计算机操作系统复习.docx
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计算机操作系统复习
现代操作系统
1Introduction引论
Applicationprograms应用程序
Applicationenvironment应用环境
Systemprograms系统软件
Virtualenvironment虚环境
OperatingSystem操作系统
A
B
Virtualmachine虚机器
Microcode微码
Baremachine裸机
Hardware硬件
A:
公开天窗,B:
未公开的天窗
Figure1-1ComputerarchitectureN-Levels(Theory)计算机系统的N层结构图
Applications
各种应用
1WebBrowser/E-mailsystem/..withcallThefunctionsofOSonly
仅仅使用操作系统功用调用的浏览器,电子邮件等
2Airline
3Bankingsystem
4Games/CAD/EAD/…
Software
软件
OperatingSystem
操作系统
Thefunctions
Web
Browser
reader
Music
player
Other
OS’sapps
Usermode用户态
Kernelmode核心态
Hardware硬件
Wheretheoperatingsystemfitsin.操作系统所处位置
Hardware--Baremachine
3Machinelanguage机器语言
2Microarchitecture微体系结构
1Physicaldevices物理器件firmware固件
OperationgSystem--Virtualmachine
1Processormanagement处理机管理
2Jobmanagement作业管理
3Memorymanagement存储器管理
4Devicemanagement设备管理
5Filesystem文件系统
Systemprograms--Virtualenvironment
1Shells(Commandinterpreter)
2Editors
3Compilers
Applicationprograms--Applicationenvironment
1WebBrowser
2Airline
3Bankingsystem
4Games/CAD/EAD/…
1.1WhatisanOperatingSystem?
1:
asanExtended/VirtualMachine(p4)e.g.,PD765floppydisk’soperations.
象一个扩展或虚拟机
2:
asaResourceManager(p6)includeintimeandinspace
象一个资源管理者
ThePurposesis(MyStandpoint)
(1)将不同的裸机改造成一台功能更强、服务质量更高、用户使用起来更加灵活方便、更加安全可靠的、感觉上完全一样的虚机器。
裸机各种机型完全不同使用极为不便,也极不安全,操作系统解决这些问题。
就拿IBMPC机各厂家都不同,这里有技术问题(各厂家自己的技术优势)也有法律问题(知识产权、专利等等)
不同:
各厂家的硬件不同,使用者要学所有的硬件。
不便:
写内存,很困难,直接解除硬件可损坏硬件。
安全:
各个用户的信息在计算机中有一定保密要求。
DOS就没有安全性,所有数据对用户都是可知、可得的。
(2)更加充分、合理地使用系统内的各种软件硬件资源,在整体上大大提高计算机系统的使用效率和经济效益。
计算机系统中硬件总是比较昂贵的,用户希望尽可能高效的使用计算机,有高的性能价格比,产生好的经济效益,使投资早日收会。
Questions:
1,WhytheFigureisintheoryandnotinreal?
Answerare“TheSkylights”(theopen/secrecyskylights)
2,计算机系统的N层结构有以下几个特点:
1单向服务的理论层次结构
2全包含低层的理论层次结构
3留有天窗的实际层次结构
3,Compileandinterpret
编译,把高层次已成文的完整程序翻译成一个更低层次的完整程序。
解释,把高层次的不完整的程序(一般是一两条语句)翻译成更低一层次的完整程序。
4,编译中的四步:
1编写源程序。
思想到源程序编辑器Editor
2编译源程序。
源程序到目标(机器)码编译器complier
3链接目标码。
目标码到OS格式的可执行码链接器Linker
4执行可执行码。
在OS下运行执行码。
1.2TheHistory
1TheFirstGeneration(1945-55)VacuumTubesandPlugboardsP7电子管与插接板
2TheSecondGeneration(56~65)TransistorsandBatchSystemP8晶体管与批处理系统
3TheThirdGeneration(65~80)MultiprogrammingP10多道程序设计
4TheFourthGeneration(80~Present)PersonalComputersP15个人计算机系统
1.4TheOperatingSystemZooP33操作系统大观园
1.4.1MainframeOperatingSystem.OS/390OS/360
bath,timesharing,transactionprocessing.
批处理/分时系统/事物处理
1.4.2ServerOperatingSystems.UNIX/Windows2000
Print/file/WebService.
1.4.3MultiprocessorOperatingSystems
Parallelcomputer,multi-computers(multiprocessors)
并行计算机/多机(多处理器)
1.4.4PersonalcomputerOperatingSystemWindows/theMacintoshOS/Linux
Infact,manypeoplearenotevenawarethatotherkindsexist.
1.4.5HandheldComputerOperatingSystems掌上计算机操作系统
PDA(PersonalDigitalAssistant)个人数字助理
1.4.6EmbeddedOperatingSystems.嵌入式操作系统
1.4.7SensorNodeOperatingSystems传感节点操作系统
1.4.8Real-timeOperatingSystemsthetimeisthemainkeyparameter.
时间是关键因素的操作系统
Hard/Softreal-time硬/软实时
1.4.9SmartCardOperatingSystems智能卡操作系统
Concept
batchsystemFig1-3
FMS(theFortranMonitorSystem)Fig1-4
MultiprogrammingFig1-5
1.3ComputerHardwarereviewP17
Figure1-6Someofthecomponentsofapersonalcomputer.
1bus
2Monitor/Keyboard/Floppy/harddisk(canbeseen)
3CPU/Memory/controller:
Video/Keyboard/Floppy/Harddisk
4Communicationports:
1serial2parallel
1.3.1Processors
pc:
programcounter
sp:
stackpointer
psw:
Programstatusword程序状态字
WhatCPUcando?
Simplemodel:
It
(1)fetchesinstructionsfrommemoryand
(2)executesthem.
Fig1-7And
(2)decodes(3)executesthem.
Modernmodel:
thefetching,decoding,andexecutinginstructionatatimehavebeendone(thisisthepipeline).
现代模式:
取指、译码、执行在用一时刻完成(这就是流水线)。
Concept
MultithreadedandMulticoreChips:
多线程和多核芯片Fig1-8
1.3.2Memory
Figure1-9Atypicalmemoryhierarchy.P21典型的存储器层次
Thebasicproblems:
(TheSecondedition)
1Howtoprotecttheprogramsfromoneanotherandthekernelfromthemall.
2Howtohandlerelocation.(彼此之间)
ThesimplestsolutionisusingtheBaseandlimitregisterp26andp27Figure1-9
1.3.3Disks
Figure1-10.Structureofadiskdrive.
1.3.4Tapes
1.3.5I/ODevicesP27
Threewaystoputthedriverintothekernal:
P29
1:
Torelinkthekernelwithnewdriverandrebootthesystem.(manyUNIXdothis)
(重新链接核心)
2:
ToMakeanentryinanoperatingsystemfile.Attheboottimeoperatingsystemgoesandfindsdriversandloadsthem.(Windowsworkthisway)(使用程序入口)
3:
Hotpluggabledevices.(suchasUSB--Universalserialbus)(热插拔)
(plugandplay即插即用)
I/O’saddress:
P29
1:
NospecialI/Oinstructions2:
havespecialI/Oinstructionsandaddress.
Inputandoutputcanbedoneinthreeways:
P29
1:
theprogramissuesasystemcall(thesimplestmethod)
2:
usinginterrupt.Fig1-11
3:
DMA(DirectMemoryAccess)直接存储器访问
1.3.6Buses
Figure1-12P31
Bus:
1:
cathe2:
local3:
Memory4:
PCI5:
ISA6SCSI7IDEand8USB
Bridge:
1PCIbridge2ISAbridge
1.3.7BootingtheComputer
Concept:
BIOS(BasicInputOutputSystem).
TheBIOScontainslow-levelI/Osoftware,includingprocedurestoreadthekeyboard,writetothescreen,anddodiskI/O,amongotherthings.Nowadays,itisheldinaflashRAM,whichisnonvolatilebutwhichcanbeupdatedbytheoperatingsystemwhenbugsarefoundintheBIOS.
1.5OperatingSystemConceptsP35
1.5.1Processes(进程)
1:
taskandprocess
2:
Processtree.(Figure1-13.P37)
Associatedwithprocesses:
1AddressSpace(Program,DataandStack)
2Registers(PC:
ProgramCounter,SP:
StackPointer,PortRegisterseg.)
与进程有关的1是地址空间(包含程序,数据和堆栈)
2寄存器(包括PC程序计数器,SP堆栈指针,端口寄存器等)
ProcessTable:
进程表
ChildProcess:
子进程
ParentProcess:
父进程
ProcessTree:
进程树
IPC:
interprocesscommunication进程间通讯
UID:
UserIdentificationPersonauthorizedtouseasystembythesystemadministrator
GID:
GroupIdentification
AllchildprocesseshavesameUIDasitsparent.Theycanberemembersofgroup.
Superuser:
ItisOneUID.
UNIX中的有关命令:
1ps
2kill
1.5.2AddressSpaces地址空间p3832or64bits
1.5.3FilesP38
rootdirectory(根目录)pathname(路径名)
workingdirectory(工作目录)filedescriptor(filehandle)(文件描述符)
Somefiles:
1blockspecialfileandcharacterspecialfile(块与字符文件)
2streamfileandrawfile(流与原始文件)
3normalfileandspecialfile(普通与特殊文件)
UNIX中与文件有关的问题:
pipe管道连接文件或进程的通信标准。
管道都是单向的。
Figure1-16.Twoprocessesconnectedbyapipe.P42
mount操作,把某文件系统安装到某个目录下。
Figure1-15.mountaCDp41
blockandcharacterfile块和字符文件。
列表以b和c开头的文件
directoryfile目录文件。
以d开头的文件
3个缺省文件:
标准输入stdin
标准输出stdout
标准错误stderr用bc演示标准文件与管道。
物理文件与逻辑文件
UNIX中的目录结构
1/root根
2/下目录binusrlibtmpdevetc
3/usr下目录HOMEinclude
命令:
1pwd几个目录名:
“.”当前目录“..”上一级目录“/”根目录
2cd
3mkdir
4rmdir
5cpfile1file2拷贝文件
6mvfile1file2文件改名
7lnfile1file2建立逻辑文件
8rmfile[s]删除文件
9catfile[s]
10morefile[s]
11l命令族l/lc/ls
用cat产生文件:
$cat>OneFile<回车>
thisisfirstline
thisissecondline
产生一个新文件OneFile.
1.5.4Input/Output输入输出
1.5.5Protection保护
1.5.6TheShell
GUI:
windowx-windows
Textmode:
cmdsh,csh,ksh,andbash.
Unix下的shell练习:
date,sort和定向p43
1.5.7OntogenyRecapitulatesPhylogeny个体发育重复着种族的发展P44
CharlesDarwinTheOriginofSpecies
OntogenyTheoriginanddevelopmentofanindividualorganismfromembryotoadult.
个体发育一个生物个体从胚胎到成年的由来和发展
PhylogenyThehistoricaldevelopmentofatribeorracialgroup.
种族系统史部落或种族的历史发展
Themeanisthedevelopmentofanembryo(ontogeny)repeats(recapitulates)theevolutionofthespecies.一个胚胎embryo(个体)重复物种species的演化.
Inotherwords,afterfertilization,ahumanegggoesthroughstagesofbeingafish,apig,andsoonbeforeturningintoahumanbaby.人类的受精卵在变成人体前,经历了鱼和猪等阶段。
(一般认为,世界上的所有生物都是同一种起源,人是做高级阶段)
Inthecomputers(mainframe,minicomputer,personalcomputer(microcomputer),embeddedcomputer,smartcard)seemstogothroughthedevelopmentthatitsancestorsdid.
在计算机“种族”(主机,微计算机,个人计算机(微机),嵌入式计算机,智能卡)里,所有个体都重复祖先的阶段。
1,Thecomputersusedtheassemblerfirstly,thengotothehigh-levellanguage.(Noforlackofmemory)所有计算机都从汇编开始,到高级语言(不是缺少住存)
2,AllOSbeginningthenoprotectionhardwareandnosupportformultiprogramming
所有操作系统都是从无保护的硬件和不支持多道程序开始
3,Disksfirstappearedonthelargemainframes,andareusedbytheallcomputers.
4,Virtualmemoryproblems.
LargeMemoriesp45
ProtectionHardwarep45
Disksp46
VirtualMemoryp47
Deadlocks(死锁)
Whentwoormoreprocessesareinteracting,theycansometimesgetthemselvesintoastalematesituationtheycannotgetoutof.
当两个以上的进程相互作用时,它们可能进入一种它们自己不可能出来的僵局。
Figure1-13Apotentialandactualdeadlock(潜在和真实的死锁)
1.6SYSTEMCALLS
Figure1-17The11stepsinmakingthesystemcallread(fd,buff,nbytes)P49
1.6.1SystemCallsforProcessManagement
Processmanagement
Call
Description
pid=fork()
Createachildprocessidenticaltotheparent
pid=waitpid(pid,&statloc,options)
Waitforachildtoterminate
s=execve(name,argv,environp)
Replaceaprocess'coreimage
exit(status)
Terminateprocessexecutionandreturnstatus
Filemanagement
Call
Description
fd=open(file,how,...)
Openafileforreading,writing,orboth
s=close(fd)
Closeanopenfile
n=rea
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