汤小丹 计算机操作系统 官方课件 第四版共86页文档
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第8章-汤小丹-计算机操作系统-官方课件-第四版-计算机-操作系统--课件PPT课件
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8.1.2 链接组织方式 如果可以将文件装到多个离散的盘块中，就可消除连续组织方式的上
述缺点。在采用链接组织方式时，可为文件分配多个不连续的盘块，再通 过每个盘块上的链接指针，将同属于一个文件的多个离散的盘块链接成一 个链表，由此所形成的物理文件称为链接文件。链接组织方式的主要优点 是：
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• 图8-1 磁盘空间的连续组织方式 第3页/共85页
连续组织方式的主要优点有： (1) 顺序访问容易。 (2) 顺序访问速度快。
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连续组织方式的主要缺点如下： (1) 要求为一个文件分配连续的存储空间。 (2) 必须事先知道文件的长度。 (3) 不能灵活地删除和插入记录。 (4) 对于那些动态增长的文件。
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8.1.5 索引组织方式 1. 单级索引组织方式 链接组织方式虽然解决了连续组织方式所存在的问题(即不便于随机
访问)，但又出现了另外两个问题，即：① 不能支持高效的直接存取，要 对一个较大的文件进行存取，须在FAT中顺序地查找许多盘块号；② FAT 需占用较大的内存空间，由于一个文件所占用盘块的盘块号是随机地分布 在 FAT 中 的 ， 因 而 只 有 将 整 个 FAT 调 入 内 存 ， 才 能 保 证 在 FAT 中 找 到 一 个 文件的所有盘块号。
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2. 空闲盘块的分配与回收 当系统要为用户分配文件所需的盘块时，须调用盘块分配过程来完成。 该过程首先检查空闲盘块号栈是否上锁，如未上锁，便从栈顶取出一空闲 盘块号，将与之对应的盘块分配给用户，然后将栈顶指针下移一格。若该 盘块号已是栈底，即S.free(0)，这是当前栈中最后一个可分配的盘块号。
8.1.2 链接组织方式 如果可以将文件装到多个离散的盘块中，就可消除连续组织方式的上
述缺点。在采用链接组织方式时，可为文件分配多个不连续的盘块，再通 过每个盘块上的链接指针，将同属于一个文件的多个离散的盘块链接成一 个链表，由此所形成的物理文件称为链接文件。链接组织方式的主要优点 是：
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• 图8-1 磁盘空间的连续组织方式 第3页/共85页
连续组织方式的主要优点有： (1) 顺序访问容易。 (2) 顺序访问速度快。
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连续组织方式的主要缺点如下： (1) 要求为一个文件分配连续的存储空间。 (2) 必须事先知道文件的长度。 (3) 不能灵活地删除和插入记录。 (4) 对于那些动态增长的文件。
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8.1.5 索引组织方式 1. 单级索引组织方式 链接组织方式虽然解决了连续组织方式所存在的问题(即不便于随机
访问)，但又出现了另外两个问题，即：① 不能支持高效的直接存取，要 对一个较大的文件进行存取，须在FAT中顺序地查找许多盘块号；② FAT 需占用较大的内存空间，由于一个文件所占用盘块的盘块号是随机地分布 在 FAT 中 的 ， 因 而 只 有 将 整 个 FAT 调 入 内 存 ， 才 能 保 证 在 FAT 中 找 到 一 个 文件的所有盘块号。
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2. 空闲盘块的分配与回收 当系统要为用户分配文件所需的盘块时，须调用盘块分配过程来完成。 该过程首先检查空闲盘块号栈是否上锁，如未上锁，便从栈顶取出一空闲 盘块号，将与之对应的盘块分配给用户，然后将栈顶指针下移一格。若该 盘块号已是栈底，即S.free(0)，这是当前栈中最后一个可分配的盘块号。
第六章-汤小丹-计算机操作系统-官方课件-第四版-计算机-操作系统--课件PPT课件
6.1 I/O系统的功能、模型和接口
I/O系统管理的主要对象是I/O设备和相应的设备控制器。其最主要 的任务是，完成用户提出的I/O请求，提高I/O速率，以及提高设备的利 用率，并能为更高层的进程方便地使用这些设备提供手段。
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系统的基本功能 1. 隐藏物理设备的细节 I/O设备的类型非常多，且彼此间在多方面都有差异，诸如它们接收
和产生数据的速度，传输方向、粒度、数据的表示形式及可靠性等方面。
第2页/共131页
2. 与设备的无关性 隐藏物理设备的细节，在早期的OS中就已实现，它可方便用户对设 备的使用。与设备的无关性是在较晚时才实现的，这是在隐藏物理设备细 节的基础上实现的。
第3页/共131页
3. 提高处理机和I/O设备的利用率 在一般的系统中，许多I/O设备间是相互独立的，能够并行操作，在 处理机与设备之间也能并行操作。因此，I/O系统的第三个功能是要尽可 能地让处理机和I/O设备并行操作，以提高它们的利用率。为此，一方面 要求处理机能快速响应用户的I/O请求，使I/O设备尽快地运行起来；另 一方面也应尽量减少在每个I/O设备运行时处理机的干预时间。
中断处理程序 当一个进程请求I/O 操作时，该进程将被挂起，直到I/O设备完成
I/O操作后，设备控制器便向CPU发送一个中断请求，CPU响应后便转向 中断处理程序，中断处理程序执行相应的处理，处理完后解除相应进程的 阻塞状态。
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• 图6-10 中断现场保护示意图 第40页/共131页
第18页/共131页
• 图6-3 设备与控制器间的接口 第19页/共131页
设备控制器 1. 设备控制器的基本功能 (1) 接收和识别命令。 (2) 数据交换。 (3) 标识和报告设备的状态。 (4) 地址识别。 (5) 数据缓冲区。 (6) 差错控制。
I/O系统管理的主要对象是I/O设备和相应的设备控制器。其最主要 的任务是，完成用户提出的I/O请求，提高I/O速率，以及提高设备的利 用率，并能为更高层的进程方便地使用这些设备提供手段。
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系统的基本功能 1. 隐藏物理设备的细节 I/O设备的类型非常多，且彼此间在多方面都有差异，诸如它们接收
和产生数据的速度，传输方向、粒度、数据的表示形式及可靠性等方面。
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2. 与设备的无关性 隐藏物理设备的细节，在早期的OS中就已实现，它可方便用户对设 备的使用。与设备的无关性是在较晚时才实现的，这是在隐藏物理设备细 节的基础上实现的。
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3. 提高处理机和I/O设备的利用率 在一般的系统中，许多I/O设备间是相互独立的，能够并行操作，在 处理机与设备之间也能并行操作。因此，I/O系统的第三个功能是要尽可 能地让处理机和I/O设备并行操作，以提高它们的利用率。为此，一方面 要求处理机能快速响应用户的I/O请求，使I/O设备尽快地运行起来；另 一方面也应尽量减少在每个I/O设备运行时处理机的干预时间。
中断处理程序 当一个进程请求I/O 操作时，该进程将被挂起，直到I/O设备完成
I/O操作后，设备控制器便向CPU发送一个中断请求，CPU响应后便转向 中断处理程序，中断处理程序执行相应的处理，处理完后解除相应进程的 阻塞状态。
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• 图6-10 中断现场保护示意图 第40页/共131页
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• 图6-3 设备与控制器间的接口 第19页/共131页
设备控制器 1. 设备控制器的基本功能 (1) 接收和识别命令。 (2) 数据交换。 (3) 标识和报告设备的状态。 (4) 地址识别。 (5) 数据缓冲区。 (6) 差错控制。
计算机操作系统第四 汤小丹 官方PPT课件
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1.2.4 分时系统(Time Sharing System) 1. 分时系统的引入 如果说推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是提高资源利用率
和系统吞吐量，那么，推动分时系统形成和发展的主要动力，则是为了满 足用户对人—机交互的需求，由此形成了一种新型OS。用户的需求具体 表现在以下几个方面：
3. 多用户多任务操作系统 多用户多任务操作系统的含义是，允许多个用户通过各自的终端，使 用同一台机器，共享主机系统中的各种资源，而每个用户程序又可进一步 分为几个任务，使它们能并发执行，从而可进一步提高资源利用率和系统 吞吐量。在大、中和小型机中所配置的大多是多用户多任务操作系统，而 在32位微机上，也有不少配置的是多用户多任务操作系统，其中最有代表 性的是UNIX OS。
1.1 操作系统Байду номын сангаас目标和作用
操作系统的目标与应用环境有关。例如在查询系统中所用的OS，希 望能提供良好的人—机交互性；对于应用于工 业控制、武器控制以及多媒体环境下的OS，要求其具有实 时性；而对于微机上配置的OS，则更看重的是其使用的方 便性。
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1.1.1 操作系统的目标 1. 方便性 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性
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• 图1-3 脱机I/O示意图 第12页/共86页
1.2.2 单道批处理系统 1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过
程 为实现对作业的连续处理，需要先把一批作业以脱机方式输入到磁带
上，并在系统中配上监督程序(Monitor)，在它的控制下，使这批作业能 一个接一个地连续处理。
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• 图1-6 多道程序的运行情况 第18页/共86页
1.2.4 分时系统(Time Sharing System) 1. 分时系统的引入 如果说推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是提高资源利用率
和系统吞吐量，那么，推动分时系统形成和发展的主要动力，则是为了满 足用户对人—机交互的需求，由此形成了一种新型OS。用户的需求具体 表现在以下几个方面：
3. 多用户多任务操作系统 多用户多任务操作系统的含义是，允许多个用户通过各自的终端，使 用同一台机器，共享主机系统中的各种资源，而每个用户程序又可进一步 分为几个任务，使它们能并发执行，从而可进一步提高资源利用率和系统 吞吐量。在大、中和小型机中所配置的大多是多用户多任务操作系统，而 在32位微机上，也有不少配置的是多用户多任务操作系统，其中最有代表 性的是UNIX OS。
1.1 操作系统Байду номын сангаас目标和作用
操作系统的目标与应用环境有关。例如在查询系统中所用的OS，希 望能提供良好的人—机交互性；对于应用于工 业控制、武器控制以及多媒体环境下的OS，要求其具有实 时性；而对于微机上配置的OS，则更看重的是其使用的方 便性。
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1.1.1 操作系统的目标 1. 方便性 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性
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• 图1-3 脱机I/O示意图 第12页/共86页
1.2.2 单道批处理系统 1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过
程 为实现对作业的连续处理，需要先把一批作业以脱机方式输入到磁带
上，并在系统中配上监督程序(Monitor)，在它的控制下，使这批作业能 一个接一个地连续处理。
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• 图1-6 多道程序的运行情况 第18页/共86页
第二章 汤小丹 计算机操作系统 官方课件 第四版
对于具有下述四条语句的程序段：
S1: a :=x+2 S2: b :=y+4 S3: c :=a+b S4: d :=c+b 可画出图2-4所示的前趋关系。可以看出：S3必须在a和b 被赋值后方能执行；S4必须在S3之后执行；但S1和S2则可以 并发执行，因为它们彼此互不依赖。
14
第二章 进程的描述与控制
8
第二章 进程的描述与控制
这样，上述的三个程序段间就存在着这样的前趋关系： Ii→Ci→Pi，其执行的顺序可用前趋图2-2(a)描述。
即使是一个程序段，也可能存在着执行顺序问题，下面 示出了一个包含了三条语句的程序段：
S1: a :=x+y； S2: b :=a-5； S3: c :=b+1； 其中，语句S2必须在语句S1后(即a被赋值)才能执行，语句S3 也只能在b被赋值后才能执行，因此，三条语句存在着这样 的前趋关系：S1→S2→S3，应按前趋图2-2(b)所示的顺序执行。
12
第二章 进程的描述与控制
图2-3 程序并发执行时的前趋图
13
第二章 进程的描述与控制
由图2-3可以看出，存在前趋关系Ii→Ci，Ii→Ii+1，Ci→Pi， Ci→Ci+1，Pi→Pi+1，而Ii+1和Ci及Pi-1是重叠的，即在Pi-1和Ci以 及Ii+1之间，不存在前趋关系，可以并发执行。
3
第二章 进程的描述与控制
进程(或程序)之间的前趋关系可用“→”来表示，如果 进程Pi和Pj存在着前趋关系，可表示为(Pi，Pj)∈→，也可写 成Pi→Pj，表示在Pj开始执行之前Pi 必须完成。此时称Pi是Pj 的直接前趋，而称Pj是Pi的直接后继。在前趋图中，把没有 前趋的结点称为初始结点(Initial Node)，把没有后继的结点 称为终止结点(Final Node)。此外，每个结点还具有一个重量 (Weight)，用于表示该结点所含有的程序量或程序的执行 时间。
S1: a :=x+2 S2: b :=y+4 S3: c :=a+b S4: d :=c+b 可画出图2-4所示的前趋关系。可以看出：S3必须在a和b 被赋值后方能执行；S4必须在S3之后执行；但S1和S2则可以 并发执行，因为它们彼此互不依赖。
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第二章 进程的描述与控制
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第二章 进程的描述与控制
这样，上述的三个程序段间就存在着这样的前趋关系： Ii→Ci→Pi，其执行的顺序可用前趋图2-2(a)描述。
即使是一个程序段，也可能存在着执行顺序问题，下面 示出了一个包含了三条语句的程序段：
S1: a :=x+y； S2: b :=a-5； S3: c :=b+1； 其中，语句S2必须在语句S1后(即a被赋值)才能执行，语句S3 也只能在b被赋值后才能执行，因此，三条语句存在着这样 的前趋关系：S1→S2→S3，应按前趋图2-2(b)所示的顺序执行。
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第二章 进程的描述与控制
图2-3 程序并发执行时的前趋图
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第二章 进程的描述与控制
由图2-3可以看出，存在前趋关系Ii→Ci，Ii→Ii+1，Ci→Pi， Ci→Ci+1，Pi→Pi+1，而Ii+1和Ci及Pi-1是重叠的，即在Pi-1和Ci以 及Ii+1之间，不存在前趋关系，可以并发执行。
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第二章 进程的描述与控制
进程(或程序)之间的前趋关系可用“→”来表示，如果 进程Pi和Pj存在着前趋关系，可表示为(Pi，Pj)∈→，也可写 成Pi→Pj，表示在Pj开始执行之前Pi 必须完成。此时称Pi是Pj 的直接前趋，而称Pj是Pi的直接后继。在前趋图中，把没有 前趋的结点称为初始结点(Initial Node)，把没有后继的结点 称为终止结点(Final Node)。此外，每个结点还具有一个重量 (Weight)，用于表示该结点所含有的程序量或程序的执行 时间。
第7章-汤小丹-计算机操作系统-官方课件-第四版-计算机-操作系统--课件-
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第七章 文 件 管 理
图7-2 文件系统模型
13
第七章 文 件 管 理
1. 对象及其属性 文件管理系统管理的对象如下： (1) 文件。 (2) 目录。 (3) 磁盘(磁带)存储空间。
14
第七章 文 件 管 理
2. 对对象操纵和管理的软件集合 该层是文件管理系统的核心部分。文件系统的功能大多 是在这一层实现的，其中包括有：① 对文件存储空间的管理； ② 对文件目录的管理；③ 用于将文件的逻辑地址转换为物 理地址的机制；④ 对文件读和写的管理；⑤ 对文件的共享 与保护等功能。在实现这些功能时，OS通常都采取了层次组 织结构，即在每一层中都包含了一定的功能，处于某个层次 的软件，只能调用同层或更低层次中的功能模块。
33
第七章 文 件 管 理
2. 一级索引顺序文件 最简单的索引顺序文件只使用了一级索引。其具体的建 立方法是，首先将变长记录顺序文件中的所有记录分为若干 个组，如50个记录为一个组。然后为顺序文件建立一张索引 表，并为每组中的第一个记录在索引表中建立一个索引项， 其中含有该记录的关键字和指向该记录的指针。索引顺序文 件是最常见的一种逻辑文件形式，如图7-5
16
第七章 文 件 管 理
7.1.4 文件操作 1. 最基本的文件操作 最基本的文件操作包含下述内容： (1) 创建文件。 (2) 删除文件。 (3) 读文件。 (4) 写文件。 (5) 设置文件的读/写位置。
17
第七章 文 件 管 理
2. 文件的“打开”和“关闭”操作 当用户要求对一个文件实施多次读/写或其它操作时，每 次都要从检索目录开始。为了避免多次重复地检索目录，在 大多数OS中都引入了“打开”(open)这一文件系统调用，当 用户第一次请求对某文件进行操作时，须先利用open系统调 用将该文件打开。
第七章 文 件 管 理
图7-2 文件系统模型
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第七章 文 件 管 理
1. 对象及其属性 文件管理系统管理的对象如下： (1) 文件。 (2) 目录。 (3) 磁盘(磁带)存储空间。
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第七章 文 件 管 理
2. 对对象操纵和管理的软件集合 该层是文件管理系统的核心部分。文件系统的功能大多 是在这一层实现的，其中包括有：① 对文件存储空间的管理； ② 对文件目录的管理；③ 用于将文件的逻辑地址转换为物 理地址的机制；④ 对文件读和写的管理；⑤ 对文件的共享 与保护等功能。在实现这些功能时，OS通常都采取了层次组 织结构，即在每一层中都包含了一定的功能，处于某个层次 的软件，只能调用同层或更低层次中的功能模块。
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第七章 文 件 管 理
2. 一级索引顺序文件 最简单的索引顺序文件只使用了一级索引。其具体的建 立方法是，首先将变长记录顺序文件中的所有记录分为若干 个组，如50个记录为一个组。然后为顺序文件建立一张索引 表，并为每组中的第一个记录在索引表中建立一个索引项， 其中含有该记录的关键字和指向该记录的指针。索引顺序文 件是最常见的一种逻辑文件形式，如图7-5
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第七章 文 件 管 理
7.1.4 文件操作 1. 最基本的文件操作 最基本的文件操作包含下述内容： (1) 创建文件。 (2) 删除文件。 (3) 读文件。 (4) 写文件。 (5) 设置文件的读/写位置。
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第七章 文 件 管 理
2. 文件的“打开”和“关闭”操作 当用户要求对一个文件实施多次读/写或其它操作时，每 次都要从检索目录开始。为了避免多次重复地检索目录，在 大多数OS中都引入了“打开”(open)这一文件系统调用，当 用户第一次请求对某文件进行操作时，须先利用open系统调 用将该文件打开。
汤小丹计算机操作系统官方课件第四版计算机操作系统课件PPT课件
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3. 运行时动态链接(Run-time Dynamic Linking) 在许多情况下，应用程序在运行时，每次要运行的模块可能是不相同 的。但由于事先无法知道本次要运行哪些模块，故只能是将所有可能要运 行到的模块全部都装入内存，并在装入时全部链接在一起。显然这是低效 的，因为往往会有部分目标模块根本就不运行。比较典型的例子是作为错 误处理用的目标模块，如果程序在整个运行过程中都不出现错误，则显然 就不会用到该模块。
多层结构的存储器系统 1. 存储器的多层结构 对于通用计算机而言，存储层次至少应具有三级：最高层为CPU寄
存器，中间为主存，最底层是辅存。在较高档的计算机中，还可以根据具 体的功能细分为寄存器、高速缓存、主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可 移动存储介质等6层。如图4-1所示。
第2页/共101页
• 图4-1 计算机系统存储层次示意 第3页/共101页
第30页/共101页
• 图4-9 内存回收时的情况 第31页/共101页
• 图4-10 内存回收流程 第32页/共101页
基于顺序搜索的动态分区分配算法 1. 首次适应(first fit，FF)算法 我们以空闲分区链为例来说明采用FF算法时的分配情况。FF算法要
求空闲分区链以地址递增的次序链接。在分配内存时，从链首开始顺序查 找，直至找到一个大小能满足要求的空闲分区为止。然后再按照作业的大 小，从该分区中划出一块内存空间，分配给请求者，余下的空闲分区仍留 在空闲链中。若从链首直至链尾都不能找到一个能满足要求的分区，则表 明系统中已没有足够大的内存分配给该进程，内存分配失败，返回。
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主存储器与寄存器 1. 主存储器 主存储器简称内存或主存，是计算机系统中的主要部件，用于保存进
3. 运行时动态链接(Run-time Dynamic Linking) 在许多情况下，应用程序在运行时，每次要运行的模块可能是不相同 的。但由于事先无法知道本次要运行哪些模块，故只能是将所有可能要运 行到的模块全部都装入内存，并在装入时全部链接在一起。显然这是低效 的，因为往往会有部分目标模块根本就不运行。比较典型的例子是作为错 误处理用的目标模块，如果程序在整个运行过程中都不出现错误，则显然 就不会用到该模块。
多层结构的存储器系统 1. 存储器的多层结构 对于通用计算机而言，存储层次至少应具有三级：最高层为CPU寄
存器，中间为主存，最底层是辅存。在较高档的计算机中，还可以根据具 体的功能细分为寄存器、高速缓存、主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可 移动存储介质等6层。如图4-1所示。
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• 图4-1 计算机系统存储层次示意 第3页/共101页
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• 图4-9 内存回收时的情况 第31页/共101页
• 图4-10 内存回收流程 第32页/共101页
基于顺序搜索的动态分区分配算法 1. 首次适应(first fit，FF)算法 我们以空闲分区链为例来说明采用FF算法时的分配情况。FF算法要
求空闲分区链以地址递增的次序链接。在分配内存时，从链首开始顺序查 找，直至找到一个大小能满足要求的空闲分区为止。然后再按照作业的大 小，从该分区中划出一块内存空间，分配给请求者，余下的空闲分区仍留 在空闲链中。若从链首直至链尾都不能找到一个能满足要求的分区，则表 明系统中已没有足够大的内存分配给该进程，内存分配失败，返回。
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主存储器与寄存器 1. 主存储器 主存储器简称内存或主存，是计算机系统中的主要部件，用于保存进
汤小丹计算机操作系统官方第四PPT课件
页面置换算法
FIFO（先进先出）算法
选择最早进入内存的页面进行置换。
LRU（最近最少使用）算法
选择最近一段时间内最久未使用的页面进行 置换。
OPT（最佳）算法
选择将来最久不会被访问的页面进行置换， 需要预知未来的页面访问序列。
04
文件系统
文件的概念与类型
文件的基本概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作 系统进行数据管理的基本单位。
06
操作系统安全与保 护
操作系统安全概述
安全威胁的类型
病毒、蠕虫、木马、黑客攻击等。
操作系统安全的重要性
保护系统资源，防止未经授权的访问和破坏 。
安全策略的制定
访问控制、加密、防火墙等。
访问控制技术
访问控制的概念
通过身份认证和权限管理， 控制用户对系统资源的访问 。
访问控制的实现方式
自主访问控制、强制访问控 制、基于角色的访问控制等 。
担。
中断驱动I/O方式
利用中断机制实现CPU与I/O设备的 并行工作，提高CPU的利用率。
通道控制方式
使用通道控制器管理多个I/O设备， 实现更高效的I/O操作。
设备分配技术
独占设备分配
为进程分配独占设备，确保进程对设备的独占性 访问。
共享设备分配
允许多个进程共享同一设备，通过时间片轮转或 优先级调度等方式实现设备的共享访问。
设备访问控制
提供设备访问接口，对用户或 应用程序的设备访问请求进行 控制和管理。
设备性能优化
对设备的性能进行监测和分析 ，提供性能优化建议，提高设 备的运行效率。
I/O控制方式
程序I/O方式
通过程序直接控制I/O操作，适用于简 单的、低速的I/O设备。
汤小丹计算机操作系统官方课件第四版共143页文档
ห้องสมุดไป่ตู้
汤小丹计算机操作系统官方课件第四版
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特