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1、Chap1 操作系统引论操作系统引论n n内容内容操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的基本特性操作系统的基本特性操作系统的基本特性操作系统的基本特性操作系统的主要功能操作系统的主要功能操作系统的主要功能操作系统的主要功能OSOS结构设计结构设计结构设计结构设计常见的常见的常见的常见的OSOS操作系统OSChaChap1 操作系统引论操作系统引论n n目的及要求目的及要求了解操作系统的目标、作用和模型了解操作系统的目标、作用和模型领会和理解操作系统的发展过程领会和理解操作
2、系统的发展过程初步了解和领会操作系统的特征和服务初步了解和领会操作系统的特征和服务领会和掌握操作系统的功能领会和掌握操作系统的功能了解操作系统的进一步发展了解操作系统的进一步发展操作系统OSChaChap1 操作系统引论操作系统引论n n重点重点批处理操作系统批处理操作系统分时操作系统分时操作系统操作系统的特征操作系统的特征操作系统的功能操作系统的功能n难点多道程序设计的基本概念多道程序设计的基本概念多道批处理系统的特征多道批处理系统的特征操作系统OSChaChap1 操作系统引论操作系统引论n n内容内容1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目
3、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操作系统的主要功能操作系统的主要功能1.5 OS1.5 OS结构设计结构设计结构设计结构设计1.6 1.6 常见的常见的常见的常见的OSOS操作系统OSCha1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用n nOS的定义的定义Windows；Unix；Linux；Dos各种命令：各种命令：dir copy del format 启动、结束用户程序启动、结束用户
4、程序系统调用：例如系统调用：例如INT指令指令UNIX 等提供多任务等提供多任务、多用户环境多用户环境结论：结论：结论：结论： os为你完成所有为你完成所有 “硬件相关、应用硬件相关、应用无关无关”的工作，以给你的工作，以给你方便、效率、安方便、效率、安全全不做天气预报不做天气预报不做房屋设计不做房屋设计不是编译程序不是编译程序 总之总之总之总之，OS不直接解决最终具体应用不直接解决最终具体应用问题，也不负责编译源程序问题，也不负责编译源程序.OSOS是直接控制和管理计算机硬件、软件资是直接控制和管理计算机硬件、软件资是直接控制和管理计算机硬件、软件资是直接控制和管理计算机硬件、软件资源，合理
5、地对各类作业进行调度，以方便拥源，合理地对各类作业进行调度，以方便拥源，合理地对各类作业进行调度，以方便拥源，合理地对各类作业进行调度，以方便拥护使用的程序集合护使用的程序集合护使用的程序集合护使用的程序集合你用过哪些你用过哪些你用过哪些你用过哪些OSOS？OSOS能做什么？能做什么？能做什么？能做什么？OSOS不能做什么？不能做什么？不能做什么？不能做什么？OSOS是什么？是什么？是什么？是什么？操作系统OSCha1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用n nOSOS在计算机中的地位在计算机中的地位在计算机中的地位在计算机中的地位紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他软件的共同环
6、境）紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他软件的共同环境）应用应用用户用户应用开发人员应用开发人员操作系统操作系统开发人员开发人员计算机硬件计算机硬件操作系统操作系统系统工具系统工具应用软件应用软件DBMS、PASCALOS裸机操作系统OSCha1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用n nOS的目标的目标方便性方便性有效性有效性可扩充性可扩充性开放性开放性操作系统OSCha1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用n nOS的作用的作用作为用户和计算机间的接口作为用户和计算机间的接口作为计算机系统资源作为计算机系统资源的管理者的管理者用作扩充机器用作扩充机器用户用户应用程序
7、应用程序系统调用系统调用 命令命令 图标、窗口图标、窗口操作系统操作系统操作系统操作系统计算机硬件计算机硬件处理机管理处理机管理处理机管理处理机管理计算机计算机硬件硬件软件软件CPU内存内存外设外设存储器管理存储器管理存储器管理存储器管理设备管理设备管理设备管理设备管理文件管理文件管理文件管理文件管理操作系统OSCha1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用n n推动推动推动推动OSOS发展的主要动力发展的主要动力发展的主要动力发展的主要动力操作系统OSChaChap1 操作系统引论操作系统引论n n内容内容1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操
8、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操作系统的主要功能操作系统的主要功能1.5 OS1.5 OS结构设计结构设计结构设计结构设计1.6 1.6 常见的常见的常见的常见的OSOS操作系统OSCha1.2 OS的发展过程的发展过程n n无无无无OSOSn nOSOS分类分类分类分类操作系统OSCha1.2 OS的发展过程的发展过程n n无无无无OSOSn nOSOS分类分类分类分类操作系统
9、OSCha1.2 OS的发展过程的发展过程n n无无无无OSOS人工操作方式人工操作方式1946-50年代中：电子管时代，计算机速度慢，年代中：电子管时代，计算机速度慢，无操作系统，集中计算，计算机资源昂贵；无操作系统，集中计算，计算机资源昂贵；工作方式：工作方式：用户：既是程序员又是操作员；用户是计算机专用户：既是程序员又是操作员；用户是计算机专业人员；业人员；编程语言：机器语言；编程语言：机器语言；输入输出：纸带或卡片输入输出：纸带或卡片；脱机脱机I/O方式方式磁盘磁盘输入设备输入设备外围机外围机外围机外围机主机主机主机主机输出设备输出设备外围机外围机外围机外围机操作系统OSCha1.2
10、OS的发展过程的发展过程n n无无无无OSOSn nOSOS分类分类分类分类操作系统OSChaOS分类分类n n批处理系统批处理系统批处理系统批处理系统 （Batch Processing System)n n分时系统分时系统分时系统分时系统 ( (Time-Sharing System) )n n实时系统实时系统实时系统实时系统 ( (Real-Time System) )操作系统OSChaOS课程所站的角度课程所站的角度n n多任务多任务多任务多任务n n单单单单CPUCPUn nCPUCPU具有与具有与具有与具有与外设外设外设外设并行操作的能力并行操作的能力并行操作的能力并行操作的能力主
11、存主存CPU终端终端控制器控制器I/O通道通道控制器控制器控制器控制器 打印机打印机磁盘磁盘特别指出：特别指出：特别指出：特别指出：1.程序均由程序均由CPU执行执行2.CPU只能执行机器语言程序只能执行机器语言程序3.CPU执行的程序均在内存中执行的程序均在内存中操作系统OSChaOS分类分类n n批处理系统批处理系统批处理系统批处理系统 （Batch Processing System)n n分时系统分时系统分时系统分时系统 ( (Time-Sharing System) )n n实时系统实时系统实时系统实时系统 ( (Real-Time System) )操作系统OSCha批处理系统批处
12、理系统n n批处理系统批处理系统批处理系统批处理系统设计目标：设计目标：提高系统资源的使用效率；提高作业吞吐量提高系统资源的使用效率；提高作业吞吐量原理：原理：要求用户使用系统提供的作业控制语言（要求用户使用系统提供的作业控制语言（JCL）来）来描述自己对作业运行的控制意图，并将这些控制信描述自己对作业运行的控制意图，并将这些控制信息连同自己的程序和数据一起作为一个作业提交给息连同自己的程序和数据一起作为一个作业提交给操作员。操作员。操作员启动有关程序将一批作业输入道计算机外存，操作员启动有关程序将一批作业输入道计算机外存，由由OS去控制、调度各作业的运行并输出结果。去控制、调度各作业的运行并
13、输出结果。由于作业进入系统后用户不再干预，从而提高了效由于作业进入系统后用户不再干预，从而提高了效率。率。单道批处理系统；多道批处理系统单道批处理系统；多道批处理系统操作系统OSCha单道程序工作示例：单道程序工作示例：多道程序工作示例：多道程序工作示例：批处理系统批处理系统操作系统OSCha批处理系统举例批处理系统举例n n举例：举例：举例：举例：假设一个计算机系统有假设一个计算机系统有256k主存供用户使用，一个磁盘、主存供用户使用，一个磁盘、一个终端、一台打印机。三个作业：一个终端、一台打印机。三个作业：JOB1、JOB2、JOB3。各作。各作业运行时间分别为业运行时间分别为5分钟、分钟
14、、15分钟和分钟和10分钟。它们对资源的具体分钟。它们对资源的具体使用情况如下所示。使用情况如下所示。作业编号作业编号 JOB1 JOB2 JOB3作业类型作业类型 计算型计算型I/O型型 I/O型型占用主存占用主存 50k 100k 80k需磁盘情况需磁盘情况 NO NO Yes需终端情况需终端情况 NO Yes NO需打印机情况需打印机情况 NO NO Yes运行所需时间运行所需时间 5分钟分钟 15分钟分钟10分钟分钟n试比较单道、多道批处理系统时作业的执行时间试比较单道、多道批处理系统时作业的执行时间操作系统OSCha批处理系统举例批处理系统举例n由上看出，由上看出，JOB2主要使用终
15、端（键盘和显示器）进行主要使用终端（键盘和显示器）进行I/O，JOB3主要使用磁盘和打印机。主要使用磁盘和打印机。JOB2和和JOB3需要较需要较少的少的CPU时间。时间。n对于简单批处理，这些作业是按顺序执行。对于简单批处理，这些作业是按顺序执行。30分钟后三分钟后三个作业全部完成。个作业全部完成。（ JOB1运行运行5分钟完成，分钟完成，JOB2等待等待5分钟再用分钟再用15分钟完成，分钟完成，20分钟后，分钟后，JOB3开始执行开始执行 ）n若采用多道程序设计技术，让三个作业同时装入主存并若采用多道程序设计技术，让三个作业同时装入主存并运行。运行。 由于它们运行中几乎不同时使用同类资源，
16、在由于它们运行中几乎不同时使用同类资源，在JOB1进进行计算的同时行计算的同时JOB2可在终端上进入输入可在终端上进入输入/输出，而输出，而JOB3在使用磁盘和打印机。在使用磁盘和打印机。操作系统OSChan多道程序与单道程序的对比多道程序与单道程序的对比 单道单道 多道多道(三道作业三道作业)完成所需时间完成所需时间 30分钟分钟 15分钟分钟处理机利用率处理机利用率 5/(5+15+10)=17%5/15=33%存贮器利用率存贮器利用率 (50/256+100/256+80/256)/3=30%(50/256+100/256+80/256)/3=30% （50+100+8050+100+8
17、0）/256=90%/256=90%磁盘利用率磁盘利用率10/30=33% 10/15=67%打印机利用率打印机利用率10/30=33% 10/15=67% 终端利用率终端利用率 15/3050 15/15100吞吐量吞吐量 3/0.5=6 jobs/小时小时 3/0.25=12 jobs/小时小时平均周转时间平均周转时间 (5+20+30)/3=18分钟分钟 (5+15+10)/3=10分钟分钟n多道程序运行，系统性能的改善是明显的。将多道多道程序运行，系统性能的改善是明显的。将多道程序设计技术应用于批处理系统，就形成多道批处程序设计技术应用于批处理系统，就形成多道批处理系统。理系统。批处理
18、系统举例批处理系统举例操作系统OSChaOS分类分类n n批处理系统批处理系统批处理系统批处理系统 （Batch Processing System)n n分时系统分时系统分时系统分时系统 ( (Time-Sharing System) )n n实时系统实时系统实时系统实时系统 ( (Real-Time System) )操作系统OSCha分时系统分时系统( (Time-Sharing System) )n n目标：目标：目标：目标：主要动力：用户的需求主要动力：用户的需求对用户的请求及时响应；尽量提高系统资源的利用率对用户的请求及时响应；尽量提高系统资源的利用率n n原理：原理：原理：原理：
19、一台计算机连接多个终端，一台计算机连接多个终端，用户通过各自的终端把作业送用户通过各自的终端把作业送入计算机；计算机又通过终端入计算机；计算机又通过终端向各个用户报告其作业的运行向各个用户报告其作业的运行情况。情况。计算机能计算机能分时轮流分时轮流地为各终地为各终端用户服务，并能及时地对用端用户服务，并能及时地对用户服务请求予以响应。户服务请求予以响应。n n基本特征：基本特征：基本特征：基本特征：多路性；多路性；独立性；独立性；及时性；及时性；交互性交互性操作系统OSChaOS分类分类n n批处理系统批处理系统批处理系统批处理系统 （Batch Processing System)n n分时
20、系统分时系统分时系统分时系统 ( (Time-Sharing System) )n n实时系统实时系统实时系统实时系统 ( (Real-Time System) )操作系统OSCha实时系统实时系统( (Real-Time System) )n n目标：目标：目标：目标：提高系统的响应时间，对随机发生的外部事件作出及时响应提高系统的响应时间，对随机发生的外部事件作出及时响应并对其进行处理。并对其进行处理。n n分类：分类：分类：分类：n n基本特征：基本特征：基本特征：基本特征：快速的响应时间；快速的响应时间；有限的交互能力；有限的交互能力；高可靠性；高可靠性；实时控制系统实时控制系统要求计算
21、机能尽快处理测量系统测得的数据，以要求计算机能尽快处理测量系统测得的数据，以尽快实施响应控制。如：工业控制；导弹发射；尽快实施响应控制。如：工业控制；导弹发射；飞机飞行飞机飞行实时信息系统实时信息系统要求计算机能对终端设备发来的服务请求及时予要求计算机能对终端设备发来的服务请求及时予以正确的回答。如：订票系统；情报检索系统以正确的回答。如：订票系统；情报检索系统操作系统OSChaOS分类分类多路性多路性独立性独立性及时性及时性交互性交互性可靠性可靠性批处理批处理系统系统无无无无差差( (天天, ,时时) )差差一般一般分时分时系统系统多终端多终端服务服务有有好好( (分分, ,秒秒) )好好可
22、靠可靠实时实时系统系统多路采多路采集、多集、多路控制路控制有有最好最好(ms,(ms,s s) )一般一般高度高度可靠可靠三种基本操作系统的比较：三种基本操作系统的比较：操作系统OSChaChap1 操作系统引论操作系统引论n n内容内容1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用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操作系统的主要功能操作系统的主要功能1
23、.5 OS1.5 OS结构设计结构设计结构设计结构设计1.6 1.6 常见的常见的常见的常见的OSOS操作系统OSCha1.3 操作系统的基本特性操作系统的基本特性n n并发并发并发并发(Concurrence)(Concurrence)：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。指两个或多个事件在同一时刻发生。指两个或多个事件在同一时刻发生。并发并发：并行并行：n n虚拟虚拟虚拟虚拟(Virtual)(Virtual)：指系统中的资源供内存中的多道程序所共同使用。指系统中的资源供内存中的多道程序所共同使用。互斥共享方式互斥共享方式：同时访问方式同时访问方式：
24、例例 打印机打印机例例 磁盘磁盘分类分类n n共享共享共享共享(Sharing)(Sharing)：指通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。指通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。例，分时系统将例，分时系统将1机虚拟为多机机虚拟为多机n n异步性异步性异步性异步性( (AsynchronismAsynchronism) )：系统中并发执行的多道程序系统中并发执行的多道程序“走走停停走走停停”，以不可预知以不可预知的速度向前推进的速度向前推进由于共享资源由于共享资源操作系统OSChaChap1 操作系统引论操作系统引论n n内容内容1.1 1.1 操作系统的目标和作用
25、操作系统的目标和作用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操作系统的主要功能操作系统的主要功能1.5 OS1.5 OS结构设计结构设计结构设计结构设计1.6 1.6 常见的常见的常见的常见的OSOS操作系统OSCha1.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能OSOS是直接控制和管理计算机硬件、软件资是直接控制和管理计算机硬件、软件资是直接控制和管理计算机硬件、软件资
26、是直接控制和管理计算机硬件、软件资源，合理地对各类作业进行调度，以方便用源，合理地对各类作业进行调度，以方便用源，合理地对各类作业进行调度，以方便用源，合理地对各类作业进行调度，以方便用户使用的程序集合户使用的程序集合户使用的程序集合户使用的程序集合OSOS定义：定义：定义：定义：n n处理机管理功能处理机管理功能处理机管理功能处理机管理功能n n存储器管理功能存储器管理功能存储器管理功能存储器管理功能n n设备管理功能设备管理功能设备管理功能设备管理功能n n文件管理功能文件管理功能文件管理功能文件管理功能n n用户接口用户接口用户接口用户接口OSOS的主要任务的主要任务的主要任务的主要任务
27、: : 为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道程序能有条不紊、高效地运行，程序能有条不紊、高效地运行，程序能有条不紊、高效地运行，程序能有条不紊、高效地运行，并能最大程度地提高系并能最大程度地提高系并能最大程度地提高系并能最大程度地提高系统中各种资源的利用率和方便用户的使用统中各种资源的利用率和方便用户的使用统中各种资源的利用率和方便用户的使用统中各种资源的利用率和方便用户的使用。操作系统OSChaChap1 操作系统引论操作系统引论n n内容内容1
28、.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用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操作系统的主要功能操作系统的主要功能1.5 OS1.5 OS结构设计结构设计结构设计结构设计1.6 1.6 常见的常见的常见的常见的OSOS操作系统OSCha1.5 OS结构设计结构设计n操作系统的结构设计经历了以下几代：操作系统的结构设计经历了以下几代：n传统的操作系统结构传
29、统的操作系统结构n无结构操作系统无结构操作系统n模块化模块化OS结构结构n分层式分层式OS结构结构n现代操作系统结构现代操作系统结构n微内核的微内核的OS结构结构操作系统OSCha无结构操作系统无结构操作系统n nOSOS是由众多的过程直接构成，各过程之间可是由众多的过程直接构成，各过程之间可是由众多的过程直接构成，各过程之间可是由众多的过程直接构成，各过程之间可相互调用，但相互调用，但相互调用，但相互调用，但OSOS内部不存在任何结构，所以内部不存在任何结构，所以内部不存在任何结构，所以内部不存在任何结构，所以这种这种这种这种OSOS是无结构的，又称为整体系统结构。是无结构的，又称为整体系统
30、结构。是无结构的，又称为整体系统结构。是无结构的，又称为整体系统结构。n n缺点：缺点： 既庞大又杂乱，缺乏清晰的程序结构；既庞大又杂乱，缺乏清晰的程序结构；程序错误多，调试难、阅读难、理解难、程序错误多，调试难、阅读难、理解难、维护难。维护难。操作系统OSCha1.5 OS结构设计结构设计n操作系统的结构设计经历了以下几代：操作系统的结构设计经历了以下几代：n传统的操作系统结构传统的操作系统结构n无结构操作系统无结构操作系统n模块化模块化OS结构结构n分层式分层式OS结构结构n现代操作系统结构现代操作系统结构n微内核的微内核的OS结构结构操作系统OSCha模块化操作系统结构模块化操作系统结构
31、n nOSOS是采用是采用是采用是采用“ “模块化程序设计模块化程序设计模块化程序设计模块化程序设计” ”技术，按其功能划分技术，按其功能划分技术，按其功能划分技术，按其功能划分为若干个独立的模块，管理相应的功能，同时规定好为若干个独立的模块，管理相应的功能，同时规定好为若干个独立的模块，管理相应的功能，同时规定好为若干个独立的模块，管理相应的功能，同时规定好各模块之间的接口，以实现其交互，对较大模块又可各模块之间的接口，以实现其交互，对较大模块又可各模块之间的接口，以实现其交互，对较大模块又可各模块之间的接口，以实现其交互，对较大模块又可按子功能进一步细分下去。按子功能进一步细分下去。按子功
32、能进一步细分下去。按子功能进一步细分下去。n n优点：优点：优点：优点：例，例，例，例， LinuxLinux（多用户、多任务（多用户、多任务（多用户、多任务（多用户、多任务OSOS） 模块及接口划分较困难模块及接口划分较困难模块及接口划分较困难模块及接口划分较困难从功能上划分模块，未区别共享资源和独占资源从功能上划分模块，未区别共享资源和独占资源从功能上划分模块，未区别共享资源和独占资源从功能上划分模块，未区别共享资源和独占资源由于管理的差异，使由于管理的差异，使由于管理的差异，使由于管理的差异，使OSOS结构变得不够清晰结构变得不够清晰结构变得不够清晰结构变得不够清晰 提高了提高了提高了提
33、高了OSOS设计的正确性、可理解性和可维护性设计的正确性、可理解性和可维护性设计的正确性、可理解性和可维护性设计的正确性、可理解性和可维护性增强了增强了增强了增强了OSOS的可适用性的可适用性的可适用性的可适用性加速了加速了加速了加速了OSOS的开发过程的开发过程的开发过程的开发过程n n缺点：缺点：缺点：缺点：操作系统OSCha1.5 OS结构设计结构设计n操作系统的结构设计经历了以下几代：操作系统的结构设计经历了以下几代：n传统的操作系统结构传统的操作系统结构n无结构操作系统无结构操作系统n模块化模块化OS结构结构n分层式分层式OS结构结构n现代操作系统结构现代操作系统结构n微内核的微内核
34、的OS结构结构操作系统OSCha分层式操作系统结构分层式操作系统结构n n分层式分层式分层式分层式OSOS结构是对模块化结构的一种改进，它结构是对模块化结构的一种改进，它结构是对模块化结构的一种改进，它结构是对模块化结构的一种改进，它按分层式结构设计的基本原则，将按分层式结构设计的基本原则，将按分层式结构设计的基本原则，将按分层式结构设计的基本原则，将OS OS 划分为划分为划分为划分为若干个层次，每一层都只能使用其底层所提供若干个层次，每一层都只能使用其底层所提供若干个层次，每一层都只能使用其底层所提供若干个层次，每一层都只能使用其底层所提供的功能和服务，从硬件开始，在其上面一层一的功能和服
35、务，从硬件开始，在其上面一层一的功能和服务，从硬件开始，在其上面一层一的功能和服务，从硬件开始，在其上面一层一层地自底向上增添相应功能的软件，这种层地自底向上增添相应功能的软件，这种层地自底向上增添相应功能的软件，这种层地自底向上增添相应功能的软件，这种OSOS结结结结构称为分层式构称为分层式构称为分层式构称为分层式OSOS结构。结构。结构。结构。n n特点：特点：特点：特点：每一步设计都建立在可靠的基础上，结构更清晰每一步设计都建立在可靠的基础上，结构更清晰调试和验证更容易，正确性更高调试和验证更容易，正确性更高操作系统OSCha1.5 OS结构设计结构设计n操作系统的结构设计经历了以下几代
36、：操作系统的结构设计经历了以下几代：n传统的操作系统结构传统的操作系统结构n无结构操作系统无结构操作系统n模块化模块化OS结构结构n分层式分层式OS结构结构n现代操作系统结构现代操作系统结构n微内核的微内核的OS结构结构操作系统OSCha微内核的微内核的OSOS结构结构n n微内核技术的主要思想微内核技术的主要思想微内核技术的主要思想微内核技术的主要思想 在在在在OSOS内核中只留下一些最基本的功能，内核中只留下一些最基本的功能，内核中只留下一些最基本的功能，内核中只留下一些最基本的功能，而将其他服务分离出去，由工作在用户态下的而将其他服务分离出去，由工作在用户态下的而将其他服务分离出去，由工
37、作在用户态下的而将其他服务分离出去，由工作在用户态下的进程来实现，形成所谓进程来实现，形成所谓进程来实现，形成所谓进程来实现，形成所谓“ “客户客户客户客户/ /服务器服务器服务器服务器” ”模式。模式。模式。模式。客户进程可通过内核向服务器进程发送请求，客户进程可通过内核向服务器进程发送请求，客户进程可通过内核向服务器进程发送请求，客户进程可通过内核向服务器进程发送请求，以取以取以取以取OSOS的服务。的服务。的服务。的服务。n n微内核微内核微内核微内核 精心设计的，能实现现代精心设计的，能实现现代精心设计的，能实现现代精心设计的，能实现现代OSOS核心功能的小核心功能的小核心功能的小核心
38、功能的小型内核，它小而精炼，运行在核心态下，开机型内核，它小而精炼，运行在核心态下，开机型内核，它小而精炼，运行在核心态下，开机型内核，它小而精炼，运行在核心态下，开机后常驻内存，不会因内存紧张而换出，它为构后常驻内存，不会因内存紧张而换出，它为构后常驻内存，不会因内存紧张而换出，它为构后常驻内存，不会因内存紧张而换出，它为构建通用建通用建通用建通用OSOS提供了一个重要基础。提供了一个重要基础。提供了一个重要基础。提供了一个重要基础。操作系统OSCha微内核的微内核的OSOS结构结构n n微内核的基本功能微内核的基本功能微内核的基本功能微内核的基本功能进程管理进程管理进程管理进程管理存储器管
39、理存储器管理存储器管理存储器管理进程通信管理进程通信管理进程通信管理进程通信管理I/OI/O设备管理设备管理设备管理设备管理n n特点特点特点特点小而精练小而精练小而精练小而精练系统的灵活性和可扩充性好系统的灵活性和可扩充性好系统的灵活性和可扩充性好系统的灵活性和可扩充性好系统的可靠性高系统的可靠性高系统的可靠性高系统的可靠性高适用于分布式系统适用于分布式系统适用于分布式系统适用于分布式系统例，例，例，例，windows 2000/XPwindows 2000/XP、UNIXUNIX、嵌入式、嵌入式、嵌入式、嵌入式OSOS操作系统OSChaWindows NTWindows NT体系结构体系结
40、构体系结构体系结构操作系统OSCha传传传传统统统统的的的的U UN NI IX X结结结结构构构构操作系统OSCha现代现代现代现代UNIXUNIX结构结构结构结构操作系统OSChaChap1 操作系统引论操作系统引论n n内容内容1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用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操作系统的主要功能操作系统的主要功能1.5
41、 OS1.5 OS结构设计结构设计结构设计结构设计1.6 1.6 常见的常见的常见的常见的OSOS操作系统OSCha1.6 常见的常见的OSn nMS DOSn nMS Windows n nUNIXn nLinuxn n手持系统（手持系统（handheld system） 嵌入式操作系统嵌入式操作系统 (Embedded OS）操作系统OSChaMS DOSIBM PC, CPU 8088/8086, BIOS，单用户单任务，简单分层结构，单用户单任务，简单分层结构，16位位nMS DOS的历史的历史DOS用过的名字包括用过的名字包括QDOS、86-DOS、MS-DOS和和PC-DOS；19
42、81年年8月：月：PC-DOS 1.0：第一个：第一个DOS版本；版本；1982年年6月：月：PC-DOS 1.1：IBM PC，支持软盘的个人操作系统；，支持软盘的个人操作系统；1983年年3月：月：DOS2.0：PC XT，支持硬盘和目录的层次结构；，支持硬盘和目录的层次结构；1984年年8月：月：DOS3.0：PC AT (Intel 80286 CPU)；1987年年4月：月：DOS3.3：提供对：提供对IBM PS/2的支持（如的支持（如3.5软驱）；软驱）；1988年年8月：月：DOS4.0：支持大于：支持大于32M的硬盘；的硬盘；1991年年6月：月：DOS5.0：改进对扩展内存
43、的支持；：改进对扩展内存的支持；1993年年3月：月：MS-DOS6.0：支持磁盘压缩；：支持磁盘压缩；1994年年5月：月：MS-DOS6.22：提供新的磁盘压缩方法；：提供新的磁盘压缩方法；1995年年8月：月：MS-DOS7.0：作为：作为Windows95的一部分；的一部分；操作系统OSChaMS DOSnMS DOS的结构的结构DOS BIOS(Basic Input/Output System)：由一：由一组与硬件相关的设备驱动程序组成，实现基本的组与硬件相关的设备驱动程序组成，实现基本的I/O功能；功能；DOS核心：提供一套独立于硬件的系统功能：内存管核心：提供一套独立于硬件的系
44、统功能：内存管理、文件管理、字符设备和输入理、文件管理、字符设备和输入/输出、实时时钟等；输出、实时时钟等；命令处理程序：对用户命令进行分析和执行；命令处理程序：对用户命令进行分析和执行；操作系统OSChaMS WindowsCPU: 80286, 80386, 80486, Pentium, 单用户或多用户多任务（分时系统），单用户或多用户多任务（分时系统），16位位/16和和32位混合位混合/32位位nWindows的历史的历史1983年年11月：月：Microsoft宣布宣布Windows的第一个版本；以字符为基础的窗的第一个版本；以字符为基础的窗口系统；口系统；1985年年11月：月：
45、Windows1.0；1990年年5月：月：Windows 3.0（成功版本），（成功版本），16位位OS，借鉴，借鉴Apple Macintosh给出友好的用户界面；给出友好的用户界面；1992年年10月：月：Windows For WorkGroups 3.1；1993年年11月：月：Windows For WorkGroups 3.11；1995年年8月：月：Windows 95：内置浏览器；：内置浏览器；1998年年7月：月：Windows 98；2000年年9月：月：Windows ME；1993年：年：Windows NT 3.1, 32位位OS，支持，支持DOS和和Windows
46、应用程序；应用程序；1994年年4月：月：Windows NT 3.51；1996年年8月：月：Windows NT 4.0；1999年年12月：月：Windows 2000 (Professional, Server, Advanced Server)，32位位OS；2001年年10月：月：Windows XP2007年年1月：月：Windows Vista操作系统OSChaUNIX多用户多任务，多用户多任务，16/32/64位位,BSD, SVR4（模块（模块式结构）式结构）, OSF/1（微内核结构）（微内核结构）n诞生诞生1965年，麻省理工学院（年，麻省理工学院（MIT）、通用电子公
47、司（）、通用电子公司（GE）及）及AT&T的贝尔实验室联和开发了一个叫做的贝尔实验室联和开发了一个叫做Multics （多路复用信息与计算（多路复用信息与计算服务）的实验操作系统。服务）的实验操作系统。1969年，年，AT&T贝尔实验室的肯贝尔实验室的肯.汤姆森（汤姆森（Ken Thompson）和丹）和丹尼斯尼斯.里奇（里奇（Dennis Ritchie）和其他的研究人员在）和其他的研究人员在DEC PDP-7上上开发出最初的开发出最初的UNIX系统雏形系统雏形UNICS（单道信息与计算服务），（单道信息与计算服务），后来谐音拼写成后来谐音拼写成UNIX。1970年，年，UNIX被移植到被移
48、植到PDP-11上，第一次得到实用。此时的系上，第一次得到实用。此时的系统全部用汇编语言写成。统全部用汇编语言写成。1971年，丹尼斯年，丹尼斯.里奇发明了语言。里奇发明了语言。1973年，肯年，肯.汤姆森和丹尼斯汤姆森和丹尼斯.里奇用里奇用C语言对语言对UNIX核心进行重写，核心进行重写，使系统便于理解、修改和移植。使系统便于理解、修改和移植。操作系统OSChaUNIX此后此后UNIX逐渐演变为两大分支：逐渐演变为两大分支：nAT&T的的System V1983年，年，AT&T推出推出UNIX System VRelease 11984年，年，AT&T推出推出UNIX System VRel
49、ease 21987年，年，AT&T推出推出UNIX System VRelease 31990年，年，AT&T推出推出UNIX System VRelease 41992年，年，AT&T推出推出UNIX SVR 4.2n加州大学伯克利分校的加州大学伯克利分校的BSD（Berkeley Software Distribution）1975年年, Berkeley发布发布 1BSD 1978年年, Berkeley发布发布 2BSD1979年年, Berkeley发布发布 3BSD1980年年, Berkeley发布发布 4BSD1983年，年，Berkeley发布发布 4.1BSD1984年，
50、年，Berkeley发布发布 4.2BSD1987年，年，Berkeley发布发布 4.3BSD 1993年，年，Berkeley发布发布 4.4BSD操作系统OSChaUNIXBellBell实验室实验室早期早期UNIXUNIX和和C C加州大学加州大学伯克利分校伯克利分校BSDBSDAT&TAT&TSystem VSystem VHP-UXHP-UXAIXAIXSolarisSolarisLinuxLinuxIRIXIRIX TRU64 TRU64 UNIXUNIXUnixUnixWareWareOpenOpenServerServer OpenBSD OpenBSD NetBSDNetB
51、SD FreeBSDFreeBSD BSD/OSBSD/OS Mac OS X Mac OS X 操作系统OSChaSVR4 1989IBMAIXSun Solaris第10版1988System III 1982System v 1983SvR2 1984SVR3 19871 BSD 19772 BSD 19783 BSD 19784.0 BSD 19794.3 BSD 19864.4 BSD 1992第1版1969年第5版1973第6版1976第7版1978第8版1982第9版1986Bell LabsUNIX版本发展历史版本发展历史操作系统OSChan通用开放软件环境（通用开放软件环境（
52、COSE） 一些主要的一些主要的UNIX系统厂商在系统厂商在1993年成立年成立了通用开放软件环境联盟。这些厂家当时包了通用开放软件环境联盟。这些厂家当时包括括HP，IBM，Sun，SCO，Novell及及UNIX系统实验室。系统实验室。n自由软件基金会（自由软件基金会（FSF）自由软件基金会（自由软件基金会（Free Software Foundation，FSF）的目标是创建一个与）的目标是创建一个与UNIX类似的系统，名为类似的系统，名为HURD。他们的这项工程称为他们的这项工程称为GNU（全称为（全称为GNUs Not UNIX）。）。在编写在编写HURD的过程中，他们编写了许多非常有
53、用的、的过程中，他们编写了许多非常有用的、可移植性很强的流行实用程序。可移植性很强的流行实用程序。例如例如GNU C 编译器编译器gcc。用户既可以得到这些工具。用户既可以得到这些工具的源代码而自行进行编译，也可以得到能立即运行的的源代码而自行进行编译，也可以得到能立即运行的可执行文件。可执行文件。开放软件开放软件操作系统OSChaLinuxnLinux的体系结构的体系结构用户应用：用户应用：文字处理工具、浏览器等用户应用程序；文字处理工具、浏览器等用户应用程序；系统服务：系统服务：它是操作系统的一部分，但不是内核。包括窗口它是操作系统的一部分，但不是内核。包括窗口系统、命令解释程序、应用开发
54、工具（编译器、系统库等）系统、命令解释程序、应用开发工具（编译器、系统库等）Linux内核：内核：操作系统内核，完成资源管理功能。操作系统内核，完成资源管理功能。硬件控制硬件控制 ：系统中的所有物理设备控制系统中的所有物理设备控制 。User ApplicationsOS ServicesLinux KernelHardware Controllers操作系统OSChaLinuxnLinux的内核结构的内核结构操作系统OSCha手持系统（手持系统（手持系统（手持系统（handheld systemhandheld system）嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统 (Embedded OS(Embedded OS）n个人数字助理（Personal Digital Assistants, PDAs）n蜂窝电话（Cellular telephones）n存在的问题内存有限(32M 64M)低速处理器（只有个人计算机处理器速度的几分之一）屏幕小（5英寸3英寸）操作系统OSCha嵌入式操作系统嵌入式操作系统 (Embedded OS(Embedded OS）的应用）的应用智能卡智能卡移动通信移动通信计算机外设计算机外设机顶盒机顶盒零售设备零售设备印刷机印刷机复印机复印机互联网服务器互联网服务器电话交换设备电话交换设备操作系统OSCha作业作业操作系统OSCha
