《C语言：2.0操作系统介绍.ppt

内容摘要 操作系统概念 系统调用与库函数 系统调用实现 进程概念介绍 Unix文件系统介绍 基础知识 熟悉掌握高级编程语言 C语言 最好理解java与jvm 基本的数据结构知识 熟悉链表，队列，栈，树 计算机组成原理 从程序员角度看体系结构，x86，arm 了解计算机存储系统 操作系统定义 目前没有一个普遍接受的定义 操作系统就是一直运行在计算机硬件上的一个程序 操作系统运行在软硬件中间，把他们整合到一起 操作系统由哪些功能模块级成？ 微软的 IE 浏览器？ 操作系统的任务 管理控制硬件设备，分配资源 多个CPU通过总线连接到共享内存，要竞争内存周期 控制硬件设备正常工作：初始化，读写，关闭 有效的利用硬件资源：充分发挥性能，优化用户请求 为程序提供运行环境，管理用户程序 作为硬件和应用程序之间的中介 各个相关程序之间互相协作 各个不同程序之间互不干扰 不同类型系统注重的方面各不一样 大型机上注重硬件资源利用率，多个用户共同使用 PC提供多种应用服务，更多的完成用户的任务，单用户体验好 手持设备上侧重方便友好的使用和省电 控制设备上的系统侧重实时性 操作系统内核 狭义的操作系统指内核 进程管理 进程线程管理 CPU调度 同步互斥，防止死锁 存储管理 主存分配,保护 虚存映射和管理 文件管理：创建，删除 设备管理：初始化，读写 输入\输出管理 Posix标准 Protable operating system interface 一套操作系统的标准，主要在基于Unix的系统上实现 Linux, Solaries, Mac Os X Posix.1 : Posix 核心 Posix1.b : 实时系统扩展 Posix1.c : Pthread 系统功能调用和库函数 系统功能调用(system call)作为上层和内核之间的接口，是内核为上层应用提供的服务 库函数是标准Ｃ库(glibc, newlib)或 多媒体库，用户线程库，Qt库等为 应用程序提供的服务，可能利用系统 调用实现 系统功能调用和库函数 应用程序可用的资源 自定义实现函数 调用标准Ｃ库 调用系统功能调用 注意1: 尽量利用标准Ｃ库 简洁高效 可移植 注意2: 内核程序不能用Ｃ库 部分Ｃ库函数需要内核实现 系统功能调用 为了实现保护，系统分为内核态和用户态 一般需要硬件支持，与架构相关 内核代码在内核态，有特权 用户代码在用户态，一般权限 用户程序都在用户态怎么访问 需要特权的资源呢？ 通过内核接口：系统调用！ Linux上通过80h中断来实现 CPU中断 系统从rom内的bootstrap开始启动，把内核读取到内存，分配好内存，初始化硬件和其它内核需要的资源 创建第一个进程 init，然后等待事件发生 设备或软件随时可以触发中断，产生事件 CPU中断 由软件触发的中断叫软中断或系统调用(system call or monitor call) 每个设备有一个中断号，中断发生时发给CPU，叫中断向量 中断是机器架构相关，具体实现都不一样 发生中断后，关中断 CPU停止当前的任务并保存现场：程序计数器，各个寄存器等 根据中断向量找到一个固定的中断处理函数 开中断 执行中断处理函数 中断处理函数返回，关中断 恢复现场：程序计数器，各个寄存器;开中断 继续向下执行 系统启动过程中要关中断，并初始化中断向量表和处理函数 系统功能调用 系统调用的过程 用户代码执行调用系统调用 result = system_call(arg_list) 按照调用规则把参数压栈 系统功能号放入寄存器 调用 int 80h使用CPU响应中断 进入内核态，中断处理函数找到 相应的系统功能函数入口执行 从用户空间复制所需数据 系统功能函数执行完成，返回用户态 用户程序调用返回，得到返回值，继续执行 系统功能调用 系统功能调用 过程复杂，时间开销较大，不适合频繁使用 CPU处理中断花时间 切换进程属性过程花时间 使用数据缓冲，以减少调用次数 尽量使用Ｃ库中不需要系统功能调用的函数 需要系统功能调用时，Ｃ库会缓冲调用者请求，一次调用完成 比如：IO库函数，在遇到换行之前的输入输出数据出不来 图形库会把用户的多次屏幕请求，一次刷新消除闪烁 一定程度上损失实时性 提高性能和良好的用户体验 类比：数据库编程把多条sql语句一次执行，硬盘接口缓冲数据 进程和文件 Unix中最重要的两个概念：进程与文件 进程侧重代码执行 文件侧重数据存放 进程从 fork 开始到 _exit 结束 文件从 open/create 开始到 unlink 结束 Unix文件 Unix系统中，所有东西都看作文件 普通文件：数据文件，可执行程序，格式由处理程序解释 目录文件：包含子目录和