《操作系統(tǒng)總結(jié)》PPT課件.ppt

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(diǎn) 理解 操 作 系 統(tǒng)操 作 系 統(tǒng) 的 基 本 類 型批 處 理 、 分 時(shí) 、 實(shí) 時(shí) 、 個(gè) 人 計(jì) 算 機(jī) 、 網(wǎng) 絡(luò) 、 分布 式 、 嵌 入 式 操 作 系 統(tǒng) 的 功 能處 理 機(jī) 管 理 、 存 儲(chǔ) 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(duì) 稱 多 處 理 、 分 布 式 、 面 向 對(duì) 象 程 序 的 啟 動(dòng) 和 結(jié) 束程 序 的 啟 動(dòng) （ 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(shuō) 明 書 、 控 制 語(yǔ) 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(jī) 輸 入 、 脫 機(jī) 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(jí) 接 口 、 操 作 級(jí) 接 口 、 圖 形 用 戶 接 口系 統(tǒng) 調(diào) 用 （ 類 、 功 能 、 實(shí) 現(xiàn) 過(guò) 程 ） 進(jìn) 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(diǎn)進(jìn) 程 的 定 義 、 特 性 、 與 程 序 的 區(qū) 別進(jìn) 程 的 描 述進(jìn) 程 的 組 成 （ 程 序 +數(shù) 據(jù) +PCB）進(jìn) 程 控 制 塊 PCB（ 作 用 、 所 包 含 信 息 ）進(jìn) 程 上 下 文 （ 用 戶 級(jí) 、 寄 存 器 級(jí) 、 系 統(tǒng) 級(jí) ） 進(jìn) 程 的 描 述PCB的 組 織 方 式 （ 鏈 表 、 索 引 表 ）進(jìn) 程 的 狀 態(tài) 及 轉(zhuǎn) 換核 心 態(tài) 和 用 戶 態(tài)內(nèi) 存 中 3種 基 本 狀 態(tài) （ 轉(zhuǎn) 換 、 條 件 ）擴(kuò) 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(jìn) 程 控 制功 能 、 原 語(yǔ) 、 UNIX進(jìn) 程 管 理 線 程進(jìn) 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(duì) 線 程 的 實(shí) 現(xiàn) 方 式進(jìn) 程 與 線 程 的 比 較線 程 舉 例 進(jìn) 程 的 互 斥 與 同 步進(jìn) 程 間 的 關(guān) 系 （ 同 步 、 互 斥 ）互 斥 算 法 （ 臨 界 資 源 的 使 用 ）信 號(hào) 量 （ 信 號(hào) 量 和 P、 V原 語(yǔ) ）經(jīng) 典 進(jìn) 程 同 步 問(wèn) 題 （ 特 別 復(fù) 雜 的 互 斥 與 同 步 ） 進(jìn) 程 間 通 信進(jìn) 程 間 通 信 類 型消 息 緩 沖共 享 存 儲(chǔ) 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(cè) 與 恢 復(fù)解 決 死 鎖 的 綜 合 方 法 分 級(jí) 調(diào) 度調(diào) 度 層 次 （ 與 狀 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 、 與 時(shí) 間 周 期 、 操 作系 統(tǒng) 類 型 聯(lián) 系 ）作 業(yè) 與 進(jìn) 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(yè) 調(diào) 度 中 狀 態(tài) 的 轉(zhuǎn) 換目 標(biāo) 與 性 能 進(jìn) 程 調(diào) 度進(jìn) 程 調(diào) 度 的 功 能 、 時(shí) 機(jī) 、 上 下 文 切 換 、 性 能評(píng) 價(jià)調(diào) 度 算 法先 來(lái) 先 服 務(wù) （ FCFS）短 作 業(yè) 優(yōu) 先 （ SJF）最 高 響 應(yīng) 比 優(yōu) 先 （ HRR）時(shí) 間 片 輪 轉(zhuǎn) （ RR）多 級(jí) 隊(duì) 列 調(diào) 度 算 法優(yōu) 先 級(jí)靜 態(tài) 、 動(dòng) 態(tài) 優(yōu) 先 級(jí)線 性 優(yōu) 先 級(jí) （ SRR）多 級(jí) 反 饋 隊(duì) 列調(diào) 度 算 法 性 能 指 標(biāo)調(diào) 度 算 法 應(yīng) 用 舉 例 實(shí) 時(shí) 調(diào) 度實(shí) 時(shí) 調(diào) 度 任 務(wù) 分 類實(shí) 時(shí) 調(diào) 度 特 點(diǎn)實(shí) 時(shí) 調(diào) 度 算 法靜 態(tài) 表 驅(qū) 動(dòng)靜 態(tài) 優(yōu) 先 級(jí) 驅(qū) 動(dòng) 的 可 剝 奪 調(diào) 度動(dòng) 態(tài) 分 析 調(diào) 度無(wú) 保 障 動(dòng) 態(tài) 調(diào) 度 多 處 理 機(jī) 調(diào) 度與 單 處 理 機(jī) 調(diào) 度 的 區(qū) 別對(duì) 稱 式 多 處 理 系 統(tǒng) 的 調(diào) 度非 對(duì) 稱 式 多 處 理 系 統(tǒng) 的 調(diào) 度成 組 調(diào) 度專 用 處 理 機(jī) 的 調(diào) 度 存 儲(chǔ) 管 理 的 功 能 和 目 標(biāo)虛 擬 存 儲(chǔ) 器存 儲(chǔ) 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(hù) 分 區(qū) 存 儲(chǔ) 管 理原 理固 定 分 區(qū)動(dòng) 態(tài) 分 區(qū)分 配 、 釋 放最 先 匹 配下 次 匹 配最 佳 匹 配最 壞 匹 配碎 片 及 解 決 覆 蓋 與 交 換原 理 、 實(shí) 現(xiàn) 、 特 點(diǎn)頁(yè) 式 和 段 式 存 儲(chǔ) 管 理簡(jiǎn) 單 頁(yè) 式 （ 原 理 、 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 、 地 址 變 換 、 特點(diǎn) ）簡(jiǎn) 單 段 式 （ 原 理 、 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 、 地 址 變 換 、 特點(diǎn) ）簡(jiǎn) 單 頁(yè) 式 、 段 是 管 理 的 比 較 虛 擬 存 儲(chǔ) 器原 理虛 擬 頁(yè) 式與 簡(jiǎn) 單 頁(yè) 式 管 理 的 關(guān) 系缺 頁(yè) 中 斷請(qǐng) 求 調(diào) 入 和 預(yù) 調(diào) 入虛 擬 段 式與 簡(jiǎn) 單 段 式 的 關(guān) 系特 點(diǎn) 虛 擬 存 儲(chǔ) 器段 頁(yè) 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 佳 OPT、 最 近 最 久 未 使 用 LRU、 先進(jìn) 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(shí) 現(xiàn) （ 硬 鏈 接 、 符 號(hào) 鏈 接 ）文 件 和 目 錄 的 使 用文 件 的 訪 問(wèn)文 件 的 控 制目 錄 管 理偽 文 件 文 件 共 享 和 訪 問(wèn) 控 制存 取 控 制共 享訪 問(wèn) 權(quán) 限并 發(fā) 訪 問(wèn)安 全 、 可 靠 性 文 件 存 儲(chǔ) 空 間 管 理存 儲(chǔ) 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 I/OCPU （ 單 緩 沖 、 雙 緩 沖 、 環(huán) 形 緩沖 ）緩 沖 池 （ 3種 隊(duì) 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(jī) 設(shè) 備 控 制設(shè) 備 控 制 過(guò) 程設(shè) 備 控 制 實(shí) 現(xiàn) 方 式I/O軟 件 的 組 成磁 盤 設(shè) 備 管 理訪 問(wèn) 時(shí) 間調(diào) 度 策 略 （ 先 進(jìn) 先 出 、 優(yōu) 先 級(jí) 、 后 進(jìn) 先 出 、短 查 找 時(shí) 間 優(yōu) 先 、 各 種 掃 描 算 法 ）置 換 算 法 進(jìn) 程 互 斥 與 同 步死 鎖處 理 機(jī) 調(diào) 度存 儲(chǔ) 管 理文 件 系 統(tǒng) 生 產(chǎn) 者 /消 費(fèi) 者 問(wèn) 題 (the producer/consumer problem)問(wèn) 題 描 述 ： 若 干 進(jìn) 程 通 過(guò) 有 限 的 共 享 緩 沖 區(qū) 交 換數(shù) 據(jù) 。 其 中 ， 生 產(chǎn) 者 進(jìn) 程 不 斷 寫 入 ， 而 消 費(fèi) 者 進(jìn) 程 不 斷 讀 出 ； 共 享 緩 沖 區(qū) 共 有 N個(gè) ； 任 何 時(shí) 刻只 能 有 一 個(gè) 進(jìn) 程 可 對(duì) 共 享 緩 沖 區(qū) 進(jìn) 行 操 作 。共 享 緩 沖 區(qū)生 產(chǎn) 指 針 消 費(fèi) 指 針Producer 1Producer 2.Producer M Consumer 1Consumer 2.Consumer N滿 空 指 針 移 動(dòng) 方 向 設(shè) 信 號(hào) 量 ： full是 “ 滿 ” 數(shù) 目 ， 初 值 為 0， empty是 “ 空 ” 數(shù) 目 ， 初 值 為 N。 實(shí) 際 上 ， full和 empty是 同 一 個(gè) 含 義 ： full + empty = N mutex用 于 訪 問(wèn) 緩 沖 區(qū) 時(shí) 的 互 斥 ， 初 值 是 1 ProducerP(empty);P(mutex); /進(jìn) 入 區(qū) one unit - buffer;V(mutex);V(full); /退 出 區(qū) ConsumerP(full);P(mutex); /進(jìn) 入 區(qū) one unit n時(shí)因 此 ， 如 果 在 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 時(shí) ， 能 預(yù) 測(cè) 到 進(jìn) 程 并 發(fā)執(zhí) 行 和 申 請(qǐng) 資 源 量 的 情 況 ， 只 要 每 個(gè) 進(jìn) 程 所 需資 源 的 最 大 量 不 超 過(guò) 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(qǐng) 者 ， 系 統(tǒng) 不 會(huì) 有 死 鎖 現(xiàn) 象 。 2、 假 定 系 統(tǒng) 中 有 四 個(gè) 進(jìn) 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(shí) 刻 的 資 源 分 配 情 況 如 圖 :資 源 情 況進(jìn) 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時(shí) 刻是 否 安全 ？ 有 一 頁(yè) 式 存 儲(chǔ) 管 理 系 統(tǒng) ， 向 用 戶 提 供 的 邏 輯地 址 空 間 最 大 為 16頁(yè) ， 每 頁(yè) 2048字 節(jié) ， 內(nèi) 存共 有 8個(gè) 存 儲(chǔ) 塊 ， 問(wèn) ： 邏 輯 地 址 至 少 應(yīng) 為 多少 位 ？ 內(nèi) 存 空 間 多 大 ？有 8頁(yè) 的 邏 輯 空 間 ， 每 頁(yè) 有 1024字 節(jié) ， 它 們被 映 射 到 32塊 的 物 理 存 儲(chǔ) 區(qū) 中 ， 則 邏 輯 地 址的 有 效 位 （ ） 位 ， 物 理 地 址 至 少 是 （ ）位 。 一 分 頁(yè) 存 儲(chǔ) 管 理 系 統(tǒng) ， 邏 輯 地 址 長(zhǎng) 度為 16位 ， 頁(yè) 面 大 小 為 2048字 節(jié) ， 對(duì) 應(yīng)的 頁(yè) 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(yè) 表 長(zhǎng) 度 頁(yè) 表 地 址控 制 寄 存 器頁(yè) 號(hào) 頁(yè) 面 號(hào)0 21 32 8 有 效 地 址2 1C41C4頁(yè) 式 地 址 變 換 舉 例 250010000111000100 給 出 段 號(hào) 和 段 內(nèi) 地 址 ， 完成 段 式 管 理 中 的 地 址 變 換過(guò) 程對(duì) 于 段 號(hào) ， 段 內(nèi) 地 址 形式 ， 計(jì) 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(wèn) 幾 次 主 存 ？ 段 號(hào) 段 長(zhǎng) 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(hào) 段 內(nèi) 地 址 段 表段 號(hào) 始 址0 15001 3400 35C4內(nèi) 存 第 2段 頁(yè) 表段 地 址 寄 存 器段 表 長(zhǎng) 度 段 表 始 址 頁(yè) 號(hào) 其 它 頁(yè) 面 1 12 2 19 3 21 4 8 5 10第 0段 頁(yè) 表頁(yè) 號(hào) 其 它 頁(yè) 面 1 29 2段 號(hào) 其 它 頁(yè) 表 長(zhǎng) 度 頁(yè) 表 始 址 0 5 1024 1 7 1029 2 9 1036段 表 某 進(jìn) 程 在 內(nèi) 存 中 分 配 三 個(gè) 頁(yè) 面 ， 初 始 為 空 ， 頁(yè) 面 走 向?yàn)?4， 3， 2， 1， 4， 3， 5， 4， 3， 2， 1， 5。 堆 棧第 五 章 存 儲(chǔ) 管 理 FIFO 4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5頁(yè) 1 4 3 2 1 4 3 5 5 5 2 1 1頁(yè) 2 4 3 2 1 4 3 3 3 5 2 2頁(yè) 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(yè) 中 斷 9次 第 五 章 存 儲(chǔ) 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(shí) 采 用 分 配 自 由 區(qū) 的 低 地 址 部 分 的 方 案 ，假 設(shè) 初 始 時(shí) 全 為 空 。 對(duì) 于 下 述 申 請(qǐng) 次 序 ：req(300KB),req(100KB),release(300KB),req(150KB),req(30KB),req(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(qǐng) 100KB， 各 有 什 么 結(jié) 果 ？ 編 程 實(shí) 現(xiàn) P203-8。 設(shè) 索 引 表 數(shù) 組 為 index, 每 個(gè) 物 理 塊 的塊 號(hào) 用 m個(gè) 字 節(jié) 表 示 ， 物 理 塊 長(zhǎng) 為 PBL, 文 件 結(jié) 構(gòu) 為 流 式文 件 。 給 定 字 節(jié) 偏 移 OFF,計(jì) 算 其 所 在 的 物 理 塊 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; 讀 文 件 的 第 Index10+I 號(hào) 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(gè) 盤 塊 號(hào) 占 4個(gè) 字 節(jié) ， 文 件 索 引 節(jié) 點(diǎn)中 的 磁 盤 地 址 明 細(xì) 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(shí)邏 輯 塊 號(hào) 為 ： 9000/1024 8塊 內(nèi) 偏 移 量 為 ： 9000 8 1024 808因 邏 輯 塊 號(hào) 小 于 10， 因 此 該 塊 為 直 接 塊 。 其 物 理 盤 塊號(hào) 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) 偏 移 量 為 14000， 此 時(shí)邏 輯 塊 號(hào) 為 ： 14000/1024 13塊 內(nèi) 偏 移 量 為 ： 14000 13 1024 688因 邏 輯 塊 號(hào) 1013266， 因 此 該 塊 為 一 次 間 接 塊 。 由 圖 可 知 ， 一 次 間 接 的 盤 塊 號(hào) 為 428， 從 一 次 間接 塊 中 讀 出 盤 塊 號(hào) 表 ， 查 得 其 物 塊 號(hào) 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(shí)邏 輯 塊 號(hào) 為 ： 350000/1024 341塊 內(nèi) 偏 移 量 為 ： 350000 341 1024 816因 邏 輯 塊 號(hào) 26634165802， 因 此 該 塊 為 二 次 間接 塊 。由 圖 可 知 ， 二 次 間 接 塊 的 盤 塊 號(hào) 為 9156。 由 于一 個(gè) 一 次 間 接 塊 中 可 容 納 256個(gè) 塊 號(hào) ， 341-10-256 75 因 此 ， 字 節(jié) 偏 移 量 350000在 二 次 間 接 塊的 第 0個(gè) 一 次 間 接 塊 的 第 75個(gè) 表 項(xiàng) 中 ， 其 盤 塊號(hào) 為 333， 該 塊 中 的 第 816字 節(jié) 即 為 文 件 的 第350000字 節(jié) 。 一 個(gè) 樹 形 結(jié) 構(gòu) 的 文 件 系 統(tǒng) 如 圖 所 示 ， 框 為 目 錄 ，園 為 文 件 。可 否 進(jìn) 行 下 列 操 作1.在 目 錄 D中 建 立 一 個(gè) 文 件 ， 命 名 為 A；2.將 目 錄 C改 名 為 A若 E和 G分 別 為 兩 個(gè) 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(shí) 間 內(nèi) ， 用 戶 G主 要 使 用 文 件 S和 T。 為 簡(jiǎn)便 操 作 和 提 高 速 度 ， 應(yīng) 如 何 處 理 ？3.用 戶 E欲 對(duì) 文 件 I加 以 保 護(hù) ， 不 許 別 人 使 用 ， 能 否實(shí) 現(xiàn) ？ 如 何 實(shí) 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(xué) 業(yè) 有 成 ！再 見 ！