1、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)原理，本課程介紹本課程的水平。計(jì)算機(jī)課程的一般劃分(專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)理論、應(yīng)用型)本課程水平的特點(diǎn)(專業(yè)理論)。在理解的基礎(chǔ)上記住理論知識(shí)，注重實(shí)踐環(huán)節(jié)(實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì))。經(jīng)典算法必須掌握(理解、練習(xí))與本課程相關(guān)的課程：1)計(jì)算合成原理2)C程序設(shè)計(jì)3)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，開放課程，2。為什么要學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)？在設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)或修改現(xiàn)有系統(tǒng)時(shí)，有大量的“操作系統(tǒng)”，這是人們沒有意識(shí)到的。嵌入式操作系統(tǒng)加深了對(duì)所用操作系統(tǒng)的理解，有利于深入編程。為了開發(fā)應(yīng)用程序，用戶必須處理操作系統(tǒng)。編程時(shí)，他們可以學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和算法。操作系統(tǒng)中使用的許多概念和技能可以推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域。選擇購買操

2、作系統(tǒng)。我們并不總是使用Win95/NT/2000/XP。我們學(xué)什么和教什么？本課程的主要知識(shí)體系包括：操作系統(tǒng)介紹(第1章)、進(jìn)程管理(第2章)、處理器調(diào)度和死鎖(第3章)、內(nèi)存管理(第4章)、設(shè)備管理(第5章)、文件管理(第6章)、開講講座(第4章)。通過理論課學(xué)習(xí)本課程的收獲：通過實(shí)踐課深刻理解操作系統(tǒng)原理：熟悉具體的操作系統(tǒng)Linux，熟悉，開講，5，學(xué)習(xí)方法，態(tài)度如何學(xué)習(xí)1。學(xué)習(xí)方法注重理論教學(xué)，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，相輔相成。在學(xué)習(xí)過程中，注意理解和掌握基本概念和方法。充分利用實(shí)習(xí)條件，加深對(duì)課堂知識(shí)的理解，提高實(shí)踐能力。要求：做好上機(jī)前的準(zhǔn)備，獨(dú)立完成上機(jī)練習(xí)。2.及時(shí)與老師溝通學(xué)

3、習(xí)態(tài)度。開講，6，教材計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，唐西安電子科技大學(xué)出版社，參考教材操作系統(tǒng)：設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，王鵬譯，電子工業(yè)出版社，自編操作系統(tǒng)，俞源譯，電子工業(yè)出版社，Unix/Linux編程實(shí)踐教材，楊宗元譯，清華大學(xué)出版社，Windows操作系統(tǒng)原理，機(jī)械工業(yè)出版社，第一章操作系統(tǒng)導(dǎo)論， 1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和功能1.2操作系統(tǒng)的開發(fā)過程1.3操作系統(tǒng)的基本特征1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.5操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和功能1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)目前有多種類型的操作系統(tǒng)，不同類型的操作系統(tǒng)對(duì)其目標(biāo)有不同的強(qiáng)調(diào)。 通常，在計(jì)算機(jī)硬件上配置的操作系統(tǒng)有以下目標(biāo)：1 .有效性2。便利3。擴(kuò)展性4

4、。開放性1.1.2操作系統(tǒng)的功能1。操作系統(tǒng)是用戶和計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口，圖1-1是操作系統(tǒng)的界面示意圖。2.作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者，操作系統(tǒng)可分為四類：處理器、內(nèi)存和輸入/輸出。相應(yīng)地，操作系統(tǒng)的主要功能是有效地管理這四類資源，即：處理器管理；內(nèi)存管理；輸入輸出設(shè)備管理；文件管理。因此，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者。3.操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)資源的抽象。虛擬機(jī)：覆蓋了軟件機(jī)器。操作系統(tǒng)是做什么的？#包含int main(int argc，char * argv)puts(hello world)；返回0；用戶告訴操作系統(tǒng)執(zhí)行hello程序。操作系統(tǒng)找到程序，檢查其類型檢查程序頭，找

5、到文本和數(shù)據(jù)的地址。當(dāng)找到第一個(gè)磁盤塊父進(jìn)程時(shí)，文件系統(tǒng)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的子進(jìn)程。當(dāng)執(zhí)行hello程序時(shí)，操作系統(tǒng)需要將執(zhí)行文件映射到進(jìn)程結(jié)構(gòu)。操作系統(tǒng)設(shè)置中央處理器上下文環(huán)境，并在程序開始時(shí)跳轉(zhuǎn)到程序的第一條指令來執(zhí)行，但失敗了。當(dāng)缺頁中斷發(fā)生時(shí)，操作系統(tǒng)分配一頁內(nèi)存，從磁盤讀取代碼，繼續(xù)執(zhí)行更多缺頁中斷，讀取更多頁程序以執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，在文件描述符中寫入字符串，并檢查字符串的位置是否正確。操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)字符串被發(fā)送到的設(shè)備是一個(gè)偽終端。進(jìn)程控制操作系統(tǒng)向進(jìn)程發(fā)送字符串。該過程告訴窗口系統(tǒng)它想要顯示字符串。窗口系統(tǒng)確定這是合法操作，然后將字符串轉(zhuǎn)換為像素。窗口系統(tǒng)將像素寫入存儲(chǔ)圖像區(qū)域。視頻硬件將

6、像素表示轉(zhuǎn)換成一組模擬信號(hào)來控制顯示(重繪屏幕)。顯示器發(fā)出電子束。你在屏幕上看到你好的世界。操作系統(tǒng)提供一系列服務(wù)：多任務(wù)處理、內(nèi)存保護(hù)、內(nèi)存管理、網(wǎng)絡(luò)、文件訪問、設(shè)備控制、用戶界面錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)系統(tǒng)、硬件控制、安全，什么是操作系統(tǒng)？定義：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存在形式、位置和功能。定義1 :操作系統(tǒng)是一套控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，合理調(diào)整各種工作，方便用戶使用的程序。定義2 :操作系統(tǒng)可以在核心狀態(tài)下運(yùn)行，可以根據(jù)程序要求直接控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源。一組具有某種復(fù)雜邏輯算法關(guān)系的程序集。定義3 :操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)軟件，它管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源，合理地

7、組織計(jì)算機(jī)工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個(gè)強(qiáng)大而方便的工作環(huán)境，從而在計(jì)算機(jī)和用戶之間起到一種接口作用。1.1.3操作系統(tǒng)發(fā)展的主要推動(dòng)力，操作系統(tǒng)的R&D過程是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新的過程，而操作系統(tǒng)發(fā)展的矛盾動(dòng)力源：歸結(jié)為四個(gè)方面：不斷提高計(jì)算機(jī)資源的利用率；方便用戶；設(shè)備的持續(xù)升級(jí)；計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)：的不斷發(fā)展的足跡不足以滿足新的需求、新的理論和設(shè)計(jì)，1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程，無操作系統(tǒng)時(shí)代操作系統(tǒng)的出現(xiàn)(45至50年代中期)，單通道批處理系統(tǒng)的形成(50年代)，多通道批處理系統(tǒng)(60年代早期)，分時(shí)系統(tǒng)(60年代中期)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)(60年代中期)，1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程，1

8、.2.1沒有操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，1。手動(dòng)操作模式有以下兩個(gè)缺點(diǎn)：(1)用戶壟斷了整個(gè)機(jī)器。(2)中央處理器等待手動(dòng)操作。2.離線輸入輸出模式。這種離線輸入輸出模式的主要優(yōu)點(diǎn)如下：減少了中央處理器的空閑時(shí)間。(2)提高輸入輸出速度。圖1-2離線輸入/輸出示意圖，1.2.2單批次處理系統(tǒng)，1。簡(jiǎn)單批處理系統(tǒng)的處理流程，圖1-3單批處理系統(tǒng)的處理流程，2。單批處理系統(tǒng)的特點(diǎn)，因?yàn)橄到y(tǒng)分批處理作業(yè)，并且只在內(nèi)存中保留一個(gè)作業(yè)，所以稱為單向批系統(tǒng)，這是最早的操作系統(tǒng)。嚴(yán)格地說，它只能被視為操作系統(tǒng)的前身，而不是現(xiàn)在人們所理解的操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：(1)自動(dòng)化。(2)順序。(3)單向。1.2

9、.3多通道批處理系統(tǒng)1。多通道編程的基本概念為了進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，在20世紀(jì)60年代中期引入了多通道編程技術(shù)，從而形成了多通道批處理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，用戶提交的作業(yè)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器中，并排列成一個(gè)隊(duì)列，稱為“備份隊(duì)列”；然后，根據(jù)某個(gè)算法，作業(yè)調(diào)度器從備份隊(duì)列中選擇幾個(gè)作業(yè)，并將它們轉(zhuǎn)移到內(nèi)存中，以便它們可以共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。多通道編程技術(shù)：將多個(gè)作業(yè)或程序放在內(nèi)存中，使它們?cè)诠芾沓绦虻目刂葡陆惶孢\(yùn)行，并共享其他資源，如處理器時(shí)間和外部設(shè)備。將多通道編程技術(shù)引入操作系統(tǒng)可以帶來以下好處：提高CPU利用率。(2)提高內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備的利用率。(3)提高系統(tǒng)吞吐量。2

10、。多通道批處理系統(tǒng)的特點(diǎn)，多通道。(2)紊亂。(3)調(diào)度。宏觀上并行：內(nèi)存中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序，每個(gè)程序在一定時(shí)間內(nèi)都有不同程度的進(jìn)步。微觀串行：在任一時(shí)間內(nèi)，最多一個(gè)作業(yè)占用一個(gè)中央處理器，多個(gè)程序交替使用中央處理器。3.多通道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，資源利用率高。(2)系統(tǒng)吞吐量大。(3)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)。(4)沒有互動(dòng)能力。4.多通道批處理系統(tǒng)需要解決的問題，處理器管理問題。(2)內(nèi)存管理。(3)輸入輸出設(shè)備管理。(4)文件管理。(5)運(yùn)營(yíng)管理。1.2.4分時(shí)系統(tǒng)，1。分時(shí)系統(tǒng)(time-sharing system)如果說多通道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要推動(dòng)力是提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，那么

11、分時(shí)系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要推動(dòng)力是用戶的需求。換句話說，分時(shí)系統(tǒng)是為滿足用戶需求而形成的一種新型操作系統(tǒng)。用戶的需求體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)人機(jī)交互。(2)共享主機(jī)。(3)方便用戶使用電腦。2.分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題為了實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)，最關(guān)鍵的問題是如何讓用戶與自己的工作進(jìn)行交互，也就是說，當(dāng)用戶在自己的終端上輸入命令時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該能夠及時(shí)接收并處理這些命令，然后將結(jié)果返回給用戶。之后，用戶可以繼續(xù)輸入下一個(gè)命令，即人機(jī)交互。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，即使多個(gè)用戶同時(shí)通過他們自己的鍵盤輸入命令，系統(tǒng)也應(yīng)該能夠及時(shí)接收和處理這些命令。(2)及時(shí)處理。分時(shí)系統(tǒng)，3。分時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)，多渠道。(2)獨(dú)立性。(3)及

12、時(shí)性。(4)交互性。1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)，即所謂的“實(shí)時(shí)”，意思是“及時(shí)”，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)能夠及時(shí)(或立即)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)運(yùn)行。1.應(yīng)用要求，實(shí)時(shí)控制。(2)實(shí)時(shí)信息處理。3。實(shí)時(shí)系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)比較。(2)獨(dú)立性。(3)及時(shí)性。(4)交互性。(5)可靠性。批處理、分時(shí)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)是三種基本的操作系統(tǒng)類型。一個(gè)實(shí)際的操作系統(tǒng)可能有三個(gè)或兩個(gè)功能，所以它被稱為通用操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)，什么是嵌入式系統(tǒng)？在所有種類的設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，執(zhí)行特定功能的軟件和硬件系統(tǒng)是大型設(shè)備、裝置或系統(tǒng)的一部分，它可能不是“計(jì)算機(jī)”。通常，大型設(shè)備、

13、裝置或系統(tǒng)在反應(yīng)性環(huán)境或?qū)μ幚頃r(shí)間有嚴(yán)格要求的環(huán)境中工作。因?yàn)樗鼈兦度朐诟鞣N設(shè)備、設(shè)備或系統(tǒng)中，所以被稱為嵌入式系統(tǒng)，嵌入式操作系統(tǒng)運(yùn)行在嵌入式智能芯片環(huán)境中。系統(tǒng)軟件用于統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制整個(gè)智能芯片等資源以及由其安裝和控制的各種組件。嵌入式系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)稱為嵌入式操作系統(tǒng)，它具有典型的嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)，完成一個(gè)或有限的功能；非通用對(duì)性能和實(shí)時(shí)性有嚴(yán)格的限制。能源、成本和可靠性通常是影響設(shè)計(jì)的重要因素。它們占用的資源較少，并且易于連接。系統(tǒng)功能可以定制、調(diào)整和生成，以滿足最終產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求。嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，操作系統(tǒng)的分類，批處理操作系統(tǒng)(多批處理)，分時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)操作

14、系統(tǒng)，嵌入式操作系統(tǒng)，個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，分布式操作系統(tǒng)，1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的開發(fā)，單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)，多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，1.3操作系統(tǒng)的基本特征，并發(fā)共享，虛擬異步，并發(fā)，是指在內(nèi)存中放置多個(gè)作業(yè)，每個(gè)作業(yè)在一定的時(shí)間段內(nèi)可以不同程度地向前移動(dòng)。但是在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)只能占用一個(gè)中央處理器。與并發(fā)性相關(guān)的兩個(gè)概念：串行：一次只能將一個(gè)作業(yè)放入內(nèi)存，并且只有當(dāng)它完全執(zhí)行后，其他作業(yè)才能進(jìn)入內(nèi)存執(zhí)行。并行性：在具有多個(gè)處理器的環(huán)境中，多個(gè)作業(yè)被放入內(nèi)存，并且在任何時(shí)間點(diǎn)，多個(gè)作業(yè)可以在不同的處理器上同時(shí)執(zhí)行。1.3.2共享在操作系統(tǒng)環(huán)境中，所謂的共享是指系統(tǒng)中的資源可以被內(nèi)

15、存中的多個(gè)并發(fā)進(jìn)程(線程)使用。由于不同的資源屬性，流程以不同的方式共享資源。目前，資源共享主要有以下兩種方式。1?；コ夤蚕砟Ｊ剑?。同時(shí)訪問模式，1.3.3虛擬：一個(gè)物理實(shí)體被映射到時(shí)間共享或空間共享中的幾個(gè)相應(yīng)的邏輯實(shí)體。虛擬化是操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源的重要手段，可以提高資源利用率。各種虛擬技術(shù)：每個(gè)CPU用戶(進(jìn)程)的虛擬處理器內(nèi)存和每個(gè)進(jìn)程(指令數(shù)據(jù)堆棧)占用的地址空間顯示設(shè)備的多窗口或虛擬終端，1.3.4異步，其中進(jìn)程以不可預(yù)測(cè)的速度前進(jìn)，即進(jìn)程的異步。即便如此，只要運(yùn)行環(huán)境相同，多次運(yùn)行后作業(yè)將獲得完全相同的結(jié)果。因此，允許異步操作，這是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要特性。1.4操作系統(tǒng)的主要功

16、能包括：處理器管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件管理和用戶界面。，1。過程控制2。進(jìn)程同步3。過程通信4。調(diào)度，1.4.1處理器管理功能，1.4.2內(nèi)存管理功能，目的：為多通道程序的并發(fā)執(zhí)行、任務(wù)內(nèi)存分配、內(nèi)存保護(hù)、地址映射、內(nèi)存擴(kuò)展提供良好的環(huán)境，1.4.3設(shè)備管理功能，具有多種被管理設(shè)備和不同用途，主機(jī)和外設(shè)并行工作，速度極不匹配，且級(jí)別差異很大。任務(wù)緩沖區(qū)管理設(shè)備分配設(shè)備分配，1.4.4文件管理功能，管理對(duì)象：軟件資源任務(wù)文件存儲(chǔ)空間管理目錄管理文件讀/寫管理和，四種資源：處理器，內(nèi)存，設(shè)備，文件資源管理有一個(gè)共同點(diǎn)：記錄資源的使用情況，按照一定的策略分配資源，以及恢復(fù)資源，這些通常由一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理。1.4.5用戶界面、命令界面、程序界面、圖形界面、1.5操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、非結(jié)構(gòu)化操作系統(tǒng)、模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分層操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、微內(nèi)核操作系統(tǒng)、非結(jié)構(gòu)化操作系統(tǒng)、操作系統(tǒng)是眾多進(jìn)程的集合，它們可以相互調(diào)用，缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)。一方面，調(diào)試?yán)щy，程序中存在許多錯(cuò)誤；另一方面，維護(hù)很困難。程序難以閱讀和理解?；凇胺纸狻焙汀澳K化”原則的模塊化操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加清晰。優(yōu)點(diǎn)：正確性、可理解性和可維護(hù)性；適應(yīng)