操作系统原理 第一章
操作系统原理讲义 第一章
硬件是计算机系统的基础， 软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机的 程序， 它们二者相互依赖、相互促进 、 共同发展。
裸机（硬件）是僵尸，软件是幽灵.
2013-7-29
华中科技大学计算机学院 李 胜利
7
1.1 计算机系统结构 三、在计算机系统中必须配备操作系统的目标
方便用户 提高计算机系统资源的使用效率
2013-7-29
华中科技大学计算机学院 李 胜利
31
1.3 操作系统概念
1.3.1 操作系统定义
1、科普的观点 操作系统是计算机系统的管理和控制中心， 它依照设计者制定的各种调度策略组织和管理计算机系统资 源，使之能高效地运行。 2、功能的观点 操作系统是一个计算机资源管理系统，它负 责计算机系统的全部资源的分配、控制、调度和回收。 3、用户的观点 操作系统是计算机与用户之间的接口，用户通 过这种接口使用计算机。
华中科技大学计算机学院 李 胜利
25
1.2 操作系统的形成和发展 6.网络操作系统 (二） 网络的构成
主机:
主机是组成网络的独立自主的 计算机系统，用于运行用户程序 (即应用程序),也有些文献把它 称为末端系统ES(End System)。
2013-7-29
华中科技大学计算机学院 李 胜利
26
1.2 操作系统的形成和发展 6.网络操作系统 (二） 网络的构成
2013-7-29
华中科技大学计算机学院 李 胜利
24
1.2 操作系统的形成和发展 6.网络操作系统 (一) 计算机网络概念 c. 特征 . 资源共享性 . 独立自主性 d. 微机网络 微型机技术的巨大进展, 微机网络也随之崛起，并获得高速 的发展，巳成为计算机网络中最活跃的一个分枝。
《操作系统原理与实践教程(第二版)》第1章：操作系统概论
1.1.3 操作系统的功能
(1) 内存分配
内存分配指的是为每道程序分配合适的内存空间，使其能在 运行期间将运行所需数据放置在内存指定区域，以保证CPU 能够顺利地获取指令并存取指定数据。 分配内存空间时应尽量提高内存空间的利用率，减少不可用 内存空间。此外还应能响应正在运行的程序发出的动态空间 申请，以便满足新增指令和数据对新空间的需求。 内存分配通常采用的方式有动态和静态两种方式。静态分配 方式指的是程序在装入内存时需要估计所需空间，一旦进入 内存开始运行，就不能再申请新的空间，也不能将该程序所 占空间“搬运”到其它位置。动态分配方式指的是尽管程序 装入内存时申请了一定的空间，但在程序运行期间还可以为 运行过程中所需的新的程序和数据再申请额外的空间，以满 足程序空间动态增长的需要。
有效性指的是OS应能有效地提高系统资源利用率和系统吞 吐量。 方便性指的是配置了OS后的计算机应该更容易使用。 这两个性有效和方便的特性是操作系统最重要的设计目标。 开放性指的是OS应遵循世界标准规范。 可扩展性指的是要提供对系统软硬件组成以及功能的扩充保 证。
1.1.5 操作系统的性能指标
操作系统性能的优劣显著地影响用户工作的效率 和成本，而衡量其性能优劣的指标有系统吞吐量、 资源利用率、响应速度等。
1.1.3 操作系统的功能
现代操作系统的主要任务就是维护一个优良的运 行环境，以便多道程序能够有序地、高效地获得 执行，而在运行的同时，还要尽可能地提高资源 利用率和系统响应速度，并保证用户操作的方便 性。 操作系统的基本功能
处理器管理 存储器管理 设备管理 文件管理。 友好的人机接口
1.1.3 操作系统的功能
1.1.3 操作系统的功能
(4) 虚拟设备
通过SPOOLing虚拟技术实现，该技术可将一台物 理设备虚拟为多台逻辑设备，每个用户使用一台逻 辑设备，即将独占的物理I/O设备交由多个用户共 享使用。 这种方法能够大大提高I/O速度，改善设备利用率， 对每个用户而言也感觉自身具有一台独享的物理设 备，改善了用户请求的响应感受。
操作系统原理知识点总结
第一章绪论1、操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理的对各类作业进行调度以方便用户的程序集合※2、操作系统的目标：方便性、有效性、可扩展性、开发性※3、操作系统的作用：作为计算机硬件和用户间的接口、作为计算机系统资源的管理者、作为扩充机器4、单批道处理系统：作业处理成批进行，内存中始终保持一道作业（自动性、顺序性、单道性）5、多批道处理系统：系统中同时驻留多个作业，优点：提高CPU利用率、提高I/O设备和内存利用率、提高系统吞吐量（多道性、无序性、调度性）6、分时技术特性：多路性、交互性、独立性、及时性，目标：对用户响应的及时性7、实时系统：及时响应外部请求，在规定时间内完成事件处理，任务类型：周期性、非周期性或硬实时任务、软实时任务※8、操作系统基本特性：并发、共享、虚拟、异步性并行是指两或多个事件在同一时刻发生。
并发是两或多个事件在同一时间间隔内发生。
互斥共享：一段时间只允许一个进程访问该资源同时访问：微观上仍是互斥的虚拟是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。
异步是指运行进度不可预知。
共享性和并发性是操作系统两个最基本的特征※9、操作系统主要功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户管理第二章进程的描述和控制※1、程序顺序执行特征：顺序性、封闭性、可再现性※2、程序并发执行特征：间断性、失去封闭性、不可再现性3、前趋图：有向无循环图，用于描述进程之间执行的前后关系表示方式：（1）p1--->p2（2）--->={(p1,p2)| p1 必须在p2开始前完成}节点表示：一条语句，一个程序段，一进程。
（详见书P32）※4、进程的定义：(1)是程序的一次执行过程，由程序段、数据段、程序控制块（PBC）三部分构成，总称“进程映像”(2)是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动(3)是程序在一个数据集合上的运行过程(4)进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位进程特征：动态性、并发性、独立性、异步性由“创建”而产生，由“调度”而执行；由得不到资源而“阻塞”，由“撤消”而消亡※5、进程与程序关系※6、进程的三种状态：就绪、阻塞、执行转换：增加挂起：7、进程控制块（PCB）的作用：进程存在的唯一标志。
操作系统原理PrinciplesofOperatingSystem
②、工作流程（脱机作业）
• 这项工作量大，难度高，易出错需要大量人力 和物力。
手工操作方式的工作流程
工作方式
• 状态：在人工操作下进行，用户一个挨 着一个轮流使用计算机。
• 用户：用户既是程序员，又是操作员； 用户是计算机专业人员
• 编程语言：为机器语言 • 输入输出：纸带或卡片；
计算机的工作特点
• ①、用户独占全机：不出现资源被其他 用户占用，资源利用率低;
1.4 操作系统功能
• 1 处理机管理 • 2 存储管理 • 3 设备管理 • 4 文件管理 • 5 用户接口
操作系统功能
处理机分配 储存器管理 设备管理 文件系统管理
计算机系统
软件ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ硬件
硬件资源管理 软件资源管理
用户接口
1.3 操作系统的发展过程及类型
• 手工操作阶段（无操作系统） • 批处理（联机、脱机批处理） • 执行系统 • 多道批处理系统 • 分时系统 • 实时系统 • 网络操作系统 • 嵌入式操作系统 • 云操作系统
第一章 操作系统概论
• 1.1 操作系统概念 • 1.4 操作系统的功能 • 1.2 操作系统的历史 • 1.3 操作系统的基本类型 • 1.5 计算机硬件简介 • 1.6 算法的描述 • 1.7 研究操作系统的几种观点
1.1 操作系统的定义
下列计算机系统具体工作内容中，哪些是 操作系统的功能： 浏览网页
COBOL、ALGOL等高级语言开发。 • 批处理分为两种方式：联机、脱机
2、作业方式
• 配备专门的计算机操作员，程序员不再直接操 作机器，减少操作机器的错误。
• 操作员把用户提交的作业分类，利用磁带把若 干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业 由一个专门的监督程序（Monitor）自动依次 处理。监督程序－最初的操作系统。
操作系统原理-第一章 操作系统引论
操作系统原理-第一章操作系统引论操作系统原理第一章操作系统引论在我们日常使用计算机或者其他智能设备的过程中，操作系统扮演着至关重要的角色。
它就像是一个默默工作的大管家，协调着各种硬件和软件资源，为我们提供了一个稳定、高效、便捷的计算环境。
那么，操作系统到底是什么？它又是如何工作的呢？让我们一起来揭开操作系统的神秘面纱。
首先，我们来给操作系统下个定义。
简单来说，操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。
它负责控制和管理计算机的硬件设备，如中央处理器（CPU）、内存、硬盘、输入输出设备等；还负责调度和分配系统资源，使得多个程序能够同时运行而不互相干扰；并且为用户和应用程序提供了一个友好的接口，方便用户进行操作和使用各种应用程序。
操作系统的主要功能可以概括为以下几个方面：进程管理是操作系统的核心功能之一。
进程可以理解为正在运行的程序。
操作系统需要合理地分配 CPU 时间给各个进程，以确保每个进程都能得到及时的处理，同时避免某个进程独占 CPU 资源而导致其他进程无法运行。
这就像是一场精心编排的舞蹈，操作系统要确保每个舞者（进程）都有机会在舞台（CPU）上展现自己，而不会出现混乱和冲突。
内存管理也同样重要。
计算机的内存是有限的，而操作系统需要合理地分配和管理内存资源，确保各个程序能够正常运行。
它要防止一个程序占用过多的内存导致其他程序无法运行，还要处理内存中的数据存储和读取，提高内存的使用效率。
文件管理是操作系统的另一个关键功能。
我们在计算机中存储的各种文档、图片、视频等都以文件的形式存在。
操作系统负责对这些文件进行组织、存储、检索和保护，确保用户能够方便地访问和操作自己的文件，同时保证文件的安全性和完整性。
设备管理则负责管理计算机的各种外部设备，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
操作系统要为这些设备提供驱动程序，使得它们能够与计算机系统正常通信和工作。
除了上述功能，操作系统还提供了用户接口，包括命令行接口和图形用户接口。
操作系统原理最全课后答案
第一章操作系统引论1．设计现代OS的主要目标是什么？答：〔1〕有效性〔2〕方便性〔3〕可扩大性〔4〕开放性2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：〔1〕OS作为用户及计算机硬件系统之间的接口〔2〕OS作为计算机系统资源的管理者〔3〕OS实现了对计算机资源的抽象3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4．试说明推动多道批处理系统形成和开展的主要动力是什么？答：主要动力来源于四个方面的社会需求及技术开展：〔1〕不断提高计算机资源的利用率；〔2〕方便用户；〔3〕器件的不断更新换代；〔4〕计算机体系构造的不断开展。
5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进展的。
而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进展的。
6．试说明推动分时系统形成和开展的主要动力是什么？答：推动分时系统形成和开展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在：CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能承受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。
操作系统原理第1章操作系统概论
• 多机1操.作3系.2统多的类机型：操作系统
• ①主从模式，是一种非对称多处理模式，主CPU只有一个，从CPU可有多个。 主从式系统是在主CPU上配备操作系统，它控制所有的系统资源，将整个任 务分解成许多个子任务，并将这些子任务分配给其他的从CPU，让其执行， 并且它还要协调这些从CPU的执行过程。
1.1.2操作系统的目标
• ⒈方便性 • 用户便可通过操作系统所提供的各种命令来使用计 算机系统，从而使计算机变得易学易用。 • ⒉有效性 • 操作系统的基本目标就是提高计算机系统中各种资 源的利用率 。 • ⒊可扩充性 • 操作系统必须具备很好的可扩充性来适应发展的要 求。
•⒋开放性、标准化• 源自放性、标准化是指操作系统遵守国际标准和规范，使不同计算机体 系结构的系统之间可以相互数据通信。
•⒌可靠性
• 可靠性包括正确性和健壮性。
•⒍可移植性
• 可移植性是指把一个程序从一个计算机系统环境中移到另一个计算机 系统环境中并能正常执行的特性。
11
1.1.3操作系统的地位和作用
1.操作系统是用户与计算 机系统之间的接口
•①命令行接口 •②图形用户接口 •③程序接口
2.操作系统是计算机系统资源的管 理者和竞争资源的仲裁者
1.1.1操作系统和网络操作系统
•⒈操作系统的定义 •操作系统（Operating System，简称OS） 是负责控制、管理和调度计算机系统软 硬件资源的系统软件，控制并协调多个 任务的活动，并向用户提供方便用户的 接口、应用支撑平台和工作环境。
操作系统原理 第1章 操作系统引论-精品资料PPT课件
读入一个作业(若系统资源能满足该作业要 求);
17
(5)从磁带调入汇编程序或编译程序，将用户作业源程 序翻译成目标代码;
(6)连接装配程序把编译后的目标代码及所需的子程序 装配成一个可执行程序;
创建、撤消进程，进程状态转换 通过原语或系统调用实现 （2）进程同步 协调进程间的关系 互斥和同步 同步机制 如锁、信号量 （3）进程通信 进程间的信息交换 直接通信和间接通信 （4）进程调度 为进程分配处理机 核心为调度算法
6
2.存储管理
（1）存储分配 为进程分配存储空间 静态分配和动态分配
（2）存储保护 防止程序相互干扰 硬、软件结合实现
第1章 操作系统引论
1
整体概述
概述一
点击此处输入
相关文本内容
概述二
点击此处输入
相关文本内容
概述三
点击此处输入
相关文本内容
2
一、操作系统的概念
3
操作系统定义：
操作系统是一组有效控制和管理计算机系统的硬件和软 件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户的 程序集合。
有效：系统效率，资源利用率（如：CPU的充分利用； 内存、外部设备是否忙碌年代末－60年代中）多道程 序系统
单道程序工作示例
20
多道程序工作示例 多道程序运行的特点是: (1) 多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。 (2) 宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过 程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。 (3) 微观上串行：实际上，各道程序轮流使用CPU，交替 执行。
操作系统原理-第一章 绪论
第1章操作系统概述例1影响计算机系统性能的主要因素是什么？解: 影响计算机系统性能的主要因素分为软件和硬件两个方面：(1)硬件方面主要是指构成计算机系统器件的性能和硬件的体系结构，如存储器的速度和容量、多处理机结构、总线结构等。
(2)软件方面主要是指操作系统，因为操作系统决定了硬件是否能被用户使用、硬件的功能是否能发挥出来、其它软件能否在计算机系统上运行。
例2说明操作系统与软件的关系解: 操作系统与软件的关系如下：(1)操作系统是每台计算机必备的系统软件。
(2)操作系统是所有软件运行的基础，所有的其他软件都是建立在操作系统基础之上的，并得到它的支持和服务。
同硬件一样，软件资源也要操作系统进行有效的管理。
(3)软件的开发依赖于操作系统。
开发软件必需在一定的操作系统环境下进行，操作系统所能提供的功能支持在一定程度上决定软件开发的难易程度。
(4)操作系统影响软件的生命周期。
如果主流操作系统的变更，就意味着一批应用软件生命的结束。
(5)应用软件是操作系统上的可用资源，是操作系统生存的基础。
如何评论一个操作系统的好坏？不仅要考虑其可靠性、易用性、安全性、兼容性等等，还要衡量在此操作系统上开发出的软件的数量和质量。
许多用户使用操作系统的主要目的是使用其上的能够完成某种特定功能的应用软件，例如某些财务公司安装有微软的Windows系列操作系统，而其工作中经常使用的却是Windows上开发的各种财务软件，此财务软件是Windows操作系统上的可用资源。
只有拥有大量应用软件的操作系统才能更多的占有市场，具有旺盛的生命力。
微软的Windows系列是PC机上最流行的操作系统，它不仅拥有众多的软件产品，如软件开发工具VB、VC++、办公软件Office 等，还有大量的应用软件。
尽管其操作系统价格高，性能还有许多不足之处，还是拥有大量的用户。
如果说PC上的CPU不用Intel还可以用AMD或其它公司芯片的话，操作系统则除了选择Windows，其它选择都是困难的。
操作系统原理解析
操作系统原理解析第一章：操作系统的基本概念和作用操作系统是计算机系统的核心组成部分，它是一个控制和管理计算机硬件与软件资源的软件系统。
操作系统的主要作用是提供一个稳定、高效和安全的环境，使得计算机能够有效地运行各种应用程序。
1.1 操作系统定义与分类操作系统是指控制和管理计算机系统硬件与软件资源，为用户和其他软件提供一个接口的一组程序集合。
常见的操作系统有Windows、Mac OS、Linux等。
1.2 操作系统的作用- 资源管理：操作系统负责管理计算机的硬件资源，如处理器、内存、磁盘、网络等，以及软件资源，如应用程序、驱动程序等。
- 进程管理：操作系统负责管理计算机的进程，包括进程的创建、调度、通信以及终止等。
- 文件管理：操作系统负责管理计算机的文件系统，包括文件的存储、组织、访问和保护等。
- 设备管理：操作系统负责管理计算机的各种设备，如打印机、键盘、鼠标等，以便用户和应用程序能够方便地使用这些设备。
第二章：操作系统的基本组成和架构2.1 操作系统的基本组成一个完整的操作系统由内核和外壳组成。
内核是操作系统的核心部分，负责管理和控制计算机的硬件资源；外壳则是用户与操作系统交互的界面，使得用户能够方便地使用和控制计算机。
2.2 操作系统的架构操作系统的架构有单体式、层次式、微内核和外核等多种形式。
其中，微内核是目前主流的操作系统架构，它将操作系统的核心功能模块化，并将其尽可能地放在内核态执行，以提高操作系统的稳定性和安全性。
第三章：进程管理3.1 进程的基本概念进程是指正在执行的一个程序，它是一个具有一定独立功能和特定执行顺序的程序关于某个数据集合上的一次运行活动。
一个计算机系统可以同时运行多个进程。
3.2 进程的调度算法操作系统需要合理地调度多个进程的执行，以提高计算机的利用率和响应速度。
常见的进程调度算法有先来先服务、短作业优先、抢占式优先级调度等。
第四章：内存管理4.1 内存分配方式操作系统需要合理地分配和管理计算机的内存资源，常见的内存分配方式有连续分配、离散分配和虚拟内存等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
操作系统是什么、做什么 计算机系统的组织与体系结构 操作系统的发展过程 / 操作系统的分类 操作系统的主要部件
Operating Systems, BJUT
1.2 计算机系统组织
2
系统启动
系统 上电 或 重启 初始化程序 / 引导程序(bootstrap program)
位于 ROM / EPROM -- 固件 初始化系统各个部分 定位OS内核 装入OS 转去执行OS
Operating Systems, BJUT
OS运行
初始化 等待事件发生: 中断 (课本p.6)
硬件触发 软件触发:
1)错误, 2)系统调用 / 监控程序调用
3
中断的概念
Operating Systems, BJUT
中断 陷阱(trap) – 软件产生的中断 中断源 中断请求 中断响应 断点 中断服务程序, 中断向量 现场的保护和恢复, 程序状态字(PSW) 中断优先级 多重中断, 中断嵌套 关中断, 中断屏蔽
Operating Systems, BJUT
时间局部性
CPU访问最近使用过的存储器单元的趋势 循环
局部性原理的应用 cache, 虚拟存储器, …
9
I/O结构
三种I/O操作技术
程序控制I/O (查询) 中断驱动I/O 直接存储器存取(DMA)
Operating Systems, BJUT
10
1.3 计算机系统 体系结构
单处理器系统
一个通用处理器 可能还有专用处理器, 如GPU
多处理器系统 集群系统
Operating Systems, BJUT
11
多处理器系统
多处理器(multiprocessor)系统
并行系统 (parallel system) / 紧耦合系统 (tightly coupled system) 多个处理器
12
多处理的类型
非对称多处理(asymmetric multiprocessing)
每个处理器有特定的任务 主从式 (master-slave)
对称多处理
SMP, symmetric multiprocessing 有多个处理器 这些处理器共享一个主存和I/O设备, 通过通信 总线或其他内存连接方案互相连接 每个处理器都运行同一个OS的拷贝, 所有处理 器可以执行相同功能 (故称对称)
35
系统目标
系统目标
方便用户 计算机系统的高效操作 / 提高资源利用率
2个目标的关系
不同的系统、不同的时期, 强调的目标不同 有时是矛盾的
Operating Systems, BJUT
OS应当具有扩展能力
硬件升级、新型硬件出现 提供新的服务 纠正错误
36
推动OS发展的主要动力
Operating Systems, BJUT
28
分时系统 (1)
动机: 满足用户的需要
人机交互: 用户与系统直接通信 联机(on-line) 多个用户共享计算机 便于用户上机
分时系统 (Time-Sharing Systems) 实现的关键问题
及时接收: 用户的命令和数据 及时响应: 响应时间
不断提高计算机资源利用率的需要
在计算机发展早期最突出
方便用户 器件不断更新换代 计算机体系结构的不断发展
Operating Systems, BJUT
37
1.5 操作系统操作
问题的提出
单道批处理系统 多道程序设计环境: 资源共享 目标: OS必须确保 错误程序(恶意程序) 不能导 致其他程序执行错误
Operating Systems, BJUT
7
Operating Systems, BJUT
存 储 设 备 层 次
8
高速缓存技术
高速缓存技术(caching)的概念(课本p.21) 高速缓存管理: 提高命中率 为什么高速缓存技术有效？ 局部性原理 空间局部性
对存储单元的访问在空间上表现出聚集的趋势 顺序访问指令/数据
Operating Systems, BJUT
33
系统观点
OS是与硬件最为密切的程序 OS是资源分配程序 resource allocator
计算机系统的资源
硬件
软件 数据
Operating Systems, BJUT
OS是管理程序 control program
管理用户程序的执行 管理I/O设备: I/O设备的控制和操作
紧密的通信:
硬件上的紧密耦合, 速度快 共享总线, 有的还共享时钟、主存、外设
Operating Systems, BJUT
多处理系统的优点
增加计算吞吐量 经济 增加可靠性 功能退化 / 优雅降级 (graceful degradation) 容错(fault tolerant)系统: 冗余的部件
Operating Systems, BJUT
13
Operating Systems, BJUT
对称多处理(SMP)图示
14
Operating Systems, BJUT
双核处理器
15
集群系统
集群系统(clustered system)
将 2个或多个 独立的系统 耦合起来, 完成计算 任务 共享存储(storage), 通过LAN或高速互联设备 紧密耦合 提供高可用性服务
多道程序设计和分时是现代OS的主题
Operating Systems, BJUT
31
Operating Systems, BJUT
1.1 操作系统做什么
32
用户观点
பைடு நூலகம்
OS的设计目标
方便使用 资源利用率最大
不同计算机系统, 用户的观点不同
PC 大型机、小型机 工作站 手持计算机 嵌入式系统
20
简单批处理系统(单道批处理) (1)
作业 / job
A set of computational steps packaged to run as a unit
动机: 提高资源利用率
自动作业序列
脱机输入输出方式 (Off-line I/O)
Operating Systems, BJUT
4
中断在OS中的地位
CPU和外设并行工作的基础
多道程序并发执行的推动力 现代OS是中断驱动的
Operating Systems, BJUT
5
存储结构
内存 / 主存
随机存取, 速度快, 容量小, 易失性(volatile) 正在执行的指令及其访问的数据必须在CPU能 直接访问的存储介质中
特权指令 (课本p.17)
可能导致危害的指令 只允许在内核模式下执行 如果在 用户模式 下执行 特权指令
不执行 看作非法指令,
陷阱
特权指令的例子
切换为内核模式,
Operating Systems, BJUT
I/O控制, 定时器管理, 中断管理
系统调用
用户请求OS执行含有特权指令的任务 用户程序执行系统调用前后的执行模式变化
多道批处理的特征
多道性 无序性 调度性
作业调度:
Operating Systems, BJUT
后备队列 / 作业池 中的作业进入主存 进程调度: 在主存中就绪的作业获得CPU
26
多道批处理系统 (3)
优点
资源利用率高: CPU, 内存, I/O设备 系统吞吐量大
系统在单位时间内完成的总工作量
41
I/O保护
所有I/O指令都是 特权指令 用户只能通过OS 进行I/O — 系统 调用 确保用户程序不 能获得管理模式
Operating Systems, BJUT
I/O速度太慢 提高资源利用率和系统吞吐量
Operating Systems, BJUT
25
多道批处理系统 (2)
多道程序设计 (multiprogramming)
2个或多个作业同时进入主存 切换运行: 当一个作业需要等待I/O时, 切换到另 一个不在等待I/O的作业 –– 让CPU保持忙碌
Operating Systems, BJUT
16
Operating Systems, BJUT
例：Windows服务器集群
17
1.4 操作系统结构
OS发展过程 — 以大型机(mainframe)为例
无操作系统 简单批处理系统 / 单道批处理系统 多道批处理系统 分时系统
Operating Systems, BJUT
CPU内置寄存器 内存
Operating Systems, BJUT
磁盘
辅助存储器 随机存取, 速度比内存慢, 容量大, 非易失性
磁带
顺序访问, 主要用于备份
6
存储层次
存储系统的层次结构
速度 成本 易失性