《计算机操作系统》（孙雅如版）全套ppt电子课件教案第7章高级操作系统

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1、第7章高级操作系统7.1多处理机操作系统7.2网络操作系统7.3分布式操作系统7.1多处理机操作系统7.1.1多处理机系统的分类过去几年中，人们已经提出过不同的多CPU计算机系统的分类方案，但却没有一种方案真正流行或者被广泛采用。在这些方案中最经常被引用的是Flynn的分类方案（见图7-1）。Flynn提出两个他认为十分重要的特征：指令流的数量和数据流的数量。图7-1多处理机系统分类法第一类是具有单指令流、单数据流的计算机，它被称为SISD（SingleInstructionstream，SingleDatastream）。所有传统的单处理机（即

2、只有一个CPU的）计算机，从个人计算机到大型主机，都属于这一类。第二类是SIMD（SingleInstructionstream，MultipleDatastream），多指令流、多数据流计算机系统有一个指令流和多个数据流。这种类型是指有一个能取一条指令的指令单元的处理机阵列结构。在这个结构中，指令单元取出一条指令后，操纵许多数据单元并行地执行这条指令，而且每个数据单元都有它自己的数据。这种类型的计算机在用多组数据重复进行同样的计算时是非常有用的，例如，把有64个独立向量的所有元素累加起来。一些超级计算机就属于SIMD型。第三类为MISD（Mul

3、tipleInstructionstream，SingleDatastream）。此类型计算机有多条指令流，一条数据流。我们已知的计算机中没有属于这一类的。最后一类是MIMD（MultipleInstructionstream，MultipleDatastream），多指令流、多数据流计算机系统在本质上是一组独立的计算机，每个计算机有自己的程序计数器、程序和数据。所有的分布式系统都是MIMD型。在图7-1中，我们进一步把MIMD计算机群分成两类：那些具有共享存储器的通常称为多处理机（multiprocessor）或多处理器；而不具有共享存储器的则

4、称为多计算机(multicomputer)。它们之间的本质区别在于：在多处理机中，所有的CPU共享统一的虚拟地址空间。相反，在多计算机中，每个计算机有它自己私有的存储器。由网络连接的个人计算机的集合就是一个多计算机系统的普通实例。这两种类型又可以分别根据互连网络的体系结构进一步进行细分。在图7-1中，我们把这两种分类描述为总线型(bus)和交换型(switched)。所谓总线型是指只通过单个网络、底板、总线、电缆或其它介质将所有计算机连接起来。交换型系统并不像总线结构那样有一个共享的网络主干，而是在机器和机器之间有独立的线路，在实际使用中还有许多

5、不同的连线方式。信息沿着线路传送，在每一步都需要进行明确的路由选择以将信息通过某个输出线路发送出去。另一种方法是按处理机之间的耦合度分类，在一些系统中的机器是紧耦合型(tightlycoupled)的，而在另一些系统中它们是松耦合型(looselycoupled)的。在紧耦合的系统中，一台计算机向另一台计算机发送信息的时延很短，数据传输速率高，也就是说它每秒钟所能够传送的比特数大。而在松耦合的系统中则正好相反，机器间信息传送延迟大，数据传输速率也低。紧耦合的系统多用于并行系统（共同处理一个问题），而松耦合系统多用于分布式系统（处理一些不相关的问题

6、）。总地说来，多处理机的耦合程度要比多计算机高，因为它们能以存储速率交换数据，但一些基于光纤的多计算机也能以存储速率交换数据。下面我们将更详细地介绍图7-1中所示的四个类别，即总线型多处理机、交换型多处理机、总线型多计算机和交换型多计算机。我们将会看到，不同类别的计算机系统对操作系统有不同的要求。7.1.2多处理机系统的结构1．基于总线的多处理机系统基于总线的多处理机是由若干个CPU组成的，它们都连接到一个公共的总线上，并且共享一个存储器模块。只要有一个CPU和存储器卡插在高速底板或母板上，就可以实现一个简单的结构配置。典型的总线有32根或64根

7、地址线，32根或64根数据线，还有约32根或更多的控制线，它们都是并行操作的。为了要读取存储器中的一个字，CPU首先将它想要读取的字的地址放到总线的地址线上，然后给控制线发送一个适当的信号来表明它想要进行读操作。存储器进行响应，把该地址的内容送到数据线上以使CPU可以对它进行读取。写操作也以相似的方式进行。由于存储器只有一个，当CPUA给存储器写入一个字，一微秒后CPUB在读出该字的内容时会得到CPUA刚写入的那个值。这种实现方案的问题在于，只要有仅仅4～5个CPU时，总线就会经常过载，性能也会急剧下降。解决的办法是在CPU和总线之间增加一个高速

8、缓冲存储器（CacheMemory），如图7-2所示。缓冲存储器保留着最近刚存取过的字。所有的内存访问请求都要经过它。如果请求的字在缓冲