北京工业大学操作系统课OS1

对应教材第一章第二章操作系统的定义操作系统的地位研究操作系统的几种观点操作系统概念流行的操作系统操作系统的地位操作系统定义操作系统的定义很多……操作系统是控制应用程序执行的程序，并充当应用程序和硬件间的接口。操作系统（OperatingSystem）是最基本的系统软件。它控制计算机的所有资源；并提供应用程序开发的基础。研究操作系统的几种观点系统观点：作为资源管理器的操作系统用户观点：作为扩展机的操作系统作为资源管理器的操作系统操作系统的主要任务满足资源使用请求记录资源使用情况协调各个程序和用户对资源使用请求的冲突。硬件资源处理器管理存储器管理I/O设备管理信息资源文件管理资源作为扩展机的操作系统操作系统的作用是为用户提供一台等价的扩展机（ExtendedMachine），或称为虚拟机，它比底层编程更容易编程。操作系统的目标方便用户让计算机高效执行？无操作系统时代单道批处理系统多道批处理系统分时系统其他操作系统操作系统发展历史无操作系统单道批处理多道批处理分时系统

操作系统的发展是随计算机硬件的发展而发展的无操作系统时代第一代计算机（1945-1955）第一台计算机ENIAC使用真空管和插件板无任何软件和操作系统单道批处理系统第二代计算机（1955-1965）目标：减少机时的浪费作业（Job）：指程序或程序集作业控制语言用来控制作业的执行。主要用于科学与工程计算FMSFORTRANMonitorSystemFORTRAN监控系统IBSYSIBM为7094配备的操作系统单道批处理系统的问题？CPU利用率低内存利用率低安全？多道批处理系统第三代计算机（1965-1980）基地址寄存器和界限寄存器多道程序设计Multiprogramming多道批处理系统的问题？π的第一百万位是多少？写个Hello

World程序试一试……响应时间不确定不同调度算法不同结果交互式应用和批处理应用对响应时间有不同的需求分时系统每个用户拥有一个终端n个用户同时申请任务，给每个用户1/n有效的处理器速度PhysicalMachineTerminal…CommandCommandCommandResultResultResultTimeSharingMultitasking实时系统对处理器操作或者数据流动有严格的要求时使用。硬实时系统保证关键任务按时完成软实时系统关键实时任务的优先级高于其他任务的优先级，并在完成之前保证它的最高优先级其他操作系统网络操作系统分布式操作系统多处理器系统桌面系统群集系统操作系统的功能用户与操作系统的接口操作系统的基本特征操作系统的功能操作系统的功能处理器管理的功能存储管理的功能设备管理的功能文件管理的功能用户接口硬件资源处理器管理存储器管理I/O设备管理信息资源文件管理资源用户与操作系统的接口命令接口由一组键盘操作命令和命令解释程序组成DOS程序接口为了用户程序访问系统资源而设用户程序获取操作系统服务的唯一途径系统调用WindowsAPI图形用户接口(GUI)操作系统的基本特征并发(concurrence)并行：两个事件在同一个时刻发生并发：两个事件在同一个时间间隔发生共享(sharing)互斥的共享方式同时访问方式虚拟(virtual)异步性(asynchronism)内存中程序何时执行、何时暂停、需要多少时间完成都是不可知的整体式系统层次式结构C/S结构虚拟机结构操作系统的结构整体式结构早期的操作系统使用整体式系统。操作系统是一系列过程的集合，只要需要就可以相互调用。整体式结构例子1MS-DOS最初由几个人设计实现利用最小空间提供最多的功能没有被仔细地划分模块整体式结构例子2传统UNIX受到硬件的限制分成内核和系统程序内核又分为接口和设备驱动新版的UNIX可以更好地使用高级硬件层次式结构层次式系统的各种功能可以划分为几个层次，每个层次建立在下面的层次之上。优点：模块化缺点：对层的定义并且相对效率差层次式结构例子OS/2使用数量更少而功能更多的分层设计提供了绝大多数模块化代码的优点避免了分层定义和交互的困难问题C/S结构把原本属于操作系统内核的功能放到内核的外部，使内核成为一个微内核。操作系统的微内核之外的进程是服务器进程；而用户进程是客户进程。微内核实现消息的传递优点易于维护易于扩充适用于分布式系统C/S结构例子WindowsNT虚拟机结构虚拟机监控器运行在硬件系统上，提供多道程序的功能，并为上一层提供虚拟机。虚拟机是硬件的完全拷贝，包括真实机器中的内核模式、用户模式、I/O、中断等。优点提供了安全层允许进行系统开发而不必中断正常的系统操作虚拟机结构例子一套硬件上同时运行不同的操作系统Windows和UNIXJava虚拟机JVM（Java虚拟机）可以在各种硬件之上解释执行Java编译程序程序状态字中断系统CPU状态/模式系统调用操作系统运行环境程序状态字PSW程序状态字处于CPU，用于包含状态信息用于比较指令的条件码CPU优先级模式（用户模式/核心模式）其它控制位CPU状态/模式系统模式：执行操作系统任务,也称为管态Kernel

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System/Privileged/Supervisormode用户模式：执行用户任务，也称为目态Usermode区分两种模式的原因提供了保护操作系统和用户程序不受错误用户程序影响的手段特权指令(PrivilegedInstruction)：可以引起损害的指令如果在用户模式下执行特权指令则认为是非法指令在PSW中用一位来表示模式中断现代操作系统是中断驱动的定义：由外部事件引起的暂停过程，外部事件处理完成后会被恢复执行。中断类别中断（interrupt）：由硬件引起的中断，例如时钟中断陷阱（trap）：是因为错误/用户程序的特定请求而引起的软件生成中断，又称软中断例如系统调用中断向量：各种中断服务程序的地址。中断使用堆栈保存被中断指令的地址利用中断控制字实现屏蔽中断多重中断顺序处理优先级（可嵌套）系统调用用户对操作系统提出的服务是由系统调用（SystemCall）来实现的，它提供了进程与操作系统之间的接口。有的用汇编语言编写有的用高级语言编写，直接被高级语言调用Win32API

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JavaAPI/POSIXAPI分别调用系统调用例子从一个文件中读数据并写到另一个文件中Read/write结论：简单的程序也会使用大量的系统调用系统调用的实现过程系统调用执行时被视为陷阱（软中断）通过中断向量执行中断服务程序（系统调用服务程序），模式位变成系统模式传递参数通过寄存器传递参数将参数存放在内存的块或者表中，把块或表的地址放在寄存器中通过堆栈的压入和弹出判断参数是否合法执行返回系统调用的分类进程控制文件管理设备管理信息维护通信第一次作业基础作业1.操作系统的两个主要目标是什么2.多道程序设计的主要优点是什么？3.监督程序模式和用户模式之间的区别？4.陷入与中断之间的区别？5