Linux操作系统概述.ppt

1、实用 操作系统,第0讲 操作系统 课程介绍,操作系统课程介绍(1),任课老师 甘页昌（大课、小课） Email：gyc 彭小娟（小课） Email：pxj 操作系统课程教与学的讨论Q群：120168859（仅限操作系统交流） 供师生交流操作系统的学习和教学 只能实名加入，否则将被T出 可以提任何OS教学与学习有关的问题 希望通过这样的交流，改进OS的教学及提高效率,操作系统课程介绍(2),操作系统课程 性质：必修课 学分：4（大课2学分、小课2学分） 考核方式：考试（闭卷） 总评成绩 考勤：15%，即15分 平时成绩：25%，即25分 课堂表现：5分 平时作业：20分,操作系统课程介绍(3),

2、课件及资料下载 地 址：40 用户名：kjdown 密 码：kjdown 目 录：软件工程系/甘页昌（大课）、彭小娟（小课） 学习要求 大课：按时上课，认真听讲 小课：结合大课理论，完成课堂实验 完成课外作业 养成自主学习的意识,操作系统课程介绍(4),操作系统涉及的相关知识 80386汇编语言（建议自学了解） C语言，必须自学完成，实验课将全程使用 计算机算法，建议课外了解 数据结构，建议巩固加强 教学管理及几点建议 坚持参加上课，考试内容将在课堂上重点标出 总复习将不谈考试重点，但将谈范围 小课按座位上课，大课将抽查点名 学习态度积分管理，包括课堂、作业、考勤

3、等,操作系统课程介绍(5),每周答疑时间 甘页昌：每周二：19：0021：00 彭小娟：,第一讲 操作系统概述,内容提要,操作系统的基本概念 操作系统的硬件平台 操作系统的用户界面,第一部分 操作系统的 基本概念,操作系统,简单的问题： 为何要学操作系统？,操作系统的基本概念(1),计算机系统：硬件系统 + 软件系统 硬件系统：CPU、内存、外存、外设等 软件系统：系统软件（含操作系统、语言处理、使用工具或软件等）、应用软件等,系列问题的提出： 1、我们的软件为何能够有条不紊地各自运行？ 2、操作系统为何可以实现对各种资源的管理？ 3、操作系统为何能够实现对CPU资源的分配？ 4、谁将CPU资

4、源分配操作系统的？ 5、操作系统对各种资源（如CPU、内存、设备等）的管理是采用什么策略？ 6、。,操作系统的基本概念(2),操作系统的基本概念(3),操作系统 是配置在计算机硬件系统（也称为裸机系统）上的第一层软件 是对计算机硬件功能的第一次扩充 定义：是一大型软件系统，负责计算机的全部软件、硬件资源的管理，控制和协调并发活动，实现信息的存储和保护，并为用户使用计算机系统提供方便的用户界面。 操作系统的主要功能 处理机管理、存储管理（内存管理）、设备管理、文件管理、网络管理、以及提供良好的用户界面,操作系统的基本概念(4),基于硬件 计算机所有资源的管理、协调和分配 进程管理 界面管理 。等

5、等,操作系统的基本概念(5),操作系统的分类 1、按功能分：（课本P4） （1）批处理系统 （2）分时操作系统 （3）实时操作系统 （4）网络操作系统 （5）分布式操作系统 2、单道程序设计及多道程序设计 单道程序设计: 任一时刻只允许一个程序在系统中执行。一个程序执行结束后才能执行下一个程序 多道程序设计：任何时刻都允许多道程序在系统中同时执行。（特性：多道、宏观上并行、客观上串行）,操作系统的基本概念(6),多道程序设计,单道程序设计,操作系统的基本概念(7),3、批处理的概念：将多个作业或者命令组织在一个批处理文件中，由由作业控制语言控制该文件中各作业的执行 4、分时操作系统 概念：用时

6、间片、动态优先数（级）等方式，使CPU轮流为多个用户或任务（程序）服务 主要特点： 多路调制性：多个程序并发执行 独占性：使用户感觉上独占CPU 交互性：利用系统界面（图形、命令）实现人机“会话” 5、实时操作系统：及时响应事件，并在规定的时间内完成对该事件的处理,操作系统的基本概念(8),6、网络操作系统：将分布在不同区域的计算机通过网络连接起来，以实现资源的共享(C/S) 7、分布式操作系统：将分布在网络上的计算机整合成一个整体，由一个系统统一实现资源的分配和共享，此系统即为分布式操作系统 8、个人操作系统：如DOS、Windows等 操作系统的特性 并发性（如正在打印的同时，也在输入数据

7、） 共享性（资源不再由一个程序独占） 不确定性：执行过程、执行结果等的不确定性 虚拟性：虚拟系统、虚拟处理机、虚拟内存、虚拟设备、虚拟文件系统等,操作系统的基本概念(9),操作系统的性能评价（课本P8，简单了解） 可靠性、易用性、高效性、可扩充性、开放性等 操作系统的逻辑结构（课本P9，简单了解） 模块化结构 层次化结构 虚拟机结构 客户/服务器结构（C/S） 面向对象结构,第二部分 操作系统的 硬件支撑平台,操作系统的硬件平台(1),支持操作系统的基本硬件结构 1、处理机的态及特权指令 系统态：当前CPU上运行的是OS的系统程序 特权指令：只在处理机处于最高级别的态（核态或管态）下方可执行的

8、指令。如CLI、STI、IN、OUT、HALT等 非特权指令：除特权指令外的其他CPU指令 用户态(目态):当前CPU上运行的是用户程序 两种态之间的转换（P11） 用户态转换成系统态：系统调用、硬件中断、用户程序出错、非法指令 系统态转换成用户态：中断返回,操作系统的硬件平台(2),常用特权指令 开中断STI、关中断CLI 进程切换、CPU分配，如代码段寄存器CS、指令寄存器IP的值修改指令 主存保护的寄存器存储指令 I/O指令，如IN、OUT 处理机控制指令，如HALT 特权级：80386 CPU采用段描述符中最低2位表示 0级最高(内核级)，3级最低（用户级）。 1级2级，依次为OS服务

9、级、OS扩充级 LINUX系统只使用了0级和3级,操作系统的硬件平台(3),2、时钟 时钟是操作系统得以运行并实现对资源管理必不可少的最重要的硬件设施 时钟分为：绝对时钟和相对时钟 绝对时钟：用于记录当前时间（年月日、时分秒）。每隔一个时间单位加1，关机时依然工作。 相对时钟：又称间隔时钟或定时器，每隔一个时间单位减1，为0时产生时钟中断。 OS依此实施调度 计算各用户所消耗的资源 实现实时控制 实现延迟等等,操作系统是 如何被分配到CPU的？,操作系统的硬件平台(3),3、中断机制 （1）基本概念：中断、中断源、断点、关中断（CLI）、开中断（STI）、保护现场、恢复现场、中断服务程序、中断

10、返回。 （2）中断的分类 按中断源分：I/O中断、外部中断、机器故障中断、程序性中断（异常）、访管中断（自陷） 按系统实现分：硬件中断（非屏蔽、可屏蔽）、自陷中断、异常中断 参见课本P13表1-1（8259A中断芯片）,操作系统的硬件平台(4),（3）中断响应 当CPU收到中断请求时，暂停当前正执行的程序，并自动引出该中断相应的中断处理程序的过程 中断的主要现场：CS、IP、F寄存器（含IF状态） 中断向量表：按一定规则存放所有中断处理（服务）程序的入口地址 中断响应的过程 接受中断，获取中断号 在中断向量表中找出相应的中断处理（服务）程序入口地址 执行该地址所指向的中断处理（服务）程序,操作

11、系统的硬件平台(5),（4）中断处理及中断返回 中断处理（服务）程序一般包含如下三个步骤 保护被中断程序的现场（除CS、IP、状态寄存器F） 中断处理或中断服务 恢复被中断程序的现场，并中断返回（IRET） 参见课本P15图1-2 （5）开关中断（只针对可屏蔽中断） 开中断，即允许中断。指令为STI 关中断，即禁止中断。指令为CLI,操作系统的硬件平台(6),（6）中断机制在操作系统中所起的作用 实时处理紧急事件 实现处理机与外设的并行 实现多道程序之间的切换 为用户提供方便的系统调用接口 寄存器（以80386为例） 8个32位通用寄存器：EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP

12、和ESP，这些寄存器可用于16位（如AX），也可用于8位（如AH、AL） 6个16位段寄存器：CS、DS、ES、FS、GS、SS，其中SS用于堆栈段，CS是代码段，其余为数据段,操作系统的硬件平台(7),指令寄存器 指令寄存器EIP，32位 总是存放下一条执行指令的地址的段内偏移量 用于16位时为IP 总是与CS配合成CS：IP，或者CS：EIP 标志寄存器EFLAGS 标志寄存器为32位，用于16位时为FLAGS 主要标志位 Bit0：CF，进位标志； Bit2：PF，奇偶标志 Bit4：AF，半进位标志； Bit6：ZF，全零标志 Bit7：SF，符号标志； Bit8：TF，陷进标志 Bi

13、t9：IF，中断标志；Bit10：DF，方向标志 Bit11：OF,溢出标志;Bit12-13:IOPL,中断特权值 等等。,操作系统的硬件平台(8),系统级寄存器 4个段基址寄存器 GDTR：指向全局描述符表GDT IDTR：指向中断描述符表IDT LDTR：指向当前使用的局部描述符表LDT TR：指向当前使用的任务状态描述符表TSS 5个控制寄存器 CR0、CR1、CR2、CR3、CR4 其中CR0用于存放系统控制位，CR1为Intel公司留用 CR2用于存放最后访问页面的32位线性地址 CR3用于寻址（地址映射），参见课本P19图1-6、图1-7 CR4用于存放其他系统控制位标志,操作系

14、统的硬件平台(9),80386的工作模式 80386提供了三种工作模式：实模式、保护模式、虚拟86模式 由CR0的Bit0（PE）及Bit31（PG）标志位组合定义，PE为1时为保护模式（允许分段），PG为1时为允许分页 参见课本P22表1-2说明 PE.PG=00实，01V86，10保护，11保护 0 0 实模式 0 1 V86模式，不支持分段、支持分页 1 0 保护模式，支持分段、不支持分页 1 1 保护模式，支持分段、支持分页,操作系统的硬件平台(10),80386的特权级保护 80386有三种特权级： 描述符特权级（DPL）:段描述符的Bit46,Bit45描述 选择符特权级（RPL）

15、：段选择符的Bit2，Bit1描述 当前特权级（CPL）：当前执行的代码段的特权级，即当前的DPL和RPL 各分为0-3共4个级别，0级别最高，3级别最低。 参见课本P23页图1-9、图1-10 Linux系统只采用了0级(核心级)和3级(用户级),第三部分 操作系统的 用户界面,用户界面User Interface,操作界面 命令行界面：键盘输入操作命令，实现人机交互 图形界面：以图形、窗口、菜单的方式，将系统资源及工具（命令）展现给用户，实现人机交互 批处理界面：用户将系统命令或可执行文件按照一定的规则组合在一起（批处理文件），交予操作系统统一处理（执行）。具备如下特点 批处理语言，也叫作

16、业控制语言，属于解释性语言 批处理文件：系统命令、可执行文件、批处理语言 批处理文件被执行期间，不可以进行交互,用户界面（2）,系统调用界面 解释：OS提供给用户或应用程序的系统服务接口 提供方式：语句、函数 作用：实现用户及应用程序对系统资源的需求 操作界面与系统调用界面的关系 所有的操作界面都是通过系统调用界面实现的 系统调用界面是所有操作界面、应用程序实现系统功能的支撑平台,两种界面的关系,资源：各种系统资源,功能：各 种 系 统 功 能,接口：系统调用界面(语句/函数/int),命令行界面,图形 界面,批处理界面,应用 程序,系统调用(1),系统调用类型 设备管理：实现对设备的读写控制 进程控制：进程创建、终止等 进程通信：管道的创建、队列消息共享、内存缓冲区共享、网络资源共享等 文件管理：文件的创建和删除、打开和关闭、读和写等等 存储管理：内存的申请、获取、释放等等 系统管理：系统信息的维护，如日期、时间、用户、主机标识等,系统调用（2）,实现的过程所