1、计算机操作系统计算机操作系统Operating System陈陈 莉莉2023-5-1321.操作系统的定义操作系统的定义操作系统（操作系统（operating systemoperating system，简称简称OSOS）是一组控制和管理计算机硬件和软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行调度，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。以及方便用户的程序的集合。2023-5-133操作系统的地位操作系统的地位n计算机由硬件系统和软件系统两个部分组计算机由硬件系统和软件系统两个部分组成，它们构成了一个完整的计算机系统。成，它们构成了一个完整的计算机系统。
2、2023-5-134操作系统的地位操作系统的地位n操作系统是计算机硬件上加载的第一层软件，操作系统是计算机硬件上加载的第一层软件，是对计算机硬件功能的首次扩充。其他软件是对计算机硬件功能的首次扩充。其他软件只有在操作系统的支持下，才能对计算机硬只有在操作系统的支持下，才能对计算机硬件工作。件工作。2023-5-1351.操作系统的定义操作系统的定义n如果把操作系统看作计算机系统资源的管理如果把操作系统看作计算机系统资源的管理者，下列的（）不属于操作系统所管理的资者，下列的（）不属于操作系统所管理的资源。源。A.程序程序 B.内存内存 C.CPU D.中断中断2023-5-1361.1 操作系统
3、的目标、作用操作系统的目标、作用操作系统为你完成所有操作系统为你完成所有 “硬件相关、应用无关硬件相关、应用无关”的工作，以给你的工作，以给你 方便方便 有效有效可扩充性可扩充性 开放性OS的两个最重要目标的两个最重要目标2023-5-1371.1.2 操作系统的作用操作系统的作用n1.OS作为用户与计算机硬件作为用户与计算机硬件系统之间的接口系统之间的接口n OS作为用户与计算机硬件系统之间接口的含义是：OS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OS帮助下，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。应注意，OS是一个系统软件，因而这种接口
4、是软件接口。用 户应用程序系统调用 命令 图标、窗口操作系统计算机硬件 OS作为接口的示意图 2023-5-1381.1.2 操作系统的作用操作系统的作用n2.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n 在一个计算机系统中，通常都含有各种各样的硬件和软件资源。归纳起来可将资源分为四类：处理器、存储器、I/O设备以及信息(数据和程序)。相应地，OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理，即：n处理机管理，用于分配和控制处理机；n存储器管理，主要负责内存的分配与回收；nI/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵；n文件管理，负责文件的存取、共享和保护。可见，OS确是计算机系统
5、资源的管理者。2023-5-1391.1.2 操作系统的作用操作系统的作用n3.OS用作扩充机器用作扩充机器n 对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机)，即使其功能再强，也必定是难于使用的。如果我们在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件。文件管理软件。用户的窗口软件。n 每当人们在计算机系统上覆盖上一层软件后，系统功能便增强一级，由于OS自身包含了若干层软件，因此汉在裸机上覆盖上OS后，便可获得一台功能显著增强，使用极为方便的多层扩充机器（多层虚机器）2023-5-13102.2.操作系统的发展过程操作系统的发展过程n操作系统的产生操作系统的产生 u无操作系统时的计算机系统无操作系统时的计算机系
6、统u单道批处理单道批处理n操作系统的形成操作系统的形成 u多道批处理多道批处理u分时系统分时系统u实时操作系统实时操作系统2023-5-1311无操作系统时的计算机系统无操作系统时的计算机系统 人工操作方式人工操作方式 电子管计算机电子管计算机（19461958），无操作无操作系统系统，由手工控制作业的输入输出，由手工控制作业的输入输出,通过控制通过控制台开关启动程序运行。台开关启动程序运行。nCPU等待人工操作等待人工操作n单用户方式，单用户方式，用户独占用户独占CPUn程序执行过程得不到任何帮助程序执行过程得不到任何帮助2023-5-1312脱机输入输出方式（脱机输入输出方式（Off-Li
7、ne I/O）n这种脱机I/O方式的主要优点如下：n(1)减少了CPU的空闲时间。n(2)提高I/O速度。输入设备外围机磁盘主机外围机输出设备2023-5-1313单道批处理阶段单道批处理阶段操作系统的雏形，称为监控程序。操作系统的雏形，称为监控程序。单道批处理系统的工作过程：用户将作业单道批处理系统的工作过程：用户将作业交到机房，操作员将一批作业输入到辅存交到机房，操作员将一批作业输入到辅存（如磁带）上，形成一个作业队列。当需要（如磁带）上，形成一个作业队列。当需要调入作业时，由监控程序从这一批中选一道调入作业时，由监控程序从这一批中选一道作业调入内存运行。当这一作业完成时，监作业调入内存运
8、行。当这一作业完成时，监控程序调入另一道程序，直到这一批作业全控程序调入另一道程序，直到这一批作业全部完成。部完成。2023-5-1314单道批处理阶段的特点单道批处理阶段的特点n单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地说，它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解的OS。尽管如此，该系统比起人工操作方式的系统已有很大进步。该系统的主要特征如下：n (1)自动性。n (2)顺序性。n (3)单道性。2023-5-1315多道批处理多道批处理多道批处理系统(Multiprogrammed Batch Processing System)。在该系统中，用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个
9、队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。多道程序设计技术多道程序设计技术：在内存中放多道程序：在内存中放多道程序,使它们在管理使它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。程序的控制下相互穿插地运行。2023-5-1316多道运行的特点多道运行的特点 多道性：在内存中可同时驻留多道程序，并多道性：在内存中可同时驻留多道程序，并允许它们并发执行。允许它们并发执行。无序性：多个作业完成的先后顺序与它们进无序性：多个作业完成的先后顺序与它们进入内存的顺序之间，并无严格的对应关系。入内存的顺序之间，并无严格的对应关系。调
10、度性：作业从提交给系统开始直至完成需调度性：作业从提交给系统开始直至完成需要经过两次调度：要经过两次调度：（1 1）作业调度）作业调度 （2 2）进程调度）进程调度 2023-5-1317单道和单道和多道多道程序工作过程比较程序工作过程比较CPU和设备利用率和设备利用率2023-5-1318多道批处理系统的优缺点多道批处理系统的优缺点n资源利用率高。资源指资源利用率高。资源指CPUCPU及设备。及设备。n系统吞吐量大。系统吞吐量大。系统吞吐量系统吞吐量指系统在单位指系统在单位时间完成的总工作量。时间完成的总工作量。缺点：缺点：n平均周转时间长平均周转时间长n无交互能力无交互能力需要解决很多问题
11、：需要解决很多问题：n（CPUCPU、内存、内存、I/OI/O设备、文件、作业）的设备、文件、作业）的管理问题管理问题2023-5-1319操作系统操作系统n为此，应在计算机系统中增加一组软件，为此，应在计算机系统中增加一组软件，用以对上述问题进行妥善、有效地处理。用以对上述问题进行妥善、有效地处理。这组软件应包括：能控制和管理四大资源这组软件应包括：能控制和管理四大资源的软件、合理地对各类作业进行调度的软的软件、合理地对各类作业进行调度的软件，以及方便用户使用计算机的软件。件，以及方便用户使用计算机的软件。n正是这样一组软件构成了操作系统。正是这样一组软件构成了操作系统。2023-5-132
12、0练习题练习题设有两道程序，按设有两道程序，按A，B的优先次序运行，其内部计算的优先次序运行，其内部计算和和I/O操作时间如下：操作时间如下：程序程序A：使用：使用30msCPU后使用后使用40msI/OA,最后使用最后使用20msCPU程序程序B：使用：使用60msCPU后使用后使用20msI/OB,最后使用最后使用30msCPU（1）试画出按多道程序运行的时间关系图）试画出按多道程序运行的时间关系图（2）完成两道程序共花多少时间，它比单道运行节）完成两道程序共花多少时间，它比单道运行节省多少时间省多少时间2023-5-1321分时系统分时系统推动多道批处理系统形成和发展的动力是推动多道批处
13、理系统形成和发展的动力是提高提高资源利用率和系统吞吐量资源利用率和系统吞吐量。推动分时系统形成和发展的主要动力是推动分时系统形成和发展的主要动力是用户用户的的需要：需要：人人-机交互、共享主机、方便上机。机交互、共享主机、方便上机。分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显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的终端，同时允许多个用户共享主机中示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机中的资源，每个用户都可以通过自己的终端以交互的的资源，每个用户都可以通过自己的终端以交互的方式使用计算机。方式使用计算机。2023-5-1322分时系统分时系统 由此可见为了实现人机交互，必须彻底改变原
14、来的批处理系统的运行方式 （1）用户作业直接进入内存 （2）不允许一个作业长期占有处理机 为此规定每个作业只运行一个很短的时间（时间片），然后暂停该作业的运行，立即调度下一个程序运行。2023-5-1323分时系统的一些具体概念分时系统的一些具体概念n分时n时间片n响应时间n多用户n分时系统安全性n分时系统的特征2023-5-1324n分时u是指将具有运行能力的资源的时间划分成很小的片段，称为时间片时间片。u这些时间片按照一定的规则被分配给需要它的程序，或者说是若干程序以时间片的方式共享资源的运行时间。分时系统的一些具体概念分时系统的一些具体概念2023-5-1325n时间片时间片是程序一次运
15、行的最小时间单元。在划分时间片的时候，要根据系统的总体设计框架来考虑：u通常说来，在一个时间片内，至少应该能够完成一次输入/输出中断处理和现场的保护和恢复过程，以及一个程序原子过程（原子过程在运行期间不可中断）的一次执行；u用户要求的响应时间越短，系统一次容纳的用户数目越多，时间片就必然越短。分时系统的一些具体概念分时系统的一些具体概念2023-5-1326n响应时间u响应时间分为用户响应时间和系统响应时间u系统响应时间系统响应时间是计算机对用户的输入作出的反应时间。u用户响应时间用户响应时间是指单个用户所感受到的系统对他的响应。u影响响应时间的因素：用户数目，时间片大小，程序切换时内、外存需
16、对换的信息量。分时系统的一些具体概念分时系统的一些具体概念2023-5-1327n多用户分时系统是多用户同时使用的操作系统，用户通过不同的终端同时连接到主机，主机分时地对用户终端程序进行反应，要求产生的结果是：每一个用户都感觉自己在独立地在使用着计算机，用户的行为并不会相互影响。分时系统的一些具体概念分时系统的一些具体概念2023-5-1328n分时系统安全性u为了保证系统及各个用户程序的安全，系统必须采取一定的安全措施，并且必须能够区分不同的用户，分别完成不同用户的作业。u最常见的安全方法是用户登录方式 n当用户登录系统时，须提供用户名和用户密码。操作系统将从输入端获取的用户名和用户密码与系
17、统库存的用户信息进行比较，只有在用户输入正确时才能够正常登录，否则用户将被拒绝对系统的使用。n登录后操作系统将用户按其所属权限及类型引导至用户可以操作的目录下，以此来限定用户的工作区域。分时系统的一些具体概念分时系统的一些具体概念2023-5-1329n分时系统的特征 多路性 独立性 及时性 交互性分时系统的一些具体概念分时系统的一些具体概念系统同时支持多路终端的连接多用户各自独立地使用计算机每个终端都及时地得到系统的反应。通过终端直接与计算机进行对话。2023-5-1330练习题练习题n在分时系统中，为使多个用户能够同时与系在分时系统中，为使多个用户能够同时与系统交互，最关键的问题是统交互，
18、最关键的问题是_；当用户数目为当用户数目为100时，为保证响应时间不超过时，为保证响应时间不超过2S，此时的时间片最大应为（）。，此时的时间片最大应为（）。2023-5-1331实时操作系统实时操作系统n计算机应用范围日益扩大，比如在控制飞机飞计算机应用范围日益扩大，比如在控制飞机飞行、导弹发射以及冶炼轧钢等生产过程中采用行、导弹发射以及冶炼轧钢等生产过程中采用了了实时控制实时控制系统，在飞机订票、银行业务中采系统，在飞机订票、银行业务中采用了用了实时信息处理实时信息处理系统，它们都打破了只把计系统，它们都打破了只把计算机用于科学计算和数据处理等方面的格局。算机用于科学计算和数据处理等方面的格
19、局。n实时系统实时系统是指系统能及时（或即时）响应外部是指系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致运行。处理，并控制所有实时任务协调一致运行。2023-5-1332实时任务的类型实时任务的类型n一、按任务执行时是否呈现周期性来划分n(1)周期性实时任务。n(2)非周期性实时任务。n外部设备所发出的激励信号并无明显的周期性，但都必须联系着一个截止时间(Deadline)。它又可分为：n 开始截止时间任务在某时间以前必须开始执行；n 完成截止时间任务在某时间以前必须完成。2023-5-1333实时任
20、务的类型实时任务的类型n一、根据对截止时间的要求来划分n(1)硬实时任务。n(2)软实时任务。2023-5-1334实时系统与分时系统的比较实时系统与分时系统的比较n多路性多路性n独立性独立性n及时性及时性n交互性交互性n可靠性可靠性2023-5-1335操作系统的分类操作系统的分类几种操作系统的比较几种操作系统的比较多道批处理系统多道批处理系统分时系统分时系统实时系统实时系统CPU时间分配时间分配作业运行时独占时间段分时事件发生时立即分配内存内存同时存放多批作业同时存放多道程序存放预置的事件处理程序响应时间响应时间运行期间不响应及时响应立即响应特殊要求特殊要求极大的资源利用率公平面向多用户高
21、可靠性面向用户群面向用户群委托用户普通用户定向用户综合其中任意两个系综合其中任意两个系统功能的操作系统称统功能的操作系统称为通用系统。又分为为通用系统。又分为前台作业和后台作业。前台作业和后台作业。2023-5-1336微机操作系统的发展微机操作系统的发展n单用户单任务单用户单任务n单用户多任务单用户多任务n多用户多任务多用户多任务2023-5-1337微机操作系统的发展微机操作系统的发展n单用户单任务单用户单任务 只允许一个用户上机只允许一个用户上机,且只允许用户程序作为且只允许用户程序作为一个任务运行。一个任务运行。u CP/M CP/Mu MS-DOSMS-DOS2023-5-1338微
22、机操作系统的发展微机操作系统的发展n单用户多任务单用户多任务 只允许一个用户上机只允许一个用户上机,但允许用户把程序分为若干但允许用户把程序分为若干个任务，使它们并发执行，从而有效地改善了系统个任务，使它们并发执行，从而有效地改善了系统的性能。目前在的性能。目前在3232位机上配置的操作系统基本上都位机上配置的操作系统基本上都是单用户多任务操作系统是单用户多任务操作系统u Windows Windows 它是一个它是一个面向傻瓜用户面向傻瓜用户的系统；发展方向的系统；发展方向是开发更亲切是开发更亲切易用的界面，增加更多的用户功能，对用户的行为更宽容；易用的界面，增加更多的用户功能，对用户的行为
23、更宽容；其内部的设计与其他操作系统并没有什么两样；其内部的设计与其他操作系统并没有什么两样；包含了用于包含了用于个人机的个人机的多任务分时操作系统多任务分时操作系统Windows Professional和用于网络的和用于网络的网络操作系统网络操作系统Windows Server。2023-5-1339微机操作系统的发展微机操作系统的发展n多用户多任务多用户多任务 允许多个用户通过各自的终端使用同一台机允许多个用户通过各自的终端使用同一台机器，共享主机系统中的各种资源，而每个用器，共享主机系统中的各种资源，而每个用户程序又可进一步分为几个任务，使它们能户程序又可进一步分为几个任务，使它们能并发
24、执行，从而可进一步提高资源利用率和并发执行，从而可进一步提高资源利用率和系统吞吐量。系统吞吐量。uUNIXUNIXuSolaris OSSolaris OSuLinux OSLinux OS2023-5-1340操作系统的基本特征操作系统的基本特征n并发（并发（ConcurrenceConcurrence）n共享（共享（SharingSharing）n虚拟（虚拟（VirtualVirtual）n异步性（异步性（AsynchronismAsynchronism）2023-5-1341并发性并发性 所谓并发是指在内存中放多道作业，所谓并发是指在内存中放多道作业，在一个时在一个时间段上来看，每一道作
25、业都能不同程度地向前推进。间段上来看，每一道作业都能不同程度地向前推进。但在任何一个时间点上只能有一道占用但在任何一个时间点上只能有一道占用CPU。并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。2023-5-1342并发性并发性 进程进程 程序是静态实体，在多道程序系统中，它程序是静态实体，在多道程序系统中，它们是不能独立运行的，更不能和其它程序并们是不能独立运行的，更不能和其它程序并发执行。发执行
26、。为了使多个程序能并发执行，在操作系为了使多个程序能并发执行，在操作系统中引入了进程。统中引入了进程。2023-5-1343并发性并发性 线程线程 将一个进程分为若干个线程，它们可以利将一个进程分为若干个线程，它们可以利用进程所拥有的资源，可以独立运行，可以用进程所拥有的资源，可以独立运行，可以并发执行。它更高效地提高了系统内多个程并发执行。它更高效地提高了系统内多个程序间并发执行的程度。序间并发执行的程度。2023-5-1344共享性共享性系统中的资源可供多个并发执行的进程共同使系统中的资源可供多个并发执行的进程共同使用。用。两种共享方式：两种共享方式：n互斥共享方式（打印机）互斥共享方式（
27、打印机）u一段时间内只允许一个进程访问（临界资源）一段时间内只允许一个进程访问（临界资源）n同时访问方式（磁盘设备）同时访问方式（磁盘设备）u允许在一段时间内由多个进程允许在一段时间内由多个进程“同时同时”对它们进对它们进行访问。行访问。并发并发和和共享共享是操作系统的两个最基本特征是操作系统的两个最基本特征2023-5-1345虚拟虚拟一个物理实体映射为若干个对应的逻一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体分时。虚拟是操作系统管理辑实体分时。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用系统资源的重要手段，可提高资源利用率率nCPU每个用户（进程）的每个用户（进程）的虚处理机虚处理机n内
28、存内存 虚拟存储器虚拟存储器 nI/O设备多台逻辑上的设备多台逻辑上的I/O设备设备2023-5-1346虚拟虚拟时分复用时分复用 分时使用某个设备提高其利用率。n虚拟处理机技术虚拟处理机技术 利用多道程序设计技术，为每道程序建立一个进程，让多道程序并发地执行，以此来分时使用一台处理机。n虚拟设备技术虚拟设备技术 将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备，并允许每一个用户占用一台逻辑上的I/O设备。2023-5-1347虚拟虚拟空分复用空分复用 主要提高存储空间的利用率。n虚拟磁盘技术虚拟磁盘技术 将一台硬盘虚拟为多台虚拟磁盘。n虚拟存储器技术虚拟存储器技术 提高内存的利用率。2023
29、-5-1348异步性异步性操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的事件进行响应事件进行响应 n进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程并发执行，并发执行，“走走停停走走停停”，无法预知每个进程的运，无法预知每个进程的运行推进快慢行推进快慢 进程的异步性是操作系统的一个重要特征进程的异步性是操作系统的一个重要特征 2023-5-1349操作系统的功能操作系统的功能 n处理机管理处理机管理 n存贮管理存贮管理n设备管理设备管理 n文件管理文件管理n用户接口用户接口2023-5-13501.1.4.1 4.1 处
30、理机管理功能处理机管理功能 处理机是最重要的资源，现代操作系统允许多处理机是最重要的资源，现代操作系统允许多个程序共享处理机，按照某种算法（分时、优先级）个程序共享处理机，按照某种算法（分时、优先级）交替地使用处理机。交替地使用处理机。处理机管理的主要任务是对处理机进行分配，处理机管理的主要任务是对处理机进行分配，并对其运行有效的控制和管理。并对其运行有效的控制和管理。处理机的分配和运行都是以进程为基本单位。处理机的分配和运行都是以进程为基本单位。因此对处理机的管理可归结为对进程的管理。因此对处理机的管理可归结为对进程的管理。包括进程控制、进程同步、进程通信、进程调度包括进程控制、进程同步、进
31、程通信、进程调度。2023-5-13511.1.4.2 4.2 存储器管理功能存储器管理功能存储器管理的主要任务，是为多道程序的运行提供良存储器管理的主要任务，是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率，以及能从逻辑上扩充内存。用率，以及能从逻辑上扩充内存。存储器管理要具备下列功能：存储器管理要具备下列功能：n内存分配内存分配：为每道程序分配内存空间。：为每道程序分配内存空间。n内存保护：使多道程序间互不干扰内存保护：使多道程序间互不干扰n地址映射：把程序中的逻辑地址映射为物理地地址映射：把程序中的逻辑地址映射为物理地址
32、址 n存贮扩充：用辅存扩充主存，实现存贮扩充：用辅存扩充主存，实现“虚拟存贮器虚拟存贮器”2023-5-13521.1.4.3 4.3 设备管理功能设备管理功能n设备管理用于管理计算机系统中所有的外围设备，设备管理用于管理计算机系统中所有的外围设备，而设备管理的主要任务是，完成用户进程提出的而设备管理的主要任务是，完成用户进程提出的I/O请求；为用户进程分配其所需的请求；为用户进程分配其所需的I/O设备；提高设备；提高CPU和和I/O设备的利用率；提高设备的利用率；提高I/O速度；方便用户速度；方便用户使用使用I/O设备。应具有功能：设备。应具有功能：n缓冲管理：为设备提供缓冲区以缓和缓冲管理
33、：为设备提供缓冲区以缓和CPU同设备的同设备的I/O速度不匹配的矛盾。速度不匹配的矛盾。n设备分配设备分配 n设备处理：为设备提供驱动程序。设备处理：为设备提供驱动程序。n设备独立性和虚拟设备设备独立性和虚拟设备2023-5-13531.1.4.4 4.4 文件管理功能文件管理功能 文件管理的主要任务是为每个文件分配必要的外存空间，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系统的运行速度。文件系统管理的功能：文件系统管理的功能：n文件存储空间管理。文件存储空间管理。n目录管理：为了用户方便找到他所需的文目录管理：为了用户方便找到他所需的文件。件。n文件的读写管理和保护。文件的读写管理和保护。2023
34、-5-1354用户接口用户接口用户接口 便于用户直接或间接的控制自己的作业。l联机用户接口：由一组键盘操作命令及命令解释程 序组成l脱机用户接口：该接口是为批处理作业的用户提供的，故也称为批处理用户接口。该接口由一组作业控制语言JCL组成。l图形接口：图形用户接口采用了图形化的操作界面，用非常容易识别的各种图标(icon)来将系统的各项功能、各种应用程序和文件，直观、逼真地表示出来。2023-5-1355用户接口用户接口程序接口 该接口是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的，是用户程序取得操作系统服务的惟一途径。它由一组系统调用组成。2023-5-1356练习练习n操作系统的进程管理模块并不
35、负责（）。A.进程的创建和删除 B.提供死锁处理机制 C.实现I/O设备的调度 D.通过共享内存实现进程间通信 2023-5-1357 操作系统是一个十分复杂的大型软件。为了控制该软件的复杂性，在开发OS时，先后引入了分解、模块化、抽象和隐蔽等方法。开发方法的不断发展，促进了OS结构的更新换代。这里，我们把第一代至第三代的OS结构，称为传统的OS结构，而把微内核的OS结构称为现代OS结构。1.5.1 传统的操作系统结构传统的操作系统结构2023-5-13581.无结构操作系统无结构操作系统 在早期开发操作系统时，设计者只是把他的注意力放在功能的实现和获得高的效率上，缺乏首尾一致的设计思想。此时
36、的OS是为数众多的一组过程的集合，各过程之间可以相互调用，在操作系统内部不存在任何结构，因此，这种OS是无结构的，也有人把它称为整体系统结构。2023-5-1359 2.模块化模块化OS结构结构 1)模块化结构 模块化程序设计技术，是最早(20世纪60年代)出现的一种程序设计技术。该技术是基于“分解”和“模块化”原则来控制大型软件的复杂度的。将OS按其功能划分为若干个具有一定独立性和大小的模块。每个模块具有某方面的管理功能，并规定好各模块间的接口，使各模块之间能通过该接口实现交互，然后再进一步将各模块细分为若干个具有一定管理功能的子模块，同样也要规定各子模块之间的接口。若子模块较大时，再进一步
37、将它细分。图 1-5 示出了由模块、子模块等组成的模块化OS结构。2023-5-13603.分层式分层式OS结构结构 1)分层的基本概念从物理机器开始，在其上面先添加一层具有一定功能的软件A1,由于A1是建立在完全确定的物理机器上的，在经过精心设计和几乎是穷尽无遗的测试后，可以认为A1是正确的；然后再在A1上添加一层新软件A2，如此一层一层地自底向上增添软件层，每一层都实现若干功能，最后总能构成一个能满足需要的OS。2023-5-1361微内核结构：具有以微内核为微内核结构：具有以微内核为OS核心，以客户核心，以客户/服务器为基服务器为基础，并采用面向对象的程序设计方法的特征础，并采用面向对象
38、的程序设计方法的特征 1.微内核的基本概念微内核的基本概念 1)足够小的内核：精心设计的、能实现现代OS最基本的核心功能的部分。它与一般的OS(程序)不同，它更小更精炼，它不仅运行在核心态，而且开机后常驻内存，它不会因内存紧张而被换出内存。微内核并非是一个完整的OS，而只是为构建通用OS提供一个重要基础。2）基于客户/服务器模式：OS的大部分功能和服务，都是由若干服务器来提供的，如文件服务器、作业服务器和网络服务器等1.5.4 微内核微内核OS结构结构 2023-5-13622 微内核的基本功能微内核的基本功能 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、进程间通信、低级I/O功能。(1)进程管理。(2)低级存储器管理。(3)中断和陷入管理。下列模块中，必须包含在操作系统内核中的是（）模块。A.内存分配 B.中断处理 C.文件处理 D.命令处理1.5.4 微内核微内核OS结构结构
