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1、操作系统 罗宇 第一讲 操作系统概述目的与要求:明确该课程学习目的与要求明确该课程学习目的与要求, ,了解操作系统概念及其安装与启动了解操作系统概念及其安装与启动。重点与难点：操作系统概念操作系统概念。作业安排：安装安装WindowsWindows或或linuxlinux操作系统操作系统前言 操作系统的地位操作系统的地位教学目的教学目的教学内容教学内容教学方法教学方法学习基础学习基础学习态度学习态度学习方法学习方法参考书目参考书目* *操作系统的地位操作系统的地位计算机系统管理中心计算机系统管理中心( (相当于社会中的相当于社会中的政府地位政府地位) )最复杂最精确的人工开发的管理系统最复杂最
2、精确的人工开发的管理系统在计算机系统中不可缺少，缺少操作系在计算机系统中不可缺少，缺少操作系统，用户不可能上机使用计算机资源统，用户不可能上机使用计算机资源* *教学目的掌握操作系统概念掌握操作系统概念了解操作系统结构了解操作系统结构熟悉操作系统算法熟悉操作系统算法为高级程序设计和操作系统使用、管理、为高级程序设计和操作系统使用、管理、开发打基础开发打基础为其它课程学习提供知识保障为其它课程学习提供知识保障* *教学内容第二版，罗宇、邹鹏等编著，第二版，罗宇、邹鹏等编著，电子工业出版社，为主电子工业出版社，为主* *教学方法口授为主口授为主充分利用多媒体教学工具和网络教学工充分利用多媒体教学工
3、具和网络教学工具具讨论课讨论课( (辩论赛辩论赛) )或演示活动或演示活动上机实习上机实习* *学习基础数据结构数据结构程序设计程序设计计算机原理计算机原理汇编语言汇编语言* *学习态度为成名成家，为社会作贡献而主动学习为成名成家，为社会作贡献而主动学习培养出兴趣，有了兴趣就愿意多花时间培养出兴趣，有了兴趣就愿意多花时间坚持就是胜利，半途而废是成事的大忌坚持就是胜利，半途而废是成事的大忌*学习方法多看书，做到预习，听课，复习三部曲多看书，做到预习，听课，复习三部曲认真听课认真听课做作业，加深理解做作业，加深理解多类比联想，加深对知识的印象多类比联想，加深对知识的印象多讨论，同学之间结成讨论小组
4、多讨论，同学之间结成讨论小组认真做实习，写程序认真做实习，写程序适当看部分源代码适当看部分源代码积极参与各种课题积极参与各种课题* *参考书目Operating Systems Concepts(6Operating Systems Concepts(6thth Edition), Edition), A.SilberschatzA.Silberschatz现代操作系统（现代操作系统（Modern Operating System Modern Operating System Second Edition)Second Edition)， TanenbaumTanenbaum著著Operat
5、ing Systems internals and Operating Systems internals and design principledesign principle， William Stalling William Stalling著著MinixMinix或或LinuxLinux源代码，源代码，http:/lxr.linux.no/source/http:/lxr.linux.no/source/*第一章第一章 序论序论1.1什么是操作系统什么是操作系统操作系统操作系统:是软硬资源的控制中心是软硬资源的控制中心, ,它以尽量合它以尽量合理有效的方法组织多个任务共享使用计算机的
6、理有效的方法组织多个任务共享使用计算机的各种资源并提供使用接口。各种资源并提供使用接口。操作系统的目的操作系统的目的: :方便用户方便用户, ,提高资源利用程度。提高资源利用程度。操作系统所在层次操作系统所在层次 ：硬件操作系统应用硬件操作系统应用操作系统面面观操作系统面面观：操作系统作为特殊子程序；操作系统作为特殊子程序；操作系统作为资源管理者；操作系统组织用户操作系统作为资源管理者；操作系统组织用户（以进程方式）使用计算机。（以进程方式）使用计算机。*命命令令解解释器释器编译器编译器数数据据库库管理器管理器数数据据库库应用应用编辑器编辑器操作系统内核操作系统内核硬件层硬件层 C C库库/
7、/数学库数学库/ /图形库图形库/ /窗口库等窗口库等1.1.1计算机系统软件构成计算机系统软件构成狭义操作系统包含程序狭义操作系统包含程序: :操作系统内核。操作系统内核。广义操作系统包含程序广义操作系统包含程序: :除上述外除上述外, ,用户态运行用户态运行的命令解释器和系统调用库，及许多提供系统的命令解释器和系统调用库，及许多提供系统常用功能的实用程序常用功能的实用程序, ,库程序。库程序。系统调用库系统调用库处理机处理机主存主存ROMROM总线桥总线桥外设外设总线总线总线总线硬件层：计算机系统结构图硬件层：计算机系统结构图操作系统及其他软件在哪里？操作系统及其他软件在哪里？放在磁盘上，
8、要运行的时候放到内存里。放在磁盘上，要运行的时候放到内存里。1.1.21.1.2操作系统作为特殊子程序操作系统作为特殊子程序操作系统内核为用户层的程序提供了系统操作系统内核为用户层的程序提供了系统调用接口。系统调用可以看成是特殊的公共子调用接口。系统调用可以看成是特殊的公共子程序，因为这些程序可以被任意用户层程序调程序，因为这些程序可以被任意用户层程序调用，实现了一些公共的功能，用户不需要重复用，实现了一些公共的功能，用户不需要重复编写实现这些功能的程序而只要调用操作系统编写实现这些功能的程序而只要调用操作系统内核提供的相应系统调用即可。内核提供的相应系统调用即可。 1.1.31.1.3操作系
9、统作为资源管理者操作系统作为资源管理者为了使硬件资源充分发挥它们的作用，为了使硬件资源充分发挥它们的作用，必须允许多用户任务同时使用计算机，以便让必须允许多用户任务同时使用计算机，以便让不同的资源由不同的用户任务尽可能的同时使不同的资源由不同的用户任务尽可能的同时使用，减少资源的闲置时间。用，减少资源的闲置时间。譬如，当一个用户任务将文件从磁盘往譬如，当一个用户任务将文件从磁盘往内存缓冲区读出时，另一个用户任务可以让自内存缓冲区读出时，另一个用户任务可以让自己的程序在处理机上运行。这样的话，处理机、己的程序在处理机上运行。这样的话，处理机、内存、磁盘都忙起来了。内存、磁盘都忙起来了。资源管理包
10、含两种资源共享使用的方法资源管理包含两种资源共享使用的方法：时时分分：所所谓谓时时分分就就是是说说由由多多个个用用户户任任务务分分时时地地用用该该资资源源，除除了了上上述述的的处处理理机机外外，还还有有很很多多其其它它的的资资源源也也必必须须分分时时地地使使用用，如如输输入入输输出出控控制制器器、网网卡卡等等，这这些些控控制制部部件件必必须须分分时时地地使使用。用。空空分分：都都是是针针对对存存储储资资源源而而言言，存存储储资资源源的的空空间间可可以以被被多多个个用用户户（进进程程）共共同同以以分分割割的的方式占用。方式占用。时分共享两种不同的使用方法时分共享两种不同的使用方法独占式共享独占式
11、共享。共享使用资源是指多用户任务分共享使用资源是指多用户任务分时使用资源，独占则表示某用户任务占用该资时使用资源，独占则表示某用户任务占用该资源后，执行了对资源的多个操作，使用了一个源后，执行了对资源的多个操作，使用了一个完整的周期。完整的周期。譬如说多用户任务独占式共享使用打印机，譬如说多用户任务独占式共享使用打印机，是指多用户任务分时地共享使用该打印机，每是指多用户任务分时地共享使用该打印机，每个用户任务使用打印机时，执行了多条打印指个用户任务使用打印机时，执行了多条打印指令，打印了一个完整的对象（如完整的文件）。令，打印了一个完整的对象（如完整的文件）。用户任务需要在执行打印指令前申请独
12、占用户任务需要在执行打印指令前申请独占该打印机资源，执行完打印指令后释放。该打印机资源，执行完打印指令后释放。分时式共享分时式共享。也就是说用户任务占用该资源无也就是说用户任务占用该资源无需使用一个逻辑上的完整周期。需使用一个逻辑上的完整周期。譬如说对处理机的使用，用户程序随时都譬如说对处理机的使用，用户程序随时都可以被剥夺可以被剥夺CPUCPU，只要运行现场保存好了，下次只要运行现场保存好了，下次该用户程序再次占用该用户程序再次占用CPUCPU时就可以继续运行。时就可以继续运行。再譬如对磁盘的输入输出再譬如对磁盘的输入输出，当一个用户任当一个用户任务让磁盘执行了一条输入输出请求后，其它用务让
13、磁盘执行了一条输入输出请求后，其它用户任务又可向磁盘发输入输出请求，系统并不户任务又可向磁盘发输入输出请求，系统并不要求某个用户任务的几个输入输出请求之间不要求某个用户任务的几个输入输出请求之间不能插入其它用户任务的输入输出请求。能插入其它用户任务的输入输出请求。 1.1.41.1.4组织用户使用计算机组织用户使用计算机为了实现用户计算意图，必须让实现用户为了实现用户计算意图，必须让实现用户意图的程序执行。为了能让程序执行，首先由意图的程序执行。为了能让程序执行，首先由操作系统给程序及程序数据安排存放空间，为操作系统给程序及程序数据安排存放空间，为了能提高资源利用率，增加并发度，还必须能了能提
14、高资源利用率，增加并发度，还必须能让多个用户程序能分时占用处理机，要能够让让多个用户程序能分时占用处理机，要能够让一个程序还没运行完就让另一个程序占用一个程序还没运行完就让另一个程序占用CPUCPU运运行，就必须保存上一个程序的运行现场。因此行，就必须保存上一个程序的运行现场。因此必须要对实现各种用户意图的各个必须要对实现各种用户意图的各个程序的执行程序的执行进行描述和控制。进行描述和控制。描述程序执行的状态，现场，标识等各种描述程序执行的状态，现场，标识等各种信息，有选择地调度某个程序占用信息，有选择地调度某个程序占用CPUCPU运行，这运行，这些工作必须由操作系统完成。些工作必须由操作系统
15、完成。 课外知识：操作系统生命期操作系统开发与升级交叉开发交叉开发增量开发增量开发系统启动与关机系统初始化系统初始化( (接力赛接力赛) )进入操作系统正常控制进入操作系统正常控制关机关机*操作系统的安装操作系统开发与升级交叉开发(开发新操作系统,移植操作系统到新型处理机的机器)建立交叉开发环境目标机：操作系统将运行的机器目标机：操作系统将运行的机器工作机：开发操作系统的机器工作机：开发操作系统的机器交叉编译：在工作机上将源代码编译成交叉编译：在工作机上将源代码编译成目标机可运行代码目标机可运行代码模拟调试工具：在工作机上模拟执行目模拟调试工具：在工作机上模拟执行目标机代码标机代码内核生成环境
16、：工作机上编译链接工具内核生成环境：工作机上编译链接工具在交叉环境开发后到目标机运行*操作系统开发与升级增量开发(在已有操作系统上作内核,驱动程序更新和升级)编译系统编译系统内核调试器内核调试器内核生成环境内核生成环境打包工具打包工具( (生成生成driver,bootdriver,boot盘盘, ,系统安装系统安装盘盘)*)*操作系统的安装由由ROMROM程序从安装介质加载操作系统程序从安装介质加载操作系统loaderloader从安装介质加载并启动从安装介质加载并启动操作系统操作系统, ,检测系统检测系统配置配置, ,运行安装程序运行安装程序( (scripts)scripts)运行分区程
17、序对硬盘进行分区运行分区程序对硬盘进行分区, ,将操作系统将操作系统内核及所选软件包考入硬盘内核及所选软件包考入硬盘对系统部件进行设置对系统部件进行设置（重新生成（重新生成操作系统操作系统内核放在盘上）内核放在盘上）重新启动（这时启用硬盘上的内核）重新启动（这时启用硬盘上的内核）（进一步配置系统（进一步配置系统, ,重新启动）重新启动）* *操作系统部件驱动程序安装过程示例驱动程序安装到硬盘驱动程序安装到硬盘在系统配置文件中登记在系统配置文件中登记( (可能重链内核可能重链内核) )关机关机, ,插硬件插硬件, ,重启重启操作系统初始化时加载驱动程序操作系统初始化时加载驱动程序*当前系统一般都
18、支持Plug&Play方式动态带电插入硬件及动态加载其驱动程序。系统启动与关机系统启动过程(在多处检测系统设备)加电加电, ,激活激活ROMROM程序程序ROMROM程序检测系统配置程序检测系统配置, ,加载加载MBRMBR程序程序, ,MBRMBR程程序加载序加载操作系统操作系统Loader,Loader,操作系统操作系统LoaderLoader 加加载载操作系统操作系统进入进入操作系统操作系统初始化初始化, ,根据系统配置等准备根据系统配置等准备系统表格系统表格, ,加载加载Driver,Driver,标识设备标识设备(对新增对新增加设备加设备, ,应在上次进行应在上次进行DriverDriver安装或将安装或将DriverDriver加入内核。现代系统已能在发现新硬加入内核。现代系统已能在发现新硬件后动态安装并加载件后动态安装并加载driver)driver)进入进入操作系统操作系统正常控制正常控制*系统启动与关机关机回写数据入盘回写数据入盘将外设归初态将外设归初态Kill Kill 所有进程所有进程断电断电* *
