操作系统原理第7章
《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。
《操作系统原理》课程教学大纲
附件1:《操作系统原理》课程教学大纲制定(修订)人: 李灿平、郭亚莎制定(修订)时间: 2006年 7 月所在单位: 信息工程学院一、课程基本信息三、教学内容及基本要求第一章绪论本章简要介绍操作系统的基本概念、功能、分类以及发展历史。
同时讨论研究操作系统的几种观点。
§1.1 操作系统的概念本节介绍操作系统的基本概念，什么是操作系统以及操作系统与硬件软件的关系。
本节重点：操作系统与硬件软件的关系。
本节要求学生理解什么是操作系统，掌握操作系统与硬件软件的关系。
§1.2 操作系统的历史本节按器件工艺介绍操作系统的发展历史。
本节重点：多道程序系统的概念。
本节要求学生了解操作系统的发展历史，理解多道程序系统概念。
§1.3 操作系统的基本类型本节介绍常见的操作系统的类型、特点及适用的对象。
本节重点：批处理操作系统、分时系统、实时系统。
本节要求学生掌握上述三大操作系统的特点及适用对象。
§1.4 操作系统功能本节简单介绍操作系统的五个功能。
处理机管理，存储管理，设备管理，信息管理（文件系统管理）和用户接口。
本节要求学生了解上述功能。
§1.5 计算机硬件简介本节简单介绍计算机硬件系统。
本节要求学生自修。
§1.6 算法的描述本节介绍操作系统管理计算机系统的有关过程所用的描述算法。
本节要求学生掌握本书所采用的描述算法。
§1.7 研究操作系统的几种观点本节介绍研究操作系统的几种观点。
系统管理的观点，用户界面观点和进程管理观点。
本节要求学生了解上述三种观点。
第二章操作系统用户界面本章主要讨论操作系统的两个用户接口，并以UNIX系统为例，简单介绍用户接口的使用操作方法。
§2.1 作业的基本概念本节介绍作业的基本概念，什么是作业及作业组织（结构）。
本节重点：作业的基本概念。
本节要求学生掌握作业的基本概念，了解作业的组织。
§2.2 作业的建立本节介绍作业的几种输入方式和作业的建立过程。
操作系统原理技术手册
操作系统原理技术手册操作系统是计算机系统中的一个重要组成部分，负责管理和控制计算机的硬件和软件资源，为用户提供一个友好、高效、稳定的工作环境。
本手册旨在介绍操作系统的原理和技术，帮助读者深入了解操作系统的内部工作机制，提供一些实用的技术指导。
第一章：引言在本章中，我们将简要介绍操作系统的概念和作用，以及为什么要学习操作系统原理和技术。
同时，我们还将概述本手册的组织结构和内容安排。
第二章：操作系统基础本章将介绍操作系统的基本概念和组成部分，包括进程管理、内存管理、文件系统和输入输出设备管理等。
我们将详细讨论这些组成部分的原理和技术，并说明它们在操作系统中的作用和相互关系。
第三章：进程管理进程是操作系统中的一个核心概念，用于表示正在运行的程序。
本章将深入介绍进程的创建、调度和终止等操作，以及进程间的通信和同步机制。
我们将详细解析进程管理的原理和技术，并展示一些常见的进程管理算法和技巧。
第四章：内存管理内存管理是操作系统中的另一个重要任务，负责为进程分配和管理内存资源。
本章将介绍内存管理的原理和技术，包括内存分区、页表和虚拟内存等。
我们还将讨论一些优化策略和内存管理算法，以提高系统的性能和效率。
第五章：文件系统文件系统是用于管理和存储文件的一种机制，它在操作系统中起着重要的作用。
本章将介绍文件系统的原理和技术，包括文件的组织结构、目录管理和文件存储等。
我们还将讨论一些文件系统的优化方法和技巧，以提高文件的访问速度和效率。
第六章：输入输出设备管理输入输出设备是计算机系统中与外部环境进行交互的接口，操作系统需要管理和控制这些设备的访问和使用。
本章将介绍输入输出设备管理的原理和技术，包括设备驱动程序、中断处理和设备调度等。
我们还将讨论一些优化策略和技巧，以提高系统的输入输出性能和效率。
第七章：安全和保护安全和保护是操作系统中的重要问题，涉及到用户数据的保密性和系统资源的合法使用。
本章将介绍安全和保护的原理和技术，包括身份验证、访问控制和安全策略等。
全国计算机等级考试四级网络工程师操作系统原理部分
操作系统原理第一章操作系统概论1.1操作系统的概念操作系统的特征：并发性，共享性，随机性。
研究操作系统的观点：软件的观点，资源管理的观点，进程的观点，虚拟机的观点，服务提供者的观点。
操作系统的功能：1.进程管理：进程控制，进程同步，进程间通信，调度。
2.存储管理：内存分配与回收，存储保护，内存扩充。
3.文件管理：文件存储空间管理，目录管理，文件系统安全性。
4.设备管理5.用户接口UNIX是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统。
1969年AT&T公司Kenneth L.Thompson 用汇编语言编写了Unix第一个版本V1，之后Unix用C语言编写，因此事可移植的。
1.3操作系统分类1.批处理操作系统：优点是作业流程自动化较高，资源利用率较高，作业吞吐量大，从而提高了整个系统的效率。
缺点是用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。
2.分时系统：特点是多路性，交互性，独占性，及时性。
3.实时操作系统4.嵌入式操作系统5.个人计算机操作系统6.网络操作系统7.分布式操作系统8.智能卡操作系统1.4操作系统结构1.整体式结构2.层次结构3.微内核（客户机/服务器）结构：①可靠，②灵活（便于操作系统增加新的服务功能），③适宜分布式处理的计算机环境第二章操作系统运行机制2.1中央处理器寄存器：用户可见寄存器：数据寄存器（通用寄存器），地址寄存器，条件码寄存器。
控制和状态寄存器：程序计数器，指令寄存器，程序状态字。
目态到管态的转换唯一途径是通过终端和异常。
管态到目态的转换可以通过设置PSW指令（修改程序状态字）实现。
PSW包括：①CPU的工作状态代码②条件码③中断屏蔽码2.2存储体系存储器设计：容量，速度，成本存储保护：①界地址寄存器（界限寄存器）：产生程序中断-越界中断或存储保护中断②存储键2.3中断与异常机制分类：中断：时钟中断，输入输出（I/O）中断，控制台中断，硬件故障中断异常：程序性中断，访管指令异常2.4系统调用系统调用程序被看成是一个低级的过程，只能由汇编语言直接访问。
《操作系统原理》(汤小丹)课后答案
第一章操作系统引论1．设计现代OS的主要目标是什么？答：（1）有效性（2）方便性（3）可扩充性（4）开放性2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2）OS作为计算机系统资源的管理者（3）OS实现了对计算机资源的抽象3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4．试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么？答：主要动力来源于四个方面的社会需求与技术发展：（1）不断提高计算机资源的利用率；（2）方便用户；（3）器件的不断更新换代；（4）计算机体系结构的不断发展。
5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。
而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。
6．试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么？答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在：CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。
《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.
操作系统原理第七章课件
文件的检索是指根据文件名、关键字或属性等条件从存储介 质中快速找到所需文件的过程。操作系统通过建立索引、目 录结构和搜索算法等机制，实现快速、准确地检索文件。
文件的保护与共享
文件的保护
文件的保护是指通过加密、权限控制和备份等方式确保文件的安全性和完整性。操作系统提供了访问控制列表 （ACL）、安全标识符（SID）和加密算法等机制，以实现文件的保护。
进程的状态
01
02
03
04
就绪状态
进程已获得所需资源，等待 CPU调度执行。
运行状态
进程占用CPU，正在执行指令。
阻塞状态
进程等待某个事件（如I/O操 作完成）发生后才能继续执行
。
终止状态
进程执行完毕或异常结束。
进程的创建与终止
进程创建
通过系统调用（如fork、create） 创建一个新进程，分配资源并初始 化PCB。
内存保护
为了防止不同进程之间的相互干扰和 破坏，操作系统需要对内存进行保护， 确保每个进程只能访问自己的内存空 间。
内存的扩展
内存扩展方式
随着应用程序和数据量的增长， 计算机的内存容量可能不足，需
要进行内存扩展。
虚拟内存技术
通过将部分硬盘空间作为虚拟内存 使用，可以扩大可用的内存容量， 提高程序的运行效率。
设备管理
操作系统中负责管理外部设备（如显示器、打印 机、键盘等）的子系统。
主要功能
提供设备驱动、设备分配、设备控制和设备保护 等功能。
目的
确保外部设备能够高效、安全地与计算机系统交 互，满足用户需求。
设备的驱动程序
驱动程序
一种特殊的软件，用于控制和管理外部设备的运行。
OS-07 文件系统
建立，修改和删除一个文件，实现文件共享，使用户 能享用其他用户的工作成果
实现文件间的数据传输
转储和恢复功能
提供保密和保护措施
7.2 文件的访问方式
顺序访问
• 从文件起始位置开始顺序访问
• 从文件中间某处开始顺序访问
随机访问
• 按记录编号随机访问 • 按关键字(key)随机访问
§7.3 文件的组织
P253 图7-11，图7-12（a，b）
7.4 文件目录
文ห้องสมุดไป่ตู้控制块(FCB)
文件存在的标志，其中保存系统管理文件需要 的全部信息
文件控制块FCB
基本信息 文件名； 文件类型；文件组织 地址信息 卷； 起始地址； 使用大小； 分配大小
访问控制信息
所有者； 访问信息； 许可的行为 使用信息
数据块
直接寻址
. . . .
addr（10） addr（11） addr（12）
一次间接块
二次间接块
一次间址 二次间址 三次间址
三次间接块
[图] 直接和间接寻址
散列结构：
通过散列函数和关键字确定存储位置 计算地址： hash(key)=addr (在磁盘或文件中的存放位置)
到排序结构：
以多个键创建多个索引，适合不同的查找方式，速度快，但 索引会带来额外的开销
文件的基本构成单位
字符串集合——流式（文件） 相关记录的集合——记录式（文件）
§7.1 文件系统的概念
文件的分类 按文件的用途分类
• 系统文件 • 库文件
• 用户文件
按文件的保护方式分 • 只读文件
• 读写文件
• 可执行文件 • 不保护文件
操作系统教学大纲
《操作系统》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称：《操作系统》总学时与学分：72学时 4学分课程性质：专业必修课授课对象：计算机科学与技术专业二、课程教学目标与任务操作系统原理是一门专业基础课程，是涉及考研等进一步进修的重要课程，是计算机体系中必不可少的组成部分。
本课程的目的和任务是使学生通过本课程的学习，理解操作系统的基本概念和主要功能，掌握操作系统的使用和一般的管理方法，从而为学生以后的学习和工作打下基础。
三、学时安排课程内容与学时分配表章节内容学时第一章操作系统引论5第二章进程管理12第三章处理机调度与死锁12第四章存储管理12第五章设备管理10第六章文件管理8第七章操作系统接口4第八章网络操作系统3第九章系统安全性3第十章UNIX操作系统3四、课程教学内容与基本要求第一章操作系统引论教学目标：通过本章的学习，使学生掌握操作系统的概念，操作系统的作用和发展过程，知道操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对计算机系统的首次扩充，是现代计算机系统必须配置的软件。
基本要求：掌握操作系统的目标和作用、发展过程、基本特征及主要功能；了解操作系统的结构设计本章重点：操作系统的概念、作用，操作系统的基本特征以及操作系统的主要功能。
本章难点：操作系统基本特征的理解，操作系统主要功能的体现。
教学方法：讲授与演示相结合1．操作系统的目标和作用：操作系统的目标、作用、推动操作系统发展的主要动力。
2. 操作系统的发展过程：无操作系统的计算机系统、批处理系统、分时系统、实时系统、微机操作系统的发展。
3．操作系统的基本特征：并发性和共享性、虚拟和异步性。
4. 操作系统的主要功能：处理机管理功能、存储器管理功能、设备管理功能、文件管理功能。
5. OS结构设计。
第二章进程管理教学目标：通过本章的学习使学生了解在现代的操作系统中程序并不能独立运行，作为资源分配和独立运行的基本单位都是进程。
操作系统所具有的四大特征也都是基于进程而形成的，并可以从进程的观点来研究操作系统。
《操作系统原理》课程教学大纲
操作系统原理课程教学大纲（Princip1esofOperatingSystems）学时数：72学时其中：实验学时：12学时课外学时：0学时学分数：4.5适用专业：计算机科学与技术一、课程的性质、目的和任务性质：本课程是高等院校计算机科学与技术专业本科的一门学科基础课程，是必修课。
目的：通过操作系统原理的学习，了解操作系统的发展过程及种类，掌握操作系统设计中的相关基本概念和原理，以及在操作系统的设计与构造中涉及的资源共享、提高系统资源利用率等各方面基本知识，了解并掌握操作系统在发展过程及将来引入的新技术与方法。
任务：阐述计算机系统的核心软件——操作系统的基本概念、基本原理和实现技术。
主要包括操作系统的用户界面、操作系统的资源管理功能等，其中资源管理还包括进程管理、处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、网络与安全等方面内容，并将操作系统的一般原理与实际操作系统的分析与设计有机地结合。
二、课程教学的基本要求（一）掌握操作系统的基本原理、概念及主要功能（-）掌握进程概念、进程的同步与互斥、思索的预防与检测（H）掌握处理机的调度层次划分与调度、调度方法评价以及调度基本策略（四）掌握存储管理目标与几种存储管理策略（五）掌握设备与处理之间的数据传送方式、缓冲技术以及设备管理基本手段（六）掌握文件系统的物理及逻辑设备的空间组织与管理、多级目录结构、文件东共享实现以及文件系统的安全与防护（七）了解并掌握操作系统的安全与防护基本知识，了解一些病毒与黑客的常用手段以及一些基本应对措施（八）了解网络操作系统的基本概念，了解网络操作系统必须实现的一些基本技术（九）通过实验环节具备一定系统软件和应用软件的开发技能三、课程的教学内容、重点和难点第一章操作系统概论（4学时）一、基本内容（一）操作系统概观（二）操作系统的形成与发展（H）操作系统提供的服务与用户接口（四）流行操作系统简介二、基本要求（一）掌握操作系统的基本概念。
操作系统原理电子课件教案-第七章 主存管理
0 20KB 52KB 66KB 130KB
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作业1 作业2
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作业4
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作业2 完成
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Hale Waihona Puke 230KB256KB1
主存
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主存
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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
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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。
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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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256KB1
256KB1
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主存
操作系统原理(胡元义)课后习题答案解析
一、第一章1、操作系统的主要功能是什么？操作系统的主要功能是提供一个接口，使用户能够操作计算机系统，它负责资源分配、计算机程序的调度和执行，以及计算机系统的管理。
操作系统的主要功能可以分为五个类：设备管理、文件管理、进程管理、用户界面和安全性。
（1）设备管理：设备管理是操作系统的核心功能之一，它负责管理和控制计算机系统中的外部设备，如磁盘驱动器、打印机、网络接口等，以及这些设备之间的通信。
（2）文件管理：文件管理是操作系统的另一个核心功能，它负责管理计算机系统中的文件，包括文件的创建、修改、删除和搜索等。
（3）进程管理：进程管理是操作系统的另一个重要功能，它负责管理计算机系统中的进程，包括进程的创建、更新、撤销和调度等。
（4）用户界面：用户界面是操作系统的另一个重要功能，它负责提供一个友好的用户界面，使用户能够更加方便地操作计算机系统。
（5）安全性：安全性是操作系统的另一个重要功能，它负责提供安全机制，以防止未授权的用户访问计算机系统中的数据和程序。
2、请简要描述操作系统的结构操作系统的结构可以分为三个层次：内核层、服务层和应用层。
（1）内核层：内核层是操作系统的核心部分，它负责管理和控制计算机系统的资源，如处理器、内存和外设，以及计算机程序的调度和执行。
（2）服务层：服务层是操作系统的一个子系统，它负责提供各种服务，如文件管理、进程管理、用户界面和安全性等，以支持用户更加方便地操作计算机系统。
（3）应用层：应用层是操作系统的最上层，它负责提供用户友好的接口，使用户能够更加方便地操作计算机系统。
二、第二章1、请描述操作系统的进程管理操作系统的进程管理是操作系统的一个重要功能，它负责管理计算机系统中的进程，包括进程的创建、更新、撤销和调度等。
进程管理的主要功能有：（1）进程的创建：进程管理负责创建新的进程，并为新进程分配资源、设置优先级和分配时间片等。
（2）进程的更新：进程管理负责更新进程的状态，如更新进程的优先级、时间片等。
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。
四级操作系统原理_考试真题复习资料_全国计算机等级考试NCRE
四级网络工程师操作系统局部1.操作系统概论计算机系统包括硬件系统，软件系统计算机系统的资源包括两大类硬件资源和软件资源硬件系统：中央处理器，存储器，外存储器，以及各种类型的输入输出设备〔键盘，鼠标显示器，打印机〕软件系统：各种程序和数据软件系统又分为：应用软件，支撑软件〔数据库，网络，多媒体〕，系统软件〔操作系统，编译器〕集中了资源管理功能和控制程序执行功能的一种软件称为操作系统2.操作系统的任务：组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源向用户提供各种效劳功能〔一方面向程序开发和设计人员提供高效的程序设计接口二向使用计算机系统的用户提供接口〕3.操作系统的特征并发，共享，随机4。
操作系统的功能进程管理存储管理文件管理作业管理和设备管理，用户接口5.操作系统的开展1.手工制作2.早期批处理3.多道批处理4.分时系统6.UNI*系统C语言编写，多用户，多任务，分时操作系统，树形文件系统7.个人计算机操作系统20世纪70年代微软MS DOS 单用户单任务1984年苹果操作系统1992 微软交互式操作系统WINDOWS 3.11995 window951991 linu* linu*遵循UNI*标准POSI* 继承UNI*全部优点8.安卓系统操作系统分类1.按用户界面的使用环境和功能特征批处理操作系统，分时操作系统，实时操作系统随后的开展多了个人操作系统，网络操作系统，分布式操作系统，嵌入式操作系统批处理操作系统：特点成批处理。
目标系统资源利用率高作业吞吐率高〔单位时间计算机系统处理作业的个数〕缺点：不能直接与计算机交互不适合调试程序重点1.1一般指令和特权指令运行模式：用户模式，特权模式为用户效劳的用户模式称作为目态为系统专用的特权模式称为管态机器指令划分为一般指令和特权指令特权指令包括〔输入输出指令，停机指令〕1.2 SPOOLing多道程序的根本思想是在存中同时保持多大作业，主机可以以交替方式同时处理多个作业分时系统设计思想：分时操作系统将CPU的时间划分为假设干个小片段称为时间片特点：多路性，交互性，独占性，及时性分时系统追求的目标是及时响应用户输入的交互命令，用来衡量系统及时响应的指标是响应时间，响应时间越短越好实时系统是使计算机能在规定的时间及时响应外部事件的请求主要目标在严格时间围，对外部请求作出反响，系统具有高度可靠性几个方面的能力1实时时钟管理2.过载防护3.高可靠性嵌入式操作系统高可靠性，实时性，占有资源少，智能化能源管理。
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（2）链接结构的优缺点
优点：有利于文件的动态扩充、插入和删除，提高了磁盘利用率。 缺点：存取速度慢，不适用于随机存取；磁头移动多，效率相对较低；存在可 靠性问题，如指针出错等问题；另外链接指针要占用一定的空间。
文件控制块 „„ 记录首指针 逻辑记录0 物理块号8 „„ 逻辑记录1 物理块号2 „„ 逻辑记录2 物理块号6 „„ 逻辑记录3 物理块号12 „„
2.链接法 链接法是将一个目录中的链接指针直接指向共享 文件的目录项，如图7-13所示，在子目录Us1中以文件 名 u2 共享子目录 \er2\abc 下的文件 c ，文件 u2 的目录项 中用一指针指向文件c的目录项，从而可从子目录Us1 下以文件名u2访问共享文件，也可从子目录abc下以文 件名c访问共享文件。 Us1 er2 ...
7.4 文件存储空间的管理
7.4.1 位示图法 7.4.2 空闲块表法 7.4.3 空闲块链表法 7.4.4 成组链接法
7.4.1 位示图法
位示图法的基本思想是利用一串二进制位（bit）的 值来反映磁盘空间的分配使用情况。每一个磁盘物理 块对应一个二进制位，如果物理块为空闲，则相应的 二进制位0；如果物理块已分配，则相应的二进制位为 1 ，如图 7-8 所示。有的系统把“ 0” 作为盘块已分配的 标志，把“ 1”作为空闲标志，它们在本质上是相同的 ，都是用一位的两种状态来标志空闲和已分配两种情 况。
L1 L2 L3 ... Li ...
文件索引表 物理块号 物理块号 物理块号 ... 物理块号 ...
逻辑文件 F1 F2 F3 ... Fi ...
缺点：
较多的寻道次数和寻道时间 索引表本身增加了存储空间 ①索引表的链接模式：一张索引表通常是一个物理盘块。对大文件就用多个索 引表并将其链接在一起。这种模式下存取到文件尾部将需要读取所有索引表 ，对于大文件来说这可能需要读取很多块。 ②多重索引：这是上述索引表链接模式的一种改进，将一个大文件的所有索引 表（二级索引）的地址放在另一个索引表（一级索引表中）。
7.2.3 文件的物理结构
3.索引结构 （1）索引结构原理
将每个文件所有物理块的地址集中存放在称为索引表的数据结构中。其中的第i 个条目指向文件的第i块。每个文件相应的目录条目中包括该文件的索引表地 址。
（2）索引结构的优缺点
优点：
既适用于顺序存取，也适用于随机存取 可以满足文件动态增长、插入、删除的要求 索引文件还能充分利用外存空间
7.5.1 文件的共享
1.绕道法 在绕道法中，用户对所有文件的访问都是相对于 当前目录进行的，当所访问的共享文件不在当前目 录下时，从当前目录出发向上返回到与共享文件所 在路径的交叉点，再沿路径下行到共享文件。 绕道法要求用户指定到达被共享文件的路径，并 要回溯访问多级目录。因此，共享其他目录下的文 件的搜索速度较慢。
7.1.2 文件与文件系统
3.文件系统模型 （1）文件系统管理的对象
文件 目录 磁盘（磁带）存储空间
文件系统的接口 对对象进行操纵和管理的软件集合 对象及其属性
文件系统模型
（2）对对象进行操纵和管理的软件集合
包括对文件存储空间的管理、对文件目录的管理、用于将文件的逻辑地 址转换为物理地址的机制、对文件读和写的管理，以及对文件的共享 与保护等功能。
（3）文件系统的接口
命令接口 ②程序接口
7.1.3 文件的分类1.按照文件Fra bibliotek物理组织结构分类
连续文件 非连续文件
链接文件 索引文件
2.按照文件的存取控制属性分类
只读文件 只执行文件 读/写文件
7.1.3 文件的分类
3.按照文件的用途分类
系统文件 用户文件 库文件
4.按照文件中数据的形式分类
源文件 目标文件 可执行文件
7.1.2 文件与文件系统
1.文件的定义
文件可以被解释为一组带有标识的，在逻辑上有完整 意义的信息项的序列，这个标识为文件名，信息项 构成了文件内容的基本单位。
2.文件系统的概念
是操作系统中统一管理信息资源的软件集合。它管理 文件的存储、检索、更新，提供安全可靠地共享和 保护手段，并为用户提供方便操作的接口。
7.4.3 空闲块链表法
如图 7-10所示，系统将所有的空闲物理块连成一 个链，用一个空闲块首指针指向第一个空闲块，然后 每个空闲块含有指向下一个空闲块的指针，最后一块 的指针为空，表示链尾。
空闲块首指针 空闲块12 空闲块13 空闲块14
空闲块15
空闲块16
图7-10 空闲块链表
7.4.4 成组链接法
（1）流式文件:文件的基本单位是字符，流式文件是有序字符的集合，其长度为该 文件所包含的字符个数，所以又称为字符流文件。 （2）记录式文件:文件的基本单位是记录，记录式文件是一组有序记录的集合。
记录是一个具有特定意义的信息单位，它由该记录在文件中的逻辑地址（相对位置）与记 录名所对应的一组键、属性以及属性值组成，可以按键进行查找。 记录式文件可以分为定长记录文件和不定长记录文件两种。定长记录文件中各个记录长度 相等。
根目录 user1 user2 ...
abc
u2
...
Us
abc
H
文件
Us
HT
c
J2
Y
Us
bc
E
目录
图7-7 多级目录结构
7.3.3 目录查询技术
目录的查找是文件目录管理的重要工作，“按名 存取”文件实质上就是系统根据用户提供的文件名来 查找各级文件目录，直至找到该文件。 实现用户对文件的按名存取，系统须按下述步骤 为用户找到其所需的文件。首先，系统利用用户提供 的文件名，对文件目录进行查找，找出该文件的文件 控制块或索引结点；其次，根据找到的 FCB 或索引结 点中所记录的文件物理地址（盘块号），换算出文件 在磁盘上的物理位置；最后，启动磁盘驱动程序，将 所需文件读到内存中。目前，对目录进行查找的方式 有两种：线性检索法和哈希（Hash)算法。
5.按照文件的组织形式和处理方式分类
普通文件 目录文件 特殊文件
7.2 文件的结构及存取方式
7.2.1 文件的逻辑结构 7.2.2 文件的存取方式 7.2.3 文件的物理结构
7.2.1 文件的逻辑结构
1.设计文件逻辑结构的原则 （1）易于操作 （2）查找快捷 （3）修改方便 （4）空间紧凑
7.2.1 文件的逻辑结构
依次类推，组与组之间形成链接关系。最后一组 有99个空闲盘块，其地址（块号）放在前一组中的第 一个空闲盘块中，而该块的第二个单元填“ 0”，表示 该块中存放的是最后一组的块号，空闲链接到此结束 。这种方式成为成组链接。
7.5 文件的共享与安全
7.5.1 文件的共享 7.5.2 文件系统的安全性 7.5.3 数据一致性控制
3.按键存取
按键存取是根据给定的键或记录名进行存取，存取时首先搜索到要进行 存取记录的逻辑位置，然后再将其转换成相应的物理地址后进行存取 。
7.2.3 文件的物理结构
1.顺序结构 （1）顺序结构原理
顺序结构又称连续结构，它把逻辑上连续的文件信息 依次存放在连续编号的物理块中。
（2）顺序结构的优缺点
2．文件逻辑结构的类型
文件的逻辑结构就是用户所看到的文件的组织形式。文件逻辑结构是一种经过抽象的结构 ，所描述的是信息在文件中的组织形式。文件中的这些信息到底在物理介质上是如何 组织存储的，与用户没有直接关系。 从用户角度看，按照文件的逻辑结构可以把文件划分为三类：无结构的字符流式文件、定 长记录文件和不定长记录文件，定长纪录文件和不定长记录文件可以统称为记录式文 件。
7.3 目录管理
7.3.1 文件控制块和索引结点 7.3.2 目录结构 7.3.3 目录查询技术
7.3.1 文件控制块和索引结点
为了能对系统中的大量文件施以有效的管理， 在文件控制块中，通常应含有三类信息，即基本信 息、存取控制信息及使用信息。
（1）基本信息类 （2）存取控制信息类 （3）使用信息类
第7章 文件管理
1
内容提要
本章主要讲述以下内容： （1）文件与文件系统的概念，文件的分类和文件系 统模型； （2）文件的逻辑结构和物理结构及存取方式； （3）目录管理； （4）文件存储空间的管理； （5）文件的共享与安全，数据一致性控制。
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学习目标
(1)了解文件与文件系统的基本概念，文件共 享、安全的实现方法与常用数据一致性控制措 施； (2)理解文件的逻辑结构和物理结构的概念及 其分类、每一类的特点； (3)掌握目录管理方式，文件存储空间的管理 方式。
7.4.2 空闲块表法
文件系统建立一张空闲块表，该表记录了全部 空闲的物理块：包括表项序号、首空闲块和空闲块 个数，这些表项按照起始盘块号递增的次序排列。 空闲块表方式特别适合于文件物理结构为顺序结构 的文件系统。 建立新文件时，系统查找空闲块表，寻找合适 的表项，分配一组连续的空闲块。如果对应表项所 拥有的空闲块个数恰好等于所申请值，就将该表项 从空闲块表中删去。当删除文件时，系统收回它所 占有的物理块，考虑是否可以与原有空闲块相邻， 合并成更大的空闲区域，最后修改有关表项。
2.索引结点
（1）索引结点的引入 便采用了把文件名与文件描述信息分开的办法，亦 即，使文件描述信息单独形成一个称为索引结点的数据结 构，简称为 i 结点。在文件目录中的每个目录项仅由文件 名和指向该文件所对应的i结点的指针所构成。在UNIX系 统中一个目录项仅占16个字节，其中14个字节是文件名， 2个字节为i结点指针。在1KB的盘块中可做64个目录项， 这样，为找到一个文件，可使平均启动磁盘次数减少到原 来的1/4，大大节省了系统开销。 （2）磁盘索引结点 （3）内存索引结点