對應教材第一章第二章操作系統的定義操作系統的地位研究操作系統的幾種觀點操作系統概念流行的操作系統操作系統的地位操作系統定義操作系統的定義很多……操作系統是控制應用程序執行的程序，并充當應用程序和硬件間的接口。操作系統（OperatingSystem）是最基本的系統軟件。它控制計算機的所有資源；并提供應用程序開發的基礎。研究操作系統的幾種觀點系統觀點：作為資源管理器的操作系統用戶觀點：作為擴展機的操作系統作為資源管理器的操作系統操作系統的主要任務滿足資源使用請求記錄資源使用情況協調各個程序和用戶對資源使用請求的沖突。硬件資源處理器管理存儲器管理I/O設備管理信息資源文件管理資源作為擴展機的操作系統操作系統的作用是為用戶提供一臺等價的擴展機（ExtendedMachine），或稱為虛擬機，它比底層編程更容易編程。操作系統的目標方便用戶讓計算機高效執行？無操作系統時代單道批處理系統多道批處理系統分時系統其他操作系統操作系統發展歷史無操作系統單道批處理多道批處理分時系統

操作系統的發展是隨計算機硬件的發展而發展的無操作系統時代第一代計算機（1945-1955）第一臺計算機ENIAC使用真空管和插件板無任何軟件和操作系統單道批處理系統第二代計算機（1955-1965）目標：減少機時的浪費作業（Job）：指程序或程序集作業控制語言用來控制作業的執行。主要用于科學與工程計算FMSFORTRANMonitorSystemFORTRAN監控系統IBSYSIBM為7094配備的操作系統單道批處理系統的問題？CPU利用率低內存利用率低安全？多道批處理系統第三代計算機（1965-1980）基地址寄存器和界限寄存器多道程序設計Multiprogramming多道批處理系統的問題？π的第一百萬位是多少？寫個Hello

World程序試一試……響應時間不確定不同調度算法不同結果交互式應用和批處理應用對響應時間有不同的需求分時系統每個用戶擁有一個終端n個用戶同時申請任務，給每個用戶1/n有效的處理器速度PhysicalMachineTerminal…CommandCommandCommandResultResultResultTimeSharingMultitasking實時系統對處理器操作或者數據流動有嚴格的要求時使用。硬實時系統保證關鍵任務按時完成軟實時系統關鍵實時任務的優先級高于其他任務的優先級，并在完成之前保證它的最高優先級其他操作系統網絡操作系統分布式操作系統多處理器系統桌面系統群集系統操作系統的功能用戶與操作系統的接口操作系統的基本特征操作系統的功能操作系統的功能處理器管理的功能存儲管理的功能設備管理的功能文件管理的功能用戶接口硬件資源處理器管理存儲器管理I/O設備管理信息資源文件管理資源用戶與操作系統的接口命令接口由一組鍵盤操作命令和命令解釋程序組成DOS程序接口為了用戶程序訪問系統資源而設用戶程序獲取操作系統服務的唯一途徑系統調用WindowsAPI圖形用戶接口(GUI)操作系統的基本特征并發(concurrence)并行：兩個事件在同一個時刻發生并發：兩個事件在同一個時間間隔發生共享(sharing)互斥的共享方式同時訪問方式虛擬(virtual)異步性(asynchronism)內存中程序何時執行、何時暫停、需要多少時間完成都是不可知的整體式系統層次式結構C/S結構虛擬機結構操作系統的結構整體式結構早期的操作系統使用整體式系統。操作系統是一系列過程的集合，只要需要就可以相互調用。整體式結構例子1MS-DOS最初由幾個人設計實現利用最小空間提供最多的功能沒有被仔細地劃分模塊整體式結構例子2傳統UNIX受到硬件的限制分成內核和系統程序內核又分為接口和設備驅動新版的UNIX可以更好地使用高級硬件層次式結構層次式系統的各種功能可以劃分為幾個層次，每個層次建立在下面的層次之上。優點：模塊化缺點：對層的定義并且相對效率差層次式結構例子OS/2使用數量更少而功能更多的分層設計提供了絕大多數模塊化代碼的優點避免了分層定義和交互的困難問題C/S結構把原本屬于操作系統內核的功能放到內核的外部，使內核成為一個微內核。操作系統的微內核之外的進程是服務器進程；而用戶進程是客戶進程。微內核實現消息的傳遞優點易于維護易于擴充適用于分布式系統C/S結構例子WindowsNT虛擬機結構虛擬機監控器運行在硬件系統上，提供多道程序的功能，并為上一層提供虛擬機。虛擬機是硬件的完全拷貝，包括真實機器中的內核模式、用戶模式、I/O、中斷等。優點提供了安全層允許進行系統開發而不必中斷正常的系統操作虛擬機結構例子一套硬件上同時運行不同的操作系統Windows和UNIXJava虛擬機JVM（Java虛擬機）可以在各種硬件之上解釋執行Java編譯程序程序狀態字中斷系統CPU狀態/模式系統調用操作系統運行環境程序狀態字PSW程序狀態字處于CPU，用于包含狀態信息用于比較指令的條件碼CPU優先級模式（用戶模式/核心模式）其它控制位CPU狀態/模式系統模式：執行操作系統任務,也稱為管態Kernel

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System/Privileged/Supervisormode用戶模式：執行用戶任務，也稱為目態Usermode區分兩種模式的原因提供了保護操作系統和用戶程序不受錯誤用戶程序影響的手段特權指令(PrivilegedInstruction)：可以引起損害的指令如果在用戶模式下執行特權指令則認為是非法指令在PSW中用一位來表示模式中斷現代操作系統是中斷驅動的定義：由外部事件引起的暫停過程，外部事件處理完成后會被恢復執行。中斷類別中斷（interrupt）：由硬件引起的中斷，例如時鐘中斷陷阱（trap）：是因為錯誤/用戶程序的特定請求而引起的軟件生成中斷，又稱軟中斷例如系統調用中斷向量：各種中斷服務程序的地址。中斷使用堆棧保存被中斷指令的地址利用中斷控制字實現屏蔽中斷多重中斷順序處理優先級（可嵌套）系統調用用戶對操作系統提出的服務是由系統調用（SystemCall）來實現的，它提供了進程與操作系統之間的接口。有的用匯編語言編寫有的用高級語言編寫，直接被高級語言調用Win32API

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JavaAPI/POSIXAPI分別調用系統調用例子從一個文件中讀數據并寫到另一個文件中Read/write結論：簡單的程序也會使用大量的系統調用系統調用的實現過程系統調用執行時被視為陷阱（軟中斷）通過中斷向量執行中斷服務程序（系統調用服務程序），模式位變成系統模式傳遞參數通過寄存器傳遞參數將參數存放在內存的塊或者表中，把塊或表的地址放在寄存器中通過堆棧的壓入和彈出判斷參數是否合法執行返回系統調用的分類進程控制文件管理設備管理信息維護通信第一次作業基礎作業1.操作系統的兩個主要目標是什么2.多道程序設計的主要優點是什么？3.監督程序模式和用戶模式之間的區別？4.陷入與中斷之間的區別？5