高级操作系统讲义a

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1、文档供参考，可复制、编制，期待您的好评与关注！ 高级操作系统北京邮电大学计算机学院 第一章 分布式计算机系统下一步的技术发展很难准确预测，我们要在网络、分布式环境下开发，需要掌握分布式计算机系统的原理，也需要了解他们的实现原理。分布式操作系统是为分布式计算机系统配置的一种操作系统。分布式系统需要与集中式系统完全不同的软件。分布式计算机系统第一， 从硬件角度来讲，各个计算机都是自治的；第二，从软件角度来讲，用户将整个系统看作是一台计算机。这两者都是必需的，缺一不可。 分布式系统由许多独立的CPU组成，它们在一起工作使得整个系统看上去像一台计算机。任务分布: 把一个任务分解成多个可并行执行的子任务

2、，分散给各场点协同完成。功能分布: 把系统的总功能划分成若干子功能，分配给各场点分别承担。分布式系统的特征1 资源共享 硬件资源、软件资源。2 开放性 可伸缩性、可移植性、互操作性；数据是可以交换的、对外接口是公开的、系统提供统一的通信机制、提供统一的用户界面。3 并发性同时工作没有冲突；有冲突，通过相应算法解决；并发控制；4 容错性 两个基本方法，硬件冗余、软件恢复（数据备份、日志）；5 透明性实际上比其表面要微妙得多的含糊概念之一种 类含 义位置透明用户不知道资源位于何处迁移透明资源可以不改名地随意移动复制透明用户不知道有多少个拷贝存在并发透明多个用户可以自动的共享资源并行透明系统活动可以

3、在用户没有感觉的情况下并行发生分布式系统的优点1 性能价格比高 2 速度 3 内在的分布性3 可扩充性 5 可靠性 6 适用于多种环境分布式系统的不足1 管理复杂2 性能和可靠性依赖于网络3 保密性差4 应用软件少项目描 述软件目前为分布式系统开发的软件还很少网络网络可能饱和和引起其它的问题安全容易造成对保密数据的访问分布式系统的资源管理1 全集中管理方式 一个资源由一个管理机制管理。2 分担管理方式一个资源虽由几个管理机制管理，但各分担一种管理职能。3 轮流管理方式 一个资源可由几个管理机制管理，但轮流执行管理职责。4 全分散管理方式一个资源由多个管理机制在协商致的原则下共同管理。性能比较：

4、基本开销：连接系统中的各个站点要多少花费？通信开销：从站点A发送信息到站点B需要多少时间?可靠性：分布式系统的拓扑结构1 全互连结构 优点：各场点间消息传递快，可靠性较高。缺点：开销高。2 部分互连结构其开销比全互连结构低，但通信速度较全互连结构慢。可靠性也相对较低。 3 层次结构通常情况下，其中的任何中间节点故障都可能将这种结构分割成若干不相交的子树。因此，可靠性较低。4 星形结构 这种结构的基本开销与场点个数成正比，这种通信速度却是没有保障的，因为中央场点可能变成瓶颈。5 环形结构 基本开销较低，但通信代价可能较高。 6 总线结构这类结构的开销同场点成正比，通信代价也很低。7 立方体结构计

5、算机支持的协同工作系统（CSCW，Computer Supported Cooperative Work），也是一种分布式系统。 CSCW特点： 群体性、交互性、分布性、协同性。 CSCW具体类型： （1） 电子邮件系统 （2） 电子布告栏系统（BBS， Bulletin Board System） （3） 群体决策支持系统 （4） 协同编辑系统 （5） 计算机会议系统 （6） 协同计算机开发环境多机OS的基本结构 主从式 独立式 分布式分布式OS分布式计算机系统(Distributed Computing Systems)是由多个分散的计算机经互连网络连结而成的计算机系统。其中各个资源单元(

6、物理或逻辑的)既相互协同又高度自治。能在全系统范围内实现资源管理，动态地进行任务分配或功能分配而且能够并行地运行分布式程序。分布式操作系统是为分布式计算机系统配置的操作系统。系统任务可以在系统中任何别的处理机上运行。并提供高度的并行性和有效地同步算法和通信机制，自动实行全系统范围的任务分配并自动调节各处理机的工作负载为用户提供一个方便、友善的用机环境。分布式系统与网络系统是有区别的。从操作系统的角度来看，网络操作系统是为计算机网络配置的操作系统，网络中的各台计算机配置各自的操作系统，而网络操作系统把它们有机地联系起来。操作系统的形成和发展阶段：1. 手工操作阶段每个程序员都必须亲自动手操作计算

7、机：装入卡片或纸带，按电钮，查看存储单元等。2. 批量处理阶段用户不用与计算机直接打交道，而是通过专门的操作员来完成作业的输入和输出。3. 操作系统形成阶段多道程序和分时系统的出现，标志着操作系统的正式形成。1) 多道程序设计的定义 所谓多道程序设计，是指同时把若干个作业存放在内存中，并且同时处于执行过程中。但是在某时刻只能有一个程序占用CPU执行。2) 分时系统所谓分时系统，就是在一台计算机上，连接若干个终端，用户通过这些联机终端设备采用交互方式把他的程序和数据输入到计算机中，并同时控制程序的执行。操作系统分类：1. 单用户操作系统在这种操作系统控制下，计算机系统串行地执行用户程序，即在执行

8、完一个用户程序后才接受另一个用户程序。一些微机上配置的操作系统大多数就属这种类型。2. 批处理操作系统在这种操作系统的控制下，计算机系统可以同时接受多个多用户程序，一批批地进行处理。批处理操作系统一般都提供多道程序设计功能，允许多个程序同时装入内存执行。3. 分时操作系统分时操作系统又称多用户操作系统，在这种操作系统的控制下，多个用户可以通过各自的终端同时使用一台计算机。分时操作系统有三个明显的特点：多路性，交互性和独占性。4. 实时操体系统实时操作系统是为实时计算机系统配置的一种操作系统，在这种操作系统的控制下，计算机系统能及时地响应外部事件的请求，在规定的时间内尽快地完成对该事件的处理，并

9、有效地控制所有实时设备和实时任务协调地进行。在设计这类操作系统时，首先要考虑系统的实时性和可靠性，其次才是效率。5. 网络操作系统网络操作系统是为计算机网络配置的操作系统。网络中的各台计算机配置有各自的操作系统，而网络操作系统把它们有机地联系起来，因此，它除了具有常规操作系统所应具备的存贮管理、处理机管理、设备管理、信息管理和作业管理等功能外，还具有以下网络管理功能：高效可靠地网络通信能力以及多种网络服务功能。6. 分布式操作系统 分布式操作系统是为分布式计算机系统配置的操作系统。系统任务可以在系统中任何别的处理机上运行。并提供高度的并行性和有效地同步算法和通信机制，自动实行全系统范围的任务分

10、配并自动调节各处理机的工作负载为用户提供一个方便、友善的用机环境。7. 多处理机操作系统多处理机系统是由多台处理器组成的计算机系统。多处理机系统可分成两大类：基于共享存储的多处理机系统和基于分布存储的多处理机系统。前者称为紧耦合多处理机系统，而后者称为松耦合多处理机系统。多处理机系统也称为并行计算机系统。并行机上使用的操作系统称为并行操作系统。分布式OS的控制策略集中决策 分布决策信息交换 合作分布式OS设计中的关键问题（目标）1 透明性 2 灵活性 3 可靠性4 性能 5 可扩展性分布式操作系统主要特点：1 进程通信不能借助于公共存储器，常采用信息传递方式；2 系统中的资源分布于多个站点，进

11、程调度、资源分配、系统管理必须满足分布式处理要求，采用一致性、强健性 的分布式算法；3 适时地协调各站点的负载；4 故障检测、恢复、系统重构1 分布式系统，首先必须有一个单一的、全局的进程间的通信机制，从而使任何进程都可以和其它进程进行通信。2 不同机器上，进程管理也相同。进程建立、撤消、启动、停止都相同。3文件系统也必须看起来是相同的。同时，每个文件应该是在所有地方都是可见的，当然，这必须遵守保护和安全性约束的限制。需要一个全局的文件系统。4 在系统的所有地方都使用相同的系统调用接口。基于总线的多处理机在CPU和总线之间增加一个高速缓冲存储器（cache memory），如图1-5所示。缓冲

12、存储器保留着最近刚存取过的字。所有的内存访问请求都要经过它。如果请求的字在缓冲存储器中，缓冲存储器就会直接响应CPU，而不产生总线请求。如果缓冲存储器足够大的话，那么成功的可能性，称为命中率，将是很高的。而且每个CPU的总线通信量也会急剧下降，系统中也就能够容纳更多的CPU。通常，缓冲存储器的大小从64K到1M，命中率经常可以达到90%或更高。 Bus 图基于总线的多处理机Cache 的一致性问题；第二章 分布式通信21 消息传递22 组通信23 远程过程调用 RPC单处理机系统中共享存储器分布式系统实现进程间通信注意的问题：1 无共享存储器，不能借助共享变量的方法；2 机器间消息传递的可靠性

13、低于机器内信息传递的可靠性；3 系统内任意两台机器未必直接连接，往往需要中转；4 系统内的各台机器型号可能不同；5 通信的实现与系统结构、通信线路结构、通信介质的物理性能等有密切关系。进程间通信进程间通信的实现方法：可以是低级的，涉及系统调用，或者通过语言级的支持实现进程间通信方法主要有：1 消息传递2 管道3 sockets4 RPC5 供享内存对象之间的通信手段：CORBA， DCOM选择进程间通信方法主要考虑的问题1 程序员对所选方法的熟悉程度2 进程间通信机制的透明性，程序员知道得细节越少，出错得机会也就越少。3 系统所支持的方法4 考虑系统的扩充5 支持进程的迁移，不同文件系统的进程间通信6 通信机制的标准化问题7 通信机制的有效性21 消息传递消息传递，物理上复制要共享的数据到另外一个进程的地址空间。下列情况，一般不常用消息传递1 两进程不共享内存空间2 在不同的系统中5 在同一系统中，每个进程有自己的内存消息通常是用消息包或帧的形式发送的，通过OS提供的基本通信原语。异步型 同步型阻塞原语实现进程不再阻塞，一般有2种方法：1 轮询利用测试原语，测试缓冲区的相关信息（状态），忙等待。2 中断也可以在非阻塞原语种利用。轮询一直不成功，或者一直无中断，这样会无限阻塞下去。要有计时器，缺省的设置，或者程序员控制阻塞send & rece