搜索
第一章引论第一节什么是操作系统(识记)1.计算机系统定义:是按用户的要求接收和存储信息,自动进行数据处理并输出结果信心的系统2.计算机系统构成:硬件系统和软件系统3.硬件系统组成:中央处理器(CPU),主存储器,辅助存储器,各种输入/输出设备二.操作系统1.操作系统定义:是一种管理计算机系统资源,控制程序执行,改善人机界面和为其它软件提供支持的系统软件操作系统的两个主要设计原则2.能使得计算机系统使用方便.3.能使得计算机高效的工作第二节操作系统的形成1.控制台:早期,程序的装入,调试以及控制程序的运行都是程序员通过控制台上的开关来实现2.原始汇编系统:用汇编语言编写的程序称为源程序,它不能直接在机器上执行,只有通过汇编语言解释程序把源程序转换成用机器指令序列表示的目标程序后才能在计算机上运行.3.设备驱动程序:是最原始的操作系统.是一种控制设备工作的程序4.管理程序:是初级的操作系统.是一种能对计算机硬件和软件进行管理和调度的程序5.操作系统:采用了SPOOLING的处理形式SPOOLING又称”斯普林”.从本质上说,SPOOLING是把磁盘作为一个巨大的缓冲器.在一个计算问题开始之前,把计算所需要的程序和数据从读卡机或其它输入设备上预先输入到磁盘上读取程序和数据,同样,对于计算的结果也是先在磁盘上缓冲存放,待计算完成后,再从打印机上打印出该计算问题的所有计算结果第三节操作系统的基本类型按照操作系统提供的服务进行分类,可分为批处理操作系统,分时操作系统,实时操作系统,网络操作系统,分布式操作系统,多机操作系统和嵌入式操作系统等.其中批处理操作系统,分时操作系统,实时操作系统是基本的操作系统一批处理操作系统1.定义:用户为作业准备好程序和数据后,再写一份控制作业执行的说明书.然后把作业说明书连同相应的程序和数据一起交给操作员.操作员将收到一批作业的有关信息输入到计算机系统中等待处理,由操作系统选择作业,并按其操作说明书的要求自动控制作业的执行.采用这种批量化处理作业的操作系统称为批处理操作系统.2.分类批处理单道系统:一次只选择一个作业装入计算机系统的主存储器运行.批处理多道系统:允许多个作业同时装入主存储器,使中央处理器轮流的执行各个作业,各个作业可以同时使用各自所需要的外围设备3.批处理多道系统优点多道作业并行减少了处理器的空闲时间,既提高了处理器的利用率作业调度可以按一定的组合选择装入主存储器的作业,只要搭配合理作业执行过程中,不再访问低速的设备,而是直接从高速的磁盘上存取信息,从而缩短了作业执行时间,使单位时间内的处理能力得到提高作业成批输入,自动选择和控制i作业执行,减少了人工操作时间和作业交接时间,有利于提高系统的吞吐率分时操作系统1.定义:能使用户通过与计算机相连的终端来使用计算机系统,允许多个用户同时与计算机系统进行①系列的交互,并使得每个用户感到好像自己独占一台支持自己请求服务的计算机系统.具有这种功能的操作系统称为分时操作系统,简称分时系统2.分时技术:既把CPU时间划分成许多时间片,每个终端用户每次可以使用一个由时间片规定的CPU时间.这样,多个用户就轮流的使用CPU时间,如果某个用户在规定的一个时间片内还没有完成它的全部工作,这时也要把CPU让给其他用户,等待下一轮再使用一个时间片的时间,循环轮转,直至结束.3.分时系统主要特点:同时性.允许多个终端用户同时使用一个计算机系统独立性:用户在各自的终端上请求系统服务,彼此独立,互不干扰及时性:对用户的请求能在较短的时间内给出应答交互性:采用人机对话的方式工作实时操作系统定义:能使计算机系统接受到外部信息后及时处理,并且在严格的规定时间内处理结束,再给出反馈信号的操作系统称为实时操作系统,简称为实时系统1.设计实时系统注意点要及时响应,快速处理实时系统要求高可靠性和安全性,不强求系统资源的利用率第四节操作系统的发展1.单用户微机操作系统:是指早期的微型计算机上运行的操作系统每次只允许一个用户使用计算机2.网络操作系统:为计算机网络配置的操作系统称为网络操作系统.网络操作系统把计算机网络中各台计算机系统有机的联合起来,为用户提供一种统一,经济而有效的使用各台计算机系统的方法,可使各台计算机系统相互间传送数据,实现各台计算机系统之间的通信以及网络中各种资源的共享3.分布式操作系统:为分布式计算机系统配置的操作系统称为分布式操作系统.分布式操作系统能使系统中若干计算机相互协作完成一个共同的任务,或者说把一个计算问题可以分成若干个子计算,每个子计算可以在计算机系统中的各计算机上并行执行4.多机操作系统:为多处理器系统配置的操作系统称为多机操作系统5.嵌入式操作系统:是指运行在嵌入式系统中对各种部件,装置等资源进行统一协调,处理和控制的系统软件(主要特点是微型化和实时性)第五节Unix操作系统简介1.诞生Unix的第一个版本version1是AT&TTA公司下属的Bell实验室里两位程序员KenThompson和DennisRitchie凭兴趣和爱好1969年在一台闲置的PDP-7上开发的.2.特点Unix是一个交互式的分时操作系统Unix系统的源代码公开第六节操作系统的功能1.操作系统的功能:(从资源管理的角度来分)]处理器管理:对CPU进行管理存储管理:对主存储器进行管理文件管理:通过对磁盘进行管理,实现对软件资源进行管理设备管理:对各类输入.输出设备进行管理2.操作系统为用户提供的使用接口程序员接口:通过”系统调用使用操作系统功能(开发者)操作员接口:通过操作控制命令提出控制要求.第二章计算机系统结构简介第一节计算机系统结构一层次结构1.计算机系统构成:硬件系统和软件系统硬件系统构成:中央处理器(cpu),存储器,输入,输出控制系统和各种输入/输出设备软件系统组成:系统软件,支撑软件,应用软件2.层次结构:最内层是硬件系统,最外层是使用计算机系统的人,人与硬件系统之间是软件系统.软件系统又依次为系统软件-支撑软件应用软件二.系统工作框架1.引导程序:进行系统初始化,把操作系统中的核心程序装入主存储器,并让操作系统的核心程序占用处理器执行.2.操作系统核心程序:完成自身的初始工作后开始等待用户从键盘或鼠标输入命令,每接受一条命令就对该命令进行处理第二节硬件环境一.CPU与外设的并行工作在现代的通用计算机系统中,为提高计算机的工作效率,均允许中央处理器和外设并行工作.当执行到一条启动外设的指令时,就按指令中给定的参数启动指定的设备,并把控制移交给输入/输出控制系统,由输入/输出控制系统控制外围设备与主存储器之间的信息传送,外围设备独立工作,不再需要中央处理器干预,于是中央处理器可继续执行其它程序二.存储体系1.寄存器:是处理器的组成部分,用来存放处理器的工作信息.存取速度快,但造价高.通用寄存器:存放参加运算的操作数.指令的运算结构等指令寄存器:存放当前从主存储器读出的指令控制寄存器:存放控制信息以保证程序的正确执行和系统的安全程序状态字寄存器:存放当前程序执行时的状态.中断字寄存器:记录出现的事件基址寄存器:设定程序执行时可访问的主存空间的开始地址限长寄存器:设定程序执行时可访问的主存空间的长度2.主存储器:以字节为单位进行编址.主存储器容量较大,能被处理器直接访问,但断电会丢失数据.3.高速缓冲存储器:也称cache,位于处理器和主存储器之间起到缩短存储时间和缓冲存储的作用4.辅助存储器:最常用的辅助存储器有磁盘和磁带.优点是容量大且能永久保存信息,但不能被中央处理器直接访问.三.保护措施一般是硬件提供保护手段和保护装置,操作系统利用这些设施配合硬件实现保护1.指令分类特权指令:不允许用户程序中直接执行的指令.如:启动i/o,设置时钟,设置控制器等非特权指令:允许用户程序中直接执行的指令2.cpu工作状态管态:可执行包括特权指令在内的一切机器指令.一般是操作系统程序占用中央处理器时,cpu处于管态目态:不允许执行特权指令.一般是用户程序占用中央处理器时,CPU处于目态.3.存储保护:不同的存储管理方式有不同的实现保护方法,如可变分区存储管理方式中:基址寄存器的值=访问地址=基址寄存器的值+限长寄存器的值第三节操作系统结构一设计目标正确性:能充分估计和把握各种不确定的情况,使操作系统不仅能保证正确性,且易于验证其正确性高效性:减少操作系统的开销从而提高计算机系统的效率,尤其对常驻主存储器的核心程序部分更要精心设计维护性:当系统发现错误或为提高效率而对算法进行调整等工作时,应使操作系统容易维护移植性:移植性是指能否方便的把操作系统从一个硬件环境移植到另一个新的硬件环境之中.在结构设计时,应尽量减少与硬件直接有关的程序量,且将其独立封装.二.操作系统的层级结构1.设计方法:无序模块法,内核扩充法,层次结构法,管理设计法等2.层次结构法:最大特点是把整体问题局部化.一个大型复杂的操作系统被分解成若干单向依赖的层次,由各层的正确性来保证整个操作系统的正确性.采用层次结构不仅结构清晰,而且便于调试,有利于功能的增加,删减和修改3.操作系统层次结构:处理器管理要对中断事件进行处理,要为程序合理的分配中央处理器的工作事件,它是操作系统的核心程序,是与硬件直接有关的部分,因而把它放在最内层.以后的各层依次存放的是存储管理,设备管理和文件管理.即:硬件-处理器管理-存储管理-设备管理-文件管理主要优点:有利于系统的设计和调试主要困难:层次的划分和安排三.Unix系统的结构1.Unix层次结构:内核层和外壳层内核层:是unix操作系统的核心.它具有存储管理,文件管理,设备管理,进程管理以及为外壳层提供服务的系统调用等功能外壳层:为用户提供各种操作命令和程序设计环境2.外壳层组成:由shell解释程序,支持程序设计的各种语言,编译程序,解释程序,使用程序和系统库等组成.其中其它模块归shell解释程序调用,shell解释程序用来接收用户输入的命令并进行执行.3.内核层组成:内核程序用C语言和汇编语言编写.按编译方式可分为:汇编语言文件,C语言文件和C语言全局变量文件.4.程序运行环境:用户态和核心态.外壳层的程序在用户态运行,内核层的程序在核心态运行.用户态运行的程序称为用户程序,核心态运行的程序称为系统程序(外壳层的用户程序在执行时可通过系统调用来请求内核层的支持)第四节操作系统与用户的接口一.操作控制命令联机用户:操作控制命令批处理系统用户:作业控制语言,用来编制作业控制说明书二.系统调用1.系统调用定义:既系统功能调用程序,是指操作系统编制的许多不同功能的供程序执行中调用的子程序.2.执行模式:系统调用在管态下运行,用户程序在目态下运行,用户程序可以通过”访管指令:实现用户程序与系统调用程序之间的转换.(访管指令本身是一条在目态下执行的指令)3.系统调用分类:文件操作类,资源申请类,控制类,信息维护类.第五节Unix的用户接口一.shell命令1.注册和注销注册:用户可通过login输入用户名和通过password输入口令,系统注册成功后在shell解释程序控制下,出现提示符(采用Cshell提示符:%)以交互方式为用户服务.注销:输入logout或同时按下crtl+D键2.常见的shell命令Mkdir:请求系统建立一个新的文件目录Rmdir:请求系统删除一个空目录Cd:切换当前的工作目录Pwd:显示用户的当前目录Ls:显示用户一个目录中的文件名.Cp:复制一个文件Mv:对文件重新命名Rm:删除一个指定的文件Cat:显示用ascll码编写的文本文件More:分屏显示文件内容,按空格键显示下一屏3.后台执行的shll命令方法:在请求后台执行的命令末尾输入字符”&”.特点:Unix把一个程序转入后台执行后,不等该程序执行完就显示可以输入新命令的提示符.因此,允许多个任务在后台执行,也允许后台任务和前台任务同时执行4.shell文件定义:用shell命令编辑成的文件称为shell文件