清华大学操作系统课件_向勇老师的讲义汇总
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清华大学任勇老师信号与系统课件
清华大学
信号与系统答疑 QQ 群：85092397
第四章：信号的谱表示
§4.1 L1 [t0 ,tα ] 上的傅里叶变换（《信号与系统》第二版（郑君里）3.1，3.2）
{ } ∫ L1 [t0,tα ] =
f (t ) | tα t0
f (t ) dt < ∞ ，是[t0,tα ] 上绝对可积函数的全体。
∞
∑ = FnGn*T
n=−∞
{ } { } = T
F G , ∞ n n=−∞
∞ n n=−∞
能量定理：对 ∀f (t ) ∈ L2 [t0,t0 + T ]，有
（4-19）
∫ ( ) ∑ f t0+T t0
t
2
∞
dt = T
Fn 2
n=−∞
（4-20）
均方收敛性（依范数收敛，强收敛）：
定理（均方收敛）：对 ∀f (t ) ∈ L2 [t0,t0 + T ]，则
f
(t)
=
f
⎛ ⎜⎝
t
±
T 2
⎞ ⎟⎠
（4-18）
f (t ) 的傅里叶级数只含有偶次正余弦分量（偶次谐波）。
Parseval 定理（内积不变性）：
定理（Parseval）：对 ∀f (t ) , g (t ) ∈ L2 [t0,t0 + T ] ，则
∫ f (t ) , g (t ) = t0+T f (t ) g* (t )dt t0
∫ ( ) 证明：
Fn
=
1 T
f t0 +T
t0
t
e-jnωtdt ，
6
清华大学
信号与系统答疑 QQ 群：85092397
信号与系统答疑 QQ 群：85092397
第四章：信号的谱表示
§4.1 L1 [t0 ,tα ] 上的傅里叶变换（《信号与系统》第二版（郑君里）3.1，3.2）
{ } ∫ L1 [t0,tα ] =
f (t ) | tα t0
f (t ) dt < ∞ ，是[t0,tα ] 上绝对可积函数的全体。
∞
∑ = FnGn*T
n=−∞
{ } { } = T
F G , ∞ n n=−∞
∞ n n=−∞
能量定理：对 ∀f (t ) ∈ L2 [t0,t0 + T ]，有
（4-19）
∫ ( ) ∑ f t0+T t0
t
2
∞
dt = T
Fn 2
n=−∞
（4-20）
均方收敛性（依范数收敛，强收敛）：
定理（均方收敛）：对 ∀f (t ) ∈ L2 [t0,t0 + T ]，则
f
(t)
=
f
⎛ ⎜⎝
t
±
T 2
⎞ ⎟⎠
（4-18）
f (t ) 的傅里叶级数只含有偶次正余弦分量（偶次谐波）。
Parseval 定理（内积不变性）：
定理（Parseval）：对 ∀f (t ) , g (t ) ∈ L2 [t0,t0 + T ] ，则
∫ f (t ) , g (t ) = t0+T f (t ) g* (t )dt t0
∫ ( ) 证明：
Fn
=
1 T
f t0 +T
t0
t
e-jnωtdt ，
6
清华大学
信号与系统答疑 QQ 群：85092397
整理版清华操纵工程基础ppt课件
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
控制工程基础
（第十一章）
9/30/2020
清华大学
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
9/30/2020
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
在matlab中，用num=[b1,b2,…,bm,bm1]和 den=[a1,a2,…,an,an1] 分别表示分子和分母多项式系数，然后利 用下面的语句就可以表示这个系统
在matlab下，矩阵A和矩阵B的乘积（假定
其中A，B矩阵是可乘的）可以简单地由运
算C=A*B求出
» C=A*B
C=
203
1
0
2
4
1
5
9/30/2020
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
Matlab下提供了两种文件格式： m文件， matlab函数
• M文件是普通的ascii码构成的文件，在 这样的文件中只有由matlab语言所支持 的语句，类似于dos下的批处理文件，它 的执行方式很简单，用户只需在matlab 的提示符>>下键入该m文件的文件名，这 样matlab就会自动执行该m文件中的各条 语句。它采用文本方式，编程效率高， 可读性很强。
控制工程基础
（第十一章）
9/30/2020
清华大学
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
9/30/2020
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
在matlab中，用num=[b1,b2,…,bm,bm1]和 den=[a1,a2,…,an,an1] 分别表示分子和分母多项式系数，然后利 用下面的语句就可以表示这个系统
在matlab下，矩阵A和矩阵B的乘积（假定
其中A，B矩阵是可乘的）可以简单地由运
算C=A*B求出
» C=A*B
C=
203
1
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9/30/2020
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
Matlab下提供了两种文件格式： m文件， matlab函数
• M文件是普通的ascii码构成的文件，在 这样的文件中只有由matlab语言所支持 的语句，类似于dos下的批处理文件，它 的执行方式很简单，用户只需在matlab 的提示符>>下键入该m文件的文件名，这 样matlab就会自动执行该m文件中的各条 语句。它采用文本方式，编程效率高， 可读性很强。
清华大学操作系统课件_向勇老师的讲义
– R(i)W(j)=; – W(i)R(j)=; – W(i)W(j)=;
前两条保证一个程序的两次读之间数据不变化；最 后一条保证写的结果不丢掉。
现在的问题是这个条件不好检查。
4.1.2 进程的定义和描述
1. 进程的定义
一个具有一定独立功能的程序在一个数据集合 上的一次动态执行过程。
4. 处理机调度器（dispatcher）
处理机调度器是操作系统中的一段代码， 它完成如下功能：
• 把处理机从一个进程切换到另 一个进程； • 防止某进程独占处理机；
5. 进程控制块 (PCB, process control block)
进程控制块是由OS维护的用来记录进程相关 信息的一块内存。
Event 1 Occurs Event 1 Queue Event 2 Occurs Event 2 Queue
Event 1 Wait
Event 2 Wait
五状态进程模型(多队列结构)
1. 状态
• 运行状态(Running)：占用处理机资源；处于此状态的 进程的数目小于等于CPU的数目。
– 在没有其他进程可以执行时（如所有进程都在阻塞状态）， 通常会自动执行系统的空闲进程（相当于空操作）。
四个进程在并发地运行
3. 进程与程序的区别
• 进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码 的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计 算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和 可以复制。 • 进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态 变化的过程，程序可长久保存。 • 进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、 数据和进程控制块（即进程状态信息）。 • 进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程 序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可 包括多个程序。
前两条保证一个程序的两次读之间数据不变化；最 后一条保证写的结果不丢掉。
现在的问题是这个条件不好检查。
4.1.2 进程的定义和描述
1. 进程的定义
一个具有一定独立功能的程序在一个数据集合 上的一次动态执行过程。
4. 处理机调度器（dispatcher）
处理机调度器是操作系统中的一段代码， 它完成如下功能：
• 把处理机从一个进程切换到另 一个进程； • 防止某进程独占处理机；
5. 进程控制块 (PCB, process control block)
进程控制块是由OS维护的用来记录进程相关 信息的一块内存。
Event 1 Occurs Event 1 Queue Event 2 Occurs Event 2 Queue
Event 1 Wait
Event 2 Wait
五状态进程模型(多队列结构)
1. 状态
• 运行状态(Running)：占用处理机资源；处于此状态的 进程的数目小于等于CPU的数目。
– 在没有其他进程可以执行时（如所有进程都在阻塞状态）， 通常会自动执行系统的空闲进程（相当于空操作）。
四个进程在并发地运行
3. 进程与程序的区别
• 进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码 的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计 算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和 可以复制。 • 进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态 变化的过程，程序可长久保存。 • 进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、 数据和进程控制块（即进程状态信息）。 • 进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程 序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可 包括多个程序。
清华大学操作系统课件_向勇老师的讲义
• 考试：70%
– 基本原理+实践能力
• 先修课要求：
– 计算机组成原理、数据结构
• 上课要求：
– 请关闭您的手机，以免影响上课； – 上课时请不要开小会；
第一章 绪论
1.1 什么是操作系统 1.2 操作系统的发展历史 1.3 操作系统的特征 1.4 操作系统的功能 1.5 操作系统的结构 1.6 常用的操作系统
多道批处理系统的特点
• 优点：
– 资源利用率高：CPU和内存利用率较高； – 作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大；
• 缺点：
– 用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时， 才与用户交互，不利于调试和修改； – 作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著增 长；
批处理：交互性差－－提高对CPU利用率； 分时处理：用户与应用程序随时交互，控制程序运行，适于商 业和办公事务处理－－缩短响应时间
返回
1.2.2 手工操作
1946 ~ 50年代（电子管），集中计算（计算中心），计算机 资源昂贵；
• 工作方式
– 用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算 机专业人员； – 编程语言：为机器语言； – 输入输出：纸带或卡片；
• 计算机的工作特点
– 用户独占全机：不出现资源被其他用户占用，资源 利用率低； – CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计 算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低； 返回
1.1.2 操作系统的作用
• OS是计算机硬件、软件资源的管理者； • OS是用户使用系统硬件、软件的接口； • OS是扩展机/虚拟机；
返回
OS是计算机硬件、软件资源的管理者
• 管理对象包括：CPU、存储器、外部设备、信 息（数据和软件）； • 管理的内容：资源的当前状态（数量和使用 情况）、资源的分配、回收和访问操作，相 应管理策略（包括用户权限）。
操作系.ppt
……
[ X]段 （已经连接）
…
…
Y
200
…
…
200 12456
段名-段号对照表
段名
段号
MAIN 0
A
1
W
2
X
3
…
…
连接后
§4.1.4存储管理的机制和策略
在多道环境下，存储管理不但要为进程提供内存资 源，还要为内存的使用提供安全保障机制，如防止 进程非法访问不属于自已的空间。
为了提高内存资源的利用率，存储管理还要提供共 享机制，也就是当若干个进程调用同一段代码或数 据时，系统应为共享的代码或数据保留一个副本而 不是多个。
【存储管理的功能】
1.内存的分配与回收
每一个进程运行时都需要内存资源， 因此内 存空间的分配和回收是存储管理的基本功能。在 进程创建时按照一定的存储策略为其分配内存空 间，进程运行结束时，再将其所占用的内存空间 收回。
为了记录内存的使用情况，存储管理会依据存 储策略采用相应的数据结构，标识哪些区域尚未 分配，哪些区域已经分配以及分配给哪些进程等。 每一个进程运行时都需要内存资源， 因此内存 空间的分配和回收是存储管理的基本功能。系统 通过所采用的数据结构来管理内存空间。
(2)静态地址重定位
静态地址重定位是在程序执行之前由操作系统的重定位装入程 序完成的。在装入一个作业时，把作业中的指令地址全部转 换为绝对地址（地址转换工作是在作业执行前集中一次完成 的）在作业执行过程中就无须再进行地址转换工作。
静态地址重定位示例
静态地址重定位的优点
相对地址
是容易实现，无需硬件
支持，它只要求程序本 0
离散
段页式 虚拟页式
虚存 虚拟段式
清华大学操作系统课件_向勇老师的讲义
– 有关group的例程:initgroups(); getgroups(); setgroups(); getgid(); setgid();
创建新用户组(groupadd):命令"./groupadd test"会对文件"group" 进行修改,以创建一个新的用户组"test". 把一个用户加入一个组(usermod):命令"./usermod -G group user"会对文件"group"进行修改,把用户"user"加入用户组 "group". 在文件管理功能中有相应命令进行资源所有者及其所在用户组 的控制.如命令"chgrp group directory"可修改目录"directory"所 在的用户组为" group".
2. Windows NT
注册库(Registry):系统定义的数据库,供系统 和应用软件存储和检索配置信息.通过 Registry Editor(regedt32.exe)或API编程来访问. 注册库可能由多个文件组成. 内部采用层次结构(类似于目录和文件)
– 对某个key中包含的value和下层key进行枚举: RegEnumValue(), RegEnumKey()
返回
Domain Controller
NT Server or Workstation Domain User
Domain User Global Group
Global Group Local User Local Group
Windows NT的用户帐号
用户权限 本地组 用户组 全局组 用户帐号
创建新用户组(groupadd):命令"./groupadd test"会对文件"group" 进行修改,以创建一个新的用户组"test". 把一个用户加入一个组(usermod):命令"./usermod -G group user"会对文件"group"进行修改,把用户"user"加入用户组 "group". 在文件管理功能中有相应命令进行资源所有者及其所在用户组 的控制.如命令"chgrp group directory"可修改目录"directory"所 在的用户组为" group".
2. Windows NT
注册库(Registry):系统定义的数据库,供系统 和应用软件存储和检索配置信息.通过 Registry Editor(regedt32.exe)或API编程来访问. 注册库可能由多个文件组成. 内部采用层次结构(类似于目录和文件)
– 对某个key中包含的value和下层key进行枚举: RegEnumValue(), RegEnumKey()
返回
Domain Controller
NT Server or Workstation Domain User
Domain User Global Group
Global Group Local User Local Group
Windows NT的用户帐号
用户权限 本地组 用户组 全局组 用户帐号
操作系统课件第21章
Chapter 21: The Linux System
Chapter 21: The Linux System
Linux History Design Principles Kernel Modules Process Management Scheduling Memory Management File Systems Input and Output Interprocess Communication Network Structure
Other new features included:
Available for Motorola 68000-series processors, Sun Sparc systems, and for PC and PowerMac systems 2.4 and 2.6 increased SMP support, added journaling file system, preemptive kernel, 64-bit memory support
Hale Waihona Puke License (GPL), the terms of which are set out by the Free Software Foundation
Anyone using Linux, or creating their own derivative of Linux, may
not make the derived product proprietary; software released under the GPL may not be redistributed as a binary-only product
Chapter 21: The Linux System
Linux History Design Principles Kernel Modules Process Management Scheduling Memory Management File Systems Input and Output Interprocess Communication Network Structure
Other new features included:
Available for Motorola 68000-series processors, Sun Sparc systems, and for PC and PowerMac systems 2.4 and 2.6 increased SMP support, added journaling file system, preemptive kernel, 64-bit memory support
Hale Waihona Puke License (GPL), the terms of which are set out by the Free Software Foundation
Anyone using Linux, or creating their own derivative of Linux, may
not make the derived product proprietary; software released under the GPL may not be redistributed as a binary-only product
清华大学操作系统讲义第04讲_经典IPC问题
10
第二，把信号量视为是某种类型的共享资源的剩 余个数，其目的是为了实现对这种类型的共享资 源的访问，如各种I/O设备。信号量的取值具有实 际的意义，就等于空闲资源的个数。多个进程可 以同时使用这种类型的资源，直到所有空闲资源 均已用完。其特征是信号量的初始值为N(N1)， 然后在一个进程内部对它进行配对的P、V操作。
28
思路(2) 计算机程序怎么来解决这个问题？
指导原则：不能浪费CPU时间；进程间相互通信。 S1 思考中… S2 进入饥饿状态； S3 如果左邻居或右邻居正在进餐，进入阻塞状态； 否则转S4 S4 拿起两把叉子； S5 吃面条… S6 放下左边的叉子，看看左邻居现在能否进餐 （饥饿状态、两把叉子都在），若能则唤醒之； S7 放下右边的叉子，看看右邻居现在能否进餐， 若能，唤醒之； S8 新的一天又开始了，转S1
操作系统与系统编程
第四讲
谌 卫 军
清华大学软件学院 2004年春季
1
基于信号量的进程同步
【例子2】共享缓冲区的合作进程的同步
设有一个缓冲区buffer，大小为一个字节。Compute 进程不断产生字符，送buffer，Print进程从buffer中 取出字符打印。如不加控制，会出现多种打印结果， 这取决于这两个进程运行的相对速度。在这众多的 打印结果中，只有Compute和Print进程的运行刚好 匹配的一种是正确的，其它均为错误。 Compute buffer
6
流程图1：
get t0 t1 copy t2 put t3 get t4 copy t5 put t6
流程图2：
规则4 规则5
规则1
p
p
p
c
g
规则2
c
g
第二，把信号量视为是某种类型的共享资源的剩 余个数，其目的是为了实现对这种类型的共享资 源的访问，如各种I/O设备。信号量的取值具有实 际的意义，就等于空闲资源的个数。多个进程可 以同时使用这种类型的资源，直到所有空闲资源 均已用完。其特征是信号量的初始值为N(N1)， 然后在一个进程内部对它进行配对的P、V操作。
28
思路(2) 计算机程序怎么来解决这个问题？
指导原则：不能浪费CPU时间；进程间相互通信。 S1 思考中… S2 进入饥饿状态； S3 如果左邻居或右邻居正在进餐，进入阻塞状态； 否则转S4 S4 拿起两把叉子； S5 吃面条… S6 放下左边的叉子，看看左邻居现在能否进餐 （饥饿状态、两把叉子都在），若能则唤醒之； S7 放下右边的叉子，看看右邻居现在能否进餐， 若能，唤醒之； S8 新的一天又开始了，转S1
操作系统与系统编程
第四讲
谌 卫 军
清华大学软件学院 2004年春季
1
基于信号量的进程同步
【例子2】共享缓冲区的合作进程的同步
设有一个缓冲区buffer，大小为一个字节。Compute 进程不断产生字符，送buffer，Print进程从buffer中 取出字符打印。如不加控制，会出现多种打印结果， 这取决于这两个进程运行的相对速度。在这众多的 打印结果中，只有Compute和Print进程的运行刚好 匹配的一种是正确的，其它均为错误。 Compute buffer
6
流程图1：
get t0 t1 copy t2 put t3 get t4 copy t5 put t6
流程图2：
规则4 规则5
规则1
p
p
p
c
g
规则2
c
g
清华大学C 课程PPT课件
• 引入了类的机制，最初的C++被称为“带类
语 的C” 言 • 1983年正式取名为C++ 概 • 从1989年开始C++语言的标准化工作 述 • 于1994年制定了ANSI C++标准草案
• 于1998年11月被国际标准化组织（ISO）批 准为国际标准。2003年发布了C++标准第二 版，成为目前的C++
j = 50000;
i = j;//将unsigned short赋值给signed short变量
cout <<" The short int is:"<< i <<endl; //整型数值溢出
cout <<" The short unsigned int is:"<< j<<endl;
return 0; }
15
第15页/共99页
基 数据类—型整型数据及取值范围
本
数 类型
说明符 位数 数值范围
据 短整
short 16 -32768～32767
类 基本
int
32 -231～(231-1)
型 长整
long
32 -231～(231-1)
和 无符号
表 unsigned short 16 0～65535
达 式
unsigned int unsigned long
赋值运算符和—赋值—表达赋式值表达式举例 基
本 数 据
a=5
表达式值为5
a=b=c=5 表达式值为5，a,b,c均为5
类
a=5+(c=6) 表达式值为11，a为11，c为6
清华大学操作系统（陈渝，向勇）课程笔记——（十）协同多道程序设计和并发问题
清华⼤学操作系统（陈渝，向勇）课程笔记——（⼗）协同多道程序设计和并发问题主要内容背景—些概念临界区 (Critical section)⽅法1:禁⽤硬件中断⽅法2:基于软件的解决⽅法⽅法3:更⾼级的抽象背景多道程序设计(multi-programming):现代操作系统的重要特性并⾏很有⽤(为什么? )提⽰:多个并发实体:CPU(s)，I/O, …，⽤户,…进程/线程:操作系统抽象出来⽤于⽀持多道程序设计CPU调度:实现多道程序设计的机制调度算法-不同的策略独⽴的线程:不和其他线程共享资源或状态确定性=输⼊状态决定结果可重现→能够重现起始条件，I/OI/O调度顺序不重要合作线程：在多个线程中共享状态不确定性不可重现不确定性和不可重现意味着bug可能是间歇性发⽣的进程/线程，计算机/设备需要合作优点1:共享资源—台电脑，多个⽤户⼀个银⾏存款余额,多台ATM机嵌⼊式系统〔机器⼈控制:⼿臂和⼿的协调)优点2:加速I/O操作和计算可以重叠多处理器–将程序分成多个部分并⾏执⾏优点3:模块化将⼤程序分解成⼩程序使系统易于扩展以编译为例，gcc会调⽤cpp，cc1，cc2，as，ld程序可以调⽤函数fork()来创建⼀个新的进程操作系统需要分配⼀个新的并且唯⼀的进程ID因此在内核中，这个系统调⽤会运⾏共享的全局变量翻译成机器指令new_pid = next_pidit ++(不是原⼦操作);1) LOAD next_pid Regl2)STORE Regl new_pid3)INC Regl4STORE Regl next_pid假设两个进程并发执⾏如果next_pid等于100，那么其中⼀个进程得到的ID应该是100，另⼀个进程的ID应该是101，next_pid应该增加到102⽆论多个线程的指令序列怎样交替执⾏，程序都必须正常⼯作多线程程序具有不确定性和不可重现的特点不经过专门设计，调试难度很⾼不确定性要求并⾏程序的正确性先思考清楚问题，把程序的⾏为设计清楚切忌急于着⼿编写代码，碰到问题再调试Race Condition(竞态条件)系统缺陷:结果依赖于并发执⾏或者事件的顺序/时间不确定性不可重现怎样避免竞态?让程序不会被打断Atomic Operation(原⼦操作)原⼦操作是指⼀次不存在任何中断或者失败的执⾏该执⾏成功结束或者根本没有执⾏并且不应该发现任何部分执⾏的状态实际上操作往往不是原⼦的有些看上去是原⼦操作，实际上不是连x++这样的简单语句，实际上是由3条指令构成的有时候甚⾄连单条机器指令都不是原⼦的Pipeline，super-scalar，out-of-order，page fault问题Critical section(临界区)临界区是指进程中的⼀段需要访问共享资源并且当另⼀个进程处于相应代码区域时便不会被执⾏的代码区域Mutual exclusion (互斥)当⼀个进程处于临界区并访问共享资源时，没有其他进程会处于临界区并且访问任何相同的共享资源Dead lock (死锁)两个或以上的进程，在相互等待完成特定任务，⽽最终没法将⾃⾝任务进⾏下去Starvation(饥饿)⼀个可执⾏的进程，被调度器持续忽略，以⾄于虽然处于可执⾏状态却不被执⾏临界区临界区属性互斥:同⼀时间临界区中最多存在⼀个线程Progress:如果⼀个线程想要进⼊临界区，那么它最终会成功有限等待:如果⼀个线程i处于⼊⼝区，那么在i的请求被接受之前，其他线程进⼊临界区的时间是有限制的⽆忙等待(可选)∶如果⼀个进程在等待进⼊临界区，那么在它可以进⼊之前会被挂起临界区代码保护⽅法⽅法1:禁⽤硬件中断没有中断，没有上下⽂切换，因此没有并发硬件将中断处理延迟到中断被启⽤之后⼤多数现代计算机体系结构都提供指令来完成进⼊临界区禁⽤中断离开临界区开启中断缺点⼀旦中断被禁⽤，线程就⽆法被停⽌整个系统都会为你停下来可能导致其他线程处于饥饿状态要是临界区可以任意长怎么办⽆法限制响应中断所需的时间(可能存在硬件影响)所以要⼩⼼使⽤另外，禁⽤软件中断⽆法在多CPU情况下⽆法解决互斥问题⽅法2:基于软件的解决⽅法经典逻辑线程可以共享⼀些共有的变量来同步他们的⾏为。
2024版年度《操作系统》ppt课件
2024/2/2
成组链接法
将若干个空闲块组成一组，第一块的指针指向下一组空闲块 的第一块，最后一块的指针指向本组的空闲块总数，分配和 回收空间时均以组为单位进行。
31
磁盘容错技术
奇偶校验
通过增加冗余信息来检测并纠正数 据传输过程中可能出现的错误。
日志结构文件系统
将多个磁盘组合成一个逻辑磁盘， 通过数据分条、镜像、奇偶校验等
2024/2/2
最短寻道时间优先（SSTF）
优先选择距离当前磁头位置最近的请求进行服务，可减少磁头移动距 离，但可能导致某些请求长时间等待。
扫描算法（SCAN）
磁头从一端向另一端移动，途中满足遇到的请求，到达另一端后返回， 途中再次满足遇到的请求，如此往复。
循环扫描算法（CSCAN）
类似于SCAN算法，但磁头只在一个方向上移动，到达另一端后立即 返回起始端，途中不服务请求，返回途中再满足遇到的请求。
通信加密
对网络通信数据进行加密，防止数据在传输过程 中被窃取或篡改。
2024/2/2
36
防火墙与入侵检测系统设计
1 2
防火墙技术 通过包过滤、代理服务等技术，对网络进行访问 控制，防止外部攻击。
入侵检测系统 实时监控网络和系统事件，发现可疑行为并及时 报警，防止内部和外部的入侵行为。
3
防火墙与入侵检测系统的整合 将防火墙和入侵检测系统相结合，实现更全面的 安全防护。
功能
操作系统的主要功能包括管理计算机硬 件和软件资源，提供用户界面，以及控 制和管理计算机系统的各个部分。
2024/2/2
4
发展历程与分类
发展历程
从手工操作到批处理系统，再到分时系统、实时系统、网络操作系统和分布式 操作系统等。
成组链接法
将若干个空闲块组成一组，第一块的指针指向下一组空闲块 的第一块，最后一块的指针指向本组的空闲块总数，分配和 回收空间时均以组为单位进行。
31
磁盘容错技术
奇偶校验
通过增加冗余信息来检测并纠正数 据传输过程中可能出现的错误。
日志结构文件系统
将多个磁盘组合成一个逻辑磁盘， 通过数据分条、镜像、奇偶校验等
2024/2/2
最短寻道时间优先（SSTF）
优先选择距离当前磁头位置最近的请求进行服务，可减少磁头移动距 离，但可能导致某些请求长时间等待。
扫描算法（SCAN）
磁头从一端向另一端移动，途中满足遇到的请求，到达另一端后返回， 途中再次满足遇到的请求，如此往复。
循环扫描算法（CSCAN）
类似于SCAN算法，但磁头只在一个方向上移动，到达另一端后立即 返回起始端，途中不服务请求，返回途中再满足遇到的请求。
通信加密
对网络通信数据进行加密，防止数据在传输过程 中被窃取或篡改。
2024/2/2
36
防火墙与入侵检测系统设计
1 2
防火墙技术 通过包过滤、代理服务等技术，对网络进行访问 控制，防止外部攻击。
入侵检测系统 实时监控网络和系统事件，发现可疑行为并及时 报警，防止内部和外部的入侵行为。
3
防火墙与入侵检测系统的整合 将防火墙和入侵检测系统相结合，实现更全面的 安全防护。
功能
操作系统的主要功能包括管理计算机硬 件和软件资源，提供用户界面，以及控 制和管理计算机系统的各个部分。
2024/2/2
4
发展历程与分类
发展历程
从手工操作到批处理系统，再到分时系统、实时系统、网络操作系统和分布式 操作系统等。
2024年操作系统培训资料
死锁处理
死锁是多个进程因争 夺资源而造成相互等 待的情况，操作系统 需要通过死锁检测和 解除来防止死锁的发 生。死锁处理是操作 系统设计中的一个重 要课题，通常通过资 源预分配、资源有序 分配、死锁检测与解 除等方式来避免死锁 的发生，并确保系统 的稳定性。
进程管理要点总结
进程概念
进程是程序的执行实例
02 缓存优化
减少数据访问延迟
03 索引优化
加快文件检索速度
结语
文件系统是操作系统中的重要组成部分，合理使 用文件系统能够提高工作效率和数据安全性。掌 握文件系统的相关知识，对于操作系统的学习和 应用是至关重要的。通过优化文件系统，可以使 计算机更加稳定高效。
● 06
第六章 总结与展望
学习成果总结
深化理解 培养解决问题能力
学习操作系统的 益处
学习操作系统不仅可 以提升个人的职业能 力，还可以拓宽视野， 深化对计算机科学的 理解，培养解决问题 的能力。操作系统培 训资料是学习者进阶 的重要一步。
● 02
第2章 操作系统基础知识
操作系统概述
操作系统是管理计算 机硬件和软件资源的 系统软件，主要功能 包括进程管理、内存 管理、文件系统等。 操作系统起到了协调、 管理和控制计算机各 部分正常工作的作用， 是计算机系统中最基 本、最重要的系统软 件之一。
操作系统分类
01 Windows
适用于个人和商业用户
02 Mac OS
为苹果产品专门设计
03 Linux
开放源代，可定制性高
操作系统内核
管理系统硬 件资源
CPU、内存等资 源分配
提供系统调 用接口
用户程序与硬件 交互
操作系统命令
命令行工具
清华大学系统工程114 ppt课件
2.1 系统评价分析方法
2.1.4 系统评价分析原则 ❖ 内部因素与外部因素相结合 ❖ 近期与远期利益相结合 ❖ 局部效益与总体效益相结合 ❖ 定性分析与定量分析相结合
《系统工程导论》
第8页
2.1 系统评价分析方法
2.1.5 系统评价分析的要点与步骤 要点
项目
为什么
应该如何 采取什么对策
目的 为什么提出这个问题？ 应提什么？
❖ 方法：问题分层、因素权重分析、方案排序、一 致性检验等整套办法。
❖ 应用：80年代初期介绍到中国，在工程技术、社 会科学领域应用较广泛。
《系统工程导论》
第11页
2.2 层次分析法
2.2.1 问题与实例 问题
面对复杂问题做决策（如，推研）时，往往： ❖ 多个评价准则：如综合评估 ❖ 多人参与：同学、辅导员、班主任…… ❖ 很多可行方案：各种可能的评价体系和权重因子
《系统工程导论》
第5页
2.1 系统评价分析方法
2.1.2 定义
❖ 广义：等同于系统工程 ❖ 狭义：通过一系列步骤，帮助领导者选择最优
方案的一种系统方法。 ❖ 是实现科学决策的重要工具。
《系统工程导论》
第6页
2.1 系统评价分析方法
2.1.3 系统评价分析要素
❖ 目标（Objective）
研究
❖ 可行方案（Feasible
对象 为什么从此入手？
应找哪个人？
删去工作中不必要部分
时间 地点
人
为什么在这时做？ 为什么在这里做？ 为什么由此人做？
应何时做？ 应在何处做？ 应由谁做？
合并重复的工作内容
方法 为什么这样做？
如何去做？
使工作尽量简化
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– 优点：易于实现，强调了资源的充分利用。 – 缺点：不公平，会造成长作业长期等待。 – 结论：假设系统中所有作业同时到达，可以证明采用SJF 能得到最短的作业平均周转时间。 11
• 高响应比优先（HRF, Highest Response ratio First）：响应比最高的作业优先启动。
– – – – 响应比=（等待时间+估计运行时间）/ 估计运行时间 该算法是FCFS和SJF的结合，克服了两种算法的缺点 优点: 公平，吞吐率大 缺点: 增加了计算，增加了开销
10
2. 作业调度算法
实际的算法可能会是多种算法的综合。 • 先来先服务（FCFS, First Come First Served）：按照 作业进入系统的先后次序进行调度，先进入系统者 先调度；即启动等待时间最长的作业。
– 优点：实现简单、公平 – 缺点：没考虑资源利用率和作业的特殊性
• 短作业优先（SJF, Shortest Job First）：以要求运行 时间长短进行调度，即启动要求运行时间最短的作 业。
– 先到"就绪"，经调度"运行"，有I/O请求"等待"，I/O完成 到"就绪"
• 完成：从作业计算完成开始，到善后处理完毕并退 出系统为止。
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4. 作业控制表(JCB, Job Control Block)
在运行过程中，系统对作业进行管理的必要信息。 • • • • • • 作业名 估计执行时间 优先数（用于调度） 作业说明书文件名 程序类型（需调用的系统程序） 资源要求
• 命令简化：利用参数替换可简化命令输入，通 配符(?, *)用于匹配一组文件名
– 如：UNIX的cp命令：当前目录上有两个"1.tar"和 "2.tar"时，"cp *.tar /tmp"等同于"cp 1.tar /tmp; cp 2.tar /tmp"
Байду номын сангаас
返回
2
2.1.1 作业和作业处理过程
1. 作业的概念 2. 作业的组成 3. 作业的处理过程 4. 作业控制表(JCB, Job Control Block)
返回
3
1. 作业的概念
• 一个作业是指在一次应用业务处理过程中， 从输入开始到输出结束，用户要求计算机所 做的有关该次业务处理的全部工作。 • 作业由不同的顺序相连的作业步组成。 • 作业步是在一个作业的处理过程中，计算机 所做的相对独立的工作。
• 高优先级优先：由用户指定作业优先级，优先级高 的作业先启动。 • 资源均衡型调度：把作业分类，作业调度从不同类 型作业中去调度作业
– 根据作业对资源要求分类：I/O型、CPU型和均衡型
12
2.1.3 作业控制语言
• 脱机作业控制：用户输入作业说明书，整个作业的运行由系 统控制。 • 联机作业控制：通过人-机会话方式控制作业运行。用户登录 （控制台登录或远程登录），由系统自动执行一些命令脚本 后，并进入shell（字符或GUI界面），接受用户的命令和操 作，最后退出系统。
• 命令格式：一个命令可有命令参数，格式包括选项/ 开关 (option/switch)或参数(argument)。
– 如UNIX系统： cp -r doc /tmp－－argv[0], argv[1], ...（含子 目录的文件复制：/tmp为目标地址）
14
• 命令分类：内部命令和外部命令
– 内部命令：直接由shell本身完成，功能简单、使 用频繁；如：DOS的copy命令。 – 外部命令：运行相应的可执行文件，在使用时加 载。如：DOS的xcopy命令。
– 静态，或中间可以随作业步变化－－效率不高； – 动态分配
• 作业状态
– 提交、后备、执行、就绪、等待、完成；
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2.1.2 作业调度
检查系统是否满足作业的资源要求，并按一定算法选 取作业。作业调度也称为宏观调度。
• 作业调度算法的评价因素
– 作业吞吐量：运行尽可能多的作业； – 充分利用资源：CPU忙、I/O设备忙； – 对各作业公平、合理，使用户满意：执行时 间长短、等待时间等；
5
3. 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
6
作业状态
• 提交：用户将程序和数据提交给系统，等待输入。 • 收容：作业全部进入辅助存储设备后，操作系统对 作业进行登记，为每个作业建立一个主要控制块。 • 执行：作业被调度后进入主存，按照其作业步的步 骤，为每个作业步建立的主进程，分配资源，执行。
1. 命令行 2. 环境变量
返回 13
1. 命令行
• 命令行：一行可有一个或多个命令，每次一行，包 含一个或多个命令。
– shell给出提示符时可输入，以回车键提交。如： – “ls -al”列出当前目录文件列表； – "gunzip mp1.tar.gz; tar -xvf mp1.tar; \rm -r -f mp1.tar"为解压 缩后再展开。
第二章 作业管理和用户接口
在这一章中，我们讨论OS向上提供的用户接口，即系 统命令接口和系统调用接口。系统命令接口可完成用 户作业的组织和控制。
2.1 作业组织和控制 2.2 UNIX的作业管理 2.3 系统调用 2.4 图形用户接口
1
2.1 作业组织和控制
2.1.1 作业和作业处理过程 2.1.2 作业调度 2.1.3 作业控制语言
4
2. 作业的组成
作业由程序、数据和作业说明书三部分组成。 • 作业说明书包括作业基本情况、作业控制、作 业资源要求的描述；它体现用户的控制意图。 如：预计运行时间、要求的资源情况、执行优 先级等。
– 作业基本情况：用户名、作业名、编程语言、最大 处理时间等； – 作业控制描述：作业控制方式、作业步的操作顺序、 作业执行出错处理； – 作业资源要求描述：处理时间、优先级、内存空间、 外设类型和数量等；
返回
9
作业调度算法的量化评价因素
• 吞吐量
– 完成的作业数/完成时间
• CPU利用率
– CPU有效工作时间/CPU总工作时间
• 周转时间
– – – – 完成时间－提交时间 or 等待时间+运行时间 平均周转时间＝周转时间之和/作业数 带权周转时间＝周转时间/运行时间 带权平均周转时间＝带权周转时间之和/作业
• 高响应比优先（HRF, Highest Response ratio First）：响应比最高的作业优先启动。
– – – – 响应比=（等待时间+估计运行时间）/ 估计运行时间 该算法是FCFS和SJF的结合，克服了两种算法的缺点 优点: 公平，吞吐率大 缺点: 增加了计算，增加了开销
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2. 作业调度算法
实际的算法可能会是多种算法的综合。 • 先来先服务（FCFS, First Come First Served）：按照 作业进入系统的先后次序进行调度，先进入系统者 先调度；即启动等待时间最长的作业。
– 优点：实现简单、公平 – 缺点：没考虑资源利用率和作业的特殊性
• 短作业优先（SJF, Shortest Job First）：以要求运行 时间长短进行调度，即启动要求运行时间最短的作 业。
– 先到"就绪"，经调度"运行"，有I/O请求"等待"，I/O完成 到"就绪"
• 完成：从作业计算完成开始，到善后处理完毕并退 出系统为止。
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4. 作业控制表(JCB, Job Control Block)
在运行过程中，系统对作业进行管理的必要信息。 • • • • • • 作业名 估计执行时间 优先数（用于调度） 作业说明书文件名 程序类型（需调用的系统程序） 资源要求
• 命令简化：利用参数替换可简化命令输入，通 配符(?, *)用于匹配一组文件名
– 如：UNIX的cp命令：当前目录上有两个"1.tar"和 "2.tar"时，"cp *.tar /tmp"等同于"cp 1.tar /tmp; cp 2.tar /tmp"
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2.1.1 作业和作业处理过程
1. 作业的概念 2. 作业的组成 3. 作业的处理过程 4. 作业控制表(JCB, Job Control Block)
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1. 作业的概念
• 一个作业是指在一次应用业务处理过程中， 从输入开始到输出结束，用户要求计算机所 做的有关该次业务处理的全部工作。 • 作业由不同的顺序相连的作业步组成。 • 作业步是在一个作业的处理过程中，计算机 所做的相对独立的工作。
• 高优先级优先：由用户指定作业优先级，优先级高 的作业先启动。 • 资源均衡型调度：把作业分类，作业调度从不同类 型作业中去调度作业
– 根据作业对资源要求分类：I/O型、CPU型和均衡型
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2.1.3 作业控制语言
• 脱机作业控制：用户输入作业说明书，整个作业的运行由系 统控制。 • 联机作业控制：通过人-机会话方式控制作业运行。用户登录 （控制台登录或远程登录），由系统自动执行一些命令脚本 后，并进入shell（字符或GUI界面），接受用户的命令和操 作，最后退出系统。
• 命令格式：一个命令可有命令参数，格式包括选项/ 开关 (option/switch)或参数(argument)。
– 如UNIX系统： cp -r doc /tmp－－argv[0], argv[1], ...（含子 目录的文件复制：/tmp为目标地址）
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• 命令分类：内部命令和外部命令
– 内部命令：直接由shell本身完成，功能简单、使 用频繁；如：DOS的copy命令。 – 外部命令：运行相应的可执行文件，在使用时加 载。如：DOS的xcopy命令。
– 静态，或中间可以随作业步变化－－效率不高； – 动态分配
• 作业状态
– 提交、后备、执行、就绪、等待、完成；
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2.1.2 作业调度
检查系统是否满足作业的资源要求，并按一定算法选 取作业。作业调度也称为宏观调度。
• 作业调度算法的评价因素
– 作业吞吐量：运行尽可能多的作业； – 充分利用资源：CPU忙、I/O设备忙； – 对各作业公平、合理，使用户满意：执行时 间长短、等待时间等；
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3. 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
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作业状态
• 提交：用户将程序和数据提交给系统，等待输入。 • 收容：作业全部进入辅助存储设备后，操作系统对 作业进行登记，为每个作业建立一个主要控制块。 • 执行：作业被调度后进入主存，按照其作业步的步 骤，为每个作业步建立的主进程，分配资源，执行。
1. 命令行 2. 环境变量
返回 13
1. 命令行
• 命令行：一行可有一个或多个命令，每次一行，包 含一个或多个命令。
– shell给出提示符时可输入，以回车键提交。如： – “ls -al”列出当前目录文件列表； – "gunzip mp1.tar.gz; tar -xvf mp1.tar; \rm -r -f mp1.tar"为解压 缩后再展开。
第二章 作业管理和用户接口
在这一章中，我们讨论OS向上提供的用户接口，即系 统命令接口和系统调用接口。系统命令接口可完成用 户作业的组织和控制。
2.1 作业组织和控制 2.2 UNIX的作业管理 2.3 系统调用 2.4 图形用户接口
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2.1 作业组织和控制
2.1.1 作业和作业处理过程 2.1.2 作业调度 2.1.3 作业控制语言
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2. 作业的组成
作业由程序、数据和作业说明书三部分组成。 • 作业说明书包括作业基本情况、作业控制、作 业资源要求的描述；它体现用户的控制意图。 如：预计运行时间、要求的资源情况、执行优 先级等。
– 作业基本情况：用户名、作业名、编程语言、最大 处理时间等； – 作业控制描述：作业控制方式、作业步的操作顺序、 作业执行出错处理； – 作业资源要求描述：处理时间、优先级、内存空间、 外设类型和数量等；
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作业调度算法的量化评价因素
• 吞吐量
– 完成的作业数/完成时间
• CPU利用率
– CPU有效工作时间/CPU总工作时间
• 周转时间
– – – – 完成时间－提交时间 or 等待时间+运行时间 平均周转时间＝周转时间之和/作业数 带权周转时间＝周转时间/运行时间 带权平均周转时间＝带权周转时间之和/作业