高级操作系统培训讲学

《高级操作系统培训讲学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高级操作系统培训讲学（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、高级操作系统,中国科技大学软件学院 丁箐 (),2,参考书, Distributed Operating Systems ，Andrew S.Tanenbaum，机械工业出版社 ，2006 Distributed Systems: Principles and Paradigms，Andrew S. Tanenbaum and Marten van Steen，Prentice-Hall, 2002 Distributed Systems: Concepts and Design， George Coulouris, Jean Dollimore and Tim Kindberg，3rd Ed

2、ition, Addison-Wesley, 2001 Distributed Systems，Sape J. Mullender，2nd Edition, ACM Press, 1993 Modern Operating Systems ，第2版，Andrew S.Tanenbaum， 机械工业出版社，2002,3,参考书, Solaries 操作系统内核 Solaries编程指南 Linux 操作系统内核 Linux编程指南 Windows NT 操作系统内核 http:/www.globus.org,4,1 操作系统回顾 2 分布式系统概述 3 分布式通信 4 分布式系统的同步 5 分布

3、式进程和处理机 6 分布式文件管理 7 分布式共享存储 8 网格计算概述,教学内容,6,主要内容,1.1 操作系统的作用 1.2 操作系统的演变 1.3 操作系统的主要研究课题,7,主要内容,1.1 操作系统的作用 1.2 操作系统的演变 1.3 操作系统的主要研究课题,8,1.1 操作系统的作用,操作系统是计算机用户和计算机硬件之间的接口程序模块，它是计算机系统的核心控制软件， 其职能是控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行，从而为用户提供良好的工作环境，达到使用方便、资源分配合理、安全可靠等目的。 操作系统是现有软件系统中最复杂的软件之一。Denning认为，到目前为止，在操作

4、系统的研究开发方面主要取得了进程、内存管理、信息保护与安全、调度与资源管理和系统结构等五项成就。,9,硬件系统和应用程序间的界面,由操作系统定义的软、硬件和数据，给程序员以及使用者提供了方便的界面，使程序员和应用程序更容易获取和使用计算机系统中的资源、工具和服务。,10,11,一台扩展的计算机 隐藏了具体的硬件细节 为用户提供了一台容易使用的虚拟的计算机 一个资源管理器 每个程序分享时间 每个程序分享空间,操作系统概念,12,具有如下功能： 程序创建。 程序执行。 I/O设备的访问。 控制对文件的访问。 系统访问。 查错和纠错。 簿记。,作为扩展的计算机,13,作为资源管理者,作为资源管理器的

5、操作系统：,14,主要内容,1.1 操作系统的作用 1.2 操作系统的演变 1.3 操作系统的主要研究课题,15,1.2 操作系统的演变,操作系统发展至今已有三十多年。设计操作系统主要有两个目的：第一，为程序的开发和执行提供一个方便的环境；第二，为保证计算机系统顺利执行，操作系统对各个计算活动进行调度。,16,操作系统发展历史,第一代 1945 - 1955 电子管,插件板 第二代 1955 - 1965 晶体管,批处理系统 第三代 1965 1980 集成电路（IC）和多道程序设计 第四代 1980 现在 VLSI, 个人计算机,网络操作系统,17,操作系统家族,大型机操作系统(e.g IB

6、M OS/390) 服务器操作系统(e.g. UNIX, NT) 多处理机操作系统 分布式操作系统 PC机操作系统(e.g Widows) 实时操作系统(e.g VxWorks) 嵌入式操作系统(e.g Windows CE) Smart card操作系统(e.g JVM),18,串行处理系统,最早的计算机，从20世纪40年代末到50年代中期，程序员直接与硬件接触，根本没有OS。计算机运行在一个集成了指示器、各种开关、一些输入设备以及一个打印机的控制台之上。早期的这种系统存在两个问题： (1)上机安排 (2)启动时间,19,简单批处理系统,将卡片装入 1401机的读卡机 将卡片中的程序读入磁带

7、 将磁带装入 7094机， 完成计算 将磁带装入 1401机，打印结果,20,简单批处理系统（续）,简单批处理系统是专业计算机操作员（或机器）按作业的性质将作业按类分成若干组，然后一组一组地来运行作业。 在早期计算机系统中，引进简单批处理系统可以减少安装磁带、装入程序和返绕磁带等有关的工序浪费的时间，因此，也就减少了计算机的空闲时间。 批处理系统实质上不提供用户和程序之间的交互功能。程序中的所有问题必须事先安排好，也不能进行联机修改。 。,21,简单批处理系统（续）,简单批处理系统的中心思想是，通过应用一种被称为监控器的软件，使用户不必再直接接触机器，而是先通过卡片机和纸带机向计算机控制器提交

8、作业，由监控器将作业组织在一起构成一批作业，然后将整批作业放入由监控器管理的输入设备上，每当一个程序执行完毕返回监控器时，监控器已自动装入下一个程序。,22,简单批处理系统（续）,批处理系统存在很多不方便之处，主要有：用户不能与其作业交互以捕捉程序中的问题。用户程序中的所有问题必须事先安排好，否则程序的排错就可能在转储信息上盲目地进行。此外，对一个用户作业而言，可能需要较长的周转时间。 在批处理系统中，为了避免有意或无意地读取他人的卡片，必须建立监控和用户两种操作态，使其只有在监控态下才能读控制卡。通过建立一组仅能在监控态下执行的特权指令，操作系统就能保证在任何时候都能控制整个系统。,23,多

9、道程序批处理系统,多道程序设计技术就是在内存中同时保持若干道程序，系统按某种调度策略交替执行这些程序，使CPU保持最少的空闲时间。 多道程序设计的主要优点是通过将用户的CPU请求和I/O请求重叠起来的办法来有效地使用CPU。它设法让CPU总有事情可做，以此来提高CPU的利用率。,24,多道程序批处理系统（续）,设想一台电脑配备256KB的可用内存空间(未被OS占用的)，一个磁盘，一个终端和一台打印机。3个程序JOB1、JOB2和JOB3，同时被提交执行，如下表所列。,25,多道程序批处理系统（续）,多道程序设计在提高资源利用率方面产生的效果,26,分时系统,分时系统是一种由调度策略和多道程序设

10、计技术所构成的、同时供两个或多个用户使用的一种经济实惠的系统。 分时系统的主要优点是：当程序正在执行时，允许用户与计算机交互，从而大大缩短了系统的响应时间，增加了用户调试程序和控制程序运行的灵活性。,27,分时系统（续）,分时系统通常采用的实现方法是：先对每一用户作业分定一个时间片，再按轮转方式来执行这些作业。用户作业可以继续运行直至其时间片执行完或发生一个（I/O）中断，才暂停此作业的运行而让另一作业运行，暂停的作业则等到再次轮到它时又可继续运行下去，系统中的作业都用这种方式轮转执行。,28,实时系统,实时系统是在响应时间方面有严格制约的专用系统。实时系统与其他普通的系统之间的最大不同之处就

11、是要满足处理与时间的关系。 实时系统与分时系统的区别在于：在分时系统中，快速响应是需要的，但不是必需的；在实时系统中，处理事务必须在适合于此系统的特定时间限额内完成。,29,实时系统（续）,实时操作系统主要是为联机实时任务服务的，相比分时系统它有其自身的特点： (1)与分时系统一样具有多路性和独立性。 (2)对外部实时信号必须能及时响应，响应的时间间隔要足以控制发出实时信号的那个环境。 (3)整体性强。 (4)有交互性，但这里人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。 (5)要求有高可靠性和安全性，系统的效率则放在第二位。,30,分布式操作系统,分布式系统中的客户/服务器（clie

12、nt/server）模型 位置透明性,31,分布式操作系统（续）,“一个分布式系统是若干个独立的计算机的集合，但是对该系统的用户来说，系统就像一台计算机一样。” 硬件方面：各个计算机都是自治的 软件方面：用户将整个系统看作是一台计算机,32,主要内容,1.1 操作系统的作用 1.2 操作系统的演变 1.3 操作系统的主要研究课题,33,1.3 操作系统的主要研究课题,34,操作系统的主要成就,操作系统是现有软件系统中最复杂的系统软件之一。到目前为止，操作系统已取得了5项主要成就：进程、内存管理、信息的保护与安全性、调度与资源管理、系统结构。 。,35,进程,进程是操作系统结构的基础。进程就是：

13、可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程。进程由以下3部分组成： 一个可执行的程序； 该程序所需的相关数据(变量、工作空间，缓冲区等)； 该程序的执行上下文(Context)。,36,进程（续）,典型的进程实现,37,进程（续）,进程管理 shell语言编写的命令执行器: while (TRUE) /* repeat forever */ type_prompt( ); /* display prompt */ read_command (command, parameters)/* input from terminal */ if (fork() != 0) /* fork off ch

14、ild process */ /* Parent code */ waitpid( -1, /* execute command */ ,38,进程管理,进程树（ process tree） 进程A 创建两个子进程： B和 C B 又创建三个子进程： D, E,和 F,39,进程调度与同步,(a) 潜在死锁 (b) 实际的死锁.,40,进程间通信（IPC）,连接两个进程的管道（ pipe）,41,存储管理,操作系统的5条存储管理原则： 进程隔离。 自动分配和管理。 支持组件编程。 长时间存储。 保护和存取控制。,42,存储管理（续）,看待存储系统的两种不同观点,(b) 操作系统设计者观点,(a

15、) 用户观点,43,存储管理（续）,进程的三种段: text, data, stack,44,文件管理,计算机系的文件系统结构,45,文件管理（续）,在连接之前的两个目录 在执行连接调用link( “/usr/jim/memo”,”/usr/ast/note”) 之后的两个目录,46,信息保护和安全性,同计算机系统和存储在其中的信息的存取控制有关的4种保护策略： 不共享。 共享原始程序或数据文件。 无存储子系统。 控制信息的分布。,47,信息保护和安全性（续）,同操作系统有关的安全和保护工作可分为以下3类： 访问控制。 信息流控制。 确认。,48,调度和资源管理,操作系统的核心任务之一就是管理

16、各种可获得的资源以及合理地调度它们。任何资源分配和调度策略都必须考虑公平性、不同敏感性以及效率。,49,操作系统的系统调用,进程管理,POSIX操作系统,50,文件操作,51,目录管理,52,其它的系统调用,53,Win32 API调用,54,后续内容,操作系统回顾：对单处理机操作系统作简单的回顾 分布式系统概述：对分布式系统进行介绍 分布式通信：介绍分布式情况下的通信模型 分布式系统的同步：关于分布式系统同步的内容，包括事务和死锁等问题,55,后续内容（续）,分布式进程和处理机：介绍处理机、进程的组织和调度，分布式系统的容错以及实时分布式系统 分布式文件管理：介绍分布式文件系统的命名、和共享 分布式共享存储：介绍内存一致性问题以及如何实现DSM 网格计算概述：以网格计算作为实例，介绍其体系结构、相关模型和工具集，以及典型的网格实现技术。,