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1、第一 章操作系统引论,游佐荣,1.1什么是操作系统,定义：控制和管理计算机系统硬件和软件资源，合理组织计算机工作流程，方便用户的程序集合。,没有系统的计算机就是裸机,地位：处于计算机层次中硬件层上，是硬件的第一场扩充，实现了操作系统全部功能，并提供了用户的相应接口,接口：掩盖内部细节向外部提供使用约定,1.1什么是操作系统,现代操作系统的特征1.并发性2.共享性3.虚拟性4.不确定性操作系统的目的提高计算机系统效率，增强系统的处理能力和方便用户使用。,1.2多道程序设计,目的：充分利用计算机的资源尽可能让他们并行工作。硬件基础：中断系统和通道技术特点：多道,宏观并行，微观串行。,1.2多道程序
2、设计,中断：对异步或例外事件的一种响应，这一响应自动保存CPU状态一遍下一次使用，并自动转入规定的中断处理程序。,断点,恢复点,中断入口地址,P1,P2,P1,P1数据输入或输出,CPU,通道,T,资源,新PSW,旧PSW,现行PSW,中断机构,1.2多道程序设计,中断处理过程：当程序因为响应事件发生中断后由中断处理机构判别中断类型，保护旧PSW，并取出新PSW让其他程序运行，然后由取出中断码，找到对应的中断处理程序来处理中断，当处理结束后中断现有程序的运行，恢复原来保存的PSW来运行原有程序处理数据。,1.2多道程序设计,中断类型：I/O中断外中断程序中断硬件故障中断访管中断,陷入,自陷,捕
3、俘,陷入,自陷,捕俘,陷入,自陷,访管指令,1.2多道程序设计,通道技术目的：让CPU与外设之间有更高的并行能力，让种类繁多，特性各异的物理设备以标准接口连接到计算机。定义：I/O处理机，完成主存与外设之间的信息传输，与CPU并行工作。,1.2多道程序设计,结构四级连接，三级控制主存通道控制器设备CPU分类:字节多路通道(字符设备)选择通道(块设备)数组多路通道,层次结构,控制信号,数据信号,1.2多道程序设计,多道程序的原理:使用中断系统和通道技术,让程序在使用通道期间,由中断程序使CPU不空等执行其他的程序,从而使多道程序同时运行,当中断处理完成后中断当前程序返回原有程序继续处理.,1.2
4、虚拟处理机,虚拟处理机和虚拟计算机:当在多道程序运行时让每个程序都认为自己拥有对处理机的控制权和使用权,而认为都拥有独立的处理机,但是这种处理机是逻辑的,而物理的处理机只有一个,这种逻辑的处理机就称为虚拟处理机.配置了操作系统的计算机是一台比原理物理计算机功能更强大的计算机,这种逻辑的计算机就是虚拟计算机.,1.3系统调用,系统调用又称为系统功能调用功能是为用户提供系统的一系列功能,供编程时使用.,系统态,计算机程序,用户程序,系统程序,用户态,管态,特权态,算态,运行现场区分程序类型,1.3系统调用,运行现场:处理机在执行程序过程中任一时刻的状态信息的集合.指令计数器,程序状态寄存器,通用寄
5、存器,特殊控制寄存器P 0管,1算.PP 00管,11算,程序状态字寄存器(PSW),1.3系统调用,为什么要区分状态:为了让计算机中的系统程序能够控制和管理用户程序的运行,需要给系统程序赋予特权,就需要在运行时进行划分,为此采用标志触发器来设置程序状态.,1.3系统调用,特权指令:只能在管态下运行的专用机器指令.(1)传递程序状态字(2)启动,测试和控制外设指令(3)存取特殊硬件寄存器指令访管指令用户程序使用一条指令从算态进入管态,在管态下由操作系统完成功能再返回到用户程序.这条指令就是访管指令,在算态下无法使用,功能是实现访管中断,1.3系统调用,系统调用的定义:用户程序使用访管指令 调用
6、的由操作系统提供的子功能的集合.使用陷入指令(trap)来构造系统调用.直接调用。间接调用（功能号为0）区别：直接调用除可使用寄存器传递参数外，其他参数跟着指令的后面，而间接调用trap指令后面跟的是指向程序数据区的指针（该指针指向另一个系统调用。）,1.3系统调用,UNIX常见的系统调用：1.有关进程控制的调用2.有关进程通信的调用3.有关存储管理的调用4.有关设备管理的调用5.有关文件系统的调用6.有关系统管理的调用,1.4 单机操作系统,只有一个处理机的系统。单用户操作系统批处理系统分时系统实时系统,1.4 单机操作系统,单用户操作系统系统只支持一个用户使用，用户占用所有资源。MS-DO
7、S批处理系统作业批量处理，提高系统处理能力，采用SPOOLING技术（单道，多道）响应时间：作业提交到作业完成的时间。,1.4 单机操作系统（UNIX）,分时两个或两个以上的事件按时间划分轮流使用计算机某一资源分时的时间单位叫做时间片分时系统多个用户分时使用计算机，这样的系统就称为分时系统特点：同时，交互（主要属性），独立，及时,调入：从辅助存储到主存调出：从主存到辅助存储,响应时间：从终端发出指令到执行指令的时间T=n q,1.4 单机操作系统,实时系统实时控制系统（如火箭发射控制）实时处理系统（如ATM机）特性（设计考虑的问题）1.实时时钟管理2.连续人机对话3.过载的防护4.高可靠性（实
8、时的要求）,1.5多机操作系统,计算机网络系统分布式计算机系统多处理机系统,在整个系统的中拥有多个处理机同时工作，具有复杂性，并行性，共享资源的特性,1.5多机操作系统,分布式系统：是一个由多台计算机组成的系统，在用户看来拥有的是一台单道的计算机，而这台计算机是一台功能扩大了的虚拟机。条件：(1)系统中任意两天计算机可以通信交换信息(通信)(2)系统中个计算机无主次之分(平等)(3)系统中的资源为所有用户共享(资源共享)(4)系统中若干台可以同时完成同一任务(并行计算)相互制约,自治性,透明性,协同性,1.5多机操作系统,分布式系统与集中式系统的特点（对比）1.系统状态不精确性2.控制机构复杂
9、性3.通信开销引起性能下降结构每个计算机都有相同的内核，在内核上有各自的功能模块（可以节省系统开销和保证系统的坚定性）,1.5多机操作系统,分布式系统的通信采用消息传递方式，由通信原语完成分布式系统的同步具有以下特点：（1）信息分散在各计算机上（2）进程的决定仅依赖于本地信息（3）一个节点的故障不会引起整个系统崩溃（4）没有公用的时钟和其他全局的时间源为此解决的办法是采用逻辑时钟来解决同步问题,1.5多机操作系统,采用时间戳（逻辑时钟）若在单机内进程AB则，C(A)C(B)若在不同节点上，A与B有同步关系且A先发生于B才能发生则有C(A)C(B)对任何时间C(A)!=C(B)分布式资源管理采用分布式管理（集中分布式与完全分布式两种），与集中式管理的区别在于，对同类资源采用对个管理者还是一个管理者。,
