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1、6个问题,操作系统是什么? 为什么需要操作系统? 操作系统如何工作?,这门课学什么? 为什么要学这门课? 这门课如何学?,以上关于What、Why、hoW的6个问题统称为6W问题或3W问题,第一章 总论,1.1 操作系统简介 1.2 操作系统如何工作 1.3 操作系统的各个方面总结 1.4 操作系统发展简史 1.5 目前常用的操作系统,1.1 操作系统简介,感受操作系统 操作系统的规模、数量和重要性,你知道下列哪些是操作系统吗?,TETRIS DOS WPS WINDOWS TURBO-C WORD FOXPRO UNIX TURBO-ASM VI 一个C语言源程序,你用过的操作系统能做什么?
2、,各种DOS 命令:dir copy del format DOS命令、程序名启动、结束用户程序 DOS系统调用INT指令,WINDOWS、UNIX也有 WINDOWS、UNIX 等提供多任务环境,你知道操作系统不能做什么?,不做天气预报 不做房屋设计 不是编译程序 总之,操作系统不直接解决最终具体应用问题,也不负责编译源程序,.。,操作系统 为你完成所有 “硬件相关、应用无关”的工作, 以给你方便、效率、安全。,操作系统是以下诸系统程序的集成,(1)用户程序的启动、中止 (2)系统调用用户程序运行过程中对操作系统的调用 (3)提供实用程序 (4)改善基本使用中的效率和安全问题,硬件相关 应用
3、无关,涉及物理地址、设备接口寄存器、设备接口缓冲区 代码量大,需硬件知识 随硬件的变化而变化,所有应用、用户共需 工作过程雷同 与应用无直接关系,操作系统工作目的和益处,减轻用户编程负担 统一管理 使操作系统方便、安全、效率的工作 用户专心于应用本身,操作系统规模、数量和重要性,规模巨大,大量占用资源 操作系统数量很多 操作系统带给用户方便、效率、安全,作用重大,1.2.1 操作系统的第一个工作 - 启动和结束程序 1.2.2 操作系统的第二个工作 - 用户程序对操作系统的调用 1.2.3 操作系统的第三个工作 -对常用基本操作提供现成程序 1.2.4 操作系统的第四个工作 - 解决效率和安全
4、的问题,1.2 操作系统如何工作,1.2.1 操作系统的第一个工作 - 启动和结束程序,程序的开始执行有两大前提 - (1)程序在内存;(2)程序计数器PC被置为程序在内存的入口地址 以命令方式启动 以批方式启动 以EXEC方式启动 由硬件来装入程序和启动执行 自启动方式 程序的结束,* 操作系统命令执行框图,* 操作系统命令,提问1:既然开机通电状态任一时刻都有程序在运行,或者说是有指令在执行,那么在PC上当C后空(即当光标紧挨在C后闪)而操作者走开已久未归时,机器上是在运行程序吗?如果是的话,是什么程序?,提问2:当你为了以参数P执行程序A,而在C后打入一条命令“回车”,从你开始打命令到打
5、下了命令尾的回车,直到程序A内的第一条指令执行前,计算机在做些什么?,提问3:(比如PC机上)从你的程序的最后一条指令执行完到下一C出现之间,计算机在做些什么?,引例1:,在IBM个人计算机上,使用.BAT文件而启一个中文环境的。 C:UCDOSRD16 %1 C:UCDOSKNL %2 C:UCDOSPY c:ucdoswb,引例2:,启动SPDOS中文环境 C: CD SPDOS splib/1 spdos wbx,引例3:,IBM个人计算机中的AUTOEXEC.BAT在开机时第一个命令提示符出现前自动执行。 path c:dos prompt $p$g,(批方式的工作过程图),批方式的优
6、点:,程序间可以连续执行,不经人工干涉。 命令可以设计成有顺序控制的形式,称为作业控制语言,使程序可以组合执行。,(EXEC外部使用过程和内部实现过程),(纯硬件装入过程),现在很少用硬件装入及启动程序的原因,纯硬件装入要求用户程序顺序连续存放 一个存储介质限存一个文件,否则硬件太复杂 每运行一个程序都要经过人工判断和操作,效率低且不灵活 硬件有限的复杂程度不能对读入的程序和数据做充分的正确性检查,(自启动方式的装入和启动过程),正常结束 非正常结束,处理工作 返回父程序并返回结果信息 释放所用空间与设备、记录使用情况与记帐 INT调用,处理工作 返回父程序并返回结果信息 释放所用空间与设备、
7、记录使用情况与记帐 找出错误原因并报告给用户 中断处理,1.2.2 操作系统的第二个工作 - 用户程序对操作系统的调用,系统调用的作用、内容和使用方式 系统调用指令的实现及其特殊性 中断,用汇编程序打印五个字符 方法: 用INT语句调用DOS的功能来完成 用OUT语句直接读写打印机的接口寄存器,引例1:,程序段1:使用INT语句打印:,MOVE A,PARA1 MOVE A,PARA2 INT 21H,(INT语句导致的指令实际执行流程),程序段2:使用OUT语句打印:,MOVE I,0 L1:MOVE I,I+1 CMP I,5 JNC L3 打完五个字符 MOVE A,I L2:IN AD
8、DR1,B ADDR1为状态寄存器地址 OR B,BS BS为状态位选择码 JNC L2 未准备好 OUT ADDR2,A 输出,ADDR2为数据寄存器地址 JMP L1 L3:RET,引例2:,用汇编语言编程读写硬盘文件内容 方法: 用INT语句调用DOS的功能来完成 用OUT语句直接读写硬盘驱动器的接口寄存器,程序段3:使用INT语句读写硬 盘文件内容:,MOVE A,PARA1 MOVE A,PARA2 INT 21H,法二程序大而复杂的原因:,(1)涉及外存地址访问及外设控制 (2)程序设计需考虑相应外存空间管理工作,引例3:,用高级语言编程打印五个字符,读写硬盘文件内容 方法: 用高
9、级语言中提供的函数 用高级语言语句,程序段4: 用C语言打印五个字符 char buff4=“abcde” for(i=4;i=0;i) printf(buffi); ,程序段5: 用C语言读硬盘文件f1的第10到20个字节: seek(fd, 10, 0); read(fd,buff,11); ,(高级语言中对操作系统的间接调用) (高级语言、函数库、操作系统),系统调用指令的实现及其特殊性,系统调用(system call) 系统调用包括: 外存文件与目录的读写 各种I/O设备的使用 在一个程序中启动另一个程序 查询和统计系统资源使用情况,特殊性:,同一机器上的不同操作系统,其系统调用指令
10、格式是相同的,但其参数含义可能不同 同一种操作系统在不同机器上的不同版本,其系统调用指令是不同的,系统调用 一般程序调用,动态调用 调用地址不固定()在中断向量表中) 调用返回地址不固定 安全接口(系统态、用户态),静态调用 调用地址固定(在程序中) 调用返回地址不固定,(中断方式实现的动态系统调用形式) (程序中常用的调用语句和跳转语句),在程序执行中对操作系统的使用方式,三种: 系统调用 中断 独立程序(不以任何方式使用操作系统),(IBM个人机中的中断类型表),1.2.3 操作系统的第三个工作 - 为常用的基本操作系统提供现成程序,* 操作系统实用程序 * 内部命令 * 外部命令,1.2
11、.4 操作系统的第四个工作 - 解决效率和安全的问题,操作系统用于解决效率问题的技术: 并发、多道、虚存、分时、文件打开和关闭、 调度等,并发解决了什么效率问题,引问: 一台IBM个人机上装有两个操纵系统:DOS和XENIX,现有两个功能相同的程序PD和PX分别是在 DOS 和XENIX下运行的。 这两个程序有什么区别? PD可以不加修改的在XENIX下运行吗? PX 能不加修改的在DOS下运行吗?,进一步提问,除了系统调用和程序结构外,PD和PX的实际执行过程完全相同吗?,(PD和PX的执行过程的主要区别),并发技术提出的原因,改善CPU利用率、I/O设备利用率 用户程序需要并发执行以取得相
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