1操作系统概述课件

1、操作系统 授课教师：崔新会6个问题操作系统是什么?为什么需要操作系统?操作系统如何工作?这门课学什么?为什么要学这门课?这门课如何学?以上关于What、Why、hoW的6个问题统称为6W问题或3W问题关于本门课程的3w1、为什么学(why)专业核心基础课、先修课程高级程序设计语言、数据结构计算机考研课程（35分）有利于对计算机系统的理解和软件开发；计算机使用者（使用水平更高），程序设计者（程序设计效率更高）系统设计者（更重要）体会大师们知识发现的过程，使思维更加缜密、科学、勇于创新。2、学什么（what）操作系统原理，不是某个具体的操作系统的操作（是所有os共性的抽象，跟具体工程实现不同）操作

2、系统功能和实现过程 （章节介绍）3、怎么学（how）（1）学：课程特点-概念多，原理性强，抽象课程难点-概念、原理、算法、数据结构目标（问题）驱动学习（课程-每章-每节）、理论联系实际（并发程序设计）、可进可出（细节-全局）经典算法上机实现加深印象、多做题课程设计(模拟操作系统的实现)(4)、如何教教材选择：操作系统21世纪高等学校规划教材参考资料：操作系统汤子瀛等编著操作系统原理与设计（曹先斌 陈香兰）操作系统教程孟静 唐志敏等编著课程安排：前13周理论教学 课本1-9章后4周课程设计随时沟通有了概念，再看细节，不要迷失于细节之中！第1章 操作系统概述(关于操作系统的3w)本章目录1.1 操

3、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1.1 操作系统的定义和功能一、 你所用过的操作系统二、 操作系统是什么与为什么三、 操作系统规模、数量和重要性一、 你所用过的操作系统

4、你知道下列哪些是操作系统吗? 极品飞车 DOS LINUX WINDOWS TURBO-C WORD FOXPRO UNIX TURBO-ASM VI 一个C语言源程序 目前常见操作系统微软：Windows系列（以前MS-DOS）UNIX：Solaris,AIX,HP UX,SVR4,BSD,ULTRIX.自由软件：Linux,freeBSD,Minix,Xinu, IBM:AIX,zOS(OS/390),OS/2,OS/4000,PC DOS其他：Mac OS,NetWare, 你用过的操作系统能做什么?启动、结束用户程序系统调用：例如INT指令各种工具和命令：资源管理器 dir copy

5、del format WINDOWS、UNIX 等提供多任务或多用户环境你知道操作系统不能做什么?不做天气预报不做房屋设计不是编译程序总之，操作系统不直接解决最终具体应用问题，也不负责编译源程序.二、 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 未配置任何软件的计算机称为“裸机”。.操作系统是在裸机上安装的第一层软件，它把计算机硬件与使用者隔离开。 . 安装操作系统后，机器功能强了，使用简单、容易了。但现实中并不存在这种功能的真实硬机器，它只是用户的一种感觉。称在裸机上安装了操作系统使功能得以扩展的机器，是一台“扩展机”或“虚拟机”，虚拟机成为了一个向用户提供的新的工作平台。 .

6、将“虚拟”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。 用户用户用户用户用户财务管理系统、航空订票系统、地理信息系统、CAD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、汇编程序数据库管理系统、网络软件等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能扩展方向2.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：记住资源当前状态制定资

7、源分配策略（1）（2）（3）（4）实施资源分配完成资源回收返回目录操作系统为你完成所有 “硬件相关、应用无关”的工作，以给你 方便、效率、安全操作系统的定义操作系统（operating system，简称OS）是计算机中最重要的系统软件，是这样的一组系统程序的集成：这些系统程序在用户对计算机的使用中，即在用户程序中和用户操作中，负责完成所有与硬件因素相关的（硬件相关）和任何用户共需的（应用无关）基本使用工作，并解决这些基本使用工作中的效率和安全问题，为使用户（操作和上层程序）能方便、高效、安全地使用计算机系统，而从最底层统一提供所有通用的帮助和管理OS定义用户对计算机的使用要求硬件接口使用特性

8、差距其他所有软件（硬件无关、应用相关OS（硬件相关、应用无关）OS定义操作系统是以下诸系统程序的集成 （1）用户程序的启动、中止（2）系统调用用户程序运行过程中对操作系统的调用（3）为常用基本操作提供实用程序（4）改善基本使用中的效率和安全问题三、操作系统的规模、数量与重要性从55年出现到，OS有多少个？UNIX的变种数量每个OS的版本数量、规模（源码行数）和运行开销（占内外存空间和CPU时间）、研发成本、价格SolarisAIXLinuxWindows（windows2000耗资几十亿美元）操作系统的重要性：无处不在，缺之不可 操作系统工作目的和益处减轻用户编程负担统一管理使操作系统方便、安

9、全、效率的工作用户专心于应用本身一、 操作系统大致如何工作（从用户角度看）1. OS的第1个工作：启动和结束程序 2. OS的第2个工作：用户程序对OS的调用 3 .OS的第3个工作：为常用操作提供程序 4. OS的第4个工作：解决效率和安全问题1.2操作系统的功能二、操作系统的功能.1.处理机管理 2.存储管理. 记住每个作业程序的状态，需要对CPU重新进行调度时，就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。 .实施具体的CPU分配（也就是处理机调度）。 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

10、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”的设备。这就是所谓的“虚拟设备”技术。记住各类设备的使用状态

11、，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、初始化程序以及控制程序等，保证输入/输出操作的顺利完成。.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。.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性和处理外部设备的故障。这是所谓的“设备无关性”，或称“设备独立性”。.4.文件管理.返回目录 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。 .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，

12、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/写操作。 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、检索和更新等操作。 操作系统预先编了很多功能子程序，称“系统功能调用”程序，简称“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服务。在用户程序中调用这些系统调用提供的功能，称为发系统调用命令。 . 所谓CPU处于“用户态”，即这时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

13、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 1.2.1 操作系统的两种接口 .1.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”。 计算机系统让CPU取两种工作状态：核心态和用户态。 所谓CPU处于“核心态”，即这时CPU可以执行包括特权指令在内的一切机器指令 。.2.程序接口：系统调用命令 . 为了能使CPU从用户态变换成核心态，达到调用有关操作系统

14、功能程序的目的，需要通过一条名为“访管”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：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。这样，编译后CPU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能处理程序去执行。 分析Unix中系统调用命令的实现过程例1-1C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

15、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)（系统调用指令（访管指令）是由cpu提供的，所以不同种类计算机访管指令不同，同一类计算机不同操作系统指令相同，IBM个人计算机上运行的windows，dos，linux，unix等不同os，都通过INT指令实现；在sun工作站中，unix的系统调用指令为trap；）。硬指令：使cpu产生动作，在程序执行时才处理的指令。例：赋值语句伪指令：不产生cpu动作，在程序执行前执行的说明性语句。例：定义变量 返回 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

16、，然后转向相应的命令处理程序。 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。 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（1）（2）（3）3.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。 . 所谓“脱机命令行接口”，是指系统向用户提供作业控制语言，

17、用户使用它编写作业说明书，规定完成一个作业过程所需的一系列作业步，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。. 所谓“联机命令接口”，是指系统提供操作命令、终端处理程序及命令解释程序。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。这是一种“人-机交互”控制程序执行和管理计算机系统的方法。 返回目录 单内核结构的缺点是非常明显的。由于其源代码是一个整体，因此各模块间的界限不很清晰，调用极为随意。这样，在进行内核程序的修改和升级时

18、，往往会“牵一发而动全身”，不但工作量大，而且维护困难。 1.2.2 操作系统内核的结构模式 1.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 2. 微内核模式的基本思想是：把操作系统的内核分为基本功能和非基 本功

19、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。 . 微内核模式操作系统提供的工作流程是应用程序（客户）为请求所需要的服务，向有关的系统程序（服务器）发消息。发送的消息并不是直接抵达属于系统程序范畴的服务器，而是被运行在核心态的内核俘获，由它把消息传递给相应的服务器去处理（这些服务器都运行在用户态）。服务器执行操作后，同样通过内核，把回应消息或结果发给用户。 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). 用

20、微内核模式构造的操作系统，优点是简洁精悍，便于系统功能的扩充。微内核操作系统能跟上先进计算技术的发展，具有可扩展性；无需做很多的改动，就能够从一种硬件平台移到另一种硬件平台，具有可移植性；大多数服务程序都运行在用户态，不以内核程序的面目出现，因此内核能够更具安全性和可靠性。 返回目录传统（traditional）操作系统、现代（contemporary）操作系统按其下的硬件规模分：微机、小型机、大型机操作系统按资源共享的级别分：单任务、多任务、单用户、多用户、单道、多道操作系统按所允许的交互类型分：批处理、分时处理、实时操作系统回节首1.3 操作系统的基本分类 所谓“批处理”系统，是指用户作业

21、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。 1.3.1 批处理系统 1.批处理系统的定义. “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。 . “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。 2.多道程序设计运行A运行A等待等待程序A单道程序设计时间运行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

22、两个程序的多道程序设计时间返回目录.1.3.2 分时系统 所谓“分时”，即指多个用户通过各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。这时，如果有n个用户同时请求服务，若忽略不计操作系统所需的时间开销，那么每个用户平均能得到计算机有效速度的1/n。. 将多道程序设计技术与分时技术结合在一起，就出现了分时操作系统。配有分时操作系统的计算机系统称为分时系统。1.分时系统工程设计科学计算市场调查文本编辑图书管理. 分时系统之所以能同时为多个用户提供服务，主要是因为系统采用了“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

23、个时间片给其使用。若在时间片内，用户的工作未能全部做完，就会被暂时中断执行，等待下一轮循环继续做，让出的CPU被分配给另一个终端使用。 (例：假设一个时间片100ms，10个用户，每个用户平均相应时间1s；) 2.分时系统的特点.多路性 .交互性 .独立性 .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。 1.3.3 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。 （常用于控制系统）1.实时系统. 所谓“实时”，是指能及时响应随机发生的

24、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.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 3.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-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 在网络

25、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序集合，就称为“网络操作系统”。 “计算机网络”，是指把地理上分散的、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。1.3.4 网络系统1.网络系统.2.网络操作系统的功能 .主机因特网各种网络主机因特网网络通信 资源管理 .提供网络服务 .提供网络接口 3.网络系统的特点.自治性 .分散性 .互联性 .统一性 返回目录 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

26、阶段和执行阶段。 1.4 硬件支撑环境 1.4.1 计算机硬件的基本构成 1.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。 .2.指令的执行过程 开始取下一条指令执行指令停止取指令阶段执行阶段. 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

27、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24=16种不同的操作（可用1位十六进制数表示）；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212=4096=4K。 程序存放在从300开始的存

28、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。这需要用到图(c)里给出的三条指令，经过三个取指令阶段和三个执行阶段。 .操作码地 址数值S034151501(a) 指令格式(b) 整数格式(c) CPU的内部寄存器和部分指令操作码1940300存储器5941301294130200049400008941300寄存器1940PCACIR1940300存储器59413012941302301寄存器1940PCACIR0004000494000089411940300存储器5941301294130200049400

29、008941301寄存器5941PCACIR00041940300存储器5941301294130200049400008941302寄存器5941PCACIR1940300存储器59413012941302302寄存器2941PCACIR000C000494000089411940300存储器594130129413020004940000C941303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 。1.4.2 中断中断概念 1. 所谓“中断”，是指在CPU执行程序过程中，由

30、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。 （os”中断驱动”，中断使os重新获得对系统的控制权。典型中断：系统调用、时间片到、输入/输出完成时）. 外部设备中断：由I/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。 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（例：系统调用）；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。 凡能引起中断

31、的设备或事件均称为“中断源”。 (1) 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。 (2) 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。 (3)硬件失效中断：由诸如掉电或奇偶校验错之类的故障产生。 (4)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”。中断的处理过程 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

32、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”。每个中断处理程序的结构大致由六个部分组成：(1)保护有关的寄存器 (2)(3)(4)(5)(6)开中断，以便处理中断时，能响应更高优先级的中断 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 关中断，为能够不被打断地恢复现场做准备 恢复现场 中断返回 中断请求K

33、+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中断请求、中断响应和中断处理三个部分的相互关系 3.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。 . 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

34、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。中断屏蔽：允许中断源产生中断信号，cpu不响应。中断禁止：不允许中断源产生中断信号。 例：1-6返回目录1.4.3 存储器的结构 1.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. 在存储器的层次结构中，CPU可直接到寄存器、高

35、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。 . 在存储器的层次结构中，容量较、价格便宜的慢速存储器（主要是磁盘），可用来作为容量小、价格贵的快速存储器的后备。2.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。通过这样的结构安排，存储器的价格就不会过于昂贵，而CPU访问存储器的速度却得到了很大的提高。

36、. 内存储器和高速缓存间是以块为单位传递数据的，高速缓存与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 比如，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）。这样，内存储器中只会有几块存放在高速缓存的槽中。当CPU存取内存储器某块里的某字时，如果那块当时不在槽中，就把那块传送到一个槽里。由于槽的数目远远小于块的数目，因

37、此一个槽不可能唯一或永远对应于某一块。所以，高速缓存中的每个槽都有一个标签，用来标识这个槽当前存放的是内存中的哪一块。这样的结构，如图所示。 1.5 Linux操作系统的诞生 1.5.1 操作系统的发展简史 1.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。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 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，

38、缺少“人-机”交互。3.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 二十世纪70年代中期至今，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1.5.2 Linux操作系统的诞生 1.Unix操作系统 . 1965年，在美国国防部高级研究

39、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 . 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