Linux基础教程(1)操作系统基础课件全集

整个计算机系统可以认为是按照一定规则分层构建 的，我们可以使用图1.1来示意性地描述这种层次 结构。
图1.1 计算机系统层次结构示意图
1.1.2 操作系统发展简介 操作系统是随着计算机硬件的发展，围绕着如何提 高计算机系统资源的利用率和改善用户界面的友好 性而形成，发展和不断成熟完善的。 随着计算机硬件的发展，计算机的计算速度越来越 快，其高速的数据处理与低速的手工操作之间的矛 盾日益突出，传统的手工操作是系统的最大制约因 素，昂贵的计算机硬件资源得不到有效的利用。一 个重要的技术是批处理，专门的操作人员把用户提 交的任务按照一定的类别、顺序组织起来，形成作 业序列，这些作业成批地在专门的监督程序控制之 下自动执行。这里的监督程序就是操作系统的雏形。
Linux是在日益普及的Internet上迅速形成和不断完 善的操作系统。Linux操作系统高效、稳定，适应 多种硬件平台，而最具有魅力的是它遵循GPL（GNU General Public License， GNU通用公共许可证， 见附录），整个系统的源代码可以自由获取，并且 在GPL许可的范围内自由修改、传播，这就为学习、 应用、开发操作系统及其他软件提供了良好的基础 和较高的起点。 本章首先介绍操作系统的概念、功能及其结构，接 着介绍Linux系统的基本特征、发展现状，并以此 为基础，讨论现代操作系统的一般特点和发展趋势。
与分时系统相对应，还有一种实时(real time)操作 系统，控制计算机对外来信息进行快速处理，要求 系统在允许的时间范围之内做出响应。 同时具有多道批处理、分时、实时处理功能，或者 其中两种以上功能的系统，称为通用操作系统。 Linux操作系统就是具有内嵌网络功能的多用户分 时系统。它兼有多道批处理和分时处理功能，是一 个典型的通用处理系统。 一方面强调分布式计算和处理，另一方面强调物理 上跨越不同的主机系统、逻辑上紧密耦合构成统一 完整的操作系统平台，这样的系统就是分布式操作 系统(distributed operating system)。这是当前 操作系统发展的一个方向。
1.2.2 用户级接口 操作系统提供给用户使用的接口是操作命令，用户 可以使用这些操作命令来组织和控制作业的执行或 者管理整个计算机系统。实际上，计算机的操作命 令界面是在系统调用的基础上开发而成的。 操作系统发展的主要方向除了提高系统资源利用率 之外，就是改善用户界面友好性。 图形用户界面是操纵命令界面发展的一个里程碑。 图形用户界面，降低了计算机操作的门槛，千万个 家庭成为计算机普及的对象。 现在流行的操作系统一般都同时提供图形和文本用 户界面。Linux系统就是如此，文本界面是shell接 口，图形界面是XWindow系统。
当前，计算机微型化和专业化趋势已成事实。这两 种发展趋势都产生了一个共同的需求，即嵌入式软 件。嵌入式软件也需要操作系统平台的支持，这样 的操作系统就是嵌入式操作系统。嵌入式软件系统 的规模小，相应地，其操作系统的规模也小。 嵌入式软件的应用平台之一是各种电器，这样的系 统面向普通家庭和个人用户，由于快速发展的网络 市场，使得家用电器的市场比传统的计算机市场大 很多。因此，嵌入式软件可能成为21世纪信息产业 的支柱之一，嵌入式操作系统也必将成为软件厂商 争夺的焦点，成为操作系统发展的另一个热门方向。
1.1 操作系统简介
1.1.1 操作系统概念 一种非形式的定义如下：操作系统是计算机系统中 的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合— —它们管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源， 合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些 资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展 的工作环境，从而在计算机与用户之间起到接口作 用。
1.3.2 存储管理 存储管理的目标是让有限的物理内存尽可能满足应 用程序对内存的需求。存储管理的内容包括内存的 扩充、分配、保护等。 操作系统多采用了称为“虚拟内存”的内存管理方 式。 内存一般采用部分分配的办法。 通常，内存中总是同时存放了多个正在运行的程序 实体，即进程，在运行的过程中，他们之间可能会 使用到相同内存位置的内容，这种技术称为内存共 享，这样，可以提高内存的利用率。但是，必须要 确保各进程所占据的内存的独立和完整性。
1.3.3 设备管理 除了CPU和内存之外，计算机的其他部件都统称为 外部设备。这些设备在操作系统的控制下协调工作， 共同完成信息的输入、存储和输出任务。 操作系统要对所有的设备进行管理。一方面，让每 一个设备尽可能发挥自己的特长，实现与CPU和内 存的数据交换，提高外部设备的利用率。另一方面， 隐蔽设备操作的具体细节，对用户提供一个统一、 友好的设备使用界面。 和处理机及内存相比，外部设备的速度要慢得多， 而且性能差别大，类型品种多，因此，设备管理是 一项复杂而又重要的工作。
最初的批处理系统中，计算机内存中仍然只有一个 程序在运行，总体系统的效率仍然没有发挥出来。 解决这个问题的措施称为多道技术。多道程序设计 技术使得在内存中有多个程序，保证系统的处理器 总是处于工作状态，极大地提高了系统的利用率。 多道技术开始使用在批处理系统中，称为多道批处 理系统，这样的系统效率高，但是，在脱机批处理 情况下，高效带来的问题是用户对自己作业的控制 程度降低。针对这个问题的方案是分时技术。分时 系统把处理机的运行时间分成时间片，按照时间片 轮流把处理机分配给每一个联机用户。由于每一个 时间片很短，宏观上来看，所有用户同时操作计算 机，各自独立控制自己的作业。
清华大学计算机基础教育课程系列教材
汤荷美 董渊 李莉 程志锐 编著
Linux基础教程（1） 操作系统基础
总 目 录
第1部分 Linux操作系统
操作系统概述 处理机管理 存储管理 调度 设备 文件系统
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章
第2部分
操作系统命令及shell编程
第7章 Linux基本命令 第8章 使用vi编辑文件 第9章 shell编程 第3部分 系统管理 Linux系统软件的获取和安装 账号管理 文件系统管理 TCP/IP网络管理 备份与恢复 XWindow及Genie应用程序
2. 层次结构 层次结构的方法把操作系统内核按照一定的规则划 分为一系列相互依赖的层次，每个层次也可以分解 为一系列更小的模块，模块负责完成一部分特定的 功能，只能与相邻的层次发生直接的联系，所有这 些层次的组合，就实现了整个系统。 实际上，层次结构可以理解为一种特殊的模块式结 构。 层次结构可以大大方便系统的移植和扩充。 把系统内核划分为严格的层次结构，为了满足有序 的层次调用关系，必然要牺牲部分灵活性和系统效 率。
普通用户使用操作系统，是把操作系统当作一个资 源管理者，通过系统提供的系统命令和界面操作等 工具，以某种易于理解的方式完成系统管理功能， 有效地控制各种硬件资源，组织自己的数据，完成 自己的工作并和其他人共享资源。 对于程序员来讲，操作系统提供了一个与计算机硬 件等价的扩展或虚拟的计算平台。操作系统提供给 程序员的工具除了系统命令、界面操作之外，还有 系统调用，系统调用抽象了许多硬件细节，程序可 以以某种统一的方式进行数据处理，程序员可以避 开许多具体的硬件细节，提高程序开发效率，改善 程序移植特性。
1.3 操作系统功能
多用户分时系统，按照其功能划分为处理机管理、 存储管理、设备管理、信息管理（文件系统管理）， 对于现代流行的操作系统，还具有完整的网络管理 功能。这些管理功能都是由操作系统内核实现的。 1.3.1 处理机管理 作业、进程需要适当的分配、调度，以便协调相互 关系，共享有限的处理机资源，这是处理机管理的 主要内容。 处理机管理是操作系统管理功能的关键，操作系统 功能的一个主要指标即是提高处理机的使用率，让 处理机尽可能处于工作状态。
1.2 操作系统接口
操作系统在整个软件系统中处于中心地位，负责控 制、管理计算机的所有软件、硬件资源，它屏蔽了 很多具体的硬件细节，对计算机用户提供统一、良 好的界面（或称为接口，interface）。本节介绍操 作系统的接口界面，下一节主要介绍操作系统的管 理功能。在计算机层次结构中，操作系统通过接口 向上层用户提供各种服务，而上层用户通过操作系 统接口来访问硬件。 操作系统提供的接口可以根据服务对象的不同而划 分为两类：一是程序级的接口，提供给程序员使用， 即系统调用；二是作业级的接口，提供给用户使用， 即操作命令。
第10章 第11章 第12章 第13章 第14章 第15章
操作系统概述
1.1 操作系统简介 1.2 操作系统接口 1.3 操作系统功能 1.4 操作系统结构 1.5 Linux操作系统介绍 1.6 Linux的内核特征 1.7 Linux的发展及展望 1.8 小结 习题
操作系统是计算机系统的基本系统软件。软件系统 中操作系统是所有软件的核心。操作系统负责控制、 管理计算机的所有软件、硬件资源，是惟一直接和 硬件系统打交道的软件，是整个软件系统的基础部 分，同时还为计算机用户提供良好的界面。因此， 操作系统直接面对所有硬件、软件和用户，它是协 调计算机各组成部分之间、人机之间关系的重要软 件系统。
图1.2 操作系统逻辑层次示意图 操作系统也可根据不同的管理功能划分为功能模块。 一种简单的理解是，操作系统本身划分为功能模块， 而每个模块分层构造，形成一个纵横交错的结构。
1.4.2 操作系统的体系结构 软件的体系结构描述系统各部分软件以及它们相互 之间的关系, 是软件内部结构配置的一种抽象描述。 软件体系结构定义各部分软件系统的应用界面规范 及相互操作和数据通信的协议和限制。体系结构相 对稳定、满足应用需求，同时具有适当的可适应性 和可扩充性。
1.3.5 网络管理 计算机的发展已经进入了互联网时代，现在流行的 操作系统一般都具有内嵌的网络功能，能够在内核 级别控制、管理网络。 操作系统一般都提供网络通信和网络服务等基本功 能。内核中网络部分，主要实现网络设备控制和网 络协议，因此，网络管理也就集中在通信这部分。
1.4 操作系统结构
本节简单介绍操作系统的逻辑结构，然后介绍操作 系统发展过程中使用过的几种主要的体系结构。 1.4.1 操作系统的逻辑结构 计算机系统可以理解为是分层构造的。 从逻辑关系来理解，操作系统本身也可以用层次结 构来描述。可以认为至少有4层，从上到下依次为： 面对用户的外部接口，硬件无关的内核部分，与硬 件相关的内核部分，面对硬件的外部接口。可以简 单地用图1.2来描述。这种层次结构可以看作是操 作系统纵向的结构。