第7章操作系统
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操作系统第七章的中英文对照
第七章08软一裴晓禹内存管理：memory management1：内存管理的基本理念：basic idea of menmory management1:在多道程序设计系统中,必须进一步细分内存的“用户”部分,以满足多个进程的要求2:必须有效的分配内存来保证有适当数目的就绪进程可以占用这些可用的处理器时间。
2：内存管理的需求：memory management requirements1:重定位,relocation2：保护,protection3：共享,sharing4：逻辑组织,logical organization5：物理组织,physical organization3:重定位：1：不能事先知道在摸个程序制度性期间会有其他哪个程序驻留在主存中。
2：程序执行的过程中，一旦程序被换出到磁盘，当下一次被换入时，将会把进程重定位到内存的不同区域。
3：处理器硬件和操作系统软件必须能够把程序代码中的存储器访问转换成实际的物理存储器地址，以反映程序在主存中的当前位置。
进程的寻址方式：addressing requirements for a process4：保护1：该进程以外的其他进程中的程序不能未经授权的访问内存单元。
2：在编译时不可能检查绝对地址来确保保护。
3：必须在运行时检查进程产生的所有内存的访问，以便确保它们只访问了分配给该进程的存储空间。
4：内存保护的需求必须由处理器来满足，而不是由操作系统来满足。
（操作系统不能预测程序产生的所有存储器访问）5：共享：1:允许多个进程访问主存的同一部分：allow several processes to access the same protion of memory。
2:允许每个进程访问该程序的同一个副本要比让每个进程有自己单独的副本更有优势：better to allow each process access to the same copy of the programrather than have their own separate copy。
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。
计算机操作系统第七章--磁盘调度
7.1.1磁盘性能简述
2.移动头磁盘 每个盘面配一个磁头，装入磁臂 中，为能访问该盘面上的所有磁道，该 磁头必须移动进行寻道。移动头磁盘只 能进行串行读/写，I/O速度较慢，但结 构简单，广泛地用于中、小型磁盘设备 中。在微机上配置的温盘(温彻斯特)和 软盘，都采用移动磁头结构，故本节主 要针对这类磁盘的I/O进行讨论。
7.1.3 各种扫描算法
N步SCAN算法是将磁盘请求队 列分成若干个长度为N的子队列，磁 盘调度将按FCFS算法依次处理这些 子队列。每处理一个队列时，又是 按SCAN算法，对一个队列处理完后 又处理其它队列，这样就可避免出 现粘着现象。
7.1.3 各种扫描算法
当N值取得很大时，会使N步扫描 算法的性能，接近于SCAN算法的性 能，当N=1时，N步SCAN算法退化 为FCFS算法。
58
55 39
32
3 16
38
18
1
20
平均寻道长度：27.8
7.1.3 各种扫描算法
二、循环扫描CSCAN(Circular SCAN)单 向扫描 SCAN算法既能获得较好的性能， 又能访止进程饥饿，广泛用于大、中、 小型 机和网络中的磁盘调度。
7.1.3 各种扫描算法
问题：当磁头刚从里向外移动过 某一磁道时，恰有一进程请求访问 此磁道，这时该进程必须等待，待 磁头从里向外，然后再从外向里扫 描完所有要访问的磁道后，才处理 该进程的请求，致使该进程的请求 被严重地推迟。
7.1.3 各种扫描算法
被访问的下 一个磁道号 150 160 184 18 38 39 55 58 90 移动距离 (磁道数) 50 10 24 166 20 1 16 3 32
平均寻道长度：27.5
嵌入式操作系统_第7章 ucOS-II - 任务的同步互斥通信
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待时间为无限长。 调用函数成功后，函数返回值为OS_ON_ERR，否则会根据具体 错误返回OS_ERR_EVENT_TYPE、OS_SEM_OVF。
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第7章 操作系统接口
第七章 操作系统接口 7.3.1 系统调用的基本概念
函数的集合就是Windows操作系统提供给应用程序编程 的接口（Application Programming Interface），简称Windows API或Win32 API（注：某些Win32 API，如管理Windows线 程的API等，它们并没有操纵内核对象，因此不是系统调用。 本实验只讨论API的使用，不再做进一步区分）。所有在 Win32平台上运行的应用程序都可以调用这些函数。
第七章 操作系统接口 2. 对话框的组成 1) 标题栏 2) 输入框 3) 按钮 (1)命令按钮。 (2) 选择按钮。 (3) 滑块式按钮。 (4) 数字式增减按钮。
第七章 操作系统接口
(a) “另存为”对话框 图 7 -11 对话框
第七章 操作系统接口
(b) “格式化”对话框
图 7 -11 对话框
命令解释程序是用户和系统内核之间的接口程序。
Command程序是一个命令语言解释器，它拥有自己内建
的命令集，用户或其他应用程序都可通过对Command程序的
调用完成与系统内核的交互。我们可以把系统内核想象成一 个球体的中心，Command命令解释程序就是包围内核的外壳。
第七章 操作系统接口 7.1.3 命令解释程序
第七章 操作系统接口
图7-10 “我的电脑”窗口的组成
第七章 操作系统接口 2. 窗口的性质 (1) 窗口的状态。 (2) 窗口的改变
第七章 操作系统接口 7.5.4 对话框 1. 对话框的用途 对话框的主要用途是实现人—机对话，即系统可通过对 话框提示用户输入与任务有关的信息，比如提示用户输入要 打开文件的名字、其所在目录、所在驱动器及文件类型等信 息；或者对于对象的属性、窗口等的环境设置的改变等， 比如设置文件的属性、设置显示器的颜色和分辨率、设置桌 面的显示效果七章 操作系统接口 三、系统调用的处理步骤 MS-DOS——INT 21
计算机操作系统_第7章_用户接口
2005年9月 年 月
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：$rm filename 5）file——确定文件的类型。 确定文件的类型。 ） 确定文件的类型
2005年9月 年 月
计算机操作系统
信息学院计算机系
7.2.3 通信命令
1．信箱通信命令mail ．信箱通信命令 2．对话通信命令 ．对话通信命令write 3．允许或拒绝接收消息命令mesg ．允许或拒绝接收消息命令
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7.3.2 系统调用的类型
1．进程控制类系统调用 ．
创建和终止进程的系统调用 获得和设置进程属性的系统调用：进程标识符、 获得和设置进程属性的系统调用：进程标识符、 进程优先级、 进程优先级、最大执行时间等 等待某事件出现的系统调用
2． 2．文件操纵类系统调用
如mkdir、dir、rmdir、tree、cd等。 、 、 、 、 等
5．其他命令
如输入输出重定向命令、管道命令、过滤命令、批命令 如输入输出重定向命令、管道命令、过滤命令、 等。
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7.1.2 键盘终端处理程序
具有下述几方面功能： 具有下述几方面功能：
7.2.1 UNIX简单命令 简单命令
2．文件操作命令 ．
显示文件内容。 1）cat——显示文件内容。 cat 显示文件内容 例如： filename2——依次显 例如：$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
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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7章 NT内核Windows操作系统
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.
操作系统习题第七章
第七章文件管理一、单项选择题1．操作系统中对数据进行管理的部分叫做_______.A.数据库系统B.文件系统C.检索系统D.数据存储系统2．文件系统中用_______管理文件。
A.作业控制块B.外页表C. 目录D.软、硬件结合的方法3．为解决不同用户文件的命名冲突问题通常在文件系统中采用______.A.约定的方法B.多级目录C.路径D.索引4．磁盘上的文件以_______为单位读写。
A.块B.记录C柱面 D..磁道5．磁带上的文件一般只能__________.A. 顺序存取B.随机存取C. 以字节为单位存取D.直接存取6．在下列文件的物理结构中，________不利于文件长度动态增长。
A.顺序结构B.链接结构C.索引结构D.Hash结构7．文件系统采用二级目录结构，这样可以________.A.缩短访问文件存储器时间B.实现文件共享C.节省主存空间D.解决不同用户之间的文件名冲突问题。
8. _________是由字符序列组成的，不再划分结构。
A. 连续文件B. 流式文件C. 有序文件D. 记录文件9. 通常说的文件系统，指的是操作系统中的__________。
A.全部文件B. 全部目录C. 管理软件D. 上述三种10. 目录文件所存放的信息是_______。
A.某一文件存放的数据信息B.某一文件的文件目录C.该目录中所有数据文件目录D.该目录中所有子目录文件和数据文件的目录11. 在文件系统中，要求物理块必须连续的文件是_______。
A.索引文件B. 顺序文件C. 链接文件D. 散列文件12. 如果文件系统中存在两个文件重名，不应当采用________结构。
A.一级目录B. 二级目录C. 三级目录D. 多级目录13 在创建一个文件时，文件系统将为它建立一个_________。
A.逻辑空间B. 逻辑结构C. 文件目录D. 目录文件14. 在文件系统中，________负责将文件名转换为物理地址。
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
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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。
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第七章UNIX系统 第7页
7.1.1 UNIX系统的发展
操作系统 第7章操作系统的接口
北京林业大学信息学院
操作系统的接口种类
操作系统是用户与计算机系统之间的接 口，用户在操作系统的帮助下，可以安 全可靠、方便、快速地使用计算机系统。 操作系统的三种接口 命令级接口 程序级接口 图形级接口
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（一）命令级接口
系统提供作业控制语言或操作控制命令，来 使用户利用这些命令组织和控制作业的执行。
JOB1 JOB2 JOB3 JOB4
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最高响应比优先作业算法计算结果
估计运 开始时 结束时 行时间 间 间 （分钟） JOB1 120 8：00 8：00 10：00 JOB2 50 8：50 10：10 11：00 JOB3 10 9：00 10：00 10：10 JOB4 20 9：50 11：00 11：20 作业平均周转时间 T = 102.5 作业带权平均周转时间 W = 3.775 作业 进入时 间 周转时 带权周 间 转时间 （分钟） 120 1 130 2.6 70 7 90 4.5 410 15.1
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作业的处理过程
运行
待 等 O I/
进 调 程 度
完成
作业调度 用户 提交 收容 就绪
I/O 完成
阻塞
执行 作业录入 作业调度
作业提交：作业的输入； 作业执行：先到"就绪"，经调度"运行"，有I/O请求" 等待"，I/O完成到"就绪" 作业完成：作业的输出；
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访管指令
用户程序在算态下运行，只能使用算态指令，而
操作系统是系统程序，在管态下运行，它既可使用算
态指令，也能使用特权指令。而用户要使用外设， 必须在管态下完成， 因而引入访管指令。 访管指令主要功能为： ① 实现从算态到管态的改变； ② 在管态下由操作系统代替用户完成其请求； ③ 操作系统工作完成后由管态返回到算态。
操作系统的接口种类
操作系统是用户与计算机系统之间的接 口，用户在操作系统的帮助下，可以安 全可靠、方便、快速地使用计算机系统。 操作系统的三种接口 命令级接口 程序级接口 图形级接口
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（一）命令级接口
系统提供作业控制语言或操作控制命令，来 使用户利用这些命令组织和控制作业的执行。
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最高响应比优先作业算法计算结果
估计运 开始时 结束时 行时间 间 间 （分钟） JOB1 120 8：00 8：00 10：00 JOB2 50 8：50 10：10 11：00 JOB3 10 9：00 10：00 10：10 JOB4 20 9：50 11：00 11：20 作业平均周转时间 T = 102.5 作业带权平均周转时间 W = 3.775 作业 进入时 间 周转时 带权周 间 转时间 （分钟） 120 1 130 2.6 70 7 90 4.5 410 15.1
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作业的处理过程
运行
待 等 O I/
进 调 程 度
完成
作业调度 用户 提交 收容 就绪
I/O 完成
阻塞
执行 作业录入 作业调度
作业提交：作业的输入； 作业执行：先到"就绪"，经调度"运行"，有I/O请求" 等待"，I/O完成到"就绪" 作业完成：作业的输出；
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访管指令
用户程序在算态下运行，只能使用算态指令，而
操作系统是系统程序，在管态下运行，它既可使用算
态指令，也能使用特权指令。而用户要使用外设， 必须在管态下完成， 因而引入访管指令。 访管指令主要功能为： ① 实现从算态到管态的改变； ② 在管态下由操作系统代替用户完成其请求； ③ 操作系统工作完成后由管态返回到算态。
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。
计算机操作系统---第7章 操作系统接口
命令接口包括:联机用户接口和脱机用户接口
终端用户利用该 接口可以调用操 作系统的功能， 取得操作系统 的服务。
专为批处理 作 业的用户提 供 的。（批处 理 用户接口）
7.1.1 联机用户接口
也称联机命令接口。 分类：字符显示式用户界面；图形化用 户界面
命令 语言 命令行方 式和批命 令方式
中断和异常的区别如下(2)： •异常是由处理器正在执行现行指
令而引起的，一条指令执行期间允 许响应异常，异常处理程序提供的 服务是为当前进程所用的。 异常又分为出错和陷入。
出错和陷入的区别如下： •它们发生时保存的返回指令地址 不同，出错保存指向触发异常的那 条指令，而陷入保存指向触发异常 的那条指令的下一条指令。 •从异常返回时，出错会重新执行 那条指令，而陷入就不会重新执行 那条指令。如缺页异常是一种出错， 而陷入主要应用在调试中。
首先,将处理机状态由用户态转为系统态 其次,是分析系统调用类型,转入相应的系 统调用处理程序 在系统调用处理子程序执行完后,应恢复 被中断的或设置新进程的CPU现场,然后 返回被中断进程或新进程,继续往下执行
4.系统调用处理子程序的处理过程
7.4
UNIX系统调用
7.4.1 UNIX系统调用的类型
在程序设计语言(如C语言)中，往往 提供与各系统调用对应的库函数， 应用程序可通过对应的库函数来使 用系统调用， 库函数的目的是隐藏访管指令细节， 使系统调用更象过程调用，但一般 地说，库函数属于用户程序而非系 统程序。
操作系统为用户提供系统调用 也出于安全和效率考虑，使得 用户态程序不能自由地访问内 核关键数据结构或直接访问硬 件资源。
1.命令行方式：Command arg1 arg2…argn
第7章 现代操作系统发展
7.3.2 分布式操作系统简介
定义：分布式操作系统是配置在分布式系统上的共用 操作系统。 特征：分布式操作系统实施系统整体控制，用户访问 远程资源的方式与访问本地资源的方式相同。可实现 用户面前的虚拟单处理机系统到具体的分布式系统的 映射。
分布式操作系统的功能：
①进程管理：应能实现进程或计算的迁移，应能提供 分布式互斥和同步机制，有应对死锁的措施；
嵌入式处理器通常是单片机或微控制器；
支撑硬件主要包括存储介质、通信部件和显示部件等；
嵌入式软件则包括支撑硬件的驱动程序、操作系统、 支撑软件及应用中间件等。这些软件有机地结合在一 起，形成系统特定的一体化软件。 嵌入式系统和通用计算机系统从外观、结构组成、 运行方式、开发平台、应用等方面有关联又有区别。
多计算机系统（Multicomputer Systems）
网络系统（Network Systems）
分布式系统（Distributed Systems）。
多处理器系统
它的每个节点只有一个CPU，所有外部设备都是共享 的。这些CPU放在一个机箱中，它们共享同一个内存， 彼此紧密地耦合在一起，借此实现通信。 整个系统共享同一操作系统，从用户看来，它是一台 虚拟的单处理机。整个系统存在单一的运行队列，并 且共享同一个文件系统，整个系统在集中管理方式下 运行。
②通信管理：系统应该提供某些通信机制，使不同节 点上的用户或进程可以方便地进行信息交换，实现 对网络协议的支持。 ③资源管理：系统中的各种资源都由分布式操作系统 进行统一管理和调度，如文件系统、内存管理等。
7.3.3 4种多机系统的比较
多处理器系统（Multiprocessor Systems）
分布式系统
07-第七章操作系统接口
1. 系统访问类 系统访问类 在单用户微型机中，一般没有设置系统访问命令； 在单用户微型机中，一般没有设置系统访问命令； 然而 在多用户系统中，为了保证系统的安全性， 在多用户系统中 ， 为了保证系统的安全性 ， 都毫无例外地设 置了系统访问命令 系统访问命令， 即注册命令Login。 用户在每次开始使 置了系统访问命令， 即注册命令 。 用某终端时，都须使用该命令，使系统能识别该用户。 用某终端时 ， 都须使用该命令 ， 使系统能识别该用户 。 凡要 在多用户系统的终端上上机的用户， 在多用户系统的终端上上机的用户 ， 都必须先在系统管理员 处获得一合法的注册名和口令。以后， 处获得一合法的注册名和口令 。 以后 ， 每当用户在接通其所 用终端的电源后， 用终端的电源后 ， 便由系统直接调用并在屏幕上显示出以下 的注册命令： 的注册命令： Login: /提示用户键入自己的注册名 提示用户键入自己的注册名 提示用户键入自己的注册名
3. 文件操作命令 文件操作命令 (1) 显示文件命令 显示文件命令type。用于将指定文件显示在屏幕上。 。用于将指定文件显示在屏幕上。 (2) 拷贝文件命令 拷贝文件命令copy。 用于实现文件的拷贝。 。 用于实现文件的拷贝。 (3) 文件比较命令 文件比较命令comp。该命令用于对两个指定文件 。 进行比较。 两文件可以在同一个或不同的驱动器上。 进行比较。 两文件可以在同一个或不同的驱动器上。 (4) 重新命名命令 重新命名命令Rename。 该命令用于将以第一参数 。 命名的文件， 改成用第二参数给定的名字。 命名的文件， 改成用第二参数给定的名字。 (5) 删除文件命令 删除文件命令erase。该命令用于删除一个或一组文 。 当参数路径名为*.BAK时，表示删除指定目录下的所 件 ， 当参数路径名为 时 有其扩展名为.Bak的文件。 的文件。 有其扩展名为 的文件
操作系统原理-第七章设备管理知识点及习题
第7章 设备管理7.1 例题解析例7.2.1 何谓虚拟设备？请说明SPOOLing系统是如何实现虚拟设备的。
解本题的考核要点是虚拟设备的实现方法。
虚拟设备是指利用软件方法，比如SPOOLing系统，把独享设备分割为若干台逻辑上的独占的设备，使用户感受到系统有出若干独占设备在运行。
当然，系统中至少一台拥有物理设备，这是虚拟设备技术的基础。
SPOOLing系统又称“假脱机I/O系统”，其中心思想是，让共享的、高速的、大容量外存储器（比如，磁盘）来模拟若干台独占设备，使系统中的一台或少数几台独占设备变成多台可并行使用的虚拟设备。
SPOOLing系统主要管理外存上的输入井和输出井，以及内存中的输入缓冲区和输出缓冲区。
其管理进程主要有输入和输出进程，负责将输入数据装入到输入井，或者将输出井的数据送出。
它的特点是：提高了I/O操作的速度；将独占设备改造为共享设备；实现了虚拟设备功能。
例7.2.2有关设备管理要领的下列叙述中，( )是不正确的。
A．通道是处理输入、输出的软件B．所有外围设备都由系统统一来管理C．来自通道的I/O中断事件由设备管理负责处理D．编制好的通道程序是存放在主存贮器中的E．由用户给出的设备编号是设备的绝对号解本题的考核要点是设备管理的基本概念。
(1)通道是计算机上配置的一种专门用于输入输出的设备，是硬件的组成部分。
因此A是错误的。
(2)目前常见I/O系统其外部设备的驱动和输入输出都由系统统一管理。
因此B是对的。
(3)设备管理模块中的底层软件中配有专门处理设备中断的处理程序。
通道中断属于设备中断的一种。
因此C是对的。
(4)通道设备自身只配有一个简单的处理装置（CPU），并不配有存储器，它所运行的通道程序全部来自内存。
因此D是对的。
(5)系统在初启时为每台物理设备赋予一个绝对号，设备绝对号是相互独立的。
由用户给出的设备号只能是逻辑编号，由系统将逻辑号映射为绝对号。
因此E是错误的。
例7.2.3 在关于SPOOLING的叙述中，描述是不正确的。
计算机操作系统第七章 - 存 储 管 理
址映射。 （6）内存块表 • 整个系统有一个内存块表。每个内存块在 内存块表中占一项，表明该块当前空闲还 是已分出去了。
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,
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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• 存储器的有效利用
– 分页
• 页帧（Frame） • 页（Page） • 页表（Page Table）
– 分段
• 段（Segment） • 段表（Segment Table）
– 分段和分页结合
©Brooks/Cole, 2003
• 存储器的拓展：虚拟存储器
– 局部性原理（Principle of Locality） – 虚拟存储器思想
• 内核（Kernel）
– – – – 文件管理器（File Manager） 设备驱动程序（Device Drivers） 存储器管理器（Memory Manager） 调度和分派程序（Scheduler and Dispatcher） 7.3.1 用户界面
©Brooks/Cole, 2003
Figure 7-3
7.3.2 内存管理器
Monoprogramming
1.单道程序
©Brooks/Cole, 2003
2.多道程序
Multiprogramming
Figure 7-4
©Brooks/Cole, 2003
Figure 7-5
多道程序内存管理技术分类
Categories of multiprogramming
定义：p127
©Brooks/Cole, 2003
7.2
演化
EVOLUTION
©Brooks/Cole, 2003
操作系统的发展(1)
• 串行处理
– 所谓的编程全部采用机器语言实现，一个程 序要运行，要先制作穿孔卡片，从装配到运 行整个过程计算机处于被独占状态 – 采用排队预约机时的方法调度 – 准备时间远远大于程序的真正运行的时间
• 并发控制的难题
– 并发（Concurrency）多道程序技术、多处理 （Multiprocessing）技术和分布式处理 （Distributed Processing）技术的共同问题， 并发控制是操作系统设计的基础，也是操作 系统课程的核心内容 – 临界资源 – 互斥（Mutual Exclusion） – 死锁（Deadlock）和饥饿(Starvation)
©Brooks/Cole, 2003
7.3.4 设备管理器
• I/O设备：高效并通用
– 系统性能的瓶颈 – 两大类I/O设备：
• 块设备（Block Devices） • 字符设备（Character Devices）
– 措施
• 操作系统提供缓冲区以提高效率 • 操作系统用层次化、模块化的方法设计I/O功能 以实现通用性，即所谓设备无关性
– 七状态模型：
• 增加阻塞/挂起和就绪/挂起两种挂起状态
©Brooks/Cole, 2003
• 有效的分配处理器：调度策略
– – – – 先来先服务策略（first-come-first-served，FCFS） 循环策略（Round-Robin） 最短进程优先策略（Shortest Process Next，SPN） 剩余时间最短优先策略（Shortest Remaining Time， SRT） – 最高相应比进程优先策略（Highest Response Ratio Next，HRRN）
• 一段可执行的程序 • 程序的相关数据：变量、工作空间和缓冲区等 • 程序执行的上下文环境，即进程的状态
– 程序是个静态的概念，仅仅包含描述算法的代码； 而进程是个动态的概念，是一个运行程序的抽象， 包含了程序代码、数据和程序运行的状态（第几步、 暂停还是执行等）等信息
©Brooks/Cole, 2003
©Brooks/Cole, 2003
分区调度管理
Partitioning
Figure 7-6
©Brooks/Cole, 2003
分页调度管理
Paging
Figure 7-7
©Brooks/Cole, 2003
Figure 7-8
请求分页和分段调 度与虚拟内存技术
Virtual memory
©Brooks/Cole, 2003
©Brooks/Cole, 2003
• 哲学家共餐（Dining Philosopher）问题
– 哲学家的生活进程：
1. 思考问题； 2. 饿了，停止思考，左手拿一只 叉子，如果左侧哲学家已持有它 则需等待； 3. 右手拿一只叉子，如果右侧哲 学家已持有它则需等待； 4. 进餐； 5. 放右手叉子； 6. 放左手叉子； 7. 重新回到思考问题状态 1
©Brooks/Cole, 2003
操作系统的发展(8)
• 实时系统 （Real Time Operating System，RTOS）
– 多道程序系统可能同时启动或多或少的程序， 各个程序也可能千差万别，因此在系统中的 每一道程序的运行过程实际是无法预测的 – RTOS设计目标：对外部请求能在严格的时 限内作出响应，有高可靠性和完整性
• 硬实时任务（Hard Real-time Task） • 软实时任务（Soft Real-time Task）
©Brooks/Cole, 2003
操作系统的功能
• 操作系统作为虚拟机
– 从用户的角度来看，操作系统为用户提供了 简单和高度抽象的编程和操作界面
• 操作系统作为资源管理器
– 从系统角度看，操作系统有效管理着系统的 各部分资源，起着资源管理器的作用
©Brooks/Cole, 2003
7.3.5 文件管理器
• 文件管理器：控制对文件的访问
• 进程（Process）
– 进程切换需要一定的机制 – 进程可以有几个不同的状态
• 三状态模型：就绪、运行、阻塞
©Brooks/Cole, 2003
• 进程（Process）
– 五状态模型：
• 新建、就绪、运行、阻塞和退出；
– 六状态模型：
• 增加挂起状态，将长时间阻塞的进程交换到外存 上节约主存空间；
©Brooks/Cole, 2003
Figure 7-15.a
Starvation
©Brooks/Cole, 2003
Figure 7-15.b
Starvation
©Brooks/Cole, 2003
Figure 7-15.c
Starvation
©Brooks/Cole, 2003
并发控制的难题
Figure 7-10
©Brooks/Cole, 2003
进程调度器
Process scheduler
Figure 7-11
©Brooks/Cole, 2003
Figure 7-12
4. 队列
Queues for process management
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5. 进程同步问题
– – – – 最优算法（Optimal，OPT） 最近最少使用算法（Least Recently Used，LRU） 先进先出算法（First In First Out，FIFO） 时钟算法（Clock）
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7.3.3 进程管理器
• 进程（Process）
– 对正在运行的程序的抽象 – 一个进程至少包括三部分内容：
Deadlock
Figure 7-13
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Figure 7-14
Deadlock on a bridge
©Brooks/Cole, 2003
Note: Deadlock occurs when the operating system does not put resource restrictions on processes.
©Brooks/Cole, 2003
Figure 7-9
State diagram with the boundaries between a program, a job, and a process
作业、进程 状态模型
©Brooks/Cole, 2003
Job scheduler 作业调度器
©Brooks/Cole, 2003
操作系统的发展(4)
©Brooks/Cole, 2003
操作系统的发展(5)
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操作系统的发展(6)
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操作系统的发展(7)
• 分时系统
– 20世纪60年代，大多数的计算机非常庞大且昂贵， 人们希望能使多个用户通过多个终端同时交互使 用系统而开发了分时系统（Time Sharing System） – 批处理和分时系统都使用了多道程序设计，但两 种系统的设计目标是不同的，多道批处理系统追 求最有效的使用处理器，而分时系统追求的是给 每个用户尽可能快的响应速度 – 在分时系统中，多个用户通过终端同时访问系统， 由操作系统控制每个用户的程序以很短的时间片 为单位交替执行
• 每个进程的运行不需要整体加载，进程本身的大 小就不必受限于系统内存的大小； • 系统内存可容纳的活跃进程的数目可以大大增加， 提高处理器的利用率
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• 存储器的拓展：虚拟存储器
– 发生页失配时，需要从外存中调入失配页
• 导致进程被阻塞而调度另外的进程 • 调入新的页则意味着要有一个页被替换
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Figure 7-1
Computer System
©Brooks/Cole, 2003
7.1
定义
DEFINITION
©Brooks/Cole, 2003
Note: An operating system is an interface between the hardware of a computer and the user (program or human) that facilitates the execution of the other programs and the access to hardware and software resources.