第七章操作系统的结构
《操作系统》课程教案
《操作系统》课程教案第一章：操作系统概述1.1 教学目标了解操作系统的定义、功能和作用掌握操作系统的基本组成和分类理解操作系统的历史和发展1.2 教学内容操作系统的定义和作用操作系统的组成：内核、shell、文件系统、设备驱动程序操作系统的分类：批处理系统、分时系统、实时系统、分布式系统操作系统的历史和发展1.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统的概念和发展历程通过实例分析，让学生了解操作系统的组成和作用开展小组讨论，比较不同类型的操作系统1.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统的定义、功能、组成和分类实例：Windows、Linux、macOS等操作系统的特点1.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统的概念和组成的掌握情况小组讨论：评估学生对不同类型操作系统的理解和分析能力课后作业：巩固学生对操作系统知识的学习第二章：进程管理2.1 教学目标了解进程的定义和作用掌握进程管理的基本方法和策略理解进程同步和互斥的概念2.2 教学内容进程的定义和作用进程管理的基本方法：进程调度、进程同步、进程互斥进程同步和互斥的实现：信号量、管程、事件等2.3 教学方法采用讲授法，介绍进程的定义和作用通过实例分析，让学生了解进程管理的方法和策略开展小组讨论，探讨进程同步和互斥的实现方式2.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：进程的定义、进程管理的方法和策略、进程同步和互斥的概念实例：进程调度算法、信号量的使用2.5 教学评估课堂问答：了解学生对进程的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对进程管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对进程同步和互斥知识的学习第三章：内存管理3.1 教学目标了解内存的定义和作用掌握内存管理的基本方法和策略理解内存分配和回收的原则3.2 教学内容内存的定义和作用内存管理的基本方法：分页、分段、虚拟内存内存分配和回收的原则：首次适应法、最佳适应法、最坏适应法3.3 教学方法采用讲授法，介绍内存的定义和作用通过实例分析，让学生了解内存管理的方法和策略开展小组讨论，探讨内存分配和回收的原则3.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：内存的定义、内存管理的方法和策略、内存分配和回收的原则实例：分页算法、分段算法、虚拟内存的实现3.5 教学评估课堂问答：了解学生对内存的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对内存管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对内存分配和回收知识的学习第四章：文件管理4.1 教学目标了解文件的定义和作用掌握文件管理的基本方法和策略理解文件系统的结构和组织方式4.2 教学内容文件的定义和作用文件管理的基本方法：文件的创建、删除、打开、关闭等文件系统的结构和组织方式：目录结构、文件存储方式、文件访问控制4.3 教学方法采用讲授法，介绍文件的定义和作用通过实例分析，让学生了解文件管理的方法和策略开展小组讨论，探讨文件系统的结构和组织方式4.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：文件的定义、文件管理的方法和策略、文件系统的结构和组织方式实例：Linux、Windows等操作系统中的文件管理4.5 教学评估课堂问答：了解学生对文件的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对文件管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对文件系统结构和组织方式知识的学习第五章：设备管理5.1 教学目标了解设备的定义和作用掌握设备管理的基本方法和策略理解设备驱动程序第六章：设备管理（续）5.2 教学内容设备驱动程序：概念、作用和实现方式设备管理的基本方法：设备分配、设备请求调度、设备控制设备管理的高级主题：I/O中断处理、DMA传输、虚拟设备5.3 教学方法采用讲授法，介绍设备驱动程序的概念和作用通过实例分析，让学生了解设备管理的方法和策略开展小组讨论，探讨设备管理的高级主题5.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：设备驱动程序的概念、设备管理的方法和策略、设备管理的高级主题实例：硬盘驱动程序、打印机驱动程序、I/O中断处理5.5 教学评估课堂问答：了解学生对设备驱动程序的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对设备管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对设备管理高级主题知识的学习第七章：操作系统用户界面7.1 教学目标了解操作系统的用户界面的定义和作用掌握操作系统用户界面的基本设计和实现方法理解图形用户界面(GUI)和命令行用户界面(CLI)的差异和优缺点7.2 教学内容用户界面的定义和作用用户界面的基本设计原则：用户友好性、易用性、可访问性GUI和CLI的设计和实现方法：窗口管理、事件处理、命令解析7.3 教学方法采用讲授法，介绍用户界面的定义和作用通过实例分析，让学生了解用户界面的设计和实现方法开展小组讨论，探讨GUI和CLI的差异和优缺点7.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：用户界面的定义、用户界面的设计和实现方法、GUI和CLI的差异和优缺点实例：Windows操作系统、Linux终端、macOS的Finder7.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统用户界面的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对用户界面设计和实现方法的理解能力课后作业：巩固学生对GUI和CLI差异和优缺点知识的学习第八章：操作系统安全8.1 教学目标了解操作系统安全的定义和重要性掌握操作系统安全的基本机制和策略理解操作系统的安全威胁和防护措施8.2 教学内容操作系统安全的定义和重要性安全机制：访问控制、身份验证、加密、审计安全策略：最小权限原则、安全分层模型、安全内核常见安全威胁：恶意软件、漏洞攻击、social engineering防护措施：防火墙、入侵检测系统、安全更新8.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统安全的定义和重要性通过实例分析，让学生了解安全机制和策略开展小组讨论，探讨安全威胁和防护措施8.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统安全的定义、安全机制和策略、安全威胁和防护措施实例：操作系统安全漏洞案例分析、安全防护工具的使用8.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统安全的定义和重要性的掌握情况小组讨论：评估学生对安全机制和策略的理解能力课后作业：巩固学生对操作系统的安全威胁和防护措施知识的学习第九章：操作系统性能分析9.1 教学目标了解操作系统性能的定义和重要性掌握操作系统性能分析的基本方法和工具理解操作系统性能优化和调优的策略9.2 教学内容操作系统性能的定义和重要性性能分析方法：基准测试、模拟、监控和分析工具性能评价指标：响应时间、吞吐量、资源利用率性能优化策略：进程调度优化、内存管理优化、文件系统优化9.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统性能的定义和重要性通过实例分析，让学生了解性能分析方法和工具开展小组讨论，探讨性能优化和调优的策略9.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统性能的定义、性能分析方法和工具、性能优化和调优的策略实例：操作系统性能监控工具（如top, vmstat）的使用、性能优化的案例分析重点和难点解析1. 操作系统的定义和作用：理解操作系统作为计算机系统核心组件的基本概念，以及它在资源管理、程序执行和用户界面方面的关键作用。
《操作系统安全》第七章_Windows系统安全增强
• 面對網路攻擊時，端口對於駭客來說至關重要。TCP/IP協 議中的端口，端口號的範圍從0到65535。每一項服務都對 應相應的端口。比如我們流覽網頁時，需要伺服器提供 WWW服務，端口是80，smtp是25，ftp是21，如果企業中 的伺服器僅僅是檔服務或者做內網交換，關閉一部分端口 未嘗不可。因為在關閉端口後，可以進一步保障系統的安 全。
• 對Windows操作系統的絕大部分攻擊均是針對系 統服務來進行的，Windows2000、NT等系統默認 安裝時，啟動了許多不必要的系統服務。對於默 認啟用的服務，在確認不需要的前提下儘量關閉。 關閉不必要的服務能有效降低系統風險。除應用 程式需要外，禁止安裝和啟用IIS服務、檔與列印 共用服務。對於其他默認啟用的服務，在確認不 需要的前提下，儘量關閉。
NOVELL 服务器
IPX
行情组件
B 银行
IPX：9001 刷卡自助 热自助 DOS 电话委托 第三方
柜台终端
UDP： 18515 服务部 AR
UDP： 18515 柜台终端
NOVELL 服务器
IPX
TCP：8888 行情组件 老版 AR IPX： 9001 刷卡自助 热自助
7.1.2服務
• Windows服務使用戶能夠創建在它們自己的 Windows會話中可長時間運行的可執行應用程式。 這些服務可以在電腦啟動時自動啟動，可以暫停 和重新啟動而且不顯示任何用戶介面。這使服務 非常適合在伺服器上使用，或任何時候，為了不 影響在同一臺電腦上工作的其他用戶，需要長時 間運行功能時使用。還可以在不同於登錄用戶的 特定用戶帳戶或默認電腦帳戶的安全上下文中運 行服務。
• 1. TCP/IP • TCP/IP（傳輸控制協議/Internet協議）的歷史應當追溯到 Internet的前身————ARPAnet時代。為了實現不同網路 之間的互連，美國國防部於1977年到1979年間制定了 TCP/IP體系結構和協議。TCP/IP是由一組具有專業用途的 多個子協議組合而成的，這些子協議包括TCP、IP、UDP、 ARP、ICMP等。TCP/IP憑藉其實現成本低、在多平臺間通 信安全可靠以及可路由性等優勢迅速發展，並成為 Internet中的標準協議。目前，TCP/IP已經成為局域網中的 首選協議，在最新的操作系統（如Windows XP、Windows Server 2003等）中已經將TCP/IP作為其默認安裝的通信協 議。
第7章 Windows操作系统的特点及使用
★这些同步对象都有一个用户指定的对象名称， 这些同步对象都有一个用户指定的对象名称 对象名称，
不同进程中用同样的对象名称来创建或打开对 从而获得该对象在本进程的句柄。 象，从而获得该对象在本进程的句柄。
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★从本质上讲，这组同步对象的功能是相同的， 从本质上讲，这组同步对象的功能 相同的 功能是
它们的区别在于适用场合和效率会有所不同： 它们的区别在于适用场合和效率会有所不同： 区别在于适用场合和效率会有所不同 （1）互斥对象（mutex）就是互斥信号量，在一 互斥对象（mutex）就是互斥信号量， 个时刻只能被一个线程使用。 个时刻只能被一个线程使用。 （2）信号量对象（semaphore）就是资源信号量， 信号量对象（semaphore）就是资源信号量， 初始值的取值范围在0到指定最大值之间， 初始值的取值范围在0到指定最大值之间，用于 限制并发访问的线程数。 限制并发访问的线程数。 （3）事件对象（event）相当于“触发器”，可 事件对象（event）相当于“触发器” 用于通知一个或多个线程某事件的出现。 用于通知一个或多个线程某事件的出现。
★ Windows 2000/XP高级服务器和Windows 2000/XP 2000/XP高级服务器和Windows 高级服务器和
数据中心服务器支持一个引导选项，允许用户拥有3GB 数据中心服务器支持一个引导选项，允许用户拥有3GB 服务器支持一个引导选项 的地址空间。 的地址空间。
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7.3.2 用户内存空间分配方式
3
7.1 Windows概述 Windows概述
★从1983年微软公司宣布Windows的诞生到现在，微软Windows 1983年微软公司宣布Windows的诞生到现在 微软Windows 公司宣布Windows的诞生到现在， 系列操作系统的功能不断发展完善， 系列操作系统的功能不断发展完善 ， 在市场中成为操作系 统平台的主流软件 主流软件。 统平台的主流软件。 ★其开发经历了三个主要阶段： 其开发经历了三个主要阶段： 三个主要阶段
《操作系统》教案》课件
《操作系统》教案（第一至第五章）一、教案概述本教案主要针对《操作系统》课程的五个章节进行详细的教学设计，包括教学目标、教学内容、教学方法、教学步骤和教学评价等方面。
通过本教案的学习，学生将掌握操作系统的基本概念、原理和关键技术。
二、教学目标1. 了解操作系统的概念、发展和分类。
2. 掌握操作系统的主要功能和架构。
3. 理解进程管理、内存管理、文件管理和设备管理的基本原理。
4. 学习操作系统的设计方法和实现技术。
三、教学内容第一章：操作系统概述1. 操作系统的概念和发展历程2. 操作系统的目标和功能3. 操作系统的分类和特点第二章：操作系统架构1. 操作系统的主要组件2. 操作系统的层次结构3. 操作系统的接口和API第三章：进程管理1. 进程的概念和特性2. 进程的状态和转换3. 进程调度算法4. 进程同步与互斥5. 死锁与饥饿问题第四章：内存管理1. 内存分配与回收策略2. 内存分页和分段3. 虚拟内存技术4. 页面置换算法5. 内存保护机制第五章：文件管理1. 文件和目录的概念2. 文件系统的组织结构3. 文件存储分配策略4. 文件访问控制5. 磁盘空间管理和文件备份策略四、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理和关键技术。
2. 案例分析法：分析实际操作系统案例，加深对原理的理解。
3. 实验法：通过上机实验，巩固理论知识。
4. 小组讨论法：分组讨论问题，培养团队合作能力。
五、教学步骤1. 引导：介绍本章主题，激发学生兴趣。
2. 讲解：详细讲解本章的核心概念和原理。
3. 案例分析：分析实际案例，加深学生对原理的理解。
4. 练习与讨论：布置练习题，组织小组讨论。
5. 总结：对本章内容进行归纳和总结。
六、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和提问情况。
2. 练习题：评估学生对知识的掌握程度。
3. 实验报告：评价学生的实践操作能力。
4. 小组讨论报告：评估学生的团队合作和沟通能力。
七、教学资源1. 教材：选用权威、实用的操作系统教材。
操作系统课程设计
操作系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解操作系统的基本概念、功能、类型和结构，掌握操作系统的五大核心功能模块（处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户接口）；2. 掌握操作系统的发展历程、主要操作系统（如Windows、Linux、Mac OS）的特点及应用场景；3. 了解操作系统的设计与实现原理，包括进程管理、内存管理、设备管理、文件系统等关键技术；4. 学会使用操作系统提供的命令行或图形界面进行基本的系统操作与维护。
技能目标：1. 培养学生对操作系统的实际操作能力，能够熟练使用至少一种操作系统进行日常管理与维护；2. 培养学生运用操作系统原理解决实际问题的能力，如分析系统性能、诊断故障、优化配置等；3. 提高学生的编程能力，使其能够编写简单的系统程序或脚本，实现特定功能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对操作系统的兴趣，激发学生学习计算机科学的热情；2. 培养学生的团队合作意识，使其在讨论、分析、解决问题的过程中学会倾听、交流、协作；3. 培养学生具备良好的信息素养，关注操作系统领域的最新发展，增强信息安全意识。
课程性质：本课程为计算机科学与技术专业（或相关领域）的必修课，具有较强的理论性和实践性。
学生特点：学生已具备一定的计算机基础知识，具有较强的学习兴趣和动手能力，但可能对操作系统原理的理解和应用尚有不足。
教学要求：注重理论与实践相结合，以案例驱动、任务导向的方式进行教学，注重培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
通过本课程的学习，使学生能够掌握操作系统的基本原理，提高实际应用水平，为后续专业课程学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 操作系统概述：介绍操作系统的基本概念、功能、类型，比较不同操作系统的特点，分析操作系统的发展趋势。
教材章节：第一章 操作系统概述2. 进程与线程管理：讲解进程与线程的概念、状态与转换，进程调度算法，同步与互斥，死锁与饥饿问题。
教材章节：第二章 进程管理3. 存储管理：介绍内存分配与回收策略，虚拟内存技术，页面置换算法，内存保护机制。
计算机操作系统【第七章】 汤子瀛版
计算机操作系统【第七章】1．试画出微机和主机中常采用的I/O系统结构图。
微机中常采用的I/O系统结构图为：主机中常采用的I/O系统结构图为：2．试说明设备控制器的构成。
设备控制器的构成如图所示：由上图可见，设备控制器由以下三部分组成：（1）设备控制器与处理机的接口，该接口用于实现CPU与设备控制器之间的通信，提供有三类信号线：数据线、地址线和控制线。
（2）设备控制器与设备的接口，可以有一个或多个接口，且每个接口连接一台设备。
每个接口都存在数据、控制和状态三种类型的信号。
（3）I/O逻辑，用于实现对设备的控制。
其通过一组控制线与处理机交互，处理机利用该逻辑向控制器发送I/O命令，I/O逻辑对收到的命令进行译码。
3．为了实现CPU与设备控制器之间的通信，设备控制器应具有哪些功能？为了实现CPU与设备控制器之间的通信，设备控制器应具有如下功能：（1）接受和识别命令。
CPU可以向控制器发送多种不同的命令，设备控制器应能接收并识别这些命令。
设置控制寄存器来存放所接收的命令和参数。
（2）数据交换，指实现CPU与控制器之间、控制器与设备之间的数据交换。
设置数据寄存器来存放有关数据。
（3）设备状态的了解和报告。
控制器记录下所连接设备的状态以供CPU了解。
为此，要在控制器中设置一状态寄存器，用其中的每一位反映设备的某一状态。
（4）地址识别。
配置地址译码器以便于正确识别设备地址。
4．分别就字节多路通道、数据选择通道和数组多路通道进行解释。
①字节多路通道含有许多非分配型子通道分别连接在低、中速I/O设备上，子通道按时间片轮转方式共享主通道，按字节方式进行数据传送。
具体而言，当第一个子通道控制其I/O 设备完成一个字节的交换后，便立即腾出字节多路通道（主通道），让给第二个子通道使用；当第二个子通道也交换完一个字节后，又依样把主通道让给第三个子通道使用，以此类推。
转轮一周后，重又返回由第一个子通道去使用主通道。
②数组选择通道只含有一个分配型子通道，一段时间内只能执行一道通道程序、控制一台设备按数组方式进行数据传送。
计算机系统基础袁春风第二版课后答案
计算机系统基础袁春风第二版课后答案计算机系统基础是计算机科学与技术专业中非常重要的一门课程。
它主要介绍了计算机系统的基本原理、结构和运行机制等内容。
为了帮助同学们更好地理解和掌握这门课程，袁春风老师编写了《计算机系统基础》第二版，并在课后附上了一系列的习题与答案。
本文将就该书第二版的课后答案进行论述和解答。
第一章：计算机系统概述本章主要介绍了计算机系统的概念、发展历程以及计算机硬件和软件的基本组成部分等。
通过学习本章，同学们可以了解到计算机系统的总体结构，为后续章节的学习打下坚实的基础。
第二章：数字逻辑与数字系统本章主要介绍了数字逻辑与数字系统的基本概念和基本形式，如布尔代数、逻辑函数、逻辑门电路等。
同时，还涉及到数字系统的组合逻辑和时序逻辑设计等内容。
通过学习本章，同学们可以更好地理解和掌握数字逻辑与数字系统的相关知识，为后续章节的学习打下坚实的基础。
第三章：存储系统本章主要介绍了计算机存储系统的基本概念、结构和存储器的层次结构等。
同时，还涉及到存储系统的性能指标和存储器的组成原理。
通过学习本章，同学们可以更好地理解和掌握计算机存储系统的相关知识，为后续章节的学习打下坚实的基础。
第四章：指令系统本章主要介绍了计算机的指令系统和指令的执行方式等。
同时，还涉及到指令的寻址方式和指令的编码方式等内容。
通过学习本章，同学们可以更好地理解和掌握计算机的指令系统，为后续章节的学习打下坚实的基础。
第五章：中央处理器本章主要介绍了计算机的中央处理器(CPU)的基本组成和工作原理等。
同时，还涉及到CPU的指令执行过程和数据传输方式等内容。
通过学习本章，同学们可以更好地理解和掌握计算机的中央处理器的相关知识，为后续章节的学习打下坚实的基础。
第六章：总线与I/O系统本章主要介绍了计算机系统中的总线和I/O系统的基本概念和工作原理等。
同时，还涉及到总线的分类和总线的组织方式等内容。
通过学习本章，同学们可以更好地理解和掌握计算机系统中总线和I/O系统的相关知识，为后续章节的学习打下坚实的基础。
计算机操作系统_第7章_用户接口
计算机操作系统
信息学院计算机系
7.3.2 系统调用的类型
1．进程控制类系统调用 ．
创建和终止进程的系统调用 获得和设置进程属性的系统调用：进程标识符、 获得和设置进程属性的系统调用：进程标识符、 进程优先级、 进程优先级、最大执行时间等 等待某事件出现的系统调用
2． 2．文件操纵类系统调用
如mkdir、dir、rmdir、tree、cd等。 、 、 、 、 等
5．其他命令
如输入输出重定向命令、管道命令、过滤命令、批命令 如输入输出重定向命令、管道命令、过滤命令、 等。
2005年9月 年 月
计算机操作系统
信息学院计算机系
7.1.2 键盘终端处理程序
具有下述几方面功能： 具有下述几方面功能：
7.2.1 UNIX简单命令 简单命令
2．文件操作命令 ．
显示文件内容。 1）cat——显示文件内容。 cat 显示文件内容 例如： filename2——依次显 例如：$cat filename1 filename2 依次显 示两个文件内容。 是提示符（下同）。 示两个文件内容。$是提示符（下同）。 cp——复制文件命令。 复制文件命令。 2）cp 复制文件命令 例如： 例如：$cp source target mv——文件更名 3）mv 文件更名 例如： 例如：$mv oldname newname rm——撤消（删除）文件 撤消（ 4）rm 撤消 删除） 例如： 例如：$rm filename 5）file——确定文件的类型。 确定文件的类型。 ） 确定文件的类型
2005年9月 年 月
计算机操作系统
信息学院计算机系
7.2.3 通信命令
1．信箱通信命令mail ．信箱通信命令 2．对话通信命令 ．对话通信命令write 3．允许或拒绝接收消息命令mesg ．允许或拒绝接收消息命令
操作系统第七章参考答案
第七章参考答案1、操作系统为用户提供的接口有：作业级接口与程序级接口。
作业级接口：操作系统为用户对作业运行全过程控制提供的功能(1) 联机接口（交互式）(2) 脱机接口程序级接口：系统为用户在程序一级提供有关服务而设置，由一组系统调用命令组成•负责管理和控制运行的程序•并在这些程序与系统控制的资源和提供的服务间实现交互作用•用汇编语言：在程序中直接用系统调用命令•用高级语言：可在编程时使用过程调用语句2、接口包括3部分：一组联机命令，终端处理程序，命令解释程序3、联机命令通常有以下几类：（1）系统访问类，包括Login、Password等命令；（2）磁盘操作类，包括Format，Diskcopy，Diskcomp，Bakeup等命令；（3）文件操作类，包括Type、Copy、Comp、Rename、Del等命令；（4）目录操作类，包括Mkdir、dir、rmdir、tree、chdir等命令；（5）通信类；（6）其它命令（见书P222-223）。
4、I/O重定向—用于I/O操作的设备可以更换（即重定向）而不必改变应用程序。
例如：我们正在调试一个应用程序，可将程序的所有输出送到屏幕；而程序调试后，如果需要将程序的结果进行打印，此时需要将I/O重定向的数据结构—逻辑设备表中的显示终端改为打印机，而不修改程序。
I/O重定向具有很大的使用价值，现已经被广泛应用在各种OS 中。
（在UNIX与DOS中有具体的实现形式，可见P230）。
5、就是把第一个命令的输出作为第二个命令的输入；类似地，又把第二个命令的输出作为第三个命令的输入；这样，就由两条已上的命令形成一条管道。
在DOS与UNIX中用“|”作为管道符号。
其格式为 command1| command2| command3|…. commandn 6、见书P22311、COPY命令13、系统调用方式与程序中一般的调用方式的相同点：（1）改变指令流程；（2）重复执行和公用；（3）改变指令流程后需要返回原处系统调用方式与程序中一般的调用方式的不同点：（1）运行在不同的系统状态：一般过程调用，其调用程序和被调用程序都运行在相同状态（核心态或用户态）；系统调用：调用程序在用户态，被调用程序在系统态。
《操作系统》第7章 NT内核Windows操作系统
⑷NT是32位的多任务操作系统,克服了DOS的 NT是32位的多任务操作系统,克服了DOS的 640KB的瓶颈限制.支持对称多CPU,支持多线 640KB的瓶颈限制.支持对称多CPU,支持多线 程. ⑸NT内核WINDOWS操作系统支持多重文件系统 NT内核WINDOWS操作系统支持多重文件系统 与异步I/O以及采用面向对象的软件开发技术. 与异步I/O以及采用面向对象的软件开发技术. 多重文件系统包括:MS-DOS的FAT16/32, 多重文件系统包括:MS-DOS的FAT16/32,OS/2 的高性能文件系统HPFS,CDFS,NTFS. 的高性能文件系统HPFS,CDFS,NTFS.NTFS 支持大容量外存. ⑹ NT内核WINDOWS操作系统内置网络功能, NT内核WINDOWS操作系统内置网络功能, 支持分布式计算和互操作性.NT内核WINDOWS 支持分布式计算和互操作性.NT内核WINDOWS 操作系统采用先进的操作系统结构,客户/ 操作系统采用先进的操作系统结构,客户/服务 器模式,微内核结构,对象模型等. ⑺安全可靠,安全性达到美国政府C2级安全标准. ⑺安全可靠,安全性达到美国政府C2级安全标准.
硬件抽象层HAL 硬件抽象层HAL 硬件抽象层HAL( 硬件抽象层HAL(Hardware Abstraction Layer)将内核,设备驱 Layer)将内核,设备驱 动程序,执行体同硬件分隔,HAL隐藏各种与硬件有关的细节, 动程序,执行体同硬件分隔,HAL隐藏各种与硬件有关的细节, 如I/O接口,中断控制器,多处理机通信机制和依赖于硬件平台 I/O接口,中断控制器,多处理机通信机制和依赖于硬件平台 的函数等.HAL是NT内核WINDOWS操作系统在多种硬件平台可 的函数等.HAL是NT内核WINDOWS操作系统在多种硬件平台可 移植性成为可能的关键技术. Windows NT系列操作系统设计的一个至关重要的方面就是在多 NT系列操作系统设计的一个至关重要的方面就是在多 种硬件平台上的可移植性,硬件抽象层(HAL)就是使这种可移植 种硬件平台上的可移植性,硬件抽象层(HAL)就是使这种可移植 性成为可能的关键部分.HAL是一个可加载的核心态模块Hal.dll, 性成为可能的关键部分.HAL是一个可加载的核心态模块Hal.dll, 它为运行在Windows NT/XP上的硬件提供低级接口.HAL隐藏各 它为运行在Windows NT/XP上的硬件提供低级接口.HAL隐藏各 种与硬件有关的细节,例如I/O接口,中断控制器以及多处理机 种与硬件有关的细节,例如I/O接口,中断控制器以及多处理机 通信机制等任何体系结构专用的和依赖于计算机平台的函数. HAL是一个软件层,用来为操作系统的上层隐藏硬件差异,以提 HAL是一个软件层,用来为操作系统的上层隐藏硬件差异,以提 高Windows NT系列操作系统的可移植性.HAL有一虚拟机接口, NT系列操作系统的可移植性.HAL有一虚拟机接口, 可为内核调度程序,可执行体和设计驱动程序所使用.这种方法 的一个优点是每个设备驱动程序只需要一个版本,即它可运行于 各种硬件平台,而无需移植驱动程序.HAL也支持对称多重处理. 各种硬件平台,而无需移植驱动程序.HAL也支持对称多重处理. 设备驱动程序映射设备并直接访问它们,但是映射内存的管理, 配置I/O总线,设置DMA和处理母板等有关细节,都是由HAL接 配置I/O总线,设置DMA和处理母板等有关细节,都是由HAL接 口提供的.
第七章 UNIX 系统
copyright@2005.计算机学院软件教研室 张练兴等
江西师大精品课程课件－操作系统
第七章UNIX系统 第10页
UNIX的设计原理
• 做到尽量使得系统很小，许多算法采用了最简单 的，而不过多考虑速度和效率。使得内核短小， 系统调用方便。 • 为用户在需要时自己设计一个更为复杂高效的系 统而提供了条件。 • 灵活性是系统发展中一个关键的因素。 • 在程序设计时总是将其交互性和方便性放在最高 的优先级别上进行考虑。[所谓的方便性是体现在程序代码的选择上
copyright@2005.计算机学院软件教研室 张练兴等
江西师大精品课程课件－操作系统
第七章UNIX系统 第3页
7.1.1 UNIX系统的发展
• Ritchie 和 Thompson通过几年努力工作，他们将UNIX移 植到了PDP-11/20机器的环境下运行，产生了UNIX的第 二个版本。 • 第三个版本是使用C语言重写了所有的汇编语言代码而得 到，并移植到了PDP-11/45和PDP-11/70等机器的环境下 运行，加入了多道程序设计技术和其它一些增强的性能。 • 1978年又发表了UNIX 第七版本，它是在PDP-11/70上运 行的。1982年和1983年又先后宣布了UNIX System Ⅲ和 UNIX SystemⅤ；1984年推出了UNIX System V2.0， 1987年发布了V3.0版本，分别简称为UNIX SVR 2和UNIX SVR 3；1989年发布了UNIX SVR 4。目前使用较多的版 本是在1992年发布的UNIX SVR 4.2。
copyright@2005.计算机学院软件教研室 张练兴等
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第七章UNIX系统 第7页
7.1.1 UNIX系统的发展
第7章 网络操作系统概述
7.2.3 Novell NetWare操作系统
美国Novell公司在1985年开始发布了NetWare操作系统，它 与DOS和Windows等操作系统一样，除了访问磁盘文件、内存使 用的管理与维护之外，还提供一些比其他操作系统更强大的实用程 序和专用程序，包括用户的管理、文件属性的管理、文件的访问、 系统环境的设置等。NetWare操作系统可以让工作站用户像使用自 身的资源一样访问服务器资源，除了在访问速度上受到网络传输的 影响外，没有任何不同。随着硬件产品的发展，这些问题也不断得 到改善。该操作系统具有如下特点。 （1）强大的文件及打印服务能力 NetWare能够通过文件及目录高速缓存，将那些读取频率较 高的数据预先读入内存，来实现高速文件处理。 （2）良好的兼容性及系统容错能力 较高版本的NetWare不仅能与不同类型的计算机兼容，而且 还能在系统出错时及时进行自我修复，大大降低了因文件和数据丢 失所带来的不必要的损失。 （3）比较完善的安全措施 NetWare采用四级安全控制原则以管理不同级别的用户对网 络资源的使用。
第7章 网络操作系统概述
7.1 网络操作系统的概念
如果用户的计算机已连接到一个局域网中，但是没有安装网 络操作系统，那么这台计算机也不能提供任何网络服务功能。从 OSI参考模型角度看，完整的计算机网络有七层结构，而初期的局 域网标准只定义了低层（物理层、数据链路层）协议，实现局域网 协议的硬件与驱动程序只能为高层用户提供数据传输功能，因此早 期的局域网常被称为通信网络。 一个局域网要能实现分布式进程通信，为用户提供完备的网 络服务功能，就必须具备局域网高层软件，如网络操作系统，使网 络上各计算机能方便而有效地共享网络资源以及为网络用户提供所 需的各种服务的软件和有关规程。网络操作系统就是利用局域网低 层提供的数据传输功能，为高层网络用户提供共享资源管理服务， 以及其他网络服务功能的局域网系统软件。 网络操作系统与运行在工作站上的单用户操作系统（如 Windows98等）或多用户操作系统由于提供的服务类型不同而有 差别。一般情况下，网络操作系统是以使网络相关特性最佳为目标 的。如共享数据文件、应用软件以及共享硬盘、打印机、调制解调 器、扫描仪和传真机等。一般计算机的操作系统，如DOS和OS/2 等，其目的是让用户与系统及在此操作系统上运行的各种应用之间 的交互作用最佳。
操作系统概念课后习题答案
操作系统概念课后习题答案操作系统概念课后习题答案第一章：引论1.操作系统的定义：操作系统是计算机系统中的一个软件层，它管理和控制计算机硬件资源，为用户和应用程序提供接口和服务。
2.操作系统的功能：处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户界面等。
第二章：进程管理1.进程的概念：进程是一个正在执行的程序的实例，它由代码、数据和执行环境组成。
2.进程状态：就绪、运行和阻塞。
3.进程调度算法：先来先服务、最短作业优先、时间片轮转和优先级调度等。
第三章：线程管理1.线程的概念：线程是进程的一个执行单元，一个进程可以包含多个线程。
2.线程与进程的区别：线程共享相同的地质空间和文件描述符，而进程拥有独立的地质空间和文件描述符。
3.线程模型：用户级线程模型和内核级线程模型。
第四章：内存管理1.内存管理的目标：实现内存的分配与回收、内存的保护和共享。
2.内存分配的概念：连续分配、非连续分配和虚拟内存分配。
3.地质转换：逻辑地质到物理地质的转换过程，包括分段、分页和段页式等。
第五章：存储器管理1.存储器的层次结构：主存储器、辅助存储器和高速缓存。
2.页面置换算法：最佳置换算法、先进先出算法、最近最久未使用算法和时钟置换算法等。
3.虚拟内存的概念：将存储器抽象成一组连续的地质空间，实现大容量存储和地质共享。
第六章：设备管理1.设备管理的功能：设备分配、设备驱动程序和设备中断处理等。
2.设备分配算法：先来先服务、最短作业优先和轮转法等。
3.磁盘调度算法：先来先服务、最短寻道时间优先和扫描算法等。
第七章：文件管理1.文件的概念：文件是命名的、有序的数据集合，它是操作系统中最基本的数据组织方式。
2.文件系统的组织结构：层次式文件系统、索引式文件系统和线性文件系统等。
3.文件共享与保护：文件锁机制、权限控制和访问控制列表等。
第八章：I/O系统1.I/O系统的组成部分：I/O设备、I/O控制器和设备驱动程序等。
2.I/O操作的方式：程序控制I/O和中断驱动I/O。
操作系统：07(左老师)第七章_文件系统
多级目录(Multi-Level Directory as in UNIX) root
bin
usr
lib
dev
etc
unix cc vi Li
users
clib flib
Wang
console lp
bin passwd
s
d1 d2
yacc
f2 f1
文件目录的查找
查找路径
由根目录开始查找 由当前目录开始查找
(2) 将文件名和文件号作为FCB次部填到末级目录中 (3) 以写方式打开 例如: creat(“/usr/li/d1/f1”, mode)
7.8 文件系统的界面
打开文件 命令形式: fd=open(path_name, mode) 参数说明
path_name: 文件路径名; mode: 打开方式.
7.3 文件的组织
逻辑组织
用户看到的文件组织形式
记录式文件：记录的序列
等长记录（优点：处理方便，速度快；缺点：空间浪费） 不等长记录（优点：省空间；缺点：处理不便，速度慢）
流式文件：字节的序列(UNIX, Windows, etc)
物理组织
逻辑组织到磁盘块的映射
文件：记录(字节)序列 变换关系 磁盘：块(block)序列
起始位置 Hash(key)=addr
保存记录： 计算addr=hash(key)
对应冲突记数加1 T 本记录空闲 F
标记为占用 填记录内容
顺取下一个
... 空闲标志 冲突记数 记录内容
空闲标志 冲突记数 记录内容
... 文件空间
查找记录： 计算addr=hash(key)
取addr对应记录的冲突记数count
计算机科学导论课件-第七章 操作系统
防止死锁的措施
▪ 当不是所有资源都空闲的时候，不允许进 程运行；
▪ 限制进程专用资源的时间。
2.饿死（starvation）
▪ 与死锁相反，发生在操作系统对进程分配 资源有太多限制的时候。
设备管理和文件管理
▪ 看书pp.136--137
7.4
主流操作系统
Windows－－菜单驱动的操作系统。
2.耗尽分配的 时间片，直 接进入等待 状态；
3.进程结束， 进入终止状 态。
调度器（1/2）
▪ 将一个作业或进程从一个状态改变为另一 个状态，需要使用作业调度器和进程调度 器。
▪ 作业调度器负责从作业中创建一个进程和 终止一个进程。
调度器（2/2）
▪ 进程调度器：将一个进程从一个状态转入 另一个状态。
缺点： • 分区大小必须由内存管理器事先决定。大小的把握； • 即使分区中开始时合适，也不能保证一直合适。
分页调度
1. 内存被分成大小相等的若干个部分，成为 帧
2. 程序被分为大小相等的部分，成为页。 3. 页和帧的大小通常相等，且与系统用于从
存储设备中提取信息的块大小相等 4. 程序中内存中不必是连续的
4、并行系统（Parallel systems） • 同一个计算机中安装多个CPU • 任务不再是串行处理
5、分布式系统（Distributed systems） • 随着网络发展而出现的 • 程序在一台计算机上运行一部分
6、实时系统（Real-time systems） • 要求在特定时间内完成任务 • 通常用于实事监控系统 • 通常用于满足特殊需求
进程同步
▪ 资源被多个进程同时使用，可能有2种有问 题的状态：死锁和饿死。
1. 死锁（deadlock）：
UNIX操作系统介绍71绪言UNIX操作系统的结构
四、磁盘块的读写
1、读磁盘的方式
A、一般读方式：把磁盘中的信息读入缓冲区
B、提前（预先）读方式：在一个进程顺序地读一 个文件各盘块时，会预先看见下一个要读的盘块， 因此可以在读出指定盘块的同时，要求提前将下一 个盘块的信息读入缓冲区。
2、写磁盘的方式 A、一般写方式：把缓冲区的数据写入磁盘，调用 者进程因为等待写操作完成而进入睡眠状态，写操 作完成后释放缓冲区。
系统调用fork完成的功能： ⑴为子进程在proc结构表中分配一个空项 ⑵ 为子进程赋一个唯一的进程标识号pid
⑶ 复制一个父进程上下文的逻辑副本。(只复制 不共享的部分)
⑷增加与父进程相关联的有关文件系统的进程引 入计数。 ⑸对父进程返回子进程的进程标识号，对子进程 返回零。 当父进程使用fork()创建了子进程后，子进程就 继承了父进程的正文段，数据段和栈。子进程的 状态为创建态。
2、存储区分配策略：最先适应策略
3、存储区的分配与释放 三、现代UNIX操作系统的存储管理 1、管理方式：请求调页的存储管理 2、内存空间的管理 A、位示图 B、页的大小：512B-----4KB
C、所用的数据结构：
页表
一个进程的虚地址空间在逻辑上被分成三个区段：系 统区段(常驻内存)、进程控制区段、进程程序区段。 每个区段都有自己的虚拟地址空间，故每个区段都有 自己的页表。
C、所有空闲缓冲区通过指针形成一个空闲缓冲区队 列
D、缓冲区的分配和回收通过GETCF（）和PUTCF （）函数完成。
2、块设备缓冲区管理 A、组成 用于真正存放数据的缓冲区 用于管理的缓冲区控制块 B、分配和回收 它们二者一一 对应
C、UNIX块设备的缓冲区构成三个队列： 空闲缓冲区队列： UNIX将系统中的空闲缓冲区控制块用两个指 针构成双向链表，并对这个队列采用先进先出的管 理算法，当释放一个空闲缓冲区时，将它链入队列 尾，当申请一个缓冲区时，就从队列首摘下分配 。 输入/输出请求队列： 将对某一设备提出的I/O请求所对应的缓冲区 控制块用一个指针构成单向链表。UNIX对这个队 列采用先进先出的管理算法。服务完一个就把它从 队首摘下，然后再为下一个服务。
计算机操作系统第七章 - 存 储 管 理
分页系统中的地址映射
图5-16 分页系统的地址转换机构 每个进程平均有半个页面的内部碎 片
页面尺寸
设进程的平均大小为s字节，页面尺寸为p字节 ，每个页表项占e字节。那么，每个进程需要的 页数大约为s/p，占用 s . e /p 字节的页表空间。 每个进程的内部碎片平均为p/2。 因此，由页表和内部碎片带来的总开销是： s . e /p+p/2
• • •
虚拟存储器的特征
① ② ③ ④
虚拟扩充。 部分装入。 离散分配。 多次对换。
地址重定位( 地址重定位(地址映射）
• • • • • • • • • • • •
MOV AX,1234 ；立即数寻址 MOV [1000],AX 存储器直接寻址 MOV BX,1002 ；立即数寻址 MOV BYTE PTR[BX],20 ；基址寻址 MOV DL,39 ；立即数寻址 INC BX ；寄存器寻址 MOV [BX],DL ；基址寻址 DEC DL ；寄存器寻址 MOV SI,3 ；立即数寻址 MOV [BX+SI],DL ；基址加变址寻址 MOV [BX+SI+1],DL ；基址+变址+立即数寻址 ；基址+变址+ MOV WORD PTR[BX+SI+2],2846 ；基址+变址+立即数寻址 ；基址+变址+
页面置换算法
页面置换
1．页面置换过程
图5-35 页面置换
需要解决的问题
• 系统抖动 • 缺页中断
•
在学汇编时，很多初学者对PC的寻址方式和很 在学汇编时，很多初学者对PC的寻址方式和很 不理解，甚至是很难理解。的确，这方面的知识 是很抽象的，需要比较强的空间想象能力。尤其 是我们在输入字符串时，那这些字符是如何进行 排列的呢？对于，这个问题，我相信很多初学者 也是很难想象是如何排列。但是，我可以这样比 喻：内存就是有很多栋“楼房” 喻：内存就是有很多栋“楼房”，“楼房”又是 楼房” 由“单元号”，“门户号”组成，那“楼房”就 单元号” 门户号”组成，那“楼房” 相当于内存地址的段地址，“单元号” 相当于内存地址的段地址，“单元号”就相当于 内存的的 偏移地址，“门户号(家)”就相当于“变 偏移地址，“门户号( 就相当于“ 地址”，而每个单元有16个 门户号( )",又当我 地址”，而每个单元有16个"门户号(家)",又当我 们找到"门户号( )"后 走进这个"门户号( )"就会 们找到"门户号(家)"后,走进这个"门户号(家)"就会 见到里面会有" ",而我们所说的人就是寄存器所 见到里面会有"人",而我们所说的人就是寄存器所 指的"内容" 指的"内容"了,
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第七章操作系统的结构
7.1 研究操作系统的观点
一、资源管理的观点——用户观点
OS是资源管理者，OS本质功能是共享和并发
二、虚拟机的观点——功能扩充观点
OS
第三级扩充----
第二级扩充----
第一级扩充----
三、进程观点——OS的运行观点
用户进程、系统进程
7.2 操作系统程序的特征和设计目标
一、OS程序的特征
1．复杂度高：程序庞大，接口复杂，并行度高
2．生成周期长
3．正确性和可维护性难以保证
二、操作系统设计几个阶段
1．功能设计：功能、类型设计
2．算法设计
3．结构设计
三、操作系统的结构问题
1．程序结构
结构良好的程序：结构清晰、易读、易维护、易验证、易调试和修改。
结构化程序设计：使程序有合理的结构。
模块化（按功能分解成彼此独立又有一定联系的部分）。
2．体系结构
·大型程序系统的结构：如何由小规模程序组成大型程序
·模块接口：指一个模块中的程序访问另一个模块内的程序和数据的方法
3．体系结构研究的问题：
如何将大型软件划分成较小的模块，如何协同工作，模块间有着怎样的接口。
四、OS结构设计的目标
1．正确性(可靠性)
影响操作系统的正确性因素主要有：
·并发性：系统进程，用户进程交替执行
·共享性：进程或模块之间产生直接或间接制约关系
·随机性：中断发生的随机性，用户作业到达系统时间的随机性
2．高效性：尽量减少系统自身的开销（时间、空间）
系统运行效率n=( T u＋T su ) / (T u＋T su＋T sm)
T u：用户态下运行程序所用的时间
T su：管态下运行程序为用户服务所用的时间。
T sm：管态下运行程序作系统管理工作所用的时间（进程切换，调度页面，检测死锁）。
（系统开销）
3．维护性
包括易读性、易扩充性、易剪裁性、易修改性。
①可扩充性
易于增加新的特性（功能），支持新的硬件
②可移植性：易于（以尽可能少的改动）移植到具有不同处理机或不同配置的计算机上。
·尽可能多的代码用高级语言编写
·尽可能减少直接访问硬件的代码，把与硬件相关的代码孤立地放在一些模块中（不要分散在整个OS中）。
4．安全性：为用户数据保护提供最基本的机制。
五．分解复杂性的经验公式
复杂性C ≥C （1）+C （2）
C 代表复杂性，C （1）、C （2）代表分成两个系统后的复杂性。
工作量E ≥E （1）+E （2）
模块数目
7.3 操作系统结构的设计方法
一、 无序模块法——早期OS 结构（单块式OS ）
1．无序模块结构
·模块间转接随便，各模块互相牵连，独立性差
·数据基本上作为全程量处理，系统内所有模块的任一程序都可以对其存取和修改
各模块可以自由调用、结构紧密、效率高。
缺点：模块间联系复杂，维护困难，修改一个模块可以导致一些看起来与系统无关的错误。
二、 层次结构法（垂直结构）
按照功能和相互依存关系，把系统中的模块分成若干层，其中任一层模块都建立在它下面一层的基础上（即任一层模块只能调用比它低的层来服务，不能调用比它高的层），可从最底层开始调试OS ，一个完整的层可被整个替代。
例。
THE 操作系统层次结构：
4层 设备管理
3层 控制台打字机管理
2层 存储管理
1层 处理机调度和PV 操作
0层 硬件
1．分层规则
（1）把与硬件有关的部分（如中断处理，输入/出启动、时钟管理）放在靠硬件尽可能近——
易于移植。
（2）内核应包括处理机调度，队列管理，通信结构，原语等。
（3）与机器特性无关，与资源分配无关的放在中层（如文件管理，输入/出加工等）。
（4）按调用规则（单向依赖关系）实现各功能可造成的嵌套调用的模块要排成有序层次。
（5）与多种操作方式（如前台分时，后台批处理，实时控制）有关的放在外层（如作业调度、键盘命令解释程序）。
如：文件管理要调用设备管理
2．层次结构设计方法
（1） 自底向上逐步抽象法
An
――――
A 2（功能扩充、虚拟机A 2）
A 1（功能扩充，虚拟机A 1）
A 0（宿主机）
（2）自顶向下逐步实现
从目标机A n 出发逐步过渡到宿主机A 。
3．优缺点
优点：易于设计、调试
缺点：层次间接口太多、太分散、难以拆开更换。
三、微内核结构
1．客户/
2．微内核
把各种操作系统共同需要的核心功能形成微内核的基本功能（本质功能）
本质功能包括：
IPC（Inter process communications）进程通信
VM（Virtual Memory）虚存储器
Tasks和threads管理
中断处理及与硬件相关部分
例如ONX微内核，只有8KB，14条系统调用。
3．微内核结构的操作系统——基于微内核的多服务器结构
(1) 运行在核心态的内核
提供所有操作系统都具有的基本操作，如：
线程调度、虚拟存储、消息传递、设备驱动、原语操作、中断处理等，这些部分通常采用层次结构并构成了基本操作系统。
(2) 运行在用户态并以客户/服务器方式运行的进程层。
除内核部分外，操作系统的其他部分都被分成若干个相对独立的进程，每个进程实现一组服务,称为服务进程。
这些服务进程可以提供各种系统功能，如文件系统服务以及网络服务等。
服务进程的任务是检查是否有客户提出要求服务的请求，并在满足客户进程的请求后将结果返回。
(3)客户进程与服务进程之间的通信是采用消息通信。
客户进程发出消息，内核将消息传给服务进程，服务进程执行相应的操作，其结果又通过内核用发消息方式返回给客户进程。
(4)该模式的特点
将操作系统分成若干个小的，自包含的分支（服务进程），每个分支运行在独立的用户进程中。
操作系统在内核中建立起最小的机制，而把策略留给用户空间中的服务进程。
可靠，灵活（可增加新的功能），适宜于分布式处理的计算环境。
4．微内核结构优点
①精减核心的功能，同一个微内核可以同时支持多个不同界面的OS。
②可移植性好
③可伸缩性好
④系统安全性好：将安全性作为系统内的特性来设计
缺点：效率相对降低，微内核是系统的瓶颈。