操作系统原理与Linux实例设计第一章.ppt

操作系统原理与Linux实例设计第一章.ppt

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操作系统原理与Linux实例设计,教师：

吴正华学历：

博士邮箱：

电话：

13908173345在本科和硕士研究生阶段所学专业为：

电子仪器及测量技术期间从事有关航空航天方面电子仪器的研发与维护在博士阶段所学专业为：

生物医学工程目前的研究方向为：

人工智能,第一章概述（电子）计算机的发展电子管时代：

1945年底-1946年初，第一台计算机问世，美国加州大学，18000个电子管，86000个其它元件，5000次/秒，150平米，30吨。

46-59年，科学计算及工程计算。

晶体管时代：

6064，分离晶体管搭建，出现各类高级语言，体积、价格下降，适用于商业、大学、政府。

磁带存储。

中小规模集成电路时代：

6570，体积更小、价格低，可靠性高。

大规模集成电路时代：

集成度越来越高，时钟频率很高，运行速度快，应用到各行各业。

概括发展趋势和特点1）完成同样功能而言，体积变得越来越小；但同时出现体积超大的巨型机。

日本研制的“空间立方体”，2*2*1.7英寸。

“走鹃”占地480平米，278个机柜，220吨，耗电2.35兆瓦（2350千瓦）2）速度变得越来越快现在的PC机可每秒几百万次。

2004，NEC的“地球模拟器”第一，“曙光4000A”第十，运算能力8万亿次/秒。

2008.6月数据，IBM的“走鹃”第一，达1026万亿次/秒，用130536个CPU，“蓝色基因”478万亿次/秒。

3）应用越来越广,计算机的基本组成框图,输入设备,存储器,输出设备,程序、数据,结果,运算器,控制器,命令、状态,命令、状态,指令,数据,按计算机的功能强弱划分：

巨型机大型机中型机小型机微机（PC机）单板机单片机,单板机和单片机的操控者基本上是直接和硬件打交道，功能简单，硬件的使用者对硬件很熟悉，不需要在使用者和硬件之间架设额外的通道，即不需要操作系统。

而对其它类型的计算机，硬件相当复杂，使用者不再可能了解它详尽的细节，需要设备的制造商或专门的机构提供一套能和这些硬件很容易打交道的软件系统，这套系统就叫操作系统。

1.1计算机系统资源与操作系统从多个不同的角度来理解什么是操作系统：

用户环境的观点提供了一个与硬件打交道的环境-接口：

用户接口，程序接口2.虚拟机的观点不再考虑实际的机器。

比如，操作系统提供的某个功能可能是机器硬件的几个功能简单组合没法完成的，好比是一台硬件更为复杂的机器之所能。

3.资源管理的观点管理着全部的硬件资源和一部分软件资源，具体如下：

（1）监视资源

（2）分配资源（3）回收资源（4）保护资源该观点是主流观点，本课程将主要以它为线索展开。

4.作业组织的观点用户让计算机完成的各种任务可以称为作业，如何利用系统资源来完成这些作业，比如谁先谁后，是否交叉等。

操作系统的定义：

是计算机系统中的一种最基本的系统软件，管理和控制计算机系统的硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，以便有效利用这些资源为用户提供一个功能强、使用方便的工作环境，从而在计算机与用户之间起到接口的作用。

系统软件与应用软件的关系,1.2操作系统的发展分类：

单道程序的实时系统多道程序批处理系统多道程序的分时系统微机操作系统网络操作系统1.2.1推动操作系统不断更新的因素：

（1）计算机硬件升级和新硬件的出现

（2）提供新的服务，方便使用（3）提高计算机资源的利用率（4）更正软件错误（5）计算机体系结构的发展,1.2.2操作系统发展的几个典型转变从简单到复杂，从单道到多道，从实时到分时。

1.2.3操作系统的进一步发展网络操作系统，分布式操作系统，嵌入式操作系统。

个人操作系统：

、系列、。

1.3现代操作系统的设计概述图1.2软件设计的典型过程,需求分析,系统设计,产品测试,编码实现,1.3.1操作系统的功能性需求接口功能（）命令接口有字符方式和图形方式之分。

（能否有声音）有联机命令和脱机命令。

（）程序接口提供给用户程序调用的一系列现成的程序。

（）,处理器管理功能（）进程控制（）进程同步（）进程通信（）进程调度（第二章的内容）,存储器管理功能该功能的主要任务是：

为多道程序的并发执行提供良好的环境便于用户使用存储器提高存储器的利用率为尽量多的用户提供足够大的存储空间包括以下四种功能：

内存分配（静态分配和动态分配）内存保护地址映射内存扩充（第三章的内容）,输入输出设备管理功能应具备以下几个功能：

缓冲管理设备管理设备处理虚拟设备功能（第四章的内容）,文件管理功能目录管理文件的逻辑组织与访问方式管理存储空间的管理文件共享与安全管理（第五章的内容）,操作系统的非功能性要求非功能性的要求，锦上添花的要求。

包括：

系统性能或效率（处理器性能、存储器性能、外部设备的性能、文件系统的性能）资源利用率公平性可靠性安全性可伸缩性可移植性,操作系统依赖的硬件平台严格讲是需要利用的一些关键信号或指令时钟两种时序控制方式：

同步时序控制方式和异步时序控制方式。

2.中断3.存储保护,1.3.4操作系统的体系结构包括用户接口子系统和基础平台子系统，前者能调用后者，但后者不能调用前者。

图1.4一种常见的操作系统总体结构风格,用户接口子系统,应用软件,基础平台子系统,计算机硬件平台,计算机用户,基础平台子系统的结构风格之一

（1）分层

（2）分级（3）分块,2.基础平台子系统的结构风格之二多模式和单模式操作系统。

所谓模式，是指程序在运行过程中使用的，由硬件体系结构提供的CPU特权方式。

3.微核结构将操作系统凝炼，取出最核心的一部分。

该部分运行于最高的保护状况下。

1.3.5操作系统中的关键数据结构存储表设备表文件表进程表,1.4Linux操作系统简介1.4.1Linux操作系统的起源及特性核心部件于1991年8月由芬兰的LinusTorvalds发布。

不断改进，直到现在。

在UNIX基础之上改进而来，免费发布。

与其它操作系统相比，Linux具有以下特色：

易管理性良好的开放性良好的可移植性虚拟内存和共享库GNU（GeneralPublicLicense）软件的支持,1.4.2Linux的基本硬件平台配置高于80386微机的系统皆可使用1.4.3主流的版本,的系统调用分析什么是系统调用？

系统调用的作用？

系统调用的工作原理？

系统调用的相关数据结构？

的系统调用设计本章结束语：

为什么要讲述操作系统？

为什么要选择来讲述操作系统原理？