操作系统结构20200216-20200220

操作系统整体结构分布，对其的简单介绍

操作系统结构

• 2.0：概况
  • 研究方向
    • 所提供的服务
    • 研究OS所提供接口
    • OS各组件及其相互关系
  • 本章的目的
    • 提供服务、服务说明，如何提供服务
    • OS设计方法
    • 如何生成OS
    • 如何启动OS
• 2.1：操作系统服务
  • 用户界面UI user interface
    • 命令行界面CLI command line interface
      • 文件命令
        • 直接在命令行输入命令来实现功能
      • 批界面
        • 将命令书写成文件，通过执行文件来实现功能
    • 图形用户界面GUI graphical user interface
      • 将命令行可视化处理
      • 通过鼠标来定位菜单，实现部分命令功能
  • 程式执行
    • 将程式载入内存，并能运行及结束
  • I/O操作
    • 操作管理文件或者设备
    • 提高OS运行效率
    • 起到系统保护作用
      • 保护指：用户或者其他进行不得让OS生成异常
  • 文件系统操作
    • 来为进程运行提供一定的文件管理服务
  • 通信
    • 进程与进程进行信息交互
    • 类型
      • 同台计算机内不同进程的交互
      • 不同计算机之间的进程交互
    • 实现f方式
      • 共享内存
      • 信息交互
  • 错误检测
    • 知道OS或APP可能会发生什么错误
    • 合理处理各种错误，确保正确、高效的运行
  • 资源分配
    • 对各用户及各进程进行有效资源分配
  • 统计
    • 记录用户或者作业使用了说明资源，方便后续缴费、研究等
  • 保护和安全
    • 保护
      • 确保各进程或者各用户正常运行
      • 侧重单个OS内部的互不干扰
    • 安全：
      • 包含”保护“的功能
      • 非法用户通过网络或者其他通讯路径对本OS内部造成不良后果
      • 侧重外界的干扰
• 2.2：操作系统的用户界面
  • 命令行
    • shell：来提供相关服务，让用户与OS进行交互
    • 主要作用
      • 获取并执行用户下达的指令
    • 实现的方法
      • 直接shell自己实现
      • 去调用OS实现的方法
        • 未来的发展趋势，设计架构就用这种方法
  • GUI，图形界面
    • 提供基于鼠标、窗口、菜单等图形化的系统
    • 类型
      • windows
      • mac os Aqua
      • 通用环境（CDE）
      • KDE：K桌面环境
      • GNOME：GUN项目
  • 一般用户界面是应用程式，不属于OS范围
• 2.3：系统调用
  • 属性
    • 英文名：system call
    • 作用：提供OS提供额的相关服务的界面
    • 实现：一般用C\C++\汇编
  • 如何调用系统调用
    • 从文件读取到文件复制来说明系统调用
    • 1、输入两个文件名称
      • 方法一：CLI：程式向用户提问然后获得两个文件名
      • 方法二：GUI：介于鼠标、键盘等操作来进行获得
    • 2、打开输入文件
      • 检查所需打开的文件是否存在
      • 检查操作者是否拥有该文件操作权限
      • 打开之后，在UI界面提示相关信息
    • 3、创建输出文件
      • 输入文件正常打开之后
      • 检查是否有一样的文件名称的文件存在
        • 给提示
        • 删除已存在文件
      • 不存在，新建文件
      • 存在，在新建的过程中是否替换文件还是替换文件名
    • 4、旧文件内容读取
      • 读取过程中的状态信息显示及处理
      • 在此过程中的错误显示及处理
    • 5、将读取内容书写到新文件中
      • 读取过程中的状态信息显示及处理
      • 书写文件否是达到最大限制
      • 根据输出设备的不同可能出现各种错误
        • 磁盘空间不足
        • 打印机没纸
    • 5、关闭两个文件
      • 在UI界面显示相关信息
  • 应用程式接口 API
    • 分类
      • Win32 API
      • POSIX API
        • UNIX
        • Linux
        • Mac OS
      • Java API
    • 意义
      • 提高APP可移植性
      • APP开发人员，不需要关注API实现的具体细节
    • 实现
      • APP调用系统调用接口
      • 将具体函数名及参数传递给系统调用接口
      • 系统调用接口根据接口函数及参数，去索引自己管理中的索引表
      • 找到函数名具体对应函数
      • 执行找到的函数体，并将执行结果返回给APP
    • 传递参数的方法
      • 直接通过寄存器传递
      • 数据储存于内存，将所存的内存地址通过寄存器来传递
      • 直接将参数放在程式中或者堆栈中来传递
• 2.10：系统启动
  • 通过引导程式，来启动OS
• 2.9：系统生成
  • 为某一类计算机通过配置来生成系统
  • 在s生成过程中考虑如下问题
    • CPU
    • 内存
    • 设备
    • 参数配置
• 2.8：虚拟机
  • 使用分层逻辑，抽象每个执行硬件为执行部件
  • 实现
    • 实现用户模式和内核模式的转变
  • 优点
    • 相互之间独立
    • 资源共享更加困难
      • 共享小型虚拟磁盘
      • 通过网络
  • 实例
    • VMware
    • Java
• 2.7：操作系统结构
  • 简单结构
    • MS-DOS
      • 其他相应的模块都可以访问设备驱动
    • UNIX\LINUX
      • 硬件之上，系统调用之下
  • 分层结构
  • 微内核
  • 模块
    • 动态加载模块
    • 功能
      • 核心功能
      • 其他模块加载功能
      • 其他模块通信功能
• 2.6：操作系统设计和实现
  • 设计目标
    • 用户目标
    • 系统目标
  • 机制与策略
    • 策略 policy
      • 决定做什么
    • 机制 mechanism
      • 决定如何做
  • 实现
• 2.5：系统程式
  • 文件管理
  • 状态信息
  • 文件修改（存储管理）
  • 程序语言持续
  • 程序装入和执行
  • 通信
  • 系统工具或应用程序
• 2.4：系统调用类型
  • 进程控制
    • 类型
      • 结束，放弃
        • 正常终止或者非正常终止
      • 装入，执行
      • 创建进程，终止进程
      • 取得进程属性，设置进程属性
      • 等待时间
      • 等待事件，唤醒事件
      • 分配和释放内存
  • 文件管理
    • 类型
      • 创建文件、删除文件
      • 打开、关闭
      • 读、写、重定位
      • 取得文件属性，设置文件属性
  • 设备管理
    • 类型
      • 请求设备，释放设备
      • 读、写、重定位
      • 取得设备属性、设置设备属性
      • 逻辑连接或断开设备
  • 信息维护
    • 类型
      • 读取时间或日期，设置时间或日期
      • 读取系统数据，设置系统数据
      • 读取进程，文件或者设备属性
      • 设置进程、文件或者设备属性
  • 通信
    • 类型
      • 创建、删除通信连接
      • 发生，接受消息
      • 传递状态信息
      • 连接或断开远程设备
    • 两种实现
      • 信息传递
      • 共享内存