操作系統(tǒng)概述課件

操作系統(tǒng)主講：白明班級：AP07061、AP07062主教材

宗大華．操作系統(tǒng)．人民郵電出版社,2009

主要參考教材

[1]張堯?qū)W．計算機(jī)操作系統(tǒng)教程(第3版)．清華大學(xué)出版社，2007

[2]湯小丹．計算機(jī)操作系統(tǒng)（第三版）．西安電子科技大學(xué)出版社

[3]Lubomir

F.BicAlanC.Shaw．操作系統(tǒng)原理．清華大學(xué)出版社，

2005

[4]李林英，賀敏偉．操作系統(tǒng)原理UNIX篇．清華大學(xué)出版社，2004

[5]AndrewS.Tanenbaum.現(xiàn)代操作系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社，2007

關(guān)于教材操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(2)課程性質(zhì)操作系統(tǒng)是計算機(jī)專業(yè)的專業(yè)課

公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)方向課、專業(yè)選修課在專業(yè)知識中的地位：核心、關(guān)聯(lián)

前導(dǎo)課：程序設(shè)計語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機(jī)組成原理等后續(xù)課：編譯原理、其它專業(yè)課……操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(3)教學(xué)目標(biāo)全面、系統(tǒng)地掌握計算機(jī)操作系統(tǒng)的基本概念、基本技術(shù)和基本方法；掌握計算機(jī)操作系統(tǒng)的組成和各部分的功能；了解計算機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展特點、設(shè)計的基本原理和方法。了解Linux操作系統(tǒng)的基本技術(shù)和方法。涵蓋計算機(jī)考研大綱的要求。操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(4)授課風(fēng)格突出操作系統(tǒng)的理論性對授課內(nèi)容精心選擇和安排注重操作系統(tǒng)的實用性配合核心和重點難點內(nèi)容講授實例關(guān)切操作系統(tǒng)的基本性深入淺出的分析和說明功能和原理實時掌控學(xué)生積極性調(diào)動學(xué)生配合教學(xué)、主動學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(5)學(xué)習(xí)要求和方式主教材、輔導(dǎo)教材理論課使用，教師講授；學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)相關(guān)性學(xué)習(xí)方法已學(xué)的知識習(xí)題解析、編程訓(xùn)練

Linux實驗網(wǎng)站、郵箱

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺：http://

教師郵箱：oopdb@163.com

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(6)實驗安排地點：黎耀球樓二樓時間：根據(jù)課程進(jìn)度和實驗室安排要求：實驗大綱實驗指導(dǎo)書實驗報告模板操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(7)成績組成平時成績

20％：出勤＋作業(yè)實驗成績

10％：程序＋報告期末考試成績

70％：閉卷考試操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(8)第1章操作系統(tǒng)概述1.1操作系統(tǒng)的定義與功能1.1.1操作系統(tǒng)的定義1.1.2操作系統(tǒng)的功能1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式1.2.1操作系統(tǒng)的兩種接口1.2.2操作系統(tǒng)內(nèi)核的結(jié)構(gòu)模式1.3操作系統(tǒng)的基本分類1.3.1批處理系統(tǒng)1.3.2分時系統(tǒng)1.3.3實時系統(tǒng)1.3.4網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1.4硬件支撐環(huán)境1.4.1計算機(jī)硬件的基本構(gòu)成1.4.2中斷1.4.3存儲器的結(jié)構(gòu)1.5Linux操作系統(tǒng)的誕生1.5.1操作系統(tǒng)的發(fā)展簡史1.5.2Linux操作系統(tǒng)的誕生操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(9)●操作系統(tǒng)的定義--------------操作系統(tǒng)是什么？●操作系統(tǒng)的形成--------------為什么要操作系統(tǒng)？●操作系統(tǒng)的功能--------------操作系統(tǒng)能干什么？●操作系統(tǒng)的分類--------------操作系統(tǒng)有哪些？●硬件支撐環(huán)境-----------操作系統(tǒng)與硬件的關(guān)系？本章要點操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(10)1.1操作系統(tǒng)的定義與功能1.1.1操作系統(tǒng)的定義1.操作系統(tǒng)是硬機(jī)器的擴(kuò)展：虛擬機(jī)的觀點

(1)未配置任何軟件的計算機(jī)稱為“裸機(jī)”。

(2)操作系統(tǒng)是在裸機(jī)上安裝的第一層軟件，它把計算機(jī)硬件與使用者隔離開。

(3)安裝操作系統(tǒng)后，機(jī)器功能強(qiáng)了，使用簡單、容易了。稱在裸機(jī)上安裝了操作系統(tǒng)使功能得以擴(kuò)展的機(jī)器，是一臺“虛擬機(jī)”，虛擬機(jī)成為了一個向用戶提供的新的工作平臺。

(4)將“虛擬”概念擴(kuò)充，就可得到一臺臺虛擬機(jī)，后一臺虛擬機(jī)建立在前一臺虛擬機(jī)的基礎(chǔ)之上，并具有更加強(qiáng)大的功能。操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(11)1.1.1操作系統(tǒng)的定義1.1操作系統(tǒng)的定義與功能操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(12)2.操作系統(tǒng)是機(jī)器的管理者：資源管理的觀點

按性質(zhì)的不同，可把計算機(jī)資源分成四類：處理機(jī)（即CPU），存儲器，外部設(shè)備，程序和數(shù)據(jù)。前三種屬于硬資源，后一種屬于軟資源。計算機(jī)運(yùn)行過程中，對硬資源的使用需解決四個問題：(1)記住資源當(dāng)前狀態(tài)(2)制定資源分配策略(3)實施資源分配(4)完成資源回收3.軟件

軟件是相對于硬件而言的，它是計算機(jī)程序、過程、規(guī)則和相關(guān)文檔資料的總稱。

1.1操作系統(tǒng)的定義與功能操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(13)

軟件大致可分為兩類：應(yīng)用軟件是為解決某類需要或某個特定問題而編制的程序，它涉及計算機(jī)應(yīng)用的各個領(lǐng)域；系統(tǒng)軟件是對計算機(jī)系統(tǒng)的資源實施管理、控制，為其他程序的運(yùn)行提供支持和服務(wù)的軟件。5.操作系統(tǒng)的定義

操作系統(tǒng)是控制和管理計算機(jī)硬件和軟件資源、合理地組織計算機(jī)工作流程以及方便用戶使用計算機(jī)的一個大型系統(tǒng)軟件。4.計算機(jī)軟件的分類

返回目錄1.1操作系統(tǒng)的定義與功能操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(14)操作系統(tǒng)的功能創(chuàng)意存儲管理制作圖片處理機(jī)管理制作動畫設(shè)備管理制作聲音信息管理編制程序用戶接口顯示器鍵盤CD-ROM外存儲器音響設(shè)備鼠標(biāo)內(nèi)存儲器中央處理器操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(15)1.1.2操作系統(tǒng)的功能處理機(jī)管理

(1)

記住每個作業(yè)程序的狀態(tài)，需要對CPU重新進(jìn)行調(diào)度時，就在候選的程序中選取。

(2)制定處理機(jī)的調(diào)度策略，它是挑選候選程序時應(yīng)遵循的規(guī)則。

(3)實施具體的CPU分配（也就是處理機(jī)調(diào)度）。1.1操作系統(tǒng)的定義與功能操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(16)2.存儲管理

(1)

記住內(nèi)存各部分的使用情況，哪些已經(jīng)分配，哪些為空閑待分配。

(2)制定內(nèi)存的分配策略。

(3)必須對程序指令中的地址加以調(diào)整，以保證程序能夠得到正確的運(yùn)行。這是存儲管理中所謂的“地址重定位”問題。

(4)實施內(nèi)存的具體分配和回收。

(5)建立安全機(jī)制，既要確保內(nèi)存中各獨立作業(yè)程序的安全、互不侵?jǐn)_，又要允許不同作業(yè)程序能夠共享一些系統(tǒng)或用戶的程序。1.1操作系統(tǒng)的定義與功能操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(17)2.存儲管理

(6)隨著計算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，涉及的問題越來越復(fù)雜，需要的內(nèi)存量越來越大。受內(nèi)存容量和價格條件的限制，存儲管理必須借助輔助存儲器來解決“內(nèi)存”的擴(kuò)充問題，使“作業(yè)程序比內(nèi)存大時，也能正確運(yùn)行”。這是存儲管理中的“虛擬存儲器”技術(shù)。1.1操作系統(tǒng)的定義與功能操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(18)3.設(shè)備管理

(1)記住各類設(shè)備的使用狀態(tài)，按各自不同的性能特點進(jìn)行分配和回收。

(2)為各類設(shè)備提供相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序、啟動程序、初始化程序以及控制程序等，保證輸入/輸出操作的順利完成。

(3)采用緩沖技術(shù)，提高CPU與外設(shè)、外設(shè)與外設(shè)之間操作的并行程度。1.1操作系統(tǒng)的定義與功能操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(19)3.設(shè)備管理

(6)設(shè)備管理應(yīng)借助大容量輔存，把獨占設(shè)備改造成為可以多個用戶“共享”的設(shè)備。這就是所謂的“虛擬設(shè)備”技術(shù)。

(4)根據(jù)不同的設(shè)備特點，制定優(yōu)化策略，使對設(shè)備的使用更趨合理和有效。

(5)用戶在編制程序時，不應(yīng)直接使用真實的設(shè)備名，以利于設(shè)備分配的靈活性和處理外部設(shè)備的故障。這是所謂的“設(shè)備無關(guān)性”，或稱“設(shè)備獨立性”。返回目錄1.1操作系統(tǒng)的定義與功能操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(20)4.文件管理返回目錄

(1)對磁盤空間進(jìn)行組織和管理，記住磁盤上文件存儲空間的使用情況，哪些已經(jīng)分配，哪些為空閑待分配。

(2)制定文件存儲空間的分配策略，實施具體的分配和回收。

(3)維持目錄表，通過文件名查目錄表找到它的目錄項，得到該文件的各種信息，完成所需的讀/寫操作。

(4)確保存放在外存上文件的安全、保密和共享。

(5)提供一系列文件使用命令，以便用戶能對文件進(jìn)行存取、檢索和更新等操作。1.1操作系統(tǒng)的定義與功能操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(21)1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

1.2.1操作系統(tǒng)的兩種接口

1.特權(quán)指令、核心態(tài)、用戶態(tài)

(1)CPU指令系統(tǒng)中的指令分為兩類：操作系統(tǒng)和用戶都能使用的指令，稱為“非特權(quán)指令”；只能由操作系統(tǒng)使用的指令，稱為“特權(quán)指令”。

(2)計算機(jī)系統(tǒng)讓CPU取兩種工作狀態(tài)

★核心態(tài)

★用戶態(tài)。操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(22)

(4)CPU處于“用戶態(tài)”時，CPU只能執(zhí)行非特權(quán)指令。如果在用戶態(tài)下發(fā)現(xiàn)取到了一條特權(quán)指令，中央處理機(jī)就會拒絕執(zhí)行，并產(chǎn)生“非法操作”中斷。

(5)硬件會自動設(shè)置與識別當(dāng)前CPU狀態(tài)：當(dāng)CPU的控制權(quán)移到執(zhí)行操作系統(tǒng)程序時，硬件就會把CPU工作的方式設(shè)置成核心態(tài)；當(dāng)操作系統(tǒng)選擇用戶程序占用處理機(jī)時，CPU的工作方式就會由核心態(tài)轉(zhuǎn)換成為用戶態(tài)。1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

1.特權(quán)指令、核心態(tài)、用戶態(tài)

(3)CPU處于“核心態(tài)”時，可以執(zhí)行包括特權(quán)指令在內(nèi)的一切機(jī)器指令。操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(23)

操作系統(tǒng)預(yù)先編了很多功能子程序，稱“系統(tǒng)功能調(diào)用”程序，簡稱“系統(tǒng)調(diào)用”。用戶在程序里調(diào)用它們，以便得到操作系統(tǒng)提供的各種功能服務(wù)。在用戶程序中調(diào)用這些系統(tǒng)調(diào)用提供的功能，稱為發(fā)系統(tǒng)調(diào)用命令。2.程序接口：系統(tǒng)調(diào)用命令

1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(24)2.程序接口：系統(tǒng)調(diào)用命令

(1)為了能使CPU從用戶態(tài)變換成核心態(tài)，達(dá)到調(diào)用有關(guān)操作系統(tǒng)功能程序的目的，需要通過一條名為“訪管”的非特權(quán)硬指令。

(2)編譯程序把源程序中的系統(tǒng)調(diào)用做這樣的翻譯：一是轉(zhuǎn)換成一條訪管指令，二是把具體調(diào)用的功能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的編號。這樣，編譯后CPU運(yùn)行程序時，就會由執(zhí)行訪管指令而從用戶態(tài)進(jìn)入核心態(tài)，再根據(jù)功能編號，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用功能處理程序去執(zhí)行。1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(25)分析Unix中系統(tǒng)調(diào)用命令的實現(xiàn)過程例1-1在C語言中，有系統(tǒng)調(diào)用：write(fd,buf,count)；將write翻譯成能引起軟中斷的訪管指令trap。指令字長2字節(jié)，第1字節(jié)為操作碼，第2字節(jié)為系統(tǒng)調(diào)用命令的功能編號。假設(shè)trap的操作碼為89H；write的功能號為04。將write翻譯成(104404)8操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(26)

(2)一般過程調(diào)用，是直接通過轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)到被調(diào)用的程序；系統(tǒng)調(diào)用時，只能通過軟中斷指令提供的統(tǒng)一入口，由用戶態(tài)進(jìn)入核心態(tài)，然后轉(zhuǎn)向相應(yīng)的命令處理程序。

(3)一般過程調(diào)用，在被調(diào)用者執(zhí)行完后，就徑直返回斷點繼續(xù)執(zhí)行；但系統(tǒng)調(diào)用可能會招致用戶程序運(yùn)行狀態(tài)的變化，從而引起系統(tǒng)重新分配CPU。因此，系統(tǒng)調(diào)用結(jié)束后，不一定是返回調(diào)用者斷點繼續(xù)執(zhí)行。

(1)一般過程調(diào)用，調(diào)用者與被調(diào)用者都運(yùn)行在相同的CPU狀態(tài)；系統(tǒng)調(diào)用時，發(fā)出調(diào)用命令的調(diào)用者運(yùn)行在用戶態(tài)，而被調(diào)用的對象則運(yùn)行在核心態(tài)?！钕到y(tǒng)調(diào)用與過程調(diào)用的區(qū)別1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(27)3.命令接口：命令行和圖形用戶界面

(1)用戶通過操作系統(tǒng)提供的命令行和圖形用戶界面兩種命令接口，組織和控制作業(yè)程序的執(zhí)行，管理所使用的計算機(jī)系統(tǒng)。

(2)所謂“脫機(jī)命令行接口”，是指系統(tǒng)向用戶提供作業(yè)控制語言，用戶使用它編寫作業(yè)說明書，規(guī)定完成一個作業(yè)過程所需的一系列作業(yè)步，然后將該說明書連同程序和數(shù)據(jù)一起提交給系統(tǒng)，系統(tǒng)按照作業(yè)說明書上的信息，控制作業(yè)的執(zhí)行。1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(28)3.命令接口：命令行和圖形用戶界面

(3)所謂“聯(lián)機(jī)命令接口”，是指系統(tǒng)提供操作命令、終端處理程序及命令解釋程序。用戶由鍵盤輸入所需命令；終端處理程序接收并在顯示器上回顯命令；命令輸入完后，由命令解釋程序?qū)λ治觯?zhí)行相應(yīng)的命令處理程序，完成用戶的一次請求。如此反復(fù)，直到任務(wù)完成。這是一種“人-機(jī)交互”控制程序執(zhí)行和管理計算機(jī)系統(tǒng)的方法。

返回目錄1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(29)1.2.2操作系統(tǒng)內(nèi)核的結(jié)構(gòu)模式

1.單內(nèi)核模式

(1)單內(nèi)核模式也稱集中模式或整體模式，整個系統(tǒng)是一個大的模塊。

(2)單內(nèi)核模式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)雖是一個大的模塊，但可以粗略地劃分成三個層次：調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)的主程序?qū)樱瑘?zhí)行系統(tǒng)調(diào)用的服務(wù)層，以及支持系統(tǒng)調(diào)用的底層函數(shù)。后兩層就是操作系統(tǒng)的內(nèi)核。1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(30)

(4)單內(nèi)核結(jié)構(gòu)的缺點是非常明顯的。由于其源代碼是一個整體，因此各模塊間的界限不很清晰，調(diào)用極為隨意。這樣，在進(jìn)行內(nèi)核程序的修改和升級時，往往會“牽一發(fā)而動全身”，不但工作量大，而且維護(hù)困難。1.2.2操作系統(tǒng)內(nèi)核的結(jié)構(gòu)模式

1.單內(nèi)核模式

(3)單內(nèi)核模型操作系統(tǒng)有一個統(tǒng)一的內(nèi)核，完全實行內(nèi)部調(diào)用，因此運(yùn)行效率極高。這種結(jié)構(gòu)是基于提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率為其設(shè)計理念的。1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(31)1.2.2操作系統(tǒng)內(nèi)核的結(jié)構(gòu)模式

1.單內(nèi)核模式

1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(32)2.微內(nèi)核模式

(1)微內(nèi)核模式的基本思想是：把操作系統(tǒng)的內(nèi)核分為基本功能和非基本功能兩部分，內(nèi)核里只保留基本功能部分，在核心態(tài)下運(yùn)行；非基本功能部分則從內(nèi)核剝離下來，讓它們以各種服務(wù)的形式，在用戶態(tài)下運(yùn)行。微內(nèi)核模式也稱“客戶-服務(wù)器”模式。1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(33)

(2)微內(nèi)核模式操作系統(tǒng)提供的工作流程是應(yīng)用程序（客戶）為請求所需要的服務(wù)，向有關(guān)的系統(tǒng)程序（服務(wù)器）發(fā)消息。發(fā)送的消息并不是直接抵達(dá)屬于系統(tǒng)程序范疇的服務(wù)器，而是被運(yùn)行在核心態(tài)的內(nèi)核俘獲，由它把消息傳遞給相應(yīng)的服務(wù)器去處理（這些服務(wù)器都運(yùn)行在用戶態(tài)）。服務(wù)器執(zhí)行操作后，同樣通過內(nèi)核，把回應(yīng)消息或結(jié)果發(fā)給用戶。1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

2.

微內(nèi)核模式操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(34)

(3)用微內(nèi)核模式構(gòu)造的操作系統(tǒng)，優(yōu)點是簡潔精悍，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)充。微內(nèi)核操作系統(tǒng)能跟上先進(jìn)計算技術(shù)的發(fā)展，具有可擴(kuò)展性；無需做很多的改動，就能夠從一種硬件平臺移到另一種硬件平臺，具有可移植性；大多數(shù)服務(wù)程序都運(yùn)行在用戶態(tài)，不以內(nèi)核程序的面目出現(xiàn)，因此內(nèi)核能夠更具安全性和可靠性。返回目錄1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

2.

微內(nèi)核模式操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(35)2.微內(nèi)核模式

1.2操作系統(tǒng)的接口與內(nèi)核模式

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(36)成熟的發(fā)展中的●批處理系統(tǒng)●分時系統(tǒng)●實時系統(tǒng)●微機(jī)操作系統(tǒng)●多處理機(jī)操作系統(tǒng)

●網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

●分布式操作系統(tǒng)●嵌入式操作系統(tǒng)1.3操作系統(tǒng)的基本分類

DevelopedDevelopeding

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(37)

所謂“批處理”系統(tǒng)，是指用戶作業(yè)被分批處理。在處理一批的過程中，不允許用戶與計算機(jī)發(fā)生交互作用，即使作業(yè)在運(yùn)行中出現(xiàn)錯誤，也只能等到整批作業(yè)處理完畢后在機(jī)下修改。

1.3.1批處理系統(tǒng)

1.批處理系統(tǒng)的定義1.3操作系統(tǒng)的基本分類

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(38)

“單道”批處理系統(tǒng)，即是監(jiān)控程序一次只讓一批中的一個作業(yè)程序進(jìn)入內(nèi)存。具有“單路”、“獨占”、“自動”、“封閉”等特點。1.3操作系統(tǒng)的基本分類

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(39)

1.3.1批處理系統(tǒng)

“多道”批處理系統(tǒng)，即是在內(nèi)存中同時存放一批中的幾個作業(yè)程序，它們對系統(tǒng)資源進(jìn)行共享與競爭。具有“多路”、“共享”、“自動”、“封閉”等特點。

2.多道程序設(shè)計返回目錄1.3操作系統(tǒng)的基本分類

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(40)

1.3.2分時系統(tǒng)

所謂“分時”，即指多個用戶通過各自終端同時訪問系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)控制它們以很短的時間為單位交替執(zhí)行。這時，如果有n個用戶同時請求服務(wù)，若忽略不計操作系統(tǒng)所需的時間開銷，那么每個用戶平均能得到計算機(jī)有效速度的1/n。1.分時系統(tǒng)1.3操作系統(tǒng)的基本分類

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(41)

將多道程序設(shè)計技術(shù)與分時技術(shù)結(jié)合在一起，就出現(xiàn)了分時操作系統(tǒng)。配有分時操作系統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)稱為分時系統(tǒng)。1.分時系統(tǒng)

分時系統(tǒng)之所以能同時為多個用戶提供服務(wù)，主要是因為系統(tǒng)采用了“時間片輪轉(zhuǎn)”的處理機(jī)調(diào)度策略。它把處理機(jī)時間劃分成很短的“時間片”，對提出請求的聯(lián)機(jī)用戶，系統(tǒng)輪流分配一個時間片給其使用。若在時間片內(nèi)，用戶的工作未能全部做完，就會被暫時中斷執(zhí)行，等待下一輪循環(huán)繼續(xù)做，讓出的CPU被分配給另一個終端使用。返回目錄1.3操作系統(tǒng)的基本分類

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(42)2.分時系統(tǒng)的特點.多路性.交互性.獨立性.及時性返回目錄1.3操作系統(tǒng)的基本分類

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(43)1.3.3實時系統(tǒng)

實時操作系統(tǒng)是能對來自外部的請求和信號在限定的時間范圍內(nèi)做出及時響應(yīng)的操作系統(tǒng)。

1.實時系統(tǒng)

所謂“實時”，是指能及時響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的外部事件并對事件做出快速處理的一種能力，“外部事件”是指與計算機(jī)相連接的設(shè)備向計算機(jī)發(fā)出的各種服務(wù)請求。返回目錄1.3操作系統(tǒng)的基本分類

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(44)

(3)分時系統(tǒng)對響應(yīng)時間，以人能夠容忍的等待時間為依據(jù)，數(shù)量級常為“秒”；實時系統(tǒng)對響應(yīng)時間的要求要很嚴(yán)格，其數(shù)量級有時達(dá)“毫秒”，甚至是“微秒”級。2.實時系統(tǒng)的特點..高可靠性

高及時性

3.實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的區(qū)別

(1)實時系統(tǒng)是指一個專用系統(tǒng)，面向特定領(lǐng)域、特定任務(wù)的；分時系統(tǒng)一般都是指通用系統(tǒng)，面向眾多領(lǐng)域。

(2)分時系統(tǒng)有較強(qiáng)的人-機(jī)交互能力；實時系統(tǒng)雖也交互，但只允許終端操作員使用很少的會話命令。

(4)實時系統(tǒng)對可靠性的要求更高，因為它控制、管理的對象往往是重要的經(jīng)濟(jì)、軍事、商業(yè)等目標(biāo)，出現(xiàn)任何差錯都可能帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失，甚至引發(fā)嚴(yán)重政治后果。返回目錄1.3操作系統(tǒng)的基本分類

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(45)

“計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”，是指把地理上分散的、具有獨立功能的多個計算機(jī)和終端設(shè)備，通過通信線路加以連接，以達(dá)到數(shù)據(jù)通信和資源共享目的的計算機(jī)系統(tǒng)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計算機(jī)和通信兩種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。1.3.4網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)返回目錄1.3操作系統(tǒng)的基本分類

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(46)

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，用于管理網(wǎng)絡(luò)通信和共享資源，協(xié)調(diào)各計算機(jī)上任務(wù)的運(yùn)行，并向用戶提供統(tǒng)一的、有效方便的網(wǎng)絡(luò)接口的程序集合，就稱為“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)”。3.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的功能

..網(wǎng)絡(luò)通信資源管理.提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù).提供網(wǎng)絡(luò)接口4.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點.自治性.分散性.互聯(lián)性.統(tǒng)一性返回目錄2.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)1.3操作系統(tǒng)的基本分類

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(47)1.4硬件支撐環(huán)境

1.4.1計算機(jī)硬件的基本構(gòu)成

1.基本構(gòu)成

(1)處理器：作用是控制計算機(jī)的操作，執(zhí)行數(shù)據(jù)處理的功能。在計算機(jī)系統(tǒng)只有一個處理器時，通常就稱中央處理器（CPU）。

(2)內(nèi)存儲器：作用是存儲程序和數(shù)據(jù)，它由一組順序編號的存儲單元組成，編號為存儲單元的地址。

(3)輸入/輸出模塊：實行計算機(jī)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(48)

(1)一條指令需要的處理過程，稱指令的“執(zhí)行周期”。一個指令周期可分成兩步：取階段和執(zhí)行階段。1.4.1計算機(jī)硬件的基本構(gòu)成

2.指令的執(zhí)行過程

(2)CPU按程序計數(shù)器（PC）的當(dāng)前值取出指令執(zhí)行，然后遞增PC的值，使其指向下一條指令在存儲器里的地址。取到的指令被放在指令寄存器（

IR）中。1.4硬件支撐環(huán)境

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(49)程序計數(shù)器(PC)：指令地址0001：將主存單元內(nèi)容加載到AC指令寄存器(IR)：正在執(zhí)行的指令0010：把AC的內(nèi)容存儲到主存累加器(AC)：臨時存儲寄存器0101：將主存單元內(nèi)容加到AC例1-4一個簡單的程序執(zhí)行過程

一臺計算機(jī)，處理機(jī)里有稱為累加器（AC）的數(shù)據(jù)寄存器，指令和數(shù)據(jù)都是16個二進(jìn)制位長。指令中的操作碼占用4個二進(jìn)制位，因此該機(jī)器最多能有24=16種不同的操作（可用1位十六進(jìn)制數(shù)表示）；指令中的地址碼占用12個二進(jìn)制位，因此可直接訪問的存儲器為212=4096=4K。

程序存放在從300開始的存儲單元中。任務(wù)是把地址為940的單元中內(nèi)容（0004）與地址為941的單元中內(nèi)容相加（0008），求得的結(jié)果保存在單元941中。這需要用到圖(c)里給出的三條指令，經(jīng)過三個取指令階段和三個執(zhí)行階段。操作碼地址數(shù)值S034151501(a)指令格式(b)整數(shù)格式(c)CPU的內(nèi)部寄存器和部分指令操作碼操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(50)1940300存儲器5941301294130200049400008941300寄存器1940PCACIR1940300存儲器59413012941302301寄存器1940PCACIR0004000494000089411940300存儲器5941301294130200049400008941301寄存器5941PCACIR00041940300存儲器5941301294130200049400008941302寄存器5941PCACIR1940300存儲器59413012941302302寄存器2941PCACIR000C000494000089411940300存儲器594130129413020004940000C941303寄存器2941PCACIR000C000C4+8=C(a)(b)(c)(d)(e)(f)

程序執(zhí)行過程如下圖(a)~(f)所示。存儲器和寄存器里的數(shù)字均為十六進(jìn)制。操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(51)

1.4.2中斷1.中斷概念

(1)所謂“中斷”，是指在CPU執(zhí)行程序過程中，由于內(nèi)部或某個外部事件的發(fā)生，讓CPU暫時中止正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)向該突發(fā)事件的處理，處理完畢后返回被中止的程序繼續(xù)執(zhí)行的這樣一個處理過程。

(2)中斷可分為兩類：由CPU進(jìn)行內(nèi)部處理或執(zhí)行特定指令時產(chǎn)生的中斷，稱為軟中斷，也稱內(nèi)中斷；由外部事件引發(fā)的中斷稱為硬中斷，也稱外中斷。硬中斷又可細(xì)分為可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷兩種類型。

(3)凡能引起中斷的設(shè)備或事件均稱為“中斷源”。1.4硬件支撐環(huán)境

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(52)

(1)外部設(shè)備中斷：由I/O設(shè)備的控制器產(chǎn)生，用于告知一個操作是正常完成，還是出現(xiàn)了錯誤。如打印機(jī)打印結(jié)束、磁盤傳輸完成、利用終端進(jìn)行輸入/輸出等。

(2)程序中斷：在一定條件下，由指令執(zhí)行的結(jié)果產(chǎn)生。如系統(tǒng)調(diào)用、算術(shù)溢出、除數(shù)為零、試圖執(zhí)行一條非法的機(jī)器指令以及訪問了用戶不允許的存儲器位置等。

(3)時鐘中斷：由CPU內(nèi)部的時鐘（即計時器）產(chǎn)生，從而使操作系統(tǒng)能夠以一定規(guī)律執(zhí)行某任務(wù)。

(4)硬件失效中斷：由諸如掉電或奇偶校驗錯之類的故障產(chǎn)生。具體中斷源的種類

1.4硬件支撐環(huán)境

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(53)

中斷請求：產(chǎn)生中斷后，中斷源就會向CPU發(fā)出中斷信號，稱為“中斷請求”。2.中斷的處理過程

中斷響應(yīng)：在指令周期的中斷階段，CPU檢查是否出現(xiàn)中斷信號。若沒有，CPU就在取指令階段取出下一條指令；若有中斷，CPU就暫停執(zhí)行當(dāng)前的程序，自動完成以下操作：(1)關(guān)中斷，保證下面的操作不被打斷；

(2)保護(hù)現(xiàn)場和斷點，以保證中斷處理完成后能夠正確返回；

(3)分析中斷源，得到處理該中斷的中斷處理程序入口地址。1.4硬件支撐環(huán)境

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(54)中斷處理：中斷響應(yīng)后，CPU就去執(zhí)行特定的處理程序，這個程序被稱為“中斷處理程序”。每個中斷處理程序的結(jié)構(gòu)大致由六個部分組成：(1)保護(hù)有關(guān)的寄存器(2)開中斷，以便處理中斷時，能響應(yīng)更高優(yōu)的中斷(3)中斷處理，這是中斷處理程序的主要部分，是體現(xiàn)其功能的主要地方(4)關(guān)中斷，為能夠不被打斷地恢復(fù)現(xiàn)場做準(zhǔn)備

(5)恢復(fù)現(xiàn)場(6)中斷返回1.4硬件支撐環(huán)境

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(55).中斷請求、中斷響應(yīng)和中斷處理三個部分的相互關(guān)系操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(56)3.中斷優(yōu)先級和多重中斷

(1)系統(tǒng)中的多個中斷源，產(chǎn)生中斷信號是隨機(jī)的，可能會出現(xiàn)多個中斷請求同時發(fā)生的情形。哪個中斷應(yīng)該先響應(yīng)、哪個中斷應(yīng)該先處理，這就是中斷優(yōu)先級的問題。

(2)優(yōu)先級高的中斷被安排成有優(yōu)先被CPU響應(yīng)的權(quán)利。這樣，不同級別的中斷同時到達(dá)時，系統(tǒng)總優(yōu)先響應(yīng)級別最高的中斷的中斷請求。

(3)級別高的中斷可以有打斷中斷級別低的中斷處理的權(quán)利。這就是“多重中斷”，或“嵌套中斷”。

(4)中斷屏蔽和中斷禁止是兩個不同的概念。返回目錄1.4硬件支撐環(huán)境

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(57)

1.4.3存儲器的結(jié)構(gòu)

1.存儲器的層次結(jié)構(gòu)

考慮計算機(jī)存儲器的設(shè)計時，要顧及“價格”、“容量”、“訪問時間”這樣的特性。它們之間有著以下的關(guān)系：存取時間越快，每“位”的價格就越高；容量越大，每“位”的價格就越低；容量越大，存取速度就越慢。在存儲器的層次結(jié)構(gòu)中，CPU可直接到寄存器、高速緩沖存儲器、內(nèi)存儲器訪問數(shù)據(jù)；CPU不能直接到磁盤和磁帶上訪問數(shù)據(jù)。在存儲器的層次結(jié)構(gòu)中，容量較、價格便宜的慢速存儲器（主要是磁盤），可用來作為容量小、價格貴的快速存儲器的后備。1.4硬件支撐環(huán)境

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(58)2.高速緩沖存儲器的工作原理

相對于內(nèi)存儲器，高速緩存容量小、存取速度快。在它里面總存有一小部分內(nèi)存中的數(shù)據(jù)內(nèi)容。當(dāng)CPU試圖訪問內(nèi)存中的一個字時，就先檢查該字是否在高速緩存。如果在，就直接將它從高速緩存?zhèn)魉徒oCPU；如果不在，則先把內(nèi)存中包含此字在內(nèi)的一塊數(shù)據(jù)讀入高速緩存，然后再把所需的字從高速緩存?zhèn)魉徒oCPU。通過這樣的結(jié)構(gòu)安排，存儲器的價格就不會過于昂貴，而CPU訪問存儲器的速度卻得到了很大的提高。

內(nèi)存儲器和高速緩存間是以塊為單位傳遞數(shù)據(jù)的，高速緩存與CPU之間則是以字為單位傳遞數(shù)據(jù)的。

1.4硬件支撐環(huán)境

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(59)返回目錄比如，內(nèi)存儲器由2n個字組成，每個字有一個唯一的n位地址。

☆將內(nèi)存儲器按照每塊K個字的大小劃分成M=2n/K個塊。

☆高速緩存中有C個存儲槽，每個槽可容納K個字。

☆槽的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)存儲器中塊的數(shù)目（即C<<M）。這樣，內(nèi)存儲器中只會有幾塊存放在高速緩存的槽中。當(dāng)CPU存取內(nèi)存儲器某塊里的某字時，如果那塊當(dāng)時不在槽中，就把那塊傳送到一個槽里。由于槽的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于塊的數(shù)目，因此一個槽不可能唯一或永遠(yuǎn)對應(yīng)于某一塊。所以，高速緩存中的每個槽都有一個標(biāo)簽，用來標(biāo)識這個槽當(dāng)前存放的是內(nèi)存中的哪一塊。1.4硬件支撐環(huán)境

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(60)1.5Linux操作系統(tǒng)的誕生

1.5.1操作系統(tǒng)的發(fā)展簡史

1.第一代計算機(jī)

1946年第一臺電子管計算機(jī)ENIAC研制成功。從那時起到二十世紀(jì)50年代末，為計算機(jī)發(fā)展的第一代。這時無操作系統(tǒng)可言，只能以機(jī)器語言編寫程序，難以普及應(yīng)用。返回目錄5000次加法/秒體重28噸占地170M218,800只電子管1500個繼電器耗電150KWJohnVonNeumann和IAS電子計算機(jī)EDVAC（1952）操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(61)1.5.1操作系統(tǒng)的發(fā)展簡史

2.第二代計算機(jī)

二十世紀(jì)50年代末到60年代中，為計算機(jī)發(fā)展的第二代。在這個時期，由于出現(xiàn)了晶體管，采用了印刷電路，計算機(jī)的穩(wěn)定性與可靠性大大提高；出現(xiàn)了以監(jiān)控程序為雛形的批處理操作系統(tǒng)，用戶作業(yè)按照順序進(jìn)行處理，缺少“人-機(jī)”交互。3.第三代計算機(jī)

二十世紀(jì)60年代中期到70年代初，為計算機(jī)發(fā)展的第三代。由于出現(xiàn)了集成電路和微處理器，使得計算機(jī)體積減小，性價比提高，小型計算機(jī)發(fā)展迅速；在這個時期，涌現(xiàn)出大批操作系統(tǒng)，Unix的誕生，奠定了現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本框架。4.第四代計算機(jī)

二十世紀(jì)70年代中期至今，為計算機(jī)發(fā)展的第四代。由于大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路以及IBM-PC機(jī)的出現(xiàn)，計算機(jī)的應(yīng)用進(jìn)入高速發(fā)展的軌道，操作系統(tǒng)性能日漸穩(wěn)定，理論得到完善和充實，先后推出了MS-DOS及Windows。返回目錄1.5Linux操作系統(tǒng)的誕生

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(62)

1.5.2Linux操作系統(tǒng)的誕生

1.Unix操作系統(tǒng)

Linux的誕生、發(fā)展和成長有賴于UNIX操作系統(tǒng)、MINIX操作系統(tǒng)、GUN計劃、POSIX標(biāo)準(zhǔn)和Internet這5個支柱。

(1)大型、多用戶分時系統(tǒng)的典范，廣泛傳播。

(2)最終成為商用操作系統(tǒng)，限制了自己的應(yīng)用范圍和發(fā)展的前景。2.MINIX操作系統(tǒng)

開發(fā)的目的是用于學(xué)生學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)原理。小巧，源代碼產(chǎn)生了改進(jìn)MINIX的強(qiáng)烈愿望和靈感，并最終演變成為一個設(shè)計新操作系統(tǒng)的構(gòu)想。1.5Linux操作系統(tǒng)的誕生

操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述(63)3.GNU計劃

自由軟件基金會FSF，由RichardM.Stallman于1984年創(chuàng)辦?；饡淖谥际情_發(fā)出穩(wěn)定的、與平臺無關(guān)的軟件。

GNU是FSF資助的研究項目，希望開發(fā)出類似于Unix、并且是自由軟件的操作系統(tǒng)，取名為GNU。GNU計劃開發(fā)了許多高質(zhì)量的免費(fèi)軟件，它們可在任何計算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行，都遵循通用公共許可協(xié)議（GPL），整個系統(tǒng)的源代碼可自由獲取，并