高校系列.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高校精品系列,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,网络操作系统工作模式,虚拟文件系统（VFS）,UNIX原本是针对小型机主机环境开发的操作系统,1994年Linux第一个正式版本发布,Linux是一套在GNU公共许可权限下免费获得的自由软件,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,设备驱动程序是系统内核的一部分,2 网络操作系统概述,UNIX操作系统的特性,2 网络操作系统概述,ext2/3文件系统结构,Windows操作系统的特性,第1章 网络操作系统基础,4 Linux内核体系结构,3 常用的网络操作系统,在多处理器服务器上，附加的CPU用于提高处理能力,Linux内核体系结构,1.1,操作系统简介,操作系统概念,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，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。,计算机系统层次结构：,OS,为用户应用程序提供方便统一的调用接口；,OS,负责系统资源的管理。,1.1,操作系统简介,操作系统功能,处理器管理,存储管理,存储分配,存储共享,地址转换与存储保护,存储扩充,设备管理,文件管理,网络与通信管理,用户接口,1.1,操作系统简介,操作系统类型,桌面操作系统,网络操作系统,具有通常操作系统的功能,提供高效、可靠的网络通信能力,提供多种网络服务功能,分布式操作系统,嵌入式操作系统,1.1,操作系统简介,操作系统基本组件,内核（,Kernel,）,Windows,操作系统内核使用的关键文件名包含“,kernel”,或“,kern”,UNIX,和,Linux,操作系统，内核文件名通常为“,kernel”,用户界面,命令行界面（,CLI,）,图形用户界面（,GUI,）,文件系统,1.2,网络操作系统概述,网络操作系统概念,NOS,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的网络接口的软件集合。,网络操作系统,3,个层次,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,位于高层的网络应用软件,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,1.2,网络操作系统概述,网络操作系统特点,硬件独立性,网络连接,网络管理,安全性和访问控制,网络服务,多用户支持,多种客户端支持,用户界面,1.2,网络操作系统概述,网络操作系统功能,网络通信,资源管理,网络管理,网络服务,互操作,网络接口,1.2,网络操作系统概述,网络操作系统工作模式,客户机/服务器（Client/Server）模式,对等（,Peer to Peer,）模式,1.2,网络操作系统概述,网络操作系统体系结构,内核组织方式：单内核与微内核,单内核（,monolithic kernel,）,微内核（,microkernel,）,1.2,网络操作系统概述,网络操作系统体系结构,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,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,1.2,网络操作系统概述,网络操作系统体系结构,与客户/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,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（,HAL,）,1.2,网络操作系统概述,网络操作系统体系结构,与客户/服务器模式结合的微内核体系结构,与客户,/,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,/,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）,1.2,网络操作系统概述,网络操作系统体系结构,与客户/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,灵活性和可扩展性,可靠性高,可移植性,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,1.2,网络操作系统概述,网络服务器,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,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,在多处理器服务器上，附加的,CPU,用于提高处理能力,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,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,1.3,常用的网络操作系统,Netware,Netware,是基于客户机,/,服务器模式的多用户多任务操作系统。,Netware,软件分两部分,Netware shell（工作站外壳）,安装在工作站（客户机）,文件服务器,安装在服务器上,NetWare,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,1.3,常用的网络操作系统,UNIX,UNIX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,PC,的迅速发展和功能不断增强导致,UNIX,的,PC,版本的开发,UNIX,版本多，大多要与硬件相配套,代表产品包括,HP-UX,、,IBM AIX,等,UNIX,操作系统的层次性体系结构,1.3,常用的网络操作系统,UNIX,UNIX操作系统的特性,多用户、多任务,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,可移植性,直接支持网络功能，支持,Internet,系统安全性,1.3,常用的网络操作系统,Linux,Linux操作系统的发展,Linux,是一套在,GNU,公共许可权限下免费获得的自由软件,从技术上说，,Linux,是一个内核,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,1991,年,10,月正式宣布,Linux,内核系统的诞生,1994,年,Linux,第一个正式版本,发布,Linux版本有Red Hat、Slackware、Debian、SuSE、Ubuntu,Linux,操作系统的体系结构,1.3,常用的网络操作系统,Linux,Linux操作系统的,特性,可以自由、免费使用,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,可以进行内核定制,支持多种硬件平台，包括,PC,、笔记本、工作站，甚至大型机,完善的网络支持,可靠的系统安全,提供可选的类,Windows,图形界面,设备独立性,良好的可移植性,1.3,常用的网络操作系统,Windows,Windows操作系统的发展,1993年5月推出,1994年9月推出,1996年7月推出,2000年推出Windows 2000 Server,2003年推出Windows Server 2003,年3月推出Windows Server,Windows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,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，并在被保护的内存区域中执行,1.3,常用的网络操作系统,Windows,Windows操作系统的特性,统一的图形窗口界面和操作方法,易用性和兼容性,支持多任务多窗口,先进的内存管理,数据共享,具有丰富的应用程序,内置网络和通信功能,支持多媒体技术,1.3,常用的网络操作系统,网络操作系统的选择,安全性和可靠性,可操作性,可集成性,可扩展性,可定制,应用和开发支持,选择建议,Windows,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,Linux,作为,UNIX,的一个变种，是实现网络关键性应用的理想选择,1.4 Linux,内核体系结构,Linux,系统层次结构,分层设计,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,4,个层次,1.4 Linux,内核体系结构,Linux,内核结构,1.4 Linux,内核体系结构,Linux,内核模块,1.4 Linux,内核体系结构,进程管理,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,1.4 Linux,内核体系结构,进程管理,进程的模式,内核模式,用户模式,进程的类型,系统进程,用户进程,1.4 Linux,内核体系结构,进程管理,进程控制,各个进程构成树状的进程族系,进程,0,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,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,实时进程具有较高级别的优先权,Linux,线程,Linux,系统支持内核空间的多线程,Linux,内核不需要区分进程和线程，它采用同样的管理机制,1.4 Linux,内核体系结构,进程间通信机制,信号机制,信号也是一种用户进程之间通信和同步的机制,管道文件,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,System V 进程间通信机制,消息队列,共享内存,信号量,1.4 Linux,内核体系结构,文件系统,ext2/3,文件系统结构,1.4 Linux,内核体系结构,文件系统,ext2/3多重索引结构,1.4 Linux,内核体系结构,文件系统,ext2/3,目录项,索引节点号,目录项长度,名称长度,文件类型,文件名称,虚拟文件系统（,VFS,）,采用设备文件统一管理硬件设备,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,4 Linux内核体系结构,位于中间层的网络通信协议,Netware shell（工作站外壳）安装在工作站（客户机）,Netware shell（工作站外壳）安装在工作站（客户机）,3 常用的网络操作系统,UNIX操作系统的特性,2 网络操作系统概述,Linux内核体系结构,4 Linux内核体系结构,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,微内核（microkernel）,网络操作系统工作模式,1994年Linux第一个正式版本发布,1.4 Linux,内核体系结构,内存管理,内存管理器,物理内存管理器,内核内存管理器,虚拟内存管理器,内核虚拟内存管理器,用户空间内存管理器,1.4 Linux,内核体系结构,内存管理,分页机制,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,请求分页机制,内存交换机制,1.4 Linux,内核体系结构,设备管理,设备文件,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,Linux,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,设备驱动程序,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,块设备文件,以区块（,Block,）为单位读取,字符设备文件,以字符（,Character,）为单位读取,磁带属于字符设备,