hyz-os-2013-操作系统引论-1

1、2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,1,操作系统（A）,北京交通大学计算机学院 何永忠 副教授,第一章：操作系统引论,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,2,主讲教师：何永忠（副教授） 联系电话：010-51688637 电子邮件： 办公室：九教北310、北303 助教：戈亚光（硕士生） 电话： 010-51688602 电子邮件： 办公室：九教北305,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,3,我们的研究课题,操作系统安全漏洞发掘 文件安全保护与监控研究 移动平台的安全保护机制 基于可信计算平台的涉密终端应用技术研究 高效组密钥协商协议的研究与设计 可信计算平台信任链建立关键技术 更多的信息请参看我的个人主页： http:/ 操作系统是什么？ 本课程的安排和要求？ 重点： 什么是操作系统的方便性、有效性,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,5,学什么：本课程的目标,学习系统如何工作 建立操作系统的主要挑战 操作系统的设计原理 如何利用这些原理来设计系统,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机

2、学院何永忠,6,为什么学,OS把计算机的不同部分结合起来，形成一个系统，可以帮助我们更好理解系统如何工作 如何更好的使用系统 可以更好的编写应用程序 学习如何构建复杂的软件 OS是最重要的系统软件 最大的软件公司？ 还可以,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,7,例子：查询一个数据的过程,涉及很多的部件的复杂操作,Datacenter,Load balancer,Ad Server,DNS Servers,Search Index,DNS request,create result page,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,8,无处不在的计算设备,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,9,每人拥有的计算设备变化情况,每个人有多少计算设备100个？,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,10,技术发展规律: Moores Law,Gordon Moore (Intel创始人) 在1965年预言，当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目每18个月增加一倍，性能也会提高一倍。,2019年1月31日星期四

3、,北京交通大学计算机学院何永忠,11,挑战：Joys law of Performance,VAX : 25%/year 1978 to 1986 RISC + x86: 52%/year 1986 to 2002 RISC + x86: ?%/year 2002 to present,3X,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,12,发展方向：多核,多核：一个芯片上多个处理器“” 64? 128? 上限未知 怎么使用? 2 CPUs 视频，1文字处理, 1 浏览器，76病毒检测? 必须在所有层面利用好并行,Intel 80-core multicore chip (Feb 2007) 80 simple cores Two FP-engines / core Mesh-like network 100 million transistors Intel Single-Chip Cloud Computer (August 2010) 24 “tiles” with two cores/tile 24-router mesh network 4 DDR3 memor

4、y controllers Hardware support for message-passing,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,13,Internet 规模: .85 Billion 主机,849,869,781,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,14,不仅仅是PC连接Internet,2011 shipments: 454 million smartphones 352 million PCs 51 million tablets 25 million smart TVs Smartphone shipments now exceed PC shipments! 4 billion phones in the world smartphone over next decade,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,15,智能手机市场占有率,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,16,存储容量(Storage Capacity),Hard disk capacity (in GB),2019

5、年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,17,现实与挑战,Enormous scale, heterogeneity, and dynamic range: CPU: 传感节点(sensor motes) 图形处理器(GPUs) Cores: one 100s 2-orders of magnitude variation Clusters: few machines 10,000s machines 4 orders of mag. Network: 多核通讯网络Inter-core networks Internet Latency: nanosecs secs (satellite) 9 orders of mag. Bandwidth: Kbps Gbps 6 orders of mag. Storage: caches disks Size: MB TB 6 orders of mag. Access time: few nanosecs millisecs 6 orders of mag. Complexity Complex interaction betwee

6、n system components Unexpected failure scenarios, e.g., randomly flipping a memory bit,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,18,课程安排,本课程总计64课时，其中课堂讲授56课时，实验课编程实验8课时。 操作系统引论（6学时） 进程管理（12学时） 处理器调度（ 10学时） 存储管理（10学时） 设备管理（8学时） 文件系统（10学时） 实验（8学时）,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,19,计分规定,初步最终成绩构成 Homework & Midterm: 15% Final: 60% Two Projects: 20% Participation: 5% 出勤: 迟到早退一次扣1分，缺勤一次扣2分，3次缺勤取消考试资格 请假、免听除外 作业 用word文件写 文件名和主题：第X次作业-学号-姓名，下次课前发助教邮箱 迟交一天扣10%。 抄袭发现一次扣5分。发现两次取消考试资格。,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,20,电子资源

7、,思源教学平台 http:/ 国外教学网站 http:/www.scs.stanford.edu/11wi-cs140/ http:/www.cs.cmu.edu/410/ http:/www.cs.berkeley.edu/kubitron/courses/cs162-F10/,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,21,主要相关课程,先修课程： 数据结构 接口技术、计算机组成原理 汇编语言/ C语言程序设计 并行/后续课程： 计算机体系结构、操作系统实验 软件系统课程设计,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,22,教材 计算机操作系统（第二版） 汤子瀛，哲凤屏，汤小丹 西安电子科技大学出版社,参考教材 Operating System Internal and Design Principles William Stalling.,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,23,教材内容删减说明,第三章 处理机调度与死锁 3.3 实时调度 3.4 多处理机系统中的调度 第七章 操作系统接口 第八章 网络操作系统 第九章 系统

8、安全性,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,24,课后作业,1、总结目前计算环境的特点 补充（不用交） 阅读编程人生 阅读观止,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,25,Computer System Organization,Computer-system operation One or more CPUs, device controllers connect through common bus providing access to shared memory Concurrent execution of CPUs and devices competing for memory cycles,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,26,Increasing Software Complexity,From MITs 6.033 course,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,27,复杂性,硬件的多样性 Different CPU Pentium, PowerPC, ColdFire,

9、ARM, MIPS Different amounts of memory, disk, Different types of devices Mice, Keyboards, Sensors, Cameras, Fingerprint readers, touch screen Different networking environment Cable, DSL, Wireless, Firewalls,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,28,如何应对复杂性?,问题: 应用程序员需要自己管理和使用硬件吗? 每一个程序都需要为不同的硬件进行修改吗? 程序崩溃会不会导致其他程序也崩溃? 每个程序都需要访问所有的硬件?,2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,29,虚拟机的技术,确定接口 Whats the hardware interface? (physical reality) Whats the application interface? (nicer abstraction),2019年1月31日星期四,北京交通大学计算机学院何永忠,30,Virtual Machines,用软件模拟的一台抽象计算机 看起来是一台拥有你所需特征的硬件计算机 可以使得编程更简单 Each process thinks it has all memory/CPU time Each process thinks it owns all devices Different Devices appear to have same interface Device Interfaces more p

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