Linux操作系统分析与实践.ppt

Linux操作系统分析与实践讲座1:操作系统概述，北京大学Linux操作系统分析与实践课程建设团队，2008年春季*感谢您：感谢英特尔对本课程项目的支持，几个问题，什么是操作系统？解决什么问题？你学到了什么原则？设计处理器时如何支持操作系统？有硬件和软件(应用软件)。功能应该在哪里实现？如果它放在操作系统中，应该放在哪里？内核还是库？UNIX的缺点？如果你想重新设计，你怎么做？网络请求进展如何？(操作系统如何连接？)，几个问题(续)，描述中断响应过程并解释操作系统对该过程的支持。浅谈TLB的功能、特点和内容。为什么引入工作集模型？软件开发人员在编程时如何考虑？设计一个多级目录结构需要快速的目录检索速度，请给出设计方案。操作系统是做什么的？#includeintmain(intargc，char * argv) puts( hello world )；返回0；用户告诉操作系统执行hello程序，操作系统找到程序，检查其类型，检查程序头，找到文本和数据的地址，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， 并且跳到程序的开头，当程序的第一条指令被执行时，它失败，并且出现分页，操作系统分配一页存储器，从磁盘读取代码，继续执行，读取更多分页，读取更多页面，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发送到的设备，该设备是由进程控制的伪终端，并且操作系统将字符串发送到进程。 这个过程告诉窗口系统它想要显示一个字符串。窗口系统确定这是合法操作，然后将字符串转换为像素。窗口系统将像素写入存储图像区域。视频硬件将像素表示转换成一组模拟信号来控制显示(重绘屏幕)。显示器发出电子束。你在屏幕上看到地狱。该程序执行系统调用，并在文件描述符中写入一个字符串。本次讲座的主要内容，操作系统在计算机系统中的地位，操作系统的定义、特点和功能，操作系统的发展历史和分类操作系统的内核体系结构模型，Linux的特点和发展历史，Linux内核的结构和主要组成部分。首先，操作系统在计算机系统中的位置，包括硬件(子)系统和软件(子)系统。操作系统属于计算机系统软件(子系统)中的系统软件。它是接近硬件的第一层软件，也是硬件功能的第一次扩展。其他软件建立在操作系统上。各种软件在操作系统的统一管理和支持下运行。计算机系统、操作系统是计算机系统软件技术含量最大、附加值最高的部分，是软件(子)系统的核心，是软件操作平台的基础。操作系统实际上是计算机系统中硬件和软件资源的总司令部。操作系统的性能决定了整个计算机的潜在硬件性能能否发挥作用。操作系统本身的安全性和可靠性程度决定了整个计算机系统的安全性和可靠性。操作系统设计师，应用软件设计师，2。操作系统的定义、特征和功能、操作系统的定义、操作系统的特征、操作系统的功能、2.1操作系统的定义、定义：操作系统是计算机系统中的系统软件，它是这样的程序模块的集合，可以有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程。控制程序的执行，为用户提供各种服务功能，使用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，使整个计算机系统，2.2操作系统特征，并发性：在计算机系统中处理多个同时进行的活动的能力宏观上，同时存在多个程序：这些程序在微观上同时执行：任何时候只有一个程序在执行(单个中央处理器)，即微观上，这些程序依次在中央处理器上并行执行：(类似于并发性，但是，许多指的是硬件支持)由并发性引起的问题：活动切换、保护、相互依赖的活动之间的同步、操作系统特征(续)。共享：操作系统使用计算机系统中的资源(共享有限的系统资源)和多个用户的程序。操作系统必须合理分配和使用系统资源。在一段时间内，由多个进程使用的互斥(如音频设备)交替共享资源。很难实现最佳的资源分配(如可重入代码和磁盘文件)。虚拟：一个物理实体被映射成几个相应的逻辑实体时间共享或空间共享。虚拟化是操作系统管理系统资源的重要手段。它可以提高资源的利用率。操作系统特征(续)。中央处理器每个用户(进程)的“虚拟处理器”内存每个进程(指令数据堆栈)显示设备所占用的地址空间多窗口或虚拟终端。随机性：操作系统必须随时对以不可预测的顺序发生的事件做出响应。操作系统特征(续)。进程的运行速度是不可预测的：在分时系统中，多个进程同时执行，“走走停停”。不可能预测每个过程的运行速度。很难再现系统在某一时刻的状态(包括再现运行中的错误)。不确定性：由于共享和并发，多个用户程序可以在操作系统中运行，每个用户程序的运行时间，使用哪些系统资源，使用多长时间，使用的资源是共享的还是独占的。在程序运行之前，操作系统并不知道。它需要操作系统的设计来很好地解决并发和共享问题。否则，将会出现非重复性错误。这种非重复性错误被称为不确定性示例：两个用户共享一台打印机，操作系统特性(续)，2.3操作系统功能，流程管理的本质是管理CPU的流程管理。因此，过程管理通常被称为处理器管理。存储管理存储管理的任务是管理计算机内存资源。文件管理有效支持文件的存储、检索和修改，解决了文件共享、保密和保护问题，使用户可以方便、安全地访问文件。设备管理部门负责外部设备的分配、启动和故障处理。用户可以通过操作系统提供的设备管理手段轻松操作设备，而无需详细了解设备的技术细节和界面。(3)操作系统的历史和分类。操作系统像其他任何东西一样，有其诞生、成长和发展的过程。手动操作；监控程序(早期批处理)；多通道批处理；分时和实时系统；通用操作系统；个人计算机操作系统；当代操作系统的两个发展方向是宏应用和微应用。随着计算机硬件技术和应用软件的发展，操作系统和操作系统的发展是我们的发展目标：充分利用硬件提供更好的服务。主机个人电脑后个人电脑时代，历史操作系统，以及历史线索。本文介绍了一些重要的操作系统FMS(FORTRANMonitorSystem)和IBSYS(IBM的7094操作系统)OS/360(IBM的360系列操作系统)CTSS(CompatibleTimesharingSystem)多机(MultiplexedinformationAndComputerServiCe)Unix类、LinuxCP/M、历史操作系统、MS-DOS、窗口3.1/95/98/Me、窗口sNT、窗口s20 这些操作系统由监控程序、特权指令、存储保护和简单的批处理合成、操作系统/360操作系统组成。 20世纪60年代初，计算机开始使用集成电路。大多数制造商有几条完全不同的生产线，为不同的计算机开发和维护生产完全不同的产品。对于制造商来说，昂贵的新用户一开始只需要一台小型计算机，然后可能需要一台大型计算机。1964年，IBM宣布推出System/360计算机系统，这是第一个使用小规模集成电路的主流模型，试图同时解决上述问题，因为所有计算机都有相同的体系结构和指令集。理论上，为一个模型编写的程序可以在其他模型的机器上运行。操作系统和IBMSystem/360的一些问题。IBM不能编写一个能同时满足冲突需求的操作系统。事实上，其他人也不能完成这项任务。IBMOS/360文件系统有类型字段，定义文件的类型，并有固定长度、不定长度的记录、块和非块文件。用户只能通过猜测存储管理基址寄存器的地址来管理输出文件的大小。该程序也可以访问和修改基址寄存器，但中央处理器产生绝对地址。虽然不需要动态重新分配，但当程序被转移到内存中时，它被“固定”在物理地址上。IBMSystem/360是一个巨大的软件怪物，由数千名程序员编写的数百万行汇编语言代码占用了大量的存储空间和一半的CPU时间。数百万行汇编代码中有数千个错误。IBM不断发布新版本来试图纠正这些错误。每个新版本在引入新错误的同时纠正旧错误。随着时间的推移，错误的数量大致保持不变。分时系统的想法是由麻省理工学院在1959年提出的，即每个用户在分时系统中都有一个在线终端。假设有20个用户登录，其中17个正在思考、谈论或喝咖啡，中央处理器可以被分配到这三个需要的工作(轮流服务)。调试程序的用户通常只发出短命令，很少发出耗时长的命令。当中央处理器空闲时，计算机可以为许多用户提供交互式的快速服务，同时在后台运行大型作业。第一个分时操作系统第一个分时系统是由麻省理工学院的费尔南多科尔巴托等人于1961年在一台改进的IBM7090/94计算机(有32个交互式用户)上成功开发的。IBM7090/94计算机有32K内存，5K用于系统，27K用于用户。用户存储器图像在存储器和磁鼓之间切换。1962年，曼彻斯特大学的阿特拉斯计算机以200千次的速度投入运行。第一个带有虚拟内存和分页的机器指令执行是流水线式的。多播的灾难。1965年，麻省理工学院、贝尔实验室和通用电气公司决定在ARPA的支持下开发一个“通用计算服务系统”，希望能支持波士顿所有分时用户。这个系统被称为多播(MultiplexedinformationAndComputeingService)。Multics的设计目标是：方便终端使用大量远程终端访问大文件系统，通过电话线实现高可靠性和大容量的用户信息共享。存储和构建分层信息结构的能力，多点通信系统开发的难度超出了每个人的预期(PL/1语言)，长期的开发工作无法达到预期的目标。贝尔实验室于1969年4月退出，通用电气公司也退出。麻省理工学院坚持不懈，多元文化成功运作。成为商业产品的计算机系统(通用汽车、福特、国家安全局等)。)和运行的多机子在20世纪90年代中期相继关闭(加拿大国防部2000年10月30日17:08)多机子的意义多机子在现代操作系统领域引入了许多胚胎概念，这对后来的操作系统，特别是UNIX的成功产生了巨大的影响。多机子、小型机、视频游戏和UNIX的成功。1969年，在贝尔退出多机位系统开发项目后，KenThompson和DennisM。里奇想申请资金购买计算机进行操作系统研究，但许多申请未获批准。该项目未获批准。他们在一架未使用的等离子显示器上。为了使游戏在PDP-7上顺利运行，他们先后开发了浮点运算软件包、显示驱动软件，并设计了文件系统、实用程序、外壳和汇编程序。到了1970年，一切都完成后，他们给新系统起了一个名字UNIX，发音和MULTICS一样。随后，UNIX被改写成C语言。从此，UNIX诞生了。Unix和Unix是现代操作系统的代表。UNIX的安全性、可靠性和强大的计算能力赢得了广大用户的信任。促进UNIX系统成功的因素是：首先，UNIX是可移植的，因为它是用C语言编写的。Unix是世界上唯一可以在笔记本电脑、个人电脑、工作站甚至超级计算机上运行的操作系统。其次，系统的源代码非常有效，并且系统易于适应特殊需要。最后，这是最重要的一点。它是一个好的，通用的，多用户，多任务，分时操作系统，UNIX，两个版本的系列ATTSystemVBSD(Berkeley software command)VAX(DEC)其他，CP/M操作系统，随着大规模集成电路的发展，随着个人计算机时代的到来，各种类型的个人计算机和软件相继出现。在1973年，GaryKildall看到了对个人计算机操作系统的需求，并设计了具有良好层次结构的CP/M操作系统(控制程序/微处理器)。它的基本输入输出系统将操作系统的其他模块从硬件配置中分离出来，因此它具有良好的可移植性、良好的适应性以及易于学习和使用。到1981年，CP/M操作系统成为世界上最流行的8位操作系统之一。微软MSDOS和个人电脑的成功迫使IBM采取了紧急的战略行动，并决定在1980年尽快生产微型计算机来迎接挑战，但不是没有操作系统。如果你想找到一个现成的系统来快速匹配，IBM在CP/M操作系统上的谈判并不顺利。在关键时刻，机会落在了微软身上。微软不可能开发出新的操作系统。微软公司成立了西雅图计算机产品公司，并与微软公司达成协议，发行西雅图计算机产品公司的QDOS操作系统。当时，西雅图公司并不知道QDOS会被卖给IBM。否则，历史将如何演变？没人知道。1981年，IBM推出了个人电脑，并宣布DOS操作系统在IBMPC和MSDOS中开始流行。资本充足率正在逐渐下降。MSDOS有一个优秀的文件系统，但是由于英特尔x86架构的限制，它缺少一个基于硬件的存储保护机制。它属于单用户单任务操作系统。从1981年的1.0版到1998年的7.0版，MSDOS已经走过了16年的历程，到目前为止，MSDOS爱好者们还在继续开发各种各样的DOS软件产品。拯救了苹果的麦金塔电脑在IBMPC推出后在市场上掀起了