操作系统简明教程PPT第6章1.ppt
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1、第第6章章 UNIX系统内核系统内核1 16.1 概概 述述UNIXUNIX系统是一个系统是一个系统是一个系统是一个通用通用通用通用的、的、的、的、多用户多用户多用户多用户、多任务分时多任务分时多任务分时多任务分时操作系统操作系统操作系统操作系统.UNIX系统包括系统包括UNIX操作系统内核和运行操作系统内核和运行在内核之上的用户程序集、库,以及其它实用在内核之上的用户程序集、库,以及其它实用工具,工具,UNIX操作系统内核为这些应用提供运操作系统内核为这些应用提供运行环境和各种系统服务。行环境和各种系统服务。早期的系统核心是无序结构,模块(函数)早期的系统核心是无序结构,模块(函数)直接相互
2、调用;而现在的直接相互调用;而现在的UNIX版本都采用层版本都采用层次结构。次结构。为了便于系统移植,实现了功能的可裁剪性为了便于系统移植,实现了功能的可裁剪性和规模的可伸缩性,和规模的可伸缩性,Mach系统采用了微内核系统采用了微内核结构和线程概念,支持结构和线程概念,支持Client/Server模型。模型。2 2UNIX版本简介版本简介 1)BSD 伯克利小组做出了许多贡献,包括虚拟存储、伯克利小组做出了许多贡献,包括虚拟存储、TCP/IP的集成、快速文件系统(的集成、快速文件系统(FFS)、可靠)、可靠的信号机制以及的信号机制以及Socket等先进技术,尤其是将等先进技术,尤其是将TC
3、P/IP网络协议族集成到了网络协议族集成到了UNIX中中.用伯克利用伯克利开发的新源代码替代了原来的开发的新源代码替代了原来的UNIX源代码。源代码。3 32)System V 在技术上,在技术上,System V引入了许多新特征引入了许多新特征和新设施,和新设施,“区区”结构的虚存实现与结构的虚存实现与BSD截然截然不同。不同。SVR3增加了进程间通信设施(共享内增加了进程间通信设施(共享内存、信号量和消息队列)、远程文件共享、共存、信号量和消息队列)、远程文件共享、共享库以及用于设备驱动程序和网络协议的享库以及用于设备驱动程序和网络协议的STREAMS框架;框架;SVR4则集成了则集成了S
4、VR3、4BSD、SUNOS以及以及XENIX的一些特征,增加的一些特征,增加了新的功能,如实时调度、了新的功能,如实时调度、Kon Shell,并对,并对STREAMS系统进行了改进。系统进行了改进。4 41991年,年,Novell公司收购了公司收购了AT&T的的UNIX实验实验室,联合投资开发室,联合投资开发SVR4的桌面版,并集成了的桌面版,并集成了Novell的的Netware PC机网络操作系统,称作机网络操作系统,称作UNIX Ware,于,于1992年末发行。之后新的年末发行。之后新的SVR4发行,较新的是发行,较新的是SVR4.2/ES/MP,支持,支持多处理机并增强了系统安
5、全性。多处理机并增强了系统安全性。1994年年Sun Microsystem公司向公司向Novell公司公司购买了购买了SVR4代码使用权,其基于代码使用权,其基于SVR4的发行的发行称作称作Solaris,较新版本是,较新版本是Solaris2.5。Solaris提供了许多先进功能,包括全抢占多线提供了许多先进功能,包括全抢占多线程内核和对多处理机的全面支持等。程内核和对多处理机的全面支持等。5 53)Mach Mach是由卡内基是由卡内基 梅隆大学的研究人员开梅隆大学的研究人员开发的一个全新的操作系统,支持发的一个全新的操作系统,支持4BSDUNIX编编程接口,可以在单处理机或多处理机上运
6、行,程接口,可以在单处理机或多处理机上运行,适用于分布式环境。适用于分布式环境。Mach的设计目标是微内核,内核仅提供必要功的设计目标是微内核,内核仅提供必要功能的最小集,同时提供一个在用户级实现其它能的最小集,同时提供一个在用户级实现其它操作系统功能的框架,基本的方案是让微内核操作系统功能的框架,基本的方案是让微内核对外开放几个简单的抽象概念,然后用一组称对外开放几个简单的抽象概念,然后用一组称为服务器的用户级任务提供大部分操作系统的为服务器的用户级任务提供大部分操作系统的功能。功能。Mach 3.0是第一个实现微内核的系统。是第一个实现微内核的系统。6 64)UNIX4)UNIX系统的商业
7、版本系统的商业版本系统的商业版本系统的商业版本 UNIXUNIX的不断发展吸引了许多计算机公司,他们迫的不断发展吸引了许多计算机公司,他们迫的不断发展吸引了许多计算机公司,他们迫的不断发展吸引了许多计算机公司,他们迫切希望将切希望将切希望将切希望将UNIXUNIX商业化,出售自己的商业化,出售自己的商业化,出售自己的商业化,出售自己的UNIXUNIX版本。版本。版本。版本。这些版本都是以这些版本都是以这些版本都是以这些版本都是以AT&TAT&T公司的公司的公司的公司的System VSystem V或伯克或伯克或伯克或伯克利的利的利的利的BSDBSD为蓝本,将它们移植到自己的硬件上,并加为蓝本
8、,将它们移植到自己的硬件上,并加为蓝本,将它们移植到自己的硬件上,并加为蓝本,将它们移植到自己的硬件上,并加上一些自己的上一些自己的上一些自己的上一些自己的“增值增值增值增值”功能,主要版本有基于功能,主要版本有基于功能,主要版本有基于功能,主要版本有基于4BSD4BSD的的的的SUN OSSUN OS和基于和基于和基于和基于SVR4SVR4的的的的SolarisSolaris、微软与、微软与、微软与、微软与SCOSCO合作合作合作合作发行的发行的发行的发行的XENIXXENIX、SCO UNIXSCO UNIX(SVR3SVR3在在在在386386上的移植版上的移植版上的移植版上的移植版本)
9、以及本)以及本)以及本)以及IBMIBM公司的公司的公司的公司的AIXAIX、HPHP公司的公司的公司的公司的HPUXHPUX和和和和DigitalDigital公司的公司的公司的公司的UITRIXUITRIX(Digital UNIXDigital UNIX)等。)等。)等。)等。此外,还有目前广泛流行的可运行于多种硬件平此外,还有目前广泛流行的可运行于多种硬件平此外,还有目前广泛流行的可运行于多种硬件平此外,还有目前广泛流行的可运行于多种硬件平台、源码公开且可免费使用的台、源码公开且可免费使用的台、源码公开且可免费使用的台、源码公开且可免费使用的LinuxLinux操作系统。操作系统。操作
10、系统。操作系统。7 76.1.2 UNIX系统的特点系统的特点UNIX的小巧、稳定、简单内核、网络功能强等特的小巧、稳定、简单内核、网络功能强等特点和性能决定了它的成败。与点和性能决定了它的成败。与Microsoft的的Windows NT相比,相比,UNIX系统具有以下特点系统具有以下特点:1开放性开放性 开放性是指遵循国际标准规范,特别是遵循开放性是指遵循国际标准规范,特别是遵循了开放系统互连了开放系统互连OSI国际标准的系统能彼此兼容,国际标准的系统能彼此兼容,可方便地实现互连。人们普遍认为,可方便地实现互连。人们普遍认为,UNIX是目是目前开放性最好的操作系统,它能广泛地配置在从前开放
11、性最好的操作系统,它能广泛地配置在从微机到大、中型机等各种机器上,而且还能方便微机到大、中型机等各种机器上,而且还能方便地将已配置了地将已配置了UNIX操作系统的机器互连成计算操作系统的机器互连成计算机网络,这也是它被广泛应用的有力证明。机网络,这也是它被广泛应用的有力证明。8 8补充了解补充了解:POSIX标准标准 是电子电气工程协会(是电子电气工程协会(IEEE)开发的一个独)开发的一个独立的立的Unix标准,这个新的标准,这个新的ANSIUnix标准被称为标准被称为计算机环境的可移植性操作系统界面(计算机环境的可移植性操作系统界面(PSOIX)。)。这个标准限定了这个标准限定了Unix系
12、统如何进行操作,对系统系统如何进行操作,对系统调用也做了专门的论述。调用也做了专门的论述。PSOIX限制所有限制所有Unix版本必须依赖大众标准,现有大部分版本必须依赖大众标准,现有大部分Unix和流行和流行版本都是遵循版本都是遵循POSIX标准的,而标准的,而Linux从一开始从一开始就遵循就遵循POSIX标准。标准。9 92多用户、多任务环境多用户、多任务环境 UNIX系统是一个多用户、多任务操作系统,系统是一个多用户、多任务操作系统,它既可以同时支持数十个乃至数百个用户,通它既可以同时支持数十个乃至数百个用户,通过各自的联机终端同时使用一台计算机,而且过各自的联机终端同时使用一台计算机,
13、而且还允许每个用户同时执行多个任务。例如,在还允许每个用户同时执行多个任务。例如,在进行字符、图形处理时,用户可建立多个任务,进行字符、图形处理时,用户可建立多个任务,分别用于处理字符的输入、图形的制作和编辑分别用于处理字符的输入、图形的制作和编辑等任务。等任务。10103简洁的内核与丰富的核外程序有机结合简洁的内核与丰富的核外程序有机结合 UNIX的的设计思想设计思想着眼于向用户提供包含有多着眼于向用户提供包含有多种工具,而且便于综合应用它们的程序设计环境,种工具,而且便于综合应用它们的程序设计环境,也就是构成也就是构成一个能够提供各种服务的基础一个能够提供各种服务的基础。在这。在这样的设计
14、思想提导下,样的设计思想提导下,UNIX系统在结构上分成系统在结构上分成两大层:两大层:内核内核和和核外程序核外程序。1111 内核部分内核部分就是一般所说的就是一般所说的UNIX操作系统,操作系统,它包括进程管理、存储管理,设备管理、文它包括进程管理、存储管理,设备管理、文件系统管理等几个部分。件系统管理等几个部分。UNIX设计者对内核功能作了仔细考虑,对设计者对内核功能作了仔细考虑,对其中包含的数据结构和程序进行了精心设计,其中包含的数据结构和程序进行了精心设计,使其非常精干简洁。因此内核只需占用很小的使其非常精干简洁。因此内核只需占用很小的存储空间,并且能够常驻内存,这就从根本上存储空间
15、,并且能够常驻内存,这就从根本上保证了系统能够以较高效率运行。保证了系统能够以较高效率运行。1212 UNIX系统的系统的核外部分核外部分包含有非常丰富的语包含有非常丰富的语言处理程序、系统实用程序和开发软件的工具言处理程序、系统实用程序和开发软件的工具性软件。性软件。在语言处理程序在语言处理程序 UNIX提供有十几种常见程序设计语言的编提供有十几种常见程序设计语言的编译和解释程序,如译和解释程序,如C、FORTRAN、C+、JAVA等;等;语言开发工具语言开发工具 有有YACC、LEX等。所有这些程序都作为等。所有这些程序都作为文件存放在文件系统中,用户通过文件存放在文件系统中,用户通过Sh
16、ell命令命令使用这些程序。正是这些系统软件给用户提供使用这些程序。正是这些系统软件给用户提供了相当完备的程序设计环境。了相当完备的程序设计环境。13134树形结构的文件系统且将文件和设备统一处理树形结构的文件系统且将文件和设备统一处理 UNIX具有一个具有一个树形结构树形结构的文件系统,它由的文件系统,它由基本文件系统和可装卸的若干子文件系统组成。基本文件系统和可装卸的若干子文件系统组成。它既能扩大文件存储空间,又有利于安全和保密。它既能扩大文件存储空间,又有利于安全和保密。在在UNIX中,文件是无结构的字符序列,用户中,文件是无结构的字符序列,用户可以按需任意组织其文件格式,对文件既可进行
17、可以按需任意组织其文件格式,对文件既可进行顺序读、写,也可随机存取。顺序读、写,也可随机存取。另一方面,普通数据文件、文件目录表和外另一方面,普通数据文件、文件目录表和外部设备都统一做文件处理,它们在用户面前有相部设备都统一做文件处理,它们在用户面前有相同的语法语义,使用相同的保护机制,这样既简同的语法语义,使用相同的保护机制,这样既简化了系统设计,又便于用户使用。化了系统设计,又便于用户使用。14145系统用高级语言编写,可移植性好系统用高级语言编写,可移植性好 UNIX操作系统和核外程序基本上用操作系统和核外程序基本上用C语言语言编写,使得系统易于理解、修改和扩充,而且编写,使得系统易于理
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