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Linux操作系统分析与实践第一讲：操作系统概述 《Linux操作系统分析与实践》课程建设小组 北京大学 二零零八年春季 *致谢：感谢Intel对本课程项目的资助 几个问题 什么是操作系统？解决什么问题？ 学到哪些原理？ 设计处理器时，如何对操作系统支持？ 有硬件、软件（应用软件），实现一个功能应该放在哪里？如果放在操作系统中，应该放在何处？内核或库？ UNIX的缺点？如果你要重新设计，怎么做？ 一个Web请求是怎么走的？（OS怎样接？） 几个问题（续） 描述中断响应过程，说明操作系统对这一过程的支持。 谈谈TLB的作用、特点和内容。 为什么引入工作集模型？软件开发人员在编程时怎样考虑？ 设计一个多级目录结构，要求目录检索速度快，请给出设计方案。 本讲主要内容 操作系统在计算机系统中的地位 操作系统的定义、特征和功能 操作系统的发展历史及分类 操作系统的内核体系结构模型 Linux的特点及发展简史 Linux内核的结构及主要组成部分 一、操作系统在计算机系统中的地位 计算机系统包括硬件（子）系统和软件（子）系统。 操作系统属于计算机系统软件（子）系统中的系统软件，是紧密接近硬件的第一层软件，是对硬件功能的首次扩充，其他软件则是建立在操作系统之上的。 各种软件在操作系统的统一管理和支持下运行。 操作系统是计算机系统中软件技术含量最大、附加值最高的部分，是软件（子）系统的核心，是软件的基础运行平台。 操作系统实际上是一个计算机系统中硬、软件资源的总指挥部 。 操作系统的性能高低，决定了整个计算机的潜在硬件性能能否发挥出来。 操作系统本身的安全可靠程度，决定了整个计算机系统的安全性和可靠性。 二、操作系统的定义、特征和功能 操作系统的定义 操作系统的特征 操作系统的功能 2.1 操作系统的定义 定义： 操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们能有效地组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效地运行。 操作系统的任务之一是组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源。 操作系统另一项重要任务是向用户提供各种服务功能。 2.2 操作系统的特征 并发（concurrency）： 处理多个同时性活动的能力 在计算机系统中同时存在多个程序 宏观上：这些程序是同时在执行的 微观上：任何时刻只有一个程序在执行（单CPU） 即微观上这些程序在CPU上轮流执行 并行（parallel）：(与并发相似，但多指硬件支持） 由并发引起的问题：活动切换、保护、相互依赖的活动间的同步 操作系统特征（续） 共享（sharing）： 操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源（共享有限的系统资源） 操作系统要对系统资源进行合理分配和使用 资源在一个时间段内交替被多个进程所用 互斥共享（如音频设备） 同时访问（如可重入代码，磁盘文件） 资源分配难以达到最优化 操作系统特征（续） 虚拟（Virtual）： 一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体－－分时或分空间。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率 操作系统特征（续） 随机性： 操作系统必须随时对以不可预测的次序发生的事件进行响应 操作系统特征（续） 不确定性： 由共享和并发引起 在操作系统中可运行多道用户程序，而每个用户程序的运行时间、要使用哪些系统资源、使用多长时间、使用的资源是共享还是独占的，操作系统在程序运行前是不知道的 要求操作系统的设计要很好地解决并发和共享的问题，否则，将会产生不可重现的错误，这种不可重现的错误称为不确定性 例子：两个用户共享一台打印机 2.3 操作系统的功能 进程管理 进程管理的实质是对CPU进行管理，所以进程管理往往又被称为处理器管理。 存储管理 存储管理的任务是管理计算机内存的资源。 文件管理 有效地支持文件的存储、检索和修改等操作，解决文件的共享、必威体育官网网址和保护问题，以使用户方便、安全地访问文件。 设备管理 负责外部设备的分配、启动和故障处理，用户不必详细了解设备及接口的技术细节，就可以方便地通过操作系统提供的设备管理手段，对设备进行操作。 三、操作系统的发展历史及分类 操作系统如同任何其他事物一样，也有它的诞生、成长和发展的过程。 手工操作; 监控程序（早期批处理） ; 多道批处理 ; 分时与实时系统 ; UNIX通用操作系统 ; 个人计算机操作系统 ; 当代操作系统的两大发展方向——宏观应用与微观应用 . 操作系统的发展 操作系统发展是随着计算机硬件技术、应用软件的