第一章网络操作系统引论1．什么是操作系统1.1操作系统的定义，要求达到领会层次。定义：操作系统是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、合理组织计算机工作流程以及方便用户的程序集合。注：操作系统属于系统软件，系统软件和系统硬件构成一个完整的计算机系统。1.2操作系统在计算机系统中的地位和作用，要求达到领会层次。一个计算机系统可以看成是由硬件和软件按层次结构组成的系统，如图1-1所示。计算机系统的层次结构从图中可以看出，操作系统是硬件层的第一次扩充，在这一层上实现了操作系统的全部功能，并提供了相应的接口。1.3现代操作系统的主要特征，要求达到领会层次。1、并发性指的是在操作系统中存在着许多同时的或并行的活动。2、共享性系统中存在着各种并发活动，要求共享系统的硬、软件资源。理由是：（1）向各个用户分别提供足够的资源是浪费的，有时也是不可能的；（2）多个用户共享同一程序要比向各个用户提供程序副本节省存储空间，提高工作效率（3）几个用户或程序员在开发软件过程中，为避免重复，应允许使用他人拥有的软件资源3、虚拟性是指将一个物理的实体映射为若干逻辑实体，物理实体是客观存在的，而逻辑实体是虚构的。例如，在多道程序系统中，虽然只有一个CPU，每次只能执行一道程序，但采用多道程序设计技术后，在一段时间间隔内，宏观上有多个程序在运行。在用户看来，就好像有多个CPU在各自运行自己的程序。这种情况就是将一个物理的CPU虚拟为多个逻辑上的CPU，逻辑上的CPU成为虚拟处理机。4、不确定性表现在以下两个方面（1）程序执行结果不确定，程序执行结果不能再现。（2）多道程序环境下，程序按异步方式运行。2．多道程序设计与虚拟处理机2.1多道程序设计的硬件支持，要求达到识记层次。1）中断中断的概念：中断指的是：①对异步或对例外事件的一种响应；②这一响应自动保存CPU状态以便将来重新启动；③自动转入规定的中断处理程序。中断的类型：（1）I/O中断（2）程序中断（3）硬件故障中断，或称机器检验中断（4）外中端（5）访管中断中断的处理过程：发生中断保护现场（保存程序状态字PSW，程序计数器PC入栈）装入中断处理程序的PSW执行中断处理程序中断返回（恢复现场,PSWPC出栈）2）通道技术通道的定义：通道又称I/O处理机，它能完成主存储器和外设之间的信息传输，并与中央处理器机并行操作。采用通道技术解决了I/O操作的独立性和各部件工作的并行性。通道的种类：(1)字节通道（慢速外设）(2)选择通道（快速外设）(3)数组多路通道（多个设备交叉使用，提高通道利用率）单通道I/O系统多通道配置方案CPU是主设备，通道是从设备。2.2多道程序设计的基本原理，要求达到领会层次。1）多道程序的硬件支持通道技术和中断系统。2）多道程序的基本原理多道程序设计的主要目的是充分利用系统中所有资源且尽可能地让它们并行操作。采用通道技术后使CPU从繁锁的I/O操作中解放出来，它不仅能实现CPU和通道并行工作，而且也能实现通道与通道之间、各通道上的外设之问的并行。多道程序设计的实现，必须妥善解决的三个问题：•存储保护和地址的重定位•处理机管理和调度•资源的分配与管理多道程序设计的特点：1)多道2)宏观上并行3)微观上串行2.3虚拟处理机和虚拟计算机，要求达到领会层次。虚拟处理机：真实的物理处理机只有一台，通过多道程序在系统中的并行执行，逻辑上好像多个处理机在工作，则每个逻辑上的处理机称为虚拟处理机。虚拟计算机：通过操作系统的功能，把主存扩充改造成虚拟存储器，把外存储器改造成按名存取的文件系统，把I/O设备改造成数量较多、方便实用的虚拟设备，把系统控制台改造成每个用户都可使用的逻辑控台，配置了操作系统的计算机是一台比原来物理计算机功能更强的计算机，我们把这种概念上的、逻辑上的计算机称为虚拟计算机。2.4多道程序运行时间图，要求达到简单应用层次。多道程序设计的执行过程状态转换图：（画图、读图）依据：单处理机系统多道程序在微观上的串行性（不能重叠）多个通道之间、多道程序和通道之间在微观上可以并行（可以重叠）多道程序设计的例子1：调度程序执行时间忽略不计的情况下：3．系统调用3.1算态与管态、特权指令与访管指令、系统调用的概念，要求达到识记层次。算态：用户程序运行的状态，又叫目态。管态：系统程序运行的状态，又叫特权状态。特权指令：只能在管态下执行而不能在算态下执行的特殊机器指令。访管指令：能从算态进入管态，基本功能是“自愿进管”引起访管中断。系统调用：用户在程序中能用访管指令调用的，由操作系统提供的子功能集合，其中每一个子功能称为系统调用命令。3.2系统调用的执行过