北京交通大學(xué)操作系統(tǒng)ppt

主講教師：翟高壽（副教授）聯(lián)系電話(huà)辦)電子郵件：gszhai@制作人：翟高壽制作單位：北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院《操作系統(tǒng)》2/4/20231北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽教學(xué)目標(biāo)全面、系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)機(jī)理及相關(guān)方法和技術(shù)，培養(yǎng)廣大學(xué)生在系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)方面的理論基礎(chǔ)及技術(shù)素養(yǎng)。2/4/20232北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽主要相關(guān)課程先修課程：

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成原理匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)

C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)并行/后續(xù)課程：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)實(shí)踐2/4/20233北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽教材

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)湯子瀛哲鳳屏湯小丹

西安電子科技大學(xué)出版社參考教材

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程張堯?qū)W史美林清華大學(xué)出版社

操作系統(tǒng)教程陳向群楊芙清北京大學(xué)出版社

Windows操作系統(tǒng)原理尤晉元史美林陳向群機(jī)械工業(yè)出版社

操作系統(tǒng)基礎(chǔ)屠立德屠祁清華大學(xué)出版社

操作系統(tǒng)教程孫仲秀高等教育出版社

操作系統(tǒng)教程-原理和實(shí)例分析孟靜高等教育出版社

AppliedOperatingSystemConcept

AbrahanSilberschatz

高等教育出版社

TheDesignofTheUnixOperatingSystemManrice

J.Bach

人民郵電出版社

現(xiàn)代操作系統(tǒng)陳向群等譯機(jī)械工業(yè)出版社2/4/20234北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽教材內(nèi)容刪減說(shuō)明第三章處理機(jī)調(diào)度與死鎖3.3實(shí)時(shí)調(diào)度3.4多處理機(jī)系統(tǒng)中的調(diào)度第五章設(shè)備管理5.6磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理第八章網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)第九章系統(tǒng)安全性2/4/20235北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽課程主要內(nèi)容及教學(xué)安排操作系統(tǒng)引論（10學(xué)時(shí)）處理機(jī)管理（18學(xué)時(shí)）存儲(chǔ)管理（12學(xué)時(shí)）設(shè)備管理（8學(xué)時(shí)）文件系統(tǒng)（8學(xué)時(shí)）操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例（8學(xué)時(shí)）2/4/20236北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽第一章操作系統(tǒng)引論1.1什么是操作系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)1.3操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.4操作系統(tǒng)啟動(dòng)模塊及自裝入機(jī)制

1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.6

操作系統(tǒng)的功能與特征1.7操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2/4/20237北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.1

什么是操作系統(tǒng)1.1.1操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3操作系統(tǒng)的組成及層次模型1.1.4操作系統(tǒng)的定義1.1.5操作系統(tǒng)舉例2/4/20238北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(層次結(jié)構(gòu))軟件硬件及固件（裸機(jī)）應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件編輯程序/匯編程序/編譯程序/數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)操作系統(tǒng)2/4/20239北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位2/4/202310北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)方便性提供用戶(hù)接口，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更方便使用有效性通過(guò)有效管理和分配軟、硬件資源及合理組織計(jì)算機(jī)工作流程來(lái)改善資源利用率、提高系統(tǒng)吞吐量可擴(kuò)充性計(jì)算機(jī)硬件和體系結(jié)構(gòu)的迅猛發(fā)展及其所對(duì)應(yīng)的更高的功能和性能要求開(kāi)放性不同廠(chǎng)家與不同類(lèi)型的計(jì)算機(jī)及其設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化集成和協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序可移植性和互操作性2/4/202311北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.1

什么是操作系統(tǒng)1.1.1操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3

操作系統(tǒng)的組成及層次模型1.1.4操作系統(tǒng)的定義1.1.5操作系統(tǒng)舉例2/4/202312北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)的作用(1)

用戶(hù)與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口命令方式（操作系統(tǒng)外殼）面向一般用戶(hù)命令行/菜單式/命令腳本式/圖形用戶(hù)接口系統(tǒng)調(diào)用方式（操作系統(tǒng)內(nèi)核）面向程序開(kāi)發(fā)人員形式上類(lèi)似于過(guò)程調(diào)用，編制程序中使用2/4/202313北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)的作用(2)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者管理對(duì)象處理器、存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備以及信息（數(shù)據(jù)和軟件）管理內(nèi)容資源的分配、回收和訪(fǎng)問(wèn)操作記錄資源的當(dāng)前狀態(tài)（數(shù)量和使用情況）、相應(yīng)管理策略（共享、保護(hù)及用戶(hù)權(quán)限）2/4/202314北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)的作用(3)

用作擴(kuò)充機(jī)器（或虛擬機(jī)）在裸機(jī)上添加處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理、作業(yè)管理、圖形化用戶(hù)接口等功能，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能顯著增強(qiáng)、使用更為方便2/4/202315北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.1

什么是操作系統(tǒng)1.1.1操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3操作系統(tǒng)的組成及層次模型1.1.4操作系統(tǒng)的定義1.1.5操作系統(tǒng)舉例2/4/202316北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)的組成及層次模型用戶(hù)接口（命令接口、程序接口、圖形用戶(hù)接口）對(duì)對(duì)象進(jìn)行操縱和管理的軟件集合（處理機(jī)/存儲(chǔ)器/設(shè)備/文件/作業(yè)管理軟件）操作系統(tǒng)對(duì)象（處理機(jī)、存儲(chǔ)器、設(shè)備、文件和作業(yè)）2/4/202317北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)層次模型細(xì)化2/4/202318北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.1

什么是操作系統(tǒng)1.1.1操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3操作系統(tǒng)的組成及層次模型1.1.4操作系統(tǒng)的定義1.1.5操作系統(tǒng)舉例2/4/202319北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)的定義操作系統(tǒng)是最基本的系統(tǒng)軟件，是一組有效管理和控制計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源、合理地對(duì)各類(lèi)作業(yè)進(jìn)行調(diào)度以組織和控制系統(tǒng)工作流程，并方便用戶(hù)使用計(jì)算機(jī)的程序的集合。2/4/202320北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.1

什么是操作系統(tǒng)1.1.1操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3操作系統(tǒng)的組成及層次模型1.1.4操作系統(tǒng)的定義1.1.5操作系統(tǒng)舉例2/4/202321北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)舉例MSDOSWindows（NT、9X、200X、Vista）UNIX（Solaris）Linux（RedHat、RedFlag）NovellNetware2/4/202322北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.1

什么是操作系統(tǒng)1.1.1操作系統(tǒng)的地位和目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3操作系統(tǒng)的組成及層次模型1.1.4操作系統(tǒng)的定義1.1.5操作系統(tǒng)舉例2/4/202323北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽作業(yè)題1.1什么是操作系統(tǒng)？用自己的話(huà)談?wù)勀銓?duì)操作系統(tǒng)概念的認(rèn)識(shí)與理解。2/4/202324北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽第一章操作系統(tǒng)引論1.1什么是操作系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)1.3操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.4操作系統(tǒng)啟動(dòng)模塊及自裝入機(jī)制

1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.6

操作系統(tǒng)的功能與特征1.7操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2/4/202325北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)2/4/202326北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成2/4/202327北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽內(nèi)存系統(tǒng)MemorySystems主存MainMemoryRAM&ROM實(shí)際地址空間realaddressspace或稱(chēng)作物理地址空間，按字節(jié)編址BytesRAM＆ROM保留用于設(shè)備或以后它用高速緩沖CacheMemories因內(nèi)存尋址訪(fǎng)問(wèn)效率和局部性原理而引入由硬件管理，對(duì)軟件不可見(jiàn)??2/4/202328北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽高速緩存CacheMemories關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器及置換（淘汰）算法2/4/202329北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽輸入輸出系統(tǒng)組織方式2/4/202330北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽用戶(hù)指令集體系結(jié)構(gòu)UserISA寄存器架構(gòu)通用寄存器、特定類(lèi)型寄存器（如浮點(diǎn)數(shù)）專(zhuān)用寄存器（PC、鏈接/棧指針/條件碼/循環(huán)計(jì)數(shù)寄存器）內(nèi)存架構(gòu)邏輯/虛擬地址空間線(xiàn)性編址eg.0x00000000?0x80000000?0xFFFFFFFF分段編址eg.0#~15#分段基址?段寄存器值用戶(hù)指令——運(yùn)算型內(nèi)存存取指令、分支跳轉(zhuǎn)指令整數(shù)算術(shù)、邏輯及移位指令浮點(diǎn)指令分段256MB虛存252B2/4/202331北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽應(yīng)用程序(用戶(hù)級(jí))3#級(jí)用戶(hù)模式特權(quán)級(jí)別與環(huán)結(jié)構(gòu)用戶(hù)模式、特權(quán)/超級(jí)/系統(tǒng)模式系統(tǒng)模式(a)擴(kuò)展級(jí)2#級(jí)(b)系統(tǒng)服務(wù)1#級(jí)內(nèi)核0#級(jí)2/4/202332北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽系統(tǒng)指令集體系結(jié)構(gòu)SystemISA系統(tǒng)寄存器架構(gòu)系統(tǒng)時(shí)鐘寄存器、陷入與中斷寄存器陷入與中斷屏蔽寄存器、頁(yè)/段表指針寄存器處理器資源管理支持系統(tǒng)調(diào)用/返回指令、中斷定時(shí)器及設(shè)置機(jī)制內(nèi)存資源管理支持虛擬地址空間到物理地址空間的映射（頁(yè)表&TLB）I/O資源管理支持I/O設(shè)備尋址與I/O指令陷入與中斷2/4/202333北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽陷入與中斷陷入指令執(zhí)行時(shí)因異常情況（如運(yùn)算溢出、缺頁(yè)、違規(guī)內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)、非法操作碼等）產(chǎn)生的控制遷移副效應(yīng)陷入流程（異?！O(shè)置陷入寄存器→查看陷入屏蔽寄存器裁決→終止“陷入”指令并置處理器準(zhǔn)確狀態(tài)→保存程序計(jì)數(shù)及各寄存器值→處理器置特權(quán)模式并交操作系統(tǒng)控制權(quán)→操作系統(tǒng)保存未被硬件保存的“陷入”進(jìn)程的關(guān)鍵狀態(tài)信息，經(jīng)分析轉(zhuǎn)特定異常陷入處理例程，待完成返回后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)和轉(zhuǎn)原“陷入”進(jìn)程“異常”指令處繼續(xù)執(zhí)行）另“系統(tǒng)調(diào)用”式陷入（訪(fǎng)管指令int21H/int0x80）中斷由相對(duì)于當(dāng)前執(zhí)行進(jìn)程的外部事件（如I/O操作、定時(shí)）引起，與特定指令執(zhí)行無(wú)關(guān)流程?2/4/202334北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽IA-32體系結(jié)構(gòu)舉例說(shuō)明系統(tǒng)寄存器架構(gòu)標(biāo)志寄存器EFLAGS（通用標(biāo)志、系統(tǒng)標(biāo)志）內(nèi)存管理寄存器GDTR、IDTR、LDTR、TR控制寄存器CR0、CR1、CR2、CR3保護(hù)模式內(nèi)存管理內(nèi)存尋址（分段尋址技術(shù)；邏輯地址14+32）地址變換（分段[段選擇符→段描述符]+分頁(yè)）內(nèi)存保護(hù)（全局/局部描述符表、特權(quán)級(jí)）中斷和異常處理中斷向量與中斷描述符表、中斷源與異常源任務(wù)管理（任務(wù)狀態(tài)段）任務(wù)切換與過(guò)程調(diào)用不同！2/4/202335北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)其它硬件基礎(chǔ)舉例說(shuō)明內(nèi)存地址空間布局、基本輸入輸出系統(tǒng)BIOSCMOS存儲(chǔ)器與實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTI/O端口尋址和訪(fǎng)問(wèn)控制方式主要使用獨(dú)立編址方式，部分使用統(tǒng)一編址方式中斷控制器Intel8259A、定時(shí)計(jì)數(shù)器Intel8254DMA控制器Intel8237A、鍵盤(pán)控制器Intel8042串行控制卡RS-232標(biāo)準(zhǔn)顯示卡MDA/CGA/EGA/VGA軟盤(pán)控制器和硬盤(pán)控制器2/4/202336北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽作業(yè)題1.2設(shè)想由你自己負(fù)責(zé)組織一個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)來(lái)構(gòu)建操作系統(tǒng)，你應(yīng)當(dāng)要求項(xiàng)目成員事先學(xué)習(xí)和掌握哪些硬件基礎(chǔ)知識(shí)？并給出你對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解與總結(jié)。2/4/202337北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽第一章操作系統(tǒng)引論1.1什么是操作系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)1.3操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.4操作系統(tǒng)啟動(dòng)模塊及自裝入機(jī)制

1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.6

操作系統(tǒng)的功能與特征1.7操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2/4/202338北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.3

操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.3.1操作系統(tǒng)接口分類(lèi)1.3.2聯(lián)機(jī)命令接口1.3.3圖形用戶(hù)接口1.3.4系統(tǒng)調(diào)用2/4/202339北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)接口分類(lèi)基于接口表現(xiàn)形式劃分用戶(hù)接口命令接口（具體可分為聯(lián)/脫機(jī)命令接口）圖形用戶(hù)接口（圖形化操作界面）程序接口（方便用戶(hù)程序訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)資源，由一組系統(tǒng)調(diào)用組成）基于接口使用者類(lèi)型劃分本地用戶(hù)接口網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)接口2/4/202340北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.3

操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.3.1操作系統(tǒng)接口分類(lèi)1.3.2聯(lián)機(jī)命令接口1.3.3圖形用戶(hù)接口1.3.4系統(tǒng)調(diào)用2/4/202341北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽聯(lián)機(jī)命令接口構(gòu)成一組聯(lián)機(jī)命令鍵盤(pán)終端處理程序命令解釋程序2/4/202342北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽聯(lián)機(jī)命令及分類(lèi)聯(lián)機(jī)命令格式

<命令>[<可選項(xiàng)>]<參數(shù)序列>聯(lián)機(jī)命令類(lèi)型系統(tǒng)訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)磁盤(pán)操作類(lèi)、文件操作類(lèi)、目錄操作類(lèi)通信類(lèi)輸入輸出重定向、管道連接、過(guò)濾命令批處理命令Linux常用操作命令?2/4/202343北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽鍵盤(pán)終端處理程序基本功能接收用戶(hù)從終端輸入的字符面向字符/行方式管理字符緩沖，以暫存所接收的字符專(zhuān)用緩沖區(qū)、公用緩沖池方式將用戶(hù)鍵入字符回送屏幕顯示硬件/軟件實(shí)現(xiàn)方式提供屏幕編輯（編輯鍵）特殊字符處理（中斷/停止或恢復(fù)上卷）2/4/202344北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽命令解釋程序工作流程

系統(tǒng)啟動(dòng)顯示命令提示符命令合法否？接收命令行輸入內(nèi)部命令？執(zhí)行exec系統(tǒng)調(diào)用裝入命令處理程序并予以執(zhí)行是系統(tǒng)初始化是基于命令識(shí)別特定方法轉(zhuǎn)向執(zhí)行對(duì)應(yīng)命令處理程序外部命令？是否否否2/4/202345北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.3

操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.3.1操作系統(tǒng)接口分類(lèi)1.3.2聯(lián)機(jī)命令接口1.3.3圖形用戶(hù)接口1.3.4系統(tǒng)調(diào)用2/4/202346北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽圖形用戶(hù)接口元素及操作桌面、圖標(biāo)、鼠標(biāo)指針窗口、標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄菜單菜單條彈出式菜單下拉式菜單對(duì)話(huà)框2/4/202347北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽圖形用戶(hù)接口特點(diǎn)基于圖形元素來(lái)表示功能，方便用戶(hù)操縱和觸發(fā)對(duì)應(yīng)功能同屏多窗口與并發(fā)進(jìn)程相對(duì)應(yīng)支持即時(shí)交互，鼠標(biāo)點(diǎn)擊和鍵盤(pán)輸入并舉操作直觀(guān)，不必死記命令行參數(shù)，傳遞信息量大2/4/202348北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽圖形用戶(hù)接口實(shí)現(xiàn)及運(yùn)行機(jī)制面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法消息產(chǎn)生、傳遞及處理消息作為窗口的輸入，如用戶(hù)操作、其它窗口或系統(tǒng)發(fā)出的請(qǐng)求或通知消息由各窗口自己的窗口過(guò)程進(jìn)行處理事件驅(qū)動(dòng)模式2/4/202349北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.3

操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.3.1操作系統(tǒng)接口分類(lèi)1.3.2聯(lián)機(jī)命令接口1.3.3圖形用戶(hù)接口1.3.4系統(tǒng)調(diào)用2/4/202350北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽系統(tǒng)調(diào)用的基本概念定義系統(tǒng)過(guò)程→系統(tǒng)服務(wù)→系統(tǒng)調(diào)用命令與普通過(guò)程調(diào)用的區(qū)別運(yùn)行在不同的系統(tǒng)狀態(tài)軟中斷進(jìn)入機(jī)制返回及重新調(diào)度問(wèn)題嵌套調(diào)用2/4/202351北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽系統(tǒng)調(diào)用舉例說(shuō)明簡(jiǎn)單用戶(hù)程序例子從一個(gè)文件讀取數(shù)據(jù)，再將它們拷貝到另一文件中系統(tǒng)調(diào)用分析源數(shù)據(jù)文件打開(kāi)目標(biāo)數(shù)據(jù)文件創(chuàng)建文件數(shù)據(jù)讀入到緩沖緩沖數(shù)據(jù)寫(xiě)出到文件程序正常結(jié)束2/4/202352北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽系統(tǒng)調(diào)用舉例說(shuō)明#include<fcntl.h>voidmain(int

argc,char*argv[]){

int

fdOld,fdNew;

intcount; charbuffer[2048];

fdOld=open(argv[1],O_RDONLY);

fdNew=creat(argv[2],0666); while(count=read(fdOld,buffer,sizeof(buffer)))

write(fdNew,buffer,count); exit(0);}2/4/202353北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽直接進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用的前提準(zhǔn)備#define__LIBRARY__#include<include/asm-i386/unistd.h>_syscall3(long,open,constchar*,filename,int,flags,intmode);_syscall3(long,creat,constchar*,filename,int,flags,intmode);_syscall3(ssize_t,read,unsigned,fd,char*,buf,size_t,count);_syscall3(ssize_t,write,unsigned,fd,char*,buf,size_t,count);_syscall1(int,exit,long,flag);注意：1、系統(tǒng)調(diào)用號(hào)__NR_zgs的分配在include/asm-i386/unistd.h2、系統(tǒng)調(diào)用號(hào)與系統(tǒng)調(diào)用之間的聯(lián)系建立在系統(tǒng)調(diào)用表中，即arch/i386/kernel/entry.S中描述的sys_call_table2/4/202354北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽系統(tǒng)調(diào)用的類(lèi)型進(jìn)程控制進(jìn)程的創(chuàng)建、結(jié)束、等待子進(jìn)程結(jié)束進(jìn)程屬性設(shè)置與獲取執(zhí)行一個(gè)文件（進(jìn)程映像替換）文件操縱文件的創(chuàng)建、打開(kāi)、關(guān)閉、讀/寫(xiě)進(jìn)程通信連接打開(kāi)與關(guān)閉、消息發(fā)送與接收系統(tǒng)信息維護(hù)時(shí)間設(shè)置與獲取、文件訪(fǎng)問(wèn)/修改時(shí)間設(shè)置2/4/202355北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)設(shè)置系統(tǒng)調(diào)用號(hào)和參數(shù)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)（指定寄存器/內(nèi)存單元）參數(shù)（直接[寄存器]、間接[參數(shù)表指針]）UNIX(CHMK命令)/DOS(INT21軟中斷)系統(tǒng)調(diào)用命令的一般性處理將處理機(jī)狀態(tài)由用戶(hù)態(tài)轉(zhuǎn)為系統(tǒng)態(tài)保護(hù)CPU現(xiàn)場(chǎng)，將PSW、PC、系統(tǒng)調(diào)用號(hào)、用戶(hù)棧指針、通用寄存器等壓入堆棧用戶(hù)定義參數(shù)送至指定位置分析系統(tǒng)調(diào)用類(lèi)型，轉(zhuǎn)相應(yīng)處理子程序中斷和陷入向量表（入口地址、PSW）2/4/202356北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽混合編程要領(lǐng)匯編語(yǔ)言源程序調(diào)用C函數(shù)模塊按逆向順序把C函數(shù)模塊參數(shù)壓入棧中call_CModuleName|jmp_CModuleName清除先前壓入棧中的C函數(shù)模塊參數(shù)C語(yǔ)言程序嵌入?yún)R編指令舉例說(shuō)明#define_syscall1(type,name,atype,a)\typename(atypea){long_res;\__asm__volatile("int$0x80"\:"=a"(_res)\:"0"(__NR_##name),"b"((long)(a)));\if(_res>=0)return(type)_res;\errno=-_res;return-1;}2/4/202357北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.3

操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.3.1操作系統(tǒng)接口分類(lèi)1.3.2聯(lián)機(jī)命令接口1.3.3圖形用戶(hù)接口1.3.4系統(tǒng)調(diào)用2/4/202358北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽作業(yè)題1.3試闡述程序接口與用戶(hù)交互接口（即命令接口和圖形化接口）之間的關(guān)系？并給出你對(duì)系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)機(jī)制及處理過(guò)程的完整理解與總結(jié)。2/4/202359北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽《操作系統(tǒng)實(shí)踐》實(shí)驗(yàn)1編程和替換Linux命令解釋程序Shell自己選取和設(shè)計(jì)一組聯(lián)機(jī)命令，可通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)核過(guò)程加以實(shí)現(xiàn)或僅僅在屏幕上顯示命令自身（算是虛化實(shí)現(xiàn)），至少一條命令如文件拷貝的處理牽涉到系統(tǒng)調(diào)用；設(shè)計(jì)和構(gòu)建命令解釋程序并替換原Linux命令解釋程序Shell啟動(dòng)系統(tǒng)和運(yùn)行測(cè)試；撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，闡述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)步驟、技術(shù)難點(diǎn)及解決方案、關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法流程、測(cè)試方案與過(guò)程及運(yùn)行效果、結(jié)論與體會(huì)等。2/4/202360北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽第一章操作系統(tǒng)引論1.1什么是操作系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)1.3操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.4操作系統(tǒng)啟動(dòng)模塊及自裝入機(jī)制

1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.6

操作系統(tǒng)的功能與特征1.7操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2/4/202361北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽DOS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2/4/202362北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽引導(dǎo)扇區(qū)與系統(tǒng)啟動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程機(jī)器加電=>BIOS加電自檢(0FFFF:0000)進(jìn)行硬件檢測(cè)=>讀入啟動(dòng)盤(pán)引導(dǎo)扇區(qū)(0:0:1)512字節(jié)到內(nèi)存0000:7C00處=>檢查內(nèi)存0000:7DFE~7DFF是否為0x55AA=>跳轉(zhuǎn)至0000:7C00執(zhí)行引導(dǎo)記錄程序引導(dǎo)扇區(qū)末兩個(gè)字節(jié)為0x55AA引導(dǎo)程序編制基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)工具GCC引導(dǎo)代碼必須編譯成plainbinaryfile類(lèi)型且為512Bgcc-cboot.cldboot.o-oboot.bin-oformatbinary-Ttext0x100000Linux載入位置2/4/202363北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽最簡(jiǎn)單的引導(dǎo)程序匯編程序代碼MinBoot.asmhang:jmphangtimes510–($-$$)db0dw0xAA55H程序匯編nasm

MinBoot.asm-oMinBoot.bin將二進(jìn)制文件MinBoot.bin內(nèi)容拷貝到引導(dǎo)扇區(qū)2/4/202364北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽二次裝載引導(dǎo)程序設(shè)計(jì)二次裝載含義由BIOS將引導(dǎo)記錄載入內(nèi)存執(zhí)行由引導(dǎo)記錄將操作系統(tǒng)內(nèi)核載入內(nèi)存軟驅(qū)復(fù)位與讀取BIOS之INT13H功能調(diào)用字符串顯示BIOS之INT10H功能調(diào)用2/4/202365北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽二次裝載引導(dǎo)程序之引導(dǎo)程序設(shè)計(jì)[ORG0]

jmp07C0h:startstart:

movax,cs

mov

ds,ax

mov

es,axreset:

movax,0

movdl,0

int13h

jcresetread:

movax,1000h

mov

es,ax

mov

bx,0

movah,2

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mov

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mov

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movdh,0

movdl,0

int13h

jcreadjmp1000h:0000times510-($-$$)db0dw0xAA55h軟驅(qū)0:0:2起五個(gè)扇區(qū)讀入到ES:BX2/4/202366北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽二次裝載引導(dǎo)程序之內(nèi)核程序設(shè)計(jì)[ORG0]

jmpstart2msgdb‘Kernal!’,$0start2:

movax,cs

mov

ds,ax

mov

es,ax

mov

si,msgprint:

lodsb

cmpal,0

je

hangup

movah,0Eh

mov

bx,7

int10h

jmpprinthangup:

jmp

hanguptimes510-($-$$)db0dw0xAA55hDS:SI=>AL2/4/202367北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽《操作系統(tǒng)實(shí)踐》實(shí)驗(yàn)2利用C和匯編混合編程實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)二次裝入引導(dǎo)過(guò)程；以嵌入式匯編指令實(shí)現(xiàn)的C程序內(nèi)核可非常簡(jiǎn)單（注意可執(zhí)行程序格式）；撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，闡述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)步驟、技術(shù)難點(diǎn)及解決方案、關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法流程、測(cè)試方案與過(guò)程及運(yùn)行效果、結(jié)論與體會(huì)等。2/4/202368北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽第一章操作系統(tǒng)引論1.1什么是操作系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)1.3操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.4操作系統(tǒng)啟動(dòng)模塊及自裝入機(jī)制

1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.6

操作系統(tǒng)的功能與特征1.7操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2/4/202369北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.5.1推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?.5.2無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.5.3單道批處理系統(tǒng)1.5.4多道批處理系統(tǒng)1.5.5分時(shí)系統(tǒng)1.5.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.5.7操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展2/4/202370北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Σ粩嗵岣哂?jì)算機(jī)資源利用率和系統(tǒng)性能的需要改善和方便用戶(hù)使用計(jì)算機(jī)的需要適應(yīng)器件不斷更新?lián)Q代的需要適應(yīng)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展變化的需要2/4/202371北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.5.1推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?.5.2無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.5.3單道批處理系統(tǒng)1.5.4多道批處理系統(tǒng)1.5.5分時(shí)系統(tǒng)1.5.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.5.7操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展2/4/202372北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽人工操作方式1946~50年代中期計(jì)算機(jī)資源昂貴、集中計(jì)算工作方式用戶(hù)：同時(shí)兼有程序員/操作員雙重身份輸入輸出：紙帶或卡片編程語(yǔ)言：機(jī)器語(yǔ)言工作特點(diǎn)用戶(hù)獨(dú)占全部資源，資源利用率低計(jì)算前后，CPU因等待人工操作而空閑2/4/202373北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽史前速度矛盾及緩和途徑人機(jī)矛盾人工操作方式與資源利用率之間的矛盾伴隨CPU速度提高、系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大而日趨嚴(yán)重CPU與I/O設(shè)備間矛盾CPU速度迅速提高而I/O設(shè)備速度提高緩慢緩和途徑通道技術(shù)、中斷技術(shù)、緩沖技術(shù)脫機(jī)輸入輸出技術(shù)專(zhuān)門(mén)的操作員及批處理技術(shù)2/4/202374北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽脫機(jī)輸入輸出技術(shù)輸入設(shè)備外圍機(jī)Input磁帶主機(jī)(處理機(jī)/內(nèi)存)Output磁帶外圍機(jī)Output磁帶輸出設(shè)備Input磁帶2/4/202375北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.5.1推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?.5.2無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.5.3單道批處理系統(tǒng)1.5.4多道批處理系統(tǒng)1.5.5分時(shí)系統(tǒng)1.5.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.5.7操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展2/4/202376北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽單道批處理系統(tǒng)為解決人機(jī)矛盾和CPU與I/O設(shè)備速率不匹配的矛盾而形成，也即其旨在提高系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量把一批作業(yè)以脫機(jī)輸入方式輸入到磁帶上，并在系統(tǒng)所配置的監(jiān)督程序的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)地自動(dòng)依次連續(xù)處理。系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理成批進(jìn)行，但在內(nèi)存中始終之保存著一道作業(yè)2/4/202377北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽單道批處理系統(tǒng)的處理流程還有作業(yè)？把下一道作業(yè)的源程序轉(zhuǎn)換為目標(biāo)程序源程序有錯(cuò)？裝配目標(biāo)程序運(yùn)行目標(biāo)程序開(kāi)始停止是是否否2/4/202378北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽單道批處理系統(tǒng)的特征自動(dòng)性磁帶上的一批作業(yè)能自動(dòng)地逐個(gè)依次執(zhí)行，而無(wú)需人工干預(yù)順序性磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入內(nèi)存，各道作業(yè)完成地順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序完全一致單道性監(jiān)督程序每次僅從磁帶上調(diào)入一道程序進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行，僅當(dāng)該程序完成或發(fā)生異常情況時(shí)，才調(diào)入其后繼程序進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行2/4/202379北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.5.1推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?.5.2無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.5.3單道批處理系統(tǒng)1.5.4多道批處理系統(tǒng)1.5.5分時(shí)系統(tǒng)1.5.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.5.7操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展2/4/202380北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽多道程序設(shè)計(jì)基本概念單道批處理系統(tǒng)缺陷系統(tǒng)資源空閑問(wèn)題多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)作業(yè)后備隊(duì)列/作業(yè)調(diào)度算法/系統(tǒng)資源共享包括CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備在內(nèi)的系統(tǒng)資源利用率的提高系統(tǒng)吞吐量增加2/4/202381北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽多道程序運(yùn)行情況

2/4/202382北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽多道批處理系統(tǒng)作業(yè)處理過(guò)程2/4/202383北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽多道批處理系統(tǒng)特征多道性?xún)?nèi)存中同時(shí)駐留多道程序，并允許并發(fā)執(zhí)行無(wú)序性多個(gè)作業(yè)完成的先后次序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之間，并無(wú)嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系調(diào)度性作業(yè)調(diào)度進(jìn)程調(diào)度2/4/202384北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽多道批處理系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)資源利用率高系統(tǒng)吞吐量大缺點(diǎn)：作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，特別對(duì)短作業(yè)不公平無(wú)交互能力，不利于程序調(diào)試和修改2/4/202385北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽多道批處理系統(tǒng)需求分析處理機(jī)管理問(wèn)題多道程序之間應(yīng)如何分配被它們共享的處理機(jī)，使正確運(yùn)行且提高處理機(jī)利用率；分配與回收內(nèi)存管理問(wèn)題內(nèi)存分配與保護(hù)I/O設(shè)備管理問(wèn)題設(shè)備共享、分配及利用率提高文件管理問(wèn)題文件組織方便用戶(hù)使用、數(shù)據(jù)安全性及一致性保證作業(yè)管理問(wèn)題作業(yè)調(diào)度及系統(tǒng)工作流程組織2/4/202386北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.5.1推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?.5.2無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.5.3單道批處理系統(tǒng)1.5.4多道批處理系統(tǒng)1.5.5分時(shí)系統(tǒng)1.5.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.5.7操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展2/4/202387北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生人機(jī)交互程序修改與調(diào)試、直接控制共享主機(jī)19世紀(jì)60年代計(jì)算機(jī)十分昂貴便于用戶(hù)上機(jī)通過(guò)自己終端直接將作業(yè)傳送到機(jī)器上進(jìn)行處理，并能對(duì)自己的作業(yè)進(jìn)行控制分時(shí)系統(tǒng)概念一臺(tái)主機(jī)、多個(gè)終端、多用戶(hù)同時(shí)以交互方式使用計(jì)算機(jī)2/4/202388北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題及時(shí)接收用戶(hù)輸入命令和數(shù)據(jù)配置多路卡及設(shè)置多路緩沖區(qū)及時(shí)處理使所有用戶(hù)作業(yè)都直接進(jìn)入內(nèi)存在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)就能使每個(gè)作業(yè)都運(yùn)行一次2/4/202389北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽分時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法作業(yè)應(yīng)直接進(jìn)入內(nèi)存這與批處理系統(tǒng)用戶(hù)作業(yè)先進(jìn)入磁盤(pán)然后在調(diào)入內(nèi)存不同時(shí)間片輪轉(zhuǎn)策略時(shí)間片實(shí)現(xiàn)方式單道分時(shí)系統(tǒng)具有前臺(tái)和后臺(tái)的分時(shí)系統(tǒng)多道分時(shí)系統(tǒng)2/4/202390北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽分時(shí)系統(tǒng)的特征多路性宏觀(guān)上多個(gè)用戶(hù)同時(shí)工作和共享系統(tǒng)資源微觀(guān)上每個(gè)用戶(hù)作業(yè)輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片獨(dú)立性各用戶(hù)在各自終端上獨(dú)立操作，互不干擾及時(shí)性響應(yīng)時(shí)間交互性用戶(hù)可通過(guò)終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對(duì)話(huà)2/4/202391北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.5.1推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?.5.2無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.5.3單道批處理系統(tǒng)1.5.4多道批處理系統(tǒng)1.5.5分時(shí)系統(tǒng)1.5.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.5.7操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展2/4/202392北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的引入實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念指系統(tǒng)能及時(shí)或即時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行實(shí)時(shí)任務(wù)的類(lèi)型按任務(wù)執(zhí)行是否呈現(xiàn)周期性來(lái)劃分根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來(lái)劃分2/4/202393北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的比較多路性獨(dú)立性及時(shí)性交互性系統(tǒng)高度可靠2/4/202394北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.5.1推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?.5.2無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.5.3單道批處理系統(tǒng)1.5.4多道批處理系統(tǒng)1.5.5分時(shí)系統(tǒng)1.5.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.5.7操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展2/4/202395北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展通用操作系統(tǒng)微機(jī)操作系統(tǒng)多處理機(jī)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)&分布式操作系統(tǒng)集群操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)&智能卡操作系統(tǒng)2/4/202396北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.5.1推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?.5.2無(wú)操作系統(tǒng)時(shí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.5.3單道批處理系統(tǒng)1.5.4多道批處理系統(tǒng)1.5.5分時(shí)系統(tǒng)1.5.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.5.7操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展2/4/202397北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽作業(yè)題1.4試從多個(gè)角度來(lái)闡述單道/多道批處理系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)及實(shí)時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別。2/4/202398北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽第一章操作系統(tǒng)引論1.1什么是操作系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)1.3操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.4操作系統(tǒng)啟動(dòng)模塊及自裝入機(jī)制

1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.6

操作系統(tǒng)的功能與特征1.7操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2/4/202399北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.6操作系統(tǒng)的功能與特征1.6.1處理機(jī)管理功能1.6.2存儲(chǔ)器管理功能1.6.3設(shè)備管理功能1.6.4文件管理功能1.6.5操作系統(tǒng)的特征2/4/2023100北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽處理機(jī)調(diào)度作業(yè)調(diào)度作業(yè)后備隊(duì)列作業(yè)選擇與資源分配調(diào)入內(nèi)存與建立進(jìn)程進(jìn)程調(diào)度就緒進(jìn)程隊(duì)列進(jìn)程選擇與處理機(jī)分配設(shè)置運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)與啟動(dòng)運(yùn)行調(diào)度算法先來(lái)先服務(wù)/優(yōu)先權(quán)高者優(yōu)先調(diào)度算法2/4/2023101北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽進(jìn)程控制主要任務(wù)創(chuàng)建進(jìn)程撤銷(xiāo)進(jìn)程進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程控制機(jī)制原語(yǔ)進(jìn)程&線(xiàn)程2/4/2023102北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽進(jìn)程同步主要任務(wù)進(jìn)程/線(xiàn)程并發(fā)執(zhí)行協(xié)調(diào)互斥/同步方式臨界資源&臨界區(qū)進(jìn)程同步機(jī)制開(kāi)/關(guān)鎖原語(yǔ)信號(hào)量機(jī)制管程2/4/2023103北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽進(jìn)程通信主要任務(wù)進(jìn)程（或線(xiàn)程）間信息交換進(jìn)程通信方式共享存儲(chǔ)器管道方式消息傳遞系統(tǒng)消息緩沖隊(duì)列郵箱2/4/2023104北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.6操作系統(tǒng)的功能與特征1.6.1處理機(jī)管理功能1.6.2存儲(chǔ)器管理功能1.6.3設(shè)備管理功能1.6.4文件管理功能1.6.5操作系統(tǒng)的特征2/4/2023105北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽內(nèi)存分配主要任務(wù)使程序各得其所提高存儲(chǔ)器利用率適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的需要內(nèi)存分配機(jī)制內(nèi)存分配用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)存分配連續(xù)/離散分配方式靜態(tài)/動(dòng)態(tài)分配方式內(nèi)存回收2/4/2023106北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽內(nèi)存保護(hù)主要任務(wù)確保程序間互不干擾存取訪(fǎng)問(wèn)控制內(nèi)存保護(hù)機(jī)制越界檢查硬件實(shí)現(xiàn)保護(hù)方式上下限界限寄存器頁(yè)號(hào)<頁(yè)表長(zhǎng)度段號(hào)<段表長(zhǎng)度&&段內(nèi)地址<段長(zhǎng)2/4/2023107北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽地址映射主要任務(wù)邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址基本概念地址空間&內(nèi)存空間邏輯/相對(duì)/有效地址物理/絕對(duì)地址地址映射機(jī)制硬件實(shí)現(xiàn)重定位寄存器、頁(yè)表/段表、快表2/4/2023108北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽內(nèi)存擴(kuò)充主要任務(wù)從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存容量?jī)?nèi)存擴(kuò)充可行性程序運(yùn)行局部性原理離散分配方式內(nèi)存擴(kuò)充機(jī)制虛擬存儲(chǔ)技術(shù)硬件（頁(yè)/段表、缺頁(yè)/段中斷、地址變換）軟件（請(qǐng)求調(diào)入功能/置換功能）2/4/2023109北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.6操作系統(tǒng)的功能與特征1.6.1處理機(jī)管理功能1.6.2存儲(chǔ)器管理功能1.6.3設(shè)備管理功能1.6.4文件管理功能1.6.5操作系統(tǒng)的特征2/4/2023110北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽設(shè)備分配主要任務(wù)設(shè)備及相應(yīng)設(shè)備控制器和通道的分配設(shè)備分配機(jī)制設(shè)備分配用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備類(lèi)型與設(shè)備分配方式相對(duì)應(yīng)設(shè)備分配與回收算法設(shè)備獨(dú)立性虛擬設(shè)備2/4/2023111北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽緩沖管理主要任務(wù)管理各種類(lèi)型的緩沖區(qū)緩和CPU和I/O設(shè)備速度不匹配矛盾提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量緩沖管理機(jī)制單/雙/多緩沖類(lèi)型字符緩沖與盤(pán)塊緩沖公用緩沖池機(jī)制2/4/2023112北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽設(shè)備處理主要任務(wù)實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器間通信設(shè)備處理過(guò)程I/O請(qǐng)求提出I/O請(qǐng)求合法性檢查了解設(shè)備狀態(tài)傳遞相關(guān)參數(shù)并設(shè)置設(shè)備工作方式通道程序自動(dòng)構(gòu)成發(fā)出I/O指令和啟動(dòng)I/O設(shè)備及時(shí)響應(yīng)中斷請(qǐng)求2/4/2023113北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.6操作系統(tǒng)的功能與特征1.6.1處理機(jī)管理功能1.6.2存儲(chǔ)器管理功能1.6.3設(shè)備管理功能1.6.4文件管理功能1.6.5操作系統(tǒng)的特征2/4/2023114北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽文件存儲(chǔ)空間管理主要任務(wù)使每個(gè)文件各得其所提高外存空間利用率提高外存訪(fǎng)問(wèn)速度文件存儲(chǔ)空間管理機(jī)制存儲(chǔ)空間管理用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)空間分配與回收功能連續(xù)/離散分配方式以盤(pán)塊/簇為基本分配單位2/4/2023115北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽目錄管理主要任務(wù)實(shí)現(xiàn)文件的按名存取提高文件查找速度支持文件重名、共享與保護(hù)目錄管理機(jī)制文件控制塊與索引結(jié)點(diǎn)目錄結(jié)構(gòu)目錄檢索手段2/4/2023116北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽文件的讀寫(xiě)管理和存取控制文件的讀寫(xiě)管理從外存中讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫(xiě)入外存目錄檢索->外存地址->讀寫(xiě)指針->讀寫(xiě)操作文件描述符表和文件表文件的存取控制防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶(hù)存取文件防止冒名頂替存取文件防止以不正確的方式使用文件系統(tǒng)級(jí)/用戶(hù)級(jí)/文件級(jí)存取控制2/4/2023117北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.6操作系統(tǒng)的功能與特征1.6.1處理機(jī)管理功能1.6.2存儲(chǔ)器管理功能1.6.3設(shè)備管理功能1.6.4文件管理功能1.6.5操作系統(tǒng)的特征2/4/2023118北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)的特征并發(fā)并行與并發(fā)、程序與進(jìn)程/線(xiàn)程共享互斥共享方式、同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)方式虛擬虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、虛擬盤(pán)、虛擬設(shè)備異步性進(jìn)程執(zhí)行順序與執(zhí)行時(shí)間的不確定性可重入碼2/4/2023119北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽異步性舉例說(shuō)明

2/4/2023120北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽作業(yè)題1.5談?wù)勀銓?duì)操作系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備的資源管理功能的認(rèn)識(shí)與理解。為保證資源的有效管理與控制，操作系統(tǒng)于是體現(xiàn)出哪些特征？2/4/2023121北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽第一章操作系統(tǒng)引論1.1什么是操作系統(tǒng)1.2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)1.3操作系統(tǒng)用戶(hù)接口及系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)1.4操作系統(tǒng)啟動(dòng)模塊及自裝入機(jī)制

1.5操作系統(tǒng)的發(fā)展1.6

操作系統(tǒng)的功能與特征1.7操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2/4/2023122北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽1.7操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.7.1操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則1.7.2無(wú)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)1.7.3模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.7.4分層式操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.7.5微內(nèi)核操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2/4/2023123北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則可維護(hù)性糾錯(cuò)性/適應(yīng)性/完善性/預(yù)防性維護(hù)可靠性正確性/健壯性可理解性可用性性能系統(tǒng)資源利用率及用戶(hù)請(qǐng)求響應(yīng)2/4/2023124北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院翟高壽