Operation System
1. SUMMARY OF OPERATING SYSTEM
Operating systems have developed over the past thirty years for two main purposes. First, they provide a convenient environment for the development and execution of programs. Second, operating systems attempt to schedule computational activities to ensure good performance of the computing system.
As we have stated, operating systems are normally unique to their manufacturers and the hardware in which they are run. Generally, when a new computer system is installed, operational software suitable to that hardware is purchased. Users want reliable operational software that can effectively support their processing activities.
Though operational software varies with manufacturers, it has similar characteristics. Modern hardware, because of its sophistication, requires that operating systems meet certain specific standards. For example, considering the present state of the field, an operating system must support some form of online processing. Functions normally associated with operational software are:
(1) Job management;
(2) Resource management;
(3) Control of I/O operations;
(4) Error recovery;
(5) Memory management.
1.1 Job Management
A very important responsibility of any operational software is the scheduling of jobs to be handled by a computer system. This is one of the main tasks of the job management function. The operating system sets up the order in which programs are processed, and defines the sequence in which particular jobs are executed. The term “job queue” is often used to describe the series of jobs awaiting execution. The operating system weighs a variety of factors in creating the job queue. These include which jobs are currently being processed, the systemrsquo;s resources being used, which resources will be needed to handle upcoming programs, the priority of the job compared to other tasks, and any special processing requirements to which the system must respond.
The operational software must be able to assess these factors and control the order in which jobs are processed.
Batch systems allowed automatic job sequencing by a resident monitor and improved the overall utilization of the computer greatly. The computer no longer had to wait for human operation. CPU utilization was still low, however, because of the slow speed of the I/O devices relative to the CPU. Offline operation of slow devices was tried. Buffering was another approach to improving system performance by overlapping the input, output, and computation of a single job. Finally, spooling allowed the CPU to overlap the input of one job with the computation and output of other jobs.
Spooling also provides a pool of jobs which have been read and are waiting to be run. This job pool supports the concept of multiprogramming. With multiprogramming, several jobs are kept in memory at one time; the CPU is switched back and forth between them in order to increase CPU utilization and to decrease the total real time needed to execute a job.
Multiprogramming, which was developed to improve performance, also allows time sharing. Time shared operating systems allow many users (from one to several hundred) to use a computer system interleavingly at the same time. Other operating systems types include real time systems and multiprocessor systems.
1.2 Resource Management
The management of resources in a computer system is another major concern of the operating system. Obviously, a program cannot use a device if that hardware is unavailable. As we have seen, the operational software oversees the execution of all programs. It also monitors the devices being used. To accomplish this, it establishes a table in which programs are matched against the devices they are using or will use. The operating system checks this table to approve or deny use of a specific device.
1.3 Control of I/O Operations
Allocation of a systemrsquo;s resources is closely tied to the operational softwarersquo;s control of I/O operations. As access is often necessary to a particular device before I/O operations may begin, the operating system must coordinate I/O operations and the devices on which they are performed. In effect, it sets up a directory of programs undergoing execution and the devices they must use in completing I/O operations. Using control statements, jobs may call for specific devices［5］. This lets users read data from specific sites or print information at selected offices. Taking advantage of this facility, data read from one location may be distributed throughout computerized system.
To facilitate execution of I/O operations, most operating systems have a standard set of control instructions to handle the processing of all input and output instructions. These standard instructions, referred to as the input/output control system (IOCS), are an integral part of most operating systems. They simplify the means by which all programs being processed may undertake I/O operations.
In effect, the program undergoing execution signals the operating system that an I/O operation is desired, using a specific I/O device. The controlling software calls on the IOCS software to actually complete the I/O operation. Considering the level of I/O activity in most programs, the IOCS instructions are extremely vital.
2. FILE SYSTEMS
A file is an abstract data type defined and implemented by the operating system. A file is a sequence of logical records. A logical record may be a byte, a line (fixed or variable length), or a more complex data item. The operating system may specifically support various record types or may leave that to the application program.
The major problem for the operati
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操作系统
1 操作系统概述
在过去三十年中操作系统发展起来有两个主要的目的。第一，它们为程序的开发和执行提供了便利的环境；第二，操作系统试图管理安排计算活动以确保计算系统的良好性能。
正如我们所说，操作系统通常是其制造商和运行它们的硬件所独有的。通常，当安装新的计算机系统时，购买适合于该硬件的操作软件。用户想要可靠的能够有效支持计算机处理活动的操作软件。
虽然操作软件因制造商而异，但它具有相似的特性。现代硬件由于其复杂性，要求操作系统满足某些特定标准。例如，考虑到该领域的当前状态，操作系统必须支持某些在线处理的形式。通常与操作软件相关的功能有:
- 作业管理
- 资源管理
- 输入/输出操作的控制
- 错误恢复
- 内存管理
1.1 作业管理
任何操作软件的一个非常重要的职责是管理安排由计算机系统处理的作业。这是作业管理功能的主要任务之一。操作系统设置处理程序的顺序，并定义执行特定作业的顺序。术语“作业队列”通常用于描述一系列等待执行的作业。操作系统在创建作业队列时会考虑各种因素。其中包括当前正在处理的那些作业、正在使用的系统资源、处理即将到来的程序所需的资源、作业之间的优先级以及系统必须响应的任何特殊处理要求。
操作软件必须能够评估这些因素并控制作业的处理顺序。
批处理系统允许由常驻监督员进行自动作业排序，大大提高了计算机的总体利用率。计算机不再需要等待人工操作。然而，由于I/O设备相比于CPU的速度更慢，所以CPU利用率仍然较低。尝试慢速设备的脱机操作，缓冲是通过重叠单个作业的输入、输出和计算来提高系统性能的另一种方法。最后，假脱机允许CPU将一个作业的输入与其他作业的计算和输出重叠。
假脱机还提供已读取并等待运行的作业池。此作业池支持多道程序设计的概念。通过多道程序设计，一次将多个作业保存在内存中；CPU在它们之间来回切换，以提高CPU利用率并减少执行作业所需的总实时性。
多道程序设计，目的是为了提高性能，也允许时间共享。分时操作系统允许许多用户(从一个到几百个)同时交错使用计算机系统。其他操作系统类型包括实时系统和多处理器系统。
1.2 资源管理
计算机系统中的资源管理是操作系统的另一个主要关注点。显然，如果硬件不可用，程序就不能使用设备。正如我们所看到的，操作软件监督所有程序的执行。它还监视正在使用的设备。为实现这一点，它建立了一个表，在该表中程序与正在使用或将要使用的设备相匹配。操作系统检查此表以批准或拒绝使用特定设备。
1.3 输入/输出操作的控制
系统资源的分配与操作软件对I/O操作的控制密切相关。由于在I/O操作开始之前通常需要访问特定设备，因此操作系统必须协调I/O操作和在其上执行这些操作的设备。实际上，它建立了一个正在执行的程序目录以及它们在完成I/O操作时必须使用的设备。使用control语句，作业可以调用特定设备。这使用户可以从特定站点读取数据或在选定的办公室打印信息。利用该设施，从一个位置读取的数据可以分布在整个计算机化系统中。
为了便于I/O操作的执行，大多数操作系统具有一组标准的控制指令来处理所有输入和输出指令的处理。这些标准指令称为输入/输出控制系统(IOCS)，是大多数操作系统的组成部分。它们简化了所有正在处理的程序进行I/O操作的方法。
实际上，正在执行的程序使用特定的I/O设备向操作系统发出希望进行I/O操作的信号。控制软件调用IOCS软件来实际完成I/O操作。考虑到大多数程序中I/O活动的级别，IOCS指令极其重要。
2 文件系统
文件是由操作系统定义和实现的抽象数据类型。文件是一系列逻辑记录。逻辑记录可以是字节、行(固定或可变长度)或更复杂的数据项。操作系统可以具体支持各种记录类型，或者可以将其留给应用程序。
操作系统的主要问题是将逻辑文件概念映射到物理存储设备(如磁带或磁盘)上。由于设备的物理记录大小可能不同于逻辑记录大小，因此可能需要将逻辑记录阻止到物理记录中。同样，该任务可以由操作系统支持，或者留给应用程序。
基于磁带的文件系统受到很大限制；大多数文件系统都是基于磁盘的。磁带通常用于机器之间的数据传输，或用于备份或归档存储。
在磁盘系统上，文件可以是顺序访问或直接访问。文件可以通过三种方式在磁盘上分配空间:连续、链接或索引。连续分配可能受到外部碎片的影响。链接分配不支持直接访问文件。索引分配可能需要大量的索引块开销。
文件系统中的每个设备都保存一个卷目录或设备目录，其中列出了文件在设备上的位置。此外，创建目录以允许组织文件是有用的。单级目录会导致命名问题，因为每个文件必须具有唯一的名称。两级目录通过为每个用户创建单独的目录来解决问题。用户有自己的目录，其中包含自己的文件。
两级目录的自然泛化是树结构目录。树结构目录允许用户创建子目录来组织他们的文件。非循环图目录结构允许子目录和文件共享，但搜索和删除比较复杂。通用图形结构允许完全灵活地共享文件和目录，但有时需要垃圾收集来恢复未使用的磁盘空间。
由于在大多数计算机系统中，文件是主要的信息存储机制，因此需要对文件进行保护。
对于每种类型的访问，可以分别控制对文件的访问:读、写、执行、追加、列表目录等。可以通过密码、访问列表或特殊的临时技术提供文件保护。
文件系统通常以分层或模块化结构实现。较低级处理存储设备的物理属性。上层处理符号文件名和文件的逻辑属性。中间级别将逻辑文件概念映射到物理设备属性中。
3 Windows 2000概览
Windows的每一个新版本，Microsoft都为您提供了新的和创造性的技术来构建更有用、可管理和可扩展的网络。Windows 2000 (以前的Windows NT 5.0 )也不例外。事实上，这是迄今为止最具创新性的版本。构成Windows 2000系列操作系统的产品有四种:
●Windows 2000专业版。取代NT 4.0工作站。它是微软的旗舰桌面操作系统。
●Windows 2000服务器。取代新安装的NT 4.0服务器，它支援双向对称多重处理(SMP)。从NT 4.0服务器升级支持四路SMP。
●Windows 2000高级服务器。替换NT 4.0服务器企业版。新安装支持四路SMP。从NT 4.0服务器企业版升级支持八路SMP。与其前身一样，高级服务器支持大型物理内存、群集和负载平衡。
●Windows 2000数据中心服务器。微软的新产品。它支持16路SMP，最高64 GB的物理内存、群集和负载平衡。
这些产品中的每一个都包含了一些关键的改进，这些改进可以改变您规划、设计和部署微软网络的方式。要使用活动目录、动态DNS ( DDNS )和智能镜像等突破性功能，您需要提前计划。为了帮助您构建从Windows NT到Windows 2000的路线图，我们提供了Windows 2000关键技术和服务的概述。以下各节将详细介绍这些进展:
●活动目录
●安全
●存储
●网络
●企业管理
3.1 活动目录
您能否通过一次登录有效地管理网络中的每个资源[4]？您的用户是否对这些资源具有有意义的视图？用Windows NT构建一个大型、复杂的国际网络是否容易？如果你被底层( NT 3.x - 4.0 )网络的限制所束缚，你的答案可能是否定的——至少不是没有问题。
使用活动目录构建的微软网络可以帮助您应对这些挑战。与平面的下层目录服务不同，活动目录是分层的。活动目录在逻辑上存储公司的每个资源，形成一个反映企业的树结构。即使在最大的网络中，每个资源都很容易找到和管理。
3.2 安全
Windows 2000安全的基石是活动目录。它对粒度访问控制、继承和管理任务委派的支持使您可以灵活地保护资源，而不会损害网络的目的。NT 3.x或4.0中不提供精细授权的访问控制。这通常会强制您指派控制太少或太多的权限。虽然活动目录应该是Windows 2000安全策略的重要组成部分，但它本身不能提供完整的企业安全。
3.3 存储
如果没有NTFS的扩展，加密文件系统( EFS )将是不可能的。新技术文件系统( NTFS ) 5.0是Windows 2000中几项增强功能的基础。共享和管理公司的数据是头等大事。您必须获得对存储的完全控制才能成为成功的管理员。
3.4 网络
存储创新为您提供了管理和共享资源的改进工具。Windows 2000中对网络的改进同样具有开创性。例如，您可以在Windows 2000中删除网络中的所有NetBIOS流量。动态域名系统( DDNS )可以完全消除您对NetBIOS和WINS的依赖。此外，您现在还可以构建更安全的虚拟专用网络( VPNs ) 利用PK加密技术。此外，还增加了对服务质量( QoS )的支持—一种基于策略的带宽管理技术。本节中涉及的一些主题在Windows 2000中是新的，其他主题代表对现有技术的改进。
3.5 企业管理
随着其在目录管理、安全性、公钥密码、存储和网络方面的进步，Windows 2000包括了企业管理方面的改进。总拥有成本(TCO)是许多公司共同关注的主要问题。部署特定技术后，TCO研究将考虑维护(或拥有)的成本。在企业网络中，大多数TCO工作都旨在降低管理桌面的成本。
4 UNIX
4.1 什么是UNIX
一种最初由ATamp;T贝尔实验室的丹尼斯里奇和肯汤普森开发的操作系统，允许一台计算机同时处理多个用户和程序。自从20世纪70年代早期开发以来，UNIX已经得到了许多个人的增强，尤其是加州大学伯克利分校( BSD UNIX )的计算机科学家们的增强。这种操作系统可以在从个人计算机到主机的各种计算机系统上获得，并且可以以其它相关形式获得。AIX正在IBM工作站上运行，A / UX是在Macintosh计算机上运行的图形版本；Solaris在英特尔微处理器上运行。UnixWare是UNIX的一种Novell实现。UNIX的NetWare是可以在UNIX主机上运行的NetWare的原始设备制造商(OEM)版本。
4.2 UNIX系统可以支持多个用户
根据所使用的计算机，UNIX系统可以支持一个到一百多个用户，每个用户同时运行一组不同的程序。与一次只能由一个人使用的计算机相比，可以由许多人同时使用的计算机的成本低于每个用户。成本较低，因为一个人通常不能使用计算机提供的所有资源。没有人可以让打印机持续运行，让所有系统内存保持使用状态，让磁盘忙于读写，让磁带机保持旋转，让调制解调器保持使用状态，让终端保持忙碌状态。多用户操作系统允许许多人几乎同时使用所有系统资源。因此，可以最大限度地利用昂贵的资源，并且可以最小化每个用户的成本。这些是多用户操作系统的主要目标。
4.3 UNIX系统可以支持多个任务
UNIX操作系统允许每个用户一次运行多个作业。您可以在后台运行多个作业，同时关注终端上显示的作业，并且可以在作业之间来回切换。这种多任务处理能力使用户能够提高工作效率。
4.4 UNIX系统内核
内核是UNIX操作系统的核心，负责控制计算机的资源并调度用户作业，以便每个用户都能公平地共享资源(包括CPU以及对磁盘存储、打印机和磁带机等外围设备的访问)。程序通过具有已知名称的特殊函数(称为系统调用)与内核交互。
4.5 Shell
shell是一个命令解释器，充当用户和操作系统之间的接口。当您在终端输入命令时，shell将解释该命令并调用所需的程序。
除了解释来自终端键盘的命令并将其发送到操作系统的常规功能之外，shell还可以用作高级编程语言。shell命令可以安排在文件中，以便以后作为高级程序执行。
这种灵活性使用户能够相对容易地执行复杂的操作，通常使用相当短的命令，或者构建执行高度复杂操作的复杂程序，所花费的精力少得惊人。
4.6 文件结构
文件是信息的集合，例如备注或报告的文本、销售数字的累积或编译器创建的目标代码。每个文件都以唯一名称存储，通常存储在磁盘存储设备上。UNIX文件系统提供了一种结构，其中文件排列在目录下，而目录依次排列在树型组织中的其他目录下，依此类推。此结构使用户能够将相关文件分组到目录中，从而帮助用户跟踪大量文件。每个用户都有一个主目录和所需数量的子目录。
4.7 独立于设备的输入和输出
设备(如打印机或终端)和磁盘文件都显示为UNIX程序的文件。当您向UNIX操作系统发出命令时，可以指示它将输出发送到多个设备或文件中的任何一个。这种转移称为输出重定向。
以类似的方式，通常来自终端的程序输入可以重定向，以使其来自磁盘文件。在UNIX操作系统下，输入和输出与设备无关；它们可以重定向或到任何适当的设备。
例如，cat实用程序通常在终端屏幕上显示文件的内容。输入cat命令时，可以使其输出转到磁盘文件而不是终端。
5 欢迎使用LINUX操作系统
Linux是在基于Intel 80x86的计算机上运行的UNIX操作系统的克隆，其中x为3或更高。Linux也非常便携和灵活，因为它现在已经移植到DEC Alpha、PowerPC甚至麦金塔电脑上。世界各地的Linux爱好者每天都在取得进展，以使这个免费操作系统可供当今使用的所有流行计算机器使用。因为整个Linux操作系统的源代码是免费提供的，所以开发人员可以花时间实际移植代码，而不必考虑由谁支付福利许可费。
Linux许多部分的文档也不是很难获得。Linux文档项目( LDP )是一项由许多专注且非常聪明的
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