操作系统课件(第七章)
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第七章-操作系统的用户接口
第七章操作系统的用户接口概述•OS是计算机的资源管理器和用户接口；•OS的用户接口负责接收用户向OS提出的服务请求，传递有关信息，并将服务的结果返回给用户；•OS用户接口有两类：联机用户接口(有命令行界面和图形界面两种形式)，程序接口(主要是系统调用)。
另外，在Internet中还有一种网络用户接口。
第一节联机命令接口一、什么是联机命令接口•是用户从键盘上输入的OS命令。
通过输入键盘命令，用户可以取得OS 的服务，控制自己的程序执行；•OS的联机命令接口包括：一组联机命令、命令解释程序(命令解释器)和终端处理程序；•联机命令接口的工作过程：(1) 用户在终端上(通过键盘)输入所需命令；(2) 终端处理程序接收该命令，并在屏幕上显示(回显)命令；(3) 一条命令输入完毕，由命令解释程序对命令进行分析，然后执行对应的命令处理程序，完成任务。
二、联机命令1、为了能向用户提供多方面的服务，通常，OS都向用户提供了几十条甚至上百条的联机命令。
这批命令分为内部命令和外部命令两类。
另外，用户建立的每个可执行程序也是一条联机命令(外部命令)。
根据这些命令所完成功能的不同，可把它们分成以下几类：①系统访问类；②磁盘操作类；③文件操作类；④目录操作类；⑤通信类；⑥其他命令。
2、各类命令举例•系统访问类：Login；用户注册命令•磁盘操作命令：Diskcopy；整盘复制命令Format；磁盘格式化命令Diskcomp；软盘比较命令Backup，Restore；硬盘备份与恢复命令•文件操作命令：Type；文件内容显示命令Copy；文件复制命令Comp；文件比较命令Rename；文件重命名命令Erase，Dele；文件删除命令关于文件名中的*和?的意义。
•目录操作命令：Mkdir，Md；建立一个子目录Dir；显示目录表的内容Rmdir，Rd；删除子目录Tree；显示目录结构Chdir，Cd；更改当前工作目录•其它命令I/O重定向命令：在有的OS中定义了两个标准I/O设备。
Linux操作系统基础与实训教程-第7章
，通过文件系统，使得用户方便地使用计算机的存储、输入/输出等设备。 Linux系统中把所有的设备都抽象为文件来统一处理。进程只和文件系统打 交道，具体的细节由设备管理部分具体实现，并为文件系统提供尽可能简洁统一 的接口。因此，文件系统还同时充当着设备管理接口的角色，用户进程使用和操 作具体的设备，都必须通过文件系统进行。
个文件对应的物理块的具体组织方式。常用的文件物理结构有顺序、串联、
索引和多重索引等方式。
《Linux操作系统基础与实训教程》
Linux 文件系统类型
7.3
7.3
Linux 文件系统类型
《Linux操作系统基础与实训教程》
Linux 在传统的逻辑文件系统的基础上，增加了一个称为虚拟文件系统 （VFS）的接口层，它隐藏各种硬件的具体细节，把文件系统操作和不同文件系 统的具体实现细节分离开来，为所有的设备提供了统一的接口。通过 VFS ， Linux给应用程序提供一个标准的文件操作接口，它封装了底层文件系统的所有 功能和抽象，负责把应用层的请求转发给特定的文件系统。
7.1 Linux 基本文件系统
《Linux操作系统基础与实训教程》
不同的操作系统可能采用不同的文件系统。支持多种不同类型的文件系统
是Linux操作系统的主要特色之一。Linux系统自身的文件系统称为ext，我们
把ext以及Linux支持的文件系统称为逻辑文件系统，通常每一种逻辑文件系统 服务于一种特定的操作系统，具有不同的组织结构和文件操作函数，相互之 间差别很大。
《Linux操作系统基础与实训教程》配套课件
《Linux操作系统基础与实训教程》
Linux操作系统基础与实训教程
vgreduce
《Linux操作系统基础与实训教程》
个文件对应的物理块的具体组织方式。常用的文件物理结构有顺序、串联、
索引和多重索引等方式。
《Linux操作系统基础与实训教程》
Linux 文件系统类型
7.3
7.3
Linux 文件系统类型
《Linux操作系统基础与实训教程》
Linux 在传统的逻辑文件系统的基础上，增加了一个称为虚拟文件系统 （VFS）的接口层，它隐藏各种硬件的具体细节，把文件系统操作和不同文件系 统的具体实现细节分离开来，为所有的设备提供了统一的接口。通过 VFS ， Linux给应用程序提供一个标准的文件操作接口，它封装了底层文件系统的所有 功能和抽象，负责把应用层的请求转发给特定的文件系统。
7.1 Linux 基本文件系统
《Linux操作系统基础与实训教程》
不同的操作系统可能采用不同的文件系统。支持多种不同类型的文件系统
是Linux操作系统的主要特色之一。Linux系统自身的文件系统称为ext，我们
把ext以及Linux支持的文件系统称为逻辑文件系统，通常每一种逻辑文件系统 服务于一种特定的操作系统，具有不同的组织结构和文件操作函数，相互之 间差别很大。
《Linux操作系统基础与实训教程》配套课件
《Linux操作系统基础与实训教程》
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vgreduce
《Linux操作系统基础与实训教程》
操作系统课件第七章
06
文件系统与磁盘管理
文件系统概念及功能
文件系统定义
文件系统是操作系统中负责管理和存储文件 信息的软件机构，它提供了一种在磁盘等存 储介质上组织、管理和访问文件的机制。
文件系统功能
包括文件的创建、删除、读写、修改、重命 名等操作，以及文件的组织和存储方式，如
目录结构、文件属性等。
文件结构和存取方法
• 消息传递：消息传递是一种面向消息的通信方式，进程通过发送和接收消息来 进行通信。它的优点是灵活性高，可以适用于任意两个进程之间的通信；缺点 是通信过程中需要额外的数据拷贝和同步操作。
• 共享内存：共享内存是一种高效的进程间通信方式，多个进程可以通过映射到 同一块内存区域来进行数据交换。它的优点是通信效率高，缺点是需要解决同 步和互斥问题，以避免出现数据不一致的情况。
文件的物理结构（如连续分配、链接分配和索引分配等）的理解和实现、文件 目录的组织和管理方式的选择和设计、文件共享与保护机制的实现和应用。
02
进程与线程
进程概念及特性
进程定义
进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位，它是程序的执行过程，具有动态性、并发性、独立性、异步 性和结构特征。
进程特性
动态性（进程是程序的一次执行过程，具有生命周期）；并发性（多个进程实体同存于内存中，能在一段时间内 同时运行）；独立性（进程是系统进行资源分配和调度的独立单位）；异步性（进程按各自独立的、不可预知的 速度向前推进）；结构特征（进程由程序、数据和进程控制块三部分组成）。
页式、段式和段页式存储管理方式
页式存储管理方式
段式存储管理方式
页式存储管理是将一个进程的逻辑地 址空间划分为若干个大小相等的片， 称为页面或页。相应地，将物理内存 空间也划分为与页面大小相等的块， 称为物理块或页框。在为进程分配内 存时，以块为单位将进程中的若干个 页分别装入到多个可以不相邻接的物 理块中。
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
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
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。
第七章操作系统接口
（ 3）WINDOWS 98的接口 1。Windows98用户界面结构
Windows98使用新的32位的用户界面，提供统一的工具来浏览网络，局域网及Internet信息。这些 包含了一些桌面工具，包括网络邻居，可选择的活动桌面接口，可选择的频道接口。Windows98基本组 件结构中用户界面的细框图如下图所示。这些工具同其它的基于Win32的、基于Win16的、以及基于MSDOS的应用程序在同一结构层次上运行。所有的应用程序及工具可以从壳层提供的公用控制中得到好处， 例如公用对话框、目录树形显示和列表显示等。
int wait((int *)0) int stat_loc ; wait调用将调用进程挂起，直到该进程收到一个被其捕获的信号或者它的任何一个子进程暂仃或终止 为止。如果wait调用之前已有子进程暂仃或终止，则该调用立即返回。
UNIX（LINUX）系统调用
2.文件基本操作
creat系统调用创建普通文件 格式：#include <sys/types.h>
MS-DOS的接口
3。MS-DOS程序接口 通过软件中断和系统调用使用MS-DOS提供的功能。 用文件系统模块提供的功能－INT 21H MS-DOS文件系统子功能模块的功能是系统调INT 21,它是字符I/O高级方式，它独立于硬件且与其它操作系统 兼容。它包括设备管理、文件管理、目录管理等。 用输入输出系统模块提供的功能－－INT10H-INT1AH MS-DOS的输入输出系统模块提供的功能调用是INT10H-INT1AH。其中INT10H 调用显示驱动程序，INT16H调用 键盘驱动程序，INT17H调用打印机驱动程序，INT13H调用磁盘I/O驱动程序。
WINDOWS 98的接口
Windows应用程序可以充分利用API提供的各种特征。这些特征是：几个应用程序共享显示器、内存、 键盘、鼠标和系统计时器，应用程序之间的数据变换与设备无关的图形功能；多任务；动态链接。
操作系统原理电子课件教案-第七章 主存管理
0 20KB 52KB 66KB 130KB
os
作业1 作业2
作业3
作业4
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作业2 完成
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作业4 完成
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Hale Waihona Puke 230KB256KB1
主存
256KB1
主存
256KB1
主存
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(二) 主存管理功能
一、几个概念 1. 物理地址（绝对地址、实地址）
物理地址是计算机主存单元的真实地址，又称绝对 地址或实地址。
2. 主存空间
物理地址的集合所对应的空间组成了主存空间。
3. 区域
物 理 地 址 集 合 的 一 个 递 增 整 数 序 列 子 集 n, n+1, …,n+m所对应的主存空间。
有一定容量的主存： 存放运行进程的当前信息
地址变换机构
33
六、存储保护
1. 什么是存储保护
在多用户环境中，主存储器按区分配给 各用户程序使用。为了互不影响，必须 由硬件（软件配合）保证每道程序只能 在给定的存储区域内活动，这种措施叫 做存储保护。
34
2. 存储保护方法 界地址保护 存储键保护
作业3
0 20KB 52KB 66KB 130KB
os
作业1 作业2
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作业4
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256KB1
256KB1
256KB1
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主存
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
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
计算机操作系统课件 汤小丹
四. 系统调用处理子程序的处理过程 进入Creat的处理子程序后，核心将根据用户给定的文件 路径名Path, 利用目录检索过程，去查找指定文件的目录项。 查找目录的方式可以用顺序查找法，也可用Hash查找法。如 果在文件目录中找到了指定文件的目录项，表示用户要利用 一个已有文件来建立一个新文件。但如果在该已有(存)文件的 属性中有不允许写属性，或者创建者不具有对该文件进行修 改的权限，便认为是出错而做出错处理；若不存在访问权限 问题，便将已存文件的数据盘块释放掉，准备写入新的数据 文件。如未找到指名文件，则表示要创建一个新文件，核心 便从其目录文件中找出一个空目录项，并初始化该目录项， 包括填写文件名、文件属性、文件建立日期等，然后将新建 文件打开。
第七章 操作系统接口
7.2 Shell命令语言
7.2.1 简单命令
所谓简单命令，实际上是一个能完成某种功能的目标
程序的名字。UNIX系统规定的命令由小写字母构成(但仅前8个 字母有效)。命令可带有参数表，用于给出执行命令时的附加 信息。命令名与参数表之间还可使用一种称为选项的自变量， 用破折号开始，后跟一个或多个字母、数字。
后读入该命令，识别命令，再转到相应命令处理程序的入口 地址，把控制权交给该处理程序去执行，并将处理结果送屏
幕上显示。 若用户键入的命令有错，而命令解释程序未能予
以识别，或在执行中间出现问题时，则应显示出某一出错信 息。
第七章 操作系统接口
2. 命令解释程序的组成
(1) 常驻部分。
这部分包括一些中断服务子程序。
理程序的入口地址，然后把控制权交给该处理程序去执行该
命令。
第七章 操作系统接口
输入命令行
命令合法否？
图 7 2
操作系统原理ppt课件
单缓冲、双缓冲、循环缓冲、缓冲 池等。
03
02
缓冲区的作用
缓解CPU与外设之间速度不匹配的 矛盾，提高数据传输效率。
缓冲区的管理策略
缓冲区分配、缓冲区回收、缓冲区 满和空的处理等。
04
06
现代操作系统技术
微内核操作系统
微内核架构
微内核仅包含最基本的 功能，如进程调度、内 存管理和进程间通信等 ，其他服务以用户态进 程形式存在。
操作系统的分类与发展
分类
根据使用环境和应用需求，操作系统 可分为批处理系统、分时系统、实时 系统、网络操作系统等。
发展
随着计算机技术的飞速发展，操作系 统也在不断演进，从早期的简单批处 理系统发展到现代的多用户、多任务 、多媒体操作系统。
操作系统的基本特征
并发性
共享性
操作系统可以同时处理多个任务或事件。
I/O控制方式
程序直接控制方式
CPU直接控制外设，进行数据 的输入输出操作。
中断控制方式
外设准备就绪后，向CPU发出 中断请求，CPU响应中断后进 行数据传输。
DMA控制方式
在外设和内存之间开辟直接的 数据交换通道，减少CPU的干 预。
通道控制方式
CPU通过通道来控制外设，实 现更高效的数据传输。
请求分段存储管理
在段式存储管理的基础上，增加请求调段和段置换功能。
请求分页存储管理
在页式存储管理的基础上，增加请求调页和页面置换功能 。
虚拟存储的优缺点
扩大内存容量、提高内存利用率、方便用户编程等；但需 要额外的软硬件支持、可能增加系统开销等。
04
文件管理
文件与文件系统
文件的概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作系统进行管理和操作 的基本单位。
03
02
缓冲区的作用
缓解CPU与外设之间速度不匹配的 矛盾，提高数据传输效率。
缓冲区的管理策略
缓冲区分配、缓冲区回收、缓冲区 满和空的处理等。
04
06
现代操作系统技术
微内核操作系统
微内核架构
微内核仅包含最基本的 功能，如进程调度、内 存管理和进程间通信等 ，其他服务以用户态进 程形式存在。
操作系统的分类与发展
分类
根据使用环境和应用需求，操作系统 可分为批处理系统、分时系统、实时 系统、网络操作系统等。
发展
随着计算机技术的飞速发展，操作系 统也在不断演进，从早期的简单批处 理系统发展到现代的多用户、多任务 、多媒体操作系统。
操作系统的基本特征
并发性
共享性
操作系统可以同时处理多个任务或事件。
I/O控制方式
程序直接控制方式
CPU直接控制外设，进行数据 的输入输出操作。
中断控制方式
外设准备就绪后，向CPU发出 中断请求，CPU响应中断后进 行数据传输。
DMA控制方式
在外设和内存之间开辟直接的 数据交换通道，减少CPU的干 预。
通道控制方式
CPU通过通道来控制外设，实 现更高效的数据传输。
请求分段存储管理
在段式存储管理的基础上，增加请求调段和段置换功能。
请求分页存储管理
在页式存储管理的基础上，增加请求调页和页面置换功能 。
虚拟存储的优缺点
扩大内存容量、提高内存利用率、方便用户编程等；但需 要额外的软硬件支持、可能增加系统开销等。
04
文件管理
文件与文件系统
文件的概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作系统进行管理和操作 的基本单位。
计算机科学导论课件-第七章 操作系统
里。
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）：
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）：
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,
第七章vxWorks操作系统网络和配置管理ppt课件
*
*
网络路由
IP路由算法: if (destination on a directly attached network) send data to destination else use routing table to find correct router send data to router 目标机路由选择表可以用两种方式建立 : 静态路由: 通过添加路由到一个本地路由表 使用mRouteAdd() 或routeAdd( ). 动态路由：主机交换路由信息使用一个路由协议. VxWorks支持路由选择信息 (RIP)和优先开放最短路径 (OSPF)
HTTP、Telnet、FTP、 TFTP、Ping、etc
TCP/UDP
ARP/RARP
IP
ICMP
Ethernet、802.3、PPP、 HDLC、FR、etc
接口和线缆
应用层
传输层
网络层
提供应用程序网络接口
建立端到端连接
寻址和路由选择
物理介质访问
二进制数据流传输
*
*
TCP/IP管理
报文 端口 连接 解析
*
*
Socket编程(继续)
Socket函数： socket() 创建一个套接口 bind() 给套接口分配名称 listen() 打开TCP套接口连接 accept() 完成套接口间连接 connect() 请求连接套接口 shutdown() 关闭套接口间连接 send() 向TCP套接口发送数据 recv() 从TCP套接口接收数据 select() 完成同步I/O传输 read() 从套接口读取信息 write() 向套接口写入信息 ioctl() 完成对套接口的控制 close() 关闭套接口
*
网络路由
IP路由算法: if (destination on a directly attached network) send data to destination else use routing table to find correct router send data to router 目标机路由选择表可以用两种方式建立 : 静态路由: 通过添加路由到一个本地路由表 使用mRouteAdd() 或routeAdd( ). 动态路由：主机交换路由信息使用一个路由协议. VxWorks支持路由选择信息 (RIP)和优先开放最短路径 (OSPF)
HTTP、Telnet、FTP、 TFTP、Ping、etc
TCP/UDP
ARP/RARP
IP
ICMP
Ethernet、802.3、PPP、 HDLC、FR、etc
接口和线缆
应用层
传输层
网络层
提供应用程序网络接口
建立端到端连接
寻址和路由选择
物理介质访问
二进制数据流传输
*
*
TCP/IP管理
报文 端口 连接 解析
*
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Socket编程(继续)
Socket函数： socket() 创建一个套接口 bind() 给套接口分配名称 listen() 打开TCP套接口连接 accept() 完成套接口间连接 connect() 请求连接套接口 shutdown() 关闭套接口间连接 send() 向TCP套接口发送数据 recv() 从TCP套接口接收数据 select() 完成同步I/O传输 read() 从套接口读取信息 write() 向套接口写入信息 ioctl() 完成对套接口的控制 close() 关闭套接口
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2．记录
记录是一组相关数据项的集合，用于描述一个实体在某个 方面的一些属性。一个记录应包含哪些数据项，与其所描 述的实体有关
在诸多记录中，为了能惟一标识一个记录，必须在一个记 录的各个数据项中确定出一个或多个数据项，称之为关键 字。换而言之，关键字能惟一标识一个记录的数据项
3．文件
文件是具有文件名的一组相关信息的集合。文件在文件系 统中是一个最大的数据单位，它描述了一个实体集
② 增加和删除记录时只需要修改指针即可，而不必移
动大量的信息。 ③ 文件动态增长时，可以动态分配空间，而不必事先 估计文件的最大长度。
串联文件的缺点是采用指针串联，其可靠性较差
3．索引文件
要求系统为每个文件建立一张索引表，索引表的 物理地址由文件说明信息项给出 表中每一栏目指出文件信息所在的逻辑块号和与 之对应的物理块号
１．空闲盘块链
2．空闲盘区法
空闲盘区法将磁盘上的所有 空闲盘区（每个盘区可包含若 干个盘块） 连成一条链，如图7-9（b）所示。在每个盘区 上除含有用于指示下一个空闲盘区的指针外，还应标明本 盘区的大小（盘块数）的信息。盘区的分配方法与内存的 动态分区分配类似，通常采用首次适应算法。在回收盘区 时，同样也要将与回收区邻接的空闲盘区与之合并。
连续文件的主要缺点如下：
① 要求定量的连续存储空间。存放连续文件必须要有 连续的空间，容易产生不能使用的小碎片区域。连续
文件的增加和删除时，为了保证连续性，必须移动大
量信息，故不宜用来存放经常要被修改的文件
② 必须事先估计文件的长度。要将一个文件装入一个 连续的存储区域中，必须事先估计文件的长度，然后 根据其大小找到一个足够大的存储区中。因为有的文 件是动态增长的，所以这种文件事先估计是很难的
7.4 文件存储空间的管理
7.4.1 7.4.2 7.4.3
空闲区表法 空闲链表法 位示图法
7.4.1 空闲区表法
空闲区表法属于连续分配方式，它与内存管理中的动态分 区分配方式类同，为每个文件分配一个连续的存储空间。 系统为外存上的所有空闲区建立一张空闲区表，每个空闲 区对应于一个空闲区表项。
串联文件、索引文件适宜用磁盘存储；顺序文件磁盘、 磁带皆可 磁 连续文件 固定 直接/顺序 盘 索引文件 可变/固定 直接/顺序 磁 带
存储设备 物理结构 文件长度 存取方法
串联文件 可变/固定 顺序
连续文件 固定 顺序
第7章 文件系统
7.1
7.2
7.3 7.4
7.5
7.6 7.7
文件系统的基本概念 文件的逻辑结构与存取方法 文件的物理结构与存储设备 文件存储空间的管理 文件目录 文件安全 Linux文件系统
2．对对象操纵和管理的软件集合
这部分是文件系统的核心部分，文件系统的功能大多在这 一层实现，如文件存储空间管理、文件目录管理、地址转 换、文件读写管理、文件的共享与保护等
3．文件系统的接口
① 命令接口
② 程序接口
③ 图形接口
第7章 文件系统
7.1
7.2
7.3 7.4
7.5
7.6 7.7
每个表项中包括空闲区序号，空闲区起始盘块号和空闲区 盘块数。所有的空闲区表项形成空闲区表。
空闲区表法分配时，系统依次扫描空闲区表，寻
找合适的空闲块并修改登记项。 删除文件释放空闲区时，把空闲块位置及连续的 空闲块数填入空闲区表，如果出现邻接的空闲块， 还需执行合并操作并修改登记项。
空闲区表的搜索算法有优先适应、最佳适应和最
2．串联文件
连续文件的缺点在于必须要为文件分配连续的空间。克服 这个缺点的方法之一是采用串联文件结构
串联文件将逻辑文件装入到外存的离散的多个盘块中，然 后再用链接指针将这些离散的盘块链接成一个队列，这样 形成的物理文件称为链接文件
串联文件的优点是：
① 串联文件不需要连续的存储空间，消除了碎片问题， 从而提高了存储空间利用率。
坏适应算法等。
7.4 文件存储空间的管理
7.4.1 7.4.2 7.4.3
空闲区表法 空闲链表法 位示图法
7.4.2 空闲链表法
空闲链表法是将所有空闲盘区连成一条空闲链。 根据构成链的基本元素的不同，有两种链表形式： 空闲盘块链和空闲盘区链。
空闲盘块链是把所有的空闲盘块链在一起组成一个链表， 如图7-9（a）所示。当用户创建文件需要一个或几个物理 块时，就从链头上依次取下一块或几块。反之，当系统回 收空闲块时，把释放的空闲块逐个插入链尾上。
2．记录式文件
7.2 文件的逻辑结构与存取方法
7.2.1 7.2.2
文件的逻辑结构 文件的存取方法
7.2.2 文件的存取方法
从用户的角度来看，用户关心的是数据的逻辑结
构，逻辑结构是独立于物理环境的 从系统的角度来看，数据被文件系统按照某种规 则排列和存放到物理存储介质上 存取方法是操作系统为用户程序提供的使用文件
除了文件名外，文件还具有如下属性
① 文件类型 ② 文件长度 ③ 文件的物理位置
④ 文件的保护属性
⑤ 文件的管理属性
7.1 文件系统的基本概念
7.1.1 7.1.2 7.1.3
文件、记录和数据项 文件类型 文件系统模型
7.1.2 文件类型
① 按文件用途分类。根据用途的不同，可以将文 件分为系统文件、库文件和用户文件。
文件系统的基本概念 文件的逻辑结构与存取方法 文件的物理结构与存储设备 文件存储空间的管理 文件目录 文件安全 Linux文件系统
7.2 文件的逻辑结构与存取方法
7.2.1 7.2.2
文件的逻辑结构 文件的存取方法
7.2.1 文件的逻辑结构
1．流式文件
流式文件指文件内的数据是依次存放的一串信息集合。流 式文件可以看成是无结构的文件，也可以看成只有一个记 录的记录式文件
② 按存取属性分类。根据文件系统提供的文件保 护级别，可把文件分成只读文件、读写文件和只 执行文件。 ③ 按信息流向分类。按信息流向可分成输入文件、 输出文件和输入输出文件。 ④ 按存放时限分类。按存放时限可分成临时文件、 永久文件、档案文件。
7.1 文件系统的基本概念
7.1.1 7.1.2 7.1.3
3．索引存取
文件的记录按其记录键编址，用户提供给操作系统记录键 后就可查找到所需记录
通常记录按记录键的某种顺序存放，例如，按代表健的字 母先后次序来排序。
对于这种文件，除可采用按键存取外，也可以采用顺序存 取或直接存取的方法。信息块的地址都可以通过查找记录 键而换算出 实际的系统中，大都采用多级索引，以加速记录查找过程
2．直接存取
又称随机存取，用户可以按照任意次序直接存取某个记录 用户可以根据记录的编号存取文件中的任一记录，或者在
存取命令中指定文件的读写位置来存取文件
很多应用场合要求快速地以任意次序直接读写某个记录。 例如，航空订票系统，把特定航班的所有信息用航班号作 标识，存放在某物理块中，用户预订某航班时，需要直接 将该航班的信息取出 直接存取方法通常用于磁盘文件
操作系统
Operating Systems
VxWorks Mac OS OS2 UNIX
操作系统课程组
南京邮电大学
LINUX
WINDOWS
教材：《操作系统教程》，人民邮电出版社 ，2009年出版
第7章 文件系统
7.1
7.2
7.3 7.4
7.5
7.6 7.7
文件系统的基本概念 文件的逻辑结构与存取方法 文件的物理结构与存储设备 文件存储空间的管理 文件目录 文件安全 Linux文件系统
2．直接存储设备
磁盘是最典型的直接存取设备。 磁盘设备允许文件系统直接存取磁盘上的任意物 理块。 为了存取一个特定的物理块，磁头直接移动到所 要求的位置上，而不需要像顺序存取那样先存取 其他物理块。
3．文件物理结构与存取设备、存取方法的关系
连续文件、串联文件适宜顺序存取；索引文件顺序、直 接存取皆可
记录式文件由若干个记录组成。 ① 定长记录：文件中所有记录的长度相同。所有记录中 的各个数据项，都处在记录中相同位置，且具有相同的长 度。对于定长的记录的处理方便，开销小，效率较高 ② 变长记录：文件中各记录的长度不同。直接存取时要 依次加上从起始地址开始各个记录的长度来取得记录的逻 辑地，效率很低
索引结构是另一种非连续分配的文件存储结构
在文件说明信息中设置了索引表指针，它指向索引表的始址，
索引表存放在盘块中，当索引表较大，需占用多个盘块时， 可通过链接指针将这些盘块链接起来 当一个文件含有很多个记录时，索引表会很长，既占有大量 存储空间，又影响到检索速度。因而引入了多级索引——一 种缩短索引表长度的方法 该方法是再为索引表本身建立索引表，从而形成两级索引。 如果二级索引表仍然很长，还可再建立三级索引、四级索引
7.1 文件系统的基本概念
7.1.1 7.1.2 7.1.3
文件、记录和数据项 文件类型 文件系统模型
7.1.1 文件、记录和数据项
基于文件系统的概念可将数据的组成分 为数据项、记录和文件三级
1．数据项
数据项是描述一个实体某种属性的字符集。数据项是数据 组织中可以命名的最小单位，即原子数据，又称为数据元 素或字段
表等。但随着索引级数的增多，访问盘的次数会增加
Linux操作系统采用的是混合索引方式 ：