操作系统课件ppt（操作系统课后）



第一章引论一、操作系统定义1.什么是操作系统（OperatingSystems,OS）

计算机硬件系统上配置的第一个大型软件，称为计算机操作系统，如果该软件满足：

1)管理计算机系统的硬件和软件；

2)控制计算机系统的工作流程；

3)为其他软件和用户提供安全、方便的运行、操作环境；

4)提高计算机系统的效率。或者说，计算机操作系统是在研究计算机系统的工作方式和使用方式基础上，提出对计算机系统进行管理、控制的原理和方法，让计算机能够更好地为人们的学习、工作和生活服务。2.计算机系统的组成(资源)

硬件系统软件系统设备存储器处理器(CPU)系统软件应用软件

通过系统中各要素相互作用实现系统的整体功能。系统仅仅依靠要素还不够，因为各自独立的要素不会自动完成系统的目标，只有通过管理、控制，使之有机地结合在一起，系统才能正常地运行与活动，有效地发挥系统的功能。计算机系统就是在操作系统的管理、控制下完成系统的功能。3.计算机系统的层次结构

操作系统是对硬件层的第一次扩充，同时又作为其他软件运行和用户操作的基础。起了“承下启上”的作用。层次结构的概念层接口单向依赖隐藏性二、操作系统的形成1.多道程序设计与操作系统

多道程序设计是指：在内存同时存放多道程序，这些程序可以并发执行。多道程序的并发执行(Concurrence)，是指：在多道程序设计环境下，处理器在开始执行一道程序的第一条指令后，在这道程序完成之前，处理器可以开始执行另一道程序、甚至更多的其他程序。这种工作流程的外在表现就是多任务，现代的计算机操作系统都采取了并发执行的工作流程。

顺序执行是指：处理器在开始执行一道程序后，只有在这道程序执行结束(程序指令运行完成，或程序执行过程出现错误而无法继续运行)，处理器才能开始执行下一道程序。这种工作流程的外在表现就是单任务，早期的计算机系统是所采用顺序执行的工作流程。例1-1：假定某计算机系统需要执行两道程序A、B，程序A、B的任务描述如下：程序A：程序B：

2msCPU 12msCPU10msI/O5msI/O2msCPU2msCPU

在同样假定程序A先运行的情况，如果分别按顺序执行和并发执行的工作方式，那么，系统的工作过程怎样？一个资源在指定时间段的利用率定义：

如图1-2所示的顺序执行方式，CPU的利用率为：

(2+2+12+2)/33≈54.5%如图1-3所示的并发执行方式，CPU的利用率为：

(2+12+2+2)/21≈85.7%

多道程序是如何提高CPU的利用率？

在以后的学习中，还将介绍多道程序并发执行工作方式的其他优点，但是，多道程序的并发执行是一种复杂的工作方式，甚至导致一些程序运行后出现错误的结果。可是，人们正是对多道程序并发执行工作方式的复杂性和存在问题的研究及解决，形成了操作系统原理的核心内容。2.OS的形成（20世纪60年代中期）OS形成的条件：在硬件上具有中央处理器与设备、设备与设备并行工作的能力，相应地，在软件上，提出了多道程序设计技术，两者奠定操作系统形成的基础。OS形成的标志：操作系统的基本类型，即批处理系统、分时系统和实时系统3.OS的发展（从多计算机观点看）个人微机操作系统网络操作系统分布式操作系统三、OS的基本类型1.批处理系统及其特征作业和作业步、作业流，程序员和操作员操作控制语言(JCL)和作业说明书作业经过提交、后备、执行和完成等四个阶段单道批处理系统和多道批处理系统、脱机批处理系统和联机批处理系统SPOOLing技术（假脱机批处理系统）SimultaneousPeripheralOperationOnLineSPOOLing组成输入井输出井预输入程序缓输出程序批处理系统的特征

批量处理，减少手工操作自动执行，资源利用率高缺少人-机交互能力2.分时系统及其特征时间片(Timeslice)分时系统具备如下四个特征同时性独立性及时性交互性

3.实时系统及其特征

定期或者随时产生事件及时响应并且在严格规定的时间范围内处理完成。实时系统分为：实时过程控制系统实时信息处理系统在实时系统中，计算机对一个任务处理的正确性，不仅要求计算结果是正确的，还要求在规定的时间内得到结果实时系统的特征

高及时性高可靠性三、OS的研究内容1.OS理论

研究计算机系统的工作方式、用户使用方式，以便计算机系统更加方便、有效、安全地为人们的学习、生活和工作服务2.OS软件依据操作系统理论，对指定计算机系统实现管理的一组程序和数据的集合2.操作系统的主要功能用户接口及作业管理处理器管理存储器管理文件系统设备管理本章作业2、3、4、6、8第2章操作系统的接口一、操作系统内核

1.处理器指令特权指令和非特权指令

2.处理器工作模式核心态和用户态

3.内核的主要组成与硬件密切相关的操作关键数据结构基本中断处理程序使用频繁的功能模块

4.内核基本特点常驻内存运行在核心态二、操作系统的启动

1.固件(Firmware)及其基本功能固件是硬件平台与操作系统之间的接口

2.BIOS系统

BIOS组成POST自检程序基本启动程序基本硬件驱动程序及其中断处理程序

BIOS磁盘分区管理-主引导记录

(MBR)结构表2-1MBR结构偏移量字节数内容0440主引导程序(MBR)4404磁盘签名(signature)4442[未定义]44616第1个分区表DPT第2个分区表DPT第3个分区表DPT第4个分区表DPT45102结束标志符(BRID)：55HAAH(MagicNumber)2.可扩展固件接口(EFI)英特尔(Intel)公司在1997年为其新推出的高性能处理器，计划设计一种可扩展的，标准化的固件接口规范EFI(ExtensibleFirmwareInterface)，用于计算机系统的启动以及提供与操作系统的接口2005年UEFI(UnifiedEFI)论坛,2011年4月6日推出UEFI2.3.1.可扩展固件接口(EFI)的特点：驱动程序运行环境(DXE，DriverExecutionEnvironment)磁盘管理采用GUID分区方法UEFI应用程序(没有操作系统时的系统管理)表2-4GPT表头(HDR)结构偏移量字节数字段说明08Signature签名，表示EFI兼容分区表表头，值为”EFIPART”84RevisionGPT头版本号124HeaderSizePDT表头的大小(字节数)，92＜HeaderSize≤逻辑块长度164HeaderCRC32GPT表头信息的CRC32校验和204Reserved保留，置0248MyLBAGDT表头占用的逻辑块数328AlternateLBAGDT表备份的逻辑块号408FirstUsableLBA可用空间的起始块的逻辑块号488LastUsableLBA可用空间的结束块的逻辑块号5616DiskGUID磁盘的GUID728PartitionEntryLBAGUID分区入口表(数组)的起始块的逻辑块号804NumberOfPartitionsGUID入口表中分区数844SizeOfPartitionEntryGUID分区入口表项长度(字节数，等于128*2的整数倍)884PartitionEntryArrayCRC32GUID分区入口表CRC32校验和92块尾Reserved逻辑块的剩余部分。UEFI保留，置0表2-5GPT分区入口表的表项结构偏移量字节数字段说明016PartitionTypeGUID分区类型ID，定义分区的类型，0表示未用1616UniquePartitionGUID分区GUID328StartingLBA分区起始块的逻辑块号408EndingLBA分区结束块的逻辑块号488Attributes分区属性5672PartitionName分区名，以null为结束标志的字符串，用户可读取128至结束Reserved分区表项的剩余部分。UEFI保留，置02.OS启动过程

在用户开机后，系统进入BIOS或UEFI的PI部分，进行硬件平台的检测和启动，之后，系统从默认启动设备或用户选择指定的启动设备上，装载操作系统的安装程序(OSLoader)。

BIOS[0000:7C00]

操作系统启动装载程序的执行过程大致如下：系统配置内核的装入和初始化用户登录三、操作系统的用户接口1.命令接口命令接口的按实现分类,分为：外部命令和内部命令命令接口的按使用分类,分为：脱机命令和联机命令作业控制语言(JCL)属于脱机命令联机

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