操作系统电子教案

操作系统电子教案制作人：安徽电大滁州分校孙灏2002年9月一、课程的性质、目的和任务《操作系统》是中央电大电子与信息工程类计算机专业学生和必修的公共基本课之一，是一门涉及较多硬件知识的计算机系统软件课程。在计算机软硬件课程的设置上，它起着承上启下的作用。操作系统对计算机系统资源实施管理，是所有其他软件与计算机硬件的唯一接口，所有用户在使用计算机时都要得到操作系统提供的服务。因此，本课程的目的和任务是使学生通过本课程的学习，理解操作系统的基本概念和主要功能，掌握UNIX操作系统的使用和一般管理方法。二、课程的教学要求基本概念多道程序设计、并发、分时、作业、进程、互斥与同步、周转时间、吞吐量、重定位、连接、虚拟存储、虚拟设备、死锁、线程基本知识计算机系统资源（文件、设备、处理机、存储器）的管理策略重点进程概念、存储管理的各种策略、文件系统的管理、设备管理和配置难点进程的概念及其与程序的区别、进程间同步与互斥的正确实现、虚拟设备与虚拟存储三、教学方法与教学形式及建议采用多种教学方法和教学形式面授、上机实践、小组讨论、网上学习、网上答疑、网上作业等。教学建议学生自主学习时，应当及时浏览三级电大在线及省电大、我校主页，获取动态教学信息。第一章操作系统引论学习重点什么是操作系统操作系统的主要功能操作系统的基本特征操作系统的主要类型UNIX命令的一般格式什么是操作系统操作系统是管理、控制计算机内各种资源、有效地组织多道程序运行的系统软件，是用户和计算机之间的接口。如何理解操作系统的定义操作系统是什么：操作系统是软件，而且是系统软件；操作系统管什么：管理、控制系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行；操作系统有何用：提供众多服务，方便用户使用，扩充硬件功能。操作系统的地位是整个系统的控制中心，既管软件，又管硬件；它为其它软件提供运行环境操作系统的主要功能配置操作系统的目的提供一个计算机用户与计算机硬件系统的接口，使计算机系统易于使用；有效地控制和管理计算机中的各种资源，使之得到更有效的利用；合理地组织计算机的工作流程，以改善系统性能。操作系统的主要功能存储器管理：内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充处理机管理：作业和进程调度、进程控制和进程通信设备管理：缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性文件管理：文件存储空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制用户界面管理：命令界面、程序界面和图形界面操作系统的特征并发：两个或两个以上的活动在同一时间间隔中进行共享：计算机系统中资源为多个任务所共用异步性：在多道程序环境下，各程序的执行有“走走停停”的性质，即程序在什么时候运行、在运行过程中是否被其它事情打断、向前推进的速度都是不可预知的，由程序执行时的现场决定；同一程序在相同的初始条件下，无论何时运行都应获得相同的结果。虚拟性：是指一个物理上的实体变为若干个逻辑上的实物。操作系统的主要类型一、批处理系统1、单道批处理（内存中内有一道作业）批处理：是指计算机系统对一批作业自动处理的一种技术。联机批处理：作业的自动处理受到监督程序的控制。CPU的利用率不高，不能很好地利用系统资源。脱机批处理：为克服联机批处理的缺点，引入脱机批处理。模型图如下2、多道批处理系统（内存中可以有多道作业，在管理程序的控制下交替执行）多道程序设计：是指同时把多个作业放入内存并允许它们交替执行，共享系统中的各类资源，当一道程序因某种原因而暂停执行时，CPU立即执行另一道程序。3、特点：多道、成批4、优点：资源利用率高、系统吞吐量大5、缺点：等待时间长、无交互能力，用户无法干预脱机批处理模型图操作系统统的主要要类型二、分时时系统1、分时时技术：：就是把把处理机机的运行行时间分分成很短短的时间间片，按按时间片片轮流把把处理机机分配给给各联机机作业。。若某个个作业在在分配给给它时间间片内不不能完成成任务时时，则该该作业暂暂时中断断，把处处理机交交给另一一个作业业。2、特点点同时性：：若干个个用户同同时上机机使用计计算机系系统。交互性：：用户能能方便地地与系统统进行人人机对话话。独立性：：系统中中各用户户可以彼彼此独立立地操作作，互不不干扰或或破坏。。及时性：：用户能能在很短短的时间间内得到到系统的的响应。。3、优点点响应快、、界面友友好多用户、、便于普普及便于资源源共享操作系统统主要类类型三、实时时系统1、是指指计算机机对于外外来信息息能够以以足够快快的速度度进行处处理，并并在被控控制对象象允许的的范围内内作出快快速响应应。2、实实时系系统的的典型型应用用过程控控制系系统、、信息息查询询系统统、事事务处处理系系统3、实实时系系统与与分时时系统统的区区别交互能能力较较弱，，系统统专用用响应时时间更更严格格、及及时可靠性性要求求更高高操作系系统主主要类类型四、网网络操操作系系统1、计算机机网络络是计算算机技技术和和通信信技术术相接接合的的产物物。2、定定义：：一般般建立立在各各个主主机的的本地地操作作系统统基础础之上上，其其功能能是实实现网网络通通信、、资源源共享享和保保护，，以及及提供供网络络服务务和网网络接接口等等。3、功功能网络通通信资源共共享和和保护护网络服服务网络接接口操作系系统主主要类类型五、分分布式式操作作系统统1、概概念：：把大大量的的计算算机组组织起起来，，通过过高速速网络络连接接。2、特特征：：分布式式处理理模块化化结构构利用信信息通通信实施整整体控控制特点透明性性灵活性性可靠性性高性能能可扩充充性UNIX命命令的的一般般格式式1、现现代操操作系系统的的三种种界面面：命命令界界面、、图形形界面面、系系统调调用界界面。。2、UNIX命令令的一一般格格式命令名名[选选项][参数数]说明命令名名可以以是UNIX系系统提提供的的命令令，也也可以以是应应用程程序名名，是是由小写字字母组成。。选项用用来扩扩充命命令的的特性性或功功能，，往往往是一一个一一个字字母，，在字字母前前面有有一个个“——”，，可有有可无无。参数是是命令令的自自变量量，表表示命命令将将要处处理的的对象象，可可有可可无。。第二章章进进程管管理学习重重点什么是是进程程，进进程与与程序序的区区别与与联系系进程的的基本本状态态及其其变化化进程由由哪些些部分分组成成，进进程控控制块块的作作用什么是是进程程的同同步与与互斥斥临界资资源、、临界界区什么是是信号号量，，P、、V操操作的的动作作。进程间间简单单同步步与互互斥的的实现现进程的的概念念进程的的概念念程序在在并发发环境境下的的执行行过程程（本本教材材中的的定义义）进程是是可以以和其其它计计算并并发执执行的的计算算进程是是程序序的一一次执执行，，是在在给定定区域域中的的一组组指令令序列列的执执行过过程。。简单来来说就就是一一个程程序在在给定定活动动空间间和初初始条条件下下，在在一个个处理理机上上的执执行过过程。。进程是是程序序在一一个数数据集集合上上运行行的过过程，，它是是系统统进行行资源源分配配和调调度的的一个个独立立单位位。进程可可定义义为一一个数数据结结构和和能在在其上上进行行操作作的一一个程程序。。进程与与程序序的区区别程序是是静态态的概概念，，而进进程是是动态态的概概念,有一一定的的生存存期。。进程是是一个个能独独立运运行的的单位位,也也是资资源分分配和和调度度的独独立单单位程序和和进程程无一一一对对应关关系。。各个进进程在在并发发执行行过程程中会会产生生相互互制约约的关关系进程的的特征征动态性性：它它是程程序的的执行行过程程，有有生有有亡并发性性：引引入进进程的的目的的正是是为了了使程程序能能与其其它程程序并并发执执行。。调度性性（独独立性性）：：是一一个能能独立立运行行的单单位,也是是资源源分配配和调调度的的独立立单位位异步性性：进进程间间的相相互制制约使使进程程的执执行具具有间间断性性，即即各进进程向向前推推进的的速度度是不不可预预知的的。结构特特征：：进程程有一一定的的结构构，由由程序序段、、数据据段、、PCB组组成。。为了了描述述进程程的运运动变变化过过程，，并便便之能能独立立运行行，而而为每每一个个进程程配置置一个个PCB。。进程的的状态态和组组成进程的的基本本状态态运行态态：是是指已已分配配到CPU，它它的程程序正正在处处理机机上运运行时时的状状态。。就绪态态：已已具备备运行行条件件，但但CPU为为其它它进程程占用用时所所处的的状态态。阻塞态态：是是指进进程因因等待待某种种事件件发生生而暂暂时不不能运运行的的状态态。运行态态就绪态态阻塞态态进程状状态及及其转转换进程的的组成成进程的的组成成：数数据段段、程程序段段、进进程控控制块块进程控控制块块的组组成进程控控制块块的作作用：：PCB是是进程程存在在的唯唯一标标志；；OS根据据PCB管管理进进程；；利用用PCB实实现进进程的的动态态、并并发；；每个个进程程有唯唯一的的PCB。。PCB程序部分数据集合进程的组成模型进程控控制块块的组组成PCB描述述进程程的执执行情情况。。它与与进程程共存存亡：：创建建进程程、产产生PCB、撤撤消进进程、、系统统回收收PCB。。它包包含进进程的的描述述信息息和控控制信信息，，例如如进程程名、、特征征信息息、进进程状状态信信息、、调度度优先先权、、通信信信息息、中中断现现场保保护、、程序序和数数据地地址等等等。。PCB是是进程程存在在的唯唯一标标志。。也是是系统统管理理和控控制进进程的的依据据。描述信信息进程名名或进进程标标志符符：每每个进进程都都有一一个唯唯一的的进程程名或或进程程标志志符，，在识识别一一个进进程时时，，进程程名或或进程程标志志符代代表一一个进进程。。用户名名或用用户标标志号号：每每个进进程都都隶属属于某某个用用户，，用户户名或或用户户标志志号有有利于于资源源共享享与保保护。。家族关关系：：反映映父子子进程程间的的隶属属关系系。控制信信息进程当当前状状态、、进程程优先先级、、程序序开始始地址址、各各种计计时信信息、、通信信信息息资源管管理信信息CPU现场场信息息进程管管理及及有关关命令令原语操操作是机器器指令令的延延伸,往往往是为为完成成某些些特定定的功功能而而编制制的一一段系系统程程序。。具有有不可可分割割性。。进程创创建功能：：为被被创建建进程程形成成一个个PCB，，并填填入相相应的的初始始值。。步骤：：①申申请一一个空空闲的的PCB②②为新新进程程分配配资源源③将将新进进程的的PCB初初始化化④将将新进进程加加到就就绪队队列中中。进程终终止功能：：收回回并终终止进进程所所占用用的全全部资资源，，并撤撤消它它的PCB。步骤：：①从从系统统的PCB中找找到指指定进进程的的PCB。。②回回收该该进程程所占占用的的资源源③若若该进进程还还有子子孙进进程，，则还还要终终止其其所有有子孙孙进程程，并并回收收它们们所占占用的的全部部资源源。④④释放放被终终止进进程的的PCB，，并从从原来来的队队列中中移走走。进程管管理及及有关关命令令进程阻阻塞功能：：将进进程由由执行行态转转为就就绪态态。步骤：：①立立即停停止当当前进进程的的执行行②将将现行行进程程的CPU现场场送到到该进进程的的PCB现现场保保护区区保存存起来来，以以便将将来重重新运运行时时恢复复此时时的现现场③③把该该进程程PCB中中的现现行状状态由由“执执行””改为为“阻阻塞””，把把它插插入到到具有有相同同事件件的阻阻塞队队列中中④转转到进进程调调度程程序，，重新新从就就绪队队列挑挑选合合适的的进程程投入入运行行。进程唤唤醒功能：：将进进程由由阻塞塞态变变为就就绪态态步骤：：①把把被阻阻塞进进程从从相应应的队队列中中摘下下来②②将现现行状状态改改为就就绪态态，然然后把把该进进程插插入到到就绪绪队列列中进程管管理命命令UNIX中中的进进程状状态核心态态：又又称管管态，，是OS管管理程程序执执行时时所处处的状状态，，它具具有较较高的的特权权，能能执行行所有有指令令，访访问所所有的的寄存存器和和存储储区。。用户态态：又又称目目态，，是用用户程程序执执行时时所处处的状状态，，它只只能执执行规规定的的指令令，访访问特特定的的寄存存器和和存储储区。。UNIX中中的十十种进进程状状态：：用户户态运运行、、核心心态运运行、、在内内存就就绪、、在内内存睡睡眠、、在外外存就就绪、、在外外存睡睡眠、、在内内存暂暂停、、创建建态、、在外外存暂暂停、、终止止态UNIX的的进程程组成成进程控控制块块、进进程执执行的的程序序、程程序执执行时时所用用的数数据、、进程程运行行时所所用的的工作作区。。进程管理的的基本命令令进程的管理理主要包括括创建进程程、撤消进进程、挂起起进程、恢恢复进程、、改变进程程优先级、、封锁进程程、唤醒进进程、调度度进程等。。在UNIX系统中中，进程的的状态分为为10种。。相关的基基本命令有有：ps——检检查系统中中当前存在在的进程的的状态。sleep——使进进程暂停执执行一段时时间（参数数单位为秒秒）。&——使键键入的命令令进入后台台运行。wait———等待后后台进程结结束。kill———终止一一个进程的的运行。nice———以不同同的优先级级执行一条条命令。进程的相互互作用和通通信进程同步：：是指对多多个相关进进程在执行行次序上的的协调。进程互斥：：在OS中中，当一个个进程进入入临界区时时，另一个个进程必须须等待，当当占用临界界资源的进进程退出临临界区后，，另一个进进程被允许许去访问此此临界资源源。这种进进程间的相相互制约关关系，称为为互斥。是是同步的一一种特殊情情况。（参参见教材57页例题题）临界资源、、临界区1、临界资资源一次仅允许许一个进程程使用的共共享资源。。2、临界区区由每个进程程访问的那那段程序。。3、互斥进进程访问临临界区的准准则空闲让进：：若有多个个进程要求求进入临界界区，一次次仅允许一一个进程进进入。忙则等待：：任何时候候，处于临临界区的进进程只能有有一个，若若已有进程程进入临界界区，则其其它进程必必须等待。。有限等待：：进入临界界区的进程程必须在有有限的时间间内退出。。让权等待：：若进程不不能进入自自己的临界界区，则应应让出CPU。同步机制及及其应用用锁操作原原语实现互互斥锁：在同步步机构中，，常用一个个变量来代代表临界资资源的状态态，称为锁锁。通常用用“0”代代表资源可可用，用““1”代表表资源已被被占用。关锁算法：：①考察锁锁的状态是是0还是1；②若原原来是0，，将锁位置置为1；③③若原来是是1，则返返回第一步步继续考察察。开锁算法：：当进程使使用完临界界资源后，，将锁置为为0步骤：关锁锁；执行临临界区程序序；开锁信息量及P、V操作作原语信息量(semaphore)是一个个确定的二二元组（s,q),其中s是是非负初值值的整型变变量，q是是指向PCB的指针针。信息量的初初值与相应应资源的使使用情况有有关。S>0，表示示当前可用用资源的个个数，S<0表示等等待使用该该资源的进进程的个数数P操作流程程图入口S=S-1S>=0调用进程入等待队列转进程调度返回V操作流程程图入口S=S+1S<0唤醒等待队列中的一个进程返回或转进程调度返回用P、V操操作实现简简单的进程程互斥或同同步解决此类问问题的一般般方式：根据问题给给出的条件件，确定进进程有几个个或几类；；确定进程间间的制约关关系——是是互斥，还还是同步；；各相关进程程间通过什什么信号量量实现彼此此的制约，，标明信号号量的含义义和初值。。用P、V操操作写出相相应的代码码段。验证代码的的正确性：：设以不同同的次序运运行各进程程，是否能能保证问题题的圆满解解决。切忌忌按固定顺顺序执行各各进程。用P、V操操作实现互互斥用信息量和和P、V操操作实现互互斥的一般般模型…进程1P(mutex)临界区V(mutex)…进程2…P(mutex)临界区V(mutex)…进程n…P(mutex)临界区V(mutex)…用P、V操操作实现同同步要设置两个个信号量Empty:表示缓缓冲区是否否为空；初初值为1；；Full：：表示缓冲冲区是否为为满，初值值为0供者缓冲区用者简单供者和用者的关系用P、V操操作实现同同步的注意意事项分析进程间间的制约关关系，确定定信号量种种类。在保保持进程间间有正确的的同步关系系情况下，，哪个进程程应先执行行，哪些进进程后执行行，彼此间间通过什么么资源进行行协调，从从而明确要要设置哪些些信号量。。信号量的初初值与相应应资源的数数量有关，，也与P、、V操作有有程序代码码中出现的的位置有关关。同一信号量量的P、V操作要““成对”出出现，但他他们分别在在不同的进进程代码中中。生产者、消消费者问题题系统中释放放某一类资资源的进程程，称为该该资源的生生产者系统中使用用某一类资资源的进程程，称为该该资源的消消费者生产者、消消费者是进进程的同步步问题，满满足如下条条件：①消费者想想接收数据据时，有界界缓冲区中中至少有一一个单元是是满的②生产者想想发送数据据时，有界界缓冲区中中至少有一一个是空的的③由于有界界缓冲区是是临界资源源，因此各各生产者、、消费者进进程之间必必须互斥执执行。算法描述生产者进程程消费者进程程算法描述生产者算法法消消费者者算法While(true){p(full);p(mutex);从有界缓冲冲区中取产产品；v(mutex);v(empty);消费一个个产品；}While(true){p(empty);p(mutex);产品送往有有界缓冲区区；v(mutex);v(full);}说明1、full：表示示放有产品品的缓冲区区数，其初初值为0；；2、empty：表表示可供使使用的缓冲冲区数，其其初值为N；3、mutex：互互斥信号量量，初值为为14、在每个个程序中必必须先做P（mutex），，后做V(mutex)，二二者要成对对出现。二二者中间的的代码段就就是该进程程的临界区区5、对同步步信号量full和和empty的P、V操作作同样要成成对出现，，但他们分分别在不同同的程序中中无论在生产者者进程还是消消费者进程中中，两个P操操作的次序不不能颠倒。应应先执行同步步信号量的P操作，后执执行互斥信号号量的P操作作。进程间的通信信1、低级通信信进程通信是指指进程间的信信息交换。P、V操作做做为进程的同同步与互斥工工具因信息交交换量少，效效率太低，称称为低级通信信。而高级通通信则以较高高的效率传送送大批数据。。2、高级通信信方式共享存储器方式是在内存中分分配一片空间间作为共享存存储区，每个个进程都可以以访问它，通通过共享存储储区，相关进进程可以传输输大量信息。。消息传递以消息为单位位在进程间进进行数据交换换。（详见教教材67-70页）管道文件管道是用于连接读读进程和写进进程以实现它它们之间通信信的共享文件件，即一个命命令的执行结结果放在系统统缓冲区内直直接作为下一一个命令的输输入。例1：进程的的同步桌上有一空盘盘，允许存放放一只水果。。爸爸可向盘盘中放苹果，，也可向盘中中放桔子，女女儿专等吃盘盘中的苹果。。规定当盘空空时一次只能能放一只水果果供吃者取用用，请用P、、V原语实现现爸爸、儿子子、女儿三个个并发进程的的同步分析：在本题题中爸爸、儿儿子、女儿共共用一个盘子子，且盘子中中一次只能放放一个水果。。当盘子为空空时，爸爸可可向盘中放一一个水果。若若放入盘中的的是桔子，则则允许儿儿吃吃，女儿必须须等待；若放放入盘中的是是苹果，则允允许女儿吃，，儿子必须等等待；本例实实际上是生产产者-消费者者问题的一种种变形。这里里，生产者有有两类，消费费者也有两类类，每类消费费者只消费其其中的一类产产品。解：在本题中中，设应三个个信号量S，，Sa,So，信号量S表示盘子是是否为空，其其初值为1；；信号量So表示盘中是是否有桔子，，其初值为0；信号量Sa表示盘子子是否有苹果果，其初值为为0；同步描述如下下：爸爸进程P(S)；将水果放入盘盘中If（放入入的是桔子））V(So)；ELSEV（Sa)儿子进程P(So)；；从盘中取桔子子V(S)；吃桔子女儿进程P(Sa)；；从盘中取苹果果V(S)；吃苹果例2：进程的的同步设公共汽车上上，司机和售售票员的活动动分别是：司机的活动：：启动车辆；正常行车；到站停车；售票员的活动动：关车门；售票；开车门；在汽车不断地地到站、停车车、行驶过程程中，这两个个活动有什么么同步关系？？用信号量机机制和P、V操作实现它它们的同步。。解：在汽车行行驶过程中，，司机与售票票员活动之间间的活动的同同步关系是：：售票员关车门后，向司机发发开车信号，，司机收到信信号后启动车辆，在汽车正常行驶过程中售票员售票，到站时司机机停车，售票员在车车停限后开车门让乘客上下车车。因此，司司机启动车辆辆的动作必须须与售票员关关车门的活动动取得同步；；售票员开车车门的活动必必须与司机停停车取得同步步。可以设置两个个信号量：S1，S2，，S1表示是是否允许司机机启动车辆，，其初值为0；S2表示示是否允许售售票员开门，，其初值为0司机进程：P(S1)；；启动车辆；正常行车；到站停车；V(S2)售票员进程：：关车门；V(S1)；；售票；P(S2)开车门；上下乘客；例3、进程的的互斥有三个进程PA、PB、、PC合作解解决文件打印印问题：PA将文件记录录从磁盘读入入主存有缓冲冲区1，每执执行一次读一一个记录；PB将缓冲区区1的内容复复制到缓冲区区2，每执行行一次复制一一个记录；PC将缓冲冲区2的内容容打印出来，，每执行一次次打印一个记记录。缓冲区区的大小等于于一个记录大大小。请用P、V操作来来保证文件的的正确打印解：在本题中中，进程PA、PB、PC之间的关关系为：PA、PB共共用一个单缓缓冲区，而PB、PC共共用一个单缓缓冲区，其合合作关系可用用图1表示。。当缓冲区1为空时，进进程PA可将将一个记录读读入其中；若若缓冲区1中中有数据且缓缓冲区2为空空，则进程PB可将记录录从缓冲区1复制到缓冲冲区2中；若若缓冲区2中中有数据，则则进程PC可可以打印记录录。要其他条条件下，相应应进程必须等等待。事实上上，这是一个个生产者-消消费者问题。。从磁盘读入缓冲区1PA缓冲区2PB复制PC打印应设置四个信信号量empty1,empty2,full1,full2,信号号量empty1及empty2分分别表示缓冲冲区1及缓冲冲区2是否为为空，其初值值为1；信信号量full1及full2分别别表示缓冲区区1及缓冲区区2是否有记记录可供处理理，其初值为为0。PA进程：从磁盘读一个个记录；P（empty1）；；将记录存入入缓冲区1V（full1）PB进程：P（full1）；；从缓冲区区1中取出记记录；V（empty1）；；P（empty2）；；将记录存入缓缓冲区2V（full2）P（full2）；；从缓冲区区2中取出记记录；V（empty2）打印记录第三章处理理机管理学习重点：⒈作业调度和和进程调度的的功能；⒉简单的调度度算法：①先先来先服务②②时间片轮转转法③优先法法⒊评价调度算算法的指标：：吞吐量、周周转时间、平平均周转时间间、带权周转转时间、平均均带权周转时时间⒋shell命令执行过过程教学要求⒈掌握作业调调度和进程调调度的功能⒉理解作业的的四种状态：：提交、后备备、执行、完完成⒊理解作业调调度与进程调调度的关系⒋掌握常用调调度算法的评评价指标：吞吞吐量、周转转时间、平均均周转时间、、带权周转时时间、平均带带权周转时间间⒌掌握三种基基本调度算法法的实现思想想，并能进行行评价指标的的计算。可以利用图表表形式列出各各作业或进程程的有关时间间值，如到达达时间、运行行时间、结束束时间等，利利用评价公式式计算出各指指标的值。⒍了解一般SHELL命命令的执行过过程处理机调度级级别处理机调度是是操作系统的的主要功能之之一，它的实实现策略决定定了操作系统统的类型，其其调度算法的的优劣直接影影响整个系统统的性能。处理机调度的的任务是选出出待分派的作作业或进程，，为之分配处处理机。一般来说，，处理机调度度可分为三个个级别，分别别是高级调度度、中级调度度和低级调度度。高级调度又称称作业调度，，作业就是用用户程序及其其所需的数据据和命令的集集合，作业管管理就是对作作业的执行情情况进行系统统管理的程序序的集合。作作业调度程序序的主要功能能是审查系统统是否能满足足用户作业的的资源要求以以及按照一定定的算法来选选取作业。引入中级调度度的主要目的的是为了提高高内存的利用用率和系统吞吞吐量，使得得暂时不运行行的进程从内内存对换到外外存上。低级调度又称称进程调度，，其主要功能能是根据一定定的算法将CPU分派给给就绪队列中中的一个进程程。进程调度度是操作系统统中最基本的的一种调度，，其调度策略略的优劣直接接影响整个系系统的性能。。作业调度和进进程调度的功功能作业调度主要要功能是审查系统是是否能满足用用户作业的资资源要求以及及按照一定的的算法来选取取作业。主要要有：记录系统中各各个作业的情情况；按照某种调度度算法从后备备作业队列中中挑选作业；；为选中的作业业分配内存和和外设等资源源；为选中的作业业建立相应的的进程；作业结束后进进行善后处理理工作。进程调度主要功能保存将放弃CPU进程的的现场；根据一定的调调度算法，从从就绪队列中中挑选一个待待运行进程；；为选中的进程程恢复现场，，并把CPU的控制权交交给该进程作业调度的常常用算法先来先服务法法（FCFS）--如同同“排队买票票”，先来先先做时间片轮转法法（RR）--轮流坐庄庄优先级法--优先级别高高的“急事””先办其他调度算法法：短作业优先法法最短剩余时间间优先法多级队列法多级反馈队列列法等。调度性能的评评价不同的调度算算法有不同的的特性，往往往适用于某一一类进程的运运行。一般来来说，评价CPU调度算算法的常用准准则有：（1）CPU利用率（2）吞吐量量--单位时时间内CPU完成作业的的数量。（3）周转时时间--从作作业提交到作作业完成的时时间间隔。（4）就绪等等待时间（5）响应时时间--从提提交第一个请请求到产生第第一个响应所所用的时间。。UNIX常用用调度命令nohup：：以忽略挂起起和退出的方方式执行指定定的命令。at：指定定命令执行的的时间。batch：：命令执行的的优先级低于于at命令。。jobs：显显示当前shell下正正在运行哪些些作业（后台台作业）fg：把指指定的后台作作业移到前台台。bg：把前台台进程换到后后台执行SHELL命命令的执行过过程UNIX系统统中，shell命令是是用户与操作作系统之间的的界面，它以以用户态运行行，执行过程程如下：读命令：在$提示符下，，键入用户命命令，回车，，即可读入用用户命令。判对错：终端端进程分析用用户键入的命命令是否正确确。建子进程：终终端进程调用用fork，，建立子进程程。等待完成子进程运行子进程终止父进程运行发提示符SHELL命命令执行过程程流程图终端进程读入命令行命令有错典型例题1设有4道作业业，它们的提提交时间及执执行时间如下下：试计算在单道道程序环境下下，采用先来来先服务算法法和短作业优优先算法的平平均周转时间间和平均带权权周转时间作业号提交时间执行时间110.02.0210.21.0310.40.5410.50.3解答(1)若采用用先来先服务务调度算法，，其调度顺序序为1、2、、3、4平均周转时间间：T=（2.0+2.8+3.1+3.3)/4=2.8平均带权周转转时间W=(1+2.8+6.2+11)/4=5.25作业号提交时间执行时间开始时间完成时间周转时间带权周转时间110.02.010.012.02.01.0210.21.012.013.02.82.8310.40.513.013.53.16.2410.50.313.513.83.311.0作业号提交时间执行时间开始时间完成时间周转时间带权周转时间110.02.010.012.02.01.0410.50.312.012.31.86.0310.40.512.312.82.44.8210.21.012.813.83.63.6平均周转时间间：T=（2.0+1.8+2.4+3.6)/4=2.45平均带权周转转时间W=(1+6+4.8+3.6)/4=3.85(2)若采用用短作业优先先算法，则其其调度顺序为为1、4、3、2例题2在单CPU和和两台输入/输出设备(I1,I2)的多道程程序设计环境境下,同时投投入三个作业业JOB1、、JOB2、、JOB3运运行。这三个个作业对CPU和输入输输出设备的使使用顺序和时时间如下所示示：1：I2(30ms);CPU(10ms);I1(30ms);CPU(10ms);I2(20ms)2：I1(20ms);CPU(20ms);;I2(40ms)3：CPU(30ms);I1(20ms);CPU(10ms);I1(10ms)假定CPU、、I1、I2都能并行工工作，JOB1优先级最最高，JOB2次之，JOB3最低低，优先级高高的作业可以以抢占优先级级低的作业的CPU但不不抢占I1和和I2。试求求：（1）三个作作业从投入到到完成分别需需要的时间（2）从投入入到完成的CPU利用率率（3）输入输输出设备利用用率解答三个作业并发发执行的情况况如下：㈠从图式中可可以看出，JOB1从投投入到运行完完成需要110ms，JOB2从投投入到运行完完成需要90ms，JOB3从投入入到运行完成成需要110ms㈡CPU在时时间段60ms至70ms，80ms至90ms，100ms至110ms空闲闲，所以CPU的利用率率为(110-30)/110=72.7%㈢设备I1在在时间段20ms至40ms,90ms至100ms期间间空闲,设备备I2在时间间段30ms至50ms期间空闲,所以I1、、I2的利用用率分别为：：(110-30)/110=72.7%；(110-20)/110=81.8%第四章存储器管理学习重点：(1)用户程序的主主要处理阶段段；(2)存储器管理的的功能；(3)有关地址、重重定位、虚拟拟存储器、分分页、分段等等概念；(4)分页存储管理理技术的实现现思想；(5)分段存储管理理技术的实现现思想；(6)页面置换及先先进先出法。。教学要求(1)理解三三级存储器结结构：高速缓缓存，内存，，外存。(2)记住用户程序的主主要处理阶段段：编辑、编编译、连接、、装入、运行行。(3)结合1.1.2节，理解解存储器管理的的功能：内存存分配、地址址映射、内存存保护、内存存扩充。(4)牢固掌握以下下概念：逻辑辑地址、物理理地址、可重重定位地址、、重定位、静静态重定位、、动态重定位位、碎片、虚虚拟存储器。。(5)理解虚拟存储储器的基本特特征：虚拟扩扩充、部分装装入、离散分分配、多次对对换。虚存容容量主要受到到哪些方面的的限制？(6)掌握分分页和分段概概念，二者的的主要区别。。(7)掌握分页存储管理理技术的实现现思想，如何何实现从逻辑辑地址到物理理地址的转换换。(8)理解分段存储储管理技术的的实现思想。。(9)理解对换技术术的实现思想想。(10)理解解页面置换的的先进先出法法；了解最佳佳置换法（OPT）和最最近最少使用用置换法（LRU）。存储器的层次次三级存储器结结构:程序和数据必必须先移到内内存,才能被被CPU存取取高速缓存器CPU内存外存程序和数据可可以被CPU直接存取存储器存取时时间减少存储器存取速速度增加每位存储器成成本增加存储器容量减减少用户程序的主主要处理阶段段用户的源程序序（用高级语语言或汇编语语言编写的程程序）进入计计算机系统，，到该程序在在计算机上运运行，主要经经历5个处理理阶段。编辑阶段：利利用计算机提提供的编辑程程序，入UNIX中的vi，将用户户编好的程序序输入到计算算机内。生成成源程序文件件。编译阶段：把把源程序经过过翻译或汇编编处理，生成成目标代码。。编译过程即即把高级语言言翻译成计算算机理解的低低级语言。连接阶段：将将编译后得到到的一组目标标模块以及它它们所需的库库函数装配成成一个完整的的装入模块。。装入阶段：将将装入模块放放入分到的内内存区中。这这时需要进行行重定位，即即将装入模块块的逻辑地址址转变为内存存的实际物理理地址。运行阶段：运运行可执行的的程序file1.exe。用户程序的主主要处理阶段段存储器管理的的相关概念逻辑地址--用户程序经经编译后，每每个目标模块块以0为基地地址进行的顺顺序编址。逻逻辑地址又称称相对地址，，相对基地址址而言。物理地址--内存中各物物理存储单元元的地址从统统一的基地址址进行的顺序序编址。物理理地址又称绝绝对地址，它它是数据在内内存中的实际际存储地址。。重定位--把把逻辑地址转转变为内存的的物理地址的的过程静态重定位：：是在目标标程序装入内内存时，由装装入程序对目目标程序中的的指令和数据据进行修改，，即把程序中中逻辑地址都都改成实际的的内存地址。。过程如图图所示动态重定位：：是在程序执执行期间每次次访问内存之之前进行重定定位。需要一一个重定位寄寄存器BR。。用BR寄存存器的内容加加上操作对象象的逻辑地址址就得到实际际的内存地址址。过程如图图所示实存管理1、单一连续区分分配最简单的存储储分配方法，，即整个主存存区域的用户户空间均归一一个用户作业业使用。2、分区管理：由由于多道程序序设计技术的的产生，几个个作业得以共共享主存储区区，因此可以以采取分区法法分配内存。。分区法通常常有：（1）固定分分区：在系统统建立时确定定每个分区的的大小及分区区的个数；（2）动态分分区：在转入入作业时确定定分区的个数数及每个分区区的大小；回回收分区时，，合并相邻空空闲分区从而而避免分区越越来越小（3）可重定定位分区：在在装入作业时时，根据需要要及时地将空空闲存储区拼拼接在一起，，以消除碎片片，满足作业业对存储空间间的要求；对换：当主存存空间不能满满足作业要求求时，通过对对换技术来解解决。对换是是指系统把内内存中暂时不不能运行的进进程换出到外外存上，腾出出空间，把具具备运行条件件的进程从外外存换入内存存。对换是以以时间来换取取空间，减少少对换的信息息量和时间是是设计时要考考虑的问题。。虚拟存储器组组织问题的引入：：①内存不够够用的矛盾②②作业全部装装入造成内存存浪费③程序序执行具有局局部性规律虚拟存储器（（VirtualMemory））：是一种存存储管理技术术，用以完成成用小的内存存实现在大的的虚空间中程程序的运行工工作。虚拟存存储器是由操操作系统提供供的一个假想想的特大存储储器。虚拟存储器所所具有的基本本特征是：（1）虚拟扩扩充：不是物物理上、而是是逻辑上扩充充了内存容量量；（2）部分装装入：每个作作业不是全部部一次性地装装入内存，而而是只装入一一部分；（3）离散分分配：不必占占用连续的内内存空间，而而是“见缝插插针“（4）多次对对换：所需的的全部程序和和数据要分成成多次调入内内存。页式存储组织织页式存储管理理的基本原理理：逻辑地址空间间页，存储地地址空间分块块，页和块的的大小相等，，通过页表进进行管理。页页式系统的逻逻辑地址分为为页号和页内内位移量。页页表包括页号号和块号数据据项，它们一一一对应。根根据逻辑空间间的页号，查查找页表对应应项找到对应应的块号，块块号乘以块长长，加上位移移量就形成存存储空间的物物理地址。每每个作业的逻逻辑地址空间间是连续的，，而映象到内内存空间后就就不一定连续续了。请求分页页表表组成除了页号，块块号外，还包包括状态位（（指示该页面面是否在内存存中）、外存存地址、改变变位（该页的的内容在内存存中是否修改改过）、引用用位（最近是是否被引用））等。页式存储管理理的动态地址址转换过程是是：进程运行时，，其页表地址址已在系统的的动态地址转转换机构中的的基本地址寄寄存器中，执执行的指令访访问逻辑地址址（p，d））时，首先根根据页号p查查页表，由状状态位可知，，这个页是否否已经调入主主存。若调入入主存，则可可直接将虚地地址转换为实实地址，如果果该页未调入入主存，则产产生缺页中断断，以装入所所虚的页。1、逻辑地址址分页，内存存空间分块；；2、引入一个个页表，实现现从页号到物物理块号的地地址映射页号块号12233146解答提示：设页号为P，页内位移移为D，逻辑辑地址为A，，页面大小为为L，则：P=int（（A/L）W=AmodL例1：若在一分页页存储管理系系统中，某作作业的页表如如下所示。已已知页面超大大小为1024字节，试试将逻辑地址址为1011、2148、3000，4000、5012转化为相应应的物理地址址1、对于逻辑辑地址1011P=INT（（1011/1024））=0W=1011MOD1024=1024查页表知第0页在第2块块，所以物理理地址为2××1024+1011=30592、同理可知知，对于逻辑辑地址为2148，3000，4000，它们们的物理地址址分别为1124，1976，70723、对于逻辑辑地址5012P=INT（（5012/1024））=4，超过过页表长度，，所以地址非非法请求分页请求分页的基基本思想：硬件通过生成成访内地址若缺页，进行行缺页中断处处理，换入内内存请求分页=分分页+请求请求分页提供供虚拟存储器器页表中的状态态位指示该页页是否在内存存，若不在，，则产生缺页页中断请求分页的执执行过程与缺缺页中断具有快表的地地址变换机构构段式存储组织织段式存储管理理的基本原理理：是逻辑地址空空间分段，一一个作业是由由若干个具有有逻辑意义的的段，如主程程序、子程序序、数据段、、栈段等组成成的。在分段段系统中，允允许作业占据据主存中许多多分离的分区区，段内连续续，段有段号号，但段长可可以相同，通通过段表进行行管理。段式式系统的逻辑辑地址由段号号和段内位移移量两项组成成。段表由若若干表目组成成，每一表目目有段号、段段长、在主存存中的首地址址、存取方式式和状态位等等项。作业访访问虚存时，，根据地址空空间的段号，，查找段表对对应段号找到到段的首地址址，首地址加加上位移量就就是存储空间间的物理地址址。段式系统的动动态地址转换换过程：例题2：在一一个段式存储储管理系统中中，其段表为为：段号内存起始地址段长02105001235020210090313505904193895试求下述逻辑辑地址对应的的物理地址是是什么？段号段内位移0430110250034004112532解答提示：在段式存储储管理系统中中，为了实现现从逻辑地址址到物理地址址的转换，系系统将逻辑地地址中的段号号与段表长度度进行比较，，若段号超过过段表长度，，则产生越界界中断信号；；否则，则根根据段表始地地址和段号计计算出该段对对应段表项的的位置，从中中读出该段在在内存的起始始地址，再检检查段内地址址是否超过该该段的长度，，若超过，则则产生越界中中断信号；否否则，则将该该段的起始地地址与段内位位移相加，从从而得到了要要访问的物理理地址。1、由于第0段的内存起起始地址为210，段长长为500，，故逻辑地址址[0，430]是合法法地址，对应应的物理地址址为210+430=6402、同理第1段、第3段段逻辑地址合合法，对应的的物理地址分分别为2360，17503、对于第2、4段，段段内位移量大大于段长，地地址非法；4、对于第5段，由于段段号超过段表表长度，故地地址非法虚存管理--置换算法虚存中的置换换算法主要指指内存中页面面、段的选择择、换出算法法。好的置换换算法能适当当降低页面更更换频率。有有4种常用的的页面置换算算法：（1））先进进先先出出法法（FIFO））：：先先进进入入内内存存的的页页先先被被换换出出内内存存。。（2））最佳佳置置换换法法（OPT））：：选选择择将将来来不不再再被被使使用用，，或或在在最最远远的的将将来来才才被被访访问问的的老老页页换换出出。。（3））最近近最最少少使使用用置置换换法法（LRU））：：选选择择最最近近最最久久没没有有使使用用过过的的页页面面换换出出。。注意意：：OPT算算法法考考查查将将要要被被访访问问的的页页面面，，而而LRU算算法法考考查查已已访访问问过过的的页页面面。。从从时时间间上上考考虑虑，，前前者者是是向向前前看看的的，，后后者者是是向向后后看看的的。。（4））最最近近未未使使用用置置换换法法（（NUR））：：是是LRU算算法法的的一一种种近近似似评价价一一个个算算法法优优劣劣，，可可通通过过在在一一个个特特定定的的存存储储访访问问序序列列上上运运行行它它，，并并计计算算缺缺页页数数量量来来实实现现。。存存储储访访问问序序列列，，又又叫叫页页面面走走向向。。一般般来来说说，，随随着着可可用用块块数数的的增增加加，，缺缺页页数数将将减减少少。典型型例例题题1在一一个个请请求求分分页页存存储储管管理理系系统统中中，，一一个个作作业业的的页页面面走走向向为为4、、3、、2、、1、、4、、3、、5、、4、、3、、2、、1、、5，，当当分分配配给给该该作作业业的的物物理理块块数数分分别别为为3、、4时时，，试试计计算算采采用用下下述述页页面面淘淘汰汰算算法法时时的的缺缺页页率率（（假假设设开开始始执执行行时时主主存存中中没没有有页页面面）），，并并比比较较所所得得结结果果。。（1））最佳佳置换换算法法（2））先进进先出出算法法（3））最近近最久久未使使用淘淘汰算算法解：（1））根据据所给给页面面走向向，使使用最最佳页页面淘淘汰算算法，，页面面置换换情况况如下下：走向432143543215块14444422块2333331块321555缺页缺缺缺缺缺缺缺缺页率率：7/12走向432143543215块1444441块233333块32222块4155缺页缺缺缺缺缺缺缺页率率：6/12由上述述结果果可以以看出出，增增加分分配给给作业业的内内存块块数可可以降降低缺缺页率率（2））根据据所给给页面面走向向，使使用先先进先先出页页面淘淘汰算算法，，页面面置换换情况况如下下：走向432143543215块1444111555块233344422块32223331缺页缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺页率率：9/12走向4321435432152333344445块322223333块41111222缺页缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺页率率：10/12由上述述结果果看出出，对对先进进先出出算法法而言言，增增加分分配给给作业业的内内存块块数反反而使使缺页页率上上升，，这种种现象象称为为Belady现象象（3））根据据所给给页面面走向向，使使用最最近最最久页页面淘淘汰算算法，，页面面置换换情况况如下下：走向4321435432152333444411块322233335缺页缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺缺页率率：10/12走向432143543215块144444445块23333333块3225211块411122缺页缺缺缺缺缺缺缺缺缺页率率：8/12由上述述结果果可以以看出出，增增加分分配给给作业业的内内存块块数可可以降降低缺缺页率率第五章章文文件系系统1．学习重重点：：(1)文件件、文文件系系统的的概念念；(2)文件件的逻逻辑组组织和和物理理组织织的概概念；；(3)目录录和目目录结结构；；(4)路径径名和和文件件链接接；(5)文件件的存存取控控制；；(6)对文文件和和目录录的主主要操操作。。1．教学要要求：：(1)牢固固掌握握文件件、文文件系系统、、目录录概念念。(2)了解解文件件系统统的功功能。。(3)掌握握文件件的逻逻辑组组织和和物理理组织织的概概念，，以及及相应应的组组织形形式。。(4)掌握握目录录的基基本组组织方方式，，特别别是UNIX系系统的的目录录结构构。(5)了解解文件件存储储空间间的管管理。。(6)理解解路径径名和和文件件链接接的概概念。。(7)理解解文件件存取取控制制的作作用及及UNIX系统统中采采取的的办法法。记住UNIX系系统中中文件件的分分类，，对文文件和和目录录的基基本操操作命命令,如cat,more,ls,cp,cd,rm文件及及其分分类⒈文件件是具具有一一个名名称的的相关关信息息的集集合。。⒉文件件具有有自已已的属属性：：文件件类型型、文文件长长度、、文件件的物物理位位置、、文件件的存存取控控制、、文件件的建建立时时间⒊文件件的分分类㈠按用用途分分为：：系统统文件件、库库文件件、用用户文文件㈡按存存取权权限分分：只只读文文件、、读写写文件件、可可执行行文件件㈢按数数据形形式分分：源源文件件、目目标文文件、、可执执行文文件㈣按保保存时时间分分：临临时文文件、、永久久文件件⒋文件件系统统：就就是操操作系系统中中负责责控制制和管管理文文件的的一整整套设设施，，它负负责文文件的的共享享和保保护，，实现现文件件“按按名存存取””文件系系统的的功能能⒈文件件管理理：能能够按按照用用户要要求创创建一一个新新文件件、删删除一一个旧旧文件件，对对指定定的文文件进进行各各种操操作。。⒉目录录管理理：为为每个个文件件建立立一个个文件件目录录项，，若干干个文文件的的目录录项组组成一一个目目录文文件。。⒊文件件存储储空间间的管管理⒋文件件的共共享和和保护护⒌提供供方便便的接接口文件的的结构构文件的的结构构是指指文件件的组组织形形式。。从用户户的观观点所所看到到的文文件组组织形形式称称为文文件的的逻辑组组织（或文文件的的逻辑辑结构构）。。从实现现观点点出发发，文文件在在存储储器上上的实实际存存放方方式称称为文文件的的物理组组织（或文文件的的物理理结构构）。。文件件的物物理组组织侧侧重于于提高高存储储利用用率和和减少少存取取时间间。文文件的的存储储设备备通常常划分分为大大小相相同的的物理理块，，物理理块是是分配配和传传输信信息的的基本本单位位。文件的的逻辑辑组织织文件的的逻辑辑结构构是为为了方方便用用户使使用。。一般般文件件的逻逻辑结结构可可以分分为两两种，，即有有结构构的记记录式式文件件和无无结构构的流流式文文件。。记录式式文件件由记记录组组成，，即文文件内内的信信息划划分为为若干干个相相关的的记录录，以以记录录为单单位组组织和和使用用信息息。记记录式式文件件又按按其各各个记记录的的长度度是否否相同同，分分为定定长记记录文文件和和变长长记录录文件件。流式文文件的的内部部不再再划分分记