操作系统教程引言.doc

童梦无忧网 试管婴儿论坛 本文由心诚则灵Yao贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 操作系统教程 孙钟秀主编 考试：笔试 学习要求： 按时上课，认真听讲 阅读参考书 认真记笔记，整理笔记 思考，讨论，提问 操作系统课程的特点 实践性强 从实践总结出原理 涉及面广 并行程序 性能问题 程序方法论 软件工程 错综复杂 纵横交叉 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 记笔记相当重要 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 课程性质 操作系统是计算机专业的核心课程之一，更是软件专业的 重要知识基础 程序设计告诉我们如何使用计算机（高级、汇编等非机器 代码）语言表达我们的思想 编译原理告诉我们如何将计算机语言（高级、汇编等非机 器代码）翻译为机器能够执行的机器指令 计算机原理告诉我们计算机硬件是如何工作的 课程性质（续） 操作系统则告诉我们它是如何管理硬件、程序和数据，为 运行程序提供服务的 程序的设计和运行依赖于操作系统这个幕后支持者，程序 设计、编译原理、计算机原理等课程均没有回答操作系统 这个幕后支持者是如何运作的问题，详细回答这个问题的 任务就交给了操作系统这门学科 研究对象 程序设计课程研究的主要对象是程序设计语言以及算法 设计方法，目标是正确掌握语言的使用方法和算法设计 方法 编译原理课程研究的主要对象是程序设计语言的语法， 目标是设计正确有效的编译算法，根据程序设计语言的 语法将程序设计语言源程序翻译为目标代码 操作系统课程研究的主要对象是程序、数据、硬件等资 源，目标是设计合理的操作系统结构和运行策略，对这 些资源进行有效管理，为程序运行创造良好的环境 学习目标 我们对一个事物不仅要知其然，还要知其所以然 无论是计算机程序员还是操作员，他们都是操作系统的 用户 作为一个专业用户，他不仅要懂得如何使用操作系统来 运行程序、编写程序 还要明白操作系统如何运行程序，操作系统内部是如何 工作的，从而表现出用户看到的界面和功能 学习方法 操作系统领域的概念、原理的理解需要与相关课程知 识的运用相结合，抽象与具体相结合 并且需要参阅有关讲述实际操作系统结构、工作原理 的资料 甚至需要分析实际操作系统的源程序 学习方法提示 学习任务分散在平时，在理解、训练、掌握的基础上注 意巩固识记，杜绝最后突击性学习 课堂及教材学习与课外阅读参考书和动手实验相结合 适当的作业习题训练 操作系统的主要工作 操作系统与计算机硬件关系极为密切 计算机硬件对外（对用户）表现出一定的功能 操作系统也对外（对用户）表现出一定的功能，但是操作系 统是由一组程序以及相关数据构成的，所以操作系统属于软 件 操作系统的主要工作（续） 计算机硬件和操作系统软件对外（对用户）表现出来的功 能差异在哪儿呢 如果用户有某种需求，通常情况下 可直接利用计算机硬件的功能来实现 也可利用操作系统的功能来实现 但是两者实现难度和复杂度不同 一般来说，直接利用计算机硬件功能实现的难度要大 于利用操作系统功能来实现的难度 操作系统的主要工作（续） 因为两者的功能模块粒度的大小不同，易理解程度也不同 操作系统向用户提供的功能模块粒度要大一些，也更易于理 解，因而更易于使用 操作系统就在逻辑上向用户提供了一台更好用的计算机 操作系统的主要工作（续） 操作系统软件按照多数人的工作和生活需求以及应用习惯来 提供其功能和操作界面，隐蔽了对于多数人来说不需要了解 的在硬件层次上的细节 用户几乎完全可以通过使用操作系统来代替直接使用计算机 硬件 如同汽车驾驶员通过方向盘、油门、刹车、离合器以及车档这一套操 作系统（简单易用的界面）来控制汽车的行驶，不需直接接触车轮、 车闸、齿轮等硬件机构，通常情况下也不必理解汽车内部构造（除非 制造和维修汽车） 操作系统是通过自我执行和执行用户程序来工作和为用户提 供服务的。下面这个程序在执行的过程中，就得到了操作系 统提供的多个方面的服务 操作系统的主要工作（续） #include int main() int a,b; scanf(“%d%d”,&a,&b); printf(“a+b=%dn”,a+b); return 0; 操作系统的主要工作（续） 用户告诉操作系统执行该程序 该程序在运行前一般在外存上存放，操作系统通过文件目 录表从外存找到该程序 该程序由管理信息和代码数据组成，系统根据管理信息找 出代码和数据的地址 操作系统的主要工作（续） 内存管理模块根据程序的大小为代码和变量分配内存，文件 系统定位并读写磁盘块将该程序读入内存 系统创建进程以执行该程序，进程由进程控制块和代码数据 组成，进程控制块是系统用于管理进程的管理信息 进程开始执行， scanf(“%d%d”,&a,&b);涉及到硬件输入设备 （如键盘）的操作，设备处理模块投入工作，使用户输入数 据，用户无须关心设备端口状态以及机械操作细节 操作系统的主要工作（续） 操作系统以系统功能调用的形式在内部提供了完成从输入 设备输入数据的程序模块，该模块负责所有涉及硬件机械 电子特性的处理 printf(“a+b=%dn”,a+b);涉及到CPU的计算处理功能和输出 设备（如显示器）的操作 对于输出设备，系统同样提供了相关的系统调用处理模块 来控制输出设备底层机械电子方面的操作细节来完成数据 的输出，用户同样不必关心底层细节 操作系统的主要工作（续） 在多任务系统中，需要有专门的处理机调度模块负责分配 处理机和保护处理机现场，在进程间完成进程切换的工作 对于用户来说，处理机的调度及切换可能只是通过鼠标的 点击操作或者在程序中简单地安排几条系统功能调用即可 完成 操作系统的主要工作（续） return 0;结束用户进程的运行，将控制权返回给操作系统， 操作系统回收用户进程所占用的内存等软硬件资源，进行 结束处理，用户同样无须关心这些善后事宜 综上所述，操作系统在执行程序的过程中向用户提供了文 件存取服务、内存分配服务、处理机调度服务、设备分配 和处理服务等功能 课程主要内容介绍 操作系统概论 处理机管理 并发进程 存储管理 设备管理 文件管理 假如没有操作系统？ 源代码 编译器 目标代码 硬件 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 为什么学习操作系统 非专业观点 有人认为，即使开发出来多种操作系统，能够占领市场的品种也是 寥寥无几，Microsoft Windows操作系统就长期占据垄断地位。因此， 不需要太多的操作系统设计/实现者 多数人只需选用而不需要亲自研发操作系统 但是操作系统几乎是一切信息处理工作的基础，是信息安 全的基本保障，操作系统如果存在安全缺陷或者漏洞，将 会给国家带来经济、政治、军事上的安全威胁和损失，对 企业、集体、个人也会带来不利因素。Intel-CPU，微软Windows的安全问题 “后门”已引起了不同国家的严重关 注和担忧。没有自主版权的操作系统显然将受制于人 为什么学习操作系统（续） 专业观点 很难想象一个国家由于国际垄断和科学技术的高难度而放弃多个领 域的自主研发 我国自主研发的一些软件在性能上不亚于外来软件，市场占有率正 在逐步提高，这说明，打破垄断，推动软件品牌多元化发展并非不 可能 为什么学习操作系统（续） 国内操作系统发展概况 自由版权Linux：红旗，共创，magic linux, BluePoint(嵌入式Linux) COSIX操作系统 1999年中软总公司与康柏公司签署联合开发64位UNIXCOSIX系统 嵌入式操作系统Hopen（女娲计划） 嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中 简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似与BIOS的 工作方式 具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点 特别适合于要求实时的和多任务的体系 产品从HOPEN OS V1.0、V2.0发展到目前的HOPEN OS V3.0，在技术、 功能和系统的易用性方面日趋成熟完善 HOPEN操作系统支持的产品在移动通信、机顶盒、汽车电子、网络 计算机、掌上电脑、数字电视等方面得到了广泛的应用 为什么学习操作系统（续） 操作系统包括了所有软件设计/实现问题： 资源共享/管理 安全和身份验证 灵活性，健壮性 友好界面设计 加深对使用的OS的理解，有利于深入编程 为什么学习操作系统（续） 编程时借鉴操作系统的设计思想和算法 存在人们意识不到的大量“操作系统” 嵌入式系统(Embedded OS） 我们并不总使用Windows 为什么学习操作系统（续） 操作系统涉及到计算机科学的很多领域： 计算机体系结构/硬件 软件工程 程序设计语言 数据结构 算法 流行操作系统介绍 图形操作系统鼻祖Alto 1973年4月，第一个可操作的Alto电脑完成， Alto是第一 个把计算机所有元素都结合到一起的图形界面操作系统 流行操作系统介绍（续） 最成功的操作系统Windows 系统市场占有率为96.63%以上 Window是一个多任务的操作环境，随着windows操作系统的不断 发展，其功能也在不断增强，更加的人性化：良好的硬件支持， 不断提供的网络性能、多用户使用以及强大的多媒体功能 windows操作系统介绍 Windows1.0 1985年推出 Windows2.0 1987年推出，虽然有不少改进，但效果仍不好 由于硬件和DOS系统的限制，没有流行 Windows3.0 1990年推出，一经推出迅速走红，六周时间卖出50万份，基本 奠定了微软操作系统的垄断地位 Windows95 1995年8月推出，可以独立运行无须DOS支持，较3.x版本，有更 加优秀的面向对象的图形操作界面，减轻了用户的学习负担，32 位抢占式多任务多线程，32位线性寻址的内存管理，良好的向下 兼容性 windows操作系统介绍（续） WindowsNT 1996年8推出4.0版本，主要面向服务器市场 Windows98 1998年推出，在95基础上改进了硬件支持，支持FAT32文件，以 及整合到图形界面的IE；资源占有率低、启动速度快 Windows2000 2000推出，最为稳定的一款windwos系统，又称为windowsNT5.0， 推出了四个版本：proffessional、server、advanced server、 Datacenter server WindowsXP 基于windows2000代码的一款系统，但是有一个全新的窗口系统， 集成了防火墙、媒体播放器、即时通讯软件，是目前使用率最高 的一款系统 windows操作系统介绍（续） Windows2003 2003年4月推出是微软最新的一款系统，是2000的一个升级，是 微软新一代服务器操作系统，较之前的任何一个版本，其功能更 多、速度更快、安全性更高、更稳定；其在网络、安全、管理、 性能方面的改进让那些对微软有偏见的人大饱眼福 Windows vista 2005年1月微软对外发布了取代XP的新一代操作系统windows longhorn，同年7月，微软将此款操作系统更名为vista，vista是微 软公司下一代操作系统的开发代号，vista在外观界面和内核上都 有不少的改动；vista将是未来十年PC机上的首选操作系统 Microsoft windows系统总结 优点： 界面图形化：所见即所得 多用户、多任务 网络支持良好 出色的多媒体功能 硬件支持良好：即插即用，USB设备、AGP技术 众多的应用程序 Microsoft windows系统总结（续） 缺点： 众多的功能导致体积庞大、代码冗繁 系统脆弱不稳定 自身修复能力差 系统漏洞多，尤其是网络方面的漏洞 操作简单但不灵活，需要DOS的支持 但是无论如何，windows系统使更多的人可以方便的 使用电脑，它对PC时代的贡献简直无与伦比；不能否 认windows系统是一个优秀的操作系统 DOS系统 DOS系统 DISK OPERATION SYSTEM磁盘操作系统；1985-1995年个人电脑上主要 的操作系统；主要版本有MS-DOS、PC-DOS、windows 9x也只是DOS下 的一个大型程序而已；DOS1.0-DOS8.0 1981年：PC-DOS 1.1：IBM PC，只支持软盘的个人操作系统 1983年：DOS2.0：PC XT，支持硬盘和目录的层次结构，并提供丰富的 系统命令 1984年：DOS3.0：PC AT (Intel 80286 CPU)，它把286作为一个快速的 8086使用 1987年：DOS3.3：提供对IBM PS/2的支持（如3.5软驱），提供了更多的 应用DOS系统（续） 1988年：DOS4.0：支持大于32M的硬盘 1991年：DOS5.0：改进对扩展内存的支持 1995年DOS7.0支持长文件名，不独立发售，嵌入windows95中 DOS8.0是dos系统的最后一个版本在其上可以运行windows9x和me， 在此之后windows开发的系统基于NT内核，才成为一个真正独立的操 作系统 UNIX系统 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 “The UNIX Time-Sharing System”，UNIX系统公布于世 作者：美国BELL实验室 Ken Thompson(K.汤普逊） Dennis Ritchie (D.里奇） （C语言的创始人) UNIX系统（续） 1969年K.Thompson和 D.Ritchie 为了改善他们的程序设计 环境，设计了一个文件系统，这个设计后来演化成UNIX 系 统 早 期 的 版 本 。 并 在 PDP 11 计 算 机 上 实 现 ， 后 来 Dennis Ritchie创造了C语言， 并用C语言改写了早期的 UNIX系统 UNIX系统的作者认为： 操作系统的设计不应也不可能做到“满足所有用户的所有要求”， 而应为广大的计算机用户提供一种良好的程序设计环境 UNIX系统（续） 由于UNIX系统生逢其时，品质优秀很快风靡全球，成为 当令各种计算机系统的主流操作系统。 目前，国内流行的UNIX操作系统： SCO UNIX AT&T UNIX SVR 4X 惠普计算机上的HP-UX IBM小型机上的AIX 苹果Mac上的AUX 免费的UNIX版本，如Linux、Minix和FreeBSD UNIX系统（续） Bell实验室 早期UNIX和C 加州大学 伯克利分校 BSD4 SCO UNIX Solaris At&T 的系统V HP-UX AIX Linux UNIX系统（续） 其主要特点是： 该系统用高级语言编写，使之易读、易懂、易修改、易移植到别 的计算机上。 它有一个简单的用户界面shell 它使用了在维护上容易、实现上是高效的树形结构的文件系统 文件、设备统一处理 内核和核外程序的有机结合 丰富的核外系统程序 流行操作系统介绍（续） 开放源码最为成功的操作系统Linux系统 对windows系统的代码保密不满，使许多优秀的程序员开始了一个 称为“开发源代码运动”的活动 linux就是其中最著名的一款系统 linux是芬兰赫尔辛基大学的一名大三学生在1991年首次编写的，他 的名字叫linus.B.Torvolds linux是目前可唯一免费获取的、为PC机的多个用户提供多任务多进 程的操作系统 目前的主要版本有：REDHAT LINUX、TURBO LINUX、Mnadrake lunux、SUSE lunux、SLACKWARE LINUX、红旗LINUX、中软 LINUX、冲浪LINUX LINUX操作系统发展史 1991年linus Torvolds在新闻组发布了大概包括一万行代码的linux0.01版 本 1993年大概有100人参与linux0.99版本的编写，该版本大概包含10万行 代码，用户10万人左右 1994年linux1.0版本发布，代码为17万行，采用GPL协议，代码完全免 费发布 1995年linux可以在intel、digital、SUN spark处理器上运行，用户超过 100万 1996年linux2.0发布，大约40万行代码，并且支持多处理器，全球大约 有350万人使用 1997年，大片泰坦尼克号的特技制作中的160台ALPHA工作站中有 105台使用linux系统 LINUX操作系统发展史 1998-2001年是linux迅速发展的几年，在这几年内，linux迅速商业化， 并出现了多个商业化的版本 2002年是linux企业化