第1章Linux操作系統(tǒng)概述(修1)

1、Linux操作系統(tǒng)基礎、原理與應用教師：蔣園園教師：蔣園園本課程基本情況及要求專業(yè)核心必修課，專業(yè)核心必修課，2.52.5學分學分總學時總學時4040學時，其中理論學時，其中理論3030學時，實踐學時，實踐1010學時學時考核方式：考試考核方式：考試考試成績考試成績= =30%30%平時成績平時成績+ +70%70%考試成績考試成績課程設計課程設計2 2周周，4040學時學時點名點名3 3次次不到，平時成績?yōu)椴坏?，平時成績?yōu)? 0分分第一章 Linux操作系統(tǒng)概述v認識操作系統(tǒng)v操作系統(tǒng)的發(fā)展vLinux操作系統(tǒng)概述什么是操作系統(tǒng)？什么是操作系統(tǒng)？認識操作系統(tǒng)認識操作系統(tǒng) 打開計算機，首先跳入

2、眼簾的是什么？ 要拷貝一個文件，具體的拷貝操作是誰完成的？你需要知道文件存放在何處嗎？柱面、磁道、扇區(qū)描述什么？數據的搬動過程怎樣進行 繁瑣留給自己，簡單留給用戶 操作系統(tǒng)穿上華麗的外衣圖形界面操作系統(tǒng)穿上樸素的外衣字符界面認識操作系統(tǒng)認識操作系統(tǒng)從使用者的角度看從使用者的角度看 拷貝命令的C語言實現(xiàn)片斷inf=open(“/floppy/TEST”,O_RDONLY,0);inf=open(“/floppy/TEST”,O_RDONLY,0);out=open(“/mydir/test”,O_WRONLY,0600);out=open(“/mydir/test”,O_WRONLY,0600)

3、; do dol=read(inf,buf,4096);l=read(inf,buf,4096);write(outf,buf,l);write(outf,buf,l); while(l); while(l);close(outf);close(outf);close(inf);close(inf);認識操作系統(tǒng)從程序開發(fā)者的角度看認識操作系統(tǒng)從程序開發(fā)者的角度看 認識操作系統(tǒng)認識操作系統(tǒng)從所處位置看從所處位置看瀏覽器 信息管理 文件管理系統(tǒng) 游戲 編譯程序 編輯程序 命令 解釋程序 操作系統(tǒng) CPU、內存、I/O接口硬件內核 應用軟件 操作系統(tǒng)是其它所有用戶程序運行的基礎。 #include

4、main()printf(“ Hello worldn”)用戶告訴操作系統(tǒng)執(zhí)行用戶告訴操作系統(tǒng)執(zhí)行testtest程序程序 操作系統(tǒng)通過文件名找到該程序操作系統(tǒng)通過文件名找到該程序 檢查其類型檢查其類型, ,檢查程序首部，找出代檢查程序首部，找出代碼和數據存放的地址碼和數據存放的地址文件系統(tǒng)找到第一個磁盤塊文件系統(tǒng)找到第一個磁盤塊 操作系統(tǒng)建立程序的執(zhí)行環(huán)境操作系統(tǒng)建立程序的執(zhí)行環(huán)境 操作系統(tǒng)把程序從磁盤裝入內存，并操作系統(tǒng)把程序從磁盤裝入內存，并跳到程序開始處執(zhí)行跳到程序開始處執(zhí)行 該程序的執(zhí)行過程簡述如下該程序的執(zhí)行過程簡述如下:操作系統(tǒng)檢查字符串的位置是否正確操作系統(tǒng)檢查字符串的位置是否

5、正確 操作系統(tǒng)找到字符串被送往的設備操作系統(tǒng)找到字符串被送往的設備 操作系統(tǒng)將字符串送往輸出設備窗口操作系統(tǒng)將字符串送往輸出設備窗口系統(tǒng)確定這是一個合法的操作，然后系統(tǒng)確定這是一個合法的操作，然后將字符串轉換成像素將字符串轉換成像素窗口系統(tǒng)將像素寫入存儲映像區(qū)窗口系統(tǒng)將像素寫入存儲映像區(qū) 視頻硬件將像素表示轉換成一組模擬視頻硬件將像素表示轉換成一組模擬信號控制顯示器（重畫屏幕）信號控制顯示器（重畫屏幕） 顯示器發(fā)射電子束。你在屏幕上看到顯示器發(fā)射電子束。你在屏幕上看到Hello worldHello world。 從中看從中看到什么到什么認識操作系統(tǒng)認識操作系統(tǒng)從程序執(zhí)行看從程序執(zhí)行看 從操作

6、系統(tǒng)設計者的角度看 操作系統(tǒng)的設計目標是什么？ 盡可能地方便用戶使用計算機 讓各種軟件資源和硬件資源高效而協(xié)調地運轉起來。 計算機的硬件資源和軟件資源各指什么？ 假設在一臺計算機上有三道程序同時運行，并試圖在一臺打印機上輸出運算結果，必須考慮哪些問題 ? 從操作系統(tǒng)設計者的角度考慮，一個操作系統(tǒng)必須包含以下幾部分 操作系統(tǒng)接口 CPU管理 內存管理 設備管理 文件管理認識操作系統(tǒng)認識操作系統(tǒng)從設計者角度看從設計者角度看 操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件，是一些程序模塊的集合它們能以盡量有效、合理的方式組織和管理計算機的軟硬件資源，合理的組織計算機的工作流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服

7、務功能，使得用戶能夠靈活、方便、有效的使用計算機，使整個計算機系統(tǒng)能高效、順暢地運行。認識操作系統(tǒng)認識操作系統(tǒng)定義定義應用軟件 操作系統(tǒng)硬件更形象的來認識操作系統(tǒng)更形象的來認識操作系統(tǒng)各種知覺大腦及神經網絡身體 操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的發(fā)展史世界6大主流操作系統(tǒng)回顧 操作系統(tǒng)的演變單道批處理系統(tǒng) 串行執(zhí)行預先組織好的一組任務 提高了系統(tǒng)效率 。 多道批處理系統(tǒng) 可以交錯運行多個程序 再次提高系統(tǒng)效率。分時系統(tǒng) 將處理器的運行時間分成數片，均分或依照一定權重派發(fā)給系統(tǒng)中的用戶使用 快速響應 操作系統(tǒng)的發(fā)展操作系統(tǒng)的發(fā)展 硬件角度下的操作系發(fā)展軌跡 硬件角度下的操作系統(tǒng)發(fā)展軌跡硬件角度下的操作系

8、統(tǒng)發(fā)展軌跡 分析 在硬件的性價比較低的時候，操作系統(tǒng)設計追求什么？ 在硬件性價比越來越高后，操作系統(tǒng)的設計開始追求的目標是什么？ 計算機開始普及后，操作系統(tǒng)的設計開始追求什么？ 從第三代到第四代計算機，操作系統(tǒng)的發(fā)展逐漸擺脫追隨硬件發(fā)展的狀況 ，形成自己的理論體系 進入第四代系統(tǒng)后，分布式系統(tǒng)和多處理器系統(tǒng)雖然極大的擴充了操作系統(tǒng)理論，但系統(tǒng)結構并沒有變化，只是各功能模塊得以進一步完善。 硬件角度下操作系統(tǒng)發(fā)展的分析硬件角度下操作系統(tǒng)發(fā)展的分析軟件角度下的操作系統(tǒng)發(fā)展軌跡軟件角度下的操作系統(tǒng)發(fā)展軌跡 分析 程序設計理論約束著操作系統(tǒng)設計。操作系統(tǒng)的發(fā)展滯后于計算機語言的發(fā)展，從結構化設計到對象

9、化設計，操作系統(tǒng)總是最后應用新編程理論的軟件之一。 至今操作系統(tǒng)對于是否需要徹底對象化（即微內核化），還處于徘徊時期，仍在探索單內核與微內核的最佳結合方式。 人機交互技術主要是為用戶考慮，這是對操作系統(tǒng)設計進行的變革。 以Linux為代表的開源軟件的出現(xiàn)，打破了帶有神秘色彩的傳統(tǒng)的封閉式開發(fā)模式。 軟件角度下的操作系統(tǒng)發(fā)展軌跡分析軟件角度下的操作系統(tǒng)發(fā)展軌跡分析 講究效率的單模塊操作系統(tǒng)講究效率的單模塊操作系統(tǒng)進程管理進程管理內存管理內存管理設備管理設備管理文件管理文件管理模塊之間可以互相調用的單模塊結構模塊之間可以互相調用的單模塊結構講究效率的單模塊操作系統(tǒng)講究效率的單模塊操作系統(tǒng)v模塊之間

10、直接調用函數，除了函數調用的開銷模塊之間直接調用函數，除了函數調用的開銷外，沒有額外開銷。外，沒有額外開銷。v龐大的操作系統(tǒng)有數以千計的函數v復雜的調用關系勢必導致操作系統(tǒng)維護的困難追求簡潔的微內核操作系統(tǒng)追求簡潔的微內核操作系統(tǒng)客戶進程客戶進程進程服務器進程服務器內存服務器內存服務器文件服務器文件服務器微內核微內核追求簡潔的微內核操作系統(tǒng)追求簡潔的微內核操作系統(tǒng)v內核與各個服務器之間通過通信機制進行交互內核與各個服務器之間通過通信機制進行交互，這使得微內核結構的效率大大折扣。，這使得微內核結構的效率大大折扣。v內核發(fā)出請求，服務器做出應答v為各個服務器模塊的相對獨立性，使得其維護相對容易操作

11、系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)功能多用戶分時系統(tǒng)多用戶分時系統(tǒng)( (第第4 4代計算機）代計算機），按照其功能劃分為，按照其功能劃分為處理處理機管理、存儲管理、設備管理、信息管理機管理、存儲管理、設備管理、信息管理（文件系統(tǒng)管（文件系統(tǒng)管理），對于現(xiàn)代流行的操作系統(tǒng)，還具有完整的理），對于現(xiàn)代流行的操作系統(tǒng)，還具有完整的網絡管理網絡管理功能。這些管理功能都是由操作系統(tǒng)功能。這些管理功能都是由操作系統(tǒng)內核內核實現(xiàn)的。實現(xiàn)的。1 1 處理機管理處理機管理作業(yè)、進程作業(yè)、進程需要適當的分配、調度，以便需要適當的分配、調度，以便協(xié)調協(xié)調相互關系，相互關系，共享有限的處理機資源，這是處理機管理的主要內容。共享有限的處

12、理機資源，這是處理機管理的主要內容。處理機管理是操作系統(tǒng)管理功能的處理機管理是操作系統(tǒng)管理功能的關鍵關鍵，操作系統(tǒng)功能的，操作系統(tǒng)功能的一個主要指標即是提高處理機的一個主要指標即是提高處理機的使用率使用率，讓處理機盡可能，讓處理機盡可能處于工作狀態(tài)。處于工作狀態(tài)。2 2 存儲管理存儲管理存儲管理的目標是讓有限的物理內存盡可能滿足應用程序存儲管理的目標是讓有限的物理內存盡可能滿足應用程序對內存的需求。存儲管理的內容包括內存的擴充、分配、對內存的需求。存儲管理的內容包括內存的擴充、分配、保護等。保護等。操作系統(tǒng)多采用了稱為操作系統(tǒng)多采用了稱為“虛擬內存虛擬內存”的內存管理方式。的內存管理方式。內存

13、一般采用部分分配的辦法。內存一般采用部分分配的辦法。通常，內存中總是同時存放了通常，內存中總是同時存放了多個正在運行的程序實體多個正在運行的程序實體，即進程，在運行的過程中，他們之間可能會使用到相同內即進程，在運行的過程中，他們之間可能會使用到相同內存位置的內容，這種技術稱為存位置的內容，這種技術稱為內存共享內存共享，這樣，可以提高，這樣，可以提高內存的利用率。但是，必須要確保各進程所占據的內存的內存的利用率。但是，必須要確保各進程所占據的內存的獨立和完整性。獨立和完整性。3 3 設備管理設備管理除了除了CPUCPU和內存之外，計算機的其他部件都統(tǒng)稱為和內存之外，計算機的其他部件都統(tǒng)稱為外部設

14、備外部設備。這些設備在操作系統(tǒng)的控制下協(xié)調工作，共同完成信息的這些設備在操作系統(tǒng)的控制下協(xié)調工作，共同完成信息的輸入、存儲和輸出任務。輸入、存儲和輸出任務。操作系統(tǒng)要對所有的設備進行管理。一方面，讓每一個設操作系統(tǒng)要對所有的設備進行管理。一方面，讓每一個設備盡可能發(fā)揮自己的備盡可能發(fā)揮自己的特長特長，實現(xiàn)與，實現(xiàn)與CPUCPU和內存的數據交換，和內存的數據交換，提高外部設備的利用率。另一方面，隱蔽設備操作的具體提高外部設備的利用率。另一方面，隱蔽設備操作的具體細節(jié)細節(jié)，對用戶提供一個統(tǒng)一、友好的設備使用界面。，對用戶提供一個統(tǒng)一、友好的設備使用界面。和處理機及內存相比，外部設備的速度要和處理機

15、及內存相比，外部設備的速度要慢慢得多，而且性得多，而且性能差別大，類型品種多，因此，設備管理是一項復雜而又能差別大，類型品種多，因此，設備管理是一項復雜而又重要的工作。重要的工作。4 4 文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)在控制、管理硬件的同時，也必須管理好軟件資操作系統(tǒng)在控制、管理硬件的同時，也必須管理好軟件資源。操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)就是針對計算機的軟件資源而進源。操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)就是針對計算機的軟件資源而進行的。文件系統(tǒng)主要提供以下服務：行的。文件系統(tǒng)主要提供以下服務：文件存取文件存取, , 使每個用戶能夠對自己的文件進行快速的訪問、使每個用戶能夠對自己的文件進行快速的訪問、修改和存儲。修改和存儲。

16、文件共享文件共享, , 指提供某種手段，使存儲空間只保存一個副本指提供某種手段，使存儲空間只保存一個副本, , 而所有授權用戶能夠共同訪問這些文件。而所有授權用戶能夠共同訪問這些文件。文件保護文件保護, , 指提供保護系統(tǒng)資源防止非法使用的手段。指提供保護系統(tǒng)資源防止非法使用的手段。5 5 網絡管理網絡管理計算機的發(fā)展已經進入了互聯(lián)網時代，現(xiàn)在流行的操作系計算機的發(fā)展已經進入了互聯(lián)網時代，現(xiàn)在流行的操作系統(tǒng)一般都具有內嵌的統(tǒng)一般都具有內嵌的網絡功能網絡功能，能夠在內核級別控制、管，能夠在內核級別控制、管理網絡。理網絡。操作系統(tǒng)一般都提供網絡通信和網絡服務等基本功能。內操作系統(tǒng)一般都提供網絡通信

17、和網絡服務等基本功能。內核中網絡部分，主要實現(xiàn)核中網絡部分，主要實現(xiàn)網絡設備控制和網絡協(xié)議網絡設備控制和網絡協(xié)議，因此，因此，網絡管理也就集中在網絡管理也就集中在通信通信這部分。這部分。WindowsWindows和和LinuxLinux美國美國、華盛頓州華盛頓州、西雅西雅圖市圖市、1955195519731973年，蓋茨考進了哈年，蓋茨考進了哈佛大學佛大學19761976年年1111月月2626日，蓋茨日，蓋茨和艾倫注冊了和艾倫注冊了“微軟微軟”（MicrosoftMicrosoft）商標。）商標。19771977年年1 1月，蓋茨從哈月，蓋茨從哈佛大學輟學佛大學輟學Bill的介紹Windo

18、wsWindows的發(fā)展史的發(fā)展史自由而奔放的黑馬自由而奔放的黑馬Linux誕生于學生之手誕生于學生之手成長于成長于Internet Internet 壯大于自由而開壯大于自由而開放的文化放的文化芬蘭、赫爾辛基大學、芬蘭、赫爾辛基大學、19901990起始于寫兩個進程起始于寫兩個進程 然后寫驅動程序、文件然后寫驅動程序、文件系統(tǒng)、任務切換程序，系統(tǒng)、任務切換程序，從而形成一個操作系統(tǒng)從而形成一個操作系統(tǒng)鄒形鄒形Linus的介紹Linux之父-UNIXLinux操作系統(tǒng)概述 LinuxLinux的發(fā)展歷史的發(fā)展歷史 LinuxLinux的內核版本與發(fā)行版本的內核版本與發(fā)行版本 vPOSIX PO

19、SIX 表示可移植操作系統(tǒng)接口（表示可移植操作系統(tǒng)接口（Portable Operating System InterfacePortable Operating System Interface） vPOSIXPOSIX是在是在UnixUnix標準化過程中出現(xiàn)的產物。標準化過程中出現(xiàn)的產物。 vPOSIX 1003.1POSIX 1003.1標準定義了一個最小的標準定義了一個最小的UnixUnix操作系統(tǒng)接口操作系統(tǒng)接口 v任何操作系統(tǒng)只有符合這一標準，才有可任何操作系統(tǒng)只有符合這一標準，才有可能運行能運行UnixUnix程序程序 vGNU GNU 是是 GNU Is Not Unix GN

20、U Is Not Unix 的遞歸縮寫，是自的遞歸縮寫，是自由軟件基金會的一個由軟件基金會的一個項目項目 。 v GNU GNU 項目產品包括項目產品包括 emacs emacs 編輯器、著名的編輯器、著名的 GNU C GNU C 和和 GccGcc編譯器等，這些軟件叫做編譯器等，這些軟件叫做GNUGNU軟軟件。件。vGNU GNU 軟件和派生工作均適用軟件和派生工作均適用 GNU GNU 通用公共許通用公共許可證，即可證，即 GPLGPL（General Public License ） vLinuxLinux的開發(fā)使用了眾多的的開發(fā)使用了眾多的GUNGUN工具工具vGPL GPL 允許軟

21、件作者擁有軟件版權允許軟件作者擁有軟件版權 v但但GPLGPL規(guī)定授予其他任何人以合法復制、規(guī)定授予其他任何人以合法復制、發(fā)行和修改軟件的權利。發(fā)行和修改軟件的權利。v符合符合 POSIX POSIX 標準的操作系統(tǒng)內核、標準的操作系統(tǒng)內核、 Shell Shell 和外圍工具。和外圍工具。 v C C 語言編譯器和其他開發(fā)工具及函數庫語言編譯器和其他開發(fā)工具及函數庫 vX Window X Window 窗口系統(tǒng)窗口系統(tǒng) v各種應用軟件，包括字處理軟件、圖象處理各種應用軟件，包括字處理軟件、圖象處理軟件等。軟件等。 v世界各地軟件愛好者集體智慧的結晶世界各地軟件愛好者集體智慧的結晶 v提供源

22、代碼，遵守提供源代碼，遵守GPLGPL。 v經歷了各種各樣的測試與考驗，軟件的穩(wěn)定經歷了各種各樣的測試與考驗，軟件的穩(wěn)定性好。性好。 v開發(fā)人員憑興趣去開發(fā)，熱情高，具有創(chuàng)造開發(fā)人員憑興趣去開發(fā)，熱情高，具有創(chuàng)造性。性。 vLinusLinus領導下的開發(fā)小組開發(fā)出的系統(tǒng)內核領導下的開發(fā)小組開發(fā)出的系統(tǒng)內核 v是所有是所有Linux Linux 發(fā)布版本的核心發(fā)布版本的核心 v內核開發(fā)人員一般在百人以上，任何自由程內核開發(fā)人員一般在百人以上，任何自由程序員都可以提交自己的修改工作。序員都可以提交自己的修改工作。 v采用郵件列表來進行項目管理、交流、錯誤采用郵件列表來進行項目管理、交流、錯誤報告

23、報告v有大量的用戶進行測試，正式發(fā)布的代碼質有大量的用戶進行測試，正式發(fā)布的代碼質量高量高 硬件硬件系統(tǒng)調用接口應用應用程序進程程序進程1應用應用程序進程程序進程2應用應用程序進程程序進程3Linux內核內核用戶進程用戶進程 內核子系統(tǒng)內核子系統(tǒng)系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用v用戶進程用戶進程運行在運行在LinuxLinux內核之上的一個龐大軟件內核之上的一個龐大軟件集合。集合。v系統(tǒng)調用系統(tǒng)調用內核的出口，用戶程序通過它使用內核內核的出口，用戶程序通過它使用內核提供的功能。提供的功能。 vLinuxLinux內核內核操作系統(tǒng)的操作系統(tǒng)的靈魂靈魂，負責管理磁盤上的，負責管理磁盤上的文件、內存，負責啟動并運行

24、程序，負責從網絡上文件、內存，負責啟動并運行程序，負責從網絡上接收和發(fā)送數據包等等。接收和發(fā)送數據包等等。 v硬件硬件包括了包括了LinuxLinux安裝時需要的所有可能的物理安裝時需要的所有可能的物理設備。例如，設備。例如，CPUCPU、 內存、硬盤、網絡硬件等等。內存、硬盤、網絡硬件等等。 Linux 內核版本Linux內核官網：內核版本說明2.6.18（較穩(wěn)定）目前最新的內核版本3.11.10Linux的發(fā)行版本 LinuxLinux免費的內核，以及允許用戶或廠商自行搭配其他免費的內核，以及允許用戶或廠商自行搭配其他應用程序的特性，目前世界上已經有超過應用程序

25、的特性，目前世界上已經有超過百種不同百種不同的組的組合，這些不同的廠商把合，這些不同的廠商把發(fā)布的內核與應用程序包組合發(fā)布的內核與應用程序包組合就就成了不同發(fā)行套件版本的成了不同發(fā)行套件版本的LinuxLinux系統(tǒng)系統(tǒng)，相對于內核版本，相對于內核版本，發(fā)行套件版本號隨著發(fā)布者的不同而不同，與系統(tǒng)內核發(fā)行套件版本號隨著發(fā)布者的不同而不同，與系統(tǒng)內核的版本號是相對獨立的。的版本號是相對獨立的。 國內外常見的Linux發(fā)行版本 紅旗紅旗LinuxLinuxopenSUSE Linux openSUSE Linux 國內外常見的Linux發(fā)行版本Ubuntu Linux Ubuntu Linux Red Ha