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第8讲 操作系统 CH 8: Operating Systems CH8: 操作系统 8.1 概念 8.2 演化 8.3 组成部分 8.4 主流操作系统 8.5 操作系统的新发展 计算机系统 8.1 概念 操作系统(Operating System, OS) OS是计算机硬件和用户（程序和人）的接口，它使得其他程序更加方便有效地执行，并能够方便地对计算机硬件和软件资源进行存取。 两个主要的设计目标： 有效地使用硬件 容易地使用资源 8.2 演化 1. 批处理操作系统 20实际50年代 每个执行的程序叫作业(Job)。 8.2 演化 2. 分时系统 多道程序 多个作业装入存储器 分时(Time sharing) 资源可以被不同的作业共享。 每个作业都可以分到一段时间来使用资源。 调度(Scheduling) 给不同的程序分配资源并决定哪一个程序什么时候使用那一种资源。 进程(Process) 在存储器中等待资源的程序。 8.2 演化 3. 个人系统 个人计算机(Personal Computer, PC) 单用户操作系统 如：DOS (Disk Operating System) 4. 并行系统(Parallel System) 在同一个计算机系统中安装了多个CPU，每个CPU可以处理一个程序或者程序的一部分。 并行与串行 8.2 演化 5. 分布式系统(Distributed System ) 网络化和交互式网络的发展 程序可以在一台计算机上运行一部分而在另一台计算机上运行另一部分，它们通过交互式网络例如互联网互连。 6. 实时操作系统(Real Time OS) 在规定的严格时间内做出反应 高可靠性 7．网络操作系统 基于计算机网络的 在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的软件 其目标是相互通信及资源共享 8.3 组成部分 操作系统组成 存储管理，进程管理，设备管理，文件管理，用户界面等。 8.3 组成部分 1. 内存管理 对内存分配进行管理，避免出现“内存不足”错误。 存储管理方式：单道程序和多道程序。 8.3 组成部分 （1）单道程序(monoprogramming) 大多数内存用于单一的程序，一小部分用来装载操作系统。 程序整体装入内存，运行，退出 问题： 程序太大无法装入则无法运行 一个程序在运行时，其他程序不能运行 CPU常常处于空闲状态 8.3 组成部分 （2）多道程序(multiprogramming) 同一时刻可以装入多个程序，并且能够同时执行，CUP轮流为它们服务。 非交换技术 分区调度 分页调度 交换技术 请求分页调度 请求分段调度 8.3 组成部分 非交换技术 分区调度 分页调度 8.3 组成部分 分区调度 内存划分成不定长度的几个分区 每个分区可以装入一个程序 CPU交替为各个程序服务 单个程序完全载入内存，并占用连续的地址。 问题： 分区大小不好确定 空闲分区 调整分区 8.3 组成部分 分页调度 内存划分成大小相等的帧(块)。 程序划分成大小相等的页。 程序在内存中不必是连续的。 与分区调度相比改进了内存的利用率。 问题：整个程序仍需全部载入内存才能运行。 8.3 组成部分 请求分页调度 程序分页，但可以依次载入内存、运行、替换。 请求分段调度 按照程序模块划分成段，如代码段，数据段等。 请求分页和请求分段 程序按模块分段再分页，内存分成帧(块)。 8.3 组成部分 （3） 虚拟内存(Virtual Memory) 请求分页调度和请求分段调度中，一部分程序驻留在内存中，一部分存放在硬盘上。 使用虚拟内存。 8.3 组成部分 2. 进程管理 程序、作业和进程 状态转换 进程的状态 就绪 运行 等待 使用虚拟内存后还需要换入和换出 8.3 组成部分 进程管理器 作业调度器 进程调度器 8.3 组成部分 进程管理队列 作业队列 就绪队列 I/O队列 8.3 组成部分 进程同步 死锁(Deadlock) 两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象。 若无外力作用，它们都将无法推进下去。 死锁条件 互斥 资源占有 抢先 循环等待 8.3 组成部分 进程同步 饿死 进程始终得不到需要的资源而无法推进下去。 8.3 组成部分 哲学家进餐问题 每个哲学家需要两支筷子来吃饭 8.3 组成部分 3. 设备管理 有效地使用输入/输出设备 监视所有输入/输出设备 为每个输入/输出设备维护一个队列 使用不同的方式访问输入输出/设备 8.3 组成部分 4. 文件管理 控制对文件的访问 控制对文件的访问 管理文件的创建、删除和修改 给文件命名 管理文件的存储 归档和备份 8.3 组成部分 5. 用户界面 用来接收用户（进程）的请求并向操作系统的其他部分解释这些请求。 命令解释程序