南开大学UNIX操作系统

UNIX操作系统Unix操作系统2020/3/62/100一．计算机操作系统概论二．基本操作三．Linux应用基础四．系统管理五．INTERNET使用简介上机实习课程内容Unix操作系统2020/3/6课程学习要求Linux上机：按照安排上机。上机内容为课上所学内容。要求掌握每条命令的含义，并能熟练使用，进一步掌握相关命令间的联系。参考书：考试内容及方式：Unix操作系统2020/3/64/100一操作系统概论§1、计算机操作系统的层次结构§2、计算机操作系统的功能§3、操作系统的形成及分类§4、操作系统的装入和初启Unix操作系统2020/3/65/100§1、计算机操作系统的层次结构计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统是系统的基本资源，其主要部分包括：中央处理机(CPU——Centerprogressingunit)；主存储器（简称主存或内存）；外部存储器（简称外存或辅存，包括磁盘、磁带等）；终端（通常由键盘和显示器组成）；控制台；打印机等。CPU和内存构成系统的主机，其他部分统称为外部设备（简称外设）或称为输入输出（I/O）设备。不附加任何软件的计算机——“裸机”操作系统概论Unix操作系统2020/3/66/100操作系统是计算机系统中的一个必不可少的关键组成部分，任何一个计算机系统可以不配置某些应用程序，硬件的配置也各不相同，但决不可以没有操作系统，操作系统是计算机系统中的核心。操作系统概论操作系统是加在裸机上的第一层软件，它是对裸机功能的首次扩充，从而构成一个比裸机功能更强，使用方便的“虚拟计算机”，即操作系统在硬件上建立了一个服务体系，为系统软件和用户应用软件提供了强大的支持，用户面对的是一个非常友好的、方便的环境界面。从结构上看，操作系统是用户程序及系统应用软件与物理计算机之间的接口。Unix操作系统2020/3/67/100§2、计算机操作系统的功能现代计算机系统中的重要资源，包括了硬件资源、软件资源和用户资源。在这些资源中，最重要的是与程序运行、数据处理、用户操作密切相关的资源，通常包括处理机、主存储器、输入输出设备、数据与信息、交互环境以及互连通信等。所以常规操作系统的主要任务也围绕着五个部分，构成了操作系统的五类功能模块。因此，从资源管理的角度，操作系统的功能有：操作系统概论•处理机(CPU)的管理•存储器管理•设备管理•文件管理•作业管理Unix操作系统2020/3/68/1001、处理机（CPU）的管理处理器是计算机系统的关键性资源，所有的程序都要在CPU上执行。由于宏观上允许多个程序同时在主机上运行，而在微观上CPU在一个时刻只能执行一个程序，因在存在用户作业争用处理机的情况，如何对使用处理器的请求作出适当的分配，这就是操作系统处理机管理功能模块要解决的问题。因此，CPU管理的基本任务是：在一定的系统环境下（如批处理、分时），根据一定的资源利用原则（如公平服务、及时响应、大吞吐量、平衡利用），采用合理的调度策略（如先进先出、分时轮转，最高优先权优先），进行CPU的分配与回收工作，使CPU发挥效率并能合理地满足各种程序任务的需求。CPU的管理的实质就是CPU调度。操作系统概论Unix操作系统2020/3/69/1002、存储器管理计算机系统中，存储器一般分为内、外存。内存具有较高的数据存取速度，但由于硬件的限制，其存储容量有限。程序一般存放在外存中，只有装入内存中才能被CPU执行，CPU不能直接访问外存。如果有多个用户程序共享存储器，它们彼此之间不能相互冲突和干扰。存储器的管理主要涉及的是内存的管理，故亦称内存管理。操作系统的存储器管理模块就是对用户作业和进程分配并回收存储空间，进行存储空间的优化管理，另外，还应实现内存扩充——虚拟存储器。操作系统概论Unix操作系统2020/3/610/1003、设备管理随着信息社会发展，计算机外部设备得到了迅速发展，这些设备的多样化大大改变了传统计算机外部设备的观念。设备管理的基本任务是提供统一简单的使用接口，使用户无需了解具体的设备接口逻辑，随机记录每个设备的使用和分配情况，根据各类设备的特点，采用不同的分配策略进行设备的分配和回收，对某些设备还要考虑优化调度问题；负责外设与主机之间实际的数据传输。操作系统概论Unix操作系统2020/3/611/1004、文件管理文件管理即对软资源的管理，亦称信息管理。计算机要处理大量的数据，这些数据是以文件的方式存储在存储设备（如磁盘、磁带、光盘）中，操作系统将这些数据与信息以及对它们的操作抽象为文件管理。其任务是：负责文件物理存储空间的组织分配及回收；实现文件符号名到物理存储空间的映射；负责文件的建立、删除、读和写等操作；提供文件的保护和保密设施，防止对文件的某种非法访问或未经授权的用户使用某个文件。操作系统概论Unix操作系统2020/3/612/1005、作业管理作业是用户在一次计算过程中，或者一次事物处理过程中，要求计算机系统所作的工作集合。一个作业包含一个或多个进程。操作系统必须为用户提供一个良好的人机交互界面，用户通过操作和程序操作与计算机交互。操作系统应合理地协调用户提交的各作业及进程的运行活动，使得各个作业和进程能有效地运行。操作系统概论Unix操作系统2020/3/613/100§3、操作系统的形成及分类§3.1、操作系统的形成过程1、电子管时代，没有操作系统20世经40年代中期，数学家冯-诺依曼（JohnVonNeuman）提出了存储程序的概念，奠定了电子数字计算机的基础。1946年在美国诞生了世界上第一台计算机。这一时期（1946—1955）被称为第一代计算机发展时期，在这一类早期的计算机系统中，有了程序（卡片穿孔成为可“阅读”程序），但没有操作系统。操作系统概论Unix操作系统2020/3/614/1002、晶体管时代，监控程序和批处理程序晶体管的诞生使计算机产生了一次革命性的变革，50年代中期推出了晶体管计算机，它们被称为第二代计算机（1955—1965）。由于有了计算机语言和相应的程序，就产生了对用户提交的程序进行管理的程序——监控程序。为了减少时间的浪费，尤其是主机CPU时间的浪费，相应的产生了批处理控制程序，它解决了作业间的自动转换。把早期的监控程序和批处理软件称为第一代操作系统。操作系统概论Unix操作系统2020/3/615/1003、集成电路时代，多道程序设计与完整的操作系统计算机系统发展进入60年代，计算机的应用形成了两个主要领域，即科学与工程计算和商务与数据处理。这个时期（1965—1980）被称为第三代计算机发展时期。在这一历史阶段发展的操作系统（由监管程序—→操作系统）主要是基于多道程序的分时操作系统和多处理器操作系统，也称为第二代操作系统。后期的发展又使操作系统具有了多种方式和类型，甚至在一种操作系统中同时具有批处理、分时处理和实时处理功能，它们被称为第三代操作系统。操作系统概论Unix操作系统2020/3/616/1004、计算机小型化，现代操作系统由于微电子技术的发展，硬件价格下降，计算机体系结构趋于灵活、小型、多样化。大量原来只有在大型计算机上实现的技术逐步下移到微、小型计算机上。自1984年Apple公司的Macintosh计算机系统引入图形界面（GUI—GraphicsUserInterface）以来，视窗操作和视窗界面得以大大发展，从而形成了操作系统的用户界面管理功能模块。在这个时期中发展的操作系统被称为第四代计算机（1980—1994）的操作系统，它具有个人计算机的特色。个人计算机操作系统层出不穷，它们有：MS-DOS，UNIX，OS/2，WINDOWSNT，MAC等，其中MS-DOS，WINDOWS和UNIX，使计算机的使用环境和开发平台越来越灵活和高效。操作系统概论Unix操作系统2020/3/617/1005、网络互连，新一代操作系统自二十世纪80年代中期以来，计算机的互连成为高潮，形成了计算机网络，在网络互连和多机资源管理的基础上，形成了网络上不同的体系结构，从而出现了网络操作系统（NetworkOperatingSystem----NOS）和分布式操作系统（DistributedOperatingSystem）。为了适应网络计算和网络互连，传统的操作系统也在功能和结构上进行了改进，形成了新一代的操作系统，也被称为第五代操作系统。操作系统概论Unix操作系统2020/3/618/100§3.2、操作系统的分类操作系统的种类很多，也具有不同的特征，基于不同的角度（观点），有不同的分类方法。操作系统概论从操作系统工作的角度（服务的观点）分为：•单用户系统、•批处理系统、•分时系统、•实时系统、•网络系统等。从计算机体系结构角度可分为：•单机操作系统、•主从式多终端操作系统、•多机多用户操作系统、•网络操作系统、•分布式操作系统。Unix操作系统2020/3/619/1001、单用户交互式操作系统（SingleUserInteractiveSystem）为个人计算机设计的操作系统多为单用户系统，它不追求系统资源的充分利用，也不讲究共享资源，强调个人的特点，注重使用方便。这类操作系统的功能比较简单，管理功能主要是磁盘文件管理和设备驱动，服务方式采用联机交互式。操作系统概论Unix操作系统2020/3/620/1002、批处理系统（BatchProcessingSystem）所谓批处理意指用户作业的成批输入并处理，即系统将作业一批一批地输入系统并暂存在外存中，组成一个后备作业队列，每次按一定的调度原则从后备作业中挑选一个或多个装入主机处理，作业完成后退出和后备作业装入主机运行均由系统自动实现，作业完成后输出结果，再接受下一批作业进入系统处理。从而减少了用户作业建立和打断的时间。批处理系统的特点是采用脱机服务方式，即用户在其作业运行期间不能直接干预作业的运行过程，而是将其对作业的控制意图事先用作业控制语言编制成作业说明书或作业控制卡，在提交作业时同程序和数据一起提交给系统。批处理系统主要配置在较大的计算机系统上。另外，批处理系统还有单道和多道批处理系统之分。操作系统概论Unix操作系统2020/3/621/1003、分时操作系统（Time-sharingSystem）所谓“分时”，就是多个用户对系统资源进行时间上的分享。在分时环境下，一个计算机系统联有若干台本地或远程终端，每个用户可以在所占用的终端上以人——机会话的交互方式使用计算机。分时系统又称为多用户交互式共享系统。分时系统中的分时，是将计算机CPU的运行时间分割成一个个长短相等（或者基本相等）的微小的时间片，把这些时间片依次轮流地分配各个终端用户的程序执行。时间片完结，用户程序处于等待状态，此时的CPU又为另一个用户服务。虽然微观上用户程序的执行是断续的，作业运行是不连续的，但是在宏观上，用户的任何请求服务总能及时得到响应。操作系统概论Unix操作系统2020/3/622/100分时系统有如下特征：（1）同时性：若干用户通过各自的终端同时使用一台计算机，从宏观上看，所有用户是在同时间并行工作，但从微观上看，各个用户是轮流使用计算机。（2）独立性：虽然多个用户通过多个终端同时使用一台计算机，但用户之间相互独立操作，互不干扰，由系统保证每个用户程序运行的完整性。（3）及时性：系统保证对每一用户的输入请求作出及时的响应，使用户感觉到是他自己在使用和控制计算机。（4）交互性：系统通过终端完成用户与计算机系统的交互操作和对话，用户通过终端发出命令和服务请求，系统通过终端向用户反馈信息。60年代，美国麻省理工学院（M.I.T）研制的CTSS（CompatibleTime-sharingSystem）和M.I.T、IBM公司、Bell实验室合作开发的MULTICS（MultiplexedInformation&ComputingService）是早期的著名的分时操作系统。流行最广、最优秀的分时系统是UNIX，它在吸取MULTICS等分时系统的成功经验基