windows操作系统原理.ppt

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1、第一章 操作系统概述l操作系统的概念l操作系统的历史l操纵系统的特性l操作系统的类型l操作系统的运行环境l操作系统的界面形式l操作系统的运行机理1.1 操作系统概念l操作系统地位l操作系统作用l操作系统定义What is operating system?What is operating system?1.1.1 操作系统地位l硬件抽象层（HAL）之上l所有其它软件层之下硬件（HAL）OS其它系统软件层应用软件层运行视图l系统库(lib)可调用操作系统，执行硬件指令l应用程序可以调用lib和操作系统，执行硬件指令硬件(HAL)操作系统系统库应用程序机器指令系统调用库调用1.1.2 操作系统的

2、作用l管理系统中软件硬件资源CPU内存设备文件l为用户(应用程序)提供良好的服务(界面)APIGUI1.1.3 操作系统定义l操作系统是位于硬件层(HAL)之上，所有其它软件层之下的一个系统软件，是管理系统中各种软硬件资源，方便用户使用计算机系统的程序集合。Operating supervisorOperating supervisormonitoring program monitoring program 1.2 操作系统的历史l操作系统的产生手工操作阶段成批处理阶段执行系统阶段l操作系统的完善多道批处理系统分时系统实时处理系统通用操作系统l操作系统的发展网络操作系统分布式操作系统多处理机

3、操作系统单用户操作系统面向对象操作系统嵌入式操作系统智能卡操作系统1.3 操作系统特性l程序并发性多个程序在宏观上同时向前推进并发(concurrent)vs.并行(parallel)l资源共享性多个程序共用系统中的各种软硬件资源在操作系统的协调和控制下1.4 操作系统类型l多道批处理操作系统(batch processing system)l分时操作系统(time-sharing system)l实时操作系统(real time system)l通用操作系统(multi-purpose system)l单用户操作系统(single user system)l网络操作系统(network op

4、erating system)l分布式操作系统(distributed operating system)l多处理机操作系统(multi-processor system)l嵌入式操作系统(embedded operating system)l智能卡操作系统(smart-card operating system)作业（作业（Job)Job)：程序程序+数据数据+说明书（说明书（JCLJCL编写）编写）结果：程序运行结果结果：程序运行结果+记帐信息记帐信息主机输入井输出井输出机输入机作业结果SPOOLing输入作业调度（1）作业调度（2）SPOOLing输出1.4.1 多道批处理系统（off-

5、line）1.4.1 多道批处理系统(cont.)l输入井作用缓冲(速度匹配作用)实现作业调度(job scheduling)l输出井作用缓冲(速度匹配作用)Buffering:Buffering:处理数据到达与离开处理数据到达与离开速度不一致速度不一致1.4.1 多道批处理系统(Cont.)l主机中作业合理搭配目标1：提高资源利用率(eg.计算型+IO型)目标2：提高吞吐量(throughput)l特点多道：系统中同时容纳多个作业成批：作业分批进入系统分时处理分时处理终端请求终端请求界面界面1 1：交互式命令语言：交互式命令语言(egeg.shell,command.shell,comman

6、d)界面界面2 2：图形用户界面：图形用户界面(GUIGUI)1.4.2 分时操作系统（On-line）Time Sharing OSTime Sharing OSHALHAL终端终端终端终端终端终端.1.4.2 分时操作系统(Cont.)l特点：多路性：一个主机与多个终端相连；交互性：以对话的方式为用户服务；独占性：每个终端用户仿佛拥有一台虚拟机。l典型系统：Multics(MIT)UNIX1.4.3 实时操作系统l实时控制工业控制，军事控制，医疗控制，.l实时信息处理航班定票，联机情报检索，.实时控制HALHALReal Time Real Time OSOS被控对象被控对象A/DA/DD

7、/AD/At1t1t2t2t t2 2-t t1 1:response time:response time实时信息处理 HALHALReal Time Real Time OSOS.终端终端终端终端终端终端通常为远程终端通常为远程终端特点：特点：（1 1）响应及时（）响应及时（prompt responseprompt response）（2 2）可靠性高（）可靠性高（high reliabilityhigh reliability）1.4.4 通用操作系统(multi-purpose OS)l同时具有：分时、实时、批处理功能。l目标：提高处理能力;扩展应用领域。l常见模式:分时(前台)+批

8、处理(后台)（eg.GCOS-8）实时(前台)+批处理(后台)Foreground/BackgroundForeground/BackgroundSystemSystem1.4.5 单用户操作系统l同一时刻仅有一个用户使用的系统l应用领域：台式机，笔记本，.l特点：单用户，多进程，多线程不同的程序，不同的进程；不同的程序，不同的进程；相同的程序相同的程序,不同的线程不同的线程1.4.6 网络操作系统DOS3DOS3host3host3NOS2NOS2host2host2PrinterPrinter建立在宿主操作系统之上，提供网络通讯、网建立在宿主操作系统之上，提供网络通讯、网络资源共享、网络服

9、务的软件包。络资源共享、网络服务的软件包。NOS1NOS1host1host1网络操作系统的目标l相互通讯l资源共享（信息，设备）l提供网络服务database serverftp servere-mail servertelnet serveretc.No Transparent view1.4.7 分布式操作系统l紧耦合：(tightly coupled)由多机系统发展而来（多CPU）有公共内存多处理机操作系统CPUCPU内存内存CPUCPUCPUCPU1.4.7 分布式操作系统l松散耦合：(loosely coupled)由计算机网络发展而来（多Host)无公共内存，无公共时钟DOSDO

10、Shost3host3DOSDOShost2host2DOSDOShost1host11.4.7 分布式操作系统(Cont.)l分布式操作系统特征:统一的操作系统 资源的进一步共享可靠性 透明性 1.4.7 分布式操作系统(Cont.)l目标：进一步共享资源，使负载均衡，计算加速。CPU内存l途径：迁移（migration）作业迁移进程迁移（线程一般随同进程迁移）l例子：Solaris MC1.4.8 多处理机操作系统l多处理机系统具有公共内存的多CPU系统l对称多处理机系统(SMP)没有主从关系的多处理机系统l多处理机操作系统有效管理和使用多个CPU的操作系统复杂性：多个主动体（CPUs)l

11、例子：UNIX,Linux,Windows1.4.9 嵌入式操作系统l嵌入在掌上电脑、通讯设备、车载系统、信息家电等非计算机类设施上的操作系统。l特点：微内核结构（Micro-kernel），许多操作系统功能以应用程序模式运行。l例子：Win CE.NET（维纳斯）PalmOSHOPEN（女娲）1.4.10 智能卡操作系统l智能卡CPU芯片ROMl面向Java的智能卡JVM解释程序下载Java applet并执行lSC-OS支持多个applet并发执行必要的资源管理1.5 操作系统运行环境l定时装置l系统栈l特权指令与非特权指令l处理机状态及状态转换l地址映射机构l存储保护设施l中断装置l通道

12、与DMA控制器lIO保护1.5.1 定时装置l绝对时钟：记载实际时间，不发中断。l间隔时钟：定时发生中断，一般间隔单位为“毫秒”。间隔时钟是实现多道程序的基础保证操作系统获得控制权。其它中断也进入操作系统，但是否发生，何时发生没有保障。1.5.2 系统栈(system stack)l作用保存中断现场保存子程序转移返回点、参数、局部变量、返回值l位置操作系统区域StackStack vs.vs.heapheap1.5.3 特权指令与非特权指令l特权指令（privileged instruction）只有在管态才能执行的指令(影响系统状态)l关中断，置程序状态字，停机，IO，.l非特权指令（non

13、-privileged instruction）所有程序可用(不影响系统状态)l取数，四则运算，1.5.4 处理机状态及状态转换l处理机状态系统态（system mode）(管态，核态)用户态（user mode)(目态，常态)l状态转换管态 目态(置程序状态字)目态 管态(中断，trap)Dual mode Dual mode operationoperation例子：lIBM 360/370 PSW 状态位（0，1）lModern PC now support 4 modes:R0（权限最强）R1R2R3（权限最弱）Only R0,R3 are used,nowOnly R0,R3 are

14、 used,now1.5.5 地址映射机构l逻辑地址 物理地址逻辑地址(虚地址)：程序中产生的地址物理地址(实地址)：存储器地址Address mapping by softwareAddress mapping by softwareis possible,but very inefficient.is possible,but very inefficient.1.5.6 存储保护设施l防止应用程序侵犯操作系统空间;侵犯其它用戶空间.l地址检查越界检查;越权检查（对共享区域）.1.5.7 中断装置l发现并响应中断的硬件机构当前（PSW，PC）系统栈中断向量（PSW，PC）寄存器1.5.8

15、通道与DMAl通道：负责IO操作的处理机通道指令系统l读写操作l控制操作l转移操作通道运控部件l通道地址字CAWl通道命令字CCWl通道状态字CSWl通道数据字CDWlDMA？没有独立指令系统简单块传输Any other difference?Any other difference?1.5.9 IO保护l定义所有IO指令为特权指令。方便使用防止发生冲突1.6 操作系统界面形式l交互终端命令（Command Language）Eg.UNIX shell$命令名 -选项 参数l图形界面（GUIGraphic User Interface）UNIX shell interfacel优点:缩小核心不

16、同用户可以选择不同界面UNIX硬件shellshellshell终端终端终端1.6 操作系统界面形式(Cont.)l作业控制语言（Job Control Language）作业标识语句l用户标识，作业标识，帐号作业步语句(编译、连接装配、执行）资源描述语句l内存需求，计算时间，其它资源Goto语句（正向转移）l作业控制无循环1.6 操作系统界面形式(Cont.)l系统调用命令（OS API）高级语言形式lfd=open(file_name,mode)汇编语言形式l准备参数ltrap nl取返回值如何转换？1.7 操作系统的运行机理l操作系统运行机理:硬件程序程序中断处理程序切换中断置pswOS

17、1.8.1 Linux系统 l历史1991,0.01版l运行于intel80386，仅支持Minix文件系统，支持有限的设备驱动程序，无网络支持.1994,1.0版l支持UNIX标准TCP/IP协议，BSD兼容的socket网络通讯协议，增强的文件系统，SCSI控制器对文件的高效访问，以及其它设备驱动程序.1995,1.2版l最后一个仅在PC平台上运行的Linux.1996,2.0版l运行于多种平台，支持对称多处理，同时增强了存储管理功能，支持核心级线程，模块动态连接等可运行于Sun Sparc,PowerMac等硬件平台.lLinux特点：源代码开放,免费系统稳定可靠；速度快，效率高；内核模块化好，允许第三方配置文件系统及设备管理程序；功能完善；具有网络支持优势；标准化好.1.8.2 Windows2000/XP系统 l基于NT技术构建的面向个人计算几平台的操作系统，本质上属于单用户系统，但可以组网并提供网络服务.l特点具有多任务(包括多进程、多线程)管理功能，支持对称多处理支持客户/服务器计算模式 在设计上大量采用了面向对象思想，提供友好的图形操作界面 不是“纯”的微内核结构，许多系统服务功能已被放入核心