HYZOS操作系统引论

操作系统（A）北京交通大学计算机学院何永忠副教授第一章：操作系统引论5/19/20231北京交通大学计算机学院何永忠本节主要内容操作系统结构操作系统接口（第七章操作系统接口）了解操作系统的主要功能重点操作系统的基本特征：并发、共享、虚拟、异步同学们先自己预习，后续将结合第二章的相关内容进行讲解难点内核态、用户态5/19/20232北京交通大学计算机学院何永忠WhatthingsdoestheOSdo?可以映射成模块的服务ProgramexecutionHowdoyouexecuteconcurrentsequencesofinstructions?I/OoperationsStandardizedinterfacestoextremelydiversedevicesFilesystemmanipulationHowdoyouread/write/preservefiles?Loomingconcern:Howdoyouevenfindfiles???CommunicationsNetworkingprotocols/InterfacewithCyberSpace?普遍的功能Errordetection&recoveryResourceallocationAccountingProtection5/19/20233北京交通大学计算机学院何永忠OperatingSystemsStructure

SimpleOnlyoneortwolevelsofcodeLayeredLowerlevelsindependentofupperlevelsMicrokernelOSbuiltfrommanyuser-levelprocessesModularCorekernelwithDynamicallyloadablemodules5/19/20234北京交通大学计算机学院何永忠软件体系结构5/19/20235北京交通大学计算机学院何永忠软件体系结构5/19/20236北京交通大学计算机学院何永忠扩展学习好结构？坏结构？大量使用GOTO语句大量使用全局变量传递参数底层函数使用顶层输入的数据软件体系结构软件设计模式5/19/20237北京交通大学计算机学院何永忠SimpleStructureMS-DOS–writtentoprovidethemostfunctionalityintheleastspaceNotdividedintomodulesInterfacesandlevelsoffunctionalitynotwellseparated5/19/20238北京交通大学计算机学院何永忠UNIX:Also“Simple”StructureUNIX–limitedbyhardwarefunctionalityOriginalUNIXoperatingsystemconsistsoftwoseparableparts:SystemsprogramsThekernelConsistsofeverythingbelowthesystem-callinterfaceandabovethephysicalhardwareProvidesthefilesystem,CPUscheduling,memorymanagement,andotheroperating-systemfunctions;Manyinteractingfunctionsforonelevel5/19/20239北京交通大学计算机学院何永忠UNIXSystemStructureUserModeKernelModeHardwareApplicationsStandardLibs5/19/202310北京交通大学计算机学院何永忠分层式操作系统结构及分层原则高层的只能调用较低层次的服务作业调度->进程控制->内存管理活跃功能放在低层时钟管理、进程调度资源分配策略放在高层便于修改或适应不同环境最低层资源管理公用模块如队列、堆栈、信号量操作等最高层用户接口AnAn-1……A2A1A0单向依赖5/19/202311北京交通大学计算机学院何永忠层次结构存在的问题Notalwayspossible:Doesprocessschedulerlieaboveorbelowvirtualmemorylayer?NeedtorescheduleprocessorwhilewaitingforpagingMayneedtopageininformationabouttasksImportant:Machine-dependentvsindependentlayersEasiermigrationbetweenplatformsEasierevolutionofhardwareplatform5/19/202312北京交通大学计算机学院何永忠分层式操作系统结构评价从资源管理角度出发进行层次划分规定模块间调用的有序性结构特点及评价调用关系清晰（高层对低层单向依赖）低层和高层可分别实现（可扩充性）高层错误不会影响到低层（正确性）避免了递归调用可增强系统可维护性降低了系统运行效率5/19/202313北京交通大学计算机学院何永忠微内核操作系统

什么是操作系统内核-kernel最初：内核=操作系统现在：操作系统中最主要的部分，实现对系统资源的管理。一个重要的需求：操作系统的保护如何防止操作系统不被用户程序破坏？？5/19/202314北京交通大学计算机学院何永忠微内核操作系统保护操作系统的方法：内核态和用户态计算机CPU支持的两种运行状态。在内核态，可以无限制地对系统存储、外部设备进行访问。操作系统就工作在内核态模式下。用户态只能通过操作系统接口访问关键资源。例如，不能直接访问外部设备，不能直接访问操作系统的内存代码和数据。5/19/202315北京交通大学计算机学院何永忠内核佳态和舟用户少态5/友18牢/2爹02狸316北京诊交通请大学疤计算缝机学泥院何风永忠内核篇态下列地操作攻哪些浇只能霸在内亡核态零执行哪？1）内铜存取蛾数2）通森用寄跳存器茂移位3）IN映/O弯UT4）设驰置状墓态寄缠存器5）读羡时钟6）写订时钟7）设璃置PC寄存晚器8）算捞术运守算5/禾18陆/2跨02去317北京般交通娘大学歌计算印机学国院何岗永忠基于皆内核共结构功的OS结构隶分类引入递内核凯态后阴，如望何设述计和假选择察操作优系统屋结构缘瑞就成饺为一柜个关殖键问缝题。当操茄作系资统越凭来越糕大时霜，操丛作系娇统本障身就小容易宰崩溃任。内戏核态院仅仅尊能防篇止用避户程轻序对叛操作栋系统扭的破匪坏，速不能杜防止突操作肤系统携本身蛙的缺路陷导饱致的董问题轧。改进巷思路忧：操作职系统矮越小堡，可骗靠性煌越容背易做旦好。如果砖把操胀作系严统分忌为两徒个部纵分，捞基本扎功能泥部分(k准er姜ne膊l)和扩畅展功耍能部剥分。行仅仅标把基靠本部肆分在田内核盲态执冬行，撑这样径就能网降低裂内核娃态中钢操作团系统师复杂拳性，敌提高第可靠摔性。5/毒18余/2赵02销318北京狼交通摔大学氏计算扩机学席院何肢永忠简单私就是软美（可谜靠、强安全爱）5/王18穿/2脉02安319北京杆交通隶大学侦计算身机学蚕院何艰永忠微内坟核操葵作系创统结尾构内容冤小到霉极致用户思和OS服务流的通离信：客户/服务食器模姨型客户进程作业服务器网络服务器终端服务器……文件服务器消息传递机制（客户进程与服务器之间通信）用户态核心态硬件紧密相关基本功能5/糟18区/2嚷02逐320北京唐交通躺大学颂计算谊机学守院何塔永忠Wi陷nd出ow度s扫NT的开房诚发微软Wi映nd蔽ow胁s操作层系统吩核心铺基本竟上都袭是基铃于Wi努nd沿ow监s顷NT。NT开发笑团队压负责辆人是证卡特槐勒。补他从DE螺C离开崖加盟冠微软分，带爷来手解下7个顶绪尖的沫工程箩师，鄙只有涌一位怪不到30岁。勺他确溉定开袋发的OS应具狱有三虽个特窃征：绢可移酿植，辜可靠艰性和膊个性嫂化。在当高时的季微机酱上运坊行的OS注/2或者DO摧S系统史，一韵个应辉用程绘序的题失败根会导促致真膀个系叹统崩姻溃，疫数据羽消失年，迫重使使舟用者描重启垂机器骂。NT会支封持许副多应淘用程属序同浙时运筹行，纵其中味一个籍失败累将带驶来灾睬难，恩例如递银行绑客户灰系统宿等。5/错18溪/2断02徐321北京芦交通疫大学刷计算健机学雷院何唤永忠Wi济nd雀ow眉s酱NT的开凉发卡特嚷勒的郑解决锡方案降是把垂操作节系统林分为抓两个冒部分社，一萍个是筝内核龄，一脸个是兄图形稿化、税可视梢的部鼓分。楚系统馆内核渔本身垮结构症也非花常复杀杂，榴因此狂在其淡中设蓄计一东个其骑他内您核组印件都粮会调肤用的颈底层圆代码—“微核谢”。蚊这种供结构阅有可刷靠、哀个性河化的常优点撒。例弱如，福个性排化图隆形化飞处理泪是作旁为内企核的挣客户艺，内泉核是锻作为价服务翼器。牧但是蛙代价俊就是娇速度贵。当荡盖茨更听到辣这个撑计划要时犹槐豫了叹，他重说“法这样汤做会状有巨授大的蜓额外代开销剩，我枯认为茧我们趋不能袭这样恳做”5/越18急/2伏02飘322北京吧交通堡大学孟计算钟机学嚼院何吐永忠Wi龄nd更ow缴s西NT的开叫发卡特骄勒有臭力的砌为这坑种模养式辩讯护，哲并提薪供数衔学模双拟来爬支持株他的挠模型畅，开海发小腐组还采写了相一篇配论文仆来说惊明其够他方园案不激可行险。但是愚盖茨滨对此柏还是伯不放脏心，突他比卫卡特乎勒更屑了解棚消费裹者对宇程序严运行橡速度振的关聚注，闯他们坡会把NT和DO须S比较诵。虽杀然硬缴件的换进步阻会有秆所帮公助，配但盖颗茨担粗心舆抵论没荡有那邮个耐睡心，姨早就做把NT钉死傻在速宽度的接十字煌架上室。卡特税勒发摘誓说献他的仍团队至高超土的编肤程技奶巧一增定会患弥补哄速度扎问题菠。盖榴茨将朵信将丸疑，单但最禁后也许默认威他们积这样灶去做悉。5/炸18守/2录02粪323北京尖交通递大学思计算量机学士院何茅永忠5/立18舍/2递02酷324北京绝交通帖大学已计算猫机学贫院何警永忠单内蛇核、爬微内朝核、煤混合熟内核裂结构5/激18启/2萌02欺325北京解交通建大学冷计算瓦机学舒院何轮永忠微内核核操讽作系企统结掉构要满领及鼻评价内核共仅实慈现最吓基本患功能虚拟嗽存储该、消中息传俭递、罚进程磨控制其余引更多枪系统每功能侄放在除内核裤之外独立碗服务希进程肢运行睡方式等待裹和响夺应客乞户进程提出统的请字求结构复评价正确椒性、兆可靠溜性、可扩难充性亡、便于逢网络效服务持和实亦现分辽布式唇处理系统雾效率见受到爹影响5/准18灵/2榴02潮326北京符交通盏大学胡计算似机学狂院何些永忠Mo私du脚le获s-旱ba尿se浮d处St终ru鲁ct剩ur卵eMo胸st杠m悔od威er愉n睡op蝇er薄at梅in停g城sy璃st毕em璃s勺im文pl萝em汪en趋t舌mo例du誓le轧sUs笼es传o末bj枯ec点t-花or乒ie教nt壤ed原a玻pp付ro详ac谷hEa坑ch妈c纯or都e知co泥mp则on超en别t喷is祸s刷ep撕ar串at扔eEa外ch闭t健al学ks固t碰o键th斧e兴ot径he榨rs误o晕ve袋r燥kn忌ow细n简in悬te斜rf亿ac登esEa场ch撕i串slo脸ad该ab懂le休a钳s轮ne别ed户ed膀w薪it弹hi瓦n虹th连e追ke捞rn垒elOv吩er垂al誓l,揭s歉im拴il患ar屈t悟o盒la妨ye益rs峰b师ut亮w悄it添h锡mo同re蝴f影le勒xi虾bl洒e5/采18膀/2鹿02梢327北京触交通脉大学本计算厕机学参院何锯永忠Co貌nc俯lu酒si摇onSt垮an阵da剖rd更C雹om钩po绘ne亭nt算s舍an拍d女Se颈rv领ic宗esPr存oc仔es卧s骗Co搬nt负ro撤lMa辽in列M赢em翠or萄yI/领OFi性le奇S彩ys国te劳mUICo欠mp烂le箱xi吗ty浙i获s油al给wa友ys薯o榜ut叫o蜘f哲co支nt仓ro宗lHo榆we脸ve粱r,曾“Re买si它st盯an蛙ce吧i笼s示NO懒T申Us势el茄es拌s!”5/垃18陪/2贞02移328北京片交通合大学内计算句机学搅院何春永忠作业偿题1.蚀10什么壮是用授户态悄和核毕心态良？有谱何作浴用？1.经11什么尤是微气内核肾结构融？与誓单内史核结较构相荷比，肝各有裂何优豆势和假缺点迷？1.更12什么枪是并狠发？薯举例邻说明西。1.委13什么汉是互院斥访贤问共娘享？至举例够说明蒜。5/凳18稀/2摩02纵329北京杀交通稳大学誓计算捏机学臭院何予永忠5/掀18除/2换02堡330北京堂交通驳大学彼计算谊机学烦院何孕永忠3D打印柳机和疤未来…5/恐18禽/2的02辣331北京钉交通削大学滋计算秆机学耐院何质永忠操作表系统明用户茧接口宇主棉要内拿容操作圾系统啄接口红分类联机朋命令充接口图形鸦用户努接口系统谅调用重点绵：事壁件驱柏动模恐式难点耍：系迈统调朽用5/公18藏/2雁02桃332北京惠交通叠大学籍计算颠机学忘院何绞永忠操作塔系统拣接口回分类基于没接口多表现絮形式目划分用户寨接口命令之接口秋（具杜体可吊分为张联/脱机琴命令喘接口央）图形兼用户棒接口遵（图胞形化浅操作并界面态）程序落接口秒（方皆便用朽户程浊序访耻问系殃统资插源，披由一蓄组系服统调岩用组况成）基于已接口歉使用户者类稀型划格分本地牢用户两接口网络匀用户酸接口5/龄18愤/2血02躬333北京衡交通迹大学堪计算祥机学羊院何棋永忠联机腹命令阿接口翻构成一组联机圾命令键盘愧终端菠处理晓程序命令编解释拐程序5/振18撞/2盏02沉334北京奥交通屈大学黎计算矛机学捷院何被永忠DO衣S批处箭理程柔序@e再ch渡o研of录fcl母sec顾ho闭*胶--码--做--芳--概--打--桨--旨--叙--们--提--以*ec灵ho叛W叫el岗co滋me册to手M缸ic派ro嫂so蹄ft顷E嗓di裳to候rec播ho利Ha兼ve绣a翻w怖on唐de或rf兄ul尘j抛ou愤rn侨ey降!ec茫ho锣*驾--还--盆--冠--肚--沾--达--衣--悄--听--暂--辟*pa达us峡eif万e谣xi圾stde道mo飞.b惯at(ed诉itde谎mo采.b档at)歉el竖se(dir)5/剪18糖/2补02替335北京耐交通塔大学那计算探机学秘院何工永忠联机贼命令斤及其术格式浑与分涝类联机远命令吴格式<命令>躬[宇<可选凑项>]疾<参数欢序列>联机扛命令银类型系统努访问食类（鹅如用纤户登慎陆、蜘注销萝）磁盘怠操作睛类、伏文件帮操作任类、削目录歉操作相类网络讨通信逝类输入洒输出关重定催向、管道陪连接、过店滤命坚令批处法理方慢式（幻玉批处塞理文断件/脚本沈文件科）Li径nu筋x常用按操作煌命令?5/巴18卫/2附02贩336北京哲交通滤大学船计算塞机学崖院何桨永忠键盘暖终端锄处理行程序基本滋功能接收则用户杏从终价端输偷入的盼字符面向统字符/行方爷式管理右字符炒缓冲应，以锅暂存谨所接元收的召字符专用昏缓冲尖区、公用世缓冲滨池方式将用亦户键宗入字微符回袜送屏肉幕显绕示硬件/软件在实现水方式提供券屏幕知编辑浴（编都辑键要）特殊居字符投处理主（中断/停止秤或恢忽复上扔卷）键盘禽扫描漠码到AS剪CI蝇I的转挪换优劣订比较5/括18福/2染02疾337北京暖交通芦大学观计算冬机学烫院何丽永忠命令影解释煮程序绑工作赔流程系统启动显示命令提示符接收命令行输入内部命令？执行exec系统调用装入命令处理程序并予以执行系统初始化是基于命令识别特定方法转向执行对应命令处理程序外部命令？是否否提示命令非法5/谢18拳/2要02娃338北京症交通夜大学棚计算沃机学耀院何谎永忠图形盛用户仅接口沾元素饿及操罪作桌面假、图失标、铺鼠标若指针窗口径、标涉题栏矛、菜捷单栏否、工汽具栏菜单菜单塘条弹出报式菜喘单下拉效式菜迹单对话勿框5/梨18捎/2爽02般339北京购交通松大学款计算迁机学敏院何肉永忠图形归用户帐接口胸特点基于抬图形扫元素僚来表典示功斧能，靠方便秃用户黎操纵蔬和触民发对粗应功吗能同屏祸多窗雷口与狭并发耳进程问相对宿应支持庄即时农交互犹，鼠略标点屋击和紫键盘械输入寻并举操作秧直观触，不哲必死博记命鸣令行致参数欲，传舞递信摸息量莲大5/躺18乳/2麻02乘340北京弟交通笑大学诞计算楚机学过院何寇永忠图形抹用户项接口灵实现婶及运糊行机鲁制面向扫对象部程序誓设计疤方法消息份产生算、传佛递及均处理消息设作为最窗口肤的输旱入，暖如用律户操欺作、喊其它俘窗口位或系亿统发矮出的瘦请求掉或通让知消息弦由各钥窗口建自己低的窗淹口过寒程进亩行处或理事件闸驱动摩模式5/腥18志/2田02哗341北京趣交通察大学烈计算余机学灵院何检永忠Wi追nd线ow秘s系统哪运行威机理5/烫18矮/2葛02篮342北京缴交通冬大学巩计算查机学清院何说永忠Wi湖nd樱ow陪s窗口恩化程侵序in私tWI搂NA际PIWi屋nM娘ai尾n(参数爽略)卵{创建俘、显朋示窗欢口,注册化窗口蜂处理合函数wh调il凯e(诊Ge脾tM锐es肢sa重ge据(&响ms牺g,条NU坚LL顷,0神,0哪))绒/剧/从消黑息队飘列中捉取得激消息{Tr层an裁sl若at罩eM功es腹sa蹦ge愿(&剃ms谣g);//良检索澡并生类成字芹符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