《操作系统总结》PPT课件.ppt

操 作 系 统 的 概 念定 义从 科 普 、 功 能 、 用 户 、 管 理 员 、 软 件 的 观 点 理解 操 作 系 统操 作 系 统 的 基 本 类 型批 处 理 、 分 时 、 实 时 、 个 人 计 算 机 、 网 络 、 分布 式 、 嵌 入 式 操 作 系 统 的 功 能处 理 机 管 理 、 存 储 管 理 、 设 备 管 理 、 文 件 管 理 、用 户 接 口操 作 系 统 的 特 征并 发 、 共 享 、 虚 拟 、 异 步现 代 操 作 系 统 特 征微 内 核 、 多 线 程 、 对 称 多 处 理 、 分 布 式 、 面 向 对 象 程 序 的 启 动 和 结 束程 序 的 启 动 （ 命 令 方 式 、 批 处 理 方 式 、EXEC方 式 、 硬 件 装 入 程 序 、 自 启 程 序 ）程 序 的 结 束 （ 正 常 结 束 、 异 常 结 束 ）作 业 的 基 本 概 念作 业 （ 用 户 角 度 、 系 统 角 度 ）作 业 组 织 （ 作 业 、 说 明 书 、 控 制 语 言 ） 作 业 的 建 立包 括 ： 作 业 的 输 入 、 作 业 控 制 块 的 建 立作 业 输 入 方 式联 机 输 入 、 脱 机 输 入 、 直 接 耦 合 、 Spooling、 网络作 业 控 制 块 的 建 立用 户 接 口程 序 级 接 口 、 操 作 级 接 口 、 图 形 用 户 接 口系 统 调 用 （ 类 、 功 能 、 实 现 过 程 ） 进 程 的 概 念程 序 的 顺 序 执 行 和 并 发 执 行定 义 、 条 件 、 特 点进 程 的 定 义 、 特 性 、 与 程 序 的 区 别进 程 的 描 述进 程 的 组 成 （ 程 序 +数 据 +PCB）进 程 控 制 块 PCB（ 作 用 、 所 包 含 信 息 ）进 程 上 下 文 （ 用 户 级 、 寄 存 器 级 、 系 统 级 ） 进 程 的 描 述PCB的 组 织 方 式 （ 链 表 、 索 引 表 ）进 程 的 状 态 及 转 换核 心 态 和 用 户 态内 存 中 3种 基 本 状 态 （ 转 换 、 条 件 ）扩 展 ： 3状 态 、 5状 态 、 7状 态 （ 状 态 、 转 换 、 条件 、 数 据 结 构 等 ）进 程 控 制功 能 、 原 语 、 UNIX进 程 管 理 线 程进 程 与 线 程 的 关 系线 程 引 入 的 作 用线 程 的 应 用线 程 的 状 态 及 转 换操 作 系 统 对 线 程 的 实 现 方 式进 程 与 线 程 的 比 较线 程 举 例 进 程 的 互 斥 与 同 步进 程 间 的 关 系 （ 同 步 、 互 斥 ）互 斥 算 法 （ 临 界 资 源 的 使 用 ）信 号 量 （ 信 号 量 和 P、 V原 语 ）经 典 进 程 同 步 问 题 （ 特 别 复 杂 的 互 斥 与 同 步 ） 进 程 间 通 信进 程 间 通 信 类 型消 息 缓 冲共 享 存 储 区管 道消 息套 接 字 死 锁死 锁 的 定 义 、 现 象 、 发 生 原 因 、 发 生 条 件死 锁 的 预 防 、 避 免 、死 锁 的 检 测 与 恢 复解 决 死 锁 的 综 合 方 法 分 级 调 度调 度 层 次 （ 与 状 态 转 换 、 与 时 间 周 期 、 操 作系 统 类 型 联 系 ）作 业 与 进 程 的 关 系 （ 从 调 度 的 角 度 ）作 业 调 度作 业 调 度 功 能作 页 调 度 中 状 态 的 转 换目 标 与 性 能 进 程 调 度进 程 调 度 的 功 能 、 时 机 、 上 下 文 切 换 、 性 能评 价调 度 算 法先 来 先 服 务 （ FCFS）短 作 业 优 先 （ SJF）最 高 响 应 比 优 先 （ HRR）时 间 片 轮 转 （ RR）多 级 队 列 调 度 算 法优 先 级静 态 、 动 态 优 先 级线 性 优 先 级 （ SRR）多 级 反 馈 队 列调 度 算 法 性 能 指 标调 度 算 法 应 用 举 例 实 时 调 度实 时 调 度 任 务 分 类实 时 调 度 特 点实 时 调 度 算 法静 态 表 驱 动静 态 优 先 级 驱 动 的 可 剥 夺 调 度动 态 分 析 调 度无 保 障 动 态 调 度 多 处 理 机 调 度与 单 处 理 机 调 度 的 区 别对 称 式 多 处 理 系 统 的 调 度非 对 称 式 多 处 理 系 统 的 调 度成 组 调 度专 用 处 理 机 的 调 度 存 储 管 理 的 功 能 和 目 标虚 拟 存 储 器存 储 管 理 的 功 能地 址 变 换内 外 存 数 据 传 输 的 控 制内 存 的 分 配 与 回 收内 存 信 息 的 共 享 与 保 护 分 区 存 储 管 理原 理固 定 分 区动 态 分 区分 配 、 释 放最 先 匹 配下 次 匹 配最 佳 匹 配最 坏 匹 配碎 片 及 解 决 覆 盖 与 交 换原 理 、 实 现 、 特 点页 式 和 段 式 存 储 管 理简 单 页 式 （ 原 理 、 数 据 结 构 、 地 址 变 换 、 特点 ）简 单 段 式 （ 原 理 、 数 据 结 构 、 地 址 变 换 、 特点 ）简 单 页 式 、 段 是 管 理 的 比 较 虚 拟 存 储 器原 理虚 拟 页 式与 简 单 页 式 管 理 的 关 系缺 页 中 断请 求 调 入 和 预 调 入虚 拟 段 式与 简 单 段 式 的 关 系特 点 虚 拟 存 储 器段 页 式地 址 变 换高 速 联 想 寄 存 器调 入 、 分 配 策 略置 换 算 法 （ 最 佳 OPT、 最 近 最 久 未 使 用 LRU、 先进 先 出 FIFO、 轮 转 、 最 不 常 用 LFU） 引 言文 件 管 理 的 目 的基 本 概 念 （ 文 件 、 目 录 、 文 件 分 类 ）文 件 系 统 的 结 构 和 功 能 元 素文 件 的 组 织文 件 的 组 织逻 辑 结 构物 理 结 构 文 件 目 录内 容结 构别 名 的 实 现 （ 硬 链 接 、 符 号 链 接 ）文 件 和 目 录 的 使 用文 件 的 访 问文 件 的 控 制目 录 管 理伪 文 件 文 件 共 享 和 访 问 控 制存 取 控 制共 享访 问 权 限并 发 访 问安 全 、 可 靠 性 文 件 存 储 空 间 管 理存 储 设 备空 间 分 配磁 盘 空 闲 空 间 管 理文 件 卷文 件 系 统 层 次 模 型文 件 系 统 举 例 （ DOS、 Windows、 UNIX） 引 言外 设 管 理 的 重 要 性外 设 的 类 型 和 特 征外 设 管 理 的 目 的 和 功 能外 设 管 理 结 构I/O控 制 技 术程 序 控 制 方 式 （ 查 询 、 中 断 ）DMA方 式 （ 工 作 原 理 、 与 中 断 的 区 别 ）通 道 方 式 （ 定 义 、 原 理 、 3种 通 道 、 ） 缓 冲 技 术缓 冲 技 术 的 作 用 和 目 的单 方 向 缓 冲 I/OCPU （ 单 缓 冲 、 双 缓 冲 、 环 形 缓冲 ）缓 冲 池 （ 3种 队 列 、 4种 操 作 ）设 备 分 配数 据 结 构分 配 原 则分 配 方 式假 脱 机 设 备 控 制设 备 控 制 过 程设 备 控 制 实 现 方 式I/O软 件 的 组 成磁 盘 设 备 管 理访 问 时 间调 度 策 略 （ 先 进 先 出 、 优 先 级 、 后 进 先 出 、短 查 找 时 间 优 先 、 各 种 扫 描 算 法 ）置 换 算 法 进 程 互 斥 与 同 步死 锁处 理 机 调 度存 储 管 理文 件 系 统 生 产 者 /消 费 者 问 题 (the producer/consumer problem)问 题 描 述 ： 若 干 进 程 通 过 有 限 的 共 享 缓 冲 区 交 换数 据 。 其 中 ， 生 产 者 进 程 不 断 写 入 ， 而 消 费 者 进 程 不 断 读 出 ； 共 享 缓 冲 区 共 有 N个 ； 任 何 时 刻只 能 有 一 个 进 程 可 对 共 享 缓 冲 区 进 行 操 作 。共 享 缓 冲 区生 产 指 针 消 费 指 针Producer 1Producer 2.Producer M Consumer 1Consumer 2.Consumer N满 空 指 针 移 动 方 向 设 信 号 量 ： full是 “ 满 ” 数 目 ， 初 值 为 0， empty是 “ 空 ” 数 目 ， 初 值 为 N。 实 际 上 ， full和 empty是 同 一 个 含 义 ： full + empty = N mutex用 于 访 问 缓 冲 区 时 的 互 斥 ， 初 值 是 1 ProducerP(empty);P(mutex); /进 入 区 one unit - buffer;V(mutex);V(full); /退 出 区 ConsumerP(full);P(mutex); /进 入 区 one unit n时因 此 ， 如 果 在 设 计 系 统 时 ， 能 预 测 到 进 程 并 发执 行 和 申 请 资 源 量 的 情 况 ， 只 要 每 个 进 程 所 需资 源 的 最 大 量 不 超 过 x,则 可 不 必 受 任 何 的 资 源分 配 策 略 的 限 制 ， 只 要 有 空 闲 资 源 就 可 分 配 给申 请 者 ， 系 统 不 会 有 死 锁 现 象 。 2、 假 定 系 统 中 有 四 个 进 程 P1、 P2、 P3、 P4和 三 种类 型 的 资 源 R1， R2， R3， 资 源 的 数 量 分 别 为 9、 3、6， 在 T0时 刻 的 资 源 分 配 情 况 如 图 :资 源 情 况进 程 MaxR1 R2 R3 AllocationR1 R2 R3 NeedR1 R2 R3 AvailableR1 R2 R3 P1 3 2 2 1 0 0 2 2 2 1 1 2 P2 6 1 3 5 1 1 1 0 2 P3 3 1 4 2 1 1 1 0 3 P4 4 2 2 0 0 2 4 2 0 T0时 刻是 否 安全 ？ 有 一 页 式 存 储 管 理 系 统 ， 向 用 户 提 供 的 逻 辑地 址 空 间 最 大 为 16页 ， 每 页 2048字 节 ， 内 存共 有 8个 存 储 块 ， 问 ： 逻 辑 地 址 至 少 应 为 多少 位 ？ 内 存 空 间 多 大 ？有 8页 的 逻 辑 空 间 ， 每 页 有 1024字 节 ， 它 们被 映 射 到 32块 的 物 理 存 储 区 中 ， 则 逻 辑 地 址的 有 效 位 （ ） 位 ， 物 理 地 址 至 少 是 （ ）位 。 一 分 页 存 储 管 理 系 统 ， 逻 辑 地 址 长 度为 16位 ， 页 面 大 小 为 2048字 节 ， 对 应的 页 表 如 下 ， 逻 辑 地 址 0A5CH和 2F6AH经 地 址 变 换 后 的 物 理 地 址 各 是 多 少 ？ 物 理 地 址8页 表 长 度 页 表 地 址控 制 寄 存 器页 号 页 面 号0 21 32 8 有 效 地 址2 1C41C4页 式 地 址 变 换 举 例 250010000111000100 给 出 段 号 和 段 内 地 址 ， 完成 段 式 管 理 中 的 地 址 变 换过 程对 于 段 号 ， 段 内 地 址 形式 ， 计 算 0,430 1,10 2,500 3,400的 内 存 地 址存 取 主 存 中 的 一 条 指 令 或数 据 至 少 要 访 问 几 次 主 存 ？ 段 号 段 长 度 主 存 起 始地 址01234 6601420058096 21933009012371952 段 表 起 始 地 址段 表 地 址 寄 存 器虚 拟 地 址1 1C4段 号 段 内 地 址 段 表段 号 始 址0 15001 3400 35C4内 存 第 2段 页 表段 地 址 寄 存 器段 表 长 度 段 表 始 址 页 号 其 它 页 面 1 12 2 19 3 21 4 8 5 10第 0段 页 表页 号 其 它 页 面 1 29 2段 号 其 它 页 表 长 度 页 表 始 址 0 5 1024 1 7 1029 2 9 1036段 表 某 进 程 在 内 存 中 分 配 三 个 页 面 ， 初 始 为 空 ， 页 面 走 向为 4， 3， 2， 1， 4， 3， 5， 4， 3， 2， 1， 5。 堆 栈第 五 章 存 储 管 理 FIFO 4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5页 1 4 3 2 1 4 3 5 5 5 2 1 1页 2 4 3 2 1 4 3 3 3 5 2 2页 3 4 3 2 1 4 4 4 3 5 5 x x x x x x x 3 3 x x 3 共 缺 页 中 断 9次 第 五 章 存 储 管 理 某 os采 用 可 变 分 区 分 配 方 法 管 理 ， 用 户 区 主 存512KB(0-511KB),自 由 区 由 空 闲 分 区 表 管 理 。 假设 分 配 时 采 用 分 配 自 由 区 的 低 地 址 部 分 的 方 案 ，假 设 初 始 时 全 为 空 。 对 于 下 述 申 请 次 序 ：req(300KB),req(100KB),release(300KB),req(150KB),req(30KB),req(40KB),req(60KB),release(30KB)1.采 用 首 次 适 应 法 ， 用 户 区 状 态 。 写 出 空 闲 分 区 表 。2.采 用 最 佳 适 应 法 ， 用 户 区 状 态 。 写 出 空 闲 分 区 表 。3.如 再 申 请 100KB， 各 有 什 么 结 果 ？ 编 程 实 现 P203-8。 设 索 引 表 数 组 为 index, 每 个 物 理 块 的块 号 用 m个 字 节 表 示 ， 物 理 块 长 为 PBL, 文 件 结 构 为 流 式文 件 。 给 定 字 节 偏 移 OFF,计 算 其 所 在 的 物 理 块 地 址 。解 ： 令 k = int(PBL/m)Int Off2PBN(Off) k = int(PBL/m);lbn = Off / PBL;if lbn10 then return indexlbn;Else I = (lbn-10) div k; J = (lbn-10) mod k; 读 文 件 的 第 Index10+I 号 块 的 内 容 buf; return bufj; 4096228454203111115010136714289156 824 1011109954952331452. 330033330832 74104289156 757601 331假 定 盘 块 的 大 小 为 1KB， 每 个 盘 块 号 占 4个 字 节 ， 文 件 索 引 节 点中 的 磁 盘 地 址 明 细 表 如 图 所 示 ， 如 何 将 下 列 文 件 的 字 节 偏 移量 转 换 为 物 理 地 址 ？1 9000 2 14000 3 350000 解 ：（ 1） 字 节 偏 移 量 为 9000， 此 时逻 辑 块 号 为 ： 9000/1024 8块 内 偏 移 量 为 ： 9000 8 1024 808因 逻 辑 块 号 小 于 10， 因 此 该 块 为 直 接 块 。 其 物 理 盘 块号 为 367， 该 块 中 的 第 808字 节 即 为 文 件 的 第 9000字 节（ 2） 字 节 偏 移 量 为 14000， 此 时逻 辑 块 号 为 ： 14000/1024 13块 内 偏 移 量 为 ： 14000 13 1024 688因 逻 辑 块 号 1013266， 因 此 该 块 为 一 次 间 接 块 。 由 图 可 知 ， 一 次 间 接 的 盘 块 号 为 428， 从 一 次 间接 块 中 读 出 盘 块 号 表 ， 查 得 其 物 块 号 为 952， 该 块 中的 第 688字 节 即 为 文 件 的 第 14000字 节 。 (3)字 节 偏 移 量 为 350000， 此 时逻 辑 块 号 为 ： 350000/1024 341块 内 偏 移 量 为 ： 350000 341 1024 816因 逻 辑 块 号 26634165802， 因 此 该 块 为 二 次 间接 块 。由 图 可 知 ， 二 次 间 接 块 的 盘 块 号 为 9156。 由 于一 个 一 次 间 接 块 中 可 容 纳 256个 块 号 ， 341-10-256 75 因 此 ， 字 节 偏 移 量 350000在 二 次 间 接 块的 第 0个 一 次 间 接 块 的 第 75个 表 项 中 ， 其 盘 块号 为 333， 该 块 中 的 第 816字 节 即 为 文 件 的 第350000字 节 。 一 个 树 形 结 构 的 文 件 系 统 如 图 所 示 ， 框 为 目 录 ，园 为 文 件 。可 否 进 行 下 列 操 作1.在 目 录 D中 建 立 一 个 文 件 ， 命 名 为 A；2.将 目 录 C改 名 为 A若 E和 G分 别 为 两 个 用 户 的 目 录1.用 户 E欲 共 享 文 件 Q， 应 有 什 么 条 件 ， 如 何 操 作 ？2.在 一 段 时 间 内 ， 用 户 G主 要 使 用 文 件 S和 T。 为 简便 操 作 和 提 高 速 度 ， 应 如 何 处 理 ？3.用 户 E欲 对 文 件 I加 以 保 护 ， 不 许 别 人 使 用 ， 能 否实 现 ？ 如 何 实 现 ？ 根 目 录A B C DE F G HI J K L M NO PQ R S T 但 愿 有 所 收 获 ！祝 学 业 有 成 ！再 见 ！