操作系统概述演示课件.ppt

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1、操作系统操作系统操作系统课程介绍操作系统课程介绍 48+8 48+8学时学时主干课、考试课主干课、考试课作业作业出勤出勤成绩组成：成绩组成：期末考试期末考试+实验成绩实验成绩+作业作业+出勤出勤 参考教材计算机操作系统汤子瀛等西安电子科技大学出版社操作系统内核与设计原理（4ed）William Stallings 电子工业出版社计算机操作系统教程 徐甲同、陆丽娜、谷建华西安电子科技大学出版社为什么学习操作系统为什么学习操作系统 关于学习操作系统的争议关于学习操作系统的争议:世界上只需要很少的操作系统设计世界上只需要很少的操作系统设计/实现者实现者Windows Windows 系列垄断不易改变

2、系列垄断不易改变 赞成学习操作系统的理由赞成学习操作系统的理由:需要总体上掌握系统设计需要总体上掌握系统设计操作系统包括了所有软件设计操作系统包括了所有软件设计/实现问题实现问题资源共享资源共享/管理管理友好界面设计友好界面设计安全和身份验证安全和身份验证灵活性，健壮性灵活性，健壮性赞成学习操作系统的理由赞成学习操作系统的理由(续续)设计操作系统，或者修改现有的系统设计操作系统，或者修改现有的系统 存在人们意识不到的大量存在人们意识不到的大量“操作系统操作系统”、嵌入式系统嵌入式系统加深对使用的加深对使用的OSOS的理解，有利于深入编程的理解，有利于深入编程 用户为了开发应用程序必须与操作系统

3、打交道用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道编程时借鉴操作系统的设计思想和算法编程时借鉴操作系统的设计思想和算法 操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他领域领域选择购买操作系统选择购买操作系统 我们并不总使用我们并不总使用WindowsWindows操作系统涉及的领域操作系统涉及的领域计算机体系结构计算机体系结构/硬件硬件软件设计软件设计程序设计语言程序设计语言数据结构数据结构算法算法网络网络课程目标课程目标不是不是如何使用或编写操作系统如何使用或编写操作系统 而是而是理解操作系统如何工作理解操作系统如何工作OSOS工作方式工作方式O

4、SOS内部算法和数据结构内部算法和数据结构设计设计OSOS过程中的问题、解决方案和折过程中的问题、解决方案和折中权衡中权衡 如何学习不能只通过Powerpoint来复习课程要通过自学、研读参考书掌握内容,分析典型OS的源代码充分理解和掌握基本概念、基本原理 区分概念和技术之间的区别和联系善于发现问题、提出问题 要努力寻求问题的答案操作系统基本概念进程管理设备管理处理机管理存储管理文件管理操作系统定义系统资源OS特征OS分类硬件运行环境OS结构设计多道程序设计进程基本概念进程管理 进程同步互斥进程间通信死锁设备分类设备独立性I/O的实现方式缓冲技术虚设备技术磁盘调度文件基本概念文件目录文件在磁盘

5、上的组织文件使用调度层次作业调度作业调度算法进程调度算法存储体系页式存储管理段式存储管理段页式虚拟存储技术第1章 操作系统概述1.1 操作系统的定义与功能1.1.1 操作系统的定义1.1.2 操作系统的功能1.2 操作系统的接口与内核模式1.2.1 操作系统的两种接口1.2.2 操作系统内核的结构模式1.3 操作系统的基本分类1.3.1 批处理系统1.3.2 分时系统1.3.3 实时系统1.3.4 网络系统1.4 硬件支撑环境1.4.1 计算机硬件的基本构成1.4.2 中断1.4.3 存储器的结构1.5 Linux操作系统的诞生1.5.1 操作系统的发展简史1.5.2 Linux操作系统的诞生

6、1.1 操作系统的定义与功能操作系统的定义与功能o1.1.1 操作系统的定义操作系统的定义1.操作系统是硬机器的扩展：虚拟机的观点操作系统是硬机器的扩展：虚拟机的观点 未配置任何软件的计算机称为未配置任何软件的计算机称为“裸机裸机”。.操作系统是在裸机上安装的第一层软件，它把计算机硬件与操作系统是在裸机上安装的第一层软件，它把计算机硬件与使用者隔离开。使用者隔离开。.在裸机上安装了操作系统使功能得以扩展的机器，称为在裸机上安装了操作系统使功能得以扩展的机器，称为“扩展扩展机机”或或“虚拟机虚拟机”，虚拟机成为了一个向用户提供的新的工作，虚拟机成为了一个向用户提供的新的工作平台。平台。.将将“虚

7、拟虚拟”概念扩充，就可得到一台台虚拟机，后一台虚拟机概念扩充，就可得到一台台虚拟机，后一台虚拟机建立在前一台虚拟机的基础之上，并具有更加强大的功能。建立在前一台虚拟机的基础之上，并具有更加强大的功能。用户财务管理系统、航空订票系统、地理信息系统、财务管理系统、航空订票系统、地理信息系统、CAD系统系统人事管理系统、银行税务系统、铁路订票系统人事管理系统、银行税务系统、铁路订票系统命令解释程序、语言编译程序、汇编程序命令解释程序、语言编译程序、汇编程序数据库管理系统、网络软件等数据库管理系统、网络软件等操作系统操作系统机器指令系统CPU内存、输入输出设备应用软件系统软件裸机功功能能扩扩展展方方向

8、向用户用户2.操作系统是机器的管理者：资源管理的观点操作系统是机器的管理者：资源管理的观点 按性质的不同，可把计算机资源分成四类：处理机（即CPU），存储器，外部设备，程序和数据。前三种属于硬资源，后一种属于软资源。.计算机运行过程中，对硬资源的使用需解决四个问题：(1)记住资源当前状态(2)制定资源分配策略(3)实施资源分配(4)完成资源回收返回目录 应用软件：为解决某类需要或某个特定问题而编制的程序，它涉及计算机应用的各个领域；系统软件：对计算机系统的资源实施管理、控制，为其他程序的运行提供支持和服务的软件。5.操作系统的定义操作系统的定义 操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地

9、组织计算机工作流程以及方便用户使用计算机的一个大型系统软件。3.软件软件 软件是相对于硬件而言的，它是计算机程序、过程、规则和相关文档资料的总称。4.计算机软件的分类计算机软件的分类 o1.1.2 操作系统的功能操作系统的功能.1.处理机管理处理机管理.记住每个作业程序的状态，需要对记住每个作业程序的状态，需要对CPU重新进行调度时，就重新进行调度时，就在候选的程序中选取。在候选的程序中选取。制定处理机的调度策略，它是挑选候选程序时应遵循的规则。制定处理机的调度策略，它是挑选候选程序时应遵循的规则。.实施具体的实施具体的CPU分配（也就是处理机调度）。分配（也就是处理机调度）。.2.存储管理存

10、储管理记住内存各部分的使用情况，哪些已经分配，哪些为空闲待分配。制定内存的分配策略。.必须对程序指令中的地址加以调整，以保证程序能够得到正确的运行。这是存储管理中所谓的“地址重定位”问题。.实施内存的具体分配和回收。.建立安全机制，既要确保内存中各独立作业程序的安全、互不侵扰，又要允许不同作业程序能够共享一些系统或用户的程序。.随着计算机应用的发展，涉及的问题越来越复杂，需要的内存量越来越大。受内存容量和价格条件的限制，存储管理必须借助辅助存储器来解决“内存”的扩充问题，使“作业程序比内存大时，也能正确运行”。这是存储管理中的“虚拟存储器”技术。3.设备管理设备管理.设备管理应借助大容量辅存，

11、把独占设备改造成为可以多个用户设备管理应借助大容量辅存，把独占设备改造成为可以多个用户“共享共享”的设备。这就是所谓的的设备。这就是所谓的“虚拟设备虚拟设备”技术。技术。记住各类设备的使用状态，按各自不同的性能特点进行分配和回收。记住各类设备的使用状态，按各自不同的性能特点进行分配和回收。.为各类设备提供相应的设备驱动程序、启动程序、初始化程序以为各类设备提供相应的设备驱动程序、启动程序、初始化程序以及控制程序等，保证输入及控制程序等，保证输入/输出操作的顺利完成。输出操作的顺利完成。.采用缓冲技术，提高采用缓冲技术，提高CPU与外设、外设与外设之间操作的并行程度。与外设、外设与外设之间操作的

12、并行程度。.根据不同的设备特点，制定优化策略，使对设备的使用更趋合理和有效。根据不同的设备特点，制定优化策略，使对设备的使用更趋合理和有效。.用户在编制程序时，不应直接使用真实的设备名，以利于设备分配的灵活用户在编制程序时，不应直接使用真实的设备名，以利于设备分配的灵活性和处理外部设备的故障。这是所谓的性和处理外部设备的故障。这是所谓的“设备无关性设备无关性”，或称，或称“设备独立设备独立”。.返回目录4.文件管理文件管理.对磁盘空间进行组织和管理，记住磁盘上文件存储空间的使用对磁盘空间进行组织和管理，记住磁盘上文件存储空间的使用情况，哪些已经分配，哪些为空闲待分配。情况，哪些已经分配，哪些为

13、空闲待分配。.制定文件存储空间的分配策略，实施具体的分配和回收。制定文件存储空间的分配策略，实施具体的分配和回收。.维持目录表，通过文件名查目录表找到它的目录项，得到该文维持目录表，通过文件名查目录表找到它的目录项，得到该文件的各种信息，完成所需的读件的各种信息，完成所需的读/写操作。写操作。确保存放在外存上文件的安全、保密和共享。确保存放在外存上文件的安全、保密和共享。提供一系列文件使用命令，以便用户能对文件进行存取、检提供一系列文件使用命令，以便用户能对文件进行存取、检索和更新等操作。索和更新等操作。.CPU处于“用户态”：CPU只能执行非特权指令。如果在用户态下发现取到了一条特权指令，中

14、央处理机就会拒绝执行，并产生“非法操作”中断。CPU是在核心态还是在用户态，硬件会自动设置与识别：当CPU的控制权移到执行操作系统程序时，硬件就会把CPU工作的方式设置成核心态；当操作系统选择用户程序占用处理机时，CPU的工作方式就会由核心态转换成为用户态。1.2 操作系统的接口与内核模式操作系统的接口与内核模式 o1.2.1 操作系统的两种接口操作系统的两种接口.1.特权指令、核心态、用户态特权指令、核心态、用户态.CPU指令系统中的指令分为两类：操作系统和用户都能使用的指令，称为“非特权指令”；只能由操作系统使用的指令，称为“特权指令”。CPU有两种工作状态：核心态和用户态。CPU处于“核

15、心态”：CPU可以执行包括特权指令在内的一切机器指令。.操作系统预先编了很多功能子程序，称操作系统预先编了很多功能子程序，称“系统功能调用系统功能调用”程程序，简称序，简称“系统调用系统调用”。用户在程序里调用它们，以便得到操作系统提供的各种功能用户在程序里调用它们，以便得到操作系统提供的各种功能服务。在用户程序中调用这些系统调用提供的功能，称为系服务。在用户程序中调用这些系统调用提供的功能，称为系统调用命令。统调用命令。1.2 操作系统的接口与内核模式操作系统的接口与内核模式 o1.2.1 操作系统的两种接口操作系统的两种接口.2.程序接口：系统调用命令程序接口：系统调用命令.为了能使为了能

16、使CPU从用户态变换成核心态，达到调用从用户态变换成核心态，达到调用有关操作系统功能程序的目的，需要通过一条名为有关操作系统功能程序的目的，需要通过一条名为“访管访管”的非特权硬指令。的非特权硬指令。.编译程序把源程序中的系统调用做这样的翻译：编译程序把源程序中的系统调用做这样的翻译：一是转换成一条访管指令，一是转换成一条访管指令，二是把具体调用的功能转换成相应的编号。二是把具体调用的功能转换成相应的编号。这样，编译后这样，编译后CPU运行程序时，就会由执行访管指令而从用运行程序时，就会由执行访管指令而从用户态进入核心态，再根据功能编号，转到相应的系统调用功户态进入核心态，再根据功能编号，转到

17、相应的系统调用功能处理程序去执行。能处理程序去执行。分析Unix中系统调用命令的实现过程：C语言源程序write(fd,buf,count)编译程序目标程序104404(trap 04)Trap中断处理程序中断用户态核心态write入口入口3345系统调用处理程序入口表write处理程序查入口表trap功能号104404fdbufcount参数自带参数的个数该系统调用处理程序入口地址系统调用程序入口地址表表目(a)(b)(c)write(fd,buf,count)(2)一般过程调用，是直接通过转移指令转到被调用的程序；系统调用时，只能通过软中断指令提供的统一入口，由用户态进入核心态，然后转向相

18、应的命令处理程序。(3)一般过程调用，在被调用者执行完后，就径直返回断点继续执行；但系统调用可能会招致用户程序运行状态的变化，从而引起系统重新分配CPU。因此，系统调用结束后，不一定是返回调用者断点继续执行。(1)一般过程调用，调用者与被调用者都运行在相同的CPU状态；系统调用时，发出调用命令的调用者运行在用户态，而被调用的对象则运行在核心态。.系统调用与过程调用的区别系统调用与过程调用的区别返回目录.命令接口：命令行和图形用户界面命令接口：命令行和图形用户界面 用户通过操作系统提供的命令行和图形用户界面两种命令接口，组织和控制作业程序的执行，管理所使用的计算机系统。.脱机命令行接口：用户使用

19、作业控制语言编写作业说明书，然后将该说明书连同程序和数据一起提交给系统，系统按照作业说明书上的信息，控制作业的执行。.联机命令接口：人-机交互方式用户由键盘输入所需命令；终端处理程序接收并在显示器上回显命令；命令输入完后，由命令解释程序对它分析，并执行相应的命令处理程序，完成用户的一次请求。如此反复，直到任务完成。返回目录o1.2.2 操作系统内核的结构模式操作系统内核的结构模式 1.内核内核 为应用程序提供对计算机硬件安全访问的一部分软件。直接对硬件操作非常复杂，所以内核通常提供一种硬件抽象的方法来完成这些操作。硬件抽象隐藏了复杂的部分，为应用程序和硬件提供了一套简洁、统一的接口，使程序设计

20、更为简单 操作系统内核的结构模式：单内核模式和微内核模式o1.2.2 操作系统内核的结构模式操作系统内核的结构模式 1.单内核模式单内核模式 单内核模式也称集中模式或整体模式，整个系统是一个大的模块。.单内核模式结构的系统虽是一个大的模块，但可以粗略地划分成三个层次：调用系统服务的主程序层，执行系统调用的服务层，以及支持系统调用的底层函数。后两层就是操作系统的内核。应用主程序用户态系统态系统调用支持函数操作系统内核.单内核模型操作系统有一个统一的内核，完全实行内部调用，因此运行效率极高。这种结构是基于提高系统的执行效率为其设计理念的。微内核模式微内核模式 2.微内核模式的基本思想是：把操作系统

21、的内核分为基本功能和非基 本功能两部分，内核里只保留基本功能部分，在核心态下运行；非基本功能部分则从内核剥离下来，让它们以各种服务的形式，在用户态下运行。微内核模式也称“客户-服务器”模式。.硬 件内 核用户态核心态用户应用程序进程服务器文件服务器内存服务器网络服务器显示服务器用户进程(客户)系统进程(服务器)返回目录 所谓“批处理”系统，是指用户作业被分批处理。在处理一批的过程中，不允许用户与计算机发生交互作用，即使作业在运行中出现错误，也只能等到整批作业处理完毕后在机下修改。o1.3.1 批处理系统批处理系统 1.3 操作系统的基本分类操作系统的基本分类 1.批处理系统的定义批处理系统的定

22、义.“单道”批处理系统，即是监控程序一次只让一批中的一个作业程序进入内存。具有“单路”、“独占”、“自动”、“封闭”等特点。.返回目录运行A运行A等待等待程序A时间o1.3.1 批处理系统批处理系统 1.3 操作系统的基本分类操作系统的基本分类 2.多道程序设计多道程序设计运行A运行A等待等待程序A运行B等待等待程序B运行A运行A等待等待组合等待运行B运行B运行B两个程序的多道程序设计时间返回目录.“多道”批处理系统，即是在内存中同时存放一批中的几个作业程序，它们对系统资源进行共享与竞争。具有“多路”、“共享”、“自动”、“封闭”等特点。o1.3.2 分时系统分时系统 “分时”：多个用户通过各

23、自终端同时访问系统，由操作系统控制它们以很短的时间为单位交替执行。.分时操作系统：多道程序设计技术与分时技术的结合1.分时系统分时系统工程设计科学计算市场调查文本编辑图书管理.分时系统采用“时间片轮转”的处理机调度策略。它把处理机时间划分成很短的“时间片”，对提出请求的联机用户，系统轮流分配一个时间片给其使用。2.分时系统的特点分时系统的特点.多路性.交互性.独立性.及时性 返回目录基于主从式多终端的计算机体系结构基于主从式多终端的计算机体系结构o1.3.3 实时系统实时系统 实时操作系统是能对来自外部的请求和信号在限定的时间范围内做出及时响应的操作系统。1.实时系统实时系统.“实时”：要求能

24、及时响应随机发生的外部事件并对事件做出快速处理的一种能力，“外部事件”是指与计算机相连接的设备向计算机发出的各种服务请求。.2.实时系统的特点实时系统的特点.高可靠性 传感装置反应堆阀门阀门ABC计算机系统记录仪图例：控制信号 测量信号高及时性 返回目录 分时系统对响应时间，以人能够容忍的等待时间为依据，数量级常为“秒”；实时系统对响应时间的要求要很严格，其数量级有时达“毫秒”，甚至是“微秒”级。o1.3.3 实时系统实时系统3.实时系统与分时系统的区别实时系统与分时系统的区别.实时系统是指一个专用系统，面向特定领域、特定任务的；分时系统一般都是指通用系统，面向众多领域。.分时系统有较强的人-

25、机交互能力；实时系统虽也交互，但只允许终端操作员使用很少的会话命令。实时系统对可靠性的要求更高，因为它控制、管理的对象往往是重要的经济、军事、商业等目标，出现任何差错都可能带来巨大经济损失，甚至引发严重政治后果。返回目录 “计算机网络”：把地理上分散的、具有独立功能的多个计算机和终端设备，通过通信线路加以连接，以达到数据通信和资源共享目的的计算机系统。计算机网络是计算机和通信两种技术相结合的产物。o1.3.4 网络系统网络系统1.网络系统网络系统.主机因特网各种网络主机因特网返回目录 在网络环境下，用于管理网络通信和共享资源，协调各计算机上任务的运行，并向用户提供统一的、有效方便的网络接口的程

26、序集合，称为“网络操作系统”。o1.3.4 网络系统网络系统.2.网络操作系统的功能网络操作系统的功能.网络通信 资源管理.提供网络服务.提供网络接口 3.网络系统的特点网络系统的特点.自治性.分散性.互联性.统一性 返回目录1.网络操作系统网络操作系统 1.4 硬件支撑环境硬件支撑环境 o1.4.1 计算机硬件的基本构成计算机硬件的基本构成 1.基本构成基本构成.CPU(中央处理器)磁盘控制器打印机控制器磁带驱动器控制器主存(内存储器)系统总线磁盘打印机磁带驱动器 处理器：作用是控制计算机的操作，执行数据处理的功能。在计算机系统只有一个处理器时，通常就称中央处理器（CPU）。.内存储器：作用

27、是存储程序和数据，它由一组顺序编号的存储单元组成，编号为存储单元的地址。.输入/输出模块：实行计算机与外部设备之间的数据传输。一条指令需要的处理过程，称指令的“执行周期”。一个指令周期可分成两步：取阶段和执行阶段。1.4 硬件支撑环境硬件支撑环境 o1.4.1 计算机硬件的基本构成计算机硬件的基本构成.2.指令的执行过程指令的执行过程.CPU按程序计数器（PC）的当前值取出指令执行，然后递增PC的值，使其指向下一条指令在存储器里的地址。取到的指令被放在指令寄存器（IR）中。程序计数器(PC)：指令地址 0001：将主存单元内容加载到AC指令寄存器(IR)：正在执行的指令 0010：把AC的内容

28、存储到主存累加器(AC)：临时存储寄存器 0101：将主存单元内容加到AC例例1-4 一个简单的程序执行过程 一台计算机，处理机里有称为累加器（AC）的数据寄存器，指令和数据都是16个二进制位长。指令中的操作码占用4个二进制位，因此该机器最多能有16种不同的操作；指令中的地址码占用12个二进制位，因此可直接访问的存储器为4096=4K。程序存放在从300开始的存储单元中。任务是把地址为940的单元中内容（0004）与地址为941的单元中内容相加（0008），求得的结果保存在单元941中。.操作码地 址03 415(a)指令格式(c)CPU的内部寄存器和部分指令操作码1940300存储器5941

29、301294130200049400008941300寄存器1940PCACIR1940300存储器59413012941302301寄存器1940PCACIR0004000494000089411940300存储器5941301294130200049400008941301寄存器5941PCACIR00041940300存储器5941301294130200049400008941302寄存器5941PCACIR1940300存储器59413012941302302寄存器2941PCACIR000C000494000089411940300存储器5941301294130200049400

30、00C941303寄存器2941PCACIR000C000C4+8=C(a)(b)(c)(d)(e)(f).程序执行过程如下图(a)(f)所示。存储器和寄存器里的数字均为十六进制。o1.4.2 中断中断中断概念中断概念 1.中断：在CPU执行程序过程中，由于内部或某个外部事件的发生，让CPU暂时中止正在执行的程序而转向该突发事件的处理，处理完毕后返回被中止的程序继续执行的这样一个处理过程。.中断可分为两类：由CPU进行内部处理或执行特定指令时产生的中断，称为软中断，也称内中断；由外部事件引发的中断称为硬中断，也称外中断。硬中断又可细分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断两种类型。(1)外部设备中断：由I

31、/O设备的控制器产生，用于告知一个操作是正常完成，还是出现了错误。如打印机打印结束、磁盘传输完成、利用终端进行输入/输出等。o1.4.2 中断中断中断概念中断概念 1.凡能引起中断的设备或事件均称为“中断源”。(2)程序中断：在一定条件下，由指令执行的结果产生。如系统调用、算术溢出、除数为零、试图执行一条非法的机器指令以及访问了用户不允许的存储器位置等。(3)时钟中断：由CPU内部的时钟（即计时器）产生，从而使操作系统能够以一定规律执行某任务。(4)硬件失效中断：由诸如掉电或奇偶校验错之类的故障产生。具体中断源的种类：中断请求：产生中断后，中断源就会向CPU发出中断信号，称为“中断请求”。中断

32、的处理过程中断的处理过程：中断请求、中断响应、中断处理2.中断响应：在指令周期的中断阶段，CPU检查是否出现中断信号。若没有，CPU就在取指令阶段取出下一条指令；若有中断，CPU就暂停执行当前的程序，自动完成以下操作：开始取下一条指令执行指令停止取指令阶段执行阶段检查并响应中断中断阶段(1)关中断，保证下面的操作不被打断；(2)保护现场和断点，以保证中断处理完成后能够正确返回；(3)分析中断源，得到处理该中断的中断处理程序入口地址。中断请求K+0K+1用户程序保护被中断 现场分析中断源电源故障?奇偶校验?I/O中断?时钟中断?非法指令?保护寄存器内容中断处理程序恢复中断现场自动转入返回断点中断

33、响应中断处理电源故障中断处理程序奇偶校验中断处理程序时钟中断处理程序I/O中断处理程序非法指令中断处理程序返回目录中断处理 中断响应后，CPU就去执行特定的处理程序，这个程序被称为“中断处理程序”。(1)保护有关的寄存器(2)开中断，以便处理中断时，能响应更高优的中断(3)中断处理，这是中断处理程序的主要部分，是体现其功能的主要地方(4)关中断，为能够不被打断地恢复现场做准备(5)恢复现场(6)中断返回 3.中断优先级和多重中断中断优先级和多重中断.系统中的多个中断源，产生中断信号是随机的，可能会出现多个中断请求同时发生的情形。哪个中断应该先响应、哪个中断应该先处理，这就是中断优先级的问题。.

34、优先级高的中断被安排成有优先被CPU响应的权利。这样，不同级别的中断同时到达时，系统总优先响应级别最高的中断的中断请求。.级别高的中断可以有打断中断级别低的中断处理的权利。这就是“多重中断”，或“嵌套中断”。中断屏蔽和中断禁止是两个不同的概念。返回目录o1.4.3 存储器的结构存储器的结构 1.存储器的层次结构存储器的层次结构 考虑计算机存储器的设计时，要顾及“价格”、“容量”、“访问时间”这样的特性。它们之间有着以下的关系：存取时间越快，每“位”的价格就越高；容量越大，每“位”的价格就越低；容量越大，存取速度就越慢。.磁带磁盘主存储器高速缓存寄存器快慢存取速度小大容量昂贵便宜价格 在存储器的

35、层次结构中，CPU可直接到寄存器、高速缓冲存储器、内存储器访问数据；CPU不能直接到磁盘和磁带上访问数据。o1.4.3 存储器的结构存储器的结构 磁带磁盘主存储器高速缓存寄存器快慢存取速度小大容量昂贵便宜价格2.高速缓冲存储器的工作原理高速缓冲存储器的工作原理.相对于内存储器，高速缓存容量小、存取速度快。在它里面总存有一小部分内存中的数据内容。当CPU试图访问内存中的一个字时，就先检查该字是否在高速缓存。如果在，就直接将它从高速缓存传送给CPU；如果不在，则先把内存中包含此字在内的一块数据读入高速缓存，然后再把所需的字从高速缓存传送给CPU。.内存储器和高速缓存间是以块为单位传递数据的，高速缓

36、存与CPU之间则是以字为单位传递数据的。高速缓冲存储器CPU主存储器字传送块传送返回目录槽号标签012C-10123块块（K个字）2n-1块（K个字）地址高速缓冲存储器主存储器内存储器由2n个字组成，每个字有一个唯一的n位地址。将内存储器按照每块K个字的大小划分成M=2n/K个块。高速缓存中有C个存储槽，每个槽可容纳K个字。槽的数目远远小于内存储器中块的数目（即CM）。1.5 Linux操作系统的诞生操作系统的诞生 o1.5.1 操作系统的发展简史操作系统的发展简史 1.第一代计算机第一代计算机 1946年第一台电子管计算机ENIAC研制成功。从那时起到二十世纪50年代末，为计算机发展的第一代

37、。这时无操作系统可言，只能以机器语言编写程序，难以普及应用。2.第二代计算机第二代计算机 二十世纪50年代末到60年代中，为计算机发展的第二代。在这个时期，由于出现了晶体管，采用了印刷电路，计算机的稳定性与可靠性大大提高；出现了以监控程序为雏形的批处理操作系统，用户作业按照顺序进行处理，缺少“人-机”交互。3.第三代计算机第三代计算机 二十世纪60年代中期到70年代初，为计算机发展的第三代。由于出现了集成电路和微处理器，使得计算机体积减小，性价比提高，小型计算机发展迅速；在这个时期，涌现出大批操作系统，Unix的诞生，奠定了现代操作系统的基本框架。4.第四代计算机第四代计算机 二十世纪70年代

38、中期至今，为计算机发展的第四代。由于大规模集成电路和超大规模集成电路以及IBM-PC机的出现，计算机的应用进入高速发展的轨道，操作系统性能日渐稳定，理论得到完善和充实，先后推出了MS-DOS及Windows。返回目录o1.5.2 Linux操作系统的诞生操作系统的诞生 1.Unix操作系统操作系统.1965年，在美国国防部高级研究计划署的倡导下，决定由麻省理工学院、贝尔实验室以及通用电气公司牵头，开发一个公用计算服务系统，以同时支持整个波士顿市所有的分时用户，该系统被命名为MULTICS。.1969年，曾参与MULTICS项目的Ken Thompson 和Dennis Ritchie，用汇编语

39、言在PDP-7机器上，吸取MULTICS的许多思想，开发出Unix操作系统。1972年，Dennis Ritchie用移植性很强的C语言对Unix进行了改写，引起了大学和研究机构对Unix的注重和兴趣，并对其做了大量深入的研究、改进和移植。.从1969年开始到上世纪的80年代，最终成为商用操作系统，使得只有那些负担得起许可费的企业才能使用，从而限制了自己的应用范围和发展的前景。2.MINIX操作系统操作系统.MINIX操作系统是由在荷兰Vrije大学的Andrew S.Tanenbaum在1987年开发，开发的目的是用于学生学习操作系统原理。.MINIX以教学为目的，它规模小巧，提供了用C语言

40、和汇编语言编写的整个系统的源代码，在开发者所著的操作系统教程-MINIX设计与实现里，可得到这些源代码。Linux系统的创始者Linus Torvalds从这本书里，理解了操作系统的工作原理，产生了改进MINIX的强烈愿望和灵感，并最终演变成为一个设计新操作系统的构想。3.GNU计划计划.自由软件基金会FSF（the Free Software Foundation），由Richard M.Stallman于1984年创办。基金会的宗旨是开发出稳定的、与平台无关的软件。.GNU是FSF资助的研究项目，希望开发出类似于Unix、并且是自由软件的操作系统，取名为GNU。GNU计划开发了许多高质量的

41、免费软件，它们可在任何计算机系统上运行，都遵循通用公共许可协议（GPL），整个系统的源代码可自由获取，并在GPL许可的范围内自由修改、传播。GNU提供的这些软件，为Linux操作系统的开发者创造了一个合适的环境，成为Linux诞生的重要因素。4.POSIX标准标准.POSIX是由IEEE和ISO/IEC开发的一系列标准。该标准基于Unix的实践和经验，描述系统调用的服务接口，并保证编制的应用程序可在多种操作系统上以源代码一级的形式进行移植和运行。.这个Unix标准为Linux提供了极为重要的信息，使得一开始Linux就能够在标准的指导下进行开发，能够与绝大多数Unix操作系统兼容。5.Inte

42、rnet.20世纪90年代后，以Internet为代表的计算机网络得到了飞速的发展，计算机网络可以使用户迅速地传递数据文件，查询和获得各种有用的资料，甚至包括图像和视频文件。Internet是人类自印刷术以来在通信方面的最大变革。现在，人们的生活、工作、学习和交往，都已经紧紧地与Internet捆绑在了一起。6.Linux操作系统的诞生操作系统的诞生.Linux操作系统正是借助于Internet这股“网络风”，得以在全世界的各个角落传播、扩散。在各地计算机爱好者的共同努力下，Linux诞生、发展、成长，成为当今世界上使用得最多的一种“类Unix”操作系统，并且使用的人数还在迅猛增加。.Linu

43、x是运行于多种平台之上、源代码公开、免费、遵循GPL协议、遵守POSIX标准、与Unix兼容、包含了人们希望操作系统拥有的所有功能特性的操作系统。Linus Torvalds是Linux操作系统的创始人。1991年他21岁，是芬兰赫尔辛基大学计算机科学系二年级的学生。在自己的计算机上，他通过修改终端仿真程序和硬件驱动程序，开始了自己的编程实践。当时的目的只是为了学习Intel 386体系结构保护模式运行方式下的编程技术。后来，通过学习MINIX，逐渐认识MINIX系统有诸多限制，因此产生了编制一个新操作系统的想法。Linus试着把GNU的各种软件移植到MINIX系统上，并希望它们能够符合POSIX标准。1991年10月5日，Linus正式对外宣布Linux内核系统的诞生，并在Internet上公布了全部源代码。开放，使Linux在无数人的雕琢下，逐渐成为一个全球最稳定的、最有发展前景的操作系统！.