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1、2024/7/231一一. .操作系统概述操作系统概述 v一一个个完完整整的的计计算算机机系系统统是是由由硬硬件件系系统统和和软软件件系系统统两大部分组成。两大部分组成。v软软件件系系统统由由系系统统软软件件和和应应用用软软件件构构成成，其其中中，操操作系统是最重要的系统软件。作系统是最重要的系统软件。2024/7/232v操操作作系系统统是是紧紧挨挨着着硬硬件件的的第第一一层层软软件件，是是对对硬硬件件系系统统的的首首次次扩扩充充，其其他他软软件件都都必必须须要要在在操操作作系系统统的的支撑下才能工作。支撑下才能工作。v操操作作系系统统是是硬硬件件与与所所有有其其他他软软件件的的接接口口，是
2、是整整个个计算机系统的控制和管理中心。计算机系统的控制和管理中心。2024/7/2331.1.操作系统的发展操作系统的发展随随着着计计算算机机硬硬件件发发展展与与应应用用领领域域的的不不断断扩扩大大，从从5050年年代代至至今今，操操作作系系统统经经历历了了从从简简单单到到复复杂杂，从从低低级级到高级的发展过程。到高级的发展过程。v手工操作阶段；手工操作阶段；v批量处理阶段；批量处理阶段；v操作系统形成阶段；操作系统形成阶段；v操作系统的标准化阶段操作系统的标准化阶段v5050年代末期前的第一代计算机，尚未出现操作系统，年代末期前的第一代计算机，尚未出现操作系统，程序员必须手动操作计算机：如装
3、入卡片或纸带，按程序员必须手动操作计算机：如装入卡片或纸带，按电钮，查看存储单元等。电钮，查看存储单元等。手工操作阶段最突出的缺点：手工操作阶段最突出的缺点：当一个用户开始操作后，全部计算机资源都归他占当一个用户开始操作后，全部计算机资源都归他占用，直到下机时才把这些资源转让给下一用户；用，直到下机时才把这些资源转让给下一用户； 操作是联机的，输入输出也是联机的，因此从上机操作是联机的，输入输出也是联机的，因此从上机到下机的时间很长。到下机的时间很长。为了减少用户从上机到下机的时间，开始出现了批量为了减少用户从上机到下机的时间，开始出现了批量处理，其特点是：处理，其特点是：v用户不用与计算机直
4、接打交道，而是通过专门的操用户不用与计算机直接打交道，而是通过专门的操作员来完成作业的输入和输出。作员来完成作业的输入和输出。v随着外围设备的迅速发展，又出现脱机批量处理，随着外围设备的迅速发展，又出现脱机批量处理，即主机直接与磁盘通信。即主机直接与磁盘通信。多道程序和分时系统，标志着操作系统的形成。多道程序和分时系统，标志着操作系统的形成。v多道程序设计：多道程序设计：指同时把若干个作业存放在内存中，指同时把若干个作业存放在内存中，并且同时处于执行过程中。但在某时刻只能有一个程并且同时处于执行过程中。但在某时刻只能有一个程序占用序占用CPUCPU执行。如，有执行。如，有A A和和B B两个作
5、业，两个作业，A A在占用在占用CPUCPU时，若发生中断，则可以让时，若发生中断，则可以让B B占用占用CPUCPU。v分时系统：分时系统：是在一台计算机上，连接若干个终端，是在一台计算机上，连接若干个终端，用户通过这些联机终端设备采用交互方式把程序和数用户通过这些联机终端设备采用交互方式把程序和数据输入到计算机中，并同时控制程序的执行。据输入到计算机中，并同时控制程序的执行。计算机硬件的发展带动了软件的发展，进入计算机硬件的发展带动了软件的发展，进入2020世纪世纪8080年代以后，操作系统的发展归结为以下三方面：年代以后，操作系统的发展归结为以下三方面：微机操作系统微机操作系统，如，如W
6、INDOWS 2000WINDOWS 2000，WINDOWS XPWINDOWS XP等等并行操作系统，如美国的多机操作系统并行操作系统，如美国的多机操作系统MachMach。操作系统标准化操作系统标准化，7070年代止今是操作系统向标准年代止今是操作系统向标准化发展的时期。化发展的时期。2024/7/2342.2.操作系统的基本特征操作系统的基本特征 并并发发性性：指指多多个个事事件件同同时时发发生生。在在多多道道程程序序系系统统中中，多多道道程程序序同同时时驻驻留留内内存存，它它们们轮轮流流交交替替被被CPUCPU所所调调用用，从从宏宏观观上上看看，它它们们“同同时时”处处于于运运行行状
7、状态态，称称为为多多道道程程序序并并发发执执行行。因因此此，并并发发性性是是一一种种宏宏观观上的上的“同时同时”概念。概念。共共享享性性：指指多多道道程程序序或或多多个个用用户户共共同同使使用用有有限限的的资资源源。共共享享性性是是现现代代操操作作系系统统最最大大特特点点，操操作作系系统统的的主主要要职职能能之之一一就就是是组组织织好好资资源源的的共共享享，使使系系统统资资源得到高效利用。源得到高效利用。2024/7/235共享的两种方式：共享的两种方式：互互斥斥共共享享( (顺顺序序共共享享) )，在在一一段段时时间间内内只只允允许许一一个个进进程程访访问问某某种种资资源源，只只有有当当访访
8、问问结结束束、资资源源释释放放后后，才允许另一个进程访问。才允许另一个进程访问。并并发发访访问问( (同同时时访访问问) )，在在一一段段时时间间内内允允许许有有多多个个进进程程同同时时使使用用某某种种资资源源，但但在在某某一一时时刻刻该该资资源源只只能能被被一一个个进进程程访访问问，即即多多个个进进程程对对该该资资源源的的访访问问是是交交替进行的。替进行的。v并并发发与与共共享享是是操操作作系系统统两两个个最最基基本本特特征征，资资源源共共享享是是程程序序并并发发执执行行的的必必然然结结果果，只只有有有有效效管管理理资资源源共享，才能实现和保证程序的并发执行。共享，才能实现和保证程序的并发执
9、行。2024/7/236虚虚拟拟性性：虚虚拟拟的的含含义义是是把把物物理理设设备备的的一一个个变变为为逻逻辑辑上上的的多多个个。例例如如，将将一一个个物物理理CPUCPU，虚虚拟拟为为多多个个CPUCPU；将将一一个个统统一一编编址址的的物物理理存存储储器器变变为为多多个个逻逻辑辑上独立编址的虚拟存储器等。上独立编址的虚拟存储器等。不不确确定定性性：由由于于操操作作系系统统内内部部各各种种的的活活动动错错综综复复杂杂，如如中中断断发发生生的的随随机机性性，系系统统故故障障发发生生的的随随机机性性等。这些随机事件都将造成操作系统的不确定性。等。这些随机事件都将造成操作系统的不确定性。v操作系统的
10、不确定性是并发与共享的必然结果。操作系统的不确定性是并发与共享的必然结果。2024/7/2373.3.操作系统的分类操作系统的分类批处理操作系统批处理操作系统 v批批处处理理工工作作方方式式指指多多个个用用户户作作业业首首先先排排列列成成一一个个队队列列，作作业业调调度度程程序序从从该该队队列列中中选选取取一一个个或或多多个个作作业业装装入入内内存存运运行行。具具有有资资源源利利用用率率高高，系系统统吞吞吐吐量量大的优点。缺点是系统交互性差，修改调试困难。大的优点。缺点是系统交互性差，修改调试困难。2024/7/238批批处处理理单单道道操操作作系系统统 每每次次只只有有一一个个作作业业装装入
11、入计计算机系统的主存运行。算机系统的主存运行。批批处处理理多多道道操操作作系系统统 允允许许多多个个作作业业同同时时装装入入主主存存，充充分分利利用用计计算算机机的的系系统统资资源源，缩缩短短了了作作业业的的执执行时间，提高了系统的吞吐率。行时间，提高了系统的吞吐率。多道批处理的运行特点：多道批处理的运行特点：多道：内存中同时存放几个作业；多道：内存中同时存放几个作业；宏观上并行：都处于运行状态，但都未运行完；宏观上并行：都处于运行状态，但都未运行完；微观上串行：各作业交替使用微观上串行：各作业交替使用CPUCPU。2024/7/239分时操作系统分时操作系统 v分分时时工工作作方方式式指指多
12、多个个用用户户对对系系统统资资源源进进行行时时间间上上的的分分享享，即即允允许许多多个个用用户户同同时时联联机机与与计计算算机机系系统统进进行一系列的交互。行一系列的交互。分时系统特点：分时系统特点：多多路路性性 系系统统采采用用“时时间间片片轮轮转转法法”分分配配计计算算机机的的CPUCPU，所所有有终终端端用用户户轮轮流流享享用用一一个个时时间间片片的的CPUCPU时时间间。( (一一个个CPUCPU时时间间，以以毫毫秒秒计计) )，每每个个作作业业一一次次只只在在CPUCPU上执行一个时间片。上执行一个时间片。2024/7/2310交交互互性性 每每个个用用户户都都可可以以在在终终端端上
13、上交交互互请请求求系系统统服服务务，等等待待计计算算机机的的处处理理结结果果并并决决定定下下一一步步的的处处理理。交互性是分时系统的主要特性。交互性是分时系统的主要特性。独独立立性性 用用户户在在各各自自的的终终端端上上工工作作互互不不干干扰扰，由由于于“时时间间片片”很很短短，使使得得每每个个用用户户感感到到自自己己独独占占一一台支持自己请求服务的计算机系统。台支持自己请求服务的计算机系统。响响应应时时间间：指指用用户户发发出出终终端端命命令令到到系系统统响响应应所所需需时时间，它是衡量分时系统性能的主要指标。间，它是衡量分时系统性能的主要指标。2024/7/2311实时操作系统实时操作系统
14、 v实实时时即即立立即即、及及时时，指指系系统统能能及及时时响响应应随随机机发发生生的的外外部部事事件件，并并以以足足够够快快的的响响应应速速度度完完成成对对该该事事件件的处理。的处理。实时系统特点实时系统特点: :及及时时响响应应。实实时时系系统统主主要要特特点点是是“及及时时响响应应”，它它能能及及时时地地响响应应外外部部文文件件的的请请求求，并并在在严严格格规规定定的的时间内完成对该文件的处理。时间内完成对该文件的处理。2024/7/2312高高可可靠靠性性。为为了了提提高高实实时时系系统统的的可可靠靠性性，软软硬硬件件都都必必须须采采取取相相应应的的措措施施加加以以保保证证。实实时时系
15、系统统的的控控制制处处理理对对象象往往往往是是重重要要的的经经济济或或军军事事目目标标，一一旦旦发发生生错错误误或或信信息息丢丢失失，会会造造成成重重大大经经济济损损失失或或导导至至灾灾难难性后果。性后果。较较强强的的过过载载防防护护能能力力。在在支支持持多多任任务务的的实实时时系系统统中中，当当实实时时任任务务启启动动的的数数目目在在某某些些时时刻刻超超出出系系统统的的处处理理能能力力时时，系系统统要要通通过过相相应应的的措措施施( (比比如如延延迟迟或或丢丢弃弃不不重重要要的的任任务务) )来来保保证证实实时时性性强强的的重重要要任任务务能能及时处理。及时处理。2024/7/2313网络操
16、作系统网络操作系统 v计计算算机机网网络络是是通通过过通通信信设设施施将将若若干干本本地地或或远远程程的的独独立立的的计计算算机机系系统统互互连连起起来来，实实现现信信息息交交换换、资资源源共享、互操作与协作处理的系统。共享、互操作与协作处理的系统。v网络系统主要具有两大功能：网络系统主要具有两大功能：提供高效、可靠的网络通信功能。提供高效、可靠的网络通信功能。v由由于于网网络络上上计计算算机机( (或或计计算算机机系系统统) )的的特特性性不不同同，数数据据表表示示格格式式及及其其他他方方面面的的要要求求不不同同，在在相相互互通通信信时的约定，称为通信协议或规程。时的约定，称为通信协议或规程
17、。2024/7/2314提供多种网络服务功能。提供多种网络服务功能。v如如远远程程作作业业录录入入并并进进行行处处理理的的服服务务功功能能；文文件件传传输输服服务务功功能能；电电子子邮邮件件服服务务功功能能；远远程程打打印印服服务务功功能等。能等。网网络络操操作作系系统统分分类类：从从网网络络地地理理范范围围上上，可可分分为为广广域域网网操操作作系系统统和和局局域域网网操操作作系系统统；从从提提供供的的服服务务方方式式或或控控制制方方式式，可可分分为为客客户户机机/ /服服务务器器结结构构的的网网络络操作系统和对等结构的网络操作系统。操作系统和对等结构的网络操作系统。2024/7/2315分布
18、式操作系统分布式操作系统 v分分布布式式系系统统指指多多个个处处理理机机通通过过通通信信线线路路互互连连而而构构成成的的系系统统，系系统统的的处处理理和和控控制制功功能能分分布布在在各各个个处处理理机上。机上。2024/7/23164.4.操作系统的功能操作系统的功能 v提提供供用用户户与与计计算算机机的的接接口口，有有效效地地控控制制和和管管理理计计算算机机的的软软、硬硬件件资资源源，合合理理地地调调度度计计算算机机的的工工作作流流程，改善计算机系统的性能。程，改善计算机系统的性能。v从资源管理观点出发，操作系统功能分为：从资源管理观点出发，操作系统功能分为：处理器管理处理器管理 存储器管理
19、存储器管理 设备管理设备管理文件管理文件管理 2024/7/2317处理机管理处理机管理( (进程管理进程管理) )v由由于于处处理理器器管管理理复复杂杂，可可分分为为静静态态管管理理和和动动态态管管理理，一一般般将将中中央央处处理理器器管管理理又又分分为为作作业业管管理理和和进进程程管理管理两个部分。两个部分。v处处理理机机管管理理，实实质质上上是是对对处处理理机机执执行行“时时间间片片”的管理，即如何将的管理，即如何将CPUCPU合理地分配给每个任务。合理地分配给每个任务。程序程序A A程序程序B B程序程序C C程序程序D D内存内存CPUCPU2024/7/2318进程的概念：进程的概
20、念：v进进程程的的定定义义：进进程程是是一一个个可可调调度度的的指指令令集集合合，是是系系统统进进行行资资源源分分配配和和调调度度的的一一个个独独立立的的基基本本单单位位和和实体，是执行一个映象程序的总体环境。实体，是执行一个映象程序的总体环境。v它它描描述述了了系系统统内内部部状状态态，描描述述多多个个程程序序同同时时活活动动规规律律，是是可可并并发发执执行行程程序序在在给给定定的的数数据据集集合合上上的的执执行过程。行过程。2024/7/2319进程的基本特征进程的基本特征v进进程程由由进进程程控控制制块块(PCB)、程程序序和和数数据据集集合合三三部部分组成。分组成。v动动态态性性 进进
21、程程是是程程序序的的一一次次执执行行过过程程、具具有有生生命命期期，它它在在执执行行过过程程中中可可能能由由于于某某种种原原因因而而被被暂暂时时挂挂起起，当当条条件件满满足足时时又又可可继继续续执执行行，直直至至完完成成而而被被撤撤消，因此进程是动态的。消，因此进程是动态的。2024/7/2320v并并发发性性 进进程程是是可可并并发发运运行行的的单单位位，一一个个进进程程的的第第一一个个动动作作可可以以在在另另一一个个进进程程的的动动作作结结束束之之前前开开始始。各个进程以各个进程以“走走停停走走停停”的状态执行。的状态执行。v独独立立性性 进进程程是是程程序序和和数数据据集集合合的的实实体
22、体，是是能能被被处理机调度运行的基本单位，各进程之间相对独立。处理机调度运行的基本单位，各进程之间相对独立。v异异步步性性 各各进进程程按按照照各各自自独独立立地地，以以不不可可预预知知的的速度异步向前推进。速度异步向前推进。2024/7/2321进程与程序既有区别又有联系：进程与程序既有区别又有联系：v程程序序是是一一组组有有序序指指令令，是是指指令令集集合合及及相相关关数数据据的的静态静态描述；进程描述的是程序的描述；进程描述的是程序的动态动态行为。行为。v进进程程是是程程序序的的运运行行活活动动，当当程程序序未未被被执执行行时时，程程序序是是存存在在的的，而而无无进进程程而而言言。一一个
23、个进进程程可可以以对对应应一一个个或或多多个个程程序序( (如如：多多道道系系统统) )，一一个个程程序序也也可可以以对对应一个或多个进程应一个或多个进程( (如：并发执行程序如：并发执行程序) )。v程程序序可可以以脱脱离离机机器器，作作为为一一种种资资源源以以文文件件的的形形式式长长期期保保存存，而而进进程程只只是是在在机机器器运运行行中中作作为为一一次次执执行行过程，过程，进程具有生命期进程具有生命期( (创建，撤消创建，撤消) )。2024/7/2322进程状态进程状态v运运行行中中的的进进程程可可以以有有三三种种基基本本状状态态：就就绪绪状状态态、执行状态和等待状态。执行状态和等待状
24、态。v就就绪绪状状态态( (Ready)Ready)：处处于于就就绪绪状状态态的的进进程程已已经经获获得得除除CPUCPU以以外外的的其其他他所所需需要要资资源源，具具备备执执行行条条件件，但由于但由于CPUCPU被其他进程占用而暂时不能执行。被其他进程占用而暂时不能执行。v通常系统中处于就绪状态的进程可以有多个。通常系统中处于就绪状态的进程可以有多个。2024/7/2323v执执行行状状态态( (Executing)Executing)：当当前前进进程程占占有有CPUCPU，并并正正在在执执行行所所属属程程序序。在在单单CPUCPU系系统统中中最最多多只只有有一一个个进进程处于执行状态。程处
25、于执行状态。v等等待待状状态态( (Wait)Wait)：又又称称为为“阻阻塞塞状状态态”，指指进进程程由由于于等等待待某某个个事事件件( (条条件件) )的的发发生生而而暂暂时时不不能能运运行行的的状态。如内存等待，状态。如内存等待，I/OI/O等待，文件等待等。等待，文件等待等。v系统中常常有多个等待进程。系统中常常有多个等待进程。 2024/7/2324进程状态转换进程状态转换 v进进程程状状态态反反映映了了进进程程执执行行过过程程的的变变化化。进进程程在在运运行行过过程程中中，由由于于进进展展情情况况及及外外界界条条件件的的改改变变，三三种种基本状态会自动转化。基本状态会自动转化。v如
26、图三种基本状态间转换及转换原因。如图三种基本状态间转换及转换原因。v具备执行条件并处于具备执行条件并处于就绪状态就绪状态的进程排在就绪队列的进程排在就绪队列中，等待处理机调度。当进程被处理机调度便处于中，等待处理机调度。当进程被处理机调度便处于执执行状态行状态；在执行过程中，若进程因请求；在执行过程中，若进程因请求I/OI/O或其他服或其他服务则转入务则转入等待状态等待状态( (阻塞状态阻塞状态) )。v另外，处于执行状态的进程用完了所分配的时间片，另外，处于执行状态的进程用完了所分配的时间片，而未完成执行任务则从运行状态转变为就绪状态，等而未完成执行任务则从运行状态转变为就绪状态，等待处理机
27、的下一次调度。待处理机的下一次调度。2024/7/2325进程互斥与同步进程互斥与同步 进进程程互互斥斥 指指由由多多个个进进程程竞竞争争同同一一共共享享资资源源而而产产生生的的相相互互制制约约的的关关系系。例例如如A A，B B两两进进程程共共享享一一台台打打印印机机，若若A A进进程程在在打打印印过过程程中中，B B进进程程又又插插进进来来打打印印，将将会会出出现现将将A A、B B两两进进程程的的打打印印结结果果混混杂杂在在一一起起的的错错误误。因因此此打打印印机机这这种种共共享享资资源源，只只能能为为一一个个进进程程所所独独用用，只只有有当当该该进进程程打打印印结结束束并并释释放放打打
28、印印机机后后，其其他进程才能使用。他进程才能使用。v这这种种因因共共享享资资源源而而产产生生的的间间接接制制约约关关系系称称为为“进进程的互斥程的互斥”。2024/7/2326进进程程同同步步 指指进进程程之之间间通通过过执执行行时时序序上上的的某某种种限限制制而而达达到到相相互互合合作作。例例如如A A、B B两两个个进进程程，A A进进程程负负责责从从键键盘盘读读数数据据到到缓缓冲冲区区，B B进进程程负负责责从从缓缓冲冲区区读读数数据据进进行行计计算算。显显然然，B B进进程程只只有有等等待待A A进进程程把把数数据据送送到到缓缓冲冲区区后后才才能能计计算算，而而A A进进程程只只有有等
29、等待待B B进进程程发发出出取取走走缓缓冲冲区区中中数数据据的的信信息息后后才才能能继继续续从从键键盘盘向向缓缓冲冲区区中中送送数数据据。只只有有A A、B B两两进进程程协协同同才才能能完完成成读读数数据据及计算的工作。及计算的工作。v这这种种因因相相互互合合作作而而产产生生的的直直接接制制约约关关系系称称为为“进进程的同步程的同步”。2024/7/2327进程死锁进程死锁 v进进程程死死锁锁，指指多多个个进进程程循循环环等等待待其其它它进进程程占占有有的的资源而无限期地僵持下去的局面。资源而无限期地僵持下去的局面。v在在多多个个进进程程并并发发执执行行的的情情况况下下，如如果果对对资资源源
30、的的管管理理使使用用不不当当，就就会会导导致致出出现现进进程程被被阻阻塞塞的的现现象象。致致使使若若干干进进程程彼彼此此互互相相等等待待对对方方所所拥拥有有且且又又不不放放的的资资源源，其其结结果果是是谁谁也也无无法法得得到到继继续续运运行行所所需需的的全全部部资资源，因而永远等待下去。源，因而永远等待下去。2024/7/2328产生死锁的原因：产生死锁的原因：v竞竞争争资资源源引引起起的的死死锁锁：资资源源有有限限且且系系统统对对资资源源分分配管理不当而引起配管理不当而引起死锁死锁；v进进程程推推进进顺顺序序不不合合理理：由由于于进进程程推推进进顺顺序序不不合合理理而而引发死锁。引发死锁。产
31、生死锁的必要条件产生死锁的必要条件：v如如果果在在计计算算机机系系统统中中同同时时具具备备下下面面4个个必必要要条条件件时时，就就会会发发生生死死锁锁。换换句句话话说说，只只要要下下面面4个个条条件件有一个不具备，系统就不会出现死锁。有一个不具备，系统就不会出现死锁。2024/7/2329v互互斥斥条条件件。某某个个资资源源在在一一段段时时间间内内只只能能由由一一个个进进程程占占有有，不不能能同同时时被被两两个个或或两两个个以以上上的的进进程程占占有有。这这种种独独占占资资源源必必须须在在占占有有该该资资源源的的进进程程主主动动释释放放它它之后，其它进程才能占有该资源。之后，其它进程才能占有该
32、资源。v不不可可抢抢占占条条件件。进进程程所所获获得得的的资资源源在在未未使使用用完完毕毕之之前前，资资源源申申请请者者不不能能强强行行地地从从资资源源占占有有者者手手中中夺夺取取资资源源，而而只只能能由由该该资资源源的的占占有有者者进进程程主主动动释释放放占占有资源。有资源。2024/7/2330v占有且申请条件。占有且申请条件。一个一个进程至少已占有一个资源，进程至少已占有一个资源，又申请另一新的资源；由于该资源已被另外进程占又申请另一新的资源；由于该资源已被另外进程占有，因此该进程阻塞。有，因此该进程阻塞。v循环等待条件。循环等待条件。一个进程等待序列一个进程等待序列P1等待等待P2所占
33、所占有的某资源，有的某资源，P2等待等待P3所占有的某源，所占有的某源，Pn等待等待P1所占有的的某资源，形成一个进程循环等所占有的的某资源，形成一个进程循环等待环。待环。v这四个条件在死锁时会同时发生。也就是说，只这四个条件在死锁时会同时发生。也就是说，只要有一个必要条件不满足，则死锁就可以排除。要有一个必要条件不满足，则死锁就可以排除。2024/7/2331存储器管理存储器管理v存存储储器器管管理理主主要要涉涉及及内内存存管管理理，只只有有被被装装入入内内存存的的程程序序才才有有可可能能去去竞竞争争中中央央处处理理机机。因因此此，有有效效地地利用内存，可以保证中央处理机的使用效率。利用内存
34、，可以保证中央处理机的使用效率。v另另外外，操操作作系系统统利利用用虚虚拟拟内内存存技技术术，把把内内、外外存存结合起来，共同管理。结合起来，共同管理。2024/7/2332存储器管理存储器管理功能：功能：v内内存存分分配配与与释释放放 为为程程序序分分配配内内存存空空间间，使使多多道道程序共享内存，并回收释放的内存空间。程序共享内存，并回收释放的内存空间。v存存储储保保护护 防防止止程程序序的的错错误误破破坏坏系系统统程程序序，保保证证各道程序的运行互不干扰。各道程序的运行互不干扰。v地地址址映映射射 将将逻逻辑辑地地址址转转换换为为物物理理地地址址的的过过程程。在在程程序序装装入入内内存存
35、前前通通常常是是逻逻辑辑地地址址，操操作作系系统统要要为为其分配一个合适的存储空间。其分配一个合适的存储空间。2024/7/2333v内内存存扩扩充充 指指利利用用虚虚拟拟技技术术为为用用户户提提供供一一个个比比实实际内存空间要大得多的虚拟内存空间。际内存空间要大得多的虚拟内存空间。v虚拟存储管理技术的实现方法有：虚拟存储管理技术的实现方法有：v分区储存管理分区储存管理v分页存储管理分页存储管理v分段存储管理分段存储管理v段页式存储管理段页式存储管理 2024/7/2334分区存储管理分区存储管理 v分分区区存存储储管管理理的的基基本本思思想想是是把把内内存存划划分分成成若若干干个个大大小小不
36、不等等的的连连续续区区域域，称称为为分分区区。每每个个作作业业可可占占用用一个或多个分区。一个或多个分区。v固固定定分分区区 将将内内存存区区划划分分为为若若干干个个大大小小相相等等或或不不等等的的区区域域。固固定定分分区区一一旦旦划划分分后后，在在整整个个执执行行过过程程中每个分区的长度和内存的总分区个数将保持不变。中每个分区的长度和内存的总分区个数将保持不变。2024/7/2335v可可变变分分区区 在在存存储储分分配配的的过过程程中中按按作作业业的的大大小小来来划划分分分分区区，使使分分区区大大小小可可随随作作业业对对内内存存的的要要求求而而改改变变，同同时时分分区区的的个个数数也也可可
37、改改变变，从从而而提提高高了了内内存存的的利用率。利用率。2024/7/2336分页存储管理分页存储管理 v将将一一个个进进程程的的逻逻辑辑地地址址空空间间划划分分成成若若干干个个大大小小相相等等的的块块，称称为为“页页面面或或页页号号”。将将物物理理地地址址空空间间也也分分成成与与页页面面相相同同大大小小的的若若干干个个存存储储块块，称称为为“内内存存块块或或页页框框”。把把逻逻辑辑地地址址上上连连续续的的页页面面，通通过过页页面面地址转换可以映射到不连续上内存块中。地址转换可以映射到不连续上内存块中。2024/7/2337段式存储管理段式存储管理 v段段式式存存储储管管理理是是将将作作业业
38、划划分分成成若若干干个个段段，并并按按照照段来分配内存，段来分配内存，以段作为内外存交换的单位。以段作为内外存交换的单位。段页式存储管理段页式存储管理 p将分页式存储管理和段式存储管理结合起来，引将分页式存储管理和段式存储管理结合起来，引入了段页式存储管理。入了段页式存储管理。p段页式存储管理中对用户作业的地址空间进行分段页式存储管理中对用户作业的地址空间进行分段，对每个段再进行分页来分配和管理内存。段，对每个段再进行分页来分配和管理内存。2024/7/2338设备管理设备管理v设设备备管管理理包包括括对对输输入入输输出出设设备备的的分分配配、启启动动、完完成成和和回回收收。设设备备管管理理负
39、负责责管管理理计计算算机机系系统统中中除除了了中中央央处处理理机机和和主主存存储储器器以以外外的的其其它它硬硬件件资资源源，是是系系统统重要资源。重要资源。设备管理的主要任务：设备管理的主要任务：v向向用用户户提提供供使使用用外外设设的的方方便便接接口口，完完成成用用户户I/OI/O请求。请求。v控控制制CPUCPU与与设设备备之之间间的的操操作作，提提高高其其并并行行工工作作程程度，充分发挥设备的使用效率。度，充分发挥设备的使用效率。2024/7/2339v外部设备分为存储设备和输入外部设备分为存储设备和输入/ /输出设备：输出设备：存存储储设设备备 也也称称为为外外存存或或辅辅助助存存储储
40、器器，它它们们通通常常由由存存取取控控制制和和信信息息裁裁体体两两部部分分构构成成。在在这这类类设设备备上上存存储储的的信信息息，在在物物理理上上往往往往按按字字符符块块来来组组织织的的，因因此此，这类设备也块设备。如磁盘、磁带等都属块设备。这类设备也块设备。如磁盘、磁带等都属块设备。2024/7/2340v输入输入/ /输出设备输出设备 用于接收来自计算机的外部信息用于接收来自计算机的外部信息和将计算机的内部信息向外传送。这类设备上的信和将计算机的内部信息向外传送。这类设备上的信息，往往是以字符为单位组织的，并以字符为单位息，往往是以字符为单位组织的，并以字符为单位存取，故称这类设备为字符设
41、备。如键盘、终端，存取，故称这类设备为字符设备。如键盘、终端，打印机等都是字符设备。打印机等都是字符设备。2024/7/2341输入输出输入输出(I/O)(I/O)的控制方式的控制方式v外设与主机的信息交换方式一般分为外设与主机的信息交换方式一般分为3 3种：查询种：查询方式、中断方式和直接内存存取方式、中断方式和直接内存存取(DMA)(DMA)。查询方式：查询方式：这种方式中这种方式中CPUCPU的绝大部分时间都处于的绝大部分时间都处于等待等待I/OI/O完成的循环测试之中，对完成的循环测试之中，对CPUCPU的利用造成极的利用造成极大浪费。大浪费。中断处理方式：中断处理方式：引入中断后，每
42、当设备完成引入中断后，每当设备完成I/OI/O操操作后，它便以中断请求方式主动向作后，它便以中断请求方式主动向CPUCPU汇报。即当汇报。即当CPUCPU一旦启动一旦启动I/OI/O设备后便可转去处理其他程序，仅设备后便可转去处理其他程序，仅在接到在接到I/OI/O中断请求时才花极少时间去处理。中断请求时才花极少时间去处理。2024/7/2342直接内存存取直接内存存取(DMA)(DMA)方式：方式：中断处理方式提高了主中断处理方式提高了主机的利用率，但每次中断都要进行保存现场信息，机的利用率，但每次中断都要进行保存现场信息，恢复现场信息等，仍要占用主机时间。在传送数据恢复现场信息等，仍要占用
43、主机时间。在传送数据量大、速度快的情况下，普遍采用直接内存存取量大、速度快的情况下，普遍采用直接内存存取DMADMA方式。方式。2024/7/2343v根据设备的使用性质可将设备分成独占设备、共根据设备的使用性质可将设备分成独占设备、共享设备和虚拟设备。享设备和虚拟设备。v独占分配技术独占分配技术把独占设备固定地分配给一个进程，把独占设备固定地分配给一个进程，直至该进程完成直至该进程完成I/O操作并释放它为止。操作并释放它为止。v共享分配技术共享分配技术每个进程只用共享设备的某一部分，每个进程只用共享设备的某一部分，系统保证对这些不同的部分可方便检索，而且又互系统保证对这些不同的部分可方便检索
44、，而且又互不干扰。不干扰。v虚拟分配技术虚拟分配技术利用共享设备去模拟独占设备，从利用共享设备去模拟独占设备，从而使独占设备成为可共享的、快速而使独占设备成为可共享的、快速I/O的设备。的设备。2024/7/2344vSPOOIINGSPOOIING技术技术 是是一一种虚拟设备管理技术。种虚拟设备管理技术。vSPOOIINGSPOOIING的的实现思想实现思想用常驻内存的进程去模拟一用常驻内存的进程去模拟一台外围机，即台外围机，即一台主机同时承担虚拟设备技术中的一台主机同时承担虚拟设备技术中的两台外围机和一台主机的工作两台外围机和一台主机的工作这个技术称为同这个技术称为同时的外围设备联机操作，
45、简称时的外围设备联机操作，简称 SPOOLingSPOOLing 技术或假技术或假脱机技术。脱机技术。2024/7/2345虚拟现实虚拟现实( (Virtual RealityVirtual Reality) )简称简称VRVR技术技术v虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技虚拟现实集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理技术等最新发展成果，利用计算机生成高技术模理技术等最新发展成果，利用计算机生成高技术模拟系统，既一种人为虚拟环境。拟系统，既一种人为虚拟环境。v虚拟环境通过计算机图形构成三维数字模型，生虚
46、拟环境通过计算机图形构成三维数字模型，生成一个以视觉感受为主，可以直接观察、操作、触成一个以视觉感受为主，可以直接观察、操作、触摸的综合可感知的人工环境，摸的综合可感知的人工环境， 给人一种给人一种“身临其身临其境境”的感觉。的感觉。2024/7/2346v缓冲技术缓冲技术 由于计算机外设的发展可能出现通道由于计算机外设的发展可能出现通道不足而产生不足而产生“瓶颈瓶颈”现象，使并行受到限制。为了现象，使并行受到限制。为了缓和缓和CPU和和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，减少设备之间速度不匹配的矛盾，减少I/O设备对设备对CPU的中断次数及放宽对的中断次数及放宽对CPU的中断响的中断响应时间要求
47、，引入了缓冲技术。应时间要求，引入了缓冲技术。缓冲技术的基本思想缓冲技术的基本思想：在内存中开辟一个或多个专在内存中开辟一个或多个专用区域用区域(缓冲区缓冲区)，读数据时，读数据时，系统从数据文件中读系统从数据文件中读取数据，存储到数据缓冲区中；写取数据，存储到数据缓冲区中；写数据时，系统从数据时，系统从缓冲区中取数据再写入数据文件。缓冲区中取数据再写入数据文件。2024/7/2347文件管理文件管理v文文件件管管理理，又又称称信信息息管管理理。将将逻逻辑辑上上有有完完整整意意义义的的信信息息资资源源( (程程序序和和数数据据) )以以文文件件的的形形式式存存放放在在外外存存储器上的，并赋予一
48、个名字，称为文件。储器上的，并赋予一个名字，称为文件。v文文件件管管理理是是操操作作系系统统对对计计算算机机系系统统中中软软件件资资源源的的管管理理。通通常常由由操操作作系系统统中中的的文文件件系系统统来来完完成成这这一一功功能能。文文件件系系统统是是由由文文件件、管管理理文文件件的的软软件件和和相相应应的的数据结构组成。数据结构组成。2024/7/2348文件系统的功能：文件系统的功能：v文件管理文件管理；v目录管理目录管理；v文件存储空间的管理文件存储空间的管理；v实现对文件的各种操作；实现对文件的各种操作；v文件的共享和保护文件的共享和保护；v提供方便的接口提供方便的接口。2024/7/
49、2349文件组织形式文件组织形式v通通常常用用户户对对文文件件的的认认识识是是从从文文件件的的组组织织方方式式来来看看待文件组织形式的，称为文件的逻辑组织。待文件组织形式的，称为文件的逻辑组织。v文文件件的的逻逻辑辑结结构构 分分为为无无结结构构的的流流式式文文件件和和有有结结构的记录式文件。构的记录式文件。v系系统统设设计计人人员员考考虑虑的的是是文文件件在在存存储储设设备备中中如如何何放放置置、如如何何组组织织、如如何何存存取取等等细细节节，称称为为文文件件的的物物理理组织。组织。v文文件件的的物物理理组组织织 分分为为连连续续文文件件，链链接接文文件件和和索索引文件三种文件的物理组织方式
50、。引文件三种文件的物理组织方式。2024/7/2350v连连续续文文件件所所占占盘盘块块连连续续；链链接接文文件件所所占占盘盘块块不不连连续续，前前后后链链接接；索索引引文文件件所所占占盘盘块块不不连连续续，用用表表列列出。出。链接文件和索引文件可以不连续存放。链接文件和索引文件可以不连续存放。2024/7/2351文件目录文件目录 v一一本本书书如如果果没没有有目目录录，读读者者要要查查找找某某章章节节的的内内容容就就必必须须从从头头到到尾尾地地进进行行翻翻阅阅，这这显显然然是是一一件件非非常常麻麻烦的事。烦的事。v如如果果将将大大量量的的文文件件或或不不同同用用户户的的文文件件都都存存放放
51、在在一一张张磁磁盘盘的的同同一一个个目目录录内内的的话话，使使用用起起来来将将十十分分不不方方便，而且非常不安全。便，而且非常不安全。v引引入入目目录录及及多多级级目目录录的的概概念念，就就是是把把磁磁盘盘文文件件分分门门别别类类地地存存放放在在磁磁盘盘的的不不同同位位置置，并并给给它它们们标标以以文文件名，对文件件名，对文件按名存取按名存取，提高文件查找效率。，提高文件查找效率。2024/7/2352v文文件件目目录录是是文文件件系系统统的的关关键键数数据据结结构构，用用来来组组织织文文件件卷卷上上的的文文件件以以及及对对文文件件进进行行检检索索。每每个个目目录录项项是是一一个个文文件件控控
52、制制块块( (FCB)FCB)，它它记记录录了了文文件件说说明明和和控控制信息。制信息。v使使用用多多级级目目录录结结构构，即即目目录录树树有有利利于于实实现现文文件件共共享及缩短检索的路径，提高检索的速度。享及缩短检索的路径，提高检索的速度。2024/7/2353目录的基本组织方式：目录的基本组织方式：v单级目录结构单级目录结构所有文件在一个目录下所有文件在一个目录下v二级目录结构二级目录结构一个主文件目录加上多个用户文件一个主文件目录加上多个用户文件目录目录v树形目录结构树形目录结构多级目录结构的一种形式，形同一多级目录结构的一种形式，形同一棵倒置的树棵倒置的树v非循环图目录结构非循环图目
53、录结构又称带链接的树形目录，访问又称带链接的树形目录，访问同一文件同一文件(或目录或目录)可以有多条路径。如，可以有多条路径。如，UNIX的的文件系统就是带链接的树形结构。文件系统就是带链接的树形结构。 2024/7/2354v树树型型目目录录结结构构像像一一棵棵倒倒置置的的树树。在在树树形形目目录录结结构构中中，从从根根目目录录到到末末端端的的数数据据文文件件之之间间只只有有一一条条惟惟一一的路径，可以惟一的表示一个文件。的路径，可以惟一的表示一个文件。 vROOT(ROOT(根根目目录录) )是是树树型型目目录录结结构构的的最最高高级级目目录录，某某一一级级的的上上一一级级目目录录称称为为
54、父父目目录录，它它的的下下一一级级目目录录称称为为子目录子目录。2024/7/2355路径名两种形式：路径名两种形式：v绝对路径名绝对路径名( (全路径名全路径名) )：恒从根目录开始到达所恒从根目录开始到达所要查找文件的路径名。要查找文件的路径名。例如：例如：C:HXXlNJ1B.TXTC:HXXlNJ1B.TXT系统约定：系统约定：以以“”“”打头的打头的路径名表示绝对路径名。路径名表示绝对路径名。2024/7/2356v相对路径名相对路径名从当前目录开始向下顺次查找文件从当前目录开始向下顺次查找文件的路径名。的路径名。例如：例如：设当前目录是设当前目录是C:HXXC:HXXlNJlNJ，
55、则有：则有：C:HXXC:HXXlNJlNJ1B.TXT1B.TXT系统约定：系统约定：不以不以“”“”打头的打头的路径名表示相对路径名路径名表示相对路径名。2024/7/2357作业管理作业管理p一个作业，是用户请求计算机系统执行的一次独一个作业，是用户请求计算机系统执行的一次独立的上机任务。作业由作业控制块立的上机任务。作业由作业控制块(JCB)(JCB)、程序集、程序集及数据集三部分构成。及数据集三部分构成。p作业有作业有4 4种基本状态。种基本状态。1)1)进入状态进入状态( (提交状态提交状态) )：用户输入作业信息。：用户输入作业信息。2)2)后备状态：后备状态：控制块控制块JCBJCB进入后备队列排队，等待进入后备队列排队，等待被作业调度程序调度运行。被作业调度程序调度运行。2024/7/23583)3)运行状态：运行状态：作业被分配需要的资源，然后调入内作业被分配需要的资源，然后调入内存，开始运行，直至结束。存，开始运行，直至结束。4)4)完成状态：完成状态：作业正常结束或非正常终止，系统释作业正常结束或非正常终止，系统释放它占用的所有资源，清除有关的放它占用的所有资源，清除有关的PCBPCB和和JCBJCB，作业，作业消亡。消亡。 2024/7/2359
