HYZOS操作系統(tǒng)引論

操作系統(tǒng)（A）北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠副教授第一章：操作系統(tǒng)引論5/19/20231北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠本節(jié)主要內(nèi)容操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)接口（第七章操作系統(tǒng)接口）了解操作系統(tǒng)的主要功能重點(diǎn)操作系統(tǒng)的基本特征：并發(fā)、共享、虛擬、異步同學(xué)們先自己預(yù)習(xí)，后續(xù)將結(jié)合第二章的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行講解難點(diǎn)內(nèi)核態(tài)、用戶態(tài)5/19/20232北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠WhatthingsdoestheOSdo?可以映射成模塊的服務(wù)ProgramexecutionHowdoyouexecuteconcurrentsequencesofinstructions?I/OoperationsStandardizedinterfacestoextremelydiversedevicesFilesystemmanipulationHowdoyouread/write/preservefiles?Loomingconcern:Howdoyouevenfindfiles???CommunicationsNetworkingprotocols/InterfacewithCyberSpace?普遍的功能Errordetection&recoveryResourceallocationAccountingProtection5/19/20233北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠OperatingSystemsStructure

SimpleOnlyoneortwolevelsofcodeLayeredLowerlevelsindependentofupperlevelsMicrokernelOSbuiltfrommanyuser-levelprocessesModularCorekernelwithDynamicallyloadablemodules5/19/20234北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠軟件體系結(jié)構(gòu)5/19/20235北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠軟件體系結(jié)構(gòu)5/19/20236北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠擴(kuò)展學(xué)習(xí)好結(jié)構(gòu)？壞結(jié)構(gòu)？大量使用GOTO語句大量使用全局變量傳遞參數(shù)底層函數(shù)使用頂層輸入的數(shù)據(jù)軟件體系結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計(jì)模式5/19/20237北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠SimpleStructureMS-DOS–writtentoprovidethemostfunctionalityintheleastspaceNotdividedintomodulesInterfacesandlevelsoffunctionalitynotwellseparated5/19/20238北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠UNIX:Also“Simple”StructureUNIX–limitedbyhardwarefunctionalityOriginalUNIXoperatingsystemconsistsoftwoseparableparts:SystemsprogramsThekernelConsistsofeverythingbelowthesystem-callinterfaceandabovethephysicalhardwareProvidesthefilesystem,CPUscheduling,memorymanagement,andotheroperating-systemfunctions;Manyinteractingfunctionsforonelevel5/19/20239北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠UNIXSystemStructureUserModeKernelModeHardwareApplicationsStandardLibs5/19/202310北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠分層式操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及分層原則高層的只能調(diào)用較低層次的服務(wù)作業(yè)調(diào)度->進(jìn)程控制->內(nèi)存管理活躍功能放在低層時(shí)鐘管理、進(jìn)程調(diào)度資源分配策略放在高層便于修改或適應(yīng)不同環(huán)境最低層資源管理公用模塊如隊(duì)列、堆棧、信號(hào)量操作等最高層用戶接口AnAn-1……A2A1A0單向依賴5/19/202311北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠層次結(jié)構(gòu)存在的問題Notalwayspossible:Doesprocessschedulerlieaboveorbelowvirtualmemorylayer?NeedtorescheduleprocessorwhilewaitingforpagingMayneedtopageininformationabouttasksImportant:Machine-dependentvsindependentlayersEasiermigrationbetweenplatformsEasierevolutionofhardwareplatform5/19/202312北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠分層式操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)從資源管理角度出發(fā)進(jìn)行層次劃分規(guī)定模塊間調(diào)用的有序性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及評(píng)價(jià)調(diào)用關(guān)系清晰（高層對(duì)低層單向依賴）低層和高層可分別實(shí)現(xiàn)（可擴(kuò)充性）高層錯(cuò)誤不會(huì)影響到低層（正確性）避免了遞歸調(diào)用可增強(qiáng)系統(tǒng)可維護(hù)性降低了系統(tǒng)運(yùn)行效率5/19/202313北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠微內(nèi)核操作系統(tǒng)

什么是操作系統(tǒng)內(nèi)核-kernel最初：內(nèi)核=操作系統(tǒng)現(xiàn)在：操作系統(tǒng)中最主要的部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)資源的管理。一個(gè)重要的需求：操作系統(tǒng)的保護(hù)如何防止操作系統(tǒng)不被用戶程序破壞？？5/19/202314北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠微內(nèi)核操作系統(tǒng)保護(hù)操作系統(tǒng)的方法：內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)計(jì)算機(jī)CPU支持的兩種運(yùn)行狀態(tài)。在內(nèi)核態(tài)，可以無限制地對(duì)系統(tǒng)存儲(chǔ)、外部設(shè)備進(jìn)行訪問。操作系統(tǒng)就工作在內(nèi)核態(tài)模式下。用戶態(tài)只能通過操作系統(tǒng)接口訪問關(guān)鍵資源。例如，不能直接訪問外部設(shè)備，不能直接訪問操作系統(tǒng)的內(nèi)存代碼和數(shù)據(jù)。5/19/202315北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院何永忠內(nèi)核佳態(tài)和舟用戶少態(tài)5/友18牢/2爹02貍316北京診交通請(qǐng)大學(xué)疤計(jì)算縫機(jī)學(xué)泥院何風(fēng)永忠內(nèi)核篇態(tài)下列地操作攻哪些澆只能霸在內(nèi)亡核態(tài)零執(zhí)行哪？1）內(nèi)銅存取蛾數(shù)2）通森用寄跳存器茂移位3）IN映/O彎UT4）設(shè)馳置狀墓態(tài)寄纏存器5）讀羨時(shí)鐘6）寫訂時(shí)鐘7）設(shè)璃置PC寄存晚器8）算撈術(shù)運(yùn)守算5/禾18陸/2跨02去317北京般交通娘大學(xué)歌計(jì)算印機(jī)學(xué)國(guó)院何崗永忠基于皆內(nèi)核共結(jié)構(gòu)功的OS結(jié)構(gòu)隸分類引入遞內(nèi)核凱態(tài)后陰，如望何設(shè)述計(jì)和假選擇察操作優(yōu)系統(tǒng)屋結(jié)構(gòu)緣瑞就成餃為一柜個(gè)關(guān)殖鍵問縫題。當(dāng)操茄作系資統(tǒng)越憑來越糕大時(shí)霜，操叢作系嬌統(tǒng)本障身就小容易宰崩潰任。內(nèi)戲核態(tài)院僅僅尊能防篇止用避戶程輕序?qū)ε巡僮鳁澫到y(tǒng)扭的破匪壞，速不能杜防止突操作膚系統(tǒng)攜本身蛙的缺路陷導(dǎo)飽致的董問題軋。改進(jìn)巷思路憂：操作職系統(tǒng)矮越小堡，可騙靠性煌越容背易做旦好。如果磚把操脹作系嚴(yán)統(tǒng)分忌為兩徒個(gè)部縱分，撈基本扎功能泥部分(k準(zhǔn)er姜ne膊l)和擴(kuò)暢展功耍能部剝分。行僅僅標(biāo)把基靠本部肆分在田內(nèi)核盲態(tài)執(zhí)冬行，撐這樣徑就能網(wǎng)降低裂內(nèi)核娃態(tài)中鋼操作團(tuán)系統(tǒng)師復(fù)雜拳性，敵提高第可靠摔性。5/毒18余/2趙02銷318北京狼交通摔大學(xué)氏計(jì)算擴(kuò)機(jī)學(xué)席院何肢永忠簡(jiǎn)單私就是軟美（可謎靠、強(qiáng)安全愛）5/王18穿/2脈02安319北京桿交通隸大學(xué)偵計(jì)算身機(jī)學(xué)蠶院何艱永忠微內(nèi)墳核操葵作系創(chuàng)統(tǒng)結(jié)尾構(gòu)內(nèi)容冤小到霉極致用戶思和OS服務(wù)流的通離信：客戶/服務(wù)食器模姨型客戶進(jìn)程作業(yè)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器終端服務(wù)器……文件服務(wù)器消息傳遞機(jī)制（客戶進(jìn)程與服務(wù)器之間通信）用戶態(tài)核心態(tài)硬件緊密相關(guān)基本功能5/糟18區(qū)/2嚷02逐320北京唐交通躺大學(xué)頌計(jì)算誼機(jī)學(xué)守院何塔永忠Wi陷nd出ow度s掃NT的開房誠(chéng)發(fā)微軟Wi映nd蔽ow脅s操作層系統(tǒng)吩核心鋪基本竟上都襲是基鈴于Wi努nd沿ow監(jiān)s頃NT。NT開發(fā)笑團(tuán)隊(duì)壓負(fù)責(zé)輛人是證卡特槐勒。補(bǔ)他從DE螺C離開崖加盟冠微軟分，帶爺來手解下7個(gè)頂緒尖的沫工程籮師，鄙只有涌一位怪不到30歲。勺他確溉定開袋發(fā)的OS應(yīng)具獄有三雖個(gè)特竊征：絹可移釀植，辜可靠艱性和膊個(gè)性嫂化。在當(dāng)高時(shí)的季微機(jī)醬上運(yùn)坊行的OS注/2或者DO摧S系統(tǒng)史，一韻個(gè)應(yīng)輝用程繪序的題失敗根會(huì)導(dǎo)促致真膀個(gè)系嘆統(tǒng)崩姻潰，疫數(shù)據(jù)羽消失年，迫重使使舟用者描重啟垂機(jī)器罵。NT會(huì)支封持許副多應(yīng)淘用程屬序同浙時(shí)運(yùn)籌行，縱其中味一個(gè)籍失敗累將帶駛來災(zāi)睬難，恩例如遞銀行綁客戶灰系統(tǒng)宿等。5/錯(cuò)18溪/2斷02徐321北京蘆交通疫大學(xué)刷計(jì)算健機(jī)學(xué)雷院何喚永忠Wi濟(jì)nd雀ow眉s醬NT的開涼發(fā)卡特嚷勒的鄭解決錫方案降是把垂操作節(jié)系統(tǒng)林分為抓兩個(gè)冒部分社，一萍個(gè)是箏內(nèi)核齡，一臉個(gè)是兄圖形稿化、稅可視梢的部鼓分。楚系統(tǒng)館內(nèi)核漁本身垮結(jié)構(gòu)癥也非花常復(fù)殺雜，榴因此狂在其淡中設(shè)蓄計(jì)一東個(gè)其騎他內(nèi)您核組印件都糧會(huì)調(diào)膚用的頸底層圓代碼—“微核謝”。蚊這種供結(jié)構(gòu)閱有可刷靠、哀個(gè)性河化的常優(yōu)點(diǎn)撒。例弱如，福個(gè)性排化圖隆形化飛處理淚是作旁為內(nèi)企核的掙客戶藝，內(nèi)泉核是鍛作為價(jià)服務(wù)翼器。牧但是蛙代價(jià)俊就是嬌速度貴。當(dāng)蕩蓋茨更聽到辣這個(gè)撐計(jì)劃要時(shí)猶槐豫了嘆，他重說“法這樣湯做會(huì)狀有巨授大的蜓額外代開銷剩，我枯認(rèn)為繭我們趨不能襲這樣懇做”5/越18急/2伏02飄322北京吧交通堡大學(xué)孟計(jì)算鐘機(jī)學(xué)嚼院何吐永忠Wi齡nd更ow繳s西NT的開叫發(fā)卡特驕勒有臭力的砌為這坑種模養(yǎng)式辯訊護(hù)，哲并提薪供數(shù)銜學(xué)模雙擬來爬支持株他的撓模型暢，開海發(fā)小腐組還采寫了相一篇配論文仆來說驚明其夠他方園案不激可行險(xiǎn)。但是愚蓋茨濱對(duì)此柏還是伯不放臟心，突他比衛(wèi)卡特乎勒更屑了解棚消費(fèi)裹者對(duì)宇程序嚴(yán)運(yùn)行橡速度振的關(guān)聚注，闖他們坡會(huì)把NT和DO須S比較誦。雖殺然硬繳件的換進(jìn)步阻會(huì)有稈所幫公助，配但蓋顆茨擔(dān)粗心輿抵論沒蕩有那郵個(gè)耐睡心，姨早就做把NT釘死傻在速寬度的接十字煌架上室。卡特稅勒發(fā)摘誓說獻(xiàn)他的仍團(tuán)隊(duì)至高超土的編膚程技奶巧一增定會(huì)患彌補(bǔ)哄速度扎問題菠。蓋榴茨將朵信將丸疑，單但最禁后也許默認(rèn)威他們積這樣灶去做悉。5/炸18守/2錄02糞323北京尖交通遞大學(xué)思計(jì)算量機(jī)學(xué)士院何茅永忠5/立18舍/2遞02酷324北京絕交通帖大學(xué)已計(jì)算貓機(jī)學(xué)貧院何警永忠單內(nèi)蛇核、爬微內(nèi)朝核、煤混合熟內(nèi)核裂結(jié)構(gòu)5/激18啟/2萌02欺325北京解交通建大學(xué)冷計(jì)算瓦機(jī)學(xué)舒院何輪永忠微內(nèi)核核操諷作系企統(tǒng)結(jié)掉構(gòu)要滿領(lǐng)及鼻評(píng)價(jià)內(nèi)核共僅實(shí)慈現(xiàn)最嚇基本患功能虛擬嗽存儲(chǔ)該、消中息傳儉遞、罰進(jìn)程磨控制其余引更多槍系統(tǒng)每功能侄放在除內(nèi)核褲之外獨(dú)立碗服務(wù)希進(jìn)程肢運(yùn)行睡方式等待裹和響奪應(yīng)客乞戶進(jìn)程提出統(tǒng)的請(qǐng)字求結(jié)構(gòu)復(fù)評(píng)價(jià)正確椒性、兆可靠溜性、可擴(kuò)難充性亡、便于逢網(wǎng)絡(luò)效服務(wù)持和實(shí)亦現(xiàn)分遼布式唇處理系統(tǒng)霧效率見受到爹影響5/準(zhǔn)18靈/2榴02潮326北京符交通盞大學(xué)胡計(jì)算似機(jī)學(xué)狂院何些永忠Mo私du腳le獲s-旱ba尿se浮d處St終ru魯ct剩ur卵eMo胸st杠m悔od威er愉n睡op蠅er薄at梅in停g城sy璃st畢em璃s勺im文pl蘿em汪en趨t舌mo例du誓le軋sUs籠es傳o末bj枯ec點(diǎn)t-花or乒ie教nt壤ed原a玻pp付ro詳ac谷hEa坑ch媽c純or都e知co泥mp則on超en別t噴is禍s刷ep撕ar串a(chǎn)t扔eEa外ch閉t健al學(xué)ks固t碰o鍵th斧e興ot徑he榨rs誤o暈ve袋r燥kn忌ow細(xì)n簡(jiǎn)in懸te斜rf億ac登esEa場(chǎng)ch撕i串slo臉ad該ab懂le休a鉗s輪ne別ed戶ed膀w薪it彈hi瓦n虹th連e追ke撈rn壘elOv吩er垂al誓l,揭s歉im拴il患ar屈t悟o盒l(wèi)a妨ye益rs峰b師ut亮w悄it添h錫mo同re蝴f影l(fā)e勒xi蝦bl灑e5/采18膀/2鹿02梢327北京觸交通脈大學(xué)本計(jì)算廁機(jī)學(xué)參院何鋸永忠Co貌nc俯lu酒si搖onSt垮an陣da剖rd更C雹om鉤po繪ne亭nt算s舍an拍d女Se頸rv領(lǐng)ic宗esPr存oc仔es臥s騙Co搬nt負(fù)ro撤lMa遼in列M贏em翠or萄yI/領(lǐng)OFi性le奇S彩ys國(guó)te勞mUICo欠mp爛le箱xi嗎t(yī)y浙i獲s油al給wa友ys薯o榜ut叫o蜘f哲co支nt倉(cāng)ro宗lHo榆we臉ve粱r,曾“Re買si它st盯an蛙ce吧i籠s示NO懶T申Us勢(shì)el茄es拌s!”5/垃18陪/2貞02移328北京片交通合大學(xué)內(nèi)計(jì)算句機(jī)學(xué)攪院何春永忠作業(yè)償題1.蝕10什么壯是用授戶態(tài)悄和核畢心態(tài)良？有譜何作浴用？1.經(jīng)11什么尤是微氣內(nèi)核腎結(jié)構(gòu)融？與誓單內(nèi)史核結(jié)較構(gòu)相荷比，肝各有裂何優(yōu)豆勢(shì)和假缺點(diǎn)迷？1.更12什么槍是并狠發(fā)？薯舉例鄰說明西。1.委13什么漢是互院斥訪賢問共娘享？至舉例夠說明蒜。5/凳18稀/2摩02縱329北京殺交通穩(wěn)大學(xué)誓計(jì)算捏機(jī)學(xué)臭院何予永忠5/掀18除/2換02堡330北京堂交通駁大學(xué)彼計(jì)算誼機(jī)學(xué)煩院何孕永忠3D打印柳機(jī)和疤未來…5/恐18禽/2的02辣331北京釘交通削大學(xué)滋計(jì)算稈機(jī)學(xué)耐院何質(zhì)永忠操作表系統(tǒng)明用戶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