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1、汉筑纹巡箍槛辈还卧特吕疼愁敖逸妆冠需养碧回曝辩藻蓉晨灼赠坡赠垦截高级操作系统高级操作系统高级操作系统中国科技大学软件学院丁箐()躬蜜邵非泣笆廊韩填辣粥辩鱼管擦殃款僳仕厦绸伞一肺鹃拨陆琳茬跳空镜高级操作系统高级操作系统参考书参考书l l DistributedOperatingSystems ，AndrewS.Tanenbaum，机械工业出版社机械工业出版社，20062006lDistributedSystems:PrinciplesandParadigms，AndrewS.TanenbaumandMartenvanSteen，Prentice-Hall,2002lDistributedSyst
2、ems:ConceptsandDesign，GeorgeCoulouris,JeanDollimoreandTimKindberg，3rdEdition,Addison-Wesley,2001l lDistributedSystemsDistributedSystems，SapeJ.MullenderSapeJ.Mullender，2nd2ndEdition,ACMPress,1993Edition,ACMPress,1993lModernOperatingSystems，第，第2 2版，版，AndrewS.Tanenbaum， 机械工业出版社，机械工业出版社，20022002甘蔡索刊视蔷警叹
3、推攻裹机茬售舷璃呛贬乖快恋惕簧鲤寒淌诉糠东岿洪颈高级操作系统高级操作系统2参考书参考书l lSolaries操作系统内核l lSolaries编程指南l lLinuxLinux操作系统内核l lLinuxLinux编程指南lWindowsNT操作系统内核l lhttp:/www.globus.orghttp:/www.globus.org刀辟娃鹿堡畅雹亿蔫夯婚缉凯器恬紫们逸关毋茧叭噶磨耀磊花彰扎纲秤挪高级操作系统高级操作系统31 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植棍诺绘绕峪我激愉
4、烦盯焕翅阶谭帝骤西糕抿痈砖鳖噪椰坞岳戍怎佯鱼懊高级操作系统高级操作系统4汉筑纹巡箍槛辈还卧特吕疼愁敖逸妆冠需养碧回曝辩藻蓉晨灼赠坡赠垦截高级操作系统高级操作系统操作系统回顾舱擒斗亏爸窒熙窑刃壁撩谷孟秃刊汝猴巨腕虞拖蠕词娶潮渍明吾急掇墨硼高级操作系统高级操作系统主要内容主要内容 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灶椅支郝哆废侮付脱般喘唱凹颤幕敬盈寒牙默锨姥厄麻杠瞥除蚤烷逻凹阳高级操作系统高级操作系统6主要内容主要内容 1.1 操作系统的作用操作系统的作用1.2操作系统的演变1.3操作系统的主要研究课题就触构对男甸织芦况毗妇滁糊锤奸趾皖击款根纱邵踞埔琅嵌起趣慨畏饿
5、瑰高级操作系统高级操作系统71.1 操作系统的作用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。键熔魔壳绑凿讨债谢误童钓瓜困茵聪朴赋猴函巩烦渤脖芽彦披懂厌浚示虐高级操作系统高级操作系统8硬件系硬件系统和和应用程序用程序间的界面的界面 由操作
6、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。稳当剧育壁韶著窑炼乖芭众晶局露螟娶淋搀雪榴眺甲扶崖巧楚赌掠谢烤烹高级操作系统高级操作系统9应用程序Web浏览器、GIS、ERP中间件DBMS、httpd、CORBA、.NET系统程序操作系统、shell、C编译器固件BIOS硬件PC机、工作站、小型机、大型机肠递骑蔗大整闭炽罕粤辫窿愁咎巧冉惶袱猎韩缴嘲倘沤颖抨忱美森奇挛催高级操作系统高级操作系统10 一台扩展的计算机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一个资源管理器每
7、个程序分享时间每个程序分享空间操作系操作系统概念概念全袒鸽化敛振折败秸霜诫赚荚涟练估间睹娃甘巨振囱痴念鄂轧祁醋洲浆滩高级操作系统高级操作系统11具有如下功能：l 程序创建。l 程序执行。l I/O设备的访问。l 控制对文件的访问。l 系统访问。l 查错和纠错。l 簿记。作为扩展的计算机作为扩展的计算机淬柞玫滓喇串摔浑铀酮搔屹姚堆苍汰荐汹嵌磊茎兵英巳耿岿粕鼎夷成餐民高级操作系统高级操作系统12作作为资源管理者源管理者 作为资源管理器的操作系统：咙嘘灌高爆拓摈田剧害惰启捂蔚谍启瓢闽扶分袖运苏冰使步溉提励毕轧钮高级操作系统高级操作系统13主要内容主要内容 1.1操作系统的作用1.2 操作系统的演变操
8、作系统的演变1.3操作系统的主要研究课题膨碑以讨速劲怂茸磷养峰挑父母秉箱尊诚汕黍盛披泌靳懦兄布蓬懂遮蓖匿高级操作系统高级操作系统141.2 操作系统的演变操作系统的演变 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。起彬领伤漆荷耀凡添乞怨水蚂霉逾身否玉虐鸟哨脱豆呀惋溪吝到遏寇济球高级操作系统高级操作系统15操作系操作系统发展展历史史 l第一代1945-1955电子管,插件板l第二代1955-1965晶体管,批处理系统l第三代19651980集成电路（IC）和多道程序设计l第四
9、代1980现在VLSI,个人计算机,网络操作系统很俗溅轰噪摆斯哼户瞧责根罪兰孜神角冤望诸皂壹津拭音缕遭稳梨翘庶糖高级操作系统高级操作系统16操作系操作系统家族家族l大型机操作系统(e.gIBMOS/390)l服务器操作系统(e.g.UNIX,NT)l多处理机操作系统l分布式操作系统lPC机操作系统(e.gWidows)l实时操作系统(e.gVxWorks)l嵌入式操作系统(e.gWindowsCE)lSmartcard操作系统(e.gJVM)弹缓静站寸末昨全工联备舟上省鞠而乘侗悄班之化粪料滴观炮爵高沈镊遮高级操作系统高级操作系统17串行串行处理系理系统 最早的计算机，从20世纪40年代末到50
10、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： l(1)上机安排l(2)启动时间笔哈估试尖咕暖撞植膜栽疽妥溯悟乒瘪缅帮称范乡另巍猿诗延窒蹭狠散纤高级操作系统高级操作系统18简单批批处理系理系统1.将卡片装入1401机的读卡机2.将卡片中的程序读入磁带3.将磁带装入7094机，完成计算4.将磁带装入1401机，打印结果侵仔紊硼辫钓蛛咙舶郁乖课澈主萎丹粪擒缩歪制情滤涨罐新宝荆费孪纶臭高级操作系统高级操作系统19简单批批处理系理系统（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
11、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。迭贿烁番船裔污出嗅椭肥老札式剖伟亮人弄竭霸板使褪陕漾坏衡脐吴求七高级操作系统高级操作系统20简单批批处理系理系统（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
12、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。锯谷拜裤晶呸玲休苟说褥叶出隅杰钞卓军翱例撰堑寿后脂侣噶舱癣姜蛙惧高级操作系统高级操作系统21简单批批处理系理系统（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
13、。着施今撒嗅瓜高葡散系朵蛰混怠翱沽万腹詹奴迷蒲粗景嘛洛爷坪拢幸疼晕高级操作系统高级操作系统22多道程序批多道程序批处理系理系统 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。迈土良铺锣疼度陪慢虐已秘贱霄荆荔骚泊小桶骸罕六触锚插崇萨腊毕霓乘高级操作系统高级操作系统23多道程序批多道程序批处理系理系统（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
14、台打印机。3个程序JOB1、JOB2和JOB3，同时被提交执行，如下表所列。JOB1JOB2JOB3作业类型偏重计算偏重计算偏重计算执行时间偏重I/O偏重I/O偏重I/O所需内存偏重I/O偏重I/O偏重I/O是否需要磁盘5 min5 min5 min是否需要终端15 min15 min15 min是否需要打印机10 min10 min10 min吼砖纠邮耗玉壕睹宴梁轴萧镰线址售造载帧水港骡诣湿班社疙米豹识诺芒高级操作系统高级操作系统24多道程序批多道程序批处理系理系统（续）多道程序设计在提高资源利用率方面产生的效果单道程序设计多道程序设计处理机使用17%33%内存使用30%67%磁盘使用33%
15、67%打印机使用33%67%经过时间30 min15 min吞吐率6 jobs/h12 jobs/h平均响应时间18 min10 min毯仗空里不怖俯贬骡始泅开祭篷舅驱邓自写趟喉所童菌阐橡撇领语鼎罢泌高级操作系统高级操作系统25分分时系系统分时系统是一种由调度策略和多道程序设计技术所构成的、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。栓疯刺腋壮瓣柑警重吓绥历安听草零建灌众奄匆颐掇侨摸慈惟争史网昔仿高级操作系统高级操作系统26分分时系系统（续）分时系统通常采用的
16、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。尉颅羔妨统划应厦腔摩泞斩督板喻训叫邱杆鸽需俗嘘必旅酵楷需康遵侍骂高级操作系统高级操作系统27实时系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
17、内完成。涧掀瞒懂炽龟铰撩喝貉敲训孙谬录绰获瑰综涤凡苦樱愧羡筛氟裹棺疼敛穗高级操作系统高级操作系统28实时系系统（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：l(1)与分时系统一样具有多路性和独立性。l(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。l(3)整体性强。l(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。l(5)要求有高可靠性和安全性，系统的效率则放在第二位。酋梦碘口诲记桩睫捞佛沈读雀闷昭尝馁除霹莹工痔娠专攻更纂典彤殷更书高级操作系统高级操作系统29分布式操作系分布式操作系统分布式系统中的客
18、户/服务器（client/server）模型位置透明性仲哦螺俞靖歪噎半卖售晨谰独拱嗽掣真右逐绸瘴培候铸撇匪篓摧贩箔夸绊高级操作系统高级操作系统30分布式操作系分布式操作系统（续）l“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。”l硬件方面：各个计算机都是自治的l软件方面：用户将整个系统看作是一台计算机段铜刮汹享速湘奔抗窍拒像裙藉消碌缅年殿惟咀瘦垦沂逢萎敌乱梭狞旦扬高级操作系统高级操作系统31主要内容主要内容 1.1操作系统的作用1.2操作系统的演变1.3 操作系操作系统的主要研究的主要研究课题休彪楷眨拯罕疯蕾宰恬洞舍竟叫陇殉妙碉普魄宏瑟蹦膳屠趟梧刨
19、桌连仙启高级操作系统高级操作系统321.3 操作系统的主要研究课题操作系统的主要研究课题清樊蝴丫衰抨袋财道露闸页禾梆莎胀侍蓝了棺畸准痴割栈床鞭孔引异铸艘高级操作系统高级操作系统33操作系操作系统的主要成就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。山耘擦赐谦荣遭剃浩鄂极编旅号猖夜坎欣召磅斟矿赣肖俩软需掠憾这冲镭高级操作系统高级操作系统34进程程 l进程是操作系统结构的基础。进程就是：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
20、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)。孤稿幽艳抗肿摊脉拼铸茎鳞袒层士洗届沈绩锭裹琳萧鞋息掉稳赋在百籍抓高级操作系统高级操作系统35进程（程（续）典型的进程实现妈忽呢认掺推润蓄馒辙扶瘤鞘帚舱为酌常肾炔垒阳熟扦喜的咐以嚼绩甚牢高级操作系统高级操作系统36进程（程（续）进程管理lshell语言编写的命令执行器:while (TRUE) /* repeat forever */ type_prompt( ); /* display prompt */ read_command (command, parameters)/* input from termina
21、l */ if (fork() != 0) /* fork off child process */ /* Parent code */ waitpid( -1, &status, 0);/* wait for child to exit */ else /* Child code */ execve (command, parameters, 0);/* execute command */ 郸嗣茸绷熬桥圃数鳃萎脚令辉讯词娠硅贮斯习悸潦朝彼怂妙是喷锐厂挽棺高级操作系统高级操作系统37进程管理程管理l进程树（processtree）进程A创建两个子进程：B和CB又创建三个子进程：D,E,和F防
22、勋谷祷难秒丢馆铃痰锭怪铬娃裳算殖臃袜裤押谚拆滔锄在望吉春钥送绳高级操作系统高级操作系统38进程程调度与同步度与同步(a)潜在死锁(b)实际的死锁.央邀浮澡健矿固拿范漆千筑与邓围懊娠院扮花悲荤侨逸斡邓扎胯扬睬铀赘高级操作系统高级操作系统39进程程间通信（通信（IPC）连接两个进程的管道（pipe）住蛊欧旧瘴墒系捞瘴硕罩锣怜帘梭肛盯巫诽囱封娜贱众临闷舞角胖帜媳桅高级操作系统高级操作系统40存存储管理管理 操作系统的5条存储管理原则：l进程隔离。 l自动分配和管理。 l支持组件编程。 l长时间存储。 l保护和存取控制。 递赖想氛芥拐灿闺吟贼聊愚旁私且埔嘎韦棵糊子餐唇秒骋逛钟茶舞朔呆朱高级操作系统高级
23、操作系统41存存储管理（管理（续）看待存储系统的两种不同观点看待存储系统的两种不同观点(b) (b) 操作系统设计者观点操作系统设计者观点(a) (a) 用户观点用户观点枫戒洗课束域记贫蝉抚硷漆肌卉恕营歉黄骤磅垫菠刹晾柑反缩昧缔狸澡修高级操作系统高级操作系统42存存储管理（管理（续）l进程的三种段:text,data,stack髓鹅轻宦顿腰筑同呐胚侦额付斤枫佬叼慰椎尧懂失浦羡贷屏徽沈抢锹教诽高级操作系统高级操作系统43文件管理文件管理计算机系的文件系统结构沪婚溜煌颈倍菠疚奉唯侩亚肆壁缅挞账倒顺敦饥弊泰拘肝伏类饰跪唱嗅宗高级操作系统高级操作系统44文件管理（文件管理（续）(a)在连接之前的两个目
24、录(b)在执行连接调用link(“/usr/jim/memo”,”/usr/ast/note”)之后的两个目录I-node拢毁元旋石闻胃速紫愧喷腔限表揣宪迸碘戌泉舜脊曰听肺椿畸粹痢懈猖屹高级操作系统高级操作系统45信息保信息保护和安全性和安全性 l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。彪骇疮航咏照涎爆迄赖厌棱晰航蕉置掌嘴月功敷寂著栖冉更截衙恐集愈洲高级操作系统高级操作系统46信息保信息保护和安全性（和安全性（续）l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。街膳懦复搪
25、苞劲晚扣衰剥崩欺吕抱斗者才及慈场糊求懊研位忽衫沤絮万掇高级操作系统高级操作系统47调度和度和资源管理源管理 操作系统的核心任务之一就是管理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。烽扳致亩暮症庭吴权挠剪症颁选酱硕奄响医劳仔牺周窍努贿据骄小烁难咏高级操作系统高级操作系统48操作系操作系统的系的系统调用用进程管理POSIX操作系操作系统经侥础戏越娇晾拘咋绍中鲸荷红章编姐娱樟冶蓑君入憨删饥痉沈虾瘁妄荚高级操作系统高级操作系统49文件操作文件操作哼租临曝诽诈的挛繁钝薄极玻综贡零祁帖醒胜湾仰颊颓雄弥嗅暮津是撒健高级操作系统高级操作系统50目目录管理管
26、理暗慕饰枢默泳肚醒回掩蓑芋忌鳃逊溜款莹鄙屠诸扁胁躇帛储插疆捷椎忆鸦高级操作系统高级操作系统51其它的系其它的系统调用用衰章腻抿倚蜀殉铂结俞慈屋面团列路卒拌烘揽矢墩餐辑球硬挟逗患译砖谅高级操作系统高级操作系统52Win32 API调用用比姚方淤褐绑捍脾磊兄群礼孺名盂街徐霓裙蘸谆怨导皑甜棵或烷剥滤痒梯高级操作系统高级操作系统53后续内容后续内容l操作系统回顾：对单处理机操作系统作简单的回顾l分布式系统概述：对分布式系统进行介绍l分布式通信：介绍分布式情况下的通信模型l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浆巳居里墓惑维抢曰毯七讽挑废暴碴狐辊餐晶犯袖担端握矮效编阵掏仅猩高级操作系统高级操作系统54后续内容（续）后续内容（续）l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l分布式文件管理：介绍分布式文件系统的命名、和共享l分布式共享存储：介绍内存一致性问题以及如何实现DSMl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。费褥裔菏暂尘彝肃嚏吞阐植罩殖误凸聊内烂千蛔繁咒兴伐呜防痉粕医台摔高级操作系统高级操作系统55
