操作系統（A）北京交通大學計算機學院何永忠副教授第一章：操作系統引論5/19/20231北京交通大學計算機學院何永忠本節主要內容操作系統結構操作系統接口（第七章操作系統接口）了解操作系統的主要功能重點操作系統的基本特征：并發、共享、虛擬、異步同學們先自己預習，后續將結合第二章的相關內容進行講解難點內核態、用戶態5/19/20232北京交通大學計算機學院何永忠WhatthingsdoestheOSdo?可以映射成模塊的服務ProgramexecutionHowdoyouexecuteconcurrentsequencesofinstructions?I/OoperationsStandardizedinterfacestoextremelydiversedevicesFilesystemmanipulationHowdoyouread/write/preservefiles?Loomingconcern:Howdoyouevenfindfiles???CommunicationsNetworkingprotocols/InterfacewithCyberSpace?普遍的功能Errordetection&recoveryResourceallocationAccountingProtection5/19/20233北京交通大學計算機學院何永忠OperatingSystemsStructure

SimpleOnlyoneortwolevelsofcodeLayeredLowerlevelsindependentofupperlevelsMicrokernelOSbuiltfrommanyuser-levelprocessesModularCorekernelwithDynamicallyloadablemodules5/19/20234北京交通大學計算機學院何永忠軟件體系結構5/19/20235北京交通大學計算機學院何永忠軟件體系結構5/19/20236北京交通大學計算機學院何永忠擴展學習好結構？壞結構？大量使用GOTO語句大量使用全局變量傳遞參數底層函數使用頂層輸入的數據軟件體系結構軟件設計模式5/19/20237北京交通大學計算機學院何永忠SimpleStructureMS-DOS–writtentoprovidethemostfunctionalityintheleastspaceNotdividedintomodulesInterfacesandlevelsoffunctionalitynotwellseparated5/19/20238北京交通大學計算機學院何永忠UNIX:Also“Simple”StructureUNIX–limitedbyhardwarefunctionalityOriginalUNIXoperatingsystemconsistsoftwoseparableparts:SystemsprogramsThekernelConsistsofeverythingbelowthesystem-callinterfaceandabovethephysicalhardwareProvidesthefilesystem,CPUscheduling,memorymanagement,andotheroperating-systemfunctions;Manyinteractingfunctionsforonelevel5/19/20239北京交通大學計算機學院何永忠UNIXSystemStructureUserModeKernelModeHardwareApplicationsStandardLibs5/19/202310北京交通大學計算機學院何永忠分層式操作系統結構及分層原則高層的只能調用較低層次的服務作業調度->進程控制->內存管理活躍功能放在低層時鐘管理、進程調度資源分配策略放在高層便于修改或適應不同環境最低層資源管理公用模塊如隊列、堆棧、信號量操作等最高層用戶接口AnAn-1……A2A1A0單向依賴5/19/202311北京交通大學計算機學院何永忠層次結構存在的問題Notalwayspossible:Doesprocessschedulerlieaboveorbelowvirtualmemorylayer?NeedtorescheduleprocessorwhilewaitingforpagingMayneedtopageininformationabouttasksImportant:Machine-dependentvsindependentlayersEasiermigrationbetweenplatformsEasierevolutionofhardwareplatform5/19/202312北京交通大學計算機學院何永忠分層式操作系統結構評價從資源管理角度出發進行層次劃分規定模塊間調用的有序性結構特點及評價調用關系清晰（高層對低層單向依賴）低層和高層可分別實現（可擴充性）高層錯誤不會影響到低層（正確性）避免了遞歸調用可增強系統可維護性降低了系統運行效率5/19/202313北京交通大學計算機學院何永忠微內核操作系統

什么是操作系統內核-kernel最初：內核=操作系統現在：操作系統中最主要的部分，實現對系統資源的管理。一個重要的需求：操作系統的保護如何防止操作系統不被用戶程序破壞？？5/19/202314北京交通大學計算機學院何永忠微內核操作系統保護操作系統的方法：內核態和用戶態計算機CPU支持的兩種運行狀態。在內核態，可以無限制地對系統存儲、外部設備進行訪問。操作系統就工作在內核態模式下。用戶態只能通過操作系統接口訪問關鍵資源。例如，不能直接訪問外部設備，不能直接訪問操作系統的內存代碼和數據。5/19/202315北京交通大學計算機學院何永忠內核佳態和舟用戶少態5/友18牢/2爹02貍316北京診交通請大學疤計算縫機學泥院何風永忠內核篇態下列地操作攻哪些澆只能霸在內亡核態零執行哪？1）內銅存取蛾數2）通森用寄跳存器茂移位3）IN映/O彎UT4）設馳置狀墓態寄纏存器5）讀羨時鐘6）寫訂時鐘7）設璃置PC寄存晚器8）算撈術運守算5/禾18陸/2跨02去317北京般交通娘大學歌計算印機學國院何崗永忠基于皆內核共結構功的OS結構隸分類引入遞內核凱態后陰，如望何設述計和假選擇察操作優系統屋結構緣瑞就成餃為一柜個關殖鍵問縫題。當操茄作系資統越憑來越糕大時霜，操叢作系嬌統本障身就小容易宰崩潰任。內戲核態院僅僅尊能防篇止用避戶程輕序對叛操作棟系統扭的破匪壞，速不能杜防止突操作膚系統攜本身蛙的缺路陷導飽致的董問題軋。改進巷思路憂：操作職系統矮越小堡，可騙靠性煌越容背易做旦好。如果磚把操脹作系嚴統分忌為兩徒個部縱分，撈基本扎功能泥部分(k準er姜ne膊l)和擴暢展功耍能部剝分。行僅僅標把基靠本部肆分在田內核盲態執冬行，撐這樣徑就能網降低裂內核娃態中鋼操作團系統師復雜拳性，敵提高第可靠摔性。5/毒18余/2趙02銷318北京狼交通摔大學氏計算擴機學席院何肢永忠簡單私就是軟美（可謎靠、強安全愛）5/王18穿/2脈02安319北京桿交通隸大學偵計算身機學蠶院何艱永忠微內墳核操葵作系創統結尾構內容冤小到霉極致用戶思和OS服務流的通離信：客戶/服務食器模姨型客戶進程作業服務器網絡服務器終端服務器……文件服務器消息傳遞機制（客戶進程與服務器之間通信）用戶態核心態硬件緊密相關基本功能5/糟18區/2嚷02逐320北京唐交通躺大學頌計算誼機學守院何塔永忠Wi陷nd出ow度s掃NT的開房誠發微軟Wi映nd蔽ow脅s操作層系統吩核心鋪基本竟上都襲是基鈴于Wi努nd沿ow監s頃NT。NT開發笑團隊壓負責輛人是證卡特槐勒。補他從DE螺C離開崖加盟冠微軟分，帶爺來手解下7個頂緒尖的沫工程籮師，鄙只有涌一位怪不到30歲。勺他確溉定開袋發的OS應具獄有三雖個特竊征：絹可移釀植，辜可靠艱性和膊個性嫂化。在當高時的季微機醬上運坊行的OS注/2或者DO摧S系統史，一韻個應輝用程繪序的題失敗根會導促致真膀個系嘆統崩姻潰，疫數據羽消失年，迫重使使舟用者描重啟垂機器罵。NT會支封持許副多應淘用程屬序同浙時運籌行，縱其中味一個籍失敗累將帶駛來災睬難，恩例如遞銀行綁客戶灰系統宿等。5/錯18溪/2斷02徐321北京蘆交通疫大學刷計算健機學雷院何喚永忠Wi濟nd雀ow眉s醬NT的開涼發卡特嚷勒的鄭解決錫方案降是把垂操作節系統林分為抓兩個冒部分社，一萍個是箏內核齡，一臉個是兄圖形稿化、稅可視梢的部鼓分。楚系統館內核漁本身垮結構癥也非花常復殺雜，榴因此狂在其淡中設蓄計一東個其騎他內您核組印件都糧會調膚用的頸底層圓代碼—“微核謝”。蚊這種供結構閱有可刷靠、哀個性河化的常優點撒。例弱如，福個性排化圖隆形化飛處理淚是作旁為內企核的掙客戶藝，內泉核是鍛作為價服務翼器。牧但是蛙代價俊就是嬌速度貴。當蕩蓋茨更聽到辣這個撐計劃要時猶槐豫了嘆，他重說“法這樣湯做會狀有巨授大的蜓額外代開銷剩，我枯認為繭我們趨不能襲這樣懇做”5/越18急/2伏02飄322北京吧交通堡大學孟計算鐘機學嚼院何吐永忠Wi齡nd更ow繳s西NT的開叫發卡特驕勒有臭力的砌為這坑種模養式辯訊護，哲并提薪供數銜學模雙擬來爬支持株他的撓模型暢，開海發小腐組還采寫了相一篇配論文仆來說驚明其夠他方園案不激可行險。但是愚蓋茨濱對此柏還是伯不放臟心，突他比衛卡特乎勒更屑了解棚消費裹者對宇程序嚴運行橡速度振的關聚注，闖他們坡會把NT和DO須S比較誦。雖殺然硬繳件的換進步阻會有稈所幫公助，配但蓋顆茨擔粗心輿抵論沒蕩有那郵個耐睡心，姨早就做把NT釘死傻在速寬度的接十字煌架上室。卡特稅勒發摘誓說獻他的仍團隊至高超土的編膚程技奶巧一增定會患彌補哄速度扎問題菠。蓋榴茨將朵信將丸疑，單但最禁后也許默認威他們積這樣灶去做悉。5/炸18守/2錄02糞323北京尖交通遞大學思計算量機學士院何茅永忠5/立18舍/2遞02酷324北京絕交通帖大學已計算貓機學貧院何警永忠單內蛇核、爬微內朝核、煤混合熟內核裂結構5/激18啟/2萌02欺325北京解交通建大學冷計算瓦機學舒院何輪永忠微內核核操諷作系企統結掉構要滿領及鼻評價內核共僅實慈現最嚇基本患功能虛擬嗽存儲該、消中息傳儉遞、罰進程磨控制其余引更多槍系統每功能侄放在除內核褲之外獨立碗服務希進程肢運行睡方式等待裹和響奪應客乞戶進程提出統的請字求結構復評價正確椒性、兆可靠溜性、可擴難充性亡、便于逢網絡效服務持和實亦現分遼布式唇處理系統霧效率見受到爹影響5/準18靈/2榴02潮326北京符交通盞大學胡計算似機學狂院何些永忠Mo私du腳le獲s-旱ba尿se浮d處St終ru魯ct剩ur卵eMo胸st杠m悔od威er愉n睡op蠅er薄at梅in停g城sy璃st畢em璃s勺im文pl蘿em汪en趨t舌mo例du誓le軋sUs籠es傳o末bj枯ec點t-花or乒ie教nt壤ed原a玻pp付ro詳ac谷hEa坑ch媽c純or都e知co泥mp則on超en別t噴is禍s刷ep撕ar串at扔eEa外ch閉t健al學ks固t碰o鍵th斧e興ot徑he榨rs誤o暈ve袋r燥kn忌ow細n簡in懸te斜rf億ac登esEa場ch撕i串slo臉ad該ab懂le休a鉗s輪ne別ed戶ed膀w薪it彈hi瓦n虹th連e追ke撈rn壘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師ut亮w悄it添h錫mo同re蝴f影le勒xi蝦bl灑e5/采18膀/2鹿02梢327北京觸交通脈大學本計算廁機學參院何鋸永忠Co貌nc俯lu酒si搖onSt垮an陣da剖rd更C雹om鉤po繪ne亭nt算s舍an拍d女Se頸rv領ic宗esPr存oc仔es臥s騙Co搬nt負ro撤lMa遼in列M贏em翠or萄yI/領OFi性le奇S彩ys國te勞mUICo欠mp爛le箱xi嗎ty浙i獲s油al給wa友ys薯o榜ut叫o蜘f哲co支nt倉ro宗lHo榆we臉ve粱r,曾“Re買si它st盯an蛙ce吧i籠s示NO懶T申Us勢el茄es拌s!”5/垃18陪/2貞02移328北京片交通合大學內計算句機學攪院何春永忠作業償題1.蝕10什么壯是用授戶態悄和核畢心態良？有譜何作浴用？1.經11什么尤是微氣內核腎結構融？與誓單內史核結較構相荷比，肝各有裂何優豆勢和假缺點迷？1.更12什么槍是并狠發？薯舉例鄰說明西。1.委13什么漢是互院斥訪賢問共娘享？至舉例夠說明蒜。5/凳18稀/2摩02縱329北京殺交通穩大學誓計算捏機學臭院何予永忠5/掀18除/2換02堡330北京堂交通駁大學彼計算誼機學煩院何孕永忠3D打印柳機和疤未來…5/恐18禽/2的02辣331北京釘交通削大學滋計算稈機學耐院何質永忠操作表系統明用戶繭接口宇主棉要內拿容操作圾系統啄接口紅分類聯機朋命令充接口圖形鴉用戶努接口系統諒調用重點綿：事壁件驅柏動模恐式難點耍：系邁統調朽用5/公18藏/2雁02桃332北京惠交通疊大學籍計算顛機學忘院何絞永忠操作塔系統揀接口回分類基于沒接口多表現絮形式目劃分用戶寨接口命令之接口秋（具杜體可吊分為張聯/脫機琴命令喘接口央）圖形兼用戶棒接口遵（圖胞形化淺操作并界面態）程序落接口秒（方皆便用朽戶程濁序訪恥問系殃統資插源，披由一蓄組系服統調巖用組況成）基于已接口歉使用戶者類稀型劃格分本地牢用戶兩接口網絡勻用戶酸接口5/齡18憤/2血02躬333北京衡交通跡大學堪計算祥機學羊院何棋永忠聯機腹命令阿接口翻構成一組聯機圾命令鍵盤愧終端菠處理曉程序命令編解釋拐程序5/振18撞/2盞02沉334北京奧交通屈大學黎計算矛機學捷院何被永忠DO衣S批處箭理程柔序@e再ch渡o研of錄fcl母sec顧ho閉*膠--碼--做--芳--概--打--槳--旨--敘--們--提--以*ec靈ho叛W叫el崗co滋me冊to手M缸ic派ro嫂so蹄ft頃E嗓di裳to候rec播ho利Ha兼ve繡a翻w怖on唐de或rf兄ul塵j拋ou憤rn僑ey降!ec茫ho鑼*駕--還--盆--冠--肚--沾--達--衣--悄--聽--暫--辟*pa達us峽eif萬e謠xi圾stde道mo飛.b慣at(ed訴itde謊mo采.b檔at)歉el豎se(dir)5/剪18糖/2補02替335北京耐交通塔大學那計算探機學秘院何工永忠聯機賊命令斤及其術格式渾與分澇類聯機遠命令吳格式<命令>躬[宇<可選湊項>]疾<參數歡序列>聯機扛命令銀類型系統努訪問食類（鵝如用纖戶登慎陸、蜘注銷蘿）磁盤怠操作睛類、伏文件幫操作任類、削目錄歉操作相類網絡討通信逝類輸入灑輸出關重定催向、管道陪連接、過店濾命堅令批處法理方慢式（幻玉批處塞理文斷件/腳本沈文件科）Li徑nu筋x常用按操作煌命令?5/巴18衛/2附02販336北京哲交通濾大學船計算塞機學崖院何槳永忠鍵盤暖終端鋤處理行程序基本滋功能接收則用戶杏從終價端輸偷入的盼字符面向統字符/行方爺式管理右字符炒緩沖應，以鍋暫存謹所接元收的召字符專用昏緩沖尖區、公用世緩沖濱池方式將用亦戶鍵宗入字微符回襪送屏肉幕顯繞示硬件/軟件在實現水方式提供券屏幕知編輯浴（編都輯鍵要）特殊居字符投處理主（中斷/停止秤或恢忽復上扔卷）鍵盤禽掃描漠碼到AS剪CI蠅I的轉挪換優劣訂比較5/括18福/2染02疾337北京暖交通蘆大學觀計算冬機學燙院何麗永忠命令影解釋煮程序綁工作賠流程系統啟動顯示命令提示符接收命令行輸入內部命令？執行exec系統調用裝入命令處理程序并予以執行系統初始化是基于命令識別特定方法轉向執行對應命令處理程序外部命令？是否否提示命令非法5/謝18拳/2要02娃338北京癥交通夜大學棚計算沃機學耀院何謊永忠圖形盛用戶僅接口沾元素餓及操罪作桌面假、圖失標、鋪鼠標若指針窗口徑、標涉題欄矛、菜捷單欄否、工汽具欄菜單菜單塘條彈出報式菜喘單下拉效式菜跡單對話勿框5/梨18捎/2爽02般339北京購交通松大學款計算遷機學敏院何肉永忠圖形歸用戶帳接口胸特點基于抬圖形掃元素僚來表典示功斧能，靠方便禿用戶黎操縱蔬和觸民發對粗應功嗎能同屏禍多窗雷口與狹并發耳進程問相對宿應支持莊即時農交互猶，鼠略標點屋擊和紫鍵盤械輸入尋并舉操作秧直觀觸，不哲必死博記命鳴令行致參數欲，傳舞遞信摸息量蓮大5/躺18乳/2麻02乘340北京弟交通笑大學誕計算楚機學過院何寇永忠圖形抹用戶項接口靈實現嬸及運糊行機魯制面向掃對象部程序誓設計疤方法消息份產生算、傳佛遞及均處理消息設作為最窗口膚的輸旱入，暖如用律戶操欺作、喊其它俘窗口位或系億統發矮出的瘦請求掉或通讓知消息弦由各鑰窗口建自己低的窗淹口過寒程進畝行處或理事件閘驅動摩模式5/腥18志/2田02嘩341北京趣交通察大學烈計算余機學靈院何檢永忠Wi追nd線ow秘s系統哪運行威機理5/燙18矮/2葛02籃342北京繳交通冬大學鞏計算查機學清院何說永忠Wi湖nd櫻ow陪s窗口恩化程侵序in私tWI摟NA際PIWi屋nM娘ai尾n(參數爽略)卵{創建俘、顯朋示窗歡口,注冊化窗口蜂處理合函數wh調il凱e(診Ge脾tM銳es肢sa重ge據(&響ms犧g,條NU堅LL頃,0神,0哪))絨/劇/從消黑息隊飄列中捉取得激消息{Tr層an裁sl若at罩eM功es腹sa蹦ge愿(&剃ms謠g);//良檢索澡并生類成字芹符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