01-操作系统概述-1

操作系统原理PrinciplesofOperatingSystem信息工程大学信息工程学院计算机系2007年授课教师主讲：邰铭[e-mail]辅导：安克[e-mail]办公地址:实验楼四层东北侧网络安全实验室电话:30523第一章操作系统概述本次课主要内容计算机系统的组成操作系统的定义操作系统的目标和作用操作系统的特点操作系统实例操作系统的学习计算机系统组成硬件：中央处理机（CPU）内存总线外部设备I/O设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）,存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）,其它设备（MODEM、通信口）软件：系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统）应用软件（CAD、MIS、用户自己开发的系统等）支撑软件(工具软件)（软、硬件检测疹断程序）什么是操作系统？监控（督）程序（系统）（Monitor)执行系统（程序）(ExecutiveSystem(program))控制系统（程序）(ControlSystemprogram))管理程序(Supervisor,SupervisorySystem)核心程序(Kernel)操作系统(OperatingSystem)1.操作系统的名称什么是操作系统？操作系统是一个计算机程序，属于系统软件。计算机系统(层次结构)软件硬件及固件（裸机）应用软件系统软件编辑软件、编译软件、…操作系统什么是操作系统？广义上说，操作系统是厂商发布的、用户购买的系统软件，包括操作系统内核（Kernel）和所有的工具软件，如浏览器、资源管理器、简单的编辑器等。狭义上说，操作系统就是内核，其余软件都是运行在该内核上的应用程序。操作系统应用程序内核（Kernel）用户开发或购买的应用程序系统提供的应用程序1、科普的观点操作系统是计算机系统的管理和控制中心，它依照设计者制定的各种调度策略组织和管理计算机系统资源，使之能高效地运行。2、功能的观点操作系统是一个计算机资源管理系统，它负责计算机系统的全部资源的分配、控制、调度和回收。3、用户的观点操作系统是计算机与用户之间的接口，用户通过这种接口使用计算机。什么是操作系统？什么是操作系统？系统程序和应用程序用户1用户2用户3用户n操作系统计算机硬件……操作系统的地位(用户的角度)4、软件的观点操作系统是程序和数据结构的集合。5、管理的观点操作系统是计算机硬件和软件资源的合理而协调的管理者。6、从开发的角度操作系统是计算机资源的管理者。操作系统是服务的提供者。7、从程序运行的角度操作系统又是程序的组织者，它协调系统中各种程序的运行。什么是操作系统？什么是操作系统？操作系统的地位(开发的角度)计算机硬件操作系统系统工具应用软件用户应用开发人员操作系统开发人员操作系统的目标方便性有效性可扩充性开放性从本质上说，操作系统是资源的管理者。如果把计算机看成一个国家的话，操作系统就是这个国家的政府机关。如果把计算机看成一个家庭的话，操作系统就是这个家庭的管家。我们主要从开发者的角度讨论操作系统，探讨操作系统内核的组成结构和实现技术。什么是操作系统？操作系统做什么？#includestdio.hintmain(intargc,char*argv[]){puts(helloworld);return0;}用户告诉操作系统执行hello程序操作系统找到该程序，检查其类型检查程序首部，找出正文和数据的地址文件系统找到第一个磁盘块父进程需要创建一个新的子进程，执行hello程序操作系统需要将执行文件映射到进程结构操作系统设置CPU上下文环境，并跳到程序开始处程序从第一条指令执行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以控制显示器显示器发射电子束你在屏幕上看到helloworld。。。。。。操作系统的工作（1）程序的执行负责启动每个程序，以及结束程序的工作（2）完成与硬件有关的工作（3）完成与应用无关的工作易于使用，基本服务，统一性（4）计算机系统的效率与安全问题硬件相关性应用程序-----------------------虚机器界面操作系统-----------------------物理机器界面硬件假如没有操作系统？怎样将目标代码送给硬件？怎样输出打印结果？→人们将对二进制程序操作从二极发光管读答案硬件相关性指实现代码中包含存储器的物理地址，包含对设备接口寄存器和设备接口缓冲区的读写等等实现该工作的过程代码和硬件因素密切相关，即需要设置与测试、使用物理地址、设备接口寄存器等等硬件相关必然复杂繁琐、代码量大硬件相关的工作，其实现代码不通用硬件相关例子：软盘I/O操作控制芯片NECPD765有16条命令每一条命令向一个设备寄存器装入长度从1到9字节的特定数据（读写数据、移动磁头臂、格式化磁道，及初始化、检测状态、复位、校准控制器及设备等）以READ为例：13个参数要读取的磁盘块地址、磁道的扇区数、物理介质的记录格式、扇区间隙、对已删除数据地址标识的处理方法操作结束时，控制器芯片在7个字节中返回23个状态及出错字段软盘程序员还要保持注意步进电机的开关状态硬件相关由于操作系统承担了上述工作，在其之上的各类程序就没有必要直接同硬件打交道了。硬件改变时，操作系统相应变化即可，其他的程序不用作出改变应用软件与现实硬件之间的软件硬件抽象，可移植性有限变为无限（接近）提供保护一台等价的扩展机器（虚拟机），比底层硬件更容易编程OS硬件与应用无关性任何一个程序都需要的、最基本的工作它们具有共性、工作过程相同、与具体应用无直接关系（即与用户所关心的应用目标无直接关系）操作系统的特点涉及面广：如计算机体系结构/硬件、程序设计语言、数据结构、程序设计、算法分析、软件工程、网络等等。变化快：新的硬件在不断出现，新的需求在不断提出，因而操作系统在不断变化。基本概念多：新概念还在不断涌现。实践性强：操作系统原理都是从实践中总结出来的，因此应该在实践中学习操作系统。试验难度大：有的操作系统无法改（如Windows），有些能够改，但很难改（如Linux）。历史上著名操作系统FMSCTSSOS/360MULTICSUnix（IBMAIX、HPHP-UX、SGIIrix、SunSolaris、SCOUnix等）CP/MMS-DOS、Windows3.1/95/98/Me、WindowsNT、Windows2000/XP、WindowsCE、WindowsServer2003LinuxNetwareMacOSVxWorks……UNIXUNIX系统是一个交互式的分时操作系统1974年《ACM通信》上发表了K.Thompson和D.Ritchie的论文“TheUNIXTime-SharingSystem”，UNIX系统公布于世。作者：BELL实验室KenThompson(K.汤普逊）DennisRitchie(D.里奇)（C语言的创始人）在PDP－11计算机上实现LINUX芬兰人LinusTorvalds（二十三岁计算机系学生）的业余发明起源于MINIXlinux是自由软件1994年3月14日linux1.0发布目前装机总数已超过600万台返回遗憾的是，其中没有属于我们中国的地盘。在虚拟社会中，中国是一个殖民地。我国信息系统的真实管理者是Microsoft、IBM、HP、SUN和一帮黑客，实际上是美国。作为军人，我们在虚拟社会中没有疆域可保，没有自己的国土可守。为什么学习操作系统?历史重任落在了我们的身上。设计、开发我们自己的操作系统。修改现有的系统存在人们意识不到的大量“操作系统”嵌入式系统(EmbeddedOS）加深对使用的OS的理解，有利于深入编程用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道编程时借鉴操作系统的设计思想和算法操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他领域我们并不总使用Win95/NT/2000/XP为什么学习操作系统?为什么学习操作系统?思维方式的学习抽象操作系统具有一种魔力（magic）提供了无限的CPUs无限的内存单一全球计算能力等等课程基本目的1．介绍操作系统的基本概念、基本结构及运行环境2．介绍操作系统原理、设计方法和实现技术3．介绍操作系统的演化过程、发展研究动向、新技术以及新思想4．介绍各种有代表性的、典型的操作系统实例5．培养学生分析问题、解决问题的基本能力，培养创造型人才课程目的不是如何使用操作系统而是理解操作系统如何工作OS工作方式OS内部算法和数据结构设计OS过程中的问题、解决方案和折中权衡注意学习方式的变化教师只指出要点要通过自学、研读参考书掌握内容整理笔记相当重要不能只通过PowerPoint来复习课程善于发现问题、提出问题要努力寻求问题的答案勇于动手，在实践中加深理解预期学习收获1．使学生对操作系统的基本概念、基本结构及运行环境有深入的认识，对操作系统这一课程有比较全面的把握2．使学生深入到操作系统内部，理解并掌握操作系统的基本原理、设计方法和实现技术3．使学生了解操作系统的演化过程、发展研究动向、新技术以及新思想，使学生具有透过变化看趋势、透过技术抓原理、把握学科发展脉搏的基本素质，为其今后在相关领域开展工作打下坚实的基础参考书：《操作系统教程》孟庆昌西安电子科技大学出版社《计算机操作系统》汤子瀛等西安电子科技大学出版社《计算机操作系统教程》张尧学等清华大学出版社《计算机操作系统教程》周长林左万历高等教育出版社《现代操作系统》陈向群等译机械工业出版社《Linux操作系统结构分析》郭玉东西安电子科技大学出版社《UNIX操作系统设计》MauriceJ.Bach机械工业出版社《Windows操作系统原理》尤晋元等编著机械工业出版社