华东交通大学操作系统课件第一章.ppt

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1、第一章 操作系统引论 第一章第一章 操作系统引论操作系统引论1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程 1.3 1.3 操作系统的基本特性操作系统的基本特性 1.4 1.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能 1.5 1.5 操作系统的结构设计操作系统的结构设计第一章 操作系统引论 计算机系统结构计算机系统结构 一、计算机系统组成一、计算机系统组成n 中央处理机（中央处理机（CPU）n 内存内存 n I/O设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）n 外部设备外部设备 存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁

2、带）存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）n 其它设备（其它设备（MODEM、通信口）通信口）n 系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统）系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统）n 应用软件应用软件 （CAD、MIS、用户自己开发的系统等）用户自己开发的系统等）n 工具软件（软、硬件检测疹断程序）工具软件（软、硬件检测疹断程序）第一章 操作系统引论 n 硬件是计算机系统的基础，硬件是计算机系统的基础，n 软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计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，算机的程序，n 它们二者相互依赖、相互促进它们二者相互依赖、相互促进 、 共同发展。共同

3、发展。n 裸机（硬件）是僵尸，软件是灵魂裸机（硬件）是僵尸，软件是灵魂裸机（硬件）是僵尸，软件是灵魂裸机（硬件）是僵尸，软件是灵魂. .计算机系统结构计算机系统结构 二、软件与硬件的关系二、软件与硬件的关系第一章 操作系统引论 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用1.1.1 操作系统的目标操作系统的目标 目目前前存存在在着着多多种种类类型型的的OS，不不同同类类型型的的OS，其其目目标标各各有有所所侧侧重重。通通常常在在计计算算机机硬硬件件上上配配置置的的OS，其目标有以下几点：其目标有以下几点： 1. 方便性方便性 2. 有效性有效性 3. 可扩充性可扩充性 4. 开放性开放性

4、:人们可以通过自己编写软件来扩充人们可以通过自己编写软件来扩充系统的功能，实现复杂的计算，系统的功能，实现复杂的计算， 第一章 操作系统引论 操作系统概念操作系统概念 操作系统定义操作系统定义n1 1、科普的观点科普的观点 操作系统是计算机系统的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，使之调度策略组织和管理计算机系统资源，使之能高效地运行。能高效地运行。n 第一章 操作系统引论 操作系统概念操作系统概念 操作系统定义操作系统定义n2 2、 操作系统是一个大型的程序系统，它操作系统是一个大型的程序系统，它

5、负责计算机的全部软、硬件资源的分配、负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，实现信调度工作，控制并协调并发活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。操作系统使整个户获得良好的工作环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化计算机系统实现了高效率和高度自动化。第一章 操作系统引论 n目前流行的操作系统：目前流行的操作系统：nDOSDOSnUNIX LINUXUNIX LINUX MINIX MINIXnWINDOWS WINDOWS NT NT WINDOWS WINDOWS 2000/2003/

6、2007 2000/2003/2007 /XP/XPn并行并行UNIXUNIX等等 第一章 操作系统引论 1.1.2 操作系统的作用操作系统的作用 1. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之间的接口 用用户户通通过过OS来来使使用用计计算算机机系系统统，能能够够方方便便、快快捷捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。安全、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。 注意，注意，OS是一个系统软件，这种接口是是一个系统软件，这种接口是软件接口。软件接口。 第一章 操作系统引论 图图 1-1 OS作为接口的示意图作为接口的示意图 第一章 操作系统引论 (1) 命命令

7、令方方式式。由由OS提提供供一一组组联联机机命命令令(语语言言)， 用用户户可可通通过过键键盘盘输输入入有有关关命命令令，来来直直接接操操纵纵计算机系统。计算机系统。 (2) 系系统统调调用用方方式式。OS提提供供了了一一组组系系统统调调用用，用用户户可可在在自自己己的的应应用用程程序序中中通通过过相相应应的的系系统统调调用用，来操纵计算机。来操纵计算机。 (3) 图图形形、窗窗口口方方式式。用用户户通通过过屏屏幕幕上上的的窗窗口口和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序。 第一章 操作系统引论 2. 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

8、 资资源源分分为为四四类类：处处理理器器(处处理理器器:是是解解释释并并执执行行指指令令的的功功能能部部件件 )、存存储储器器、 I/O设设备备以以及及信信息息(数数据据和和程程序序)。相相应应地地，OS的的主主要要功功能能也也正正是是针针对对这这四四类类资资源进行有效的管理源进行有效的管理:处理机管理，处理机管理， 用于分配和控制处理机；用于分配和控制处理机；存储器管理，主要负责内存的分配与回收；存储器管理，主要负责内存的分配与回收；I/O设备管理，负责设备管理，负责I/O设备的分配与操纵；设备的分配与操纵；文件管理，负责文件的存取、共享和保护。文件管理，负责文件的存取、共享和保护。 第一章

9、 操作系统引论 3. OS用作扩充机器用作扩充机器在在裸裸机机上上覆覆盖盖上上一一层层I/O设设备备管管理理软软件件，用用户户来来进进行行数据输入和打印输出。数据输入和打印输出。再再覆覆盖盖一一层层文文件件管管理理软软件件，则则用用户户可可来来进进行行文文件件的的存取。存取。再再覆覆盖盖一一层层面面向向用用户户的的窗窗口口软软件件，则则用用户户便便可可在在窗窗口环境下方便地使用计算机。口环境下方便地使用计算机。通常把覆盖了软件的机器称为通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚机器扩充机器或虚机器。第一章 操作系统引论 一、操作系统作为虚拟机第一章 操作系统引论 1.1.3 推动操作系统发展的主要

10、动力推动操作系统发展的主要动力 1.不断提高计算机资源利用率不断提高计算机资源利用率 2.2. 方便用户方便用户 3.3. 器件的不断更新换代器件的不断更新换代 4.4. 计算机体系结构的不断发计算机体系结构的不断发展展 第一章 操作系统引论 1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程 1.2.1 1.2.1 无操作系统的计算机系统无操作系统的计算机系统 1. 人工操作方式人工操作方式程程序序员员将将事事先先已已穿穿孔孔的的纸纸带带(或或卡卡片片)装装入入纸纸带带输输入入机机，再再启启动动它它们们将将程程序序和和数数据据输输入入计计算算机机，然然后后启启动动计计算算机机运运行行。当当

11、程程序序运运行行完完毕毕并并取取走走计计算算结结果果后后，才让下一个用户上机。才让下一个用户上机。这种人工操作方式有以下两方面的缺点：这种人工操作方式有以下两方面的缺点： (1) 用户独占全机。用户独占全机。 (2) CPU等待人工操作。等待人工操作。 第一章 操作系统引论 n 在在手手工工阶阶段段用用户户在在计计算算机机上上算算题题的的所所有有工工作作都都要要用用户户人人工工干干预预，如如程程序序的的装装入入、运运行行、结果的输出等。结果的输出等。n 随随着着计计算算机机速速度度的的加加快快，人人机机矛矛盾盾越越来来越越大，大，直至无法容忍。必须寻求新的办法直至无法容忍。必须寻求新的办法。n

12、例如：例如：n 上上机机操操作作要要1 分分钟钟 ，运运行行时时间间20分分钟钟（10万万 次次/sec）n 上上机机操操作作要要 1分分钟钟 ，运运行行时时间间0.2分分钟钟（1000万次万次/sec）第一章 操作系统引论 2. 脱机输入脱机输入/输出输出(Off-Line I/O)方式方式 这种脱机这种脱机I/O方式的主要优点如下：方式的主要优点如下：(1)减少了减少了CPU的空闲时间。的空闲时间。 (2)(2) 提高提高I/O速度。速度。 图图 1-2 脱脱机机I/O示示意意图图第一章 操作系统引论 批处理n批批处处理理是是指指系系统统中中有有一一个个监监控控程程序序，它它负负责责完完成

13、成用用户户程程序序的的调调入入、启启动动运运行行、输输出出运运行行结结果果等工作。等工作。n（1） 联机批处理联机批处理n（2） 脱机批处理脱机批处理n（3） 执行系统执行系统第一章 操作系统引论 执行系统 n执行系统执行系统：n执行系统不仅负责调度作业自动地运行，执行系统不仅负责调度作业自动地运行，而且还要控制而且还要控制I/O。n虽然批处理系统能调度作业自动地运行，虽然批处理系统能调度作业自动地运行，n但存在如下缺点：但存在如下缺点：n 系统没有任何保护自己的措施；系统没有任何保护自己的措施；n 程序进入死循环必须要程序员干预。程序进入死循环必须要程序员干预。第一章 操作系统引论 1.2.

14、2 1.2.2 单道批处理系统单道批处理系统 1. 单道批处理系统单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程的处理过程 图图 1-3 单道批处理系统的处理流程单道批处理系统的处理流程 第一章 操作系统引论 2. 单道批处理系统的特征单道批处理系统的特征 (1) 自动性。自动性。 (2) 顺序性。顺序性。 (3) 单道性。单道性。 第一章 操作系统引论 多道程序设计技术和多道成批系统n60年代计算机硬件获得两个重大的进展：年代计算机硬件获得两个重大的进展：n 通道技术通道技术和和中断技术中断技术n通道通道: n是一种专用部件，负责外部设备与内存之间信

15、是一种专用部件，负责外部设备与内存之间信息的传输。息的传输。n中断：中断：n指主机接到外界的信号（来自指主机接到外界的信号（来自CPU外部或内部）外部或内部）时，立即中止原来的工作，转去处理这一外来时，立即中止原来的工作，转去处理这一外来事件，处理完后，主机又回到原来工作点继续事件，处理完后，主机又回到原来工作点继续工作。工作。第一章 操作系统引论 1.2.3 1.2.3 多道批处理系统多道批处理系统 1. 1. 多道程序设计的基本概念多道程序设计的基本概念 在在该该系系统统中中， 用用户户所所提提交交的的作作业业都都先先存存放放在在外外存存上上并并排排成成一一个个队队列列，称称为为“后后备备

16、队队列列”；然然后后，由由作作业业调调度度程程序序按按一一定定的的算算法法从从后后备备队队列列中中选选择择若若干干个个作作业业调调入入内内存存，使使它它们们共共享享CPU和和系系统中的各种资源。统中的各种资源。第一章 操作系统引论 n多道程序设计技术多道程序设计技术n定义定义 n 多道程序设计技术是在计算机内存中多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。管理程序的控制下相互穿插地运行。n特征特征: :n多道多道 宏观上并行宏观上并行 微观上串行微观上串行 第一章 操作系统引论 在在OS中中引引入入多多道道

17、程程序序设设计计技技术术可可带带来来以以下好处：下好处：(1)提高提高CPU的利用率。的利用率。(2)可提高内存和可提高内存和I/O设备利用率设备利用率.(3)增加系统吞吐量。增加系统吞吐量。 第一章 操作系统引论 图图 1-4 单道和多道程序运行情况单道和多道程序运行情况 第一章 操作系统引论 2. 多道批处理系统的特征多道批处理系统的特征 (1)多道性。多道性。 (2)(2) 无序性。无序性。 (3)(3) 调度性。调度性。 第一章 操作系统引论 3. 多道批处理系统的优缺点多道批处理系统的优缺点 (1)资源利用率高。资源利用率高。 (2)(2) 系统吞吐量大。系统吞吐量大。 (3)(3)

18、 平均周转时间长。平均周转时间长。 (4)(4) 无交互能力。无交互能力。 第一章 操作系统引论 n多道成批系统多道成批系统n 在在批批处处理理系系统统中中采采用用多多道道程程序序设设计计技技术术，就形成了就形成了 批量操作系统。批量操作系统。n 该该系系统统把把用用户户提提交交的的作作业业成成批批地地送送入入计计算算机机内内存存，然然后后由由作作业业调调度度程程序序自自动动地地选选择作业运行。择作业运行。n优优点点：缩缩短短作作业业之之间间的的交交接接时时间间，减减少少处处理理机的空闲等待时间，提高系统的吞吐量。机的空闲等待时间，提高系统的吞吐量。n缺缺点点：用用户户响响应应时时间间较较长长

19、。用用户户既既不不能能了了解解自己程序的运行情况，也不能控制计算机。自己程序的运行情况，也不能控制计算机。第一章 操作系统引论 4. 多道批处理系统需要解决的问题多道批处理系统需要解决的问题 (1)处理机管理问题。处理机管理问题。 (2)(2) 内存管理问题。内存管理问题。 (3)(3) I/O设备管理问题。设备管理问题。 (4)(4) 文件管理问题。文件管理问题。 (5)(5) 作业管理问题。作业管理问题。 第一章 操作系统引论 1.2.4 分时系统分时系统 1. 分时系统分时系统(Time-Sharing System)的产生的产生 分时计算机系统：分时计算机系统：由于中断技术的使用，使得

20、一台由于中断技术的使用，使得一台计算机能连接多个用户终端，用户可通过各自的终计算机能连接多个用户终端，用户可通过各自的终端使用和控制计算机，我们把一台计算机连接多个端使用和控制计算机，我们把一台计算机连接多个终端的计算机系统称为分时计算机系统，或称分时终端的计算机系统称为分时计算机系统，或称分时系统。系统。分时技术分时技术：把处理机的响应时间分成若于个大小相把处理机的响应时间分成若于个大小相等（或不等（或不相等）的时间单位，称为时间片（如相等）的时间单位，称为时间片（如100毫毫秒），每个终端用户获得秒），每个终端用户获得CPU，就等于获得一个时，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运行，当时

21、间片到（用完），间片，该用户程序开始运行，当时间片到（用完），用户程序暂停运行，等待下一次运行。例如：我们用户程序暂停运行，等待下一次运行。例如：我们上课。上课。第一章 操作系统引论 分时系统是指，多个用户通过自己的终端，分时系统是指，多个用户通过自己的终端，共享一台主机中的资源。共享一台主机中的资源。 它与多道批处理系统之间，有着截然不它与多道批处理系统之间，有着截然不同的性能差别。用户的需求具体表现在以下同的性能差别。用户的需求具体表现在以下几个方面：几个方面： (1) 人人机交互。机交互。 (2) 共享主机。共享主机。 (3) 便于用户上机。便于用户上机。 第一章 操作系统引论 分时分时

22、 操作系统操作系统(Time Sharing OS)第一章 操作系统引论 4. 分时系统分时系统n二、分时操作系统二、分时操作系统n 分分时时操操作作系系统统利利用用分分时时技技术术实实现现多多道道程程序序设设计计的的一一种种操操作作系系统统，它它一一般般采采用用时时间间片片轮轮转转的的办办法法，使使一一台台计计算算机机同同时时为为多多个个终终端端用用户户服服务务，对对每每个个用用户户都都能能保保证证足足够够快的响应时间，并提供交互会话功能。快的响应时间，并提供交互会话功能。第一章 操作系统引论 2. 分时系统实现中的关键问题分时系统实现中的关键问题 为为实实现现分分时时系系统统，其其中中，最

23、最关关键键的的问问题题是如何使用户能与自己的作业进行交互是如何使用户能与自己的作业进行交互.(1) 及时接收。及时接收。 (2) 及时处理。及时处理。 第一章 操作系统引论 3. 分时系统的特征分时系统的特征 (1)多路性多路性:即众多联机用户可以同时使用同一台即众多联机用户可以同时使用同一台计算机；计算机；(2) 独立性或独占性独立性或独占性:各终端用户感觉到自己独占各终端用户感觉到自己独占了计算机；了计算机；(3)(3) 及时性。及时性。 (4)(4) 交互性交互性:用户与计算机之间可进行用户与计算机之间可进行“会话会话”。 第一章 操作系统引论 1.2.5 实时系统实时系统 n早早期期计

24、计算算机机系系统统是是用用于于科科学学与与工工程程的的数数值值计计算算，如如第第一一台台计计算算机机（19441944年年）产产生生的的原原因因就就是是解解决决大大口口径径火火炮炮设设计计中中的的计计算算问问题题：弹弹道道轨轨迹迹、弹弹着着点点和和材材料料的的各各种种应应力力分分布布的的计计算算。还还有有原原子子弹弹设设计计和和实实验验中中大大量量的的计计算算问问题题，用用当当时时的的计计算算工工具具已经解决不了。已经解决不了。n到到了了6060年年代代初初，计计算算机机开开始始应应用用到到生生产产过过程程控控制制、工工业业控控制制、防防空空系系统统、信信息息处处理理等等，在在这这些些应应用用

25、中中不不但但要要解解决决计计算算间间题题，还还要要求求在在规规定定的的时时间间内内完完成成计计算算，即即实实时时处处理理。在在实实时时处处理理中中的的一一个个核核心的问题就是响应时间问题心的问题就是响应时间问题。第一章 操作系统引论 n响应时间：响应时间：n指指用用户户发发出出命命令令，到到系系统统完完成成用用户户命命令令所所需需的时间的时间。n批处理操作系统批处理操作系统 没有没有n分时操作系统分时操作系统 秒级秒级(一般情况）一般情况）n实实时时操操作作系系统统 微微秒秒级级 甚甚至至更更小小（经经典典说法）说法） 系统满足用户时限（系统满足用户时限（deadline)n 的要求的要求 (

26、现代）现代）第一章 操作系统引论 n实时操作系统实时操作系统：n 实实时时操操作作系系统统是是又又一一种种类类型型的的操操作作系系统统，对对外外部部的的请请求求，实实时时操操作作系系统统能能够够在在规规定定的的时时间间内内处处理完毕。理完毕。n实时实时：n 指指计计算算机机对对于于用用户户请请求求能能足足够够快快地地进进行行处处理理，并做出反映。要求毫秒、微秒级。并做出反映。要求毫秒、微秒级。n实时操作系统的应用实时操作系统的应用：n实时控制：实时控制： 工业过程控制、防空系统等工业过程控制、防空系统等n实实时时信信息息处处理理：情情报报检检索索和和查查询询、飞飞机机订订票票系系统统、银行信用

27、卡系统。银行信用卡系统。第一章 操作系统引论 n实时操作系统特点：实时操作系统特点：n1、系系统统对对外外部部的的信信号号必必须须能能及及时时响响应应，(在规定的时间内（在规定的时间内（deadline）；）；n2、要要求求高高可可靠靠性性和和安安全全性性，效效率率则则放放在第二位；在第二位；n3、系统整体性强；、系统整体性强；n4、不要求很强的、不要求很强的“会话会话”能力。能力。第一章 操作系统引论 2. 实时任务实时任务 1) 按任务执行时是否呈现周期性来划分按任务执行时是否呈现周期性来划分(1)周期性实时任务。周期性实时任务。 (2)(2) 非周期性实时任务。非周期性实时任务。 外外部

28、部设设备备所所发发出出的的激激励励信信号号并并无无明明显显的的周周期期性性，但但都都必必须须联联系系着着一一个个截截止止时时间间(Deadline)。它又可分为它又可分为: 开开始始截截止止时时间间任任务务在在某某时时间间以以前前必必须须开开始始执行执行 完成截止时间完成截止时间任务在某时间以前必须完成任务在某时间以前必须完成第一章 操作系统引论 2) 根据对截止时间的要求来划分根据对截止时间的要求来划分 (1) 硬硬实实时时任任务务(hard real-time task)。系系统统必必须须满满足足任任务务对对截截止止时时间间的的要要求求，否否则则可可能能出现难以预测的结果。出现难以预测的结

29、果。 (2) 软软实实时时任任务务(Soft real-time task)。它它也也联联系系着着一一个个截截止止时时间间， 但但并并不不严严格格，若若偶偶尔尔错错过过了了任任务务的的截截止止时时间间， 对对系系统统产产生生的的影影响响也也不会太大。不会太大。 第一章 操作系统引论 3. 实时系统与分时系统特征的比较实时系统与分时系统特征的比较 (1)多路性。多路性。 (2)(2) 独立性。独立性。 (3)(3) 及时性。及时性。 (4)(4) 交互性。交互性。 (5)(5) 可靠性。可靠性。 第一章 操作系统引论 1.3 操作系统的基本特性操作系统的基本特性 操作系统的特性操作系统的特性：并

30、发并发concurrency（parallel) 共享共享 不确定性不确定性第一章 操作系统引论 1.3.1 并发并发(Concurrence) 并行性并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；是指两个或多个事件在同一时刻发生； 并并发发性性是是指指能能处处理理多多个个同同时时性性活活动动的的能能力力。如如CPU与与I/O设设备备同同时时工工作作、显显示示器器与与打打印印机机同同时时工工作作、鼠鼠标标与与扬扬声声器器同同时时工工作作可可以以并并发发执执行行的的程程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行。序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行。第一章 操作系统引论 并发性并发性是指两个或多个事

31、件在同一时间间隔内发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。微观上这些程序只能是分时地交替执行。 倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可实现并行执行

32、，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可同时执行。并发执行的程序，这样，多个程序便可同时执行。 第一章 操作系统引论 1.3.2 共享共享(Sharing) 在在操操作作系系统统环环境境下下，所所谓谓共共享享是是指指系系统统中中的的资资源源可可供供内内存存中中多多个个并并发发执执行行的的进进程程(线线程程)共共同同使使用用。由由于于资资源源属属性性的的不不同同，进进程程对对资资源源共共享享的的方方式式也也不不同同，目目前前主主要要有有以以下下两两种种资资源源共共享方式。享方式。第一章 操作系统引论 1. 互斥共享方式互斥共享方式 系系统统中中的的某某些些资资源源，如如打

33、打印印机机、磁磁带带机机的的资资源源共共享享方方式式称称为为互互斥斥式式共共享享即即资资源源分分配配后后到到释释放放前前，不能被其他进程所用。不能被其他进程所用。而而在在一一段段时时间间内内只只允允许许一一个个进进程程访访问问的的资资源源称称为为临界资源临界资源或独占资源。或独占资源。 计计算算机机系系统统中中的的大大多多数数物物理理设设备备，以以及及某某些些软软件件中中所所用用的的栈栈、变变量量和和表表格格，都都属属于于临临界界资资源源，它它们要求被互斥地共享。们要求被互斥地共享。 第一章 操作系统引论 2. 同时访问方式同时访问方式 系系统统中中还还有有另另一一类类资资源源，允允许许在在一

34、一段段时时间间内内由由多多个个进进程程“同同时时”对对它它们们进进行行访访问问。这这里里所所谓谓的的“同同时时”往往往往是是宏宏观观上上的的，而而在在微微观观上上，这这些些进进程程可可能是交替地对该资源进行访问。能是交替地对该资源进行访问。 第一章 操作系统引论 并并发发和和共共享享是是操操作作系系统统的的两两个个最最基基本本的的特特征，它们又是互为存在的条件。征，它们又是互为存在的条件。 一一方方面面，资资源源共共享享是是以以程程序序(进进程程)的的并并发发执执行行为为条条件件的的，若若系系统统不不允允许许程程序序并并发发执执行行，自然不存在资源共享问题；自然不存在资源共享问题； 另另一一方

35、方面面，若若系系统统不不能能对对资资源源共共享享实实施施有有效效管管理理，也也必必然然影影响响到到程程序序并并发发执执行行的的程程度度，甚至根本无法并发执行。甚至根本无法并发执行。 第一章 操作系统引论 1.3.3 虚拟虚拟(Virtual) 操操作作系系统统中中的的所所谓谓“虚虚拟拟”，是是指指通通过过某某种种技技术术把把一一个个物物理理实实体体变变为为若若干干个个逻逻辑辑上上的的对对应应物物。物物理理实实体体(前前者者)是是实实的的，即即实实际际存存在在的的；而而后后者者是是虚虚的的，是是用用户户感感觉觉上上的的东东西西。用用于于实实现现虚虚拟拟的的技技术术，称称为为虚虚拟拟技术。技术。

36、在在OS中中利利用用了了多多种种虚虚拟拟技技术术，分分别别用用来来实实现现虚虚拟拟处理机、虚拟内存、处理机、虚拟内存、 虚拟外部设备和虚拟信道等。虚拟外部设备和虚拟信道等。第一章 操作系统引论 n虚拟虚拟(virtual)n 一个物理实体映射为若干个对应的逻辑一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体分时或分空间。实体分时或分空间。n 虚拟是操作系统管理系统资源的重要手虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率。段，可提高资源利用率。 n CPU每个用户（进程）的每个用户（进程）的虚处理机虚处理机 n存储器每个进程都占有的地址空间（指存储器每个进程都占有的地址空间（指令数据堆栈）令数据

37、堆栈）n 显示设备多窗口或虚拟终端显示设备多窗口或虚拟终端第一章 操作系统引论 1.3.4 异步性异步性(Asynchronism) 指进程的执行顺序和执行时间的不确定性指进程的执行顺序和执行时间的不确定性 在在多多道道程程序序环环境境下下，允允许许多多个个进进程程并并发发执执行行， 但但只只有有进进程程在在获获得得所所需需的的资资源源后后方方能能执执行行。在在单单处处理理机机环环境境下下，由由于于系系统统中中只只有有一一个个处处理理机机，因因而而每每次次只只允允许许一一个个进进程程执执行行，其其余余进进程程只只能能等等待待。因因此此进进程程的的执执行行通通常常都都不不是是“一一气气呵成呵成”

38、，而是以，而是以“停停停停走走走走”的方式运行。的方式运行。 第一章 操作系统引论 或或者者说说，进进程程是是以以人人们们不不可可预预知知的的速速度向前推进，此即进程的异步性。度向前推进，此即进程的异步性。 尽尽管管如如此此，但但只只要要运运行行环环境境相相同同，作作业业经经多多次次运运行行，都都会会获获得得完完全全相相同同的的结结果果。因因此此，异异步步运运行行方方式式是是允允许许的的，是是操操作作系系统的一个重要特征。统的一个重要特征。 第一章 操作系统引论 n不确定性：不确定性：n 从从用用户户运运行行程程序序的的要要求求的的角角度度看看，操操作作系系统统必必须须是是确确定定的的，即即用

39、用户户给给定定一一个个程程序序和和相相应应的的初初始始数数据据，无无论论在在什什么么时时候候，在在什什么么计计算算机机系系统上运行，产生的结果都应是相同的。统上运行，产生的结果都应是相同的。第一章 操作系统引论 n从从另另一一个个角角度度看看操操作作系系统统又又存存在在不不确确定定性性：这这是是由由共共享享和和并并发发引引起起的的。在在操操作作系系统统中中可可运运行行多多道道用用户户程程序序，而而每每个个用用户户程程序序的的运运行行时时间间、要要使使用用哪哪些些系系统统资资源源、使使用用多多长长时时间间、使使用用的的资资源源是是共共享享还还是是独独占占的的，操操作作系系统统在在程程序序运运行行

40、前前是是不不知知道道的的。这这就就要要求求操操作作系系统统的的设设计计要要很很好好地地解解决决并并发发和和共共享享的的问问题题，否否则则，将将会会产产生生不不可可重重现现的的错错误误，这这种种不不可可重重现的错误称为不确定性。现的错误称为不确定性。n例如两个用户共享一台打印机。例如两个用户共享一台打印机。第一章 操作系统引论 1.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能 1.4.1 处理机管理功能处理机管理功能-实实质是对进程的管理质是对进程的管理 1. 进程控制进程控制 进进程程控控制制的的主主要要功功能能是是为为作作业业创创建建进进程程、撤撤消消已已结结束束的的进进程程，以以及及控控制制进

41、进程程在在运运行行过过程程中中的的状状态态转转换换。 在在现现代代OS中中，进进程程控控制制还还应应具具有有为为一一个个进进程程创创建建若若干干个个线线程程的的功功能能和和撤撤消消(终终止止)已已完完成成任务的线程的功能。任务的线程的功能。 第一章 操作系统引论 2. 进程同步进程同步 为为使使多多个个进进程程能能有有条条不不紊紊地地运运行行，系系统统中中必必须须设设置置进进程程同同步步机机制制。进进程程同同步步的的主主要要任任务务是是为为多多个进程个进程(含线程含线程)的运行进行协调。两种协调方式：的运行进行协调。两种协调方式： 进进程程互互斥斥方方式式， 这这是是指指诸诸进进程程(线线程程

42、)在在对对临界资源进行访问时，临界资源进行访问时， 应采用互斥方式；应采用互斥方式； 进进程程同同步步方方式式，指指在在相相互互合合作作去去完完成成共共同同任任务务的的诸诸进进程程(线线程程)间间，由由同同步步机机构构对对它它们们的的执执行行次序加以协调。次序加以协调。 第一章 操作系统引论 3. 进程通信进程通信 当当相相互互合合作作的的进进程程(线线程程)处处于于同同一一计计算算机机系系统统时时，通通常常在在它它们们之之前前是是采采用用直直接接通通信信方方式式，即即由由源源进进程程利利用用发发送送命命令令直直接接将将消消息息(message)挂挂到到目目标标进进程程的的消消息息队队列列上上

43、，以以后后由由目目标标进进程程利利用用接接收收命命令令从其消息队列中取出消息。从其消息队列中取出消息。 第一章 操作系统引论 4. 调度调度 作作业业调调度度的的基基本本任任务务，是是从从后后备备队队列列中中按按照照一一定定的的算算法法，选选择择出出若若干干个个作作业业，为为它它们们分分配配其其必必需需的的资资源源。在在将将它它们们调调入入内内存存后后，便便分分别别为为它它们们建建立立进进程程，使使它它们们都都成成为为可可能能获获得得处处理理机机的的就就绪绪进进程程，并并按按照照一一定定的的算算法法将它们插入就绪队列。将它们插入就绪队列。第一章 操作系统引论 最高优先权进程调度算法最高优先权进

44、程调度算法，是把处理机，是把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程，此时分配给就绪队列中优先权最高的进程，此时可将该算法分成如下两种：可将该算法分成如下两种： 1、非抢占式优先权算法、非抢占式优先权算法 2、抢占式优先权调度算法、抢占式优先权调度算法进程调度进程调度的任务，则是从进程的就绪队列的任务，则是从进程的就绪队列中选出一新进程，把处理机分配给它，并中选出一新进程，把处理机分配给它，并为它设置运行现场，使进程投入执行。为它设置运行现场，使进程投入执行。 例如：多级反馈队列调度算法例如：多级反馈队列调度算法第一章 操作系统引论 1.4.2 存储器管理存储器管理管理目标：提高利用率、方便用户

45、使用、提供足管理目标：提高利用率、方便用户使用、提供足够的存储空间、方便进程并发运行。够的存储空间、方便进程并发运行。 1. 内存分配内存分配 OS在在实实现现内内存存分分配配时时，可可采采取取静静态态和和动动态态两两种种方方式式。在在静静态态分分配配方方式式中中，每每个个作作业业的的内内存存空空间是在作业装入时确定的；间是在作业装入时确定的； 在在动动态态分分配配方方式式中中，每每个个作作业业所所要要求求的的基基本本内内存存空空间间， 也也是是在在装装入入时时确确定定的的，但但允允许许作作业业在在运运行行过过程程中中，继继续续申申请请新新的的附附加加内内存存空空间间，以以适适应应程程序序和和

46、数数据据的的动动态态增增涨涨，也也允允许许作作业业在在内内存存中中“移动移动”。 第一章 操作系统引论 内存分配的机制中应具有这样的结构和功能：内存分配的机制中应具有这样的结构和功能： 内内存存分分配配数数据据结结构构，该该结结构构用用于于记记录录内内存存空间的使用情况，空间的使用情况， 作为内存分配的依据；作为内存分配的依据； 内内存存分分配配功功能能，系系统统按按照照一一定定的的内内存存分分配配算法，算法， 为用户程序分配内存空间；为用户程序分配内存空间； 内内存存回回收收功功能能，系系统统对对于于用用户户不不再再需需要要的的内内存存，通通过过用用户户的的释释放放请请求求，去去完完成成系系

47、统统的的回回收收功能。功能。 第一章 操作系统引论 2. 内存保护内存保护 内内存存保保护护的的主主要要任任务务，是是确确保保每每道道用用户户程程序序都只在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰。都只在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰。 为为了了确确保保每每道道程程序序都都只只在在自自己己的的内内存存区区中中运运行行，必必须须设设置置内内存存保保护护机机制制。一一种种比比较较简简单单的的内内存存保保护护机机制制，是是设设置置两两个个界界限限寄寄存存器器。分分别别用用来来存放正在执行程序的上界和下界。存放正在执行程序的上界和下界。 越界检查都是由硬件实现的。越界检查都是由硬件实现的。第一章 操作系

48、统引论 3. 地址映射地址映射 “逻逻辑辑地地址址”或或“相相对对地地址址”:程程序序的的地地址址都都是是从从“0”开开始始的的，程程序序中中的的其其它它地地址址都都是是相相对对于于起起始始地址计算。地址计算。 “物理地址物理地址”：内存单元的地址。：内存单元的地址。 地地址址映映射射功功能能-将将地地址址空空间间中中的的逻逻辑辑地地址址转转换换为为内内存存空空间间中中与与之之对对应应的的物物理理地地址址。该该功功能能应应在硬件的支持下完成。在硬件的支持下完成。 第一章 操作系统引论 4. 内存扩充内存扩充内存扩充机制，内存扩充机制， 用于实现下述各功能：用于实现下述各功能： (1) 请求调入

49、功能。请求调入功能。 (2) 置换功能。置换功能。 第一章 操作系统引论 1.4.3 设设备备管管理理功功能能:目目标标是是：方方便便设设备备的的使使用用、提提 高高CPU与与I/O设备利用率；设备利用率； 1. 缓冲管理缓冲管理 在在I/O设设备备和和CPU之之间间引引入入缓缓冲冲，则则可可有有效效地地缓缓和和CPU和和I/O设备速度不匹配的矛盾，提高设备速度不匹配的矛盾，提高CPU的利用率的利用率 最最常常见见的的缓缓冲冲区区机机制制有有单单缓缓冲冲机机制制、能能实实现现双双向向同同时时传传送送数数据据的的双双缓缓冲冲机机制制，以以及及能能供供多多个个设设备备同同时时使用的公用使用的公用缓

50、冲池缓冲池机制。机制。 第一章 操作系统引论 2. 设备分配设备分配 设设备备分分配配的的基基本本任任务务，是是根根据据用用户户进进程程的的I/O请请求求、系系统统的的现现有有资资源源情情况况以以及及按按照照某某种种设设备备分分配配策策略略，为为之之分分配配其其所所需需的的设设备备。如如果果在在I/O设设备备和和CPU之之间间，还还存存在在着着设设备备控控制制器器和和I/O通通道道时时，还还须须为为分分配配出出去去的的设设备备分分配配相相应应的的控控制制器器和和通通道道。系统中设有设备控制表。系统中设有设备控制表。第一章 操作系统引论 3. 设备处理设备处理 设设备备处处理理程程序序又又称称为

51、为设设备备驱驱动动程程序序。其其基基本本任任务务是是用用于于实实现现CPU和和设设备备控控制制器器之之间间的的通通信信，即即由由CPU向向设设备备控控制制器器发发出出I/O命命令令，要要求求它它完完成指定的成指定的I/O操作；操作； 反反之之由由CPU接接收收从从控控制制器器发发来来的的中中断断请请求求，并给予迅速的响应和相应的处理。并给予迅速的响应和相应的处理。第一章 操作系统引论 1.4.4 文件管理功能文件管理功能 1. 文件存储空间的管理文件存储空间的管理 由由文文件件系系统统对对诸诸多多文文件件及及文文件件的的存存储储空空间间，实实施施统统一一的的管管理理。其其主主要要任任务务是是为

52、为每每个个文文件件分分配配必必要要的的外外存存空空间间，提提高高外外存存的的利利用用率率，并能有助于提高文件系统的运行速度并能有助于提高文件系统的运行速度。第一章 操作系统引论 2. 目录管理目录管理 目目录录管管理理的的主主要要任任务务，是是为为每每个个文文件件建建立立其其目目录录项项，并并对对众众多多的的目目录录项项加加以以有有效效的的组组织织，以以实实现现方方便便的的按按名名存存取取。 其其次次，目目录录管理还应能实现文件共享管理还应能实现文件共享。 第一章 操作系统引论 3. 文件的读文件的读/写管理和保护写管理和保护 (1) 文文件件的的读读/写写管管理理。该该功功能能是是根根据据用

53、用户户的的请请求，从外存中读取数据；或将数据写入外存。求，从外存中读取数据；或将数据写入外存。 (2) 文件保护文件保护。 防止未经核准的用户存取文件；防止未经核准的用户存取文件； 防止冒名顶替防止冒名顶替存取文件；存取文件； 防止以不正确的方式使用文件。防止以不正确的方式使用文件。 第一章 操作系统引论 1.4.5 用户接口用户接口1. 命令接口命令接口 (1) 联联机机用用户户接接口口。这这是是为为联联机机用用户户提提供供的的，它由一组键盘操作命令及命令解释程序所组成。它由一组键盘操作命令及命令解释程序所组成。 (2) 脱脱机机用用户户接接口口。该该接接口口是是为为批批处处理理作作业业的的

54、用用户户提提供供的的，故故也也称称为为批批处处理理用用户户接接口口。该该接接口口由一组作业控制语言由一组作业控制语言JCL组成。组成。第一章 操作系统引论 2. 程序接口程序接口 该该接接口口是是为为用用户户程程序序在在执执行行中中访访问问系系统统资资源源而而设设置置的的，是是用用户户程程序序取取得得操操作作系系统统服服务务的的惟惟一一途径。途径。 它它是是由由一一组组系系统统调调用用组组成成，每每一一个个系系统统调调用用都都是是一一个个能能完完成成特特定定功功能能的的子子程程序序，每每当当应应用用程程序序要要求求OS提提供供某某种种服服务务(功功能能)时时，便便调调用用具具有有相相应功能的系

55、统调用。应功能的系统调用。 第一章 操作系统引论 3. 图形接口图形接口 图图形形用用户户接接口口采采用用了了图图形形化化的的操操作作界界面面， 用用非非常常容容易易识识别别的的各各种种图图标标(icon)来来将将系系统统的的各各项项功功能能、各各种种应应用用程程序序和和文文件件，直直观观、逼逼真真地地表表示出来。示出来。第一章 操作系统引论 1.5 操作系统的结构设计操作系统的结构设计 1.5.1 软件工程的基本概念软件工程的基本概念 1. 软件的含义软件的含义 所所谓谓软软件件，是是指指当当计计算算机机运运行行时时，能能提提供供所所要要求求的的功功能能和和性性能能的的指指令令和和程程序序的

56、的集集合合，是是一种逻辑部件，它具有与硬件完全不同的特点。一种逻辑部件，它具有与硬件完全不同的特点。第一章 操作系统引论 2. 软件工程的含义软件工程的含义 软软件件工工程程是是指指运运用用系系统统的的、规规范范的的和和可可定定量量的的方方法法，来来开开发发、运运行行和和维维护护软软件件；或或者者说说，是是采采用用工工程程的的概概念念、 原原理理、 技技术术和和方方法法，来来开开发发与与维维护护软软件件， 其其目目的的是是为为了了解解决决在在软软件件开开发发中中所所出出现现的的编编程程随随意意、软软件件质质量量不不可可保保证证以以及维护困难等问题。及维护困难等问题。 第一章 操作系统引论 1.

57、5.2 传统的操作系统结构传统的操作系统结构 操操作作系系统统是是一一个个十十分分复复杂杂的的大大型型软软件件。为为了了控控制制该该软软件件的的复复杂杂性性，开开发发OS时时，引引入入了了分分解解、模模块块化化、 抽抽象象和和隐隐蔽蔽等等方方法法。开开发发方方法法的的不不断断发发展展，促促进进了了OS结结构构的的更更新新换换代代。这这里里，我我们们把把第第一一代代至至第第三三代代的的OS结结构构， 称称为为传传统统的的OS结结构构，而把微内核的而把微内核的OS结构结构称为现代称为现代OS结构。结构。 第一章 操作系统引论 1. 无结构操作系统无结构操作系统 早早期期 的的OS是是为为数数众众多

58、多的的一一组组过过程程的的集集合合，各各过过程程之之间间可可以以相相互互调调用用，在在操操作作系系统统内内部部不不存存在在任任何何结结构构，因因此此，这这种种OS是是无无结结构构的的，也也有有人人把把它它称称为为整整体体系系统统结结构构。所所设设计计出出的的操操作作系系统统既既庞大又杂乱，缺乏清晰的程序结构。庞大又杂乱，缺乏清晰的程序结构。 第一章 操作系统引论 2. 模块化模块化OS结构结构 1) 模块化结构模块化结构 模模块块化化程程序序设设计计技技术术，是是最最早早(20世世纪纪60年年代代)出出现现的的一一种种程程序序设设计计技技术术。该该技技术术是是基基于于“分分解解”和和“模模块块

59、化化”原原则则来来控控制制大大型型软软件件的的复复杂杂度度的的。为为使使OS具具有有较较清清晰晰的的结结构构，OS不不再再是是由由众众多多的的过过程程直直接接构构成成，而而是是将将OS按按其其功功能能划划分分为为若若干干个个具有一定独立性和大小的模块。具有一定独立性和大小的模块。 第一章 操作系统引论 图 1-5 模块化操作系统结构 第一章 操作系统引论 2) 模块化模块化OS的优缺点的优缺点(1)提高了提高了OS设计的正确性、设计的正确性、 可理解性和可可理解性和可维护性。维护性。 (2)(2) 增强了增强了OS的可适应性。的可适应性。 (3)(3) 加速了加速了OS的开发过程。的开发过程。

60、 第一章 操作系统引论 模模块块化化结结构构设设计计的的缺缺点点有有二二：首首先先，在在开开始始设设计计OS时时，对对模模块块的的划划分分及及对对接接口口的的规规定定并并不不精精确确 ；其其次次，从从功功能能观观点点来来划划分分模模块块时时，未未能能将将共共享享资资源源和和独独占占资资源源加加以以区区别别；由由于于管管理理上上的的差差异异，又又会会使使模模块块间间存存在在着着复复杂杂的的依依赖赖关关系使系使OS结构变得不清晰。结构变得不清晰。 第一章 操作系统引论 3. 分层式分层式OS结构结构 1) 有序分层的基本概念有序分层的基本概念 从从改改进进设设计计方方式式上上说说，应应使使我我们们

61、的的每每一一步步设设计计都都是是建建立立在在可可靠靠的的基基础础上上。我我们们可可以以从从物物理理机机器器开开始始， 在在其其上上面面先先添添加加一一层层具具有有一一定定功功能能的的软软件件A1, 由由于于A1是是建建立立在在完完全全确确定定的的物物理理机机器器上上的的，在在经经过过精精心心设设计计和和几几乎乎是是穷穷尽尽无无遗遗的的测测试试后后，可可以以认认为为A1是是正正确确的的；然然后后再再在在A1上上添添加加一一层层新新软软件件A2，如如此此一一层层一一层层地地自自底底向向上上增增添添软软件件层层，每每一一层层都都实实现现若若干干功功能能，最最后后总总能能构构成一个能满足需要的成一个能

62、满足需要的OS。 第一章 操作系统引论 2) 层次的设置层次的设置 (1) 程程序序嵌嵌套套。通通常常OS的的每每个个功功能能的的实实现现， 并并非非是是只只用用一一个个程程序序便便能能完完成成的的，而而是是要要经经由由若若干干个个软软件件层层才才有有可可能能完完成成。因因此此在在划划分分OS层层次次时时，首首先先要要考考虑虑在在实实现现OS 的的每每个个功功能能时时所所形形成成的程序嵌套。的程序嵌套。 (2) 运运行行频频率率。在在分分层层结结构构中中，各各层层次次软软件件的的运运行行速速度度是是不不同同的的，随随着着层层次次的的增增高高，其其相相应应软软件件的的运运行行速速度度就就随随之之

63、下下降降，因因而而An层层软软件件的运行速度最低。的运行速度最低。 第一章 操作系统引论 (3) 公公用用模模块块。应应把把供供多多种种资资源源管管程程程程序序调调用用的的公公用用模模块块， 设设置置在在最最低低层层，不不然然，会会使使比比它它低低的的层层次次模模块块由由于于无无法法调调用用它它而而须须另另外外配配置置相相应应功功能能的的模模块块。例例如如，用用于于对对信信号号量量进进行行操操作的原语作的原语Signal和和Wait。 (4) 用用户户接接口口。为为方方便便用用户户(程程序序)，OS向向用用户户提提供供了了“用用户户与与OS的的接接口口”，如如命命令令接接口口、程程序序接接口口

64、以以及及图图形形用用户户接接口口。这这些些接接口口应应设设置置在在OS的最高层，直接提供给用户使用。的最高层，直接提供给用户使用。 第一章 操作系统引论 1.5.3 微内核微内核OS结构结构 1. 客户客户/服务器模式服务器模式(Client-Server Model)1) 基本概念基本概念 为为了了提提高高OS的的灵灵活活性性和和可可扩扩充充性性而而将将OS划划分分为为两部分，两部分， 一一部部分分是是用用于于提提供供各各种种服服务务的的一一组组服服务务器器(进进程程)。 第一章 操作系统引论 操操作作系系统统的的另另一一部部分分是是内内核核，用用来来处处理理客客户户和和服服务务器器之之间间

65、的的通通信信， 即即由由内内核核来来接接收收客客户户的的请请求求，再再将将该该请请求求送送至至相相应应的的服服务务器器；同同时时它它也也接接收收服服务务器器的的应应答答， 并并将将此此应应答答回回送送给给请请求求客客户户。 此此外外，在在内内核核中中还还应应具具有有其其它它一一些些机机构构，用用于于实实现现与与硬硬件件紧紧密密相关的和一些较基本的功能。相关的和一些较基本的功能。 第一章 操作系统引论 图图 1-6 单机环境下的客户单机环境下的客户/服务器模式服务器模式 第一章 操作系统引论 2) 客户客户/服务器模式的优点服务器模式的优点(1)提高了系统的灵活性和可扩充性。提高了系统的灵活性和

66、可扩充性。 (2)(2) 提高了提高了OS的可靠性。的可靠性。 (3)(3) 可运行于分布式系统中。可运行于分布式系统中。 第一章 操作系统引论 2. 面向对象的程序设计技术面向对象的程序设计技术(Object-Orientated Programming) 1) 面向对象技术的基本概念面向对象技术的基本概念 该该技技术术是是基基于于“抽抽象象”和和“隐隐蔽蔽”原原则则来来控控制制大大型型软件的复杂度的。软件的复杂度的。 所所谓谓对对象象，是是指指在在现现实实世世界界中中具具有有相相同同属属性性、服服从从相相同同规规则则的的一一系系列列事事物物的的抽抽象象，而而把把其其中中的的具具体体事事物物

67、称称为为对对象象的的实实例例。OS中中的的各各类类实实体体如如进进程程、线线程程、消消息息、存存储储器器等等，都都使使用用了了对对象象这这一一概概念念，相相应应地地，便便有有进进程程对象对象线程对象、线程对象、 存储器对象等。存储器对象等。 第一章 操作系统引论 图图 1-7 一个对象的示意图一个对象的示意图 数据结构过程1过程2过程3第一章 操作系统引论 2) 面向对象技术的优点面向对象技术的优点 (1) 可可修修改改性性和和可可扩扩充充性性。由由于于隐隐蔽蔽了了表表示示实实体体的的数数据据和和操操作作，因因而而可可以以改改变变对对象象的的表表示示而而不不会会影影响响其其它它部部分分， 从从

68、而而可可以以方方便便地地改改变变老老的的对对象象和增加新的对象。和增加新的对象。 (2) 继继承承性性。继继承承性性是是面面向向对对象象技技术术所所具具有有的的重重要要特特性性。继继承承性性是是指指子子对对象象可可以以继继承承父父对对象象的的属属性性，这这样样，在在创创建建一一个个新新的的对对象象时时， 便便可可减减少少大量的时空开销。大量的时空开销。第一章 操作系统引论 n (3) 正确性和可靠性。由于对象是构正确性和可靠性。由于对象是构成操作系统的基本单元，可以独立地对成操作系统的基本单元，可以独立地对它进行测试，这样，比较易于保证其正它进行测试，这样，比较易于保证其正确性和可靠性，从而比

69、较容易保证整个确性和可靠性，从而比较容易保证整个系统的正确性和可靠性。系统的正确性和可靠性。 第一章 操作系统引论 3. 微内核技术微内核技术1)微内核技术的引入微内核技术的引入 所所谓谓微微内内核核技技术术，是是指指精精心心设设计计的的、能能实实现现现现代代OS核核心心功功能能的的小小型型内内核核，它它与与一一般般的的OS(程程序序)不不同同， 它它更更小小更更精精炼炼，它它不不仅仅运运行行在在核核心心态态，而而且且开开机机后后常常驻驻内内存存， 它它不不会会因因内内存存紧紧张张而而被被换换出出内内存存。微微内内核核并并非非是是一一个个完完整整的的OS， 而而只只是是为构建通用为构建通用OS

70、提供一个重要基础。提供一个重要基础。第一章 操作系统引论 由由于于在在微微内内核核OS结结构构中中，通通常常都都采采用用了了客客户户/服服务务器器模模式式，因因此此OS的的大大部部分分功功能能和和服服务务，都都是是由由若若干干服服务务器器来来提提供供的的， 如如文文件件服服务务器器、作作业业服服务务器器和和网网络络服服务务器等。器等。第一章 操作系统引论 2) 微内核的基本功能微内核的基本功能 微微内内核核所所提提供供的的功功能能，通通常常都都是是一一些些最最基基本本的的功功能能，如如进进程程管管理理、存存储储器器管管理理、进进程程间间通通信信、 低级低级I/O功能。功能。 (1) 进程管理。进程管理。 (2) 存储器管理。存储器管理。 (3) 进程通信管理。进程通信管理。 (4) I/O设备管理。设备管理。