东北大学分布式操作系统课件

1、分布式操作系统东北大学软件研究所于 戈2006年2月1主要参考书Distributed Systems Principles and Paradigms, Andrew S.Tanenbaum，Maarten van Steen, 清华大学 出版社， 2002年2006-2-282第0章 操作系统回顾其它参考书Modern Operating Systems，第2版， Andrew S.Tanenbaum， 机械工业出版社，2002 2006-2-283第0章 操作系统回顾其它参考书 Solaries 操作系统内核 Solaries编程指南Linux 操作系统内核 Linux编程指南Windo

2、ws NT 操作系统内核 Windows NT编程指南2006-2-284第0章 操作系统回顾0.1 计算机系统结构0.2 操作系统概念0.3 操作系统历史0.4 操作系统结构0.5 操作系统调用主要内容2006-2-286第0章 操作系统回顾0.1 计算机系统结构 应用程序系统程序硬件2006-2-287第0章 操作系统回顾硬件结构 2006-2-289第0章 操作系统回顾硬件结构 一台简单PC机的构件单总线结构MonitorBus2006-2-2810第0章 操作系统回顾Pentium机系统结构多总线结构2006-2-2811第0章 操作系统回顾CPU(中央处理单元) (a) 三阶段流水线

3、（管道）结构(b) 超标量（ superscalar） CPUn+2 n+1 n整形 浮点 逻辑2006-2-2812第0章 操作系统回顾存储器典型存储器层次结构数字为近似值2006-2-2813第0章 操作系统回顾硬盘结构扇区、磁头、柱面2006-2-2814第0章 操作系统回顾IO设备I/O设备分类块设备 block device；字符设备 character device特例（例如：时钟、存储映象显示器）I/O设备通常由机械部件和电子部件组成电子部件称为设备控制器或适配器（Adaptor），OS仅跟控制器（或 通道）打交道2006-2-2816第0章 操作系统回顾IO中断方式(a) 启动

4、 I/O设备和接受中断的步骤(b) 中断处理步骤(a)(b)2006-2-2817第0章 操作系统回顾 一台扩展的计算机隐藏了具体的硬件细节，高级的抽象为用户提供了一台容易使用的虚拟的计算机一个资源管理器每个程序分享时间每个程序分享空间0.2 操作系统概念2006-2-2819第0章 操作系统回顾进程管理进程树（ process tree）进程A 创建两个子进程： B和 CB 又创建三个子进程： D, E,和 F 进程：一个运行的程序，包含内核映像和上下文。2006-2-2820第0章 操作系统回顾进程调度与同步(a) 潜在死锁 (b) 实际的死锁.2006-2-2821第0章 操作系统回顾进

5、程间通信（IPC）连接两个进程的管道（ pipe）2006-2-2822第0章 操作系统回顾文件管理计算机系的文件系统结构2006-2-2823第0章 操作系统回顾文件目录（a) 在安装(mount)floppy之前, 不能访问Floppy上的文件（b）将floppy 安装到 b之后,Floppy上的文件成为文件系统的一部分2006-2-2824第0章 操作系统回顾50年代计算机CPU控制台打印机纸带机2006-2-2826第0章 操作系统回顾80年代计算机日本富士通公司技术展示室并行服务器64个CPU2006-2-2827第0章 操作系统回顾TOP500 List (2005.1) 排名地点

6、 计算机处理机#年份Rmax Rpeak 1美国DOE/NNSA/LLNLBlueGene/L - eServer Blue Gene Solution，IBM13107220052806003670002美国IBM Thomas J. Watson Research CenterBGW - eServer Blue Gene Solution, IBM409602005912901146883美国DOE/NNSA/LLNLASC Purple - eServer pSeries p5 575 1.9 GHz, IBM10240200563390778244美国NASA/Ames Resear

7、ch Center/NASColumbia - SGI Altix 1.5 GHz, Voltaire Infiniband, SGI10160200451870609605美国Sandia National LaboratoriesThunderbird - PowerEdge 1850, 3.6 GHz, Infiniband, Dell8000200538270645126美国Sandia National LaboratoriesRed Storm Cray XT3, 2.0 GHz, Cray Inc.10880200536190435207日本The Earth Simulator

8、 CenterEarth-Simulator, NEC5120200235860409608西班牙Barcelona Supercomputer CenterMareNostrum - JS20 Cluster, PPC 970, 2.2 GHz, Myrinet, IBM4800200527910421449荷兰ASTRON/University GroningenStella - eServer Blue Gene Solution, IBM1228820052745034406.410美国Oak Ridge National LaboratoryJaguar - Cray XT3, 2.

9、4 GHz, Cray Inc.52002005205272496026中国Meteorological AdministrationeServer pSeries 655 (1.7 GHz Power4+), IBM32002005103102176042中国Shanghai Supercomputer CenterDawning 4000A, Opteron 2.2 GHz, Myrinet，曙光2560200480611126493中国Chinese Academy of ScienceDeepComp 6800, Itanium2 1.3 GHz, QsNet，联想1024200341

10、935324.8/lists/2005/11/basic2006-2-2829第0章 操作系统回顾性能发展趋势2006-2-2830第0章 操作系统回顾操作系统的分布2006-2-2831第0章 操作系统回顾早期批处理系统 第2代将卡片装入 1401机的读卡机将卡片中的程序读入磁带将磁带装入 7094机， 完成计算将磁带装入 1401机，打印结果2006-2-2832第0章 操作系统回顾FMS 的JOB结构Fortran Monitor System2006-2-2833第0章 操作系统回顾多道程序系统 第3代内存中的三个作业（ job）2006-2-2834第0章 操作系统回顾操作系统家族大

11、型机操作系统(e.g IBM OS/390)服务器操作系统(e.g. UNIX, Windows XP)多处理机(并行计算机)操作系统分布式操作系统PC机操作系统(e.g Widows)实时操作系统(e.g VxWorks)嵌入式操作系统(e.g Windows CE)Smart card操作系统(e.g JVM)2006-2-2835第0章 操作系统回顾0.4 操作系统结构单体式（monlithic）系统的结构模型主过程：处理服务过程请求服务过程：执行系统调用实用过程：支持服务过程Main ProceduresService ProceduresUtility Procedures2006-

12、2-2836第0章 操作系统回顾单体式结构例：UNIX 系统2006-2-2837第0章 操作系统回顾层次式结构THE操作系统结构（荷兰，E.Dijkstra）2006-2-2838第0章 操作系统回顾虚拟机结构VM/370系统(IBM)多道程序(CMS, conversational monitor system)扩展界面计算机（virtual machine monitor）JVM(JAVA 虚拟机，SUN)2006-2-2839第0章 操作系统回顾客户/服务器结构微内核结构IPC机制内存管理低级的进程管理和调度低级的IO2006-2-2840第0章 操作系统回顾微内核结构例：Window

13、s 2000低级的进程管理和调度低级的IO2006-2-2841第0章 操作系统回顾分布式客户/服务器结构分布式系统中的客户/服务器（client/server）模型位置透明性2006-2-2842第0章 操作系统回顾0.5 操作系统的系统调用POSIX操作系统进程管理调用描述pid=fork()创建与父进程相同的子进程pid=waitp(pid,&statloc.options)等待子进程结束s=execve(name,argv,environp)替换进程的内核映像exit(status)结束进程执行并返回状态2006-2-2843第0章 操作系统回顾文件操作调用描述fd=open(file

14、,how,.)打开一个用于读、写或读写的文件s=close(fd)关闭一个已打开的文件n=read(fd,buffer,nbytes)从文件中读数据到缓冲区n=write(fd,buffer,nbytes)从缓冲区中写数据到文件position=lseek(fd,offset,whence)移动文件指针s=stat(name,&buf)取文件状态信息到缓冲区2006-2-2844第0章 操作系统回顾目录管理2006-2-2845第0章 操作系统回顾其它的系统调用2006-2-2846第0章 操作系统回顾系统调用步骤（System Call） 共11步，完成系统调用read (fd, buffe

15、r, nbytes)2006-2-2847第0章 操作系统回顾进程管理 shell语言编写的命令执行器:while (TRUE) /* 永远重复执行 */ type_prompt( );/* 显示提示符 */ read_command (command, parameters) /* 从终端接受命令 */ if (fork() != 0) /* fork 子进程 */ /* 父进程代码 */ waitpid( -1, &status, 0);/* 等待子进程退出 */ else /* 子进程 */ execve (command, parameters, 0);/* 执行命令 */ 2006-

16、2-2848第0章 操作系统回顾内存管理进程的三种内存段: text, data, stack2006-2-2849第0章 操作系统回顾文件管理在连接之前的两个目录在执行连接调用link( “/usr/jim/memo”,”/usr/ast/note”) 之后的两个目录I-node2006-2-2850第0章 操作系统回顾文件管理mount之前的文件系统 mount(“/dev/fd0”,”/mnt”,0);(b) mount之后的文件系统2006-2-2851第0章 操作系统回顾Win32 API调用2006-2-2852第0章 操作系统回顾操作系统研究ACMIEEE Computer Societ