Linux操作系统.ppt

1、Linux操作系统,计算机科学系 宋炯 email: ,参考书目,Linux操作系统原理与应用. 陈莉君，康华.清华大学出版社 Linux shell实例精解 现代操作系统. 坦尼鲍姆著，陈向群等译. 机械工业出版社. 网上资源,第一章 操作系统概述,Linux内核源代码,不同角度看到的操作系统,操作系统,认识操作系统,打开计算机，首先跳入眼帘的是什么？ 要拷贝一个文件，具体的拷贝操作是谁完成的？ 你需要知道文件存放在何处吗？ 柱面、磁道、扇区描述什么？ 数据的搬动过程怎样进行 繁琐留给自己，简单留给用户 操作系统穿上华丽的外衣图形界面 操作系统穿上朴素的外衣字符界面,认识操作系统从使用者的角

2、度看,拷贝命令的C语言实现片断,inf=open(“/floppy/TEST”,O_RDONLY,0); out=open(“/mydir/test”,O_WRONLY,0600); do l=read(inf,buf,4096); write(outf,buf,l); while(l); close(outf); close(inf);,认识操作系统从程序开发者的角度看,认识操作系统从所处位置看,从操作系统设计者的角度看 操作系统的设计目标是什么？ 尽可能地方便用户使用计算机 让各种软件资源和硬件资源高效而协调地运转起来。 计算机的硬件资源和软件资源各指什么？ 假设在一台计算机上有三道程序同

3、时运行，并试图在一台打印机上输出运算结果，必须考虑哪些问题 ? 从操作系统设计者的角度考虑，一个操作系统必须包含以下几部分 操作系统接口 CPU管理 内存管理 设备管理 文件管理,认识操作系统从设计者角度看,操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理的组织计算机的工作流程，控制程序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效的使用计算机，使整个计算机系统能高效、顺畅地运行。,认识操作系统定义,操作系统的演变 单道批处理系统 串行执行预先组织好的一组任务 提高了系统效率 。 多道批处理系统 可以交错运行

4、多个程序 再次提高系统效率。 典范：为IBM System/360机开发的 OS/360 分时系统 将处理器的运行时间分成数片，均分或依照一定权重派发给系统中的用户使用 快速响应 典范：Multics, Unix,操作系统的发展,硬件角度下的操作系发展轨迹,硬件角度下的操作系统发展轨迹,历史悠久的Unix,为了改进批处理系统不令人满意又缺乏效率的方案，Dartmouth大学和MIT发明了分时（time sharing）系统。Dartmouth的系统只能运行Basic程序并取得短期的商业效益，而MIT的系统CTSS则是为通用的分时系统开发的，并在科研领域取得了巨大成功。 1965年在美国国防部高

5、级研究计划署DARPA的支持下，MIT、AT&T Bell Lab和GE决定开发一种“公用计算服务系统”，希望能够同时支持整个波士顿所有的分时用户。该系统称作Multics (MULTiplexed Information and Computing Service)。,历史悠久的Unix,Multics设计目标是通过电话线把远程终端接入计算机主机。但是，Multics研制难度超出了所有人预料。长期研制工作达不到预期目标，1969年4月贝尔实验室退出，通用电气公司也退出了。 Multics引入了许多现代操作系统领域的概念雏形，比如分级的文件系统，与设备独立的用户接口等思想，这些对随后操作系统特

6、别是Unix的成功有着巨大的影响。,历史悠久的Unix,1969年,贝尔实验室退出Multics研制项目后,Ken Thompson和Dennis M. Ritchie两个研究人员一台无人用的PDP-7上重新摆弄原先在 Multics项目上设计的“空间旅行”游戏。为了使游戏能够在PDP-7上顺利运行,他们陆续开发了浮点运算软件包、显示驱动软件，设计了文件系统、实用程序、shell 和汇编程序。 1970年, 在一切完成后, 给新系统起了个同 Multics发音相近的名字Unix。 注： PDP-7是美国DEC公司生产的小型机，其系列还包括PDP-11/40/45等机型。,历史悠久的Unix,最

7、初的Unix是用汇编语言编写的。不久，Thompson用他自己设计的一种较高级的B语言重写了该系统。但由于B语言的缺陷，Ritchie后来对B进行了改进，取名为C，接着又为C写了一个很不错的编译器。Thompson和Ritchie合力用C语言重写了Unix。C语言正是一种应运而生的编程语言，直至今日仍然统治着系统程序编程领域。 1974年，Ritchie和Thompson发表了一篇关于Unix里程碑式的论文The UNIX Time-Sharing System。由于他们的卓越成就，他们于1984年被授予著名的图灵奖。,Ken Thompson,C语言之父 Dennis M. Ritchie,

8、AT&T的 System ,论文发表后，很多大学纷纷向贝尔实验室索要UNIX的拷贝。由于贝尔实验室的母公司AT&T当时是一家受限制的垄断企业而不能涉足计算机领域，所以AT&T没有向这些大学收取费用。 1984年，AT&T被美国政府分成了几个子公司，这样，它就可以合法地建立一个计算机子公司。很快，AT&T推出了它的第一个UNIX商业版本，System 。但由于反映不尽如人意，翌年另一个改进版本System 取代了它，而不为人知的System 则成为计算机科学史上的一个谜。最早的System 相继被它的2、3、4版本代替，每一个版本都比它的前一代更庞大、更复杂。在此过程中，当初设计UNIX的初衷一

9、个简洁、优美的系统被逐渐抛到脑后。,伯克利的UNIX BSD,加州大学伯克利分校是早期获得第6版UNIX的大学之一。由于拥有完整的源代码，伯克利得以从根本上修改UNIX。在DARPA的资助下，伯克利分校为PDP-11设计并发布了一个改进版本，叫作1BSD（First Berkeley Software Distribution）。很快又有了2BSD。更为重要的是为VAX编写的3BSD及其下一代产品4BSD。 4BSD（包括4.3BSD和4.4BSD）有了很大改进。首先是虚拟内存和分页的使用，根据需要动态调入或调出内存页面，从而使得运行的程序能够大于物理内存。另一个改进是允许文件名可以多于14个

10、字母。网络的加入最终使BSD的网络协议TCP/IP成为比其他任何官方标准（如OSI）都更为广泛使用的实际上的标准。,伯克利的UNIX BSD,伯克利还在UNIX中加入了很多实用程序，包括一个新的编辑器（vi）、一个新的shell程序（csh）以及Pascal和Lisp的编译器等等。这些进步使得Sun、DEC和其他计算机厂商将它们的UNIX版本基于伯克利的UNIX而不是AT&T的官方版本System 。结果，伯克利的UNIX成为教学、科研和安全领域的主流。,UNIX的标准化进程,到了80年代后期，两个不同的、互不兼容的UNIX版本4.3BSD和System Release 3都在广为使用。另外，

11、每一个UNIX供应商事实上又在原有UNIX系统的基础上加入了一些自己的非标准的东西。UNIX世界群雄割据，又没有标准的二进制程序格式，这样就严重阻碍了UNIX的商业成功，因为软件开发商不可能写出一个适用于所有UNIX系统的程序。 第一次尝试将这两大UNIX统一起来的是IEEE标准委员会，这个项目被命名为POSIX，前三个字母代表可移植的操作系统（Portable Operating System）,加上IX是为了让名字更加UNIX化。 POSIX委员会制定出一个称为1003.1的标准.,UNIX的标准化进程,然而，一些软件供应商，包括IBM、DEC、HP等并不喜欢AT&T对UNIX平台的控制，

12、因此它们建立了一个称为OSF(Open Software Foundation，自由软件联盟)的联盟，开发了一个符合所有IEEE和其他标准的系统，这个系统包含很多其他特色，如窗口系统(X11)、图形用户界面(Motif)、分布式计算(DCE)、分布式管理（DME）。 针对OSF的出现，AT&T建立了一个自己的联盟UI（UNIX International），事实上做的是相同事情。UI的UNIX是基于System 的。结果是，有两个工业集团提供各自的UNIX版本，因此使用者距离标准化反而较最初更远了。另外，IBM还有自己的UNIX变种AIX，其他公司也各自拥有UNIX变体，混乱依然存在。,UNI

13、X的一些变种,IBM AIX SUN Solaris HP HP-UX FreeBSD Linux,Minix,由于Unix的商业化导致源代码不公开，大学里讲授操作系统只能略去Unix的内容而只讲操作系统理论 。 不幸的是，只讲理论使学生对实际的操作系统产生一个片面的认识。书本中作为重点讲述的内容，如进程调度算法，实际中并没有那么重要；而实际中很重要的内容，如I/O系统和文件系统又因为缺乏理论性而被忽略。,Minix,为了扭转这种局面，荷兰阿姆斯特丹Vrije大学计算机科学系的坦尼鲍姆（Andrew S. Tanenbaum）教授决定编写一个在用户看来和UNIX完全兼容，然而内核全新的操作系统

14、Minix。Minix没有借用AT&T一行代码，所以不受许可证的限制，它可以被班级和个人用来学习。通过它读者可以剖析一个操作系统，研究其内容如何运作。其名称源于“小Unix”，因为它非常简洁，一般程度的读者都可以读懂它。 Minix的内容大家可参阅坦尼鲍姆撰写的教材操作系统：设计与实现及http:/www.M网站。,Minix和Linux的关系,在Minix发布后不久，便出现了一个面向它的USENET新闻组，在数周内便有多达40000个用户订阅该新闻组。其中的大多数人都想向Minix中加入一些新特性以使其更强大、更有用。每天都有数百人提供自己的建议、思想甚至代码。而Minix

15、的作者在几年内一直坚持不采纳这些建议，目的是使Minix保持足够的短小精悍，以便于学生理解。人们最终意识到不可能动摇作者的立场，于是一个芬兰学生Linus Torvalds决定编写一个类似于Minix的系统，但是它特征繁多、面向实用而非教学，这就是Linux。,自由而奔放的黑马Linux,诞生于学生之手 成长于Internet 壮大于自由而开放的文化,Tux Linux的形象代表,Linux: 为x86体系结构开发的类Unix操作系统,Linux之父-Linus Torvalds,芬兰、赫尔辛基大学、1990 起始于写两个进程 然后写驱动程序、文件系统、任务切换程序，从而形成一个操作系统雏形，

16、并把它放在Internet上供大家下载修改,Linux得以流行的原因之一 遵循POSIX标准,POSIX 表示可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface） POSIX是在Unix标准化过程中出现的产物。 POSIX 1003.1标准定义了一个最小的Unix操作系统接口 任何操作系统只有符合这一标准，才有可能运行Unix程序,Linux的肥沃土壤GNU,GNU 是 GNU Is Not Unix 的递归缩写，是自由软件基金会的一个项目。Richard Stallman建立了GNU项目，要创建一个能够自由发布的类UNIX系统。 GNU 项目产品包括

17、emacs 编辑器、著名的 GNU C 和 Gcc编译器等，这些软件叫做GNU软件。 GNU 软件和派生工作均适用 GNU 通用公共许可证，即 GPL（General Public License ） Linux的开发使用了众多的GNU工具,GPL开源软件的法律,GPL 允许软件作者拥有软件版权 但GPL规定授予其他任何人以合法复制、发行和修改软件的权利。,自由软件运动的教父 Richard Stallman,理查德马修斯托曼，1953年出生于美国纽约曼哈顿地区，1971年进入哈佛大学学习，同年受聘于麻省理工学院的人工智能实验室（AI Laboratory）。他是自由软件运动的精神领袖、GNU

18、计划以及自由软件基金会（Free Software Foundation）的创立者、著名黑客，Gcc, Emacs等软件的作者。 他最大的影响是为自由软件运动竖立了道德、政治以及法律框架。,开放与协作的开发模式,世界各地软件爱好者集体智慧的结晶 提供源代码，遵守GPL。 经历了各种各样的测试与考验，软件的稳定性好。 开发人员凭兴趣去开发，热情高，具有创造性。,Linux内核,Linus领导下的开发小组开发出的系统内核(kernel) 是所有Linux 发布版本的核心 内核开发人员一般在百人以上，任何自由程序员都可以提交自己的修改工作。 采用邮件列表来进行项目管理、交流、错误报告 有大量的用户进行测试，正式发布的代码质量高,整个系统的核心内核,硬件,系统调用接口,应用 程序进程1,应用 程序进程2,应用 程序进程3,Linux内核,用户进程,内核子系统,系统调用,整个系统的核心内核,用户进程运行在Linux内核之上的一个庞大软件集合。 系统调用内核的出口，用户程序通过它使用内核提供的功能。 Linux内核操作系统的灵魂，负责管理磁盘上的文件、内存，负责启动并运行程序，负责从网络上接收和发送数据包等等。 硬件包括了Linux安装时需要的所有可能的物理设备。例如，CPU、 内存、硬盘、网络硬件等等。,内核子系统,内核子系统,进程调度控制着进程对CPU的访问