0《高级操作系统》课程概述
高级操作系统概述 (10)
2019/2/11
第五章 分布式资源管理
5.1 资源管理的基本概念 何资源的占用者总能在有限长的时间内释放所 占用的资源，并且任何资源申请者总能在有限 长的时间内获得资源。
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第五章 分布式资源管理
5.2 集中分布资源管理 采用集中分布管理方式时，每个资源均由 唯一的一个管理者管理。每个资源管理者所进 行的分配、释放工作，类似于集中管理方式。 但是，当一个资源管理者不能满足一个申请者 的请求时，它应当帮助用户去向其它资源管理 者申请资源。这样用户申请资源的过程类似在 单机操作系统上一样，只要向本机的资源管理 者提出申请，他无须知道系统中有多少个资源 管理者，也无须知道资源的分布情况。集中分 布管理方式和集中管理方式的区别在于，前者
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第五章 分布式资源管理
5.2 集中分布资源管理 避免饿死：只要每个资源申请者都能在有限长 的时间内获得所需资源，则按算法搜索一定能 获得资源。 高效率地利用资源：使用资源不会出现舍近求 远的现象。 资源使用均衡：不应使某些资源使用过于频繁， 而另一些资源使用过于清闲。 算法开销小：执行算法时通信量少。
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第五章 分布式资源管理
5.2 集中分布资源管理 这种投标策略即考虑了资源的使用的均衡性， 又兼顾了资源使用的有效性。 上述算法没有考虑节点失效的情况，增加 下一条将使算法具有鲁棒性： 5. 若发申请后很久未获得资源，则向中标者发 一询问信：“你还在吗？”。若中标者未失 效就立即予以肯定答复。若发询问信后未见 回答，则重新广播招标信件。
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第五章 分布式资源管理
5.1 资源管理的基本概念 在分布式计算机系统中，由于系统资源是 分布在各台计算机上的，若一类资源归一个管 理者来管里会使性能很差。假如，系统中各台 计算机的存储资源由位于某台计算机上的资源 管理者来管，那么，不论谁申请存储资源，即 使申请的是自己计算机上的资源，都必须发信 给存储管理，这就大大增加了系统开销。如果 存储管理所在那台计算机坏了，系统便会瘫痪。 由此可见，分布式操作系统采用集中式方式来 管理资源，不仅开销大，而且鲁棒性差。
高级操作系统课件
2019年7月19
感谢你的观看
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4.2分布式处理机分配算法
处理机分配的基本模型、假定和目标： 1）关于处理器：
l 假定所有的机器都是相同的，至少是代码兼容的， 不同的只是运行速度。
l 有些还假定系统具有多个互不相关的处理机池，每 一个处理机池都是相同的。
2019年7月19
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4.2分布式处理机分配算法
2019年7月19感谢你的观看324.2分布式处理机分配算法
l 不管是过载者启动的算法还是欠载者启动的算法，不 同的算法要采用不同的策略来决定谁收集信息、收集 时间多长以及如何处理收集的信息。
l 通常，所有的算法都假定每一台机器都知道它自己的 负载，也就是说，它可以判断自己是超载还是欠载， 并且能够告诉其它机器自己的负载。
务在同一个PE 上时的通信开销和在 不同PE 上时的通信开销。
2019年7月19
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4.2分布式处理机分配算法
任务划分的粒度： 一个给定任务划分的粒度定义是任务分解中影响
通信开销的所有单元的平均尺度。根据数据单元的大 小，算法可以分成。
l 细粒度：数据单元小
l 粗粒度：数据单元大
l 中粒度：介于上述两者之间
2019年7月19
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4.2分布式处理机分配算法
然而，Eager 等人在1986年所做的研究使追求低 复杂和最优的人们看到了希望。他们研究了三个算法。 在这三个算法中，所有的机器都测量自己的负载以判 断它是否超载。当一个新进程创建时，创建该进程的 机器就会检查自己是否超载，如果是，则它就寻找一 台欠载的远程机器去运行该进程。这三个算法的不同 之处在于寻找远程机器的方法。
《高级操作系统》课件
本课程介绍高级操作系统的各个方面，包括操作系统的类型、组成和管理， 并探讨未来发展趋势和与云计算的关系。
什么是高级操作系统
高级操作系统是一种更复杂和功能更强大的操作系统，它具备更强的并发性、 更高的性能和更好的安全性等特性。
操作系统的发展历程
1
单任序。
2 内存保护
防止进程或线程越界访问其他进程或操作系统的内存。
3 内存回收
及时回收不再使用的内存，提供给其他进程使用。
文件系统
文件系统负责管理存储设备上的文件，提供文件的创建、读取、修改和删除 等操作。
2
多任务操作系统
出现了可以同时运行多个程序的操作系统。
3
分布式操作系统
支持多台计算机协同工作的操作系统。
操作系统的类型及区别
单用户操作系统
只能同时为一个用户提供服务。
多用户操作系统
可以同时为多个用户提供服务。
实时操作系统
能够及时响应对外部事件的请求。
操作系统的基本组成
操作系统由内核和外壳组成。内核负责管理硬件资源和提供基本的功能，外壳提供用户界面和应用程序接口。
进程管理
进程调度
进程通信
操作系统负责按照一定的策略和 算法，合理调度进程的执行顺序。
不同进程之间进行信息交换和共 享。
进程同步
保证多个进程之间的操作按照一 定的顺序进行。
线程管理
线程是进程的执行单元，操作系统负责管理线程的创建、调度和销毁，并提供线程间的通信和同步机制。
内存管理
1 内存分配
操作系统负责将内存分配给进程或线程，并管理内存的使用情况。
《高级操作系统》课程教学大纲
《高级操作系统》课程教学大纲课程代码：201400115任课教师（课程负责人）：严飞任课教师（团队成员）：张立强、王鹃课程中文名称: 高级操作系统课程英文名称：Advanced Operating System课程类型：研究方向必修课课程学分数：2课程学时数：32授课对象：网络空间安全及相关专业硕士研究生一．课程性质《高级操作系统》是网络空间安全及相关专业硕士研究生的一门研究方向必修课。
二、教学目的与要求本课程详细讲授了分布式操作系统的实现关键技术、一致性模型、崩溃恢复、并发控制、分布式文件系统、安全与容错、大数据处理等方面的相关知识。
通过本课程的学习，学生将了解分布式系统的抽象、设计和实现技术，以及在构建系统中如何汇聚资源，构造快速、可扩展和容错的分布式系统的方法，让学生能够创造性地研究和解决与本学科有关的理论和实际问题，充分发挥与其它学科交叉渗透的作用，为社会输送培养优秀的系统安全人才三．教学内容本课程由九大部分组成：（一）绪论 (2学时)1.分布式系统的分类2.分布式系统体系结构3.分布式软件服务模型4.分布式系统的特点5.分布式系统中的设计问题（二）分布式操作系统中的关键技术（4学时）1.远程过程调用2.交互系统中的线程问题3.分布式系统中的时序问题4.故障检测（三）一致性模型（4学时）1.顺序一致性模型2.松弛一致性模型3.最终一致性模型4.因果一致性模型（四）崩溃恢复与日志（2学时）1.崩溃的概念2.崩溃恢复技术3.日志技术（五）并发控制（4学时）1.并发事物的概念及特点2.串行化与两段锁3.多版本并发控制（六）分布式共识（4学时）1.2PC协议的引入2.2PC协议3.2PC实例4.故障容忍与共识5.具有故障容忍的分布式共识算法（七）分布式文件系统（4学时）1.文件服务2.远程文件访问的关键技术3.典型分布式文件系统举例（NFS，GFS等）（八）安全与容错（4学时）1.拜占庭问题2.分布式系统安全的设计3.分布式系统安全实例（九）大数据并行处理（4学时）1.MapReduce2.Dryad3.图数据并行处理模型四.五．教学方法本课程主要采用教师讲授、课堂讨论、学生自学、课堂练习及期末考试相结合的方法，灵活运用多种教学手段，如多媒体辅助教学、课堂互动教学等，同时注重知识传授上的整体性和连贯性，让学生能够从该课程的应用领域，逐渐了解到知识点，最后深入到该领域的知识体系，通过课堂练习和讨论，提高学生的积极性，引导学生进行自主学习，提高学生对该研究领域的学习兴趣。
高级操作系统AdvancedOperatingSystem00002
半。这样虚信道的总数就缩减了一半。
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4.6.1 虚信道类
可将上述思想一般化：
将给定网络分成k个子集（前面的例子相当于k=2的情形） S1, S2, … Sk ，每个子集都不包含相邻节点
虽然虚信道提供了一个具有多重信道的网络， 但仍需仔细设计路由算法。例如，
可以按照信道标记的升序使用虚信道，以便避免虚 信道间循环依赖。
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4.5虚信道和虚网络 虚网络
比虚信道更高一级的虚拟化是虚网络
一个给定的物理网络1 被分成几2 个虚网络3 ，每个虚网络包括 一系列的虚信道。
虚网络中相邻的4节点被映5 射到物理6 网络中时也要相邻
DR：记录消息从高维度路由到低维度的次数。
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4.6.2 逃逸信道 维度逆转路由（cont'd）
一旦一个消息取得一个信道，它就将该信道标记为当 前的DR数。
因此，一个消息会首先考虑通过非等待信道到达目标 若所有的非等待信道都繁忙，它就考虑等待信道
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4.6.2 逃逸信道 混合路由
使用逃逸信道来扩展完全适应的概念
例如，可以用两个路由进程实现混合路由： 路由进程1：完全适应性路由，
使用标记为非等待的虚信道； 路由进程2：限制性但无死锁路由
可能是XY路由或e-立方等决定性路由 使用标记为等待的虚信道。
虚信道举例（cont'd）
若源地址大于目标地址，
可从任何一个信道开始； 但一旦使用一个高（低）信道，
那以后也要使用同一信道
若源地址小于目标地址，
首先使用高信道，经过节点P3 P3 后，高虚信道切换为低虚信道
《高级操作系统》课件
访问控制与权限管理
访问控制
访问控制是操作系统安全机制的核心，它通过控制用户对系统资源（如文件、网络资源等）的访问权限，防止未 授权的访问和数据泄露。
权限管理
权限管理是对用户和应用程序访问系统资源的权限进行管理的机制，通过设置不同的权限级别，确保只有经过授 权的用户和应用程序才能执行相应的操作。
数据加密与解密技术
《高级操作系统》 ppt课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理 • 安全与保护机制
01
操作系统概述
操作系统的定义与功能
总结词
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件和应用程序的资源，提 供用户与计算机交互的界面。
进程的同步与通信
总结词
同步机制与通信方式
VS
详细描述
进程同步是协调并发进程的行为，保证它 们能够正确地共享资源。常见的同步机制 包括信号量、消息队列和条件变量等。进 程间通信（IPC）是实现进程间信息交换 和协同工作的手段，包括管道、消息传递 、共享内存和远程过程调用等方式。
进程的调度与死锁
总结词
标识
为每种设备分配唯一的标识符，以便在系统中进行识 别和管理。
设备的驱动程序与I/O控制方式
要点一
驱动程序
要点二
I/O控制方式
操作系统为每种设备提供相应的驱动程序，以实现设备的 控制和数据传输。
根据设备的特性和需求，选择合适的I/O控制方式，如轮询 、中断、DMA等。
设备的分配与回收
分配
根据用户需求和系统资源情况，合理分配设备资源， 确保用户请求得到及时响应和处理。
高级操作系统原理基础知识全面解读
高级操作系统原理基础知识全面解读在计算机领域，操作系统是计算机硬件与应用软件之间的桥梁，是计算机系统中最基础、最核心的软件之一。
高级操作系统则进一步扩展了操作系统的功能和特性，为计算机提供了更多的资源管理和用户接口。
本文将对高级操作系统原理的基础知识进行全面解读。
一、操作系统概述操作系统是计算机系统的核心组成部分，它主要负责管理和调度计算机硬件资源，提供用户和应用程序与计算机硬件之间的接口。
操作系统的作用主要可以分为以下几个方面：1. 资源管理：操作系统负责管理计算机的硬件资源，包括CPU、内存、硬盘等，合理分配和调度这些资源，以提高计算机的性能和利用率。
2. 进程管理：操作系统通过进程管理机制实现对进程的创建、调度和终止等操作，为应用程序提供运行环境，并确保它们能够良好地协同运行。
3. 文件系统管理：操作系统通过文件系统管理机制实现对文件的创建、读写和删除等操作，为用户和应用程序提供方便的文件访问接口。
4. 设备管理：操作系统通过设备管理机制实现对各种外部设备的控制和管理，包括输入输出设备、通信设备等。
二、高级操作系统的特性高级操作系统相比传统操作系统，具有更多的功能和特性，主要体现在以下几个方面：1. 分时操作系统：分时操作系统是高级操作系统的一种特殊形式，它允许多个用户同时共享计算机资源，并且能够快速地切换用户之间的上下文，实现多用户的并发访问。
2. 多用户操作系统：高级操作系统支持多个用户同时使用计算机，每个用户都可以运行自己的程序和操作系统。
3. 多任务操作系统：高级操作系统可以同时运行多个任务，每个任务可以是一个应用程序或进程，通过合理的调度策略，实现任务之间的快速切换和共享计算机资源。
4. 虚拟存储管理：高级操作系统通过虚拟存储管理机制，将物理内存和磁盘空间进行映射，扩展了计算机的内存容量，提高了计算机的性能和可靠性。
5. 图形用户界面：高级操作系统提供了直观、友好的图形用户界面，使得用户能够通过鼠标、键盘等输入设备进行操作，而不需要记忆和输入复杂的命令行指令。
0-2010-操作系统高级课程 课程简介
操作系统做什么？
程序执行系统调用，在文件描述符中写一字符串 操作系统检查字符串的位置是否正确 操作系统找到字符串被送往的设备 设备是一个伪终端，由一个进程控制 操作系统将字符串送给该进程 该进程告诉窗口系统它要显示字符串 窗口系统确定这是一个合法的操作，然后将字符串转换 成像素 窗口系统将像素写入存储映像区 视频硬件将像素表示转换成一组模拟信号控制显示器 （重画屏幕） 显示器发射电子束 你在屏幕上看到hello world
实验2：内存管理
MIT实习内容介绍(续一)
实验3：用户环境
进程管理：使用数据结构进程控制块编写进程 创建、中止、调度程序，理解操作系统如何对 进程进行管理 中断处理：通过设置中断描述符表IDT，编写中 断分派程序和时钟中断程序，实现缺页中断、 断点异常处理和系统调用
MIT实习内容介绍(续二)
操作系统高级 Operating Systems Advanced Class
北京大学软件与微电子学院 2010春季
教学计划
三条主线
专题讨论 实例介绍：Windows操作系统 JOS操作系统实习
教材
Modern Operating System Andrew S.Tanenbaum 现代操作系统（第3版）陈向群等译 机械工业出版社 Windows操作系统原理
摘自《高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范》
JOS操作系统介绍
美国MIT电子工程与计算机科学教学用OS
大纲
JOS是什么？ JOS操作系统实习的目的 环境搭建
搭建操作系统环境 学习和使用一个模拟器：bochs • 我们要做什么？ • 相关资料
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
引言
❖ 不同类型操作系统之间的比较
❖ 促进操作系统发展的因素
▪ 硬件升级、或出现了新的硬件类型； ▪ GUI取代字符界面用户、系统管理者
的需求，新的功能、工具不断加入到 OS中； ▪ bug 维护、修补；
北京邮电大学
❖章节划分
▪ 1 分布式计算机系统 ▪ 2 分布式通信
课程主要内容
▪ 3 分布式协同处理 ▪ 4 资源管理 ▪ 5 进程及处理机管理 ▪ 6 任务分配与负载平衡 ▪ 7 分布式文件系统 ▪ 8 命名服务 ▪ 9 事务的并发控制 ▪ 10 分布式事务 ▪ 11 恢复与容错 ▪ 12 分布式共享内存 ▪ 13 操作系统的安全性
《高级操作系统》课程概述
北京邮电大学
2021/3/8
Outline
课程简介 课程主要内容
引言
课程简介
❖教材和参考书
▪ 何炎祥等,高级操作系统,科学出版社, 1999年. ▪ 何炎祥,分布式操作系统,高等教育出版社,
2005年. ▪ Andrew S, Tanenbaum. Distributed
❖分布式操作系统
▪ 分布式操作系统是为分布式计算机系 统配置的一种操作系统。
▪ 分布式OS在这种多机系统环境下，负 责控制和管理以协同方式工作的各类 系统资源；负责分布式进程的同步及 执行，处理机间的通信、调度与分配 等控制事务，自动实行全系统范围内 的任务分配和负载平衡；具有高度并 行性以及故障检测和重构能力。
• 孟祥武等,操作系统考研指导,北京邮电大 学出版社, 2002年.
▪ 熟悉一种程序设计语言
课程简介
❖ 教学目的
▪ 了解分布式操作系统技术方面的新成果， 了解目前技术发展的情况，在实际应用中， 科学、合理选择产品、系统，避免盲目、 为进行二次开发等打下基础。
▪ 目前操作系统产品正逐步吸收分布式操作 系统方面的研究成果，通过学习，可以从 更高一层看目前的操作系统技术、产品， 可以预测它的发展。
引言
❖并行操作系统
▪ 并行计算是指同时对多个任务或多条 指令、或对多个数据项进行处理。完 成此项处理的计算机系统称为并行计 算机系统，它将多个处理器（从几个 到几万个不等）通过网络连接以一定 的方式有序地组织起来。
▪ 并行机 —> 并行操作系统
• 并行DBMS —> 并行算法 —> 并行程序设 计语言及其开发环境（并行编译）
Operating Systems(中译本).电子出版 社,1999年.
❖联系方式
பைடு நூலகம்
课程简介
❖先修课程
▪ 操作系统（本科）
• 张尧学,史美林.计算机操作系统教程.清华 大学出版社, 2008年.
• 汤子瀛等.计算机操作系统.西安电子科技 大学出版社, 2000年.
• Abraham Silberschatz et al. Operating System Concept.高等教育出版社,2007年
▪ 如果做实际、应用项目，可以采用一些新 技术。包括完成系统软件和应用软件。
课程主要内容
❖教学内容
▪ 主要讨论设计和构造分布式操作系统 的基本原理和典型实现技术。
▪ 分布式操作系统(Distributed OS, DOS)
• 目前，分布式操作系统作为多机操作系统 的高级表现形式，仍处于研究和发展阶段， 在理论和研制方法上仍有待于进一步解决 和探索的问题。
引言
❖网络操作系统
▪ 具有网络功能的操作系统，无严格定 义。MS-DOS:1)网络通信能力;2)提供 网络服务
▪ 网络上各节点的主机运行自身的操作 系统，它不仅要保证本机的系统进程 或用户进程能简便、有效地使用网络 中各种资源；同时，也为网中其它用 户使用本机资源提供服务。
▪ OS+网络协议
引言
• 国内有银河机、曙光机等；国外有PVM、 NOW 工作站机群系统等.
引言
❖实时操作系统（Real- Time Operating System, RTOS）
▪ 支持实时系统工作的操作系统，响应 时间有明确的规定：
• 执行效率高、快速、实时性强； • 系统小，可剪裁，核心部分更小； • 主要应用于实时控制领域。
引言
❖分布式操作系统
▪ 及网络操作系统比较
• 每台计算机没有各自独立的OS，用户不 了解其文件存储在什么地方，也不了解其 程序是由远程处理机执行的，分布式OS 自动管理文件的放置；
• 网络OS每台计算机均有自己的OS；网络 OS的用户要访问资源，用户必须了解资 源的位置，用“文件传输”命令在计算机 之间移动文件。