第十六章軟件工程概述

1、第7章操作系統(tǒng)引論,,本章基本內(nèi)容與要求,基本內(nèi)容操作系統(tǒng)做什么操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的特征操作系統(tǒng)的性能評價操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析,本章基本內(nèi)容與要求,要求掌握操作系統(tǒng)的基本概念掌握操作系統(tǒng)的功能、分類、特征、了解操作系統(tǒng)的性能、結(jié)構(gòu),7.1 操作系統(tǒng)的作用,從一般用戶角度來看所謂計算機操作系統(tǒng)，是指控制和管理計算機的軟、硬件資源，合理組織計算機的工作流程，方便用戶使用計算機系統(tǒng)的程序集合。從程序員的角

2、度看操作系統(tǒng)就是一臺能夠為用戶提供高級編程接口、便于使用的虛擬機。,7.2 操作系統(tǒng)功能,進程管理存儲管理設(shè)備管理文件管理用戶接口,1.進程管理,進程管理又稱“處理機管理”，其主要功能是對中央處理器（CPU）進行管理。多道程序設(shè)計的特點是多個程序共享CPU資源，CPU的利用率較高。在多道程序設(shè)計環(huán)境中，為了保證系統(tǒng)的安全，將指令分成特權(quán)指令和非特權(quán)指令。只允許操作系統(tǒng)程序執(zhí)行的指令稱為特權(quán)指令，一般用戶不允許使用特權(quán)指令

3、。指令集合中除特權(quán)指令之外的指令稱為非特權(quán)揩令。在多道程序設(shè)計環(huán)境中，中央處理器交替地執(zhí)行操作系統(tǒng)程序和用戶程序。當CPU正在執(zhí)行操作系統(tǒng)程序時，稱 CPU處于系統(tǒng)態(tài)（又稱管態(tài)、核心態(tài)）；當 CPU正在執(zhí)行用戶程序時，稱CPU處于用戶態(tài)（又稱目態(tài)）。,2.存儲管理,存儲管理的主要功能是管理內(nèi)存資源。當多道程序共享內(nèi)存資源時，需要合理地為它們分配內(nèi)存空間，將程序地址空間快速正確地映射到物理地址空間，并保證用戶的程序和數(shù)據(jù)能夠相互隔離、

4、互不干擾。隨著用戶程序的不斷增大，內(nèi)存資源常常捉襟見肘，所以需要解決內(nèi)存擴充的問題，即把內(nèi)存和外存統(tǒng)一起來管理，只需將程序的一部分調(diào)入內(nèi)存，另一部分仍留在外存中，程序可以在內(nèi)、外存之間互換，為用戶提供一個容量比實際內(nèi)存大得多的虛擬存儲器，以保證大程序的運行。,3.設(shè)備管理,計算機外部設(shè)備的種類繁多、功能差異很大，管理困難。操作系統(tǒng)設(shè)備管理的主要功能是按一定的策略為進程分配外部設(shè)備、啟動外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送，使用戶不必了解設(shè)備以及接口的

5、技術(shù)細節(jié)就可以方便地對設(shè)備進行操作。為了彌補CPU和外部設(shè)備速度的差異，提高CPU和外設(shè)之間的并行能力，系統(tǒng)采用了中斷技術(shù)、通道技術(shù)、緩沖技術(shù)和虛擬設(shè)備技術(shù)等，為用戶提供了功能強大、界面友好的設(shè)備使用手段。,4.文件管理,計算機系統(tǒng)中大量信息總是以文件形式保存在外存儲器上。操作系統(tǒng)必須向用戶提供能快速、有效、合理地存取這些數(shù)據(jù)的手段。文件管理的主要任務(wù)是有效地管理文件的存儲空間，合理組織和管理文件系統(tǒng)的目錄，支持對文件的存儲、讀寫操作，

6、解決文件信息的共享、保護及訪問控制等。,5.為用戶提供接口,7.3 操作系統(tǒng)的分類,批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)桌面PC機操作系統(tǒng)手持設(shè)備操作系統(tǒng)云計算操作系統(tǒng)其他類型的操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng),一、批處理系統(tǒng),批處理系統(tǒng)也稱為作業(yè)處理系統(tǒng)。在批處理系統(tǒng)中，操作人員將作業(yè)成批地裝入計算機中，由操作系統(tǒng)在計算機中某個特定區(qū)域（一般稱為輸入井）將其組織好并按一定的算法選擇其中的一個或幾個作業(yè)，將其調(diào)人內(nèi)存使其運行。運

7、行結(jié)束后，把結(jié)果放入“輸出井”，由計算機統(tǒng)一輸出后，交給用戶。批處理系統(tǒng)的主要優(yōu)點是系統(tǒng)吞吐量大，資源利用率高。所謂“吞吐量”是指單位時間內(nèi)系統(tǒng)所能完成的任務(wù)的總和。批處理系統(tǒng)的主要缺點是交互能力比較差。,二、分時系統(tǒng),分時系統(tǒng)允許多個用戶同時使用一臺計算機。不同用戶通過各自的終端以交互方式使用計算機，共享主機的各種軟、硬件資源。分時系統(tǒng)的主要特點是：1）同時性 2）交互性 3）獨立性 4）及時性 分時系統(tǒng)的出現(xiàn)提高

8、了系統(tǒng)資源的利用率，減少了系統(tǒng)維護人員，節(jié)省了開支，促進了計算機的普及，顯著地提高了研究、檢查和調(diào)試程序的效率。,三、實時系統(tǒng),實時系統(tǒng)是指能夠及時響應(yīng)隨機發(fā)生的外部事件，并在規(guī)定的時間范圍內(nèi)完成對該事件處理的系統(tǒng)。實時系統(tǒng)可分為實時控制系統(tǒng)和實時信息處理系統(tǒng)。1．實時控制系統(tǒng)2．實時信息處理系統(tǒng)3．實時系統(tǒng)的特征實時系統(tǒng)最主要的特征就是其快速的處理能力，適應(yīng)實時性的要求。,四、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),計算機網(wǎng)絡(luò)是通過通信設(shè)施把地理上分散

9、的具有自制能力的計算機連接起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、資源共享和互操作為目的的計算機系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是建立在主機操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，用于管理網(wǎng)絡(luò)通信和共享資源，協(xié)調(diào)各主機上任務(wù)的運行，并向用戶提供統(tǒng)一的、有效的網(wǎng)絡(luò)接口的軟件集合，包括網(wǎng)絡(luò)管理、通信、資源共享、系統(tǒng)安全和多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)。,五、分布式操作系統(tǒng),分布式操作系統(tǒng)是通過通信網(wǎng)絡(luò)將物理上分散且具有自制能力的計算機系統(tǒng)互連起來，實現(xiàn)信息和資源共享，協(xié)作完成任務(wù)。分布式系統(tǒng)要求一個統(tǒng)一的操作

10、系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)資源的統(tǒng)一管理。分布式操作系統(tǒng)負責(zé)管理分布式系統(tǒng)中的所有資源，包括整個系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)調(diào)工作，并為用戶提供一個統(tǒng)一的界面，用戶通過該界面使用系統(tǒng)資源時無須了解資源的位置。,7.4 操作系統(tǒng)的特征,并發(fā)性共享性不確定性虛擬性,一、并發(fā)性,并發(fā)性又稱為同時性，是指在操作系統(tǒng)中同時存在許多活動，這些活動都已經(jīng)開始但又沒有結(jié)束。在操作系統(tǒng)中，并發(fā)性和并行性是既相似又有區(qū)別的兩個概念。其中并發(fā)性是指兩

11、個或多個事件在同一時間段內(nèi)發(fā)生；而并行性是指兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生。在單處理機系統(tǒng)中，每一時刻僅能執(zhí)行一道程序。故微觀上程序是交替運行的，而宏觀上程序是并發(fā)運行的。,二、共享性,由于操作系統(tǒng)的并發(fā)性，使整個系統(tǒng)的軟、硬件資源不再為某個程序所獨占，而是由許多程序共同使用，即許多程序共享系統(tǒng)中的各種資源。資源共享是由于并發(fā)而引起的，如果沒有并發(fā)性，系統(tǒng)中只允許一個程序運行，所有資源都由該程序獨享，自然不存在共享性的問題。但是，如果操作

12、系統(tǒng)不對被共享的資源實施有效的管理，并發(fā)程序也無法正常運行?？梢哉f，并發(fā)性和共享性是操作系統(tǒng)的兩個最基本的特征。,三、不確定性,在多道程序設(shè)計中，各個程序之間存在著直接或間接的聯(lián)系，程序的推進速度受它的運行環(huán)境的影響。同一程序和數(shù)據(jù)的多次運行可能得到不同的結(jié)果，程序的運行時間、運行順序也具有不確定性；外部輸入的請求、運行故障發(fā)生的時間不可預(yù)測，這些都是不確定性的表現(xiàn)。,四、虛擬性,操作系統(tǒng)中經(jīng)常使用“虛擬”這個概念。在只有一個CPU的計

13、算機上可以同時運行多個程序，每個程序都好像獨占了一個CPU；由于用戶分時使用同一臺計算機，好像每人都在使用一臺獨立的計算機一樣；在一臺物理內(nèi)存只有1MB的計算機上運行了總?cè)萘砍^5MB的程序，好像用戶擁有一臺內(nèi)存為5MB甚至更大的計算機一樣……，這些都是操作系統(tǒng)虛擬性的表現(xiàn)。,7.5 操作系統(tǒng)的性能評價,可靠性方便性效率可維護性可移植性,一、可靠性,作為用戶來說，希望操作系統(tǒng)是絕對可靠的。但由于操作系統(tǒng)的并發(fā)性、共享性等特點，要

14、做到絕對可靠是比較困難的。一般采取如下措施以便產(chǎn)生一個可靠性較好的操作系統(tǒng)：1）在系統(tǒng)設(shè)計時盡量避免可能的軟、硬件故障。2）在系統(tǒng)運行過程中，一旦出錯應(yīng)能及時檢測，減少損失。3）系統(tǒng)一旦出現(xiàn)錯誤，要能迅速找出其原因，確定其發(fā)生的位置，盡快地排除錯誤。4）盡快地對因錯誤造成的損失進行修復(fù)。,二、方便性,計算機硬件只能識別二進制0和1代碼，用戶如果直接使用裸機很不方便，裸機上配置了操作系統(tǒng)以后，大大地提高了計算機系統(tǒng)處理能力。用戶通

15、過操作系統(tǒng)提供的接口使用計算機更方便，也更易學(xué)習(xí)。,三、效率,效率是操作系統(tǒng)的一個重要的性能指標。一般由4個參數(shù)來衡量系統(tǒng)的效率：1）系統(tǒng)的吞吐量 即在單位時間內(nèi)系統(tǒng)處理作業(yè)的數(shù)量。吞吐量越大，系統(tǒng)的效率越高。2）資源利用率 即系統(tǒng)中各部件的使用程度。要求資源利用率要高。3）批處理系統(tǒng)的作業(yè)周轉(zhuǎn)時間 要求作業(yè)周轉(zhuǎn)時間越短越好。4）響應(yīng)時間 從用戶向系統(tǒng)發(fā)出請求到獲得系統(tǒng)的應(yīng)答所需的時間。響應(yīng)時間越短越好。,四、可維護性,