第二讲 操作系统的作用、功能与主要特性

操作系统中的并发性(2)
并发性使系统变得复杂化



如何从一个活动切换到另一个活动？ 怎样将各个活动隔离开来，使之互不干扰，免 遭对方破坏？怎样让多个活动协作完成任务？ 怎样协调多个活动对资源的竞争？ 如何保证每个活动的资源不被其它进程侵犯? 多个活动共享文件数据时，如何保证数据的一 致性？
原理、接 口和服务)
ch2(处理器管理)、 ch4(存储管理)、 ch5(设备管理)、 ch6(文件管理)



对内作为“管理员”，做好计算机系统软硬件资 源的管理和调度、程序执行控制与协调、提高系 统效率和资源利用率； 对外作为“服务员”，是用户与硬件的接口和人 机界面，为用户提供最友善的运行环境和最佳的 服务； 操作系统在管理好资源的基础上，向外提供强有 力的服务，所以，资源管理是操作系统的一项主 要任务。
实现文件的共享和安全性控制；
实现文件的存储空间管理。
网络资源管理； 数据通信管理； 网络管理。
第一个特性--并发性 第二个特性--共享性 第三个特性--异步性
并发性---指两个或两个以上的事
件或活动在同一时间间隔内发生 发挥并发性能够消除系统中部件 和部件之间的相互等待，有效地 改善系统资源的利用率，改进系 统的吞吐率，提高系统效率
操作系统结构和运行模型 流行操作系统简介
1.1.1 操作系统的定义和目标 1.1.2 操作系统的资源管理技术 1.1.3 操作系统的作用与功能 1.1.4 操作系统的主要特性
操作系统的作用
OS作为用户接口和服务提供者 OS作为扩展机或虚拟机 OS作为资源管理者和控制者 OS作为程序执行的控制者和协调者
研究和观察操作系统途径
研究和观察操作系统 用户角度 OS是服务 提供者 服务用户 的观点 OS是资源 管理者 管理资源 的观点 静态观察 方法
ch1(概念和
系统角度 OS是虚拟 机 系统实现 的观点 OS是程序执 行的控制者 进程交互 的观点 动态观察 方法
ch1(虚拟机、 os结构、os运 行模型)、 ch7(安全与保 护) ch2(进程、线 程、调度)、 ch3(同步、通 信、死锁)
•异步性给系统带来潜在危险,有可
能导致与时间有关的错误。 •操作系统的一个重要任务是必须 确保捕捉任何一种随机事件，正确 处理可能发生的随机事件，正确处 理任何一种产生的事件序列，否则 将会导致严重后果。


设系统有打印机、读卡机各一台，被进程Ｐ和Ｑ 共享。两个进程并发执行，按下列次序请求和释 放资源： 进程Ｐ 进程Ｑ 请求读卡机 请求打印机 请求打印机 请求读卡机 释放读卡机 释放读卡机 释放打印机 释放打印机
主存分配
； 地址转换与存储保护； 主存共享 ； 存储扩充 。
采用并发技术的系统称多任务系统
并发的实质是一个物理CPU(也可以
多个物理CPU) 在若干道程序之间多 路复用，并发性是对有限物理资源 强制行使多用户共享以提高效率。 结论：实现并发技术的关键之一是 如何对系统内的多个活动(进程)进 行切换的技术
•并行性指---指两个或两个以上
的事件或活动在同一时刻发生 •并行的事件或活动一定是并发 的，但反之并发的事件或活动未 必是并行的。 •并行性是并发性的特例，而并 发性是并行性的扩展。
进程是支持程序执行的系统机制，
系统以进程方式组织用户使用计算 机。 OS 需要提供机制，解决并发进程执 行时产生的互斥、同步、通信和死 锁问题。
操作系统中的资源，包括两类： 硬件资源和信息资源。 硬件资源又分：处理器、存储器、 I/O设备等； 信息资源又分：程序和数据等。
也可把操作系统定义为：是能 使诸用户有效、方便地共享一 套计算机系统资源的一种系统 软件。
操作系统的重要任务之一(1) 对资源进行抽象研究，找出各 种资源共性和个性，有序地进行 管理，跟踪资源使用情况，监视 资源的状态，满足用户对资源的 需求，协调各程序对资源的使用 冲突；
操作系统的重要任务之一(2) 研究使用资源的统一方法，让用 户简单、有效的使用资源，最大 限度地实现各类资源的共享，提 高资源利用率，从而，使得计算 机系统的效率有很大提高。
共享指操作系统中的资源可被多个 并发执行的进程所使用 ：


透明资源共享：资源隔离与授权访问 显式资源共享：临界资源与独占访问 与共享性有关的问题:资源分配、信息保护、存 取控制等，必须要妥善解决好。
操作系统中的异步性处处可见 ：
(1)进程何时执行？何时暂停？怎样的速度向前推进？都 是异步(随机)的。 (2)作业到达系统的类型和时间是随机的； (3)操作员发出命令或按按钮的时刻是随机的； (4)程序运行发生错误或异常的时刻是随机的； (5)各种各样硬件和软件中断事件发生的时刻是随机的
提供设备中断处理； 提供缓冲区管理；
提供设备独立性，实现逻辑设备
到物理设备之间的映射； 设备的分配和回收； 实现共享型设备的驱动逻辑组织方法；
◦ 流式文件，记录式文件
提供文件的物理组织方法；
◦ 顺序文件，连接文件，索引文件
提供文件的存取和使用方法； 实现文件的目录管理；
处理机管理
存储管理
设备管理
文件管理
网络与通信管理
用户接口

进程控制和管理
◦ 创建进程、阻塞进程、唤醒进程、挂起进程、激活进程、 终止进程和撤销进程；

进程同步和互斥； 进程通信； 进程死锁； 线程控制和管理； 处理器调度，又分高级调度(作业调度，决 定哪些作业可以进入主存），中级调度 （平衡调度，根据内存的容量决定进程的 数量并决定哪些进程留在主存，哪些暂时 对换到辅存上）和低级调度（决定哪个进 程占有CPU运行）。

教学目的
◦ 让学生能从不同角度理解操作系统的作用 ◦ 让学生了解操作系统的主要功能 ◦ 让学生深刻理解操作系统的各种主要特性

教学重点
◦ 操作系统的主要特性

教学难点
◦ 操作系统主要特性的理解
高等教育出版社出版
1.1 1.2 1.3 口 1.4 1.5
操作系统概观 操作系统的形成和发展 操作系统提供的服务和用户接
用户对计算机系统的需求与期望和
现有硬件性能之间的巨大差距，靠 操作系统来填补； 操作系统提供友善的人机接口，使 得用户能够方便、可靠、安全、高 效地使用硬件和运行应用程序； 操作系统对计算机硬件进行改造和 扩充，为用户提供强有力的各种服 务；
操作系统把硬件的复杂性与用户隔
离开来 在计算机裸机上加上操作系统来组 成整个计算机系统 操作系统与硬件组成一台功能显著 增强，使用更加方便，安全可靠性 更好的扩展机器或虚拟机 。