高校精品系列优秀课件.ppt

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1、高校精品系列第1页，本讲稿共37页第1章 网络操作系统基础操作系统简介网络操作系统概念网络操作系统功能网络操作系统体系结构主流的网络操作系统Linux内核体系结构Linux文件系统Linux内存管理Linux设备管理学 习 要 点第2页，本讲稿共37页1.1 操作系统简介v 操作系统概念操作系统概念n简称简称OS，是管理系统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，是管理系统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，合理组织计算机工作流程，为用户使用计算机提供良好运行环境的一种系统合理组织计算机工作流程，为用户使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。软件。n计算机系统层次结构：计

2、算机系统层次结构：OS为用户应用程序提供方便统一的调用接口；为用户应用程序提供方便统一的调用接口；OS负负责系统资源的管理。责系统资源的管理。第3页，本讲稿共37页1.1 操作系统简介v 操作系统功能操作系统功能n处理器管理处理器管理n存储管理存储管理存储分配存储分配存储共享存储共享地址转换与存储保护地址转换与存储保护存储扩充存储扩充n设备管理设备管理n文件管理文件管理n网络与通信管理网络与通信管理n用户接口用户接口第4页，本讲稿共37页1.1 操作系统简介v 操作系统类型操作系统类型n桌面操作系统桌面操作系统n网络操作系统网络操作系统具有通常操作系统的功能具有通常操作系统的功能提供高效、可靠

3、的网络通信能力提供高效、可靠的网络通信能力提供多种网络服务功能提供多种网络服务功能n分布式操作系统分布式操作系统n嵌入式操作系统嵌入式操作系统第5页，本讲稿共37页1.1 操作系统简介v 操作系统基本组件操作系统基本组件n内核（内核（Kernel）Windows操作系统内核使用的关键文件名包含操作系统内核使用的关键文件名包含“kernel”或或“kern”UNIX和和Linux操作系统，内核文件名通常为操作系统，内核文件名通常为“kernel”n用户界面用户界面命令行界面（命令行界面（CLI）图形用户界面（图形用户界面（GUI）n文件系统文件系统第6页，本讲稿共37页1.2 网络操作系统概述v

4、 网络操作系统概念网络操作系统概念nNOS是建立在计算机操作系统基础上，用于管理网络通信和共是建立在计算机操作系统基础上，用于管理网络通信和共享资源，协调各主机上任务的运行，并向用户提供统一的有效享资源，协调各主机上任务的运行，并向用户提供统一的有效的网络接口的软件集合。的网络接口的软件集合。n网络操作系统网络操作系统3个层次个层次 位于低层的网络设备驱动程序位于低层的网络设备驱动程序 位于中间层的网络通信协议位于中间层的网络通信协议 位于高层的网络应用软件位于高层的网络应用软件n网络操作系统可将其功能分配给连接到网络上的多台计算机网络操作系统可将其功能分配给连接到网络上的多台计算机n网络操作

5、系统依赖于每台计算机的本地操作系统，使多个用网络操作系统依赖于每台计算机的本地操作系统，使多个用户可以并发访问共享资源户可以并发访问共享资源第7页，本讲稿共37页1.2 网络操作系统概述v 网络操作系统特点网络操作系统特点n硬件独立性硬件独立性n网络连接网络连接n网络管理网络管理n安全性和访问控制安全性和访问控制n网络服务网络服务n多用户支持多用户支持n多种客户端支持多种客户端支持n用户界面用户界面第8页，本讲稿共37页1.2 网络操作系统概述v 网络操作系统功能网络操作系统功能n网络通信网络通信n资源管理资源管理n网络管理网络管理n网络服务网络服务n互操作互操作n网络接口网络接口第9页，本讲

6、稿共37页1.2 网络操作系统概述v 网络操作系统工作模式网络操作系统工作模式n客户机客户机/服务器（服务器（Client/Server）模式）模式n对等（对等（Peer to Peer）模式）模式第10页，本讲稿共37页1.2 网络操作系统概述v 网络操作系统体系结构网络操作系统体系结构n内核组织方式：单内核与微内核内核组织方式：单内核与微内核单内核（单内核（monolithic kernel）微内核（微内核（microkernel）第11页，本讲稿共37页1.2 网络操作系统概述v网络操作系统体系结构网络操作系统体系结构n 层次式体系结构层次式体系结构功能明确，调用关系清晰（即高层对低层单

7、向依赖），保证设计和实现的正确性功能明确，调用关系清晰（即高层对低层单向依赖），保证设计和实现的正确性各层可分别实现，且便于扩充各层可分别实现，且便于扩充高层错误不会影响到低层高层错误不会影响到低层效率低，层次之间的调用开销大，系统内核比较大效率低，层次之间的调用开销大，系统内核比较大第12页，本讲稿共37页1.2 网络操作系统概述v网络操作系统体系结构网络操作系统体系结构n 与客户与客户/服务器模式结合的微内核体系结构服务器模式结合的微内核体系结构微内核体系结构的实现微内核体系结构的实现 基本的设计思想是将操作系统中与硬件直接相关的部分抽取出来作为一个公共层，称之为硬件抽象层（基本的设计思想

8、是将操作系统中与硬件直接相关的部分抽取出来作为一个公共层，称之为硬件抽象层（HAL）第13页，本讲稿共37页1.2 网络操作系统概述v网络操作系统体系结构网络操作系统体系结构n 与客户与客户/服务器模式结合的微内核体系结构服务器模式结合的微内核体系结构与客户与客户/服务器模式结合服务器模式结合 将操作系统分成两大部分，一部分是运行在用户模式并以客户将操作系统分成两大部分，一部分是运行在用户模式并以客户/服务器方式运行的进程；另一部分服务器方式运行的进程；另一部分是运行在内核模式的内核（即操作系统最基本部分）是运行在内核模式的内核（即操作系统最基本部分）第14页，本讲稿共37页1.2 网络操作系

9、统概述v网络操作系统体系结构网络操作系统体系结构n 与客户与客户/服务器模式结合的微内核体系结构服务器模式结合的微内核体系结构微内核体系结构的特点微内核体系结构的特点 灵活性和可扩展性灵活性和可扩展性 可靠性高可靠性高 可移植性可移植性 支持分布式系统和网络系统支持分布式系统和网络系统 现代微内核结构操作系统还存在着许多问题，目前主要用于研究性操作系统现代微内核结构操作系统还存在着许多问题，目前主要用于研究性操作系统第15页，本讲稿共37页1.2 网络操作系统概述v网络服务器网络服务器n服务器是在网络环境中为用户计算机提供各种服务的计算机，承担网服务器是在网络环境中为用户计算机提供各种服务的计

10、算机，承担网络中数据的存储、转发和发布等关键任务，是网络应用的基础和核心络中数据的存储、转发和发布等关键任务，是网络应用的基础和核心n从硬件上看服务器通常是较大的系统，主要具备以下特性从硬件上看服务器通常是较大的系统，主要具备以下特性附加的存储器用来支持多任务附加的存储器用来支持多任务附加的磁盘空间用来存储共享文件，或作为扩展的系统内存附加的磁盘空间用来存储共享文件，或作为扩展的系统内存额外的扩展槽用于连接打印机和各种网络接口等共享设备额外的扩展槽用于连接打印机和各种网络接口等共享设备在多处理器服务器上，附加的在多处理器服务器上，附加的CPU用于提高处理能力用于提高处理能力采用冗余技术加入附加

11、的硬件，建立容错系统，提高系统的可靠性和可用性采用冗余技术加入附加的硬件，建立容错系统，提高系统的可靠性和可用性n从软件上看服务器上的操作系统必须比客户端的操作系统具有更好的性能，从软件上看服务器上的操作系统必须比客户端的操作系统具有更好的性能，支持多用户、多任务支持多用户、多任务第16页，本讲稿共37页1.3 常用的网络操作系统vNetwarenNetware是基于客户机是基于客户机/服务器模式的多用户多任务操作系统。服务器模式的多用户多任务操作系统。nNetware软件分两部分软件分两部分Netware shell（工作站外壳）（工作站外壳）安装在工作站（客户机）安装在工作站（客户机）文件

12、服务器文件服务器安装在服务器上安装在服务器上nNetWare具有强大的文件及打印服务能力、良好的兼容性及系统具有强大的文件及打印服务能力、良好的兼容性及系统容错能力和比较完备的安全措施容错能力和比较完备的安全措施第17页，本讲稿共37页1.3 常用的网络操作系统vUNIXnUNIX操作系统的发展操作系统的发展UNIX原本是针对小型机主机环境开发的操作系统原本是针对小型机主机环境开发的操作系统PC的迅速发展和功能不断增强导致的迅速发展和功能不断增强导致UNIX的的PC版本的开发版本的开发UNIX版本多，大多要与硬件相配套版本多，大多要与硬件相配套代表产品包括代表产品包括HP-UX、IBM AIX

13、等等nUNIX操作系统的层次性体系结构操作系统的层次性体系结构第18页，本讲稿共37页1.3 常用的网络操作系统vUNIXnUNIX操作系统的特性操作系统的特性多用户、多任务多用户、多任务良好的用户界面良好的用户界面设备独立性，将文件、目录与设备统一当作文件来看待设备独立性，将文件、目录与设备统一当作文件来看待可移植性可移植性直接支持网络功能，支持直接支持网络功能，支持Internet 系统安全性系统安全性第19页，本讲稿共37页1.3 常用的网络操作系统vLinuxnLinux操作系统的发展操作系统的发展Linux是一套在是一套在GNU公共许可权限下免费获得的自由软件公共许可权限下免费获得的

14、自由软件从技术上说，从技术上说，Linux是一个内核是一个内核一些组织将一些组织将Linux内核、源码以及相关应用软件集成为完整的操作系统内核、源码以及相关应用软件集成为完整的操作系统1991年年10月正式宣布月正式宣布Linux内核系统的诞生内核系统的诞生1994年年Linux第一个正式版本第一个正式版本1.0发布发布Linux版本有版本有Red Hat、Slackware、Debian、SuSE、UbuntunLinux操作系统的体系结构操作系统的体系结构第20页，本讲稿共37页1.3 常用的网络操作系统vLinuxnLinux操作系统的操作系统的特性特性可以自由、免费使用可以自由、免费使

15、用开放性开放性具有良好的性能、完善的功能、超强的稳定性和可靠性，适合需要连续运行的服务器系统具有良好的性能、完善的功能、超强的稳定性和可靠性，适合需要连续运行的服务器系统可以进行内核定制可以进行内核定制支持多种硬件平台，包括支持多种硬件平台，包括PC、笔记本、工作站，甚至大型机、笔记本、工作站，甚至大型机完善的网络支持完善的网络支持可靠的系统安全可靠的系统安全提供可选的类提供可选的类Windows图形界面图形界面设备独立性设备独立性良好的可移植性良好的可移植性第21页，本讲稿共37页1.3 常用的网络操作系统vWindowsnWindows操作系统的发展操作系统的发展1993年年5月推出月推出

16、Windows NT 3.11994年年9月推出月推出Windows NT 3.51996年年7月推出月推出Windows NT 4.02000年推出年推出Windows 2000 Server2003年推出年推出Windows Server 20032008年年3月推出月推出Windows Server 2008nWindows操作系统的体系结构操作系统的体系结构采用微内核体系结构，将对象分为用户模式层和内核模式层采用微内核体系结构，将对象分为用户模式层和内核模式层用户模式层由一组组件（子系统）构成，将与内核模式组件有关的必用户模式层由一组组件（子系统）构成，将与内核模式组件有关的必要信息与

17、其最终用户和应用程序隔离开来要信息与其最终用户和应用程序隔离开来内核模式层有权访问系统数据和硬件，能直接访问内存，并在被保护内核模式层有权访问系统数据和硬件，能直接访问内存，并在被保护的内存区域中执行的内存区域中执行第22页，本讲稿共37页1.3 常用的网络操作系统vWindowsnWindows操作系统的特性操作系统的特性统一的图形窗口界面和操作方法统一的图形窗口界面和操作方法易用性和兼容性易用性和兼容性支持多任务多窗口支持多任务多窗口先进的内存管理先进的内存管理数据共享数据共享具有丰富的应用程序具有丰富的应用程序内置网络和通信功能内置网络和通信功能支持多媒体技术支持多媒体技术第23页，本讲

18、稿共37页1.3 常用的网络操作系统v网络操作系统的选择网络操作系统的选择n安全性和可靠性安全性和可靠性n可操作性可操作性n可集成性可集成性n可扩展性可扩展性n可定制可定制n应用和开发支持应用和开发支持n选择建议选择建议Windows易于管理和实现各种网络服务易于管理和实现各种网络服务UNIX以其高效、稳定的特点适用于运行任务重大的应用程序的平台以其高效、稳定的特点适用于运行任务重大的应用程序的平台Linux作为作为UNIX的一个变种，是实现网络关键性应用的理想选择的一个变种，是实现网络关键性应用的理想选择第24页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构vLinux系统层次结构系统层次结

19、构n分层设计分层设计每层只能与它相邻的层通信每层只能与它相邻的层通信层次间具有从上到下的依赖关系层次间具有从上到下的依赖关系n4个层次个层次第25页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构vLinux内核结构内核结构第26页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构vLinux内核模块内核模块第27页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构v进程管理进程管理n进程状态及其变化进程状态及其变化进程在其生命周期中有多种不同的状态进程在其生命周期中有多种不同的状态第28页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构v进程管理进程管理n进程的模式进程的模式内核模式内核模式用户模式用户

20、模式n进程的类型进程的类型系统进程系统进程用户进程用户进程第29页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构v进程管理进程管理n进程控制进程控制各个进程构成树状的进程族系各个进程构成树状的进程族系进程进程0是以后所有进程的祖先是以后所有进程的祖先父进程创建子进程之后，通常等待子进程运行终止父进程创建子进程之后，通常等待子进程运行终止n进程调度进程调度进程调度机制主要涉及调度方式、调度时机和调度策略进程调度机制主要涉及调度方式、调度时机和调度策略实时进程具有较高级别的优先权实时进程具有较高级别的优先权nLinux线程线程Linux系统支持内核空间的多线程系统支持内核空间的多线程Linux内核

21、不需要区分进程和线程，它采用同样的管理机制内核不需要区分进程和线程，它采用同样的管理机制第30页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构v进程间通信机制进程间通信机制n信号机制信号机制信号也是一种用户进程之间通信和同步的机制信号也是一种用户进程之间通信和同步的机制n管道文件管道文件管道可以实现单向的字节流传输管道可以实现单向的字节流传输管道机制可避免利用文件传递大量数据而造成空间时间上浪费管道机制可避免利用文件传递大量数据而造成空间时间上浪费nSystem V 进程间通信机制进程间通信机制消息队列消息队列共享内存共享内存信号量信号量第31页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构v

22、文件系统文件系统next2/3文件系统结构文件系统结构第32页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构v文件系统文件系统next2/3多重索引结构多重索引结构第33页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构v文件系统文件系统next2/3目录项目录项索引节点号索引节点号目录项长度目录项长度名称长度名称长度文件类型文件类型文件名称文件名称n虚拟文件系统（虚拟文件系统（VFS）第34页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构v内存管理内存管理n内存管理器内存管理器物理内存管理器物理内存管理器内核内存管理器内核内存管理器虚拟内存管理器虚拟内存管理器内核虚拟内存管理器内核虚拟内存管理

23、器用户空间内存管理器用户空间内存管理器第35页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构v内存管理内存管理n分页机制分页机制采用段页式虚拟存储管理采用段页式虚拟存储管理使用最低限度的段机制和三级分页机制使用最低限度的段机制和三级分页机制n请求分页机制请求分页机制n内存交换机制内存交换机制第36页，本讲稿共37页1.4 Linux内核体系结构v设备管理设备管理n设备文件设备文件采用设备文件统一管理硬件设备采用设备文件统一管理硬件设备所有设备都作为特殊文件，通过文件系统与设备连接所有设备都作为特殊文件，通过文件系统与设备连接Linux为每一个外部设备提供一个设备文件（为每一个外部设备提供一个设备文件（Device File）设备的文件名一般由两部分构成：主设备号与次设备号设备的文件名一般由两部分构成：主设备号与次设备号n设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序是系统内核的一部分设备驱动程序是系统内核的一部分Linux系统和设备驱动程序之间使用标准的交互接口系统和设备驱动程序之间使用标准的交互接口n块设备文件块设备文件以区块（以区块（Block）为单位读取）为单位读取 n字符设备文件字符设备文件以字符（以字符（Character）为单位读取）为单位读取 磁带属于字符设备磁带属于字符设备第37页，本讲稿共37页