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1、,Page 1,2023/9/18,操作系统,Operating System,你知道哪些操作系统？,UnixHP-UX-HPAIX-IBMSolaris Open Solaris-SunOS-SunBSD系列（FreeBSD、NetBSD、OpenBSD）Linux苹果 Mac OS X：猎豹(Cheetah)美洲豹(Puma)美洲虎(Jaguar)黑豹(Panther)虎(Tiger)豹(Leopard)雪豹(Snow Leopard)狮(Lion)美洲狮(Mountain Lion)巨浪(Mavericks)优胜美地(Yosemite)Windows,Page 2,2023/9/18,P
2、age 3,2023/9/18,2015年7月全球桌面操作系统占比,Page 4,2023/9/18,讨论,Windows和Mac系统的优缺点？Windows先入为主，易用性高Windows上软硬件丰富：软件包括各类插件和游戏安全性：windows的漏洞、黑客攻击、流氓软件多，稳定性差,Page 5,2023/9/18,迫切需要国产操作系统,2014年上半年政府首次明确提出：“所有计算机类产品不允许安装Windows 8操作系统。”棱镜事件已经给各个国家敲响警钟苹果公司承认系统留有后门还敢自拍艳照、发暧昧短信吗？苹果公司可通过留在苹果手机系统中的后门，在用户不知情的情况下提取iPhone中短信
3、、通讯录和照片等个人数据。,Page 6,2023/9/18,国产操作系统,Page 7,2023/9/18,2014-12-20 来源：中国信息产业网，戴尔近日宣布与国内操作系统厂商中标软件有限公司签署合作协议，计划在戴尔商用电脑系列产品预装基于Lunix的中标麒麟操作系统,国产操作系统是以Linux 为基础二次开发的操作系统。国内暂且还没有独立开发系统。主要产品1 深度Linux（Deepin）2 红旗Linux（RedflagLinux）：2014年2月10日解散，2014年8月被收购3.中标麒麟（NeoKylin)：上海中标软件有限公司发布的面向桌面应用的操作系统产品4.银河麒麟：是由
4、国防科技大学、中软公司、联想公司、浪潮集团和民族恒星公司合作研制的5.起点操作系统（StartOS 原雨林木风OS）；6.凝思磐石安全操作系统；。,Page 8,2023/9/18,国产操作系统,常见智能手机操作系统,iOS是由苹果公司为iPhone开发的操作系统 Android是Google开发的基于Linux平台的开源手机操作系统,Page 9,2023/9/18,Page 10,2023/9/18,操作系统的地位,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境）,Page 11,2023/9/18,什么是操作系统？操作系统的定义,是计算机系统的总管家管理计算机的软硬件资源方便用
5、户使用计算机的系统软件,Page 12,2023/9/18,操作系统是现代计算机最重要的大型系统软件之一操作系统这门课程主要讲述操作系统的工作原理，包括进程管理、存储管理、I/O设备管理、文件管理。,课程性质与教学目的,Page 13,2023/9/18,前期课程及后续课程,前期课程 高级语言程序设计 数据结构 计算机组成原理或微机原理,Page 14,2023/9/18,课程特点：1.内容庞杂、涉及面广 2.理论性强，实践难度较大,Page 15,2023/9/18,学习方法 1.抓住一个基本点：OS在计算机系统中的地位 2.牢记两根红线：面向系统提高资源利用率 面向用户提供良好的用户界面，
6、方便用户 What Why How,Page 16,2023/9/18,学习要求 上课认真听讲！成绩分配 期末考试占60%，平时与上机实习占40%,Page 17,2023/9/18,教材,计算机操作系统，汤小丹、梁红兵、哲凤屏、汤子瀛，西安电子科技大学出版社，第四版,Page 18,2023/9/18,参考书目,操作系统原理，苏开根等，武汉大学出版社 操作系统，冯耀霖，杜舜国，西安电子科技大学出版社操作系统概念，美Abraham Silberschatz,Peter Baer Galvin,Greg Gagne著，郑扣根译，高等教育出版社,Page 19,2023/9/18,课程主要内容,操
7、作系统引论进程管理处理机调度与死锁存储器管理设备管理文件管理磁盘存储器管理操作系统接口（略讲）,操作系统的功能管理系统软硬件资源向用户提供服务,Page 20,2023/9/18,第一章 操作系统引论,操作系统,Page 21,2023/9/18,操作系统的地位,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境）,第一章 操作系统引论,Page 22,2023/9/18,第一章 操作系统引论,1.1 操作系统的目标和作用1.2 操作系统的发展过程1.3 操作系统的基本特征1.4 操作系统的主要功能1.5 操作系统的结构设计,Page 23,2023/9/18,操作系统的目标和作用,操作
8、系统的目标操作系统的作用推动操作系统发展的主要动力,Page 24,2023/9/18,操作系统目标,方便性（用户的观点）提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别，使计算机更容易使用有效性（系统管理人员的观点）提高系统资源(CPU,I/O,内外存等)的利用率；加速程序运行，缩短运行周期，提高系统的吞吐量；可扩充性适应计算机硬件和体系结构的不断发展，可以方便的增加新的功能层次和模块，并能修改老的功能层次和模块开放性遵循标准规范，方便地实现互连，实现应用的可移植性和互操作性,Page 25,2023/9/18,操作系统的目标和作用,操作系统的目标操作系统的作用推动操作系统发展的主要
9、动力,Page 26,2023/9/18,操作系统的作用,操作系统的作用OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口OS作为计算机系统资源的管理者OS增强系统功能,隐藏对硬件操作的细节,Page 27,2023/9/18,1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口,OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统命令方式系统调用形式上类似于函数 OS作为接口的示意图 调用，在应用编程中使用图形用户接口图形、窗口等,命令接口,程序接口,图形用户接口,Page 28,2023/9/18,2.OS作为计算机系统资源的管理者,计算机的硬件资源包括处理机、存储器、I/O设备及数据和程序等处理机管
10、理存储器管理I/O设备管理文件管理管理的内容：资源的当前状态（数量和使用情况）、资源的分配、回收和访问操作，相应管理策略（包括用户权限）,Page 29,2023/9/18,3.OS用作扩充机器,OS是扩展机(extended machine)/虚拟机(virtual machine)完全无软件的计算机系统称为裸机覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机,操作系统的非形式化定义（关键点）：系统软件，程序模块的集合，资源管理和用户接口功能,OS能把一台“裸机”改造成功能更强大、用户使用更方便灵活、更安全可靠的虚拟机,裸机,I/O设备管理软件,文件管理软件,窗口软件,Page 30,2023/9/18
11、,操作系统的目标和作用,操作系统的目标操作系统的作用推动操作系统发展的主要动力,Page 31,2023/9/18,推动操作系统发展的主要动力,提高资源的利用率和系统性能计算机发展的初期，计算机系统昂贵，需提高资源利用率方便用户改善用户上机、调试程序的环境，尤其方便非专业用户（商业和办公、家庭）的使用器件的发展电子管-晶体管-小规模集成电路-大规模集成电路CPU的位宽度（指令和数据）、计算速度，快速外存的发展计算机体系结构的发展从单处理机到多处理机；从单机到网络,Page 32,2023/9/18,第一章 操作系统引论,操作系统的目标和作用操作系统的发展过程操作系统的基本特征操作系统的主要功能
12、操作系统的结构设计,Page 33,2023/9/18,操作系统的发展过程,无操作系统的计算机系统（1946 50年代）单道批处理系统（50年代末 60年代中）多道批处理系统（60年代中 70年代中）分时系统（70年代中期至今）实时系统（70年代中期至今）嵌入式操作系统,Page 34,2023/9/18,第一代计算机,Page 35,2023/9/18,人工操作方式(慢羊羊的烦恼),1946 50年代（电子管），集中计算（计算中心），计算机资源昂贵工作方式用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算机专业人员；编程语言：机器语言输入输出：纸带或卡片,Page 36,2023/9/18,人工操
13、作方式(慢羊羊的烦恼),Page 37,2023/9/18,人工操作方式(慢羊羊的烦恼),Page 38,2023/9/18,人工操作方式的工作特点用户独占全机：资源不被其他用户占用，资源利用率低CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低,人工操作方式(慢羊羊的烦恼),严重降低了计算机资源的利用率人机矛盾！,Page 39,2023/9/18,脱机输入/输出（Off-Line I/O）方式(慢羊羊的烦恼.续),磁带出现，引入外围机事先将用户程序或数据的纸带或卡片装入纸带输入机，在外围机的控制下输入到磁带上，CPU从磁带上读入数据；输出过程正好相反
14、特点减少了CPU的空闲时间提高I/O速度,随着硬件不断发展，CPU速度的提高、系统规模扩大，人机矛盾日益严重，如何解决？提高输入速度,磁带,磁带,磁带,磁带,40,将程序编写到卡片上将卡片拿到1401把卡片读到磁带上将磁带放到7094上进行计算 将磁带放到 1401 上打印输出,Page 41,2023/9/18,无操作系统的主要问题,主要矛盾计算机处理能力的提高，手工操作的低效率（造成浪费）每个程序运行都需手工操作；例如 原来：程序运行1小时，手工操作3分钟 计算能力提高后：程序运行6分钟，手工操作3分钟。0.6。3。用户独占全机的所有资源；提高效率的途径专门的操作员批处理,Page 42,
15、2023/9/18,操作系统的发展过程,无操作系统的计算机系统单道批处理系统多道批处理系统分时系统实时系统嵌入式操作系统,Page 43,2023/9/18,单道批处理系统（Simple Batch Processing System）,50年代末 60年代中（晶体管）：主要针对第二代通用计算机，如IBM 1401,IBM 7094,etc.外存有了磁带(每盘磁带含多个用户程序)将一批作业输入到磁带上，由系统中的一个专门的监督程序（Monitor）依次处理每个作业。可使用汇编语言开发批处理中的作业的组成用户程序数据作业说明书（作业控制语言）,Page 44,2023/9/18,单道批处理系统的
16、处理流程,Page 45,2023/9/18,两种批处理方式-联机批处理,用户提交作业：以纸带或卡片为介质操作员合成批作业：结果为磁带介质批作业处理：对批作业中的每个作业进行相同的处理：从磁带读入用户作业和编译链接程序-编译链接用户作业-生成可执行程序-启动执行-执行结果输出这时的问题：慢速的输入输出处理仍直接由主机来完成。输入输出时，CPU处于等待状态,Page 46,2023/9/18,两种批处理方式-脱机批处理,卫星机：完成面向用户的输入输出（纸带或卡片），中间结果暂存在磁带或磁盘上利用卫星机完成输入输出功能。主机与卫星机可并行工作,Page 47,2023/9/18,两种批处理方式-脱
17、机批处理,作业控制命令由监督程序(monitor)来执行，完成如装入程序、编译、运行等操作优点：同一批内各作业的自动依次更替，改善了主机CPU和I/O设备的使用效率，提高了吞吐量缺点：磁带或磁盘需要人工装卸，作业需要人工分类，监督程序易遭到用户程序的破坏（由人工干预才可恢复）,Page 48,2023/9/18,单道批处理系统的特征,自动性在顺利的情况下，磁带上的一批作业能自动地逐个地依次运行，而无需人工干预顺序性磁带上的各道作业是顺序地进入内存，完成顺序与进入内存顺序相同单道性内存中只有一道程序运行,Page 49,2023/9/18,单道批处理的主要问题,CPU和输入输出设备的运行是串行的
18、，不能同时工作。CPU和I/O设备的使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）。以计算为主的作业，外设空闲；以I/O为主的作业，CPU空闲；且外设速度慢内存充裕但利用率不高，很多程序用不完内存空间。用户不在现场，无法控制自己程序的的开始和结束,Page 50,2023/9/18,操作系统的发展过程,无操作系统的计算机系统单道批处理系统多道批处理系统分时系统实时系统嵌入式操作系统,Page 51,2023/9/18,多道批处理系统(Multiprogramed Batch System),60年代中 70年代中（集成电路），引入多道程序技术：在内存中允许存在多道程序，让它们交替的使用cpu。同时运行多
19、个程序。举例在当前运行的作业需作I/O处理时，CPU转而执行另一个作业,CPU、I/O设备忙闲不均、内存利用率低，如何解决？,Page 52,2023/9/18,单道与多道程序运行情况,Page 53,2023/9/18,例：设内存中有三道程序A、B、C，他们按A、B、C的优先次序执行。他们的计算和I/O操作时间如下所示（单位：ms）：假设三道作业使用相同设备进行I/O操作，即程序以串行方式使用设备，试画出单道运行和多道运行的时间关系图（忽略程序调度时间），并计算完成三道作业各花多少时间。,Page 54,2023/9/18,多道批处理系统的优缺点资源利用率高系统吞吐量大周转时间长无交互能力,
20、Page 55,2023/9/18,单道与多道批处理的比较,Page 56,2023/9/18,多道批处理系统的特点,优点资源利用率高：CPU、I/O设备和内存利用率较高；作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大缺点用户交互性差：从作业提交到整个作业完成后，才与用户交互，不利于调试和修改作业平均周转时间长：因为可能要等，作业的周转时间增长,Page 57,2023/9/18,多道批处理系统需要解决的问题,处理机管理：如何共享、分配及回收处理机、提高利用率内存管理：如何分配、互不重叠及干扰I/O设备管理：如何共享及分配、方便用户、提高利用率文件管理：如何组织数据和程序、便于使用、保证数据的安全性
21、及一致性作业管理：如何根据作业类型进行组织,操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进调度，以及方便用户使用的程序集合,Page 58,2023/9/18,多道批处理系统需要解决的问题,处理机管理问题。(2)内存管理问题。(3)I/O设备管理问题。(4)文件管理问题。(5)作业管理问题。,第三章 处理机调度与死锁 第四章 存储器管理第五章 设备管理第六章 文件管理第三章 处理机调度与死锁,Page 59,2023/9/18,操作系统的发展过程,无操作系统的计算机系统单道批处理系统多道批处理系统分时系统实时系统嵌入式操作系统,Page 60,2023/9/18,分时系统(T
22、ime-Sharing System),分时操作系统是在一台主机上同时连接多台终端，多个用户可以通过各自的终端同时交互地使用计算机，共享计算机资源。产生原因：用户需要人机交互：边运行边修改、调试程序共享主机：计算机昂贵，多用户共享一台计算机便于用户上机：远程联机时间：70年代中期至今，主要针对第三代计算机，如PDP,VAX,CRAY原理：把计算机的系统资源（尤其是CPU时间）进行时间上的分割，每个时间段称为一个时间片（time slice），每个用户依次轮流使用时间片,Page 61,2023/9/18,分时系统的特征,多路性一台主机同时链接多个终端，多个用户同时工作，共享系统资源 独立性每个
23、用户一台终端，互不干扰，感觉像一个人独占计算机及时性 系统能及时对用户的操作进行响应交互性用户可通过终端与系统进行广泛的人机对话，请求系统提供多方面的服务，如文件编辑、数据处理、资源共享等,Page 62,2023/9/18,操作系统的发展过程,无操作系统的计算机系统单道批处理系统多道批处理系统分时系统实时系统嵌入式操作系统,如何解决紧急任务？,Page 63,2023/9/18,实时系统是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对事件处理的操作系统。,实时系统(Real-Time System),Page 64,2023/9/18,实时系统(Real-Time System),应用
24、：用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域，包括：实时控制：生产过程的控制系统要求能实时采集现场数据，并对所采集的数据进行及时处理，从而自动地控制相应的执行机构，使某些参数（如湿度、压力、液位）能按预定的规律变化，以保证产品的质量和提高产量。实时信息处理：能及时接收从远程终端发来的服务请求，对信息进行检索和处理，并在很短时间内作出回答主要设计目标：响应时间短；高度可靠性和安全,Page 65,2023/9/18,实时系统(Real-Time System)任务的类型,根据是否呈现周期性周期性实时任务非周期性实时任务：截止时间(deadline)，开始截止时间（最晚开始时间）和完成截止时间（最
25、晚完成时间）根据对截止时间的要求硬实时任务（hard real-time task）：必须满足截止时间要求软实时任务（soft real-time task）：对截止时间要求不严格，偶尔错过影响不会太大,Page 66,2023/9/18,通用操作系统通常把兼有分时、实时和批处理三者或其中两者的操作系统，称作通用操作系统。可适用于计算、事务处理等多种领域，能运行在多种硬件平台上，如 UNIX系统、Windows NT等。通用化、小型化,Page 67,2023/9/18,操作系统的发展过程,无操作系统的计算机系统单道批处理系统多道批处理系统分时系统实时系统嵌入式操作系统,Page 68,202
26、3/9/18,嵌入式操作系统 Embedded Operating System,用于嵌入式系统的操作系统嵌入式系统嵌入到各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬件系统特点：系统内核小、专用性强、系统精简（控制系统成本，实现系统安全）、高实时性,Page 69,2023/9/18,嵌入式操作系统,EOS（Embedded Operating System）在嵌入式系统中的OS是运行在嵌入式智能芯片环境中对整个智能芯片以及它所操作、控制的各种部件装置等等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件国际上有名的嵌入式操作系统有Windows CE、Palm OS、Linux、VxWorks、pS
27、OS、QNX、OS-9、LynxOS等。,Page 70,2023/9/18,嵌入式操作系统,典型嵌入式操作系统的特性完成某一项或有限项功能；不是通用型的在性能和实时性方面有严格的限制能源、成本和可靠性通常是影响设计的重要因素占有资源少、易于连接系统功能可针对需求进行裁剪、调整和生成，以便满足最终产品的设计要求,Page 71,2023/9/18,嵌入式操作系统,嵌入式操作系统的应用交通管理在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面信息家电将为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。家庭智能
28、管理水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。在服务领域，如远程点菜器,Page 72,2023/9/18,嵌入式操作系统的应用POS网络公共交通无接触智能卡(Contactless Smartcard,CSC)发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端将全面走入人们的生活，到时手持一卡就可以行遍天下。环境工程与自然水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。机器人、医疗设备,P
29、age 73,2023/9/18,第一章 操作系统引论,操作系统的目标和作用操作系统的发展过程操作系统的基本特征操作系统的主要功能操作系统的结构设计,Page 74,2023/9/18,操作系统的基本特征,并发（Concurrence）共享（Sharing）虚拟（Virtual）异步性（Asynchronism）,注意：这里指的是通用操作系统！,Page 75,2023/9/18,并发（Concurrence）,并发是指多个事件在同一时间段内发生。并行(parallel)是指在同一时刻发生。多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上多个程序在同时运行。在单处理器情况下，在多道程序处理时，只能
30、实现并发（宏观上并行，微观上交替执行，即某一时刻只有一道程序在运行）程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是进程（或称作任务），并发指的是进程（或线程）,注意区分并发和并行！,Page 76,2023/9/18,操作系统的基本特征,并发（Concurrence）共享（Sharing）虚拟（Virtual）异步性（Asynchronism）,Page 77,2023/9/18,共享(Sharing),是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程（线程）共同使用。因资源属性不同，对资源共享的方式也不同互斥共享（如音频设备、打印机等）资源分配后到释放前，不能被其他进程所用临界资源/独占资源同时访问（
31、如可重入代码，磁盘文件）同时是宏观上的，在微观上进程可能是交替地对资源进行访问并发和共享是操作系统的两个最基本的特征。,并发和共享是相互依存的！,Page 78,2023/9/18,操作系统的基本特征,并发（Concurrence）共享（Sharing）虚拟（Virtual）异步性（Asynchronism）,Page 79,2023/9/18,虚拟(Virtual),通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物，主要目的在于提高资源的利用率如CPU每个用户（进程）的虚处理机存储器每个进程都占有的地址空间（指令数据堆栈）显示设备多窗口或虚拟终端(virtual terminal)打印设备
32、将临界资源变为同时访问资源,Page 80,2023/9/18,操作系统的基本特征,并发（Concurrence）共享（Sharing）虚拟（Virtual）异步性（Asynchronism）,Page 81,2023/9/18,异步性(Asynchronism),也称不确定性，指进程的执行顺序和执行时间的不确定性进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程并发执行，时走时停，不可预知每个进程的运行推进快慢判据：无论快慢，应该结果相同通过进程互斥和同步手段来保证难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行中的错误）,Page 82,2023/9/18,第一章 操作系统引论,操作系统的目标和作用操
33、作系统的发展过程操作系统的基本特征操作系统的主要功能操作系统的结构设计,Page 83,2023/9/18,操作系统的主要功能,处理机管理存储器管理设备管理文件管理用户接口,Page 84,2023/9/18,1.4 操作系统的主要功能,1.4.1 处理机管理功能,1.进程控制,2.进程同步,3.进程通信,4.进程调度,处理机的分配和运行，都是以进程为基本单位，因而对处理机的管理，可归结为对进程的管理。处理机管理的主要功能，是,1.创建和撤销进程,2.对诸进程的运行进行协商,3.是进程之间的信息交换,4.按照一定的算法把处理机分配给进程,Page 85,2023/9/18,操作系统的主要功能,
34、处理机管理存储器管理设备管理文件管理用户接口,Page 86,2023/9/18,1.4.2 存储器管理功能,1.内存分配,存储器管理的主要任务，是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器，提高存储器的利用率以及能从逻辑上扩充内存。,2.内存保护,3.地址映射,4.内存扩充,Page 87,2023/9/18,操作系统的主要功能,处理机管理存储器管理设备管理文件管理用户接口,Page 88,2023/9/18,1.4.3 设备管理,管理目标 方便的设备使用，完成I/O操作、提高CPU与I/O设备利用率、提高I/O速度。功能：缓冲区管理匹配CPU和外设的速度，提高两者的利用率（单缓冲区
35、、双缓冲区和公用缓冲区）设备分配与回收设备独立性用户申请的设备与实际操作的物理设备无关,Page 89,2023/9/18,操作系统的主要功能,处理机管理存储器管理设备管理文件管理用户接口,Page 90,2023/9/18,1.4.4 文件管理功能,文件管理的主要任务，是对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用，并保证文件的安全性。1.文件存储空间的管理 2.目录管理：解决信息检索问题，能按名存取 3.文件的读/写管理和保护,Page 91,2023/9/18,操作系统的主要功能,处理机管理存储器管理设备管理文件管理用户接口,Page 92,2023/9/18,用户接口,目标提供一个友好
36、的用户访问操作系统的接口提供的接口命令接口程序接口图形接口,Page 93,2023/9/18,第一章 操作系统引论,操作系统的目标和作用操作系统的发展过程操作系统的基本特征操作系统的主要功能操作系统的结构设计,Page 94,2023/9/18,操作系统的结构设计,传统的操作系统结构微内核OS结构,Page 95,2023/9/18,传统的操作系统结构,无结构操作系统只注意功能的实现和获得高的效率，缺乏首尾一致的设计思想过程的集合，各过程之间可以相互调用，在操作系统内部不存在任何结构缺点操作系统既庞大又杂乱，缺乏清晰的程序结构，调试困难程序难以阅读和理解，增加了维护人员的负担,Page 96
37、,2023/9/18,传统的操作系统结构续,模块化OS结构模块由众多服务过程（模块接口）组成，可以随意调用其他模块中的服务过程优点具有一定灵活性，在运行中的高效率缺点功能划分和模块接口难保正确和合理模块之间的依赖关系（功能调用关系）复杂（调用深度和方向），降低了模块之间的相对独立性不利于修改,Page 97,2023/9/18,传统的操作系统结构续,模块化操作系统结构,Page 98,2023/9/18,传统的操作系统结构续,分层式OS结构基本原则是每一层都仅使用其底层所提供的功能和服务，这样可使系统的调试和验证都变得容易,裸机,A1,A2,An,Page 99,2023/9/18,操作系统的
38、结构设计,软件工程的基本概念传统的操作系统结构微内核OS结构,Page 100,2023/9/18,微内核(MicroKernel)OS结构,系统内核只实现操作系统的基本功能(如：虚拟存储、消息传递)将更多操作系统功能放在核心之外，作为独立的服务进程运行；服务进程，如进程服务器、存储管理服务器、文件服务器,Page 101,2023/9/18,微内核的基本功能,微内核所提供的功能，通常都是一些最基本的功能：进程管理存储器管理 进程通信管理 低级I/O设备管理,Page 102,2023/9/18,客户/服务器模式(Client-Server Model),为了提高OS的灵活性和可扩充性而将OS
39、划分为两部分，一部分是用于提供各种服务的一组服务器(进程);另一部分是内核，用来处理客户和服务器之间的通信所有这些服务器(进程)都运行在用户态。当有一用户进程(现在称为客户进程)要求读文件的一个盘块时，该进程便向文件服务器(进程)发出一个请求内核来接收客户的请求，再将该请求送至相应的服务器；同时它也接收服务器的应答，并将此应答回送给请求客户,Page 103,2023/9/18,国内操作系统的研制状况,60年代末至70年代初 杨芙清院士主持 我国第一台百万次集成电路计算机（150）操作系统 支持多道程序运行，在石油勘探领域成功应用70年代中后期 杨芙清院士主持 我国第一个全部用高级语言书写的D
40、JS240机操作系统DJS200/XT2 层次管程结构模型，PCM设计方法，活跃管程结构模式,Page 104,2023/9/18,国内操作系统的研制状况,GX73多机实时操作系统（1978年）国防科技大学，1980年装在“远望”-I 号航天测量船上，完成了向太平洋发射运载火箭、潜水艇水下发射的测控任务；完成了我国第一颗同步地球卫星的测控、定轨、控制任务“银河”-1 YHOS巨型操作系统（1983年）国防科技大学，用于YH-1、YH-2超级计算机，用于我国的石油勘探、天气预报和核物理研究COSIX v 1.X/2.0 国产UNIX类操作系统（国家八五、九五重点科技攻关成果，以中软为首，联合国内
41、18个单位共同完成）嵌入式操作系统Hopen（女娲计划）Linux类操作系统,Page 105,2023/9/18,本章小结,理解并掌握OS的基本类型及各类型的主要优缺点理解并掌握OS的基本特征理解并掌握OS的五大功能内容理解OS的作用，在整个计算机系统中的地位，OS的设计目标是什么？作业：OS的五大功能？基本特征？,Page 106,2023/9/18,操作系统举例,UNIX家族及类UNIX系统BSD FreeBSDNetBSDOpenBSDSun SolarisSCO UNIXDarwinMINIXLinux,Page 107,2023/9/18,操作系统举例,UNIX家族及类UNIX系统
42、1969年，在AT&T的Bell Labs，Ken Thompson和Dennis Ritchie（他们曾是大型操作系统Multics的两名开发者）为了一项名为太空旅游的实验计划，需要一个操作系统。他们找了一台闲置的PDP-7机器，在上面写了个Multics的改编版，1971年正式发布。这个东东就是后来名扬天下的UNIX了。,Page 108,2023/9/18,操作系统举例,UNIX家族及类UNIX系统1973年，Dennis Ritchie用他自己开发的C语言重写了一遍UNIX，奠定了UNIX普及化的基础。1976年他们首次将第六版的UNIX流传到AT&T以外的地方。UC Berkeley
43、的人以UNIX 7.0为基础，发表了称作BSD的系统，并且开发到1992年的4.4版；而AT&T也不断改进他们的系统，发表了商业化的System 直到System。以后UNIX的发展都是围绕这两大主流展开的。,Page 109,2023/9/18,操作系统举例,UNIX家族及类UNIX系统UNIX的设计目标是小而美：希望能在任何小系统上执行，而核心只提供必不可少的一些功能，其他的则根据需要加上去。这已经成为操作系统的一种设计哲学。现在许多公司有了自己的UNIX版本，但它们基本特性是一致的：开放性、多用户、多任务、功能强、实现高效、网络功能丰富。为了克服UNIX版本差异对可移植性的损害，1990
44、年ISO制定了ISO/IEC 9945-1-1990标准，这是整个可移植操作系统界面（POSIX）的第一部分，这就是常说的UNIX操作系统的界面标准。,Page 110,2023/9/18,操作系统举例,BSD系列目前的x86平台上的BSD系统大多基于Berkeley的4.4 BSD Lite，这是去掉了那些来自AT&T的代码后公开发布的一个不完整的系统。其中最有名的当属FreeBSD，其他还有NetBSD，OpenBSD等版本，都是免费的，可以在相应的官方网站下载。,Page 111,2023/9/18,操作系统举例,FreeBSD由加州伯克利学校(Berkeley)编写，第一个版本由199
45、3年正式推出。BSD Unix和Unix System V是Unix操作系统的两大主流，以后的Unix系统都是这两种系统的衍生产品。FreeBSD其实是一种地道的Unix系统，但是由于法律上的原因，它不能使用“Unix”字样作为商标。它同样是一个免费的操作系统，用户可以从互联网上得到它。,Page 112,2023/9/18,操作系统举例,Sun SolarisSun Microsystems公司早期的操作系统版本Sun OS是基于BSD的。在1993年，他们与AT&T合作，转向了UNIX System V，并发布了称作Solaris.System V release 4的系统，这是一个UNI
46、X System V和BSD的整合体。Solaris系统主要是用在Sun公司自己的SPARC机器上，但他们也发布了相应的x86版本，并且免费。,Page 113,2023/9/18,操作系统举例,SCO UNIXSanta Cruz Operation（SCO）公司的UNIX主要有两套。一方面，1980年的时候，Microsoft开始研制UNIX的PC版本XENIX，后来卖给了SCO。在这个基础上，SCO又不断引入AT&T的技术，后来发展成为了SCO Open Server系列。目前我国银行，邮政等系统很多都用的这个操作系统。,Page 114,2023/9/18,操作系统举例,SCO UNI
47、X另一方面，1993年，AT&T把他们关于UNIX的整个队伍、技术包括版权卖给了Nowell公司，有了UnixWare。1995年，Nowell又把这一套东东卖给了SCO，这样SCO就成了UNIX的嫡传正宗。SCO整合了自己的技术，发布了UnixWare 7，之后被Caldera并购。Caldera这块招牌不够响，又换回了SCO。,Page 115,2023/9/18,操作系统举例,DarwinDarwin是Apple公司Macintosh电脑的操作系统Mac OS X的内核，在1999年的时候出的第一个版本。它基于FreeBSD和Mach 3.0技术，这两个都是开放源码的。Apple对Dar
48、win也采用了开放源码的策略，制作发行版让人们自由下载，包括x86版本。注意Darwin毕竟不是Mac OS X，少了那个漂亮的的Aqua用户界面。目前有一些添加了免费GUI的版本，如GNU-Darwin。,Page 116,2023/9/18,操作系统举例,MINIX由于版权的问题，UNIX的源码不再适用于教学，为此1987年著名的荷兰计算机科学家Andrew Tanenbaum专门写了了个简化的类UNIX系统MINIX（mini-UNIX的意思）来给入门者学习。,Page 117,2023/9/18,操作系统举例,Linux1991年，芬兰学生Linus Torvalds开始使用MINIX
49、时，对MINIX提供的功能不满意。于是他自己写了一个类UNIX操作系统（尽管还是用MINIX编译的）并放到网上让人们自由下载，取名叫Linux。Linux刚出现的时候是被Tanenbaum所鄙视的，因为它是集成化内核，不是MINIX采用的代表先进思想的微内核；但由于遵循GPL协议，Linux仍得到了蓬勃发展。,Page 118,2023/9/18,操作系统举例,Linux1994年，Linux的第一个商业发行版Slackware问世。1996年，NIST的计算机系统实验室确认版符合POSIX标准。它的发行版比比皆是，知名的有Red Hat，Mandrake，Lycoris等等。,Page 11
50、9,2023/9/18,操作系统举例,DOS和它的接班人DOSWindowsOS/2,Page 120,2023/9/18,操作系统举例,DOS和它的接班人DOS的全称是Disk Operation System。1973年，技术天才Cary Killdal和两名合作者一起开发出了第一个磁盘操作系统CP/M，这是70年代末、80年代初最有影响的8位操作系统。在此基础上，Seattle Computer Products（SCP）的Tim Patterson于1978年开始开发QDOS，此后又成功研制出16位微型机的实验性操作系统86-DOS。,Page 121,2023/9/18,操作系统举例
