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操作系统概念 第三章：操作系统结构 本章主要内容 本章将从用户角度、程序员角度和操作系统设计人员角度来分别研究操作系统的三个方面。 系统组成 操作系统服务 系统调用 系统程序 系统结构 虚拟机 系统设计与实现 系统生成 3.1 系统组成 进程管理 内存管理 文件管理 输入/输出系统管理 二级存储管理 联网 保护系统 命令解释系统 3.1.1 进程管理 进程指的是运行着的程序 进程需要一定的资源来完成任务，包括CPU时间，内存，文件和I/O设备 OS负责以下与进程管理有关的活动 创建和删除用户进程和系统进程 悬挂（暂停）和继续进程 提供进程同步机制 提供进程通信机制 提供死锁处理机制 3.1.2 内存管理 内存是一字节或字的一个大的阵列，每个字或字节都有自己的地址。 内存是可以被CPU和I/O设备所共同快速访问的数据的仓库 内存是易失性的存储设备。在系统失败的情况下，内存将会丢失其内容。 OS负责以下与内存管理相关的活动 记录内存的哪部分正在被使用及被谁使用 当内存空间可用时，决定哪些进程可以装入内存 根据需要分配和释放内存空间 3.1.3 文件管理 为了便于使用计算机系统，操作系统提供了统一的逻辑信息存储观点。操作系统对存储设备的物理属性进行了抽象，定义了逻辑存储单元即文件。操作系统将文件映射到物理媒介上，并通过对这些存储设备访问这些文件。 文件是由其创建者定义的一组相关信息的集合。 通常，文件表示程序（源程序和目标程序）和数据 OS负责以下有关文件管理的活动： 创建和删除文件 创建和删除目录 提供操作文件和目录的原语 将文件映射到二级存储器（辅存）上 在稳定（非易失的）存储媒介上备份文件 3.1.4 I/O系统管理 操作系统的目标之一是为用户隐藏特定硬件设备的特质。只有设备驱动程序才知道被指定的设备的特质。 I/O系统由如下部分组成： 包括缓冲器、高速缓存和脱机打印的内存管理部分 一个通用设备驱动程序的接口 用于特定硬件设备的驱动程序 3.1.5 二级存储管理 由于内存太小而不能容纳所有数据和程序，再加上掉电后它会失去所拥有的数据，计算机系统必须提供二级存储器，以备份内存。 许多现代计算机系统采用磁盘作为主要在线存储媒介来存储程序和数据。 OS负责下列有关硬盘管理的活动 空闲空间管理 存储空间分配 硬盘调度 3.1.6 联网（分布式系统） 分布式系统是一组不共享内存、外设和时钟的处理器的集合。 这些处理器都有各自的内存和时钟 系统中的处理器通过通信网络相连 通信双方需采用相同的协议 分布式系统使得用户能够访问多个系统资源 对共享资源的访问可以使计算加速、功能加强、提供数据可用性以及增强可靠性 3.1.7 保护系统 保护是控制程序、进程或用户访问由计算机系统定义的资源的机制。 这种保护机制必须能够： 区分已授权的和未授权的使用 提供一定的方法以规定所有要进行的控制 提供提供加强控制的方法 3.1.8 命令解释系统 许多命令通过控制语句交给操作系统 进程创建和管理 I/O处理 二级存储管理 内存管理 文件系统访问 保护 联网 用来接收与解释控制语句的程序有不同的名称 命令行解释器 外壳(Shell, in UNIX) 3.2 操作系统服务 程序执行 I/O操作 文件系统操作 通信 错误检测 资源分配 统计 保护 3.3 系统调用 系统调用提供了进程与操作系统之间的接口 这些调用通常以汇编语言指令的形式提供 有些语言（如C, C++和Perl）已经取代了汇编语言而直接用于系统编程 向操作系统传递参数通常用三种方法 通过寄存器来传递参数 参数数量可能会比寄存器多 将参数存放在内存的块或表中，并将块的地址作为参数传递给寄存器 指针 将参数放在堆栈中，并通过操作系统弹出堆栈 不限制所传递参数的数量或长度 参数作为表传递 系统调用的类型 进程控制：结束，中止，装入，执行，创建、终止进程等 文件管理：创建文件，删除文件，打开，关闭文件等 设备管理：请求设备，释放设备，读、写、重定位设备等 信息维护：读取时间或日期、设置时间或日期等 通信：创建、删除通信连接，发送、接收消息，传递状态信息等 MS-DOS执行状态 运行多个程序的UNIX 通信模型 3.4 系统程序 系统程序提供了一个方便的环境，以开发程序和执行程序。它们可分为以下几类： 文件管理 状态信息 文件修改 程序语言支持 程序装入和执行 通信 应用程序 绝大多数用户所看到的操作系统是由系统程序而不是实际系统调用定义的。 3.5 系统结构 简单结构 DOS UNIX 分层方法 微内核 MS-DOS系统结构 MS-DOS － 利用最小的空间提供最多的功能 没有被划分成模块 尽管MS-DOS拥有一些结构，但它的接口和功能层次并没有很好的分离开来。 MS-DOS层次结构 UNIX系统结构 U