0《高级操作系统》课程概述
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高级操作系统概述 (10)
15
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。
2019/2/11
16
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
2019/2/11 18
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。
2019/2/11 22
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。
2019/2/11 3
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。
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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 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。
2019/2/11 22
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
3
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
感谢你的观看
4
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
感谢你的观看
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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
感谢你的观看
39
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
高级操作系统
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。
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
标记加一。 如果是从黑色节点向白色节点移动，虚信道标记保持不变。 显然，在2维网格中，节点标记的改变次数最多为路由步数的一
半。这样虚信道的总数就缩减了一半。
22
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。
7
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。
30
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
24
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
半。这样虚信道的总数就缩减了一半。
22
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。
7
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。
30
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
24
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
课程名称高级操作系统
课程名称：高级操作系统一、课程编码：21-081202-04-01课内学时：48学分：3二、适用学科专业：软件理论与工程三、先修课程：计算机操作系统、计算机网络四、教学目标通过本课程的学习了解高级操作系统的概念及其发展趋势，掌握高级操作系统的原理、结构、技术和方法，提升学生分析和设计大型系统的能力。
五、教学方式课堂讲授，材料自学与课堂讨论六、主要内容及学时分配1.引论3学时1.1分布式系统的特征1.2分布式系统的总体评价1.3分布式系统的结构1.4分布式系统的资源管理1.5分布式系统的拓扑结构2.分布式通信4学时2.1概述2.2消息传递2.3远程过程调用2.4间接通信3.进程间通信3学时3.1Internet协议API3.2外部数据的表示和整理3.3多播通信3.4网络虚拟化4.分布式协同处理5学时4.1事件定序与时间戳4.2分布式互斥4.3选择算法5.资源管理3学时5.1资源共享5.2资源管理5.3死锁处理6.进程与处理机管理5学时6.1进程和线程6.2进程管理6.3处理机管理7.任务分配与负载平衡4学时7.1任务分配7.2负载平衡7.3动态负载平衡算法8.分布式文件系统3学时8.1分布式文件系统的要求8.2分布式文件系统的组成8.3分布式文件系统的设计策略8.4分布式文件系统的接口8.5分布式文件系统的实现技术9.命名服务3学时9.1命名方式9.2名字服务器的设计9.3分布式系统的透明性10.事务的并发控制3学时10.1锁机制10.2乐观并发控制10.3时间戳定序11.分布式事务6学时11.1嵌套事务11.2原子提交协议11.3并发控制12.故障恢复与系统容错3学时12.1事物恢复12.2容错12.3分层故障屏蔽和成组故障屏蔽13.分布式共享内存3学时13.1设计和应用13.2有序一致性13.3自由一致性七、考核与成绩评定考核形式为考查，成绩以百分制衡量。
成绩评定依据:平时讨论30%，论文与讲述40%，编程30%。
高级操作系统AdvancedOperatingSystem课件
分布式操作系统概述
随着计算机网络的普及和发展，分布式操作系统成为实现大规模计算的关键技术之一。本节课将介绍分 布式操作系统的设计原理和分布式计算的基本概念，帮助你更好地理解和应用分布式系统技术。
实时操作系统概述
实时操作系统是一种具有严格时间约束的操作系统，广泛应用于航天、工业自动化等领域。在本节课中， 我们将深入研究实时操作系统的特点、调度算法和关键技术，帮助你理解实时系统的设计和应用。
操作系统演化
操作系统的发展经历了多个阶段和演化过程，从最早的批处理系统，到现代 的多核处理器支持的分布式系统。了解操作系统的演化历程有助于我们更好 地理解和应用现代操作系统的概念和特性。
传统操作系统概述
传统操作系统是计算机系统中不可或缺的核心组件。它负责管理硬件资源，提供进程调度、内存管理、 文件系统等功能。通过本节课，我们将深入研究传统操作系统的工作原理和关键特性。
高级操作系统 AdvancedOperatingSystem课件
本课程介绍高级操作系统的定义和概述，旨在帮助学生更好地了解操作系统 的发展和应用。通过涵盖的主题，我们将深入探讨传统操作系统、分布式操 作系统、实时操作系统和网络操作系统的特征和功能。
学习目标
通过本课程，你将能够：
1. 理解高级操作系统的基本概念和原理 2. 掌握传统操作系统的核心功能和特点 3. 了解分布式操作系统的设计和实现 4. 熟悉实时操作系统的特性和应用 5. 探索网络操作系统的工作原理和应用场景
网络操作系统概述
网络操作系统是为了满足分布式网络环境下的计算需求而设计的操作系统。本节课将介绍网络操作系统 的工作原理和关键特性，帮助你理解和应用网络操作系统的相关技术。
结语
通过学习高级操作系统，你将深入了解操作系统的核心概念和原理，Байду номын сангаас握传统操作系统、分布式操作系 统、实时操作系统和网络操作系统的工作原理和应用场景。祝你在课程中有愉快的学习体验！
本科专业认证《高级操作系统》课程教学大纲
《高级操作系统》课程教学大纲课程名称：高级操作系统英文名称：Advanced operating system课程编号：0812002165课程性质：必修学分/学时：2/32。
其中，讲授20学时，实验0学时，上机12学时，实训0学时。
课程负责人：先修课程：C语言程序设计与应用，操作系统一、课程目标通过本课程的学习，增强学生对操作系统原理的理解，掌握操作系统的具体实现，在linux内核这个庞大而复杂的源代码集合中抓住主要内容，找到进入Linux内部的突破口，使Linux的源代码适应自己的要求，并在此基础上进行内核级程序的开发，培养学生从内核的角度分析和解决应用问题的能力，提高学生的综合软件工程素养。
通过本课程的学习，达到以下教学目标：1 工程知识1.1掌握必要的工程基础与专业知识。
1.2能够应用上述知识去解决计算机科学与技术相关的复杂工程技术问题。
2 问题分析2.1能够理解并恰当表述工程实际问题。
2.2能够找到合适的解决问题的程序与方法。
2.3在一定的限制条件下能够合理解决问题。
3设计/开发解决方案3.1 能够运用计算机软硬件应用与管理的基本原理与方法设计并体现创新意识。
3.2 能够运用计算机科学与技术专业基础知识、科学研究及项目管理的基本能力进行产品设计与开发并体现创新意识。
4 研究能够合理采用科学方法进行研究并设计实验方案5使用现代工具能够熟练运用source insight 源代码分析工具。
6个人和团队6.1 能够在团队中正确发挥个人作用。
6.2能够与团队成员保持协调与合作。
二、课程内容及学时分配如表1所示。
表1 《高级操作系统》课程内容及学时分配三、教学方法本课程采用21世纪高等学校规划教材，结合学生个性特点，因材施教。
本课程的课堂教学将充分利用多媒体技术、网络技术制作丰富多彩的教学课件和辅导材料，调动学习积极性，提高教学效率。
采用课堂讲授演示与上机实践结合。
本课程课堂教学流程如图1所示。
高级操作系统详细资料
第一章分布式系统概述1.1什么是分布式系统?分布式系统是若干独立计算机的集合，它们对于用户来说就像一个系统。
1.2分布式系统中透明性的种类、定义。
透明性：如果一个分布式系统能够在用户和应用程序面前呈现为单个计算机系统，这样的分布式系统就称为是透明的。
分类:1、访问透明性:隐藏数据表示形式以与访问方式的不同2、位置透明性:隐藏数据所在位置3、迁移透明性:隐藏资源是否已移动到另一个位置4、重定位透明性:隐藏资源是否在使用中已移动到另一个位置5、复制透明性:隐藏资源是否已被复制6、并发透明性:隐藏资源是否由若干相互竞争的用户共享7、故障透明性:隐藏资源的故障和恢复8、持久性透明性:隐藏资源（软件）位于内存里或在磁盘上。
1.3分布式系统中的扩展技术有哪些？(1)隐藏通信等待时间:包括异步通信和减少通信量(2)分布技术：即分割组件，然后分散到系统中，例如DNS和WWW(3)复制技术: 多拷贝1.4 分布式系统的类型。
(1)分布式计算系统(分为群集计算系统和网格计算系统)(2)分布式信息系统(分为事务处理系统和企业应用集成)(3)分布式普适系统(如家庭系统、电子健保系统、传感器网络)第二章体系结构2.1四种体系结构样式。
分层体系结构（Layered architectures）（网络通信广泛应用）基于对象的体系结构（Object-based architectures）（特点：松散的组织结构；通过远程过程调用进行通信）以数据为中心的体系结构（Data-centered architectures）基于事件的体系结构（Event-based architectures）（优点：进程松散耦合）2.2客户端-服务器模型。
服务器（server）：实现某个特定服务的进程客户（client）：向服务器请求服务的进程客户端-服务器之间的一般交互：请求/回复（如下左图）基于无连接协议的客户和服务器通信：高效，但是易受传输故障的影响（无法检测消息是否丢失也无法解释是否发生传输故障）。
高级操作系统概述 (9)
20
2019/2/11
第四章 分布式进程和处理机管理
4.5.2 设计问题 我们可以通过一个例子来说明上述两种方 法的不同之处，假定一个电梯控制器控制100 层楼的电梯。电梯在第60层上等待顾客使用。 这时一个顾客在下一层按下了按钮。在100毫 秒之后，另一个顾客在100层上按了按钮。在 事件触发系统中，第一次按钮产生了一个中断， 于是电梯开始启动下降。紧接着第二次按钮中 断发生并被记录下来以后再处理，但电梯仍然 继续下降。
2019/2/11 10
第四章 分布式进程和处理机管理
4.5.1 实时分布式系统的定义
外设 执行机构 传感器 计算机
图4-17 分布式实时计算机系统
根据实时性的限制和后果，实时系统通常 可以分为两类： 软实时系统：系统对激励的响应可以偶尔超过 时间限制。例如，电话交换机允许在超载的情 5次电话中允许1次断线或串线。 况下，在 10 2019/2/11 11
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第四章 分布式进程和处理机管理
4.5.1 实时分布式系统的定义 分布式实时系统通常可以按照图3-17的结构 来构造。我们可以看到它是一个用网络连接起 来的多计算机系统。其中一部分计算机与外设 相连，这些计算机主要的任务就是实时控制即 接收外设的激励并将响应结果传送给外设。这 些计算机可能是嵌入到设备中的微型控制器或 者是独立的机器。它们都有从外设接收信号的 传感器和向外设发送信号的执行机构。这些传 感器和执行机构可以是数字式或模拟式的。
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第四章 分布式进程和处理机管理
4.5.1 实时分布式系统的定义 编写驱动程序已经无法满足复杂性的要求。目 前，编写驱动程序已不再是实时系统设计者最 关心的问题。 错误2-实时计算是快速计算：实时计算并不一定 是快速计算。例如，一个计算机控制的天文望 远镜必须实时地跟踪恒星和星系，但实际上， 地球每一小时才旋转15弧度，并不特别快。在 这里，准确性却是最重要的。
2019/2/11
第四章 分布式进程和处理机管理
4.5.2 设计问题 我们可以通过一个例子来说明上述两种方 法的不同之处，假定一个电梯控制器控制100 层楼的电梯。电梯在第60层上等待顾客使用。 这时一个顾客在下一层按下了按钮。在100毫 秒之后，另一个顾客在100层上按了按钮。在 事件触发系统中，第一次按钮产生了一个中断， 于是电梯开始启动下降。紧接着第二次按钮中 断发生并被记录下来以后再处理，但电梯仍然 继续下降。
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第四章 分布式进程和处理机管理
4.5.1 实时分布式系统的定义
外设 执行机构 传感器 计算机
图4-17 分布式实时计算机系统
根据实时性的限制和后果，实时系统通常 可以分为两类： 软实时系统：系统对激励的响应可以偶尔超过 时间限制。例如，电话交换机允许在超载的情 5次电话中允许1次断线或串线。 况下，在 10 2019/2/11 11
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第四章 分布式进程和处理机管理
4.5.1 实时分布式系统的定义 分布式实时系统通常可以按照图3-17的结构 来构造。我们可以看到它是一个用网络连接起 来的多计算机系统。其中一部分计算机与外设 相连，这些计算机主要的任务就是实时控制即 接收外设的激励并将响应结果传送给外设。这 些计算机可能是嵌入到设备中的微型控制器或 者是独立的机器。它们都有从外设接收信号的 传感器和向外设发送信号的执行机构。这些传 感器和执行机构可以是数字式或模拟式的。
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第四章 分布式进程和处理机管理
4.5.1 实时分布式系统的定义 编写驱动程序已经无法满足复杂性的要求。目 前，编写驱动程序已不再是实时系统设计者最 关心的问题。 错误2-实时计算是快速计算：实时计算并不一定 是快速计算。例如，一个计算机控制的天文望 远镜必须实时地跟踪恒星和星系，但实际上， 地球每一小时才旋转15弧度，并不特别快。在 这里，准确性却是最重要的。
高级操作系统AdvancedOperatingSystemPPT课件
2020/11/24
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1.1 分布式系统的诞生和定义
题进行合作，而最少依赖集中的过程、数据 或硬件。”
2020/11/24
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1.1 分布式系统的诞生和定义
计算机系统的变革：
1945年-1985年：计算机系统的特点是体积庞 大、价格昂贵，甚至小型计算机也动辄数千 美元，造成了只有少数大型机构才拥有一、 二台计算机（例如，科大的320机组、Facom 140计算机、KD-3计算机等），而且,由于当 时没有相应的方法将它们连接起来，所以， 这些计算机只能独立地运行；
4. 分布式进程和处理机管理（DS的模型、处理机 分配、进程调度、容错与实时DS）
5. 分布式资源管理（资源管理基本概念、集中分 布式资源管理与完全分布式资源管理）
2020/11/24
4
课程内容 Contents of the Course
6. 分布式程序设计（特点、分布式进程、进程迁 移）
7. 新型分布式处理技术---移动代理(Mobile Agents)
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1.1 分布式系统的诞生和定义
由于能与各种应用环境相匹配，因而系统适 应性广，灵活性高。
在新一代“智能机”和“超高速计算机” 的研究开发中，都采用了大量“并行”的思 想，其并行的含义就是广义下的多机合作， 是在空间重复和资源分散概念上的高级并行， 这与“分布式”的含义在现代结构学意义上 几乎完全吻合。毫无疑问，分布式系统必将 是新一代计算机的普遍表现形式。
2020/11/24
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1.1 分布式系统的诞生和定义
分布式系统的好处： 由于模块化因而具有良好的扩展性； 由于每个处理单元可由便宜的微型计算机构
成、资源可共享，因而系统价格低廉，经济 性好； 由于多机并行合作因而系统响应时间短，吞 吐率高； 由于优美降级。因而系统可靠性高，鲁棒性 好；
级操作系统》课程教学大纲
《高级操作系统》课程教学大纲课程编号： 50520201课程名称：高级操作系统英文名称： Advanceed Operating Systems课程类别：专业必修课授课对象：硕士学分： 2.5学时： 40开课学期：二开课周次： 1-10开课系及教研室：计算机科学与技术任课教师及职称：李为副教授先修课程：计算机操作系统适用专业：计算机主要内容：高级操作系统即多机操作系统，而分布式操作系统则是多机操作系统的典型和卓越代表。
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。
本课程主要介绍设计和构造分布式操作系统的基本原理和部分实现技术。
内容包括：第一部分分布式计算机系统，具体内容为分布式计算机系统的特征、结构与拓朴构形；分布式操作系统的设计方法、结构模型、层次划分、控制算法及在设计时应着重考虑的一些问题。
第二部分分布是式通信机制，包括消息传递、远程过程调用；及基于 Agent 的异步分布式进程通信模型。
第三部分分布式协同处理，具体内容为事件定序与时间戳、分布式互斥及选择算法。
第四部分资源管理，主要介绍分布式资源共享和资源管理策略及其相关的死锁预防与死锁检测的有效方法。
第五部分专门讨论线程及其管理、分布式进程管理的有关问题。
第六部分任务分配和负载平衡。
第七部分分布式文件系统和命名服务的有关策略。
第八部分分布式事务及事务的并发控制。
第九部分主要内容包括布式共享内存的概念、设计和应用及一致性模型。
第十部分分布式操作系统实例，主要对Mach、Chorus、 Amoeba等系统进行分析与比较。
使用教材：《分布式操作系统》、何炎祥编著高等教育出版社参考书目：《分布式操作系统原理与实践》、Doreen L.Galli著徐良贤等译机械工业出版教研室意见：系（院、部）意见：研究生院审核意见：华北电力大学专业学位硕士研究生自学指导书年级、专业：计算机课程名称：高级操作系统自学时间： 10周教材名称：《分布式操作系统》自学学时： 80学时编写教师：李为周学学习内容对应章节习题、思考题、测试题次时（可另附录）18分布式计算机系统第一章28分布式通信第二章34分布式协同处理第三章34资源管理第四章44资源管理第四章44进程与处理机管理第五章54进程与处理机管理第五章54任务分配与负载平衡第六章64任务分配与负载平衡第六章64分布式文件系统第七章74分布式文件系统第七章74命名服务器第八章84分布式事物处理第九章84分布式事物处理第九章98故障恢复与系统容错第十章108分布式共享内存第十一章备：授课学时为计划学时的2/3 左右，自学学时为计划学时的 2 倍。
高级操作系统
2012-3-25 9
1.1 分布式系统的诞生和定义
计算机系统的变革： 1945年-1985年：计算机系统的特点是体积庞 大、价格昂贵，甚至小型计算机也动辄数千 美元，造成了只有少数大型机构才拥有一、 二台计算机（例如，科大的320机组、Facom 140计算机、KD-3计算机等），而且,由于当 时没有相应的方法将它们连接起来，所以， 这些计算机只能独立地运行； 1985年---今天：两大技术的进展改变计算机 系统：
2012-3-25 12
1.1 分布式系统的诞生和定义
上述两大技术的进展使得人们可以用高速网络 很方便地把由大量CPU CPU构成的计算机系统相互连接 CPU 起来。这就是所谓的分布式系统。 但是，分布式系统的诞生带来了一个新的问 题：软件。分布式系统软件与集中式系统的软件 完全不同。特别是分布式操作系统出现只有若干 年。虽然人们已做了一些工作，但要走的路还很 长。因此,本课程只是介绍分布式操作系统的一些 基本思想、基本概念、基本技术和基本实现。
增加处理能力---无论技术上怎样进步，单一 处理部件的处理能力一定小于多个处理部件的 能力。所以，把多个处理部件互连起来合作地 完成一项复杂的任务已成为增加处理能力的唯 一途径； 可扩展性---系统可随着用户要求的增长而用 低价的设备扩充其规模； 可靠性和鲁棒性---任何一个系统，无论它的 可靠性多么高，其发生故障、失败和错误的概 率一定不为零。而分布式系统很容易实现资源
2012-3-25 20
1.1 分布式系统的诞生和定义
并行性：指分散的系统单元可以合作解决一 个公共的问题，在一个高级操作系统的控制 下，实现资源重复和时间重叠等不同的并行； 自治性：指系统资源的操作和相互作用是高 度自治的，既不存在主从控制，又能利用处 理的局部化原则以减少各结点之间的数据通 信量。
1.1 分布式系统的诞生和定义
计算机系统的变革： 1945年-1985年：计算机系统的特点是体积庞 大、价格昂贵，甚至小型计算机也动辄数千 美元，造成了只有少数大型机构才拥有一、 二台计算机（例如，科大的320机组、Facom 140计算机、KD-3计算机等），而且,由于当 时没有相应的方法将它们连接起来，所以， 这些计算机只能独立地运行； 1985年---今天：两大技术的进展改变计算机 系统：
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1.1 分布式系统的诞生和定义
上述两大技术的进展使得人们可以用高速网络 很方便地把由大量CPU CPU构成的计算机系统相互连接 CPU 起来。这就是所谓的分布式系统。 但是，分布式系统的诞生带来了一个新的问 题：软件。分布式系统软件与集中式系统的软件 完全不同。特别是分布式操作系统出现只有若干 年。虽然人们已做了一些工作，但要走的路还很 长。因此,本课程只是介绍分布式操作系统的一些 基本思想、基本概念、基本技术和基本实现。
增加处理能力---无论技术上怎样进步，单一 处理部件的处理能力一定小于多个处理部件的 能力。所以，把多个处理部件互连起来合作地 完成一项复杂的任务已成为增加处理能力的唯 一途径； 可扩展性---系统可随着用户要求的增长而用 低价的设备扩充其规模； 可靠性和鲁棒性---任何一个系统，无论它的 可靠性多么高，其发生故障、失败和错误的概 率一定不为零。而分布式系统很容易实现资源
2012-3-25 20
1.1 分布式系统的诞生和定义
并行性：指分散的系统单元可以合作解决一 个公共的问题，在一个高级操作系统的控制 下，实现资源重复和时间重叠等不同的并行； 自治性：指系统资源的操作和相互作用是高 度自治的，既不存在主从控制，又能利用处 理的局部化原则以减少各结点之间的数据通 信量。
高级操作系统
第二代 1955 - 1965
–
第三代 1965 – 1980
–
第四代 1980 – 现在
–
16
操作系统家族
大型机操作系统(e.g IBM OS/390) 服务器操作系统(e.g. UNIX, NT) 多处理机操作系统 分布式操作系统 PC机操作系统(e.g Widows) 实时操作系统(e.g VxWorks) 嵌入式操作系统(e.g Windows CE) Smart card操作系统(e.g JVM)
12
作为资源管理者
作为资源管理器的操作系统：
内存 操作系统 软 件 I/ O 控 制 器 I/ O 控 制 器 程序和 数 据 ⋮ I/ O 控 制 器 ⋮ I/ O 设 备
处理器
处
理
器 OS 程 数 ⋮ 序 据
13
主要内容
1.1 操作系统的作用 1.2 操作系统的演变 1.3 操作系统的主要研究课题
21
简单批处理系统（ 简单批处理系统（续）
批处理系统存在很多不方便之处，主要有：用户不能 与其作业交互以捕捉程序中的问题。用户程序中的所 有问题必须事先安排好，否则程序的排错就可能在转 储信息上盲目地进行。此外，对一个用户作业而言， 可能需要较长的周转时间。 在批处理系统中，为了避免有意或无意地读取他人的 卡片，必须建立监控和用户两种操作态，使其只有在 监控态下才能读控制卡。通过建立一组仅能在监控态 下执行的特权指令，操作系统就能保证在任何时候都 能控制整个系统。
34
进程
进程是操作系统结构的基础。进程就是：可并 发执行的程序在一个数据集合上的运行过程。 进程由以下3部分组成： ①一个可执行的程序； ②该程序所需的相关数据(变量、工作空间， 缓冲区等)； ③该程序的执行上下文(Context)。
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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。