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1、操作系统概述 苏锐丹 操作系统概述 n操作系统的地位 n操作系统的发展 n操作系统的定义与特征 n操作系统结构研究 n内核体系结构模型 n常见操作系统简介 操作系统的地位 n配置操作系统的目标 方便性(用户角度)：提供一个用户与计算机 硬件之间的接口，使得计算机易于使用 有效性(系统角度)：高效地控制与管理计算 机软硬件资源，合理组织计算机的工作流程， 提升系统性能(响应时间/系统吞吐率) 扩展与互操作：支持可扩展的体系结构，可以 方便地引进新的功能，支持可移植性和互操作 性 操作系统的发展 n操作系统的发展与计算机硬件的发展是同步的 n计算系统性能更高，更易用 n吞吐率：系统在单位时间内所完。

2、成的总工作量 (作业数) n周转时间：作业进入系统开始到完成所经历的时 间 n平均周转时间：所有作业的周转时间平均值 n人工操作方式 1945到50年代中期 真空电子管 无操作系统 以纸带或卡片形式向计算机输入程序和数据 用户独占计算机 CPU等待人工操作 “人机矛盾” n脱机输入/输出方式 在外围机上将纸带/卡片通过输入设备输入到磁带上 主机从磁带上获取程序和数据，执行程序，将结果输 出到磁带上 在外围机上将磁带上的结果通过输出设备输出 人工低速的操作在外围机上完成，提高主机 CPU利用率 磁带/磁盘速度快，缓和CPU与I/O设备速度不 匹配的矛盾 n单道批处理系统 将一批作业已脱机的方式输。

3、入到磁带上，在系 统中的“监督程序监督程序”控制下，一个接一个地处 理作业 单道是指“系统中只保持一道作业在运行” 自动性 顺序性 单道性，无并发 n多道批处理系统 用户将作业提交到外存上“后备队列” 作业调度 多道：多个作业在内存中，共享使用系统资源(CPU，内存，外 设) 问题：作业管理，CPU调度，内存管理，I/O设备管理，文件管理 CPU和I/O设备并行 提高内存利用率 系统吞吐率 无交互能力 t1t2t3t4t5t6t7t8 结束中断 I/O 完成启动 I/O I/O 中断请求 I/O 完成启动 I/O I/O 中断请求 用户程序 监督程序 I/O 操作 (a) 单道程序运行情况 程。

4、序A 程序A I/O 请求程序A I/O 完成 程序B 程序B I/O 请求 程序C 程序C I/O 请求 程序D 程序D I/O 请求 C I/O 完成C 再被调度 程序B I/O 完成 程序A再被调度 程序A 程序B 程序C 程序D 调度程序 (b) 四道程序运行情况 A完成 结束中断 n分时系统 将一台计算机提供给多个用户同时使用(多用 户) 人机交互，远程使用计算机 共享主机 多路性，独立性，及时性，交互性 时间片 n实时操作系统 在限定的时间内系统能对外部事件进行快速处理并作出响应的计 算机处理系统，并控制所有实时任务协调一致地运行 响应时间：毫秒级，微妙级 n硬实时：严格的响应时间。

5、 n软实时：较严格 高可靠性 车载计算机，武器控制，飞机控制，。 周期性实时任务 非周期性实时任务 n分时系统与实时系统的区别 n网络操作系统 网络协议栈：TCP/IP主流 网络服务 nWWW,FTP,MAIL， 网络编程，Socket编程 n嵌入式操作系统 支持嵌入式系统应用的操作系统软件 嵌入式设备面向特定用途，硬件形态千差万别 n功能，可靠性，成本，体积，功耗， n系统精简 n软件固化 nPDA，机顶盒，数码相机， n无线路由 VxWorks，Windows CE，Windows Mobile Android IOS Palm os n并行操作系统 面向并行计算机系统的操作系统，在资源调。

6、度 与管理，进程同步与通信方面功能更强 n分布式操作系统 面向分布式系统的操作系统 直接对系统中的各类资源进行动态分配和管理， 有效控制和协调任务的并行执行 操作系统的定义与特征 n操作系统是控制和管理计算机硬件和软件 资源、合理地组织计算机的工作流程以方 便用户使用的程序的集合 n特征：并发，共享，虚拟，不确定性 n并发 并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生。多道 程序在宏观上在并发，微观上交替执行 并行：两个或多个事件在同一时刻发生。CPU与外设 可以并行，多个CPU可以并行等 引入进程 n在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位 n共享 系统中的硬件和软件资源不再为某个程序所独占，。

7、而 是供内存中多个并发执行的进程共同使用 互斥共享：独占资源的互斥访问 同时访问方式：在一段时间内由多个进程“同时”对 资源进行访问，宏观与微观两个层面 并发和共享是操作系统的两个最基本的特征，互相依 存 n虚拟 把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物，前者为实际存 在的，后者是逻辑上的 虚拟CPU：“多道与分时”把一个CPU虚拟为多个逻辑上的CPU 虚拟设备：一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备，实现设 备共享，比如，打印机共享 虚拟磁盘：物理磁盘划分为逻辑磁盘 虚拟存储器：虚拟存储器提供内存的利用率，增强并发 虚拟机 n不确定性 异步性：多道程序环境下程序的执行是以异步 方式。

8、进行的，程序何时执行，多个程序的执行 顺序以及执行时间都是不确定的，是程序本身 和具体环境(调度)相关的，但只要在相同的 环境下给予相同的输入，运行结果是确定的 程序执行结果是不确定的，这是不允许的 操作系统结构研究 n资源管理观点 n层次结构观点 n模块接口法 n虚拟机 n客户机/服务器系统 n用户观点 n资源管理观点 作业，处理机，存储器，外设，磁盘，网络 作业管理，进程管理，存储管理，设备管理， 文件系统，网络 n层次结构观点 模块间的复杂依赖关系为单向依赖关系，高层 依赖于底层 层次独立 n模块接口法 功能模块划分 模块通信通过函数调用实现，自由度大 灵活，效率高 模块独立性较差 n虚。

9、拟机 将一台物理计算机虚拟为多台逻辑上的计算机 VMWARE VIRTUAL PC VIRTUAL BOX XEN，KVM 虚拟化是当前的一个热点 n客户机/服务器系统 微内核体系结构思想 适用于分布式系统，服务器可以是本地的，也 可以是网络上其他主机上的，对客户机透明 n用户观点 程序级接口 n系统调用 n“库函数” 作业控制级接口 n命令方式 n图形界面 内核体系结构模型 n单内核 n微内核 n混合结构 单内核 n内核虽然划分为多个模块，但却是一个二 进制映像 n模块通信直接通过函数调用实现 n用户空间需要通过系统调用来和内核交互 n内核移植性工作量大，健壮性较低 微内核 n尽可能地使得内。

10、核尽可能地精简，比如仅包含硬件相关处 理，消息通信等，其余功能模块以进程方式在用户态运行 (进程服务，存储服务，文件服务等) n减少内核崩溃的机率 n模块依赖消息传递进行通信，松散耦合，安全性高 n易于实现客户机/服务器系统，分布式系统 n模块定制化加载 n内核可移植性好 nMach OS 混合结构 n结合单内核与微内核的思想 Linux内核从总体上讲是一个单内核结构，但引 入了微内核的设计与实现方法 n内核空间与用户空间的切换，开销 nLinux内核模块机制 实际中的操作系统 nMS-DOS nWindows nUnix nLinux nMAC OS nVxworks nWindows CE。

11、 n单用户/多用户 n单任务/多任务 n32位/64位 n不同平台(CPU) 不同的指令体系 Windows nWindows 3.1 nWindows 95 nWindows 98 nWindows 2000 nWindows XP nWindows Server 2003 nWindows Vista nWindows 7 nWindows 8 n Unix操作系统 n商业Unix操作系统 SGI Irix nIrix 6.5 nSGI MIPS服务器和工作站 IBM AIX nAIX 5L nIBM RS/6000，IBM Power/Power PC，Intel IA-64 Compag Tru64 Unix nTru64 Unix 5.1 nCompag Alpha工作站和服务器 HP HP-UX n11i nHP9000服务器 SCO UnixWare nUnixWare 7.3 Sun Microsystems Solaris nSolaris 10 nSun Sparc、Intel n免费版Unix操作系统 FreeBSD，NetBSD，。 Linux Linux内核：http:/www.kernel.org 作业 nP26：1，3，4，7 n在网络上搜集并阅读一些关于操作系统发 展与现状的资料。