課件-lec2操作系統(tǒng)概述

計算機與操作系統(tǒng)

第二講操作系統(tǒng)概述

南京大學軟件學院掌握處理器掌握操作系統(tǒng)管理的資源掌握操作系統(tǒng)的用戶接口了解操作系統(tǒng)的類型了解操作系統(tǒng)的結構了解操作系統(tǒng)主流產品本主題教學目標2.1什么是操作系統(tǒng)2.2操作系統(tǒng)的用戶接口2.3操作系統(tǒng)的類型2.4操作系統(tǒng)結構2.5經典操作系統(tǒng)第二講操作系統(tǒng)概述2.1什么是操作系統(tǒng)ServicesProvidedbytheOSProgramcreation:suchaseditorsanddebuggersProgramexecutionAccesstoI/OdevicesControlledaccesstofilesSystemaccessErrordetectionandresponseInternal/externalhardwareerrors(memory,device)softwareerrors(arithmeticoverflow,accessforbiddenmemorylocations)Accounting操作系統(tǒng)控制程序執(zhí)行資源的類型硬件資源

處理器內存外設信息資源數據程序操作系統(tǒng)是資源管理者內存操作系統(tǒng)軟件程序和數據I/O控制I/O控制I/O控制打印機,鍵盤,數碼相機等處理器處理器操作系統(tǒng)程序數據存儲I/O設備計算機系統(tǒng)Waysofsharingresources:SequentialsharingConcurrentsharingStrategiesofresourceallocationStaticallocation:PartitioningofresourcestoallocateDynamicallocation:AllocationresourcesfromapoolResourcepreempting:forcefuldeallocationofasequentialsharingresource操作系統(tǒng)是資源管理者什么是

操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)最基礎的系統(tǒng)軟件，它管理軟硬件資源、控制程序執(zhí)行，改善人機界面，合理組織計算機工作流程，為用戶使用計算機提供良好運行環(huán)境2.2操作系統(tǒng)的用戶接口程序接口——系統(tǒng)調用(SystemCall)

由操作系統(tǒng)實現的完成某種特定功能的過程；它是程序與操作系統(tǒng)的接口操作接口——系統(tǒng)程序(SystemProgram)

操作系統(tǒng)為用戶提供的解決使用計算機和計算共性問題的所有服務的集合；它可以看作是操作系統(tǒng)提供給用戶的功能級接口操作系統(tǒng)的用戶接口陷入處理機制（異常處理機制）：操作系統(tǒng)中為控制和實現系統(tǒng)調用的機制由于系統(tǒng)調用而引起處理器中斷的指令稱訪管指令(Supervisor)，陷入指令(Trap)或異常中斷指令(Interrupt)每個系統(tǒng)調用都事先規(guī)定了編號，還附帶有傳遞給內部處理程序的參數系統(tǒng)調用的實現編寫系統(tǒng)調用處理程序設計一張系統(tǒng)調用入口地址表，每個入口地址指向一個系統(tǒng)調用的處理程序，有的系統(tǒng)還包含系統(tǒng)調用自帶參數的個數陷入處理機制需開辟現場保護區(qū)，以保存發(fā)生系統(tǒng)調用時的處理器現場系統(tǒng)調用的實現要點系統(tǒng)調用的實現過程SystemCall用戶程序A0SUB0SUB1SUBiSUBnA1AiAn……系統(tǒng)調用處理子程序取系統(tǒng)功能號找入口地址表相應入口地址結束處理恢復現場入口地址表A0A1…Ai…An保護CPU現場系統(tǒng)調用陷入機構陷入指令操作系統(tǒng)提供了兩個作業(yè)級的接口：脫機作業(yè)控制方式聯機作業(yè)控制方式脫機作業(yè)控制接口——作業(yè)控制語言聯機作業(yè)控制接口——操作控制命令命令行方式批命令方式圖形化方式系統(tǒng)程序命令解釋程序：接受和執(zhí)行一條用戶提出的對作業(yè)的加工處理要求當一個新的批作業(yè)被啟動，或新的交互型用戶登錄進系統(tǒng)時，系統(tǒng)就自動地執(zhí)行命令解釋程序，它負責讀入控制卡或命令行，并作出相應解釋和執(zhí)行自帶命令處理代碼的命令解釋程序不帶命令處理代碼的命令解釋程序命令解釋程序操作系統(tǒng)做完準備工作后便啟動命令解釋程序，它輸出命令提示符，等待鍵盤中斷到來每當用戶打入一條命令(暫存在命令緩沖區(qū))并按回車換行時，申請鍵盤中斷CPU響應后，將控制權交給命令解釋程序，接著讀入命令緩沖區(qū)內容，分析命令、接受參數。若為簡單命令立即轉向命令處理代碼執(zhí)行；否則查找命令處理文件，裝入主存，傳遞參數，將控制權交給其執(zhí)行命令處理結束后，再次輸出命令提示符，等待下一條命令命令解釋程序的處理過程2.3操作系統(tǒng)的類型成批處理作業(yè)作業(yè)控制語言與作業(yè)說明書脫機工作方式追求系統(tǒng)效率與吞吐量批處理操作系統(tǒng)用戶通過終端直接控制程序執(zhí)行交互式工作方式交互型、友善性、快速響應今天最常見的計算機操作方式分時操作系統(tǒng)事件驅動，有較高時間要求實時操作系統(tǒng)的分類過程控制系統(tǒng)信息查詢系統(tǒng)事務處理系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)的處理步驟：數據采集、加工處理、操作控制、反饋處理實時操作系統(tǒng)微型操作系統(tǒng)并行操作系統(tǒng)網絡操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)移動操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的新類型2.4操作系統(tǒng)結構1.單體式結構2.層次式結構3.虛擬機結構4.微內核結構5.客戶/服務器結構操作系統(tǒng)結構分類單體式結構層次式結構操作系統(tǒng)的實現層次Level Name Objects ExampleOperations13 Shell Userprogramming Statementsinshelllanguage environment12 Userprocesses Userprocesses Quit,kill,suspend,resume11 Directories Directories Create,destroy,attach,detach, search,list10 Devices Externaldevices,such Open,close, asprinter,displays read,write andkeyboards9 Filesystem Files Create,destroy,open,close read,write8 Communications Pipes Create,destroy,open.close, read,writeLevel Name Objects ExampleOperations7 VirtualMemory Segments,pages Read,write,fetch6 Localsecondary Blocksofdata,device Read,write,allocate,free store channels5 Primitiveprocesses Primitiveprocess, Suspend,resume,wait,signal semaphores,ready list4 Interrupts Interrupt-handling Invoke,mask,unmask,retry programsProcedures Procedures,callstack, Markstack,call,return display2 InstructionSet Evaluationstack,micro- Load,store,add,subtract programinterpreter, branch scalarandarraydata1 Electroniccircuits Registers,gates,buses, Clear,transfer,activate, etc. complement操作系統(tǒng)的實現層次虛擬機結構微內核結構2.5經典操作系統(tǒng)介紹工業(yè)化的硬件與OS產品IBM巨型機/大型機/中型機/小型機1980年CRAY巨型機DEC小型機蘇聯法語世界MAC微型機獨立發(fā)展的UNIXIBMPCPCDOSPS2/OS2PC與開放結構MS-DOS/MS-WINDOWSINTELHP/DELLHP/DECPAQSUN小型機服務器HP/DELLHP/DECCOMPAQUNIXIBM各種硬件大型機巨型機IBM機群UNIX/專用各種硬件其他操作系統(tǒng)(嵌入式、移動平臺)，如:VxWork/iOS/Android/黑莓Unix與類Unix系統(tǒng)美國電報電話公司的貝爾實驗室于1969年在DEC公司的小型系列機PDP-7上開發(fā)成功73年開發(fā)出C語言并改寫Unix，從而使得Unix具有高度易讀性、可移植性，為迅速推廣和普及走出了決定性的一步74年7月，”Unix分時系統(tǒng)”一文在美國權威雜志CACM上發(fā)表，引起了廣泛注意75年發(fā)布的Unix第6版是最早可獲得的Unix78年的Unix第7版，可以看作當今Unix的祖先，該版為Unix走進商界奠定了基礎。Unix的商業(yè)版本Unix商業(yè)版本的出現源于1977年的IS/1AT&T：81年的SystemⅢ，83年的SystemⅤ，84年的SVR2，87年的SVR378年起，SCO和Microsoft的XENIXXENIX與AT&TUnix在使用標準上會合于SVR3.2UnixBSD：78年的1BSD和2BSD、79年3BSD、80年之后的4/4.1/4.2/4.3/4.4BSD4BSD的商業(yè)代表SunOS及其SolarisSunOS和SVR3.2在使用標準上會合于SVR4.0Unix的優(yōu)勢Unix取得成功的最重要原因是系統(tǒng)的開放性，公開源代碼，用戶可以方便地向Unix系統(tǒng)中逐步添加新功能和工具，從而使得UINX越來越完善，成為有效的程序開發(fā)支撐平臺Unix是目前唯一可以安裝和運行在從微型機、工作站直到大型機和巨型機上的操作系統(tǒng)ModernUnixSystems實際上Unix已不是指一個具體操作系統(tǒng)，許多公司和大學都推出了自己的Unix系統(tǒng)AT&T的SVR，SUN的Solaris，Berkeley的UnixBSD，DEC的DigitalUnix(并入Compaq稱Tru64Unix)，HP的HPUX，SGI的Irix，CMU的Mach，SCO公司的SCOUnixWare，IBM的AIXUnix的國際標準POSIXIEEE擬定了一個Unix標準，稱作POSIXPOSIX定義了相互兼容的Unix系統(tǒng)必須支持的最少系統(tǒng)調用接口。該標準已被多數Unix支持其他一些操作系統(tǒng)也在支持POSIX標準。SolarisSUNMicrosystem公司開發(fā)的Solaris是具有完全對稱多處理和多線程支持的32位分布式計算環(huán)境的Unix操作系統(tǒng)變種Solaris基于SPARC和Intel平臺，是一個可移植操作系統(tǒng)，可移植到任何新的主流平臺上SUN公司推出64位操作系統(tǒng)Solaris2.7和2.8，在網絡特性、可靠性、兼容性、互操作性、易于配置和管理方面均有很好改進MINIXMinix是荷蘭計算機教授Tanenbaum開發(fā)的一個與Unix兼容，然而內核全新的操作系統(tǒng)，它非常簡潔、短小，故稱MinixMinix用C編寫，可讀性好，學生可以通過它來剖析一個操作系統(tǒng)，研究其內部如何運作Minix具有多任務處理能力，支持TCP/IPMinix版權屬于PrenticeHall，可免費下載用于教學

LinuxLinux是由芬蘭藉科學家LinusTorvalds于1991年編寫完成的一個操作系統(tǒng)內核，當時他還是芬蘭赫爾辛基大學計算機系的學生，在學習操作系統(tǒng)課程中，自己編寫了一個操作系統(tǒng)原型，并把系統(tǒng)放在Internet上，允許自由下載許多人對這個系統(tǒng)進行改進、擴充、完善，Linux由最初一個人寫的原型變化成在Internet上由無數志同道合的程序高手參與的一場運動Linux繼承了Unix的優(yōu)點，又有了許多更好的改進通用的操作系統(tǒng)，可作為Internet服務器、網關路由器、文件和打印服務器、個人使用內置通信聯網功能，可讓異種機聯網開放的源代碼，有利于發(fā)展各種操作系統(tǒng)符合POSIX標準，各種Unix應用可方便地移植提供龐大的管理功能和遠程管理功能支持大量外部設備支持32種文件系統(tǒng)提供GUI，有多種窗口管理器支持并行處理/實時處理，充分發(fā)揮硬件性能可自由獲得源代碼，開發(fā)軟件成本低2.5.2IBM系列操作系統(tǒng)RS/6000系列服務器及SP結點集群計算機，運行AIX操作系統(tǒng)S/390企業(yè)級服務器，運行OS/390、VM和DOS/VSE操作系統(tǒng)AS/400服務器運行OS400操作系統(tǒng)PC機等運行Windows/OS2/DOS等操作系統(tǒng)AIXAIX(AdvancedInteractiveexecutive,AIX)操作系統(tǒng)，于1990年推出的運行在IBMRS/6000系列服務器及其IBM高端子產品線SP服務器集群產品上AIX是一個超強重負載Unix操作系統(tǒng)，具有可伸縮性、高安全性、高可靠性的軟實時操作系統(tǒng)，可以全年不停機工作AIX提供了一個安全的圖形化界面的多用戶環(huán)境，支持多線程、動態(tài)裝卸設備驅動程序、網絡特性出色、管理工具多樣，支持各種語言、商用Unix軟件大都可在其上運行OS/390,VM,andDOS/VSE目前全世界商用數據處理70%以上都運行S/390企業(yè)級服務器最新一代S/390G6是世界上第一個使用銅質互聯芯片技術的企業(yè)級服身器，速度達1600MIPSOS/390前身是MVS，1996年IBM宣布OS3901.1版，1998年IBM宣布OS/3902.5版，目前最新版本是OS/3902.7版S/390上還可以運行VM和DOS/VSE操作系統(tǒng)00年12月推出的IBMz900系列大型主機，01年3月發(fā)布了OS/390操作系統(tǒng)的更新版zOSOS/390,VM,andDOS/VSEzOS有幾種不同的運行方式：S/370模式支持原S/370下運行的程序;MVS/ESA390(EnterpriseSystemArchitecture)模式可支持10個240MB處理器內存和256個通道ESA/390LPAR模式：可把系統(tǒng)從邏輯上分成(LogicalPartitioning)最多十個部分，有些CPU型號甚至可分成20個LPAR，每個部分有自己的CPU、內存和通道，且分別運行不同操作系統(tǒng)也可以運行IBM原有操作系統(tǒng)虛機器操作系統(tǒng)VM和虛存擴充操作系統(tǒng)DOS/VSEOS/400AS/400服務器是IBM開發(fā)的中型商用機器，AS/400上配置OS/400操作系統(tǒng)，在硬件之上自底向上共設置了四層軟件：許可證內部代碼由IBM提供，并在提交系統(tǒng)之前預先安裝在AS/400上的一組用戶不可見指令