【正文】 Unix是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的代表：安全、可靠、強(qiáng)大的計(jì)算能力 Unix的商業(yè)化是一把雙刃劍 自由而奔放的黑馬－ Linux ?誕生于學(xué)生之手 ?成長于 Inter ?壯大于自由而開放的文化 Linux之父 Linus Torvalds ?芬蘭、赫爾辛基大學(xué)、1990 ?起始于寫兩個進(jìn)程 ?然后寫驅(qū)動程序、文件系統(tǒng)、任務(wù)切換程序，從而形成一個操作系統(tǒng)鄒形 Linux得以流行的原因之一 －遵循 POSIX標(biāo)準(zhǔn) ?POSIX 表示可移植操作系統(tǒng)接口（Portable Operating System Interface） ?POSIX是在 Unix標(biāo)準(zhǔn)化過程中出現(xiàn)的產(chǎn)物。 軟件角度下的操作系統(tǒng)發(fā)展軌跡分析 講究效率的單模塊操作系統(tǒng) 進(jìn)程管理 內(nèi)存管理 設(shè)備管理 文件管理 模塊之間可以互相調(diào)用的單模塊結(jié)構(gòu) 講究效率的單模塊操作系統(tǒng) ?模塊之間直接調(diào)用函數(shù)，除了函數(shù)調(diào)用的開銷外，沒有額外開銷。 ?人機(jī)交互技術(shù)主要是為用戶考慮，這是對操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行的變革。操作系統(tǒng)的發(fā)展滯后于計(jì)算機(jī)語言的發(fā)展，從結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)到對象化設(shè)計(jì)，操作系統(tǒng)總是最后應(yīng)用新編程理論的軟件之一。 ?分時 系統(tǒng) – 將處理器的運(yùn)行時間分成數(shù)片，均分或依照一定權(quán)重派發(fā)給系統(tǒng)中的用戶使用 – 快速響應(yīng) 操作系統(tǒng)的發(fā)展 – 硬件角度下的操作系發(fā)展軌跡 年 代 硬 件 特點(diǎn) 操作系統(tǒng)特點(diǎn) 背 景 機(jī)械計(jì)算機(jī)時代 17世紀(jì) ~20世紀(jì)初 1）純機(jī)械結(jié)構(gòu)，低速 2）只能進(jìn)行簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算 純手工操作 從計(jì)算尺至差分機(jī)到分析機(jī)發(fā)展了數(shù)百年 第一代計(jì)算機(jī) 1946年 ~50年代末電子管計(jì)算機(jī) 1)體積大、能耗高、故障多、價格貴 2)難以普及應(yīng)用 無操作系統(tǒng) （程序按機(jī)器碼編寫，載體從插件板到卡片與紙帶） 1906年發(fā)明電子管 1946 ENIAC研制成功 (第一臺電子管計(jì)算機(jī) ) 年 代 硬 件 特點(diǎn) 操作系統(tǒng)特點(diǎn) 背 景 第二代計(jì)算機(jī) 50年代末 ~60年代中期 晶體管計(jì)算機(jī) 1)采用印刷電路 2)穩(wěn)定性與可靠性大大提高 3)批量生產(chǎn)成為可能 4)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域但數(shù)量有限 1）單道批處理系統(tǒng) 2）操作系統(tǒng)以監(jiān)督軟件形式出現(xiàn) 3）任務(wù)按順序方式處理 1947年發(fā)明晶體管 第三代計(jì)算機(jī) 60年代中期 ~70年代初 集成電路計(jì)算機(jī) 1)體積減小 ， 性價 比 迅 速 提 高 2)小型計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速 3)進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用 4)尚不適合家庭應(yīng)用的需求 1)涌現(xiàn)大批操作系統(tǒng) 多道批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)和實(shí)時系統(tǒng) 2）奠定了現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本框架 1958年發(fā)明集成電路 1971年 INTEL發(fā)明微處理器 硬件角度下的操作系統(tǒng)發(fā)展軌跡 – 分析 ?在硬件的性價比較低的時候，操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)追求什么？ ?在硬件性價比越來越高后，操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開始追求的目標(biāo)是什么？ ?計(jì)算機(jī)開始普及后，操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開始追求 ？ ?從第三代到第四代計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)的發(fā)展逐漸擺脫追隨硬件發(fā)展的狀況 ，形成自己的理論體系 ?進(jìn)入第四代系統(tǒng)后，分布式系統(tǒng)和多處理器系統(tǒng)雖然極大的擴(kuò)充了操作系統(tǒng)理論，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并沒有變化，只是各功能模塊得以進(jìn)一步完善。 認(rèn)識操作系統(tǒng)－ 定義 – 操作系統(tǒng)的演變 ?單道批處理系統(tǒng) – 串行執(zhí)行預(yù)先組織好的 一組 任務(wù) – 提高了系統(tǒng)效率 。 從中看到什么 認(rèn)識操作系統(tǒng)－ 從程序執(zhí)行看 – 從 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的角度 看 ? 操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是什么 ？ – 盡可能地方便用戶使用計(jì)算機(jī) – 讓各種軟件資源和硬件資源高效而協(xié)調(diào)地運(yùn)轉(zhuǎn)起來。 include main() { printf(― Hello world\n‖) } ?用戶告訴操作系統(tǒng)執(zhí)行 test程序 ?操作系統(tǒng)通過文件名找到該程序 ?檢查其類型 ,檢查程序首部，找出代碼和數(shù)據(jù)存放的地址 ?文件系統(tǒng)找到第一個磁盤塊 ?操作系統(tǒng)建立程序的執(zhí)行環(huán)境 ?操作系統(tǒng)把程序從磁盤裝入內(nèi)存，并跳到程序開始處執(zhí)行 該程序的執(zhí)行過程簡述如下 : ?操作系統(tǒng)檢查字符串的位置是否正確 ?操作系統(tǒng)找到字符串被送往的設(shè)備 ?操作系統(tǒng)將字符串送往輸出設(shè)備窗口系統(tǒng)確定這是一個合法的操作，然后將字符串轉(zhuǎn)換成像素 ?窗口系統(tǒng)將像素寫入存儲映像區(qū) ?視頻硬件將像素表示轉(zhuǎn)換成一組模擬信號控制顯示器（重畫屏幕） ?顯示器發(fā)射電子束。 close(inf)。 } while(l)。 do{ l=read(inf,buf,4096)。Linux操作系統(tǒng)原理與應(yīng)用 第一章 操作系統(tǒng)概述 認(rèn)識操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的發(fā)展 開放源代碼的 Unix/Linux操作系統(tǒng) Linux內(nèi)核 Linux內(nèi)核源代碼 不同角度看到的操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng) 整體看 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者 使用者 普通開發(fā)者 認(rèn)識操作系統(tǒng) ? 打開計(jì)算機(jī) ，首先跳入眼簾的是什么？ ? 要拷貝一個文件，具體的拷貝操作是誰完成的？ – 你需要知道文件存放在何處嗎？ – 柱面、磁道、扇區(qū)描述什么？ – 數(shù)據(jù)的搬動過程怎樣進(jìn)行 ? 繁瑣留給自己，簡單留給用戶 – 操作系統(tǒng)穿上華麗的外衣－圖形界面 – 操作系統(tǒng)穿上樸素的外衣－字符界面 認(rèn)識操作系統(tǒng)－ 從使用者的角度看 ? 拷貝命令的 C語言實(shí)現(xiàn)片斷 inf=open(―/floppy/TEST‖,O_RDONLY,0)。 out=open(―/mydir/test‖,O_WRONLY,0600)。 write(outf,buf,l)。 close(outf)。 認(rèn)識操作系統(tǒng)－ 從程序開發(fā)者的角度看 瀏覽器 信息管理 文件管理系統(tǒng) 游戲 編譯程序 編輯程序 命令 解釋程序 操作系統(tǒng) CPU、 內(nèi)存 、 I/O接口 硬件 內(nèi)核 認(rèn)識操作系統(tǒng)－ 從所處位置看 – 操作系統(tǒng)是其它所有用戶程序運(yùn)行的基礎(chǔ)。你在屏幕上看到Hello world。 ? 計(jì)算機(jī)的硬件資源和軟件資源各指什么？ ? 假設(shè)在一臺計(jì)算機(jī)上有三道程序同時運(yùn)行，并試圖在一臺打印機(jī)上輸出運(yùn)算結(jié)果，必須考慮哪些問題 ? ? 從操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的角度考慮，一個操作系統(tǒng)必須包含以下幾部分 – 操作系統(tǒng)接口 – CPU管理 – 內(nèi)存管理 – 設(shè)備管理 – 文件管理 認(rèn)識操作系統(tǒng)－ 從設(shè)計(jì)者角度看 操作系統(tǒng) 是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個系統(tǒng)軟件，是一些程序模塊的集合 ——它們能以盡量有效、合理 的方式組織和管理計(jì)算機(jī)的 軟硬件資源 ，合理的組織計(jì)算機(jī)的工作流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶提供各種服務(wù)功能，使得用戶能夠 靈活、方便、有效 的使用計(jì)算機(jī)，使整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效、順暢地運(yùn)行。 ?多道批處理系統(tǒng) – 可以交錯運(yùn)行多個程序 – 再次提高系統(tǒng)效率。 操作系統(tǒng)的發(fā)展 硬件角度下操作系統(tǒng)發(fā)展的分析 主流操作系統(tǒng) 系統(tǒng)特點(diǎn) 計(jì) 算 機(jī) 語 言 背 景 無 手工操作 無編程語言直接使用機(jī)器代碼 1936年圖靈提出圖靈機(jī) 單道批處理系統(tǒng) 作業(yè)運(yùn)行的監(jiān)督程序 編程語言雛形期 1957 年 FORTRAN語言開發(fā)成功 多道批處理 分時系統(tǒng) 實(shí)時系統(tǒng) 多處理系統(tǒng) 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確立，分為處理機(jī)管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件管理等模塊 1）編程語言大量涌現(xiàn) 2）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) 3） C語言逐漸 60年代的軟件危機(jī)導(dǎo)致軟件工程的發(fā)展 1969年 Unix誕生 1972年 C語言推出 主流操作系統(tǒng) 系統(tǒng)特點(diǎn) 計(jì) 算 機(jī) 語 言 背 景 類 Unix系列 WINDOWS系列 人機(jī)交互成為主題 1）可視化界面 2）多媒體技 面向?qū)ο笳Z言成為主流 80年代中期開始面向?qū)ο蠹夹g(shù)逐步發(fā)展 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 分布式操作系統(tǒng) 微內(nèi)核技術(shù)興起 1） JAVA語言 2）腳本語言興起 1995年 JAVA推出 嵌入式系統(tǒng) 單內(nèi)核與微內(nèi)核競爭激烈 編程工具向跨平臺方向發(fā) 1991年免費(fèi)的操作系統(tǒng) Linux發(fā)布 軟件角度下的操作系統(tǒng)發(fā)展軌跡 – 分析 ?程序設(shè)計(jì)理論約束著操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 ?至今操作系統(tǒng)對于是否需要徹底對象化（即微內(nèi)核化），還處于徘徊時期，仍在探索單內(nèi)核與微內(nèi)核的最佳結(jié)合方式。 ?以 Linux為代表的開源軟件的出現(xiàn)，打破了帶有神秘色彩的傳統(tǒng)的封閉式開發(fā)模式。 ?龐大的操作系統(tǒng)有數(shù)以千計(jì)的函數(shù) ?復(fù)雜的調(diào)用關(guān)系勢必導(dǎo)致操作系統(tǒng)維護(hù)的困難 追求簡潔的微內(nèi)核操作系統(tǒng) 客戶進(jìn)程 進(jìn)程服務(wù)器 內(nèi)存服務(wù)器 文件服務(wù)器 … 微內(nèi)核 追求簡潔的微內(nèi)核操作系統(tǒng) ?內(nèi)核與各個服務(wù)器之間通過通信機(jī)制進(jìn)行交互，這使得微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的效率大大折扣。 ?POSIX Unix操作系統(tǒng)接口 ?任何操作系統(tǒng)只有符合這一標(biāo)準(zhǔn)，才有可能運(yùn)行 Unix程序 Linux的肥沃土壤－ GNU ?GNU 是 GNU Is Not Unix 的遞歸縮寫，是自由軟件基金會的一個 項(xiàng)目 。 ?GNU 軟件和派生工作均適用 GNU 通用公共許可證，即 GPL（ General Public License ） ?Linux的開發(fā)使用了眾多的 GUN工具 GPL－開源軟件的法律 ?GPL 允許軟件作者擁有軟件版權(quán) ?但 GPL規(guī)定授予其他任何人以合法復(fù)制、發(fā)行和修改軟件的權(quán)利。 ? C 語言編譯器和其他開發(fā)工具及函數(shù)庫 ?X Window 窗口系統(tǒng) ?各種應(yīng)用軟件，包括字處理軟件、圖象處理軟件等。 ?經(jīng)歷了各種各樣的測試與考驗(yàn)，軟件的穩(wěn)定性好。 Linux內(nèi)核 ?Linus領(lǐng)導(dǎo)下的開發(fā)小組開發(fā)出的系統(tǒng)內(nèi)核 ?是所有 Linux 發(fā)布版本的核心 ?內(nèi)核開發(fā)人員一般在百人以上，任何自由程序員都可以提交自己的修改工作。 ?系統(tǒng)調(diào)用 —內(nèi)核的出口，用戶程序通過它使用內(nèi)核提供的功能。 ?硬件 —包括了 Linux安裝時需要的所有可能的物理設(shè)備。 內(nèi)核子系統(tǒng) 內(nèi)核子系統(tǒng) ?進(jìn)程調(diào)度－控制著進(jìn)程對 CPU的訪問。 ?網(wǎng)絡(luò)－提供了對各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持。 Linux內(nèi)核版本樹 Linux（第一版） | 產(chǎn)品化版本 實(shí)驗(yàn)版本 ( ) (修改 ) (增加新功能，進(jìn)行測試 ) …