操作系统引论课件.ppt

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1、操 作 系 统,中央广播电视大学计算机课程,1、操作系统教材2、操作系统实验教材3、操作系统课程录像 15讲 主编/主讲：孟庆昌 中央电大出版社出版,课程使用的媒体,一、操作系统的有关概念二、进程管理三、存储器管理,什么是操作系统操作系统的性质,操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件(或程序集合),是用户与计算机之间的接口。,以下软件哪些是操作系统?UNIX Word DOS VB Office FoxPro Windows 98 Windows NT Linux PowerPoint,以下软件是操作系统：UNIX DOS Linux Window

2、s 98 Windows NT,操作系统的共同性质,1、从功能上看,具有五大功能-存储器管理、处理机管理、设备管理、文件管理、用户接口,2、从层次上看,是裸机之上的第一层软件,为其他软件的建立和运行提供基础。,3、从服务上看,提供众多基础服务,方便用户使用,构成软件平台。,4、从内部特征上看,-支持并发性-实现资源共享-完成进程的异步前进,一、操作系统的有关概念二、进程管理三、存储器管理,1、进程与程序的区别2、进程的组成3、进程的同步与互斥,进程的定义,程序在并发环境中的执行过程,进程与程序的主要区别,（1）进程是动态概念程序是静态概念,（2）进程具有并发性，宏观上同时运行程序本身具有顺序性

3、，程序的并发执行是通过进程实现的,（3）进程具有独立性，是一个能独立运行的单位，是系统资源分配的基本单位，是运行调度的基本单位程序本身没有此特性,（4）进程和程序无一一对应关系，一个进程可顺序执行多个程序一个程序可由多个进程共用,（5）进程异步前进，会相互制约程序不具备此特性,（6）进程实体具有一定结构，组成进程映象程序没有这种结构,进程和程序是两个完全不同的概念，但二者间又存在密切关系,1、进程与程序的区别2、进程的组成3、进程的同步与互斥,进程的组成,进程与PCB的关系,每个进程有唯一的PCB 系统中所有进程都有自己的PCB操作系统依据PCB管理进程,进程与PCB的关系,操作系统利用PCB

4、实现进程的动态和并发 PCB是进程存在的唯一标志,1、进程与程序的区别2、进程的组成3、进程的同步与互斥,进程在活动中会相互制约,所有进程都是相互独立的 进程以异步方式并发执行,同步,同步是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系,同步进程间具有合作关系 在执行时间上必须按一定的顺序协调进行,互斥,互斥是并发执行的多个进程由于竞争同一资源而产生的相互排斥的关系,互斥进程彼此在逻辑上是完全无关的 它们的运行不具有时间次序的特征,进程间的通信,临界资源和临界区信号量P、V操作,临界资源,一次仅允许一个进程使用的共享资源 如：打印机、磁带机、表格,临界区,在每个进程中访问临界资源的那段程序 进

5、程必须互斥进入临界区,进程间的通信,临界资源和临界区信号量P、V操作,信号量,信号量是一种数据结构 一般由两个成员组成：,数值指针,信号量,一般说来，信号量的值与相应资源的使用情况有关 信号量的值仅由P、V操作改变,进程间的通信,临界资源和临界区信号量P、V操作,P、V操作原语,P操作（wait）原语V操作（signal）原语,P、V操作都是原语,P操作：申请一个单位资源V操作：释放一个单位资源,用P、V原语实现互斥,例：打印机分配互斥信号量mutex（初值为1）Pa为分配进程Pb为释放进程,Pa：.P（mutex）分配打印机（读写分配表）V（mutex）.,Pb：.P（mutex）释放打印机

6、（读写分配表）V（mutex）.,用P、V原语实现简单同步,例：供者和用者对缓冲区的同步信号量：S1缓冲区空否（初值为1）S2缓冲区满否（初值为0）,供者进程L1：P（S1）启动读卡机 收到输入结束中断 V（S2）goto L1,用者进程L2：P（S2）从缓冲区取出信息 V（S1）goto L2,一、操作系统的有关概念二、进程管理三、存储器管理,1、存储管理的功能2、几个概念3、虚拟存储器,存储管理的功能,（1）内存分配为每个进程分配一定的内存空间（2）地址映射把程序中所用的相对地址转换成内存的物理地址,存储管理的功能,（3）内存保护检查地址的合法性，防止越界访问（4）内存扩充解决“求大于供”

7、的问题，采用虚拟存储技术,1、存储管理的功能2、几个概念3、虚拟存储器,相对地址（或逻辑地址）用户程序经编译之后的每个目标模块都以0为基地址顺序编址，这种地址称为相对地址,绝对地址（或物理地址）内存中各物理存储单元的地址是从统一的基地址顺序编址，这种地址称为绝对地址,逻辑地址空间（或地址空间）由程序中逻辑地址组成的地址范围,内存空间（或物理空间、绝对空间）由内存一系列存储单元所限定的地址范围,重定位 把逻辑地址转变为内存的物理地址的过程,连接 将编译或汇编后得到的一组目标模块以及它们所需的库函数装配成一个完整的装入模块的过程,1、存储管理的功能2、几个概念3、虚拟存储器,虚拟存储器 由操作系统

8、提供的一个假想的特大存储器,实现虚存技术的物质基础 二级存储结构内存+外存 动态地址转换机构将逻辑地址转换成物理地址,虚拟存储器的基本特征,（1）虚拟扩充不是物理上，而是逻辑上扩充了内存容量（2）部分装入每个作业（进程）不是全部一次性地装入内存，而是只装入其一 部分,虚拟存储器的基本特征,（3）离散分配每个作业（进程）装入内存的那部分不必占用连续的内存空间，而是“见缝插针”,虚拟存储器的基本特征,（4）多次对换在一个进程运行期间，它所需的全部程序和数据要分成多次调入内存,请求分页的基本思想,（1）请求分页=分页+请求 逻辑空间分页 物理空间分块 页与块同样大 页连续块离散 用页号查页表 硬件做

9、重定位,分 页,请求分页的基本思想,（2）作业部分装入内存（3）作业所占的内存块不连续（4）硬件通过页表生成访问内存的地址,请求分页的基本思想,（5）若发生缺页，则进行缺页中断处理，将该页调入内存（6）利用快表可以加速地址转换,操作系统的学习方法,1、抓住重点，掌握基本概念和基本方法，注意知识的前后连贯2、注重上机实验和平时作业,操 作 系 统,中央广播电视大学计算机课程,考核内容 考核要求 参考练习,内容,第一章 操作系统引论第二章 进程管理第三章 处理机管理第四章 存储器管理第五章 文件系统第六章 设备管理第七章 中断和信号机构第八章 死锁第九章 现代操作系统技术与系统管理,操作系统的定义

10、 五大功能、基本特征 主要类型,第一章 操作系统引论,操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件(或程序集合),是用户与计算机之间的接口。,操作系统的定义 五大功能、基本特征 主要类型,第一章 操作系统引论,操作系统的基本职能是（）A.控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行 B.提供用户界面，方便用户使用 C.提供方便的可视化编辑程序 D.提供功能强大的网络管理工具,A,操作系统的基本特征是、和_。,并发,共享,异步性,操作系统一般为用户提供了三种界面，它们是、和_；在UNIX系统中，只能在C程序中使用的接口是_。,命令界面,程序界面,图形

11、界面,系统调用,进程的定义 进程的状态、组成 进程间同步机制,第二章 进程管理,在操作系统中引入“进程”概念的主要目的是（）。A.改善用户编程环境 B.描述程序动态执行过程的性质 C.使程序与计算过程一一对应 D.提高程序的运行速度,B,某进程由于需要从磁盘上读入数据而处于阻塞状态。当系统完成了所需的读盘操作后，此时该进程的状态将（）A.从就绪变为运行 B从运行变为就绪 C从运行变为阻塞 D从阻塞变为就绪,D,进程控制块（PCB）是专为用户进程设置的私有数据结构，每个进程仅有一个PCB。（）,判断对错并改正,所有,简单地说，进程是程序的执行过程。因而，进程和程序是一一对应的。（）,判断对错并改

12、正,不是,进程间相互合作的关系是_关系，而对资源争用的关系是_关系。若干进程使用同一临界资源时必须_执行。,同步,互斥,互斥,对信号量S每执行一次P操作，则信号量S的值就。当S的值_时，执行P操作的进程的状态就置为阻塞态，把相应的PCB连入该信号量队列的，并且该进程 处理机，由 调度合适进程。,减1,小于0,末尾,放弃,进程调度程序,进程和程序的主要区别是什么？,解答题,答：进程是动态的，程序是静态的；进程具有并发性，而程序具有顺序性；进程具有独立性，是资源分配和调度的基本单位，而程序无此特性；进程和程序间没有一一对应关系；进程异步运行，会相互制约，程序不具备此特性。,有两个用户进程A和B，在

13、运行过程中都要使用系统中的一台打印机输出计算结果。（1）说明A、B进程之间存在什么样的制约关系？,（2）为保证这两个进程能正确地打印出各自的结果，请用信号量和P、V操作写出各自的有关申请、使用打印机的代码。要求给出信号量的含义和初值。,解：(1)A、B两个进程之间存在互斥的制约关系。因为打印机属于临界资源，必须一个进程使用完之后另一个进程才能使用。,解：（2）mutex：用于互斥的信号量，初值为1。各进程代码如下：,进程A：.P（mutex）申请打印机使用打印机V（mutex）.,进程B：.P（mutex）申请打印机使用打印机V（mutex）.,处理机调度的类型 作业调度和进程调度的功能 简单

14、的调度算法 调度算法的性能评价标准及周转时间的计算,第三章 处理机管理,处理机调度可分为三级，它们是、和；在一般操作系统中，必须具备的调度是_。,中级调度,高级调度,低级调度,进程调度,UNIX系统中进程调度采用（）。A先来先服务（FCFS）B时间片轮转法 C短作业优先法（SJF）D多级反馈队列轮转法,D,假定在单CPU条件下有下列要执行的作业：作业 运行时间 优先级 1 10 2 2 4 3 3 3 5,作业到来的时间是按作业编号顺序进行的。用一个执行时间图描述在采用非抢占式优先级算法时执行这些作业的情况。,解：非抢占式优先级算法,作业 运行时间 优先级 1 10 2 2 4 3 3 3 5

15、,数大则优先级高,存储器管理的功能 用户程序的主要处理阶段 虚拟存储器的基本特征 分页、分段存储管理技术,第四章 存储器管理,基本概念：逻辑地址、物理地址、重定位、虚拟存储器、碎片、分区、分段、页面、页表等,从用户的源程序进入系统到相应程序在机器上运行，所经历的主要处理阶段有，_和 _。,编辑阶段,连接阶段,装入阶段,运行阶段,编译阶段,虚拟存储器所具有的基本特征是、_、_和_。,虚拟扩充,部分装入,离散分配,系统调用,在存储器管理中，页面是信息的 单位，分段是信息的 单位。页面大小由 确定，分段大小由_确定。,物理,系统,用户程序,逻辑,把逻辑地址转变为内存的物理地址的过程称作_，它分为 和

16、 两种形式，在现代操作系统中都采用_形式来实现这种地址转换。,重定位,静态重定位,动态重定位,动态重定位,虚拟存储器不是物理上扩大内存空间，而是逻辑上扩充了内存容量。（）,判断对错并改正,某虚拟存储器的用户编程空间共32个页面，每页为1KB，内存16KB。假定某时刻一用户页表中已调入内存的页面的页号和物理块号的对照表如下：,页号 物理块号 0 3 1 7 2 11 3 8 则逻辑地址0A5C(H)所对应的物理地址是什么？,0A5C(H)：0000 1010 0101 1100 2 查表得：11 0010 11 拼接得：0010 1110 0101 1100 2E5C(H),文件及文件类型、功能

17、 文件的逻辑组织、物理组织 目录文件 文件的存储空间管理 文件的共享及安全性,第五章 文件系统,1一般说来，文件系统应具备哪些功能？,答：（1）文件管理（2）目录管理（3）文件存储空间的管理（4）文件的共享和保护（5）提供方便的接口,在采用树型目录结构的文件系统中，各用户的文件名必须互不相同。（）,判断对错并改正,不同用户的文件名可以相同,在以下的文件物理存储组织形式中，（）常用于存放大型的系统文件。A连续文件 B串连文件 C索引文件 D多重索引文件,A,在下述文件系统目录结构中，能够用多条路径访问同一文件（或目录）的目录结构是（）。A单级目录 B二级目录 C纯树型目录 D非循环图目录,D,在

18、UNIX文件系统中，文件的路径名有两种表示形式，它们是 和_；其中，以“/”开始的路径名表示_。,绝对路径名,相对路径名,绝对路径名,在UNIX系统中，基本的文件类型分为，_和 _。,普通文件,目录文件,特别文件,设备管理的功能 设备分类 缓冲技术 设备分配技术、SPOOLing系统 处理I/O请求,第六章 设备管理,操作系统的设备管理应具备的主要功能是_、_、_和 _。,监视设备状态、进行设备分配、完成I/O操作、缓冲管理与地址转换,在UNIX系统中，所有的I/O设备按其物理特性分为 设备和_设备。,字符,块,SPOOLing技术可以实现设备的（）分配。A独占 B共享 C虚拟 D物理,C,使

19、用户所编制的程序与实际使用的物理设备无关，这是由设备管理的（）功能实现的。A设备独立性B设备分配C缓冲管理D虚拟设备,A,设备的打开、关闭、读、写等操作是由（）完成的。A用户程序B编译程序 C设备驱动程序D设备分配程序,C,利用共享分配技术可以提高设备的利用率，使得打印机之类的独占设备成为可共享的、快速I/O设备。（）,判断对错并改正,虚拟,中断、中断源、中断请求 中断的一般处理过程,第七章 中断和信号机构,什么是中断？中断处理的一般过程分为哪几个阶段？,中断是指CPU对系统发生的某个事件做出的一种反应：CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动地转去执行相应的处理程序，处理完该事件后再返回断点

20、继续执行被“打断”的程序。,中断处理的一般过程分为以下阶段：保存现场，分析原因，处理中断，返回断点。,死锁的定义 产生死锁的必要条件 解决死锁的方法：预防、避免、检测与恢复,第八章 死锁,计算机系统产生死锁的根本原因是（）。A资源有限B进程推进顺序不当C系统中进程太多DA和B,D,资源有序分配策略可以实现死锁的（）。A预防 B避免 C检测 D恢复,A,产生死锁的四个必要条件是什么？,答：互斥条件 不可抢占条件 占有且申请条件 循环等待条件,操作系统“代”的划分 微内核、客户与服务器、现代进程与线程的概念 系统管理员的一般职责,第九章 现代操作系统技术与系统管理,选择题 判断题 填空题 解答题

21、应用题,总结试题类型,给出一些有关计算机操作系统的特点，要求学员从题后给出的供选择的答案中选择合适的答案，补足这些叙述。,选择题,给出一些有关操作系统知识的叙述，要求学员判断相应叙述的对错，认为错的要说明原因。,判断题,给出有关操作系统知识的一段不完全的叙述，让学员在空白处补充，使其成为完整的一句话。,填空题,给出一些有关操作系统的基本概念、基本功能、基本技术等方面的问题，要求学员予以解答。,解答题,考察学员综合运用所学知识的能力。如利用P、V操作解决较简单的进程间同步、互斥问题，不同调度算法的周转时间计算问题等。,应用题,学习操作系统始终围绕：三个问题 三个基本,复习指导,操作系统是什么？操作系统干什么？操作系统如何干？,三个问题,基本概念基本功能基本技术,三个基本,逐步展开前后连贯联系实际,预祝同学们在考试中取得好成绩！,