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1、西安电子科技大学软件学院,计算机操作系统概论,Xd University Department of Computer Science&Technology 2010 王亚平,Tel:88204244主讲：王亚平,2,第一章复习要点,1.操作系统的概念操作系统（Operating System，OS）是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件（或程序集合）。从用户角度看，操作系统可以看成是对计算机硬件的扩充；从人机交互方式来看，操作系统是用户与机器的接口；从计算机的系统结构看，操作系统是一种层次、模块结构的程序集合，属于有序分层法，是无序模块的有序层次调用。操作系统在设计方面体现了计算机
2、技术和管理技术的结合。,3,第一章复习要点,2.操作系统的发展形成了五大类型操作系统的五大类型是批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。（1）多通道批处理操作系统多道程序设计：即在系统内（内存）同时存放并运行几道相互独立的程序。多道程序设计的基础：是将运行过程进一步细化成几个小的步骤，从而实现宏观上的并行。但从微观上看，内存中的多道程序轮流地或分时地占用处理机，交替执行。多道批处理系统=批处理系统+多道程序设计技术,4,第一章复习要点,（2）分时与实时分时：鉴于CPU运转的高速度，把CPU的时间分成很短的时间片（例如，几十至几百毫秒）进行工作。时间片的大小影响
3、系统的响应时间，并与系统用户的数量、系统时间片的切换速度有关。实时：是指计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理，并在被控对象允许的时间范围内做出快速反应。实时系统对交互能力要求不高，但要求可靠性有保障。（3）网络操作系统与分布式操作系统分布式操作系统是网络操作系统的更高级形式，它保持网络系统所拥有的全部功能，同时又有透明性、可靠性、高性能等。网络操作系统与分布式操作系统虽然都属于管理分布在不同地理位置的计算机，但最大的差别是：网络操作系统的工作，用户必须知道网址，而分布式系统用户则不必知道计算机的确切地址。,5,第一章复习要点,3.操作系统的五大功能作业管理：包括任务、界面管理、人机交互
4、、图形界面、语音控制和虚拟现实等；进程管理：实质上是对处理机执行“时间”的管理，即如何将CPU真正合理地分配给每个任务。存储管理：实质是对主存储“空间”的管理；文件管理：实质是对存储在磁盘上的信息进行管理，文件管理又称为信息管理；设备管理：实质是对硬件设备的管理，其中包括对输入输出设备的分配、启动、完成和回收；4.表征操作系统的属性主要有：响应系数，并发性，信息的共享、保密与保护，可扩充性、可移植性、可读性、可生成性，安全可靠性，可测试性等。,6,第二章复习要点,1.作业、作业步、作业流所谓作业就是用户一次请求计算机系统为它完成任务所进行的工作总和。一般来说为了完成其任务，可以将作业细分成若干
5、个作业步。作业步就是处理作业的各个独立的子任务，系统可以创建若干进程完成各作业步的计算，所以说一个作业是由若干作业步组成的。作业输入计算机构成的输入流称为作业流,7,第二章复习要点,作业由程序、数据和作业控制信息（如作业说明书）三部分组成。作业说明书：说明用户对作业控制的意图，包括：1)作业基本情况2)作业控制3)作业资源要求的描述作业控制块（JCB）是一个作业存在的唯一标志，是系统为管理作业所设置的一个数据结构。,8,第二章复习要点,作业的调度状态,9,第二章复习要点,作业调度算法1）先来先服务（FCFS）作业平均周转时间=（作业完成时刻i作业提交时刻i）/n2）最短作业优先：在作业内容参差
6、很不均衡时有合理性3）最高响应比优先 响应比作业响应时间（等待运行）/作业运行时间4）优先数法：急事先办的原则5）事件驱动法：MS-Windows采用此算法,10,第三章复习要点,1.进程的引入进程调度属于低级处理机管理，即确定系统中哪个进程将获得CPU；而作业调度属于高级处理机管理，即确定系统中哪些作业将获得CPU。进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。引入进程的意义是描述多道程序设计系统中程序的动态执行过程。2.进程的定义及特征进程的五个基本特征：动态性、并发性、独立性、制约性、结构性；进程与线程：线程是由进程进一步派生出来的一组代码（指令组）的执行过程。,11,
7、第三章复习要点,3、进程调度（1）进程的三个基本状态及转换三个基本状态是等待、执行和就绪，在一定的条件下，进程的状态将发生转换。（2）进程调度算法先来先服务（FCFS）时间片轮转法优先数法（3）进程控制块（PCB）是进程存在的唯一标志，它描述了进程的动态性。,12,第三章复习要点,4、进程通信（1）进程的同步与互斥进程的同步与互斥是指进程在推进时的相互制约关系。一般来说同步反映了进程之间的协作性质，往往指有几个进程共同完成一个任务时在时间次序上的某种限制，进程相互之间各自的存在及作用，通过交换信息完成通信。如接力比赛中一组队员使用接力棒等。进程互斥体现了进程之间对资源的竞争关系，这时进程相互之
8、间不一定清楚其它进程情况，往往指多个任务多个进程间的通讯制约，因而使用更广泛。如打篮球时双方挣抢篮板球等。（2）临界区一次仅允许一个进程使用的共享资源称为临界资源，每个进程中访问临界资源的程序段称为临界区。,13,第三章复习要点,4、进程通信（3）原语原语是不可中断的过程，即原语在执行期间是不可分割的。原语主要有：加锁/开锁（LOCK/UNLOCK）原语信号量（Semaphore）及PV操作消息缓冲通信原语高级通信原语，用于一组信息发送（Send）与读取（Read）。,14,第四章复习要点,（1）死锁的概念死锁是两个或两个以上的进程中的每一个都在等待其中另一个进程释放资源而被封锁，它们都无法向
9、前推进，称这种现象为死锁现象。产生死锁的原因是共享资源有限，多个进程对共享资源的竞争，而且操作不当。（2）产生死锁的四个必要条件 资源互斥使用、保持和等待、非剥夺性、循环等待。（3）解决死锁的方法一般有死锁的预防，即破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或多个，使系统绝不会进入死锁状态；死锁的避免，即在资源动态分配的过程中使用某种办法防止系统进人死锁状态；以及允许系统产生死锁，然后使用检测算法及时地发现并解除它。,15,第五章存储管理复习要点,1.存储管理的基本概念逻辑地址（相对地址）用户的程序经过汇编或编译后形成目标代码，目标代码通常采用相对地址的形式，其首地址为0，其余指令中的地址都相对于首地
10、址而编址。不能用逻辑地址在内存中读取信息。物理地址（绝对地址，实地址）内存中存储单元的地址，可直接寻址。地址映射：为了保证CPU执行指令时可正确访问存储单元，需将用户程序中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址，这一过程称为地址映射。三级存储器结构 辅存主存高速缓存为三级存储器结构。,16,第五章存储管理复习要点,地址重定位静态重定位：用户程序装入内存时已完成逻辑地址到物理地址的转换 动态重定位：在程序运行过程中实现地址变换（即在逐条指令执行时完成地址映射。一般为了提高效率，此工作由硬件地址映射机制来完成。）碎片：内碎片、外碎片2.分区分配存储管理方案：固定分区、可变分区、可重定位分区
11、。内存“扩充”技术有交换：由操作系统做，用户不知道。覆盖：由用户控制，操作系统提供覆盖机制。算法：最先、最佳、循环首次、最差适应,17,第五章存储管理复习要点,3.请求页式存储管理1)页式存储管理实现原理基于程序在运行时不需要一开始都装入内存（局部性原理），更不应该把最近较长一段时间内不用的程序装入内存。2)页表的作用是将逻辑页号转换为物理块号。3)页面淘汰算法先进先出算法(FIFO)、循环检测法、最近最少使用页面先淘汰（LRU）、最不经常使用的页面先淘汰（LFU）、最近没有使用页面先淘汰（NUR）、最优淘汰算法（OPT）等。,18,第五章存储管理复习要点,4.段式存储管理段表：它记录了段号，
12、段的首（地）址和长度之间的关系每一个程序设置一个段表，放在内存属于进程的现场信息空闲块管理：记录了空闲区起始地址和长度内存的分配算法：首先适配；最佳适配；最坏适配,19,第六章文件管理复习要点,1.文件管理的任务与功能任务：为用户提供存储、检索、共享和保护文件的手段，以方便用户和提高系统资源利用率的目的。功能：分配与管理外存，实现按名存取；提供合适的存储方法，控制存取权限；实现文件共享、保护，解决命名冲突。文件的组织结构：文件、文件元素、文件系统，其中文件系统包含文件管理程序（文件和目录的集合）和所管理的全部文件。,20,第六章文件管理复习要点,2.文件分类1)按文件性质与用途分：系统文件、库
13、文件、用户文件2)按操作保护分：只读文件、可读可写文件、可执行文件3)按使用情况分：临时文件、永久文件、档案文件4)按用户观点分：普通文件、目录文件、特殊文件5)按存取的物理结构分：顺序（连续）文件、链接文件、索引文件6)按文件的逻辑存储结构分：有结构文件、无结构文件7)按文件中的数据形式分：源文件、目标文件,21,第六章文件管理复习要点,3.文件的逻辑结构和物理结构文件的逻辑结构:从用户使用角度确定的文件结构；文件的物理结构:又称文件的存储结构，是指文件在存储介质上的存储组织形式，与存储介质的存储性能有关。空闲空间的管理方法：空闲表法、位示图法、空白块链表法、成组链接法,22,第六章文件管理
14、复习要点,4.文件目录1)文件目录分类：一级文件目录、二级文件目录、多级文件目录2)文件目录的管理:目录做成文件，文件系统便于内部统一管理，目录文件在使用时调入内存；5.文件存取控制解决:文件保护、保密和共享的问题方法：存取控制矩阵、用户权限表、使用口令、使用密码,23,第六章文件管理复习要点,6.磁盘调度当多个访盘请求在等待时，采用一定的策略，对这些请求的服务顺序调整安排，旨在降低平均磁盘服务时间，达到公平、高效。公平：一个I/O请求在有限时间内满足高效：减少设备机械运动所带来的时间浪费磁盘调度考虑的问题：一次访盘时间=寻道时间+旋转延迟时间+存取时间(1)减少寻道时间(2)减少延迟时间,2
15、4,第六章文件管理复习要点,磁盘调度：移臂调度和旋转调度。原则：先进行移臂调度，然后再进行旋转调度1)常用的移臂调度算法：先来先服务最短寻道时间优先扫描算法（电梯算法）单向扫描调度算法,25,2)旋转调度算法根据延迟时间来决定执行次序的调度分析：若干等待访问者请求访问同一磁道上的不同扇区 若干等待访问者请求访问不同磁道上的不同编号的扇区 若干等待访问者请求访问不同磁道上具有相同的扇区 解决方案：对于前两种情况：总是让首先到达读写磁头位置下的扇区先进行传送操作对于第三种情况：这些扇区同时到达读写磁头位置下，可任意选择一个读写磁头进行传送操作,请求顺序 柱面号 磁头号 扇区号 5 4 1 5 1
16、5 5 4 5 5 2 8,26,第七章设备管理复习要点,1.设备管理的任务和功能设备管理的任务（1）按用户需求提出的要求接入外部设备，系统按一定算法分配和管理控制，而用户不必关心设备的实际地址和控制指令；（2）尽量提高输入输出设备的利用率，例如发挥主机与外设以及外设与外设之间的真正并行工作能力。设备管理的功能（1）分配设备（2）控制和实现真正的输入输出操作（3）对输入输出缓冲区进行管理（4）在一些较大系统中实现虚拟设备技术,27,第七章设备管理复习要点,2.外部设备分类（1）按系统和用户分：系统设备、用户设备（2）按输入输出传送方式分：字符型设备、块设备（UNIX或Linux操作系统）（3）
17、按资源特点分：独享设备、共享设备、虚拟设备（4）按设备硬件物理特性分：顺序存取设备、直接存取设备设备I/O方式：询问、中断、通道I/O设备分配算法：先来先服务(FCFS)，按优先级进行分配,28,第七章设备管理复习要点,3.外部设备的安装设备驱动程序的作用、分类、使用。CPU与外部信息的交换：程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和通道方式总线与接口：PC系统总线、标准接口类型、USB接口4.设备管理技术1）I/O设置缓存理由解决信息的到达率和离去率不一致的矛盾；缓存起中转站的作用；在通道或控制器内设置局部寄存器作为缓冲存储器，可暂存I/O信息，以减少中断CPU的次数。这种情形可进一步推广
18、，使得一次读入的信息可多次重复使用。2）虚拟设备的技术（SPOOLing）SPOOLing，即外围设备联机并行操作，它是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的一种技术，通常也叫做“假脱机技术”。是一种预输入、缓输出和转储的管理技术.,29,模拟试题一,30,31,32,33,34,35,36,37,38,P(S1),V(S),P(S2),V(S),P(S),V(S1),V(S2),39,40,41,模拟试题二,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,系统的安全序列：P4P5P2 P3 P1,52,系统的安全序列：P4P5P2 P3 P1,53,54,P(Sn),V(S1),P(S2),P(S1),V(S2),55,信号量的初值：S1=S2=S3=S4=0,56,begin S,S1,S2:semaphore;S:=1;S1:=0;S2:=0;Cobegin Coend.,57,THANK YOU VERY MUCH！,谢谢合作，再见！,
