1、自动化系操作系统配套自动化系操作系统配套 全册教学课件全册教学课件 Applied Operating System Concepts 操操 作作 系系 统统 原原 理理 Operating System Principle Applied Operating System Concepts 参考教材 when the operating system finishes the execution of one command, it seeks the next “control statement” not from a card reader, but rather from the u
2、sers keyboard.提供用户和系统之提供用户和系统之 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是从用户键盘上寻找下一条控制语句 nOn-line system must be available for users to access data and code. 在线系统必须使用户能够访问数据和代码在线系统必须使用户能够访问数据和代码 Applied Operating System Concepts 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、
3、 通用（桌面）系统、网络系统、个 人系统等。 操作系统的发展过程 Applied Operating System Concepts Real-Time Systems 实时系统 nOften used as a control device in a dedicated application such as controlling scientific experiments, medical imaging systems, industrial control systems, and some display systems.通常作为控制设备通常作为控制设备 在诸如控制科学实验、医学
4、影象系统、工业控制系统以及一些显示系统中应用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 nWell-defined fixed-time constraints.严格确定的时间限制严格确定的时间限制 nHard real-time system.硬实时系统硬实时系统 nSecondary storage limited or absent, data stored in short-term memory, or read-only memory (ROM)有限的或没有次级存储器，数据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存在短期存储器或只读存储器
5、中 nConflicts with time-sharing systems, not supported by general- purpose operating systems.同分时系统冲突，通用操作系统同分时系统冲突，通用操作系统 nSoft real-time system软实时系统软实时系统 nLimited utility in industrial control or robotics在工业控制或机器人中在工业控制或机器人中 有部分应用有部分应用 nUseful in applications (multimedia, virtual reality) requiring
6、advanced operating-system features.在需要高级操作系统在需要高级操作系统 功能的应用功能的应用 （多媒体、虚拟现实）中应用（多媒体、虚拟现实）中应用 Applied Operating System Concepts Real-Time Systems 实时系统 n实时系统的特征实时系统的特征 (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；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
7、超出系统的处理能力；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）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）。和冗余备份（双机，关键部件）。 Applied Operating System Concepts Real-Time Systems 实时系统 n实时系统与批处理系统和分时系统的区别实时系统与批处理系统和分时系统的区别 n1) 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。是通用系统。 n2) 实时控制：实时系统用
8、于控制实时过程，要求对外部事件的迅速实时控制：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。响应，具有较强的中断处理机构。 n3) 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。高冗余。如双机系统。 n4) 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。析消息，调用相应处理程序进行处理。 n5) 可与通用系统结合成通用实时系统：实时处理前台作业，批处理可与通用系统结合成通用实
9、时系统：实时处理前台作业，批处理 为后台作业。为后台作业。 Applied Operating System Concepts Parallel Systems 并行系统 nMultiprocessor systems with more than one CPU in close communication.有紧密通信的、多于一个有紧密通信的、多于一个CPU的多处理器系统的多处理器系统 nTightly coupled system processors share memory and a clock; communication usually takes place through t
10、he shared memory. 紧偶合系统紧偶合系统 - 处理器共享内存和时钟；一般通过共享内存进行通信处理器共享内存和时钟；一般通过共享内存进行通信 nAdvantages of parallel system: 并行系统的优点并行系统的优点 nIncreased throughput增大吞吐量增大吞吐量 nEconomical 经济经济 nIncreased reliability提高可靠性提高可靠性 ngraceful degradation（有故障时）优雅的降低性能有故障时）优雅的降低性能 nfail-soft systems（又称）软失效系统又称）软失效系统 Applied Op
11、erating System Concepts Parallel Systems 并行系统(Cont.) nSymmetric multiprocessing (SMP)对称多处理对称多处理 器器 nEach processor runs an identical copy of the operating system. 每个处理器运行操作系统的相同副本每个处理器运行操作系统的相同副本 nMany processes can run at once without performance deterioration.许多进程可以立即运行不会降低性能许多进程可以立即运行不会降低性能 nMost
12、 modern operating systems support SMP多数现代操作系统多数现代操作系统 支持支持SMP nAsymmetric multiprocessing非对称多处理器非对称多处理器 nEach processor is assigned a specific task; master processor schedules and allocates work to slave processor每个处理器赋每个处理器赋 予一个特定任务；主处理器为从处理器调度和分配作业予一个特定任务；主处理器为从处理器调度和分配作业 nMore common in extremely
13、 large systems常用在非常大的系统中常用在非常大的系统中 Applied Operating System Concepts Symmetric Multiprocessing Architecture 对称多处理器体系结构 Applied Operating System Concepts Distributed Systems 分布式系统 nDistribute the computation among several physical processors.计计 算分布在若干物理处理器上算分布在若干物理处理器上 nLoosely coupled system each pr
14、ocessor has its own local memory; processors communicate with one another through various communications lines, such as high-speed buses or telephone lines. （从处理器管理角度看）松散偶合系统（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；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 nAdvantages of d
15、istributed systems.分布式系统的优点分布式系统的优点 nResources Sharing 资源共享资源共享 nComputation speed up load sharing 加快计算加快计算 - 共享装载共享装载 nReliability可靠可靠 nCommunications通信通信 Applied Operating System Concepts n分布式系统：处理和控制的分散（相对于集中 式系统） n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
16、的任 务分配并自动调度各处理机的工作负载。 Distributed Systems 分布式系统(Cont.) Applied Operating System Concepts Distributed Systems 分布式系统(Cont.) nDistributed Operating System分布式操作系统分布式操作系统 nless autonomy between computers在计算机之间少了自治在计算机之间少了自治 性性 ngives the impression there is a single operating system controlling the netwo
17、rk.给出一种印象，有一个操作系统控制给出一种印象，有一个操作系统控制 网络网络 nNetwork Operating System网络操作系统网络操作系统 nprovides file sharing 提供文件共享提供文件共享 nprovides communication scheme提供通信机制提供通信机制 nruns independently from other computers on the network运行独立于网络上的其他计算机运行独立于网络上的其他计算机 Applied Operating System Concepts 网络操作系统 (NOS, Network Ope
18、rating System) 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。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；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
19、络协议进行高效、可靠的数据传输；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；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；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；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；互操作：直接控制对方比交换数据更为困难； Applied Operating System Concepts (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
20、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分布式操作系统与网络操作系统的比较 Ap
21、plied Operating System Concepts Embedded System 嵌入式系统 什么是嵌入式系统？什么是嵌入式系统？ n 在各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬件系统在各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬件系统 n 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 系统可以不是系统可以不是“计算机计算机” n 通常工作在反应式或对处理时间有较严格要求环境中通常工作在反应式或对处理时间有较严格要求环境中 n 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由于它们被嵌入在各种设备
22、、装置或系统中，因此称为嵌入式系统 Applied Operating System Concepts Applied Operating System Concepts 嵌入式操作系统，是运行在嵌入式智能芯嵌入式操作系统，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。度、指挥和控制的系统软件。 在嵌入式系统中的在嵌入式系统中的OSOS，称为嵌入式操作系统。称为嵌入式操作系统。 Embedded Operating-System
23、嵌入式操作系统嵌入式操作系统 Applied Operating System Concepts 典型嵌入式操作系统的特性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；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；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；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；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。满足最终产品的设计要求。 Applied Operating
24、System Concepts 嵌入式操作系统开发环境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通常配有源码级可配置的系统模块设计 丰富的同步原语丰富的同步原语 可选择的调度算法可选择的调度算法 可选择内存分配策略可选择内存分配策略 定时器与计数器定时器与计数器 多方式中断处理支持多方式中断处理支持 多种异常处理选择多种异常处理选择 多种通信方式支持多种通信方式支持 标准语言库标准语言库 数学运算库和开放式应用程序接口数学运算库和开放式应用程序接口 Applied Operating System Concepts 嵌入式操作系统的应用嵌入式操作系统的应用 嵌入计算的各种应用特
25、点嵌入计算的各种应用特点 掌上电脑：掌上电脑： 运算速度：运算速度： 100 100 KIPSKIPS 在大小上优化、支持手写、低能耗在大小上优化、支持手写、低能耗 工业设备：工业设备： 运算速度：运算速度： 1 1 MIPSMIPS 安全优先，控制流程为主安全优先，控制流程为主 军事装备军事装备 运算速度运算速度 ：1 1 GFLOPS GFLOPS 可靠性最重要可靠性最重要 Applied Operating System Concepts 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
26、备电话交换设备 嵌入式操作系统的应用嵌入式操作系统的应用 Applied Operating System Concepts Personal-Computer Systems 个人计算机系统 nPersonal computers computer system dedicated to a single user. 个人计算机个人计算机 - 供个人使用的计算机系统供个人使用的计算机系统 nI/O devices keyboards, mice, display screens, small printers. I/O设备设备 - 键盘、鼠标、显示、小型打印机键盘、鼠标、显示、小型打印机 n
27、User convenience and responsiveness.便利用户和响应便利用户和响应 nCan adopt technology developed for larger operating system often individuals have sole use of computer and do not need advanced CPU utilization of protection features. 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使用的使用的 保护技术保护技术 Applied
28、 Operating System Concepts Migration of Operating-System Concepts and Features 操作系统概念和特性的变迁 Applied Operating System Concepts 小型计算机，电子游戏和小型计算机，电子游戏和UNIX的成功的成功 1969年，在贝尔退出年，在贝尔退出MULTICS研制项目后，研制项目后，Ken Thompson和和Dennis M. Ritchie 想申请经费买计算机从事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。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
29、人用的项目无着落，他们在一台无人用的PDP-7上，重新摆弄上，重新摆弄 原先在原先在MULTICS项目上设计的项目上设计的“空间旅行空间旅行”游戏。游戏。 为了使游戏能够在为了使游戏能够在PDP-7上顺利运行，他们陆续开发了上顺利运行，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、实浮点运算软件包、显示驱动软件，设计了文件系统、实 用程序、用程序、shell 和汇编程序。和汇编程序。 到了到了1970年，在一切完成后，给新系统起了个同年，在一切完成后，给新系统起了个同 MULTICS发音相近的名字发音相近的名字UNIX。 随后，随后，UNIX用用C语言全部重写，自此，语言全部重
30、写，自此，UNIX诞生了。诞生了。 Applied Operating System Concepts UNIX操作系统操作系统 UNIX是现代操作系统的代表。是现代操作系统的代表。Unix运行时的安全性、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。可靠性以及强大的计算能力赢得广大用户的信赖。 促使促使UNIX系统成功的因素：系统成功的因素： 首先，由于首先，由于UNIX是用是用C语言编写，因此它是可移植的，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、是世界上唯一能在笔记本计算机、PC机、工作站机、工作站 直至巨型机上运行的操作系统。直至巨型机上运行
31、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。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、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。多用户、多任务、分时操作系统。 Applied Operating System Concepts 随着大规模集成电路发展，个人计算机时代到来了各种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。类型的个人计算机和软件层出不穷。 1973年年Gary Kildall看到对个人计算机操作系统的需求看到对个人计算机操作系统的
32、需求, 设计了设计了CP/M操作系统操作系统(Control Program/Microprocessor or Microcomputer)。 CP/M操作系统有较好的层次结构。它的操作系统有较好的层次结构。它的BIOS把操作系把操作系 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。具有较好的可适应性和易学易用性。 到了到了1981年，年，CP/M操作系统成为世界上流行最广的操作系统成为世界上流行最广的8 位操作系统之一。位操作系统之一。 CP/M 操作系统操作系统 Applied Operating Sy
33、stem Concepts 微软微软 MS DOS 个人计算机的成功，逼得个人计算机的成功，逼得IBM采取紧急战略行动采取紧急战略行动,决定要决定要 在在1980年尽快生产出微型计算机，以应付挑战。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，但没有操作系统不行。要想快就是找现成系统配套， IBM公司洽谈公司洽谈 CP/M操作系统不顺利，机遇落到了微软操作系统不顺利，机遇落到了微软 公司。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，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微软找到西雅
34、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图计算机产品公司的QDOS操作系统的协议。操作系统的协议。 当时西雅图公司并不知道当时西雅图公司并不知道QDOS将被转卖给将被转卖给IBM，否则否则 历史将会怎样演变，谁也无法知晓。历史将会怎样演变，谁也无法知晓。 Applied Operating System Concepts IBM在在1981年推出个人计算机，宣布了年推出个人计算机，宣布了DOS操作系统；操作系统； 随着随着IBM PC和和MS DOS普及，普及，CP/M逐渐走向下坡路；逐渐走向下坡路； MS DOS有优良的文件系统；有优良的文件系统； 但受到但受到Intel x
35、86体系结构的限制；体系结构的限制； 缺乏以硬件为基础的存储保护机制；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；它属于单用户单任务操作系统； 从从1981的的 1.0版到版到1998年在年在Windows 95/98之下的之下的7.0版，版， MS DOS历经了历经了16个年头；个年头； 迄今仍有迄今仍有MS DOS爱好者继续开发各种爱好者继续开发各种DOS软件产品。软件产品。 微软微软 MS DOS Applied Operating System Concepts 拯救苹果公司的拯救苹果公司的Macintosh(MAC OS) 在推出在推出IBM PC机后，市场卷起一股
36、龙卷风；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；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；也遇到了问题，销售数量落到了兰色巨人的后面； 苹果公司推出苹果公司推出Lisa机遭到失败，机遭到失败，Apple III型也遭到失型也遭到失 败；败； 分析家们认为，在微机市场上的战斗似乎兰色巨人要分析家们认为，在微机市场上的战斗似乎兰色巨人要 嬴了。嬴了。 Applied Operating System Concepts 施乐施乐Palo
37、 Alto研究中心研究中心 -70年代的计算机研究思想库年代的计算机研究思想库 世界上第一台个人计算机世界上第一台个人计算机Alto，1972年在这里出现。年在这里出现。 图形界面，手持鼠标，面向对象程序设计图形界面，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。念和技术的原型都首次出现在这里。 Applied Operating System Concepts MAC OS、鼠标的新型个人计算机鼠标的新型个人计算机 1984年，人们看到一则广告：年，人们看到一则广告：“What was tha
38、t?”和对和对 Macintosh的介绍的介绍, 这是配有图形界面操作系统这是配有图形界面操作系统 MAC OS 和鼠标的新型个人计算机。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。机一上市立即在市场上获得极大的成功。 当年比尔当年比尔.盖茨都说，这是一台他的妈妈也能使用的计算盖茨都说，这是一台他的妈妈也能使用的计算 机。机。 Macintosh把苹果公司从连续的失败中拯救出来，苹果公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。司又开始向前发展。 正是正是Mac先进图形界面操作系统技术，超前先进图形界面操作系统技术，超前PC机若干年，机若干年， 造就了一
39、批苹果的忠实追随者。造就了一批苹果的忠实追随者。 Applied Operating System Concepts Internet时代与时代与Linux 1990年秋天，年秋天，Linus在芬兰首都赫尔辛基大学学习操作系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，统课程，因为上机需要排队等待，Linus买了台买了台PC机，机， 开发了第一个程序，程序包括两个进程，向屏幕上写字开发了第一个程序，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。母，然后用定时器来切换进程。 Linus需要终端仿真程序来存取需要终端仿真程序来存取Usenet新闻组的内容，于新闻组的
40、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、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。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、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。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。就以这样极其古怪但也极其自然式问世。 Applied Operating System Concepts Linux是类是类U
41、nix的操作系统；的操作系统； Linux是由开放源代码团体进行开发和测试；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；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。在服务器市场有很高的市场占有率。 Internet时代与时代与Linux Applied Operating System Concepts MS DOS IBM PC, CPU 8088/8086, BIOS 单用户单任务，简单分层结构，16位 MS Windows 3.x, Windows95/98, Win NT/2000/XP CPU 80386 单用户多任务（分时系统），16位/16和
42、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-Computer Systems 个人计算机系统 Applied Operating System Concepts Internet环境下的环境下的 操作系统发展操作系统发展 开放性开放性多变性多变性动态性动态性 n 无统一控制的 无统一控制的“真真”分布性分布性 n 节点的高度自治性和不可预测性 节点的高度自治性和不可预测性 n 节点链接的开放性和灵活性 节点链接的开放性和灵活性 n 网络连接方式的多样性 网络连接方式的多样性 n 使用
43、方式的个性化和多样性 使用方式的个性化和多样性 n 人、设备和软件的多重异构性 人、设备和软件的多重异构性 Applied Operating System Concepts 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：分布式，机群系统： 通信网络和通信网络和Internet 允许不同的机器，方便地共享资源允许不同的机器，方便地共享资源 注重移动计算、注重嵌入式计算注重移动计算、注重嵌入式计算 Any whereAny where Any time Any time Any person Any person 注重高可靠，高安全注重高可靠，高安
44、全 Internet环境下的 操作系统发展 Applied Operating System Concepts 现代操作系统的特征 n并发并发(concurrency) n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。 n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）。 n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。 Applied Operating System Concepts n共享共享(sharing) n
45、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。 n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。 n同时访问（如可重入代码，磁盘文件） n资源分配难以达到最优化 现代操作系统的特征 Applied Operating System Concepts n虚拟虚拟(virtual) n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。 nCPU每个用户（进程）的“虚处理机” n存储器每个进程都占有的地址空间（指令数 据堆栈） n显示设备多窗口或虚拟
46、终端(virtual terminal) 现代操作系统的特征 Applied Operating System Concepts n异步性异步性(asynchronism) n也称不确定性，指进程的执行顺序和执行时间的不确定性； n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 n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 n难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行中的错误） n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 n处理机管理 n存储管理 n设备管理 n文件管理
47、 n用户接口 处理机管理 n目标：完成处理机资源分配和调度等功能 n功能 n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 n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 n进程同步：协调并发进程之间的推进步骤，以协调资源共享 n进程通信:进程之间的信息交换 存储器管理 n目标：提高内存利用率、方便用户使用、提供足 够的存储空间 n功能 n存储分配与回收 n存储保护 n地址重定位 n内存扩充 设备管理 n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 n功能 n缓冲管理 n设备分配与回收
48、 n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。 n虚拟设备 n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 n目标：实现外存上的信息资源“按名存取” n功能 n文件存储空间管理:如何存放信息，以提高空间利用率 n目录管理:文件检索 n文件存取控制:文件保护 n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 n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 n操作系统提供2类接口： n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”。 n程序级接口：供用户程序和系统程序调用操
49、作系统功能， 也称系统调用； Applied Operating System Concepts 操作系统的名称 监控（督）程序（系统）（监控（督）程序（系统）（Monitor)Monitor) 执行系统（程序）执行系统（程序）( (Executive System(program)Executive System(program) 控制系统（程序）控制系统（程序）( (Control System program)Control System program) 管理程序管理程序( (Supervisor, Supervisory System)Supervisor, Supervisory
50、System) 核心程序核心程序( (Kernel)Kernel) 操作系统操作系统( (Operating System)Operating System) Module 2: Computer-System Structures 计算机系统结构 nComputer System Operation 计算机系统操作 nStorage Structure 存储构造 nStorage Hierarchy 存储层次 nHardware Protection 硬件保护 Computer-System Architecture 计算机系统体系结构 Computer-System Operation 计
