稿理策功略：FI晌FO短作柄业优拿先高优叹先权扯优先五、丘进程姜同步1、死壶锁所有旬进程用的管架理思拢想都姨是使赤得拥秧有不届同资鬼源的逆不同邀进程络同步声。请求了请求了A文件1分配了B文件2分配了死锁■死锁店发生挂的四营个必暑要条困件□互斥仇：一抢个资残源只梨能被殿一个怜进程久占用抱。□资源够占有俯：尽歼管不专使用窑资源车，但心进程累占有村该资权源直来到拥飘有其案它可够用资宁源。□抢先督：进喘程已渐占有仅的资涉源不链能被针强行芒剥夺雀。□循霜环等分待：可在系尖统中尿存在押一个街由若均干进奴程形鼠成的炕环形心请求病链，吗其中殿的每显一个梳进程河均占窄有一胡些资境源，延同时付又申虾请环蛙形请店求链跨中下筝一个锅进程梨所占颤有的继资源像。例.三个涛进程衡（A、B和C）同县时运液行，速进程A占用Fi须le姥1但需萍要Fi占le咏2。进包程B占用Fi脱le站3但需互要Fi和le难1。进氏程C占用Fi厘le鲁2但需糟要Fi烂le翻3。这私种情猛况可习能产用生死咸锁吗倘？2、饥未饿这种辜情况占与死佳锁相鞭反。程由于OS对于欣资源阳控制叮过严娇，只有盒在所努需要薪的资储源都强准备源好后吧才能胜执行箩。限腾制太多，以造成粒永远载得不辣到资灵源。P1款36图7-闪18设备胖管理蛛器主要休任务鞭：监远视I/错O设备保，保璃证其亮正常享运行维护I/肥O设备体队列控制I/笔O设备迟访问茄策略文件贡管理墙器主要待任务杆：文禁件访茫问权策限控府制文件糖的创晨建、剑删除迈、修掩改文件郑的命突名存储依管理弓，存阀在那类儿？易如何玩存？归档航与备鼠份用户况接口主要占任务方便朽用户格使用僚操作舟系统功能命令枪接口程序笛接口活（系瓦统调猜用）图形氧接口7.已4主流蜂的操咏作系敲统Wi竭nd榨ow阴sUn陷ixLi兵nu屡x..斥..绕..Wi正nd腾ow锁s19判75年19岁的比尔·盖茨从哈矛佛大些学退学，和恶他的高中校友保罗·艾伦一起涂卖BA责SI般C。19旋80年，IB毙M公司肌选中起微软吵公司且为其托新PC机编源写关牲键的与操作恩系统摆软件坡，这绵是公盘司发占展中配的一幻玉个重子大转雪折点件。由眨于时喇间紧选迫，停程序理复杂申，微谎软公任司以5万美派元的粘价格狡从西棵雅图热的一距位程堂序编差制者涛帕特驻森手广中买见下了岛一个挂操作细系统QD穗OS的使进用权筹，在梅进行省部分骄改写你后提铸供给IB规M，并距将其拴命名舰为Mi围cr狼os池of真t劳DO摄S（DO是S是Di鲁sk惊O平pe痒ra踢ti茧ng喝S悠ys跨te贡m缩写淋，意锋为磁盘筹操作裹系统）IB夏M-赴PC机的点普及运使MS珠-D弓OS取得良了巨听大的缩慧成功霜，因绘此80年代倦，它忠成了PC机的芹标准答操作塔系统哈。20世纪80年代屑末90年代扯初，附微软巴在其MS穷-D舌OS操作报系统的基束础上低推出倍了Wi赴nd苦ow战s茎3.x系胡统。19脏95年，软微软腰推出薯了独彻立于DO递S系统索的Wi悦nd劣ow收s建95操作蒜系统驰。在98年，版微软晶推出爱了Wi嚷nd采ow相s快98操作势系统姥，这贡是其温历史秃上影搜响时录间最车长、暂最成毯功的软操作债系统远之一趋。接着惧又推台出了Wi寨nd菌ow虎s花20羽00pr讨of隐es净si哄on紧al版，Wi倾nd潜ow僵s词XP，Wi寇nd灶ow哀s老Vi鹊st蓬a，Wi饱nd输ow记s裂7和Wi宁nd多ow占s桌8都为羞微软广赢得世了很欧大的姜市场斩。Un堪ixUN寨IX，是苦一个算强大凯的多野用户土、多损任务操作帅系统，支约持多身种处理驳器架由构，按明照操街作系塑统的趋分类缝，属防于分时望操作繁系统。贝尔秃实验涨室中玻的有果个叫股肯·汤普详逊的雕人，反他为MU幸LT折IC沙S这个桂操作架系统傻写了蜂个叫关“Sp件ac夺e鲁Tr堵av数el量”的游烦戏，烦在MU永LT纺IC怪S上经汁过实翻际运器行后核，他减发现