《操作系統(tǒng)總結(jié)》PPT課件.ppt

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1、 操 作 系 統(tǒng) 的 概 念定 義從 科 普 、 功 能 、 用 戶 、 管 理 員 、 軟 件 的 觀 點 理解 操 作 系 統(tǒng)操 作 系 統(tǒng) 的 基 本 類 型批 處 理 、 分 時 、 實 時 、 個 人 計 算 機 、 網(wǎng) 絡(luò) 、 分布 式 、 嵌 入 式 操 作 系 統(tǒng) 的 功 能處 理 機 管 理 、 存 儲 管 理 、 設(shè) 備 管 理 、 文 件 管 理 、用 戶 接 口操 作 系 統(tǒng) 的 特 征并 發(fā) 、 共 享 、 虛 擬 、 異 步現(xiàn) 代 操 作 系 統(tǒng) 特 征微 內(nèi) 核 、 多 線 程 、 對 稱 多 處 理 、 分 布 式 、 面 向 對 象 程 序 的 啟 動 和 結(jié)

2、 束程 序 的 啟 動 （ 命 令 方 式 、 批 處 理 方 式 、EXEC方 式 、 硬 件 裝 入 程 序 、 自 啟 程 序 ）程 序 的 結(jié) 束 （ 正 常 結(jié) 束 、 異 常 結(jié) 束 ）作 業(yè) 的 基 本 概 念作 業(yè) （ 用 戶 角 度 、 系 統(tǒng) 角 度 ）作 業(yè) 組 織 （ 作 業(yè) 、 說 明 書 、 控 制 語 言 ） 作 業(yè) 的 建 立包 括 ： 作 業(yè) 的 輸 入 、 作 業(yè) 控 制 塊 的 建 立作 業(yè) 輸 入 方 式聯(lián) 機 輸 入 、 脫 機 輸 入 、 直 接 耦 合 、 Spooling、 網(wǎng)絡(luò)作 業(yè) 控 制 塊 的 建 立用 戶 接 口程 序 級 接 口 、

3、操 作 級 接 口 、 圖 形 用 戶 接 口系 統(tǒng) 調(diào) 用 （ 類 、 功 能 、 實 現(xiàn) 過 程 ） 進 程 的 概 念程 序 的 順 序 執(zhí) 行 和 并 發(fā) 執(zhí) 行定 義 、 條 件 、 特 點進 程 的 定 義 、 特 性 、 與 程 序 的 區(qū) 別進 程 的 描 述進 程 的 組 成 （ 程 序 +數(shù) 據(jù) +PCB）進 程 控 制 塊 PCB（ 作 用 、 所 包 含 信 息 ）進 程 上 下 文 （ 用 戶 級 、 寄 存 器 級 、 系 統(tǒng) 級 ） 進 程 的 描 述PCB的 組 織 方 式 （ 鏈 表 、 索 引 表 ）進 程 的 狀 態(tài) 及 轉(zhuǎn) 換核 心 態(tài) 和 用 戶 態(tài)內(nèi)

4、 存 中 3種 基 本 狀 態(tài) （ 轉(zhuǎn) 換 、 條 件 ）擴 展 ： 3狀 態(tài) 、 5狀 態(tài) 、 7狀 態(tài) （ 狀 態(tài) 、 轉(zhuǎn) 換 、 條件 、 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 等 ）進 程 控 制功 能 、 原 語 、 UNIX進 程 管 理 線 程進 程 與 線 程 的 關(guān) 系線 程 引 入 的 作 用線 程 的 應(yīng) 用線 程 的 狀 態(tài) 及 轉(zhuǎn) 換操 作 系 統(tǒng) 對 線 程 的 實 現(xiàn) 方 式進 程 與 線 程 的 比 較線 程 舉 例 進 程 的 互 斥 與 同 步進 程 間 的 關(guān) 系 （ 同 步 、 互 斥 ）互 斥 算 法 （ 臨 界 資 源 的 使 用 ）信 號 量 （ 信 號 量 和 P、

5、V原 語 ）經(jīng) 典 進 程 同 步 問 題 （ 特 別 復(fù) 雜 的 互 斥 與 同 步 ） 進 程 間 通 信進 程 間 通 信 類 型消 息 緩 沖共 享 存 儲 區(qū)管 道消 息套 接 字 死 鎖死 鎖 的 定 義 、 現(xiàn) 象 、 發(fā) 生 原 因 、 發(fā) 生 條 件死 鎖 的 預(yù) 防 、 避 免 、死 鎖 的 檢 測 與 恢 復(fù)解 決 死 鎖 的 綜 合 方 法 分 級 調(diào) 度調(diào) 度 層 次 （ 與 狀 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 、 與 時 間 周 期 、 操 作系 統(tǒng) 類 型 聯(lián) 系 ）作 業(yè) 與 進 程 的 關(guān) 系 （ 從 調(diào) 度 的 角 度 ）作 業(yè) 調(diào) 度作 業(yè) 調(diào) 度 功 能作 頁 調(diào) 度 中

6、狀 態(tài) 的 轉(zhuǎn) 換目 標 與 性 能 進 程 調(diào) 度進 程 調(diào) 度 的 功 能 、 時 機 、 上 下 文 切 換 、 性 能評 價調(diào) 度 算 法先 來 先 服 務(wù) （ FCFS）短 作 業(yè) 優(yōu) 先 （ SJF）最 高 響 應(yīng) 比 優(yōu) 先 （ HRR）時 間 片 輪 轉(zhuǎn) （ RR）多 級 隊 列 調(diào) 度 算 法優(yōu) 先 級靜 態(tài) 、 動 態(tài) 優(yōu) 先 級線 性 優(yōu) 先 級 （ SRR）多 級 反 饋 隊 列調(diào) 度 算 法 性 能 指 標調(diào) 度 算 法 應(yīng) 用 舉 例 實 時 調(diào) 度實 時 調(diào) 度 任 務(wù) 分 類實 時 調(diào) 度 特 點實 時 調(diào) 度 算 法靜 態(tài) 表 驅(qū) 動靜 態(tài) 優(yōu) 先 級 驅(qū) 動

7、 的 可 剝 奪 調(diào) 度動 態(tài) 分 析 調(diào) 度無 保 障 動 態(tài) 調(diào) 度 多 處 理 機 調(diào) 度與 單 處 理 機 調(diào) 度 的 區(qū) 別對 稱 式 多 處 理 系 統(tǒng) 的 調(diào) 度非 對 稱 式 多 處 理 系 統(tǒng) 的 調(diào) 度成 組 調(diào) 度專 用 處 理 機 的 調(diào) 度 存 儲 管 理 的 功 能 和 目 標虛 擬 存 儲 器存 儲 管 理 的 功 能地 址 變 換內(nèi) 外 存 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 控 制內(nèi) 存 的 分 配 與 回 收內(nèi) 存 信 息 的 共 享 與 保 護 分 區(qū) 存 儲 管 理原 理固 定 分 區(qū)動 態(tài) 分 區(qū)分 配 、 釋 放最 先 匹 配下 次 匹 配最 佳 匹 配最 壞 匹

8、配碎 片 及 解 決 覆 蓋 與 交 換原 理 、 實 現(xiàn) 、 特 點頁 式 和 段 式 存 儲 管 理簡 單 頁 式 （ 原 理 、 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 、 地 址 變 換 、 特點 ）簡 單 段 式 （ 原 理 、 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 、 地 址 變 換 、 特點 ）簡 單 頁 式 、 段 是 管 理 的 比 較 虛 擬 存 儲 器原 理虛 擬 頁 式與 簡 單 頁 式 管 理 的 關(guān) 系缺 頁 中 斷請 求 調(diào) 入 和 預(yù) 調(diào) 入虛 擬 段 式與 簡 單 段 式 的 關(guān) 系特 點 虛 擬 存 儲 器段 頁 式地 址 變 換高 速 聯(lián) 想 寄 存 器調(diào) 入 、 分 配 策 略置 換 算 法 （ 最

9、 佳 OPT、 最 近 最 久 未 使 用 LRU、 先進 先 出 FIFO、 輪 轉(zhuǎn) 、 最 不 常 用 LFU） 引 言文 件 管 理 的 目 的基 本 概 念 （ 文 件 、 目 錄 、 文 件 分 類 ）文 件 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 和 功 能 元 素文 件 的 組 織文 件 的 組 織邏 輯 結(jié) 構(gòu)物 理 結(jié) 構(gòu) 文 件 目 錄內(nèi) 容結(jié) 構(gòu)別 名 的 實 現(xiàn) （ 硬 鏈 接 、 符 號 鏈 接 ）文 件 和 目 錄 的 使 用文 件 的 訪 問文 件 的 控 制目 錄 管 理偽 文 件 文 件 共 享 和 訪 問 控 制存 取 控 制共 享訪 問 權(quán) 限并 發(fā) 訪 問安 全 、 可 靠

10、 性 文 件 存 儲 空 間 管 理存 儲 設(shè) 備空 間 分 配磁 盤 空 閑 空 間 管 理文 件 卷文 件 系 統(tǒng) 層 次 模 型文 件 系 統(tǒng) 舉 例 （ DOS、 Windows、 UNIX） 引 言外 設(shè) 管 理 的 重 要 性外 設(shè) 的 類 型 和 特 征外 設(shè) 管 理 的 目 的 和 功 能外 設(shè) 管 理 結(jié) 構(gòu)I/O控 制 技 術(shù)程 序 控 制 方 式 （ 查 詢 、 中 斷 ）DMA方 式 （ 工 作 原 理 、 與 中 斷 的 區(qū) 別 ）通 道 方 式 （ 定 義 、 原 理 、 3種 通 道 、 ） 緩 沖 技 術(shù)緩 沖 技 術(shù) 的 作 用 和 目 的單 方 向 緩 沖

11、I/OCPU （ 單 緩 沖 、 雙 緩 沖 、 環(huán) 形 緩沖 ）緩 沖 池 （ 3種 隊 列 、 4種 操 作 ）設(shè) 備 分 配數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu)分 配 原 則分 配 方 式假 脫 機 設(shè) 備 控 制設(shè) 備 控 制 過 程設(shè) 備 控 制 實 現(xiàn) 方 式I/O軟 件 的 組 成磁 盤 設(shè) 備 管 理訪 問 時 間調(diào) 度 策 略 （ 先 進 先 出 、 優(yōu) 先 級 、 后 進 先 出 、短 查 找 時 間 優(yōu) 先 、 各 種 掃 描 算 法 ）置 換 算 法 進 程 互 斥 與 同 步死 鎖處 理 機 調(diào) 度存 儲 管 理文 件 系 統(tǒng) 生 產(chǎn) 者 /消 費 者 問 題 (the producer/

12、consumer problem)問 題 描 述 ： 若 干 進 程 通 過 有 限 的 共 享 緩 沖 區(qū) 交 換數(shù) 據(jù) 。 其 中 ， 生 產(chǎn) 者 進 程 不 斷 寫 入 ， 而 消 費 者 進 程 不 斷 讀 出 ； 共 享 緩 沖 區(qū) 共 有 N個 ； 任 何 時 刻只 能 有 一 個 進 程 可 對 共 享 緩 沖 區(qū) 進 行 操 作 。共 享 緩 沖 區(qū)生 產(chǎn) 指 針 消 費 指 針Producer 1Producer 2.Producer M Consumer 1Consumer 2.Consumer N滿 空 指 針 移 動 方 向 設(shè) 信 號 量 ： full是 “ 滿 ”

13、數(shù) 目 ， 初 值 為 0， empty是 “ 空 ” 數(shù) 目 ， 初 值 為 N。 實 際 上 ， full和 empty是 同 一 個 含 義 ： full + empty = N mutex用 于 訪 問 緩 沖 區(qū) 時 的 互 斥 ， 初 值 是 1 ProducerP(empty);P(mutex); /進 入 區(qū) one unit - buffer;V(mutex);V(full); /退 出 區(qū) ConsumerP(full);P(mutex); /進 入 區(qū) one unit n時因 此 ， 如 果 在 設(shè) 計 系 統(tǒng) 時 ， 能 預(yù) 測 到 進 程 并 發(fā)執(zhí) 行 和 申 請

14、資 源 量 的 情 況 ， 只 要 每 個 進 程 所 需資 源 的 最 大 量 不 超 過 x,則 可 不 必 受 任 何 的 資 源分 配 策 略 的 限 制 ， 只 要 有 空 閑 資 源 就 可 分 配 給申 請 者 ， 系 統(tǒng) 不 會 有 死 鎖 現(xiàn) 象 。 2、 假 定 系 統(tǒng) 中 有 四 個 進 程 P1、 P2、 P3、 P4和 三 種類 型 的 資 源 R1， R2， R3， 資 源 的 數(shù) 量 分 別 為 9、 3、6， 在 T0時 刻 的 資 源 分 配 情 況 如 圖 :資 源 情 況進 程 MaxR1 R2 R3 AllocationR1 R2 R3 NeedR1 R

15、2 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時 刻是 否 安全 ？ 有 一 頁 式 存 儲 管 理 系 統(tǒng) ， 向 用 戶 提 供 的 邏 輯地 址 空 間 最 大 為 16頁 ， 每 頁 2048字 節(jié) ， 內(nèi) 存共 有 8個 存 儲 塊 ， 問 ： 邏 輯 地 址 至 少 應(yīng) 為 多少 位 ？ 內(nèi) 存 空 間 多 大 ？有 8頁 的 邏 輯 空 間 ， 每 頁 有 1024字 節(jié) ， 它 們被 映 射 到

16、32塊 的 物 理 存 儲 區(qū) 中 ， 則 邏 輯 地 址的 有 效 位 （ ） 位 ， 物 理 地 址 至 少 是 （ ）位 。 一 分 頁 存 儲 管 理 系 統(tǒng) ， 邏 輯 地 址 長 度為 16位 ， 頁 面 大 小 為 2048字 節(jié) ， 對 應(yīng)的 頁 表 如 下 ， 邏 輯 地 址 0A5CH和 2F6AH經(jīng) 地 址 變 換 后 的 物 理 地 址 各 是 多 少 ？ 物 理 地 址8頁 表 長 度 頁 表 地 址控 制 寄 存 器頁 號 頁 面 號0 21 32 8 有 效 地 址2 1C41C4頁 式 地 址 變 換 舉 例 250010000111000100 給 出 段 號

17、 和 段 內(nèi) 地 址 ， 完成 段 式 管 理 中 的 地 址 變 換過 程對 于 段 號 ， 段 內(nèi) 地 址 形式 ， 計 算 0,430 1,10 2,500 3,400的 內(nèi) 存 地 址存 取 主 存 中 的 一 條 指 令 或數(shù) 據(jù) 至 少 要 訪 問 幾 次 主 存 ？ 段 號 段 長 度 主 存 起 始地 址01234 6601420058096 21933009012371952 段 表 起 始 地 址段 表 地 址 寄 存 器虛 擬 地 址1 1C4段 號 段 內(nèi) 地 址 段 表段 號 始 址0 15001 3400 35C4內(nèi) 存 第 2段 頁 表段 地 址 寄 存 器段 表

18、 長 度 段 表 始 址 頁 號 其 它 頁 面 1 12 2 19 3 21 4 8 5 10第 0段 頁 表頁 號 其 它 頁 面 1 29 2段 號 其 它 頁 表 長 度 頁 表 始 址 0 5 1024 1 7 1029 2 9 1036段 表 某 進 程 在 內(nèi) 存 中 分 配 三 個 頁 面 ， 初 始 為 空 ， 頁 面 走 向為 4， 3， 2， 1， 4， 3， 5， 4， 3， 2， 1， 5。 堆 棧第 五 章 存 儲 管 理 FIFO 4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5頁 1 4 3 2 1 4 3 5 5 5 2 1 1頁 2 4 3 2 1 4 3 3

19、 3 5 2 2頁 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 頁 中 斷 9次 第 五 章 存 儲 管 理 某 os采 用 可 變 分 區(qū) 分 配 方 法 管 理 ， 用 戶 區(qū) 主 存512KB(0-511KB),自 由 區(qū) 由 空 閑 分 區(qū) 表 管 理 。 假設(shè) 分 配 時 采 用 分 配 自 由 區(qū) 的 低 地 址 部 分 的 方 案 ，假 設(shè) 初 始 時 全 為 空 。 對 于 下 述 申 請 次 序 ：req(300KB),req(100KB),release(300KB),req(150KB),req(30KB),req(

20、40KB),req(60KB),release(30KB)1.采 用 首 次 適 應(yīng) 法 ， 用 戶 區(qū) 狀 態(tài) 。 寫 出 空 閑 分 區(qū) 表 。2.采 用 最 佳 適 應(yīng) 法 ， 用 戶 區(qū) 狀 態(tài) 。 寫 出 空 閑 分 區(qū) 表 。3.如 再 申 請 100KB， 各 有 什 么 結(jié) 果 ？ 編 程 實 現(xiàn) P203-8。 設(shè) 索 引 表 數(shù) 組 為 index, 每 個 物 理 塊 的塊 號 用 m個 字 節(jié) 表 示 ， 物 理 塊 長 為 PBL, 文 件 結(jié) 構(gòu) 為 流 式文 件 。 給 定 字 節(jié) 偏 移 OFF,計 算 其 所 在 的 物 理 塊 地 址 。解 ： 令 k =

21、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; 讀 文 件 的 第 Index10+I 號 塊 的 內(nèi) 容 buf; return bufj; 4096228454203111115010136714289156 824 1011109954952331452. 330033330832 74104289156 757601 331假 定 盤 塊 的 大 小 為 1KB， 每 個

22、 盤 塊 號 占 4個 字 節(jié) ， 文 件 索 引 節(jié) 點中 的 磁 盤 地 址 明 細 表 如 圖 所 示 ， 如 何 將 下 列 文 件 的 字 節(jié) 偏 移量 轉(zhuǎn) 換 為 物 理 地 址 ？1 9000 2 14000 3 350000 解 ：（ 1） 字 節(jié) 偏 移 量 為 9000， 此 時邏 輯 塊 號 為 ： 9000/1024 8塊 內(nèi) 偏 移 量 為 ： 9000 8 1024 808因 邏 輯 塊 號 小 于 10， 因 此 該 塊 為 直 接 塊 。 其 物 理 盤 塊號 為 367， 該 塊 中 的 第 808字 節(jié) 即 為 文 件 的 第 9000字 節(jié)（ 2） 字 節(jié)

23、 偏 移 量 為 14000， 此 時邏 輯 塊 號 為 ： 14000/1024 13塊 內(nèi) 偏 移 量 為 ： 14000 13 1024 688因 邏 輯 塊 號 1013266， 因 此 該 塊 為 一 次 間 接 塊 。 由 圖 可 知 ， 一 次 間 接 的 盤 塊 號 為 428， 從 一 次 間接 塊 中 讀 出 盤 塊 號 表 ， 查 得 其 物 塊 號 為 952， 該 塊 中的 第 688字 節(jié) 即 為 文 件 的 第 14000字 節(jié) 。 (3)字 節(jié) 偏 移 量 為 350000， 此 時邏 輯 塊 號 為 ： 350000/1024 341塊 內(nèi) 偏 移 量 為 ：

24、 350000 341 1024 816因 邏 輯 塊 號 26634165802， 因 此 該 塊 為 二 次 間接 塊 。由 圖 可 知 ， 二 次 間 接 塊 的 盤 塊 號 為 9156。 由 于一 個 一 次 間 接 塊 中 可 容 納 256個 塊 號 ， 341-10-256 75 因 此 ， 字 節(jié) 偏 移 量 350000在 二 次 間 接 塊的 第 0個 一 次 間 接 塊 的 第 75個 表 項 中 ， 其 盤 塊號 為 333， 該 塊 中 的 第 816字 節(jié) 即 為 文 件 的 第350000字 節(jié) 。 一 個 樹 形 結(jié) 構(gòu) 的 文 件 系 統(tǒng) 如 圖 所 示 ，

25、 框 為 目 錄 ，園 為 文 件 。可 否 進 行 下 列 操 作1.在 目 錄 D中 建 立 一 個 文 件 ， 命 名 為 A；2.將 目 錄 C改 名 為 A若 E和 G分 別 為 兩 個 用 戶 的 目 錄1.用 戶 E欲 共 享 文 件 Q， 應(yīng) 有 什 么 條 件 ， 如 何 操 作 ？2.在 一 段 時 間 內(nèi) ， 用 戶 G主 要 使 用 文 件 S和 T。 為 簡便 操 作 和 提 高 速 度 ， 應(yīng) 如 何 處 理 ？3.用 戶 E欲 對 文 件 I加 以 保 護 ， 不 許 別 人 使 用 ， 能 否實 現(xiàn) ？ 如 何 實 現(xiàn) ？ 根 目 錄A B C DE F G HI J K L M NO PQ R S T 但 愿 有 所 收 獲 ！祝 學 業(yè) 有 成 ！再 見 ！