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高级操作系统 中国科技大学计算机系 曹先彬 xbcao@ustc.edu.cn 2005年3月 OS在计算机学科中的地位 讲授内容 第一部分 第一章 概论 第二部分 2.单CPU OS 原理+实例分析 第三部分 3.多处理机OS 4.分布式OS Reference Books 1. A.S.Tanenbaun 三本书 (1) Operating systems: Design and Implementation (2) Distributed Operating Systems (3) Modern Operating Systems Prentice-Hall Press 电子工业出版社 2. 汤子瀛，计算机操作系统，西安电子科技大学出版社 3. 滕至阳，现代操作系统教程，高等教育出版社，2000.2 4. D.A.Solomon, M.E.Russinorich, Inside windows 2000，Microsoft Press，2000 5. 尤晋元，Windows 操作系统教程，机械工业出版社，2001 第一部分 基础知识 第一章 概论 对单CPU OS的认识： *外部特性 *内部特性 对高级OS的认识 1.1对单CPU OS的认识 1.1.1 外部特性 1.目标 (1)方便性 ---人 (2)有效性 ---系统管理 (3)可扩展性 ---体系结构：软件结构和硬件结构 (4)开放性 ---体系结构：软件结构和硬件结构 2.作用（定义）与模型 (1)作用:三点 (2)模型:层次模型 (3)研究观点:用户观点和资源管理者观点 3.发展历程与类型 (1)动力:人的需求+计算机本身发展的推动 软件:程序设计方法\语言 硬件 体系结构 (2)历程: (无OS时代 (批处理 *单道批处理，多道批处理 *多道程序设计技术 ①特点:多道，宏观上并行(并发)，微观上串行 ②硬件支持:中断，通道 ③需解决的问题:OS任务(事件) (分时系统 *思想:时间片 *实现方法: ①单道分时，如MIT的CTSS，是MULTICS的先祖 ②前后台 ③多道分时 (实时系统 *实时控制系统，实时信息处理系统 (多处理系统 (网络系统 (分布式系统 (智能、个性化系统 4.功能模块 5.基本特征 (1)进程(线程)的执行并发性 * C.P.并发和并行 (2)资源的使用共享性 *共享性:①互斥共享:临界资源 ②同步共享 (3)设备虚拟性 (4)进程的异步性 *不确定性:异步性，不可再现性 6.OS的划分 从类型分(应用角度) ①微机OS *按字长:8位，16位，32位，64位 *按可容纳的用户及任务: 单用户单任务OS: CP/M, DOS 单用户多任务OS: OS/2, Windows 多用户多任务OS: Unix, Linux *嵌入式OS: Windows CE, Stinger(手机用) ②多处理机OS 如Carnegie Mellon大学的Mach ③网络OS 如Windows NT，支持Posix标准 ④分布式OS 宏观上:分布式OS,机群OS等 微观上:嵌入式OS “代”的提法 单任务自动批处理 多任务多方式 软件工程和小型化 开放系统和并行分布 1.1.2 内部特性 1.OS内核 (1)CPU执行状态 *管态(核心态，系统态) *目态(算态，用户态) (2)组成 支持功能+内核系统调用 *支持功能:中断(最基本)、时钟、原语 *具体而言,内核: ①进程、线程管理 ②存储管理 ③I/O管理 ④文件系统管理 (3)内核体系结构 ①强内核(Mondithnic):集中式结构 (陷入内核) ②微内核(Micro kernel):分布式结构(C/S) 2.OS结构设计 (1)整体式结构设计模式: 如UNIX (2)层次式结构设计模式: 如E.W.Dijkstra的THE(1968) (3)以管理为工具的设计模式 (4)对现代多处理机系统的OS ① Client/Server ② 对象模式 ③ 紧耦合(对称多处理) ④ 松耦合(以网络为基础) 1.2对高级OS的认识 *以分布式OS为主线 1.对分布式计算机系统的认识 (1)定义 (2)与集中式系统的比较 (3)与个人计算机系统的比较 *分布式系统的不足 (4)分布式系统的硬件概念 *1972，FlynnSISD(Single Instruction Stream, Single Data Structure) *单CPU系统