第1章操作系统概述

Windows操作系统原理浙江大学计算机与软件学院季江民[e-mail]1.2windows本课程内容第1章操作系统概述第2章Windows进程和线程管理第3章Windows进程、线程互斥和同步第4章Windows的文件系统第5章Windows存储管理第6章WindowsI/O系统第7章Windows应用程序设计1.3windows参考书Windows操作系统原理.尤晋元、史美林等.机械工业出版社MicrosoftWindowsInternals，FourthEdition，ByMarkE.Russinovich,DavidA.Solomon第1章操作系统概述1.5windows本章内容操作系统概述Windows操作系统体系结构介绍操作系统概述1.7windows操作系统是什么？WhatisanOperatingSystem?1、从计算机系统组成观点――操作系统是系统软件计算机系统组成：软件：应用软件系统软件（操作系统等）硬件：输入／输出（I／O）设备存储器(内存)中央处理器(CPU)1.8windows操作系统是什么2、从资源管理程序观点――操作系统是系统资源管理者（OperatingSystemasaResourceManager）操作系统是系统资源管理程序，它用于控制和管理计算机系统的硬件和软件资源。计算机系统资源：操作系统模块：软件：程序、数据文件系统硬件：I／O设备设备管理存储器存储器管理处理器处理器（CPU,进程）管理1.9windows操作系统是什么3、从软件分层、扩充机器的观点――操作系统是扩充裸机的第一层系统软件1.10windowsOPERATINGSYSTEMOVERVIEWTheLayersOfASystemProgramInterfaceHumansUserProgramsO.S.InterfaceO.S.HardwareInterface/PrivilegedInstructionsDisk/Tape/Memory1.11windows操作系统是什么4、从服务用户的观点――操作系统是用户与计算机硬件之间接口系统提供的接口有二类：命令级接口，它提供一组键盘或鼠标命令。程序级接口，它提供一组系统调用Systemcalls，即OS中功能，供用户程序和其它程序调用。1.12windows操作系统是什么5、内核（Kernel）theoneprogramrunningatalltimes(allelsebeingapplicationprograms).总是在运行的一个程序（其他的是应用）1.13windows操作系统定义操作系统是一组有效控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户的程序集合。有效（efficient）：系统效率，资源利用率（如：CPU利用的充足与否，内存、外部设备是否忙碌）合理：公平与否，如果不公平则会产生“死锁”或“饥饿”方便（convenience）：用户界面,编程接口1.14windows你与操作系统的关系普通用户软件设计师操作系统设计师计算机硬件操作系统实用程序应用程序1.15windows操作系统提供的服务Userinterface-Almostalloperatingsystemshaveauserinterface(UI)VariesbetweenCommand-LineInterface(CLI),GraphicsUserInterface(GUI),Batch程序执行-调入一个程序进入内存并运行之的系统能力I/O操作-由于用户程序不能直接执行I/O操作，操作系统必须提供完成I/O操作的手段文件系统操纵–程序能够读、写、创建和删除文件通信-运行的进程间在同一计算机或由网络连接的不同系统中交换信息。通过共享存储器或消息传递实现出错检测–通过探测在CPU与内存硬件中，在I/O设备中，或在用户程序中的错误，确保正确运算ResourceallocationAccountingProtection1.16windows操作系统的接口命令行用户界面（CommandlineUserInterfaceCUI)键盘输入DOS,Linux,UNIX图形用户界面（GraphicUserInterfaceGUI）鼠标输入MacOS,OS/2,WINDOWS程序接口系统调用、API1.17windowsSystemCallsProgramminginterfacetotheservicesprovidedbytheOSTypicallywritteninahigh-levellanguage(CorC++)Mostlyaccessedbyprogramsviaahigh-levelApplicationProgramInterface(API)ratherthandirectsystemcalluseThreemostcommonAPIsareWin32APIforWindows,POSIXAPIforPOSIX-basedsystems(includingvirtuallyallversionsofUNIX,Linux,andMacOSX),andJavaAPIfortheJavavirtualmachine(JVM)1.18windowsExampleofSystemCallsSystemcallsequencetocopythecontentsofonefiletoanotherfile1.19windowsExampleofStandardAPIConsidertheReadFile()functionintheWin32API—afunctionforreadingfromafileAdescriptionoftheparameterspassedtoReadFile()HANDLEfile—thefiletobereadLPVOIDbuffer—abufferwherethedatawillbereadintoandwrittenfromDWORDbytesToRead—thenumberofbytestobereadintothebufferLPDWORDbytesRead—thenumberofbytesreadduringthelastreadLPOVERLAPPEDovl—indicatesifoverlappedI/Oisbeingused1.20windowsSystemCallImplementationTypically,anumberassociatedwitheachsystemcallSystem-callinterfacemaintainsatableindexedaccordingtothesenumbersThesystemcallinterfaceinvokesintendedsystemcallinOSkernelandreturnsstatusofthesystemcallandanyreturnvaluesThecallerneedknownothingabouthowthesystemcallisimplementedJustneedstoobeyAPIandunderstandwhatOSwilldoasaresultcallMostdetailsofOSinterfacehiddenfromprogrammerbyAPIManagedbyrun-timesupportlibrary(setoffunctionsbuiltintolibrariesincludedwithcompiler)1.21windowsAPI–SystemCall–OSRelationship1.22windowsStandardCLibraryExampleCprograminvokingprintf()librarycall,whichcallswrite()systemcall1.23windowsSystemCallParameterPassingOften,moreinformationisrequiredthansimplyidentityofdesiredsystemcallExacttypeandamountofinformationvaryaccordingtoOSandcallThreegeneralmethodsusedtopassparameterstotheOSSimplest:passtheparametersinregistersInsomecases,maybemoreparametersthanregistersParametersstoredinablock,ortable,inmemory,andaddressofblockpassedasaparameterinaregisterThisapproachtakenbyLinuxandSolarisParametersplaced,orpushed,ontothestackbytheprogramandpoppedoffthestackbytheoperatingsystemBlockandstackmethodsdonotlimitthenumberorlengthofparametersbeingpassed1.24windowsParameterPassingviaTable1.25windowsTypesofSystemCallsProcesscontrolFilemanagementDevicemanagementInformationmaintenanceCommunications1.26windows计算机硬件系统概述计算机硬件系统结构1.大、中、小型计算机的硬件组织这类计算机以存储器为中心，CPU和各种通道都与存储器相连。终端打印机多路通道存储器CPU选择通道1.27windows计算机硬件系统结构2.微型计算机的典型组织，总线结构微型计算机是以总线为纽带来构成计算机系统，中央处理机（CPU）、存储器、I／O设备（包括外存磁盘、磁带）都挂接在总线。1.28windows操作系统类型按功能分(早期)：批处理系统（BatchSystem）分时系统（TimeSharingSystem）实时系统（Real-TimeSystems）按同时使用系统的用户数和系统能同时运行的进程数分成：单用户、单进程系统MacOS,DOS,WINDOWS3.1单用户、多进程系统OS/2、WINDOWS95/98/2000/xp多用户、多进程系统Linux、UNIX、WINDOWSSERVER系列返71.29windows操作系统类型按计算机系统（硬件）操作系统分成微机操作系统常用的微机OS有MS-DOS、Windows系列、OS/2、SCOUNIX、Linux等。网络操作系统Unix、Linux、Windows2000/2003vistaserver分布式操作系统嵌入式操作系统1.30windows操作系统的设计操作系统设计有着不同于一般应用系统设计的特征：复杂程度高研制周期长正确性难以保证解决途径：良好的操作系统结构先进的开发方法和工程化的管理方法高效的开发工具Windows2000开发的艰辛与规模.doc1.31windows操作系统的设计目标可靠性：正确性和健壮性高效性：提高系统的运行效率易维护性：易读、易扩充、易剪裁、易修改性易移植性：一次开发，多处使用安全性：计算机软件系统安全性的基础可适应性简明性1.32windows操作系统的设计考虑功能设计：操作系统应具备哪些功能算法设计：选择和设计满足系统功能的算法和策略，并分析和估算其效能结构设计：选择合适的操作系统结构1.33windows操作系统结构设计按照系统