全书配套课件：操作系统（第二版）

1、第一章操作系统引论操作系统（第二版）操作系统（第二版）本章要点 什么是操作系统 操作系统的产生及其发展过程 操作系统的类型 操作系统的特征和功能 实用操作系统介绍什么是操作系统1、操作系统的概念概念：操作系统（Operating System，简称OS）就是有效管理和控制计算机系统中的各种资源，协调计算机各部件的工作，合理地组织计算机的工作流程，提供友好的用户界面以方便用户使用计算机系统的一种系统软件。如何理解：1、计算机系统中的各种资源需要由操作系统来管理和控制2、计算机系统各部件的工作流程需要操作系统按照一定的次序进行协调和控制3、操作系统是一种系统软件4、在计算机系统中设置这种软件的目的

2、在于方便用户操作系统的地位用户应用软件或应用系统其他的系统软件操作系统计算机软件图1.1 操作系统与硬件以及软件之间的关系2、操作系统的不同视角使用者主要涉及的问题操作系统的安装、使用方法操作系统提供了哪些功能帮助我们使用计算机，这些功能的使用方法操作系统对其他应用程序的支持设计者要考虑的问题系统应具备哪些功能如何实现这些功能如何编写程序、设置合理的数据结构实现上述功能操作系统的形成和发展1、无操作系统时期 20世纪40年代中期至50年代中期是电子管计算机时代，也称为第一代计算机。缺点:资源独占CPU等待人工操作2、监督程序时期 20世纪50年代中期推出了晶体管计算机，它们被称为第二代计算机（

3、19551965年）。脱机输入/输出技术批处理技术3、多道程序设计与完整的操作系统 计算机系统的发展进入20世纪60年代，形成了通用计算机的概念。这个时期被称为第三代计算机（19651980年）发展时期。单道程序多道程序在这一历史阶段中，操作系统主要是基于多道程序的分时操作系统和多处理器操作系统，也称为传统操作系统4、用于微型计算机的现代操作系统 面向个人用户的计算机，简称PC（Personal Computer）机的出现并同时向便携式计算机发展的时期（19801994年）被认为是第四代计算机系统发展的过程，其配置的操作系统被称为现代操作系统。5、智能计算和网络计算，新一代操作系统 智能计算机

4、，一般被认为是第五代计算机。操作系统的基本类型1、批处理系统 单道批处理在计算机的外存中存放多个用户作业形成一批作业作业依照在外存中排定的次序依次进入系统，不需作业调度作业完成次序依赖于进入系统的次序，即按顺序安排运行任一时刻，内存中仅有一道作业在运行1、批处理系统 多道批处理操作系统多道性无序性宏观上并行、微观上串行调度性系统吞吐量大资源利用率高作业平均周转时间长无交互能力 远程批处理2、分时系统 简单分时系统 基于多道程序设计的分时系统 具有“前台”和“后台”的分时系统特征：多路性独立性及时性交互性3、实时系统 概念：实时系统是指系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对

5、该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。实时控制系统 通常把要求进行实时控制的系统统称为实时控制系统实时信息处理系统 通常把要求对信息进行实时处理的系统称为实时信息处理系统实时系统的特征专用性事件驱动实时性高可靠性 4、新型的操作系统网络操作系统 4、新型的操作系统分布式操作系统特征：多机系统分布性资源共享并发性操作系统的特征和功能1、操作系统的特征 现代操作系统具有下面四个主要特征并发性（Concurrence）虚拟性（Virtual）共享性（Sharing）不确定性（Nondeterministic）2、操作系统的功能内存管理处理机管理设备管理作业管理文件管理实用操作系统介绍1、磁

6、盘操作系统DOS DOS操作系统有如下主要特点:DOS是一种单用户单任务操作系统DOS是一种字符界面的联机系统DOS负责管理系统资源2、Windows操作系统 Windows操作系统特点:Windows是单用户多任务的操作系统Windows是图形界面的操作系统Windows提供了强大的设备管理功能3、多用户操作系统Linux Linux 操作系统特点:Linux是一个完全多任务、多用户的操作系统，同时融合了网络操作系统的功能Linux可支持各种类型的文件系统Linux提供了TCP.IP网络协议的完备实现，支持多种以太网卡及个人电脑的接口 Linux支持字符和图形两种界面 Linux也支持对设备

7、的即插即用 4、UNIX操作系统习 题1.什么是操作系统?2.简述人工操作方式特点?3.什么是脱机输入.输出?4.设某计算机系统有一台输入机，A，B两台打印机，现有两道程序并发执行，甲程序先开始运行，乙程序后开始运行。甲程序的运行记录为:计算50ms，打印100ms，再计算50ms，再打印100ms，结束运行。乙程序运行的记录为:计算50ms，输入数据80ms，再计算100ms，结束运行。要求:（1）画出该二道程序并发执行的工作示意图。（2）这两道程序并发执行时CPU有无空闲时间?若有，为什么会空闲?（3）甲、乙程序执行过程中有无相互等待的现象?在什么时候发生?习 题5.分时操作系统与实时操作

8、系统的特点是什么?有什么区别?各适用于什么场合?6.多道批处理系统有什么特点?7.什么是分布式计算机系统?什么是分布式操作系统?8.分布式操作系统与网络操作系统有什么不同?9.常见的操作系统有几种类型?10.DOS、Windows、Linux各是什么类型的操作系统?11.操作系统的功能是什么?操作系统的特征是什么?12.操作系统的发展经历了哪几个基本过程?第2章作业管理操作系统（第二版）操作系统（第二版）本章要点 作业的概念 批处理系统的作业管理 操作系统为用户提供的接口 联机控制系统的任务控制作业的概念1、作业的概念 概念：我们把用户要求计算机系统处理的一项任务称为一个作业2、作业的分类批处

9、理方式交互方式批处理系统的作业管理1、作业状态及其转换 阶段：收容运行完成 状态：后备运行完成后备状态 当一个作业通过输入设备送入计算机，并存放在磁盘中以后，操作系统为这个作业建立一个作业控制块，并把它插入到后备作业队列中等待被调度运行。此时，这个作业所处的状态称为后备状态运行状态 当一个后备作业被作业调度程序选中，并为它分配了必要的资源，建立一组相应的进程之后，这个作业就由后备状态变为运行状态完成状态 当作业正常运行结束或因发生错误被终止执行，作业就处于完成状态2、作业的调度作业控制块 主要内容：资源需求资源使用情况作业的控制方式、作业类型和作业优先权等作业名、作业状态作业调度算法2、作业的

10、调度调度算法应达到的目标尽可能高的吞吐量，即每天运行尽可能多的作业尽可能高的处理机利用率使输入输出设备得以充分均衡的利用对所有的作业公平合理对待由于这些目标往往相互冲突，任何一个调度算法想要同时满足上述目标是不可能的2、作业的调度调度算法性能的衡量作业的周转时间：周转时间=完成时间-提交时间=等待时间+运行时间n个作业的平均周转时间系统中n个作业周转时间的算术平均值带权周转时间作业周转时间与作业实际运行时间的比n个作业的平均带权周转时间系统中n个作业带权周转时间的算术平均值2、作业的调度常用的作业调度算法先来先服务调度算法（FCFS）短作业优先调度算法（SJF）响应比高者优先调度算法（HRN）

11、优先数调度算法2、作业的调度作业调度程序通常，作业调度程序在以下三种情况被调用:当批作业中有一个作业完成时当系统第一次接收作业后在某些特殊情况下，例如死锁作业调度程序的基本流程如下页所示用户与操作系统之间的接口1、用户接口的概念与用户接口的类型2、命令接口脱机命令接口 脱机命令接口用于批处理系统，所以也称批处理命令接口，它由操作系统提供的一组作业控制命令（或称作业控制语言）组成联机命令接口命令行接口（CLI）图形用户界面（GUI）3、程序接口 程序接口由一组系统调用命令（简称系统调用）组成系统调用分类：设备管理文件管理进程控制进程通信存储管理3、程序接口系统调用的执行过程为执行系统调用命令做准

12、备执行系统调用系统调用命令执行完后的处理Windows的任务管理1、任务的概念 用户任务 用户任务的几种状态前台执行状态后台执行状态静止状态当前文档窗口1、任务的概念 用户任务的撤消结束任务对话框2、启动菜单及计划任务 启动菜单的使用启动菜单包含在“开始”菜单的“程序”子菜单中，在程序菜单下单击“启动”即可看到当前添加到启动菜单中的任务（如下图）2、启动菜单及计划任务计划任务的使用计划任务的使用方法：单击“开始”“程序”“附件”“系统工具”“计划任务”打开窗口如下图所示在该窗口列出了已设置的计划任务，双击“添加已计划的任务”图标可增加新的计划任务习 题1.什么是作业和作业步?它们的关系如何?2

13、.作业管理主要包括那些内容?3.作业有哪几种状态?4.谈谈作业与文件的区别。5.作业调度算法的选择主要根据那些因素来决定?6.作业有那些控制方式，各有什么特点?7.有四份作业A、B、C、D，A、B作业8:00提交，C、D作业9:00提交。A作业运行时间为120分钟，B作业为60分钟，C作业为10分钟，D作业为100分钟。分别根据FCFS、SJF、响应比最高三种算法画出它们的运行次序，并计算周转时间，平均周转时间，加权平均带权周转时间，根据上述参数比较三种算法的优劣。8.作业调度与进程之间的关系9.什么情况下需要作业调度程序。10.什么叫作业调度?其必要条件是什么?第3章进程管理操作系统（第二版

14、）操作系统（第二版）本章要点 进程的概念 进程的控制 进程的同步 进程通信与调度前趋图1、前趋图的定义定义：前趋图是一个有向无循环图，其结点用于表示进程、程序段或语句，有向边用于表示两个结点之间的前趋关系“”右图的前趋关系：p1P2,P1P3,P1P4,P2P5,P3P5,P3P6,P4P62、程序的顺序执行与特征程序的顺序执行 例：语句的顺序执行。一个程序段中的三个语句:S 1 :a:=x+y S 2 :b:=a-5S 3 :c:=b+1 其中，语句S 2 必须在a被赋值后才能执行，同样，S 3 也只能在b被赋值后才能执行。因此其前趋图为:S 1 S 2 S 3 。程序顺序执行时的特征（1）

15、顺序性（2）封闭性（3）可再现性3、程序的并发执行与特征程序的并发执行程序的并发执行是指多个程序所包含的各项操作可以在同一时间段内同时执行。例：程序段中有四个语句:S1 :a:=x+2S2 :b:=y+4 S3 :c:=a+bS4 :d:=c+b 可画出如下图所示的前趋图，显然S 1 和S 2 可并发执行3、程序的并发执行与特征程序并发执行时的特性（1）间断性（2）通信性（3）不可再现性（4）独立性4、Bernstein条件 对于并发执行的程序，要保持其“可再现性”，以得到确定的结果。并发执行的程序保持其“可再现性”需要满足的条件是Bernstein条件读集写集进程的概念1、进程的定义和特征定

16、义：能描述程序的执行过程且能用来共享资源的基本单位，这个基本单位被称为进程（Process） 或者：一个具有独立功能的程序对某个数据集在处理机上的执行过程和分配资源的基本单位进程的特征动态性 并发性独立性 异步性结构性进程和程序的区别进程是一个动态概念，而程序则是一个静态概念进程具有并行特征，而程序没有进程是竞争计算机系统资源的基本单位，其并行性受到系统资源的有限性和各进程竞争资源的制约程序所对应的数据集不同或运行的时间不同，同一程序就对应不同的进程2、进程状态及其转换三种基本状态就绪状态执行状态阻塞状态2、进程状态及其转换挂起状态 挂起会使进程处于静止状态（对正在执行的进程暂停执行，对就绪的

17、进程暂时不接受调度，而对阻塞的进程，即使引起阻塞的事件消失，也不能进入就绪队列）3、进程实体进程控制块PCB（Process Control Block）PCB应包含如下信息:u 进程标识符u 当前状态u 现场保护区u 存储指针u 占用资源表u 进程优先数u 通信信息u 族系关系3、进程实体进程实体 由三部分组成:程序数据集合进程控制块PCB4、线程线程的引入 进程既是资源分配的基本单位，同时又是可以独立调度执行的基本单位，这是进程的两个基本属性 将进程作为资源分配的单位，在进程中创建线程作为调度的基本单位，线程自己基本上不占有资源，同一进程中的多个线程可以并发执行4、线程线程实体 线程是一个

18、被调度的基本单位并可独立运行的实体。多线程系统中进程与线程的关系4、线程线程的两种基本类型内核级线程用户级线程5、Windows系统的进程和线程单击“开始”打开开始菜单“程序”“附件”“系统工具”“系统监视器”可以通过编辑菜单添加或删除要显示的项目进程控制1、内核概念：内核（Kernel）是在操作系统层次结构中最靠近系统硬件的一层核心软件基本功能中断处理进程管理资源管理原语内核在执行上述操作时，往往是通过执行各种原语（Primitive）操作来实现的2、进程控制原语创建进程原语：创建进程原语的主要任务是构造新进程的进程控制块PCB。撤消进程原语：当一进程完成其任务后，应予以撤消，以便及时释放它

19、所占用的资源。挂起进程原语调度进程原语激活进程原语阻塞进程原语唤醒进程原语概念：系统按照某种算法，动态地把处理机分配给就绪队列中的一个进程，使之执行，这个过程称为进程调度。1、调度的基本概念 高级、中级、低级调度 高级调度（High Level scheduling） 低级调度（Low Level Scheduling） 中级调度（Intermediate Level Scheduling）进程调度 进程调度方式 非剥夺方式（Non-Preemptive Mode） 剥夺方式（Preemptive Mode） 基本术语 优先权 静态优先权 动态优先权 CPU-I.O执行期2、进程的调度算法先进

20、先出算法（FIFO）最短CPU运行期优先调度算法最高优先权优先调度算法（FPF）轮转法1. 简单轮转法2. 多级队列方法多级反馈队列算法3、进程调度实现 进程调度算法只是决定哪一个进程将获得处理机，而将处理机分配给该进程的具体操作是由分派程序完成的。在多道程序系统中，由于资源共享与进程合作，使诸进程之间可能产生两种形式的制约关系: （1）间接相互制约 （2）直接相互制约 1、临界区 临界资源（Critical Resource）是指一次只允许一个进程访问的资源。临界区（Critical Section）是指进程中用以访问临界资源的那段代码。 2、进程的互斥1.协调的准则2.临界区的调用原则进程

21、同步与互斥3、进程的同步 某进程未获得合作进程发来消息之前，该进程等待，消息到来之后方可继续的进程合作关系，称为进程的同步。4、同步机构 系统中用来实现进程间同步与互斥的机构称之为同步机构。系统通过这些同步原语来控制对共享资源的访问，以实现进程的同步与互斥。 加锁/开锁原语：利用加锁/开锁原语，可以很方便地实现进程互斥。加锁/开锁原语：利用加锁/开锁原语，可以很方便地实现进程互斥。UNIX的睡眠/唤醒原语：系统用此基本通信工具，很容易实现临界区管理，也可实现进程间的同步。信号量机制经典信号量机制计数信号量机制信号量机制的实现（P、V操作必须是原子操作）信号量的应用利用信号量实现进程互斥利用信号

22、量实现进程同步描述前趋关系“信号量集”机制AND型“信号量集”机制 基本思想：将一进程需要的所有共享资源一次全部分配给它，待该进程使用完后再一起释放;只要有一个资源不能分配给该进程，其他所有资源也都不会分配给它。 一般“信号量集”机制管程管程的引入把分散的各类临界区集中起来，并为每个共享资源设立一个专门的管程来统一管理各进程对该资源的访问。管程的定义当共享资源用共享数据结构表示时，资源管理程序可用对该数据结构进行操作的一组过程来表示。我们把这样一组相关的数据结构和过程称为管程。局部于管程的共享数据说明对该数据结构进行操作的一组过程对局部于管程的数据设置初始值的语句1、死锁的产生 死锁是因竞争资

23、源而引起的一种具有普遍性的 现象。 多个进程因竞争资源而造成的一种无知的等待状态，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。 产生死锁的原因 竞争资源 进程推进顺序不当死 锁2、资源的概念可抢占的资源和不可抢占的资源共享资源和独享资源永久性资源和临时性资源3、死锁的必要条件互斥条件不可抢占条件部分分配条件循环等待条件4、解决死锁的基本方法预防死锁避免死锁检测死锁解除死锁 通信（Communication）意味着在进程间传送数据。根据内容分为：少量控制信息的传送(低级通信)和大批量数据的传送(高级通信) 高级通信可分为三种形式 共享存储区方式 消息传递机制 管道通信进程通信1、共享存储区方式

24、在存储器中划出了一块共享存储区，多个需要互相交换信息的进程通过对同一共享数据区（shared memory）的数据进行读写操作来达到互相通信的目的2、消息传递机制消息传递机制则无论接收进程是否已准备好接收消息，发送进程都将把所要发送的消息送入缓冲区或邮箱发送进程名 接收进程名数据 有关数据的操作3、管道通信 管道用于连接一个读进程和一个写进程，以实现它们之间通信的共享文件管道按FIFO（先进先出）方式传送大量数据，且只能单向传送数据互斥同步1、处理机的使用情况系统中会有多个线程竞争处理机，它们对处理机的使用是否处于合理的状态，通过系统监视器可以看到处理机的使用情况值接近连续的100%时，就需要

25、采取措施以减轻处理器的压力，以免因处理器压力过大而造成系统不稳定Windows系统的处理机管理2、虚拟机的概念 所有的Windows应用程序只运行在一台虚拟机上，称系统虚拟机，当运行MSDOS应用程序时，系统才启动第二台虚拟机。 虚拟机是Windows系统的一种虚拟资源。可在Windows系统中用户可查看虚拟机的使用情况。习 题1.试比较进程和程序的区别。2.我们说程序的并发执行将导致最终结果失去封闭性。这话对所有的程序都成立吗?试举例说明。3.进程实体由哪几个部分组成，进程控制块的作用是什么?4.进程是否可从阻塞态直接转换到运行态?5.什么是临界区?试举一临界区的例子。6.并发进程间的制约有

26、哪两种?引起制约的原因是什么?7.什么是进程间的互斥?什么是进程间同步?8.互斥和同步都是在执行的时间上对并发进程的操作加以限制，在这点上二者有何不同?9.什么是公用信号量和私有信号量?各有何用途?设置初值时如何考虑?10.设两个进程A、B各按图3.25所示的顺序使用P、V操作，互斥访问资源S 1 和S 2 。（1）试分析各种推进速度可能引起的死锁;（2）试述死锁的必要条件解释死锁的原因。 A进程 B进程 . . P（S 1 ） P（S 2 ） . . P（S 2 ） P（S 1 ） . . V（S 2 ） V（S 1 ） . . V（R 1 ） V（R 2 ） . . 第4章存储器管理操作系

27、统（第二版）操作系统（第二版）本章要点 存储器管理的有关概念 内存的覆盖和交换技术 存储器的具体管理方法存储管理的有关概念1、存储器管理的目的和功能内存的分配和回收记录内存使用情况实施分配接受系统或用户释放的存储区域，并相应地修改分配记录表提高内存的利用率实现地址映射“扩充”主存容量存储保护2、存储器分配的方式 存储分配所要解决的问题是:什么时候，以什么方式，为一个作业分配主存空间，并使这些操作对多用户来说是透明的直接指定方式静态分配（Static Allocation）动态分配（Dynamic Allocation）3、重定位（Relocation）逻辑地址空间：任何一个程序的逻辑地址空间都

28、是以地址0起始的逻辑地址的集合，逻辑地址空间的地址称为逻辑地址。物理存储空间：一个程序在执行时所占用的内存空间称作它的物理存储空间，不同程序的存储空间不能冲突 总之，地址空间是逻辑地址的集合;存储空间是物理地址的集合重定位：在一般情况下，一个作业在装入时分配到的存储空间和它的地址空间是不一致的。由于一个作业装入到与其地址空间不一致的存储空间所引起的对有关地址部分的调整过程，就是我们所说的地址重定位重定位类型 作业在装入过程中由装配程序进行的地址变换方式，称为静态重定位。 当访问指令或数据时，由附加的地址变换机构进行的地址变换方式，称为动态重定位。重定位类型静态重定位主要缺点：不能有效地利用内存

29、；必须考虑覆盖结构；用户之间难以共享主存中的同一程序。重定位类型动态重定位主要优点：主存的使用更加灵活有效；几个作业共享一程序段的单个副本比较容易；系统来负责全部的存储管理。4、虚拟存储器概念 虚拟存储器管理的基本思想是利用大容量的外存空间来逻辑扩充内存，产生一种不受实际内存容量限制的逻辑存储器，通过对这种虚拟存储器的管理，充分发挥内存资源的利用率，使系统能够有效地支持多道程序的并发运行以及解除对用户作业大小的限制，从而增强系统的处理能力。虚拟存储器虚拟存储器是指对内存的虚拟一级存储器概念作业地址空间概念虚拟存储器的实现条件要有相当容量的辅存要有一定容量的主存要使用动态分配和动态重定位要有交换

30、技术的支持交换技术交换技术使得一个作业同时被分配到内存和外存两部分运行成为可能，所以只有使用了交换技术才能实现虚拟存储单用户单任务系统的存器管理1、存储器的分配 一个区域供操作系统占用，另一个区域则为用户的应用程序所使用。2、覆盖技术（Overlay）把一个大的程序划分成一系列的覆盖。每个覆盖是一个相对独立的程序单位。通常，一个大作业的覆盖结构要求编程人员事先给出;为了实现覆盖管理，则需要得到相应的编译程序和连接装配程序的协助。3、存储保护自动地址修改0页、1页寻址界限寄存器4、DOS的存储管理内存分配对地址空间进行分段方法覆盖技术多用户系统存储器管理分区式分配基本思想：把内存划分成若干个连续

31、区域，称为分区，每个分区装入一个作业运行。1、固定分区分配 存储区域是在系统启动时划定的，在用户作业装入及运行过程中，其区域的大小和边界是不能改变的。为了实现这种固定分区的分配，系统需要建立一张分区说明表。 在每个分配的分区中，通常都有一部分未被作业占用而浪费掉。这种分配给用户而未被利用的部分，称作存储区的“内碎片”（Internal Fragmentation）。2、可变分区分配可变分区管理的基本原理可变分区是指系统不预先划分固定分区，而是在装入作业时划分，使分区的大小正好适应作业的需求量，且分区的个数是可变的。一个可变分区分配和回收的示例操作系统作业A（16K）空闲区10K作业B（90K）

32、作业C（30K）空闲区94K操作系统作业A（16K）空闲区10K作业B（90K）作业C（30K）作业D（70K）空闲区24K操作系统空闲区26K作业B（90K）空闲区30K作业D（70K）空闲区24K2、可变分区分配可变分区的分配和回收有下面三种情况:归还区有下邻空闲区归还区有上邻空闲区归还区既有上邻空闲区又有下邻空闲区2、可变分区分配可变分区的分配策略有有三种不同的分配算法:最佳适应算法（Best Fit）为一作业选择分区时总是寻找其大小最接近于作业所要求的存储区域。最坏适应算法为作业选择存储区域时，总是寻找最大空白区。为了支持这个算法的实现，空白块应以大小递减的顺序链接起来。首次适应算法首

33、次适应算法是对它们进行折中考虑后设计出来的最佳适应算法不一定是最佳的，最坏适应算法也不一定是最坏的2、可变分区分配移动技术随着分配和回收次数的增加，必然导致“碎片”的出现。通过重新安排作业在内存中的位置将所有空闲碎片合并成一个大的空闲区。必须有动态重定位的支持。采用移动技术时必须注意下列问题:移动会增加系统开销移动是有条件的2、可变分区分配分区的存储保护界限寄存器适用于对那些存放在连续内存区的程序进行存储保护。存储保护键所谓存储保护键是由若干二进制位组成的标志。1、静态分页系统基本原理分页管理的地址虽然分成页号和页内地址两部分，但所有逻辑地址构成的仍然是连续的一维地址空间。所谓静态分页系统，就

34、是在调度一个作业时，使用的是静态分配的方法，必须把它的所有页一次装入到主存的块内;如果当时空闲块数不足，则该作业必须等待，系统调度另外的作业运行.为了实现逻辑地址到物理地址的映射，系统需要如下三个表目:页表进程表存储页面表分页式存储器管理1、静态分页系统地址变换进程运行时，每当要访问逻辑地址时，动态地址映射机构先将逻辑地址分离成页号P和页内地址d，然后查页表，得到P所对应的物理块号F，将物理块号F和d相连（F块长+d），得到逻辑地址对应的物理地址。地址映射过程如下:由指令产生逻辑地址由逻辑页号查快表得到物理块号由物理块号与页内地址合并得到物理地址。1、静态分页系统分页管理的存储保护 在分页存储

35、管理中，存储保护功能是采用页表地址寄存器代替界地址寄存器实现的，它规定了作业可访问的页表起始地址及其长度。2、动态分页存储系统 指导思想:在作业运行之前，只要求把当前需要的一部分页面装入主存，另外一部分装入到辅存的交换分区中，当作业运行过程中需要其他的页时，由虚拟存储系统（Virtual Memory System）自动控制内、外存之间的页面交换。 在虚拟存储系统中所用的辅存，可以是一个专用的磁鼓或磁盘，也可以是用于存储文件的磁盘的一部分。2、动态分页存储系统基本原理内存页面分配策略平均分配按进程程序长度比例分配按进程优先级比例分配进程长度和优先级比例分配2、动态分页存储系统页面调入时机请调所

36、谓请调是当缺页发生时进行调度预调预调也称先行调度。是在缺页发生前进行调度2、动态分页存储系统淘汰算法淘汰算法不仅可以用于页面的置换，也可用于快表项目以及段的置换，以下为几个常用的淘汰算法：最佳淘汰算法先进先出淘汰算法（FIFO）最近最久未使用页面置换算法（LRU）计时法堆栈法最近最不常用调度算法（LFU）2、动态分页存储系统缺页中断率和抖动执行中访问页面的总次数为A，有F次访问的页面尚未装入主存，则产生了F次缺页中断。现定义:f=FA 把f称为缺页中断率。影响缺页中断率的因素有:分配给作业的主存块数分配给作业的主存块数多，则同时装入主存的页面数就多，因此减少了缺页中断的次数，即降低了缺页中断率

37、。页面的大小页面调度算法程序编制方法3、分页系统的优缺点动态分页系统还具有如下优点:可提供大容量的多个虚拟存储器更有效地利用了主存多道程序运行的程度更高了更加方便了用户，特别是大作业的用户程序编制方法分页存储管理也有不少缺点：增加了计算机的硬件成本，降低了处理机的速度必须用一部分存储空间来存放各种表格出现了块内的碎片问题对于静态分页系统，要求运行的作业，必须全部装入主存在动态分页系统中，为处理缺页中断增加了系统开销1、基本段式存储器管理基本原理一个段定义为一组逻辑信息，每个作业地址空间按其内在的逻辑关系分成若干段，段的长度是不固定的，段间的地址空间是不连续的。段式存储管理中作业的分段是由用户决

38、定的。主存空间的分配和回收段式存储管理分配主存空间的方法与可变分区管理方式的分配方法相同；回收存储空间的方法与可变分区管理方式相同。分段式存储器管理1、基本段式存储器管理地址转换系统为每个运行作业在内存建立一张段表。段式存储管理的地址变换过程：段式管理的存储保护段式管理的存储保护通过作业的段表实现1、基本段式存储器管理段式管理与页式管理的区别分页的作业地址空间是线性地址空间，而分段作业的地址空间是二维的“页”是信息的物理单位，大小固定，对用户不可见;“段”是信息的逻辑单位，长度不定，用户可见。分页管理查页表得到的是页所对应的内存块号与页式管理相比，段式管理因为对作业是由用户从逻辑上分割，所以便

39、于多用户多作业共享某一段。2、虚拟段式存储器管理虚拟段式存储管理仍以段式存储管理为基础，不要求作业的所有段一次性进入内存，可以为用户提供比主存实际容量大的虚拟空间。若要访问的段在内存，则按段式管理进行地址映射，若访问的段不在内存，则产生一个“缺段中断”3、段页式存储管理基本原理 内存分配采用可变分区方式，因此，它带有分区管理的一些缺点，为克服这个缺点，可用分段和分页相结合的方法，构成分页的段式存储管理，通常被称为“段页式存储管理”。 段页式存储管理兼顾了段式在逻辑上清晰和页式在管理上方便的优点。3、段页式存储管理地址映射 每一个装入主存储器的作业建立一张段表，且为每一段建立一张页表。 3、段页

40、式存储管理地址映射 段页式存储管理中，需要访问主存三次，这将使CPU的执行指令速度大大降低。 为了提高地址转换速度，通常引入快表。段页式存储管理的存储保护 段页式存储管理的存储保护是通过作业的段表和页表共同实现的。分段与分页结合 每个运行MS-DOS应用程序运行一个虚拟机，系统对存储空间进行分区，不同的虚拟机对应不同的区域。 对Windows应用程序实行动态分页存储管理，允许多个应用程序同时进入内存运行，所以对于Windows应用程序可以实现虚拟存储。Windows系统的存储管理测试内存的使用情况查看系统中内存的容量和分配情况在系统监视器中单击“编辑”菜单测试内存的使用情况 在对话框中类别列表

41、中选择“内存管理程序”，在项目列表中选择“未使用的物理内存”和“已分配的内存”两项，可观察到相应的内容:测试内存的使用情况观察交换文件有关交换文件的信息：Windows交换文件的实际大小Windows可以从磁盘交换到内存的存储量从RAM移动到磁盘上的程序或数据所占用的Windows交换文件的大小高速缓存的使用高速缓存的大小由系统根据当前可用的内存容量自动设置。用户可以观察高速缓存的大小：习 题1.解释下列术语:逻辑地址、物理地址、地址映射。2.比较各种存储管理方式的特征（主存空间的分配方式、重定位方式和地址转换的实现）。3.在可变分区管理方式下，采用移动技术有什么优点?移动一道作业时操作系统要

42、做哪些工作?4.解释页式存储管理中为什么要设置页表和快表?5.什么是虚拟存储器?怎样确定虚拟存储器的容量?6.叙述页式虚拟存储器的基本原理。7.在用可变分区方式管理主存时，假定主存中按地址顺序依次有五个空闲区，空闲区的大小依次为32K，10K，5K，228K，100K。现有五个作业J1，J2，J3，J4和J5，它们各需主存1K，10K，108K，28K和115K。若采用最先适应分配算法能把这五个作业按J1J5的顺序全部装入主存吗?按怎样的次序装入这五个作业可使主存空间利用率最高。习 题8.某采用页式虚拟存储管理的系统，接受一个共7页的作业，作业执行时依次访问的页为 1，2，3，4，2，1，5，

43、6，2，1，2，3，7，6，3，2，1，2，3，6。若采用最近最少用（LRU）调度算法，作业在得到两块主存空间和四块主存空间各会产生多少次缺页中断?如果采用先进先出（FIFO）调度算法又会有怎样的结果?9.某采用段式存储管理的系统为装入主存的一个作业建立了如下所示的段表。 段号 始址 段长 0 8K 3K 1 12K 2K 2 20K 4K 3 30K 8K 回答下列问题:（1）计算该作业访问0,432,1,10,2,500,3,400时的绝对地址。（2）总结段式管理的地址转换过程。第5章设备管理操作系统（第二版）操作系统（第二版）本章要点 设备管理的基本概念 输入.输出请求的处理过程 如何分

44、配设备 SPOOLing技术概述1、设备的分类按设备的管理方法分类 标准设备 非标准设备按操作特性分类 输入/输出设备 存储设备按设备共享属性分类 独享设备 共享设备 虚拟设备按信息交换单位分类 块设备 字符设备2、设备管理的任务和功能基本任务:按照用户的要求来控制设备操作，对外部设备进行管理，是操作系统中最具多样性、复杂性的部分。主要任务：按照用户的要求控制IO设备工作，完成用户所希望的IO操作照一定的算法把IO设备分配给对该设备提出请求的进程充分有效地使用IO设备2、设备管理的任务和功能主要功能：设备分配设备控制实现其他功能：对缓冲区的管理实现设备独立性实现虚拟设备IO系统的结构1、设总线

45、型IO系统（微型机） CPU和内存是直接连接到总线上的，IO设备是通过设备控制器连接到总线上，CPU并不直接与IO设备通信，而是由设备控制器负责提供IO设备与CPU的接口。IO系统的结构1、设总线型I/O系统（微型机） 一个设备控制器可以连接多个设备，所以需要有多个设备接口。组成： 控制寄存器（也称为命令寄存器） 数据寄存器 状态寄存器 IO逻辑2、具有通道的IO系统 在IO系统中增加一级通道处理机，用以代替CPU与各设备控制器通信，对它们进行控制。具有通道装置的计算机系统，整个输入输出系统呈现如图所示的四级连接、三级控制方式。2、具有通道的IO系统 主机到设备的网状结构2、具有通道的IO系统

46、通道的概念所谓“通道”，就是一个功能简单的处理机，专门用于管理设备和内存之间的数据传输。通道类型字节多路通道选择通道数组多路通道通道程序输入.输出请求的处理过程1、与输入/输出有关的软件 一个IO请求的处理步骤应包括:用户发出IO请求;系统接受并处理这个请求;完成相应的操作;完成后进行后续处理。用户进程 在输入、输出的过程中，用户进程可能被挂起或阻塞。当IO处理完成后，用户进程会被激活或唤醒，负责接收IO执行的结果。输入.输出请求的处理过程1、与输入/输出有关的软件I/O控制系统（IOCS）位于用户进程和设备驱动程序之间的一层软件.设备的分配与回收逻辑设备名映射为物理设备，进一步找到该物理设备

47、的驱动程序。缓冲管理向用户进程提供统一接口，接受用户以统一的操作命令提出的IO请求输入.输出请求的处理过程1、与输入/输出有关的软件设备驱动程序接收IOCS发来的抽象命令，再把它转换为对设备控制器的具体控制命令后，发送给设备控制器，启动设备去执行。功能：将抽象命令转换为具体控制命令检查I/O请求的合法性了解设备的状态传送其他参数启动I/O设备工作，进行数据传送输入/输出请求的处理过程1、与输入/输出有关的软件中断处理程序中断处理程序主要依次做下列工作:保护被中断进程的现场醒被阻塞的驱动程序进程进行中断处理恢复被中断进程的现场，使其继续执行2、输入/输出请求的处理过程 发出I/O请求处理I/O请

48、求实现I/O操作完成I/O操作-数据/状态命令输入/输出控制方式1、程序直接控制方式 该方式工作过程非常简单，但CPU的利用率相当低2、中断控制方式 要求CPU与设备之间有相应的中断请求线，且要求在状态寄存器中有中断允许位。 中断方式使CPU的利用率大大提高，中断发生次数较多，从而消耗大量CPU时间处理中断3、DMA方式该方式与中断方式的主要区别：后者在每个数据传送完成后中断CPU，而前者则是在所要求传送的一批数据全部传送结束时中断CPU。后者的数据传送是在中断处理时由CPU完成，而前者则是在DMA控制器的控制下完成4、通道控制方式 CPU只需发出启动指令，该指令就可启动通道并使该通道从内存中

49、调出相应的通道程序执行。设备的分配1、设备分配类型独享设备的分配 所谓独享设备是指这类设备被分配给一个作业后，被这个作业所独占使用，其他的任何作业不能使用，直到该作业释放该设备为止。共享设备的分配 所谓共享设备是指允许多个用户进程共同使用的设备。共享有两层含义：一是指对设备存储介质的共享；二是指对磁盘驱动器的共享。 对共享设备的分配一般采用动态分配这一方式。1、设备分配类型虚拟分配 大多数低速的I.O设备都属于独享设备，为提高它们的利用率引入了虚拟设备的概念。实现虚拟设备常采用SPOOLing（假脱机输入输出操作）技术。SPOOLing系统的组成：2 、设备分配中的表格系统设备表（SDT） 记

50、录了已被连接到系统的所有物理设备的情况。 主要内容包括:设备类型、设备标识、设备控制表指针设备控制表（DCT） 用于记录设备的特性及与I.O控制器连接的情况。 主要内容包括:设备标识、设备类型、设备状态、设备等待队列指针、控制器指针2 、设备分配中的表格控制器控制表（COCT） 记录了控制器的使用状态以及和通道的连接情 况等。 主要内容包括:制器标识、控制器状态、控制器等待队列指针、通道控制表指针通道控制表（CHCT） 记录了通道的使用状态。 主要内容包括:通道标识、通道状态、等待获得该通道的进程等待队列指针3 、设备分配过程分配设备 根据进程提出的物理设备名查找系统设备表，从中找到该设备的设

51、备控制表。分配控制器 在系统将设备分配给请求I.O的进程后，再根据设备控制表中的指针找到与该设备相连的控制器的控制表。分配通道 根据控制器控制表中的指针找到与该控制器连接的通道控制表。4 、设备分配方法 在现代操作系统中要求设备为其服务的进程数量总是多于设备数量，所以往往有多个进程同时要求占有某个设备的使用权，而这个设备一次只能分配给一个进程使用，到底分配给哪一个进程，这就涉及到设备分配问题。先来先服务优先级高者优先Windows系统的设备管理1、即插即用和设备管理器 Windows提供了强大的即插即用功能，设备的识别、设备所需资源（I.O端口、IRQ等）的分配以及设备驱动程序的安装都可以由系

52、统自动完成。但即插即用不是万能的。 设备管理器可以查看设备的属性、更改设备的驱动程序、删除系统中的设备。控制面板窗口图设备管理器对话框1、即插即用和设备管理器查看设备属性准软盘控制器属性对话框标准软盘控制器资源对话框1、即插即用和设备管理器解决设备资源冲突资源的更改设置对话框图计算机属性对话框1、即插即用和设备管理器删除设备 在设备管理器对话框中选中要删除的设备，然后单击下面的“删除”按钮。此设备的配置即会从系统中删除。2、设备驱动程序手工安装驱动程序在安装设备时Windows会自动添加它的驱动程序，从而使用户可以免去配置的麻烦而直接使用，但有时需要手工安装。打开控制面板：手工安装驱动程序打开

53、控制面板，双击“添加新硬件”图标：手工安装驱动程序手工安装驱动程序手工安装驱动程序升级驱动程序驱动程序对话框驱动程序文件详细资料对话框升级驱动程序驱动程序对话框升级设备驱动程序向导（1）升级驱动程序升级驱动程序习 题1.IO设备管理的主要任务和功能是什?2.IO设备有哪些种类?3.什么是通道，有哪几种类型，采用通道技术有何优点?4.何为多通路?与单通路比，其优缺点是什么?5.设备有哪些分配方法?各有哪些优、缺点。6.什么是设备的静态分配方法?7.设备分配使用了哪些数据结构及其作用。8.什么是虚拟设备?9.什么是设备驱动程序?10.处理一个IO请求分哪些步骤?每一步有哪些例程来处理?11.SPO

54、OLing系统由哪些部分构成?为什么提高了独占设备的利用率?第6章文件管理操作系统（第二版）操作系统（第二版）本章要点 文件和文件系统的概念 文件的结构与组织 文件的管理概 述1、文件 概念：文件是存储在某种存储介质上的具有标识名的信息的集合。 每个文件都要用一个名字做标识，称为“文件名”。一个文件被命名后，就可以独立处理。2、文件系统 文件系统就是指操作系统中与文件管理有关的那部分软件和被管理的文件以及实施管理所需要的一些数据结构的总体。从系统角度来看，文件系统是对文件的存储空间进行组织、分配、回收，负责文件的存储并对存入的文件实施保护、检索的系统。从用户角度来看，文件系统主要实现“按名存取

55、”。2、文件系统 采用文件系统方式来管理各种软件资源和其他信息，主要有下列优点优点:使用方便安全性统一性2、文件系统 一个文件系统必须解决的几个主要问题主要问题是:如何有效地分配文件存储器的存储空间提供合适的存取方法命名的冲突和文件的共享2、文件系统 一个理想的文件系统应具有下列特特性性:有效地分配文件存储器的存储空间文件结构和存取的灵活性和多样性具有对用户来说尽可能是透明的机制尽可能达到对文件存储装置的独立性存储在文件中的信息的安全性能方便地共享公用的文件有效地实现各种文件操作的命令3、文件的分类文件按其性质和用途性质和用途大致可以分为三类:系统文件库文件用户文件根据向文件系统提出的对文件实

56、施的保护级别保护级别，它可以分成下列几类:只读文件读写文件执行文件不保护文件3、文件的分类按文件中信息的流向信息的流向，它又可以分为以下三类:输入文件输出文件输入/输出文件根据系统保留文件的时间保留文件的时间可分成临时文件、永久文件和档案文件。根据文件存储介质的设备类型文件存储介质的设备类型可分成磁盘文件、磁带文件、卡片文件和打印文件。文件的结构与组织1、文件的逻辑结构文件的逻辑结构主要有两种:流式与记录式。对于前者构成文件的基本单位是字符，而后者的基本单位是记录。一个记录由一组在逻辑上相关的信息项所构成。2、文件的物理结构文件的物理结构也称文件的物理组织，它表示了一个文件在存储器上的存放方法

57、。在设计一个文件的物理组织时，必须考虑到文件的大小、记录是否定长、访问频繁程度和存取方法等。2、文件的物理结构连续区分配方式连续文件连续区分配就是把一个由逻辑上连续的记录构成的文件存储在依次连续的物理块中。这是一种最简单的分配方法。这样组织的文件称为连续文件。缺点缺点： ：外存空间存在着一些“零头”而不能有效地加以利用，解决办法是采用“拼接”技术；建立文件时必须确定好文件长度，随后不允许增加。优点优点：结构简单，存取速度比较快。2、文件的物理结构链接块方式串联文件采用链接块方式分配的文件，它的物理块可以是不连续的，而且也不必顺序排列。采用这种分配方式的文件称为串联文件，或者说，串联文件的物理块

58、组织是一种链接结构。克服了连续文件的缺点，在任何记录之间插入一个记录或删去一个记录，都比较方便。2、文件的物理结构索引方式索引文件为每个文件建立文件的一张索引表，其中每一表目指出文件中记录所在的物理块号。这种索引文件组织，便于随机存取文件中的一个记录，因而它是随机文件。 索引文件结构既可以满足文件动态增长的需要，又可以较为方便和迅速地实现随机存取。但是，索引表需要占用额外的空间。3、记录的成组和分解记录的成组 把若干个记录合成一组存入一块的工作称“记录的成组”，每块中的逻辑记录个数称“块因子”。记录的分解 从一组逻辑记录中把一个逻辑记录分离出来的操作称“记录的分解”。 由于读写存储介质上的信息

59、以块为单位，而用户处理信息要以逻辑记录为单位，所以当逻辑记录成组存储后，用户要处理记录时必须执行记录的分解操作。4、文件的存取方法 采用哪种存储方式与用户使用要求和存储介质的特性有关.文件的存储介质 把可用来记录信息的磁带、软磁盘片、卡片等称为存储介质，目前大量使用的存储介质是磁带和磁盘。4、文件的存取方法文件的存取方法存取方法可以分为两类:顺序存取和随机存取。采用哪种存取方法，主要取决于两个方面的因素:与怎样使用文件有关文件的性质决定了文件的使用，也就决定了存取方法的选择。与存储介质的特性有关目前常用的存储设备是磁盘机和磁带机。磁带机是一种适合顺序存取的存储设备。磁盘机是一种可以按指定块地址

60、进行信息存取的设备。4、文件的存取方法文件的类型和存储设备、存取方法的关系如果文件是顺序存取的，组织成连续文件或串联文件是可行的。如采用直接存取方式，且文件大小是固定的，则采用索引式文件组织是适宜的。5、磁盘存储空间的管理 在创建一个文件时，存储空间的分配有两种方案，一是分配连续的区域，二是分配不连续的物理块。 常用的技术有如下几种：文空白文件目录我们把一个连续的未分配区域称为“空白文件”。系统为所有这些“空白文件”单独建立一个目录。对应于每个空白文件，在这个目录中建立一个表目，表目的内容包括:第一个空白物理块的地址（物理块号）、空白块的数目。5、磁盘存储空间的管理空白物理块链把其中所有的“空