计算机操作系统第四版教案ppt课件
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汤小丹《计算机操作系统》官方课件 第四版
汤小丹《计算机操作系 统》官方课件 第四版
汇报人： 202X-01-05
contents
目录
• 计算机操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理
计算机操作系统概
01
述
操作系统的定义与功能
总结词
操作系统的定义与功能
详细描述
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件和软件资源，提供用户与计算机之间的接口。操作系统 的功能包括进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户界面管理等。
操作系统的分类
总结词
操作系统的分类
详细描述
根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型。根据运行环境，操作系统可以分为单机操作系统 和网络操作系统；根据功能，操作系统可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和通 用操作系统；根据规模，操作系统可以分为个人操作系统和多用户操作系统等。
进程管理
内存管理
03
内存管理的概念与功能
内存管理概念
内存管理是操作系统中用于管理计算 机内存的子系统，负责分配和回收内 存空间，以及管理内存中的数据。
内存管理功能
内存管理的主要功能包括内存分配、 内存回收、地址转换和内存保护等。
内存的分配策略
静态分配
在程序运行前，系统根据程序的大小 和需求一次性分配所需的内存空间， 程序运行期间不再进行内存的重新分 配。
文件的访问控制机制
文件的访问控制机制包括访问控制表（ACL）、能力表（ Capabilities）等，用于限制用户对文件的访问权限。
文件的访问安全
文件的访问安全是指通过访问控制机制来确保文件的安全性和完整 性，防止未经授权的访问和修改。
设备管理
汇报人： 202X-01-05
contents
目录
• 计算机操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理
计算机操作系统概
01
述
操作系统的定义与功能
总结词
操作系统的定义与功能
详细描述
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件和软件资源，提供用户与计算机之间的接口。操作系统 的功能包括进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户界面管理等。
操作系统的分类
总结词
操作系统的分类
详细描述
根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型。根据运行环境，操作系统可以分为单机操作系统 和网络操作系统；根据功能，操作系统可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和通 用操作系统；根据规模，操作系统可以分为个人操作系统和多用户操作系统等。
进程管理
内存管理
03
内存管理的概念与功能
内存管理概念
内存管理是操作系统中用于管理计算 机内存的子系统，负责分配和回收内 存空间，以及管理内存中的数据。
内存管理功能
内存管理的主要功能包括内存分配、 内存回收、地址转换和内存保护等。
内存的分配策略
静态分配
在程序运行前，系统根据程序的大小 和需求一次性分配所需的内存空间， 程序运行期间不再进行内存的重新分 配。
文件的访问控制机制
文件的访问控制机制包括访问控制表（ACL）、能力表（ Capabilities）等，用于限制用户对文件的访问权限。
文件的访问安全
文件的访问安全是指通过访问控制机制来确保文件的安全性和完整 性，防止未经授权的访问和修改。
设备管理
计算机操作系统课件(第四版)第二章
PI一个进程PJ可以向P其K 父进程申PL请撤消自P己M ；也可PN以因 父进程的被撤销而被同时撤消。
3、进程阻塞（Block()）
引起阻塞的事件
请求系统服务、启动某种操作、数据尚未到 达、无新工作可做
进程阻塞的过程
发现上述事件，调用阻塞原语把自己阻塞 停止进程的执行，修改PCB中的状态信息，
进程的特征
动态性：“它由创建而产生，由调度而执行，由撤销而 消亡”。进程具有动态的地址空间（数量和内容），地 址空间上包括： 代码（指令执行和CPU状态的改变） 数据（变量的生成和赋值） 系统控制信息（进程控制块PCB的生成和删除） 独立性：进程是一个能独立运行、独立分配资源和独立 调度的基本单位。各进程的地址空间相互独立。 并发性：引入进程的目的正是为了使其程序能和其他进 程的程序并发执行； 异步性： 进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进 结构性：进程由程序段、数据段及PCB三部分组成，在 Linux中称为“进程映像”
互斥现象
火车到站的调度 火车1 火车2 火车3 …
站台轨道
例1：两个同学做抢椅子的游戏。
同学甲
…… if 有空椅子 then 坐下 ……
同学乙
…… if 有空椅子 then 搬走 ……
例2：民航售票系统
进程控制信息： 程序和数据的地址 同步和通信机制 资源清单 链接指针
4、进程控制块的组织方式
PCB数目
一个系统中的PCB数目可为数十个、数百个甚至数千个
线性方式
把所有的PCB都组织在一张线性表中，将表的首地址放 在内存的专用区中。
链接方式
把具有同一状态的PCB，用其链接字链接成一个队列 就绪队列、若干个阻塞队列、空队列
引消起创建进程程+序的事PA件
3、进程阻塞（Block()）
引起阻塞的事件
请求系统服务、启动某种操作、数据尚未到 达、无新工作可做
进程阻塞的过程
发现上述事件，调用阻塞原语把自己阻塞 停止进程的执行，修改PCB中的状态信息，
进程的特征
动态性：“它由创建而产生，由调度而执行，由撤销而 消亡”。进程具有动态的地址空间（数量和内容），地 址空间上包括： 代码（指令执行和CPU状态的改变） 数据（变量的生成和赋值） 系统控制信息（进程控制块PCB的生成和删除） 独立性：进程是一个能独立运行、独立分配资源和独立 调度的基本单位。各进程的地址空间相互独立。 并发性：引入进程的目的正是为了使其程序能和其他进 程的程序并发执行； 异步性： 进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进 结构性：进程由程序段、数据段及PCB三部分组成，在 Linux中称为“进程映像”
互斥现象
火车到站的调度 火车1 火车2 火车3 …
站台轨道
例1：两个同学做抢椅子的游戏。
同学甲
…… if 有空椅子 then 坐下 ……
同学乙
…… if 有空椅子 then 搬走 ……
例2：民航售票系统
进程控制信息： 程序和数据的地址 同步和通信机制 资源清单 链接指针
4、进程控制块的组织方式
PCB数目
一个系统中的PCB数目可为数十个、数百个甚至数千个
线性方式
把所有的PCB都组织在一张线性表中，将表的首地址放 在内存的专用区中。
链接方式
把具有同一状态的PCB，用其链接字链接成一个队列 就绪队列、若干个阻塞队列、空队列
引消起创建进程程+序的事PA件
计算机操作系统教程(第四版)PPT课件：第9章 设备管理
–当输入完成时，I/O控制器通过中断请求线向CPU发出中断信号。 CPU在接收到中断信号之后，转向预先设计好的中断处理程序对数据
传送工作进行相应的处理。
–在以后的某个时刻，进程调度程序选中提出请求并得到了数据的进程 ，该进程从约定的内存特定单元中取出数据继续工作。
中断控制方式的处理过程可由图9.4表示。
–其次，现代计算机系统通常配置有各种各样的外围设备。如果这些设 备通过中断处理方式进行并行操作，则由于中断次数的急剧增加而造
成CPU无法响应中断和出现数据丢失现象。
–再次，在中断控制方式时，我们都是假定外围设备的速度非常低，而 CPU处理速度非常高。也就是说，当设备把数据放入数据缓冲寄存器 并发出中断信号之后，CPU有足够的时间在下一个(组)数据进入数据缓 冲寄存器之前取走这些数据。如果外围设备的速度也非常高，则可能 造成数据缓冲寄存器的数据由于CPU来不及取走而丢失。DMA方式和
当用户进程需要数据时，它通过CPU发出启动设备准备数据的启动命令 “Start”，然后，用户进程进入测试等待状态。在等待时间内，CPU不断 地用一条测试指令检查描述外围设备的工作状态的控制状态寄存器。而外
围设备只有将数据传送的准备工作作好之后，才将该寄存器置为完成状态。 从而，当CPU检测到控制状态寄存器为完成状态，也就是该寄存器发出 “Done”信号之后，设备开始往内存或CPU传送数据。反之，当用户进程 需要向设备输出数据时，也必须同样发启动命令启动设备和等待设备准备 好之后才能输出数据。除了控制状态寄存器之外，在I/O控制器中还有一
图9.4 中断控制方式的处理过程
由图9.4可以看出，当CPU发出启动设备和允许中断指令之后， 它没有像程序直接控制方式那样循环测试状态控制寄存器的 状态是否已处于“Done”。反之，CPU已被调度程序分配给其 他进程在另外的进程上下文中执行。当设备将数据送入缓冲 寄存器并发出中断信号之后，CPU接收中断信号进行中断处 理。显然，CPU在另外的进程上下文中执行时，也可以发启 动不同设备的启动指令和允许中断指令，从而做到设备与设
传送工作进行相应的处理。
–在以后的某个时刻，进程调度程序选中提出请求并得到了数据的进程 ，该进程从约定的内存特定单元中取出数据继续工作。
中断控制方式的处理过程可由图9.4表示。
–其次，现代计算机系统通常配置有各种各样的外围设备。如果这些设 备通过中断处理方式进行并行操作，则由于中断次数的急剧增加而造
成CPU无法响应中断和出现数据丢失现象。
–再次，在中断控制方式时，我们都是假定外围设备的速度非常低，而 CPU处理速度非常高。也就是说，当设备把数据放入数据缓冲寄存器 并发出中断信号之后，CPU有足够的时间在下一个(组)数据进入数据缓 冲寄存器之前取走这些数据。如果外围设备的速度也非常高，则可能 造成数据缓冲寄存器的数据由于CPU来不及取走而丢失。DMA方式和
当用户进程需要数据时，它通过CPU发出启动设备准备数据的启动命令 “Start”，然后，用户进程进入测试等待状态。在等待时间内，CPU不断 地用一条测试指令检查描述外围设备的工作状态的控制状态寄存器。而外
围设备只有将数据传送的准备工作作好之后，才将该寄存器置为完成状态。 从而，当CPU检测到控制状态寄存器为完成状态，也就是该寄存器发出 “Done”信号之后，设备开始往内存或CPU传送数据。反之，当用户进程 需要向设备输出数据时，也必须同样发启动命令启动设备和等待设备准备 好之后才能输出数据。除了控制状态寄存器之外，在I/O控制器中还有一
图9.4 中断控制方式的处理过程
由图9.4可以看出，当CPU发出启动设备和允许中断指令之后， 它没有像程序直接控制方式那样循环测试状态控制寄存器的 状态是否已处于“Done”。反之，CPU已被调度程序分配给其 他进程在另外的进程上下文中执行。当设备将数据送入缓冲 寄存器并发出中断信号之后，CPU接收中断信号进行中断处 理。显然，CPU在另外的进程上下文中执行时，也可以发启 动不同设备的启动指令和允许中断指令，从而做到设备与设
2024版计算机操作系统第四版ppt课件
分布式处理系统的应用
如云计算、大数据处理等。
分布式文件系统与数据库系统
分布式文件系统的基本概念
01
将文件分布在多个计算机节点上，通过网络进行访问和
管理。
分布式数据库系统的基本概念
02
将数据库分布在多个计算机节点上，通过网络进行访问
和管理，同时保持数据的一致性和完整性。
分布式文件系统和数据库系统的关键技术
文件共享是指多个用户或进程可以同时访问和使用同一文件。
文件保护
文件保护是指操作系统采取一定的措施，防止文件被非法访问、修 改或破坏。
共享与保护的实现方法
操作系统可以通过访问控制列表（ACL）、权限位和加密等机制来 实现文件的共享和保护。
文件操作及实现方法
文件操作
文件操作包括文件的创建、打开、读/写、定位和关闭等。
调度算法的性能评价指标
包括系统吞吐量、处理机利用率、周转时间、响应时间等。
典型的多处理机调度算法
如最短作业优先算法、最高响应比优先算法等。
分布式处理系统的特点与分类
分布式处理系统的特点
自治性、并发性、资源共享、透 明性等。
分布式处理系统的分类
根据系统中计算机的类型和互连 方式，可分为同构型分布式系统 和异构型分布式系统。
并行处理系统的基本结构 包括多个处理单元、互连网络、存储器等部件，通过相互 协作完成并行任务。
并行处理系统的分类 根据处理单元的数量和互连方式，可分为共享内存系统和 分布式内存系统。
多处理机调度算法及性能评价
多处理机调度算法的种类
包括静态调度算法和动态调度算法，其中动态调度算法又可分为集中式调度和分布式调度。
进程调度算法的实现需要考虑系统 效率、公平性和实时性等因素。
计算机操作系统教程(第四版)PPT课件：第2章 操作系统用户界面
接耦合方式的原理如图2.3所示。
图2.3 直接耦合输入方式
4. SPOOLING系统
SPOOLING又可译作外围设备同时联机操作。SPOOLING系统的工作原理如图2.4 所示。
在SPOOLING系统中，多台外围设备通过通道或DMA器件和主机与外存连接起来。 作业的输入输出过程由主机中的操作系统控制。操作系统中的输入程序包含两个 独立的过程，一个过程负责从外部设备把信息读入缓冲区；另一个是写过程,负责 把缓冲区的信息送到外存输入井中。这里，外围设备既可以是各种终端,也可以是
vi 编辑文件 ：wq filename 保存文件 ：q! 不保存退出
Gcc test.c 编译test.c 生成a.out 文件 ./a.out 运行a.out
Find / -name ls 在根目录下查找ls文件 Grep –F test /etc/passwd 查找test用户
建立并且运行一个脚本
的编译、链接、装入和执行等。
作业说明书主要包含三方面内容，即作业的基本描述、作业控制描述和资源要求 描述。作业基本描述包括用户名、作业名、使用的编程语言名、允许的最大处理 时间等。而作业控制描述则大致包括作业在执行过程中的控制方式。资源要求描 述包括要求内存大小、外设种类和台数、处理机优先级、所需处理时间、所需库
其他的输入设备，例如纸带输入机或读卡机等。
图2.4 SPOOLING系统
5. 网络输入方式
网络输入方式以上述几种输入方式为基础。当用户需要把在计算机网络中某一台 主机上输入的信息传送到同一网中另一台主机上进行操作或执行时，就构成了网 络输入方式。因为网络输入方式涉及到不同计算机间的通信问题，且该问题的讨
脚本基础
哪个Shell来执行脚本？
图2.3 直接耦合输入方式
4. SPOOLING系统
SPOOLING又可译作外围设备同时联机操作。SPOOLING系统的工作原理如图2.4 所示。
在SPOOLING系统中，多台外围设备通过通道或DMA器件和主机与外存连接起来。 作业的输入输出过程由主机中的操作系统控制。操作系统中的输入程序包含两个 独立的过程，一个过程负责从外部设备把信息读入缓冲区；另一个是写过程,负责 把缓冲区的信息送到外存输入井中。这里，外围设备既可以是各种终端,也可以是
vi 编辑文件 ：wq filename 保存文件 ：q! 不保存退出
Gcc test.c 编译test.c 生成a.out 文件 ./a.out 运行a.out
Find / -name ls 在根目录下查找ls文件 Grep –F test /etc/passwd 查找test用户
建立并且运行一个脚本
的编译、链接、装入和执行等。
作业说明书主要包含三方面内容，即作业的基本描述、作业控制描述和资源要求 描述。作业基本描述包括用户名、作业名、使用的编程语言名、允许的最大处理 时间等。而作业控制描述则大致包括作业在执行过程中的控制方式。资源要求描 述包括要求内存大小、外设种类和台数、处理机优先级、所需处理时间、所需库
其他的输入设备，例如纸带输入机或读卡机等。
图2.4 SPOOLING系统
5. 网络输入方式
网络输入方式以上述几种输入方式为基础。当用户需要把在计算机网络中某一台 主机上输入的信息传送到同一网中另一台主机上进行操作或执行时，就构成了网 络输入方式。因为网络输入方式涉及到不同计算机间的通信问题，且该问题的讨
脚本基础
哪个Shell来执行脚本？
汤小丹计算机操作系统官方通用课件第四版计算机操作系统 通用课件
THANK YOU
感谢观看
避免死锁、检测并恢复 死锁、预防死锁。
按顺序申请资源、请求 和持有、预先分配、静 态重分配。
检测死锁、停止进程、 撤销进程、恢复进程。
避免“请求和持有”、 避免“不剥夺”。
03
内存管理
内存的基本概念
内存
01
计算机中重要的硬件资源之一，用于存储运行中的程
序和数据。
内存种类
02 RAM、ROM、Cache等。
设备管理主要是对计算机设备进行管理，包括设备的分配、使 用、维护等。
02
进程管理
进程的基本概念
1 2
进程
程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系 统进行资源分配和调度的基本单位。
进程的特征
独立性、并发性、异步性、结构特征。
3
进程的状态
就绪状态、等待状态、运行状态、结束状态。
进程的创建和终止
进程的创建
内存共享
02
03
内存锁定
多个程序可以共享一些公共的内 存区域，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ实现数据交换和协作 。
一些关键数据和代码可以被锁定 在内存中，防止被其他程序修改 或破坏。
04
文件系统
文件的基本概念
文件
文件是计算机中存储信息的单位，由数据项、 数据格式和数据结构组成。
文件类型
根据使用需求和存储内容，文件可分为文本文 件、二进制文件、图像文件等。
01
02
03
虚拟内存
通过将内存分为多个逻辑 分区，实现了一种类似于 硬盘的内存管理方式。
页面置换算法
当内存空间不足时，操作 系统会将一些不常用的页 面置换到硬盘上，以释放 内存空间。
页面调度
操作系统教程第四版(孙钟秀)全部课件
4
计算机系统的层次结构(1)
用户1
用户2
用户3
用户4
… 用户n
财务系统 航空订票 上网浏览 电子商务 … 科学计算 (应用软件)
编译程序 汇编程序 数据库 … 实用程序 (支撑软件)
操作系统 (系统软件)
计操算作机系硬统件 (系统软件)
5
计算机系统的层次结构(2)
• 硬件层
提供基本的可计算性资源，如处理器、寄存器、存储器 及各种I/O设备。
设设 备备
时分复用共享 空分复用共享
物理计算机
17
1.1.3 操作系统的作用与功能
➢ 操作系统的作用：对内是“管理员”，对外是“ 服务员”：
OS作为用户接口和服务提供者 OS作为作为扩展机或虚拟机 OS作为资源管理者和控制者
18
OS作为用户接口和服务提供者
• 操作系统提供友善的人机接口，使得用户能够方 便、可靠、安全、高效地使用硬件和运行应用程 序；
数据卡或数据带 • 产生计算结果，执行结果从打印机上或卡片机上
输出
38
人工操作阶段的缺点
• 用户上机独占全机资源，造成资源利用率不 高，系统效率低下
• 手工操作多，浪费处理机时间，也极易发生 差错
• 数据的输入，程序的执行、结果的输出均联 机进行，从上机到下机的时间拉得非常长
39
1.2.2 管理程序阶段(1)
算机系统的主存储器并启动进行计算的方法
从宏观上看是并行的 从微观上看是串行的
• 引入多道程序设计技术的目的:可以提高CPU的利 用率，充分发挥计算机硬件的并行性。
44
多道程序设计例(1)
时间
78
130 150
操作系统中，能分配给用户使用的硬件和软件设施 总称为资源，包括两类：硬件资源和信息资源。
计算机系统的层次结构(1)
用户1
用户2
用户3
用户4
… 用户n
财务系统 航空订票 上网浏览 电子商务 … 科学计算 (应用软件)
编译程序 汇编程序 数据库 … 实用程序 (支撑软件)
操作系统 (系统软件)
计操算作机系硬统件 (系统软件)
5
计算机系统的层次结构(2)
• 硬件层
提供基本的可计算性资源，如处理器、寄存器、存储器 及各种I/O设备。
设设 备备
时分复用共享 空分复用共享
物理计算机
17
1.1.3 操作系统的作用与功能
➢ 操作系统的作用：对内是“管理员”，对外是“ 服务员”：
OS作为用户接口和服务提供者 OS作为作为扩展机或虚拟机 OS作为资源管理者和控制者
18
OS作为用户接口和服务提供者
• 操作系统提供友善的人机接口，使得用户能够方 便、可靠、安全、高效地使用硬件和运行应用程 序；
数据卡或数据带 • 产生计算结果，执行结果从打印机上或卡片机上
输出
38
人工操作阶段的缺点
• 用户上机独占全机资源，造成资源利用率不 高，系统效率低下
• 手工操作多，浪费处理机时间，也极易发生 差错
• 数据的输入，程序的执行、结果的输出均联 机进行，从上机到下机的时间拉得非常长
39
1.2.2 管理程序阶段(1)
算机系统的主存储器并启动进行计算的方法
从宏观上看是并行的 从微观上看是串行的
• 引入多道程序设计技术的目的:可以提高CPU的利 用率，充分发挥计算机硬件的并行性。
44
多道程序设计例(1)
时间
78
130 150
操作系统中，能分配给用户使用的硬件和软件设施 总称为资源，包括两类：硬件资源和信息资源。
计算机操作系统完整(第四版)第四五章ppt课件
一起，形成装入模块。子2
子2
装入：子装2 入程序
装入模块
由目装标模入块程序（Loader）将装入模块复制到内
存中。
内存
.
7
2、地址空间的概念
物理（绝对）地址——程序执00行00000001
00002
每00个0 内主 存单元的固定顺序地址. （编号）。 内50存0 ：由字或字000节0 组主 成的一维.. 线性地址空间
.
19
• 4.3.5基于索引搜索的动态分区分配算法
1、快速适应算法：空闲分区按容量大小进行分 类。对于每一类具有相同容量的所有空闲空间分 区，单独设立一个空闲分区链表。在内存中设立 一张管理索引表，每个表项对应一种空闲分区类 型。
优点：查找效率高。保留大分区也不会产生碎片
缺点：分区归还主存时算法复杂。
进行紧凑
按动态分区方式
时提高形成了连续系空闲统区 效率。
进行分配
缺点：需要动态重定位“硬件”机构支持，增加
修改有关的
修改有关的
返回分区号
了系统数成据结本构，并轻度降低了数据程结构序执行速度，及首“批 紧
凑”处理增加了系统开销。
无法分配
返回
动态重定位分区分配算法流程
.
29
4.4、对换（Swapping）
成的，以后不再改变。
5000
15000
动态重定位：地址变换是在程序指令执行
作时业进地址行空的间 。
内存空间
.
9
0 0
BR：重定位寄存器 VR: 变址寄存器
.
10
4、程序的链接
链 接把：一0个程C模a序块ll BA相; 关的一组目标模块和0 系JS统模R块”调LA”;用模块
计算机操作系统第四版课件
计算机操作系统第四版课件一、教学内容本节课的教学内容选自计算机操作系统第四版教材，主要讲解操作系统的基本概念、功能和分类。
具体包括操作系统的定义、作用、进程管理、内存管理、文件管理和用户接口等方面的内容。
二、教学目标1. 使学生了解操作系统的概念，理解操作系统的基本功能和作用。
2. 培养学生掌握操作系统的基本原理，提高分析和解决实际问题的能力。
3. 增强学生对计算机操作系统的兴趣，激发其进一步学习计算机知识的热情。
三、教学难点与重点重点：操作系统的概念、功能和分类。
难点：进程管理、内存管理、文件管理等方面的原理和实现。
四、教具与学具准备教具：计算机、投影仪、黑板、粉笔。
学具：教材、笔记本、彩色笔。
五、教学过程1. 实践情景引入：以Windows操作系统为例，让学生观察并描述操作系统的启动过程，引出操作系统的概念。
2. 概念讲解：讲解操作系统的定义、作用，以及操作系统的基本功能和分类。
3. 原理分析：分析进程管理、内存管理、文件管理等方面的原理和实现。
4. 例题讲解：以Linux操作系统为例，讲解进程管理、内存管理、文件管理等方面的具体实现。
5. 随堂练习：（1）操作系统的主要功能有哪些？（2）进程管理的基本原理是什么？（3）内存管理的基本策略有哪些？（4）文件管理的主要任务是什么？6. 板书设计：操作系统的概念、功能和分类；进程管理、内存管理、文件管理的原理和实现。
7. 作业设计（1）请简要描述操作系统的启动过程。
（2）请列举操作系统的基本功能。
（3）请解释进程、线程的概念及其关系。
（4）请阐述内存管理的任务和基本策略。
（5）请描述文件管理的 main 任务。
8. 课后反思及拓展延伸本节课通过讲解操作系统的概念、功能和分类，使学生了解了操作系统的基本知识。
在讲解进程管理、内存管理、文件管理等方面的原理和实现时，要注意引导学生思考，提高其分析和解决问题的能力。
同时，激发学生对计算机操作系统的兴趣，为后续课程的学习打下基础。
第四版,计算机,操作系统, 课件,
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。
6.1.1 I/O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。
Байду номын сангаас
6.2.1 I/O设备
1. I/O设备的类型 1) 按使用特性分类 2) 按传输速率分类
2. 设备与控制器之间的接口
通常，设备并不是直接与CPU进行通信，而是与设备控 制器通信，因此，在I/O设备中应含有与设备控制器间的接 口，在该接口中有三种类型的信号(见图6-3所示)，各对应一 条信号线。
3. 设备处理方式
在不同的操作系统中，所采用的设备处理方式并不完全 相同。
6.4.2 设备驱动程序的处理过程
设备驱动程序的主要任务是启动指定设备，完成上层指 定的I/O工作。但在启动之前，应先完成必要的准备工作， 如检测设备状态是否为“忙”等。在完成所有的准备工作后， 才向设备控制器发送一条启动命令。
2. 中断向量表和中断优先级
1) 中断向量表 2) 中断优先级
3. 对多中断源的处理方式
1) 屏蔽(禁止)中断 2) 嵌套中断
图6-9 对多中断的处理方式
6.3.2 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。
由于设备控制器位于CPU与设备之间，它既要与CPU通 信，又要与设备通信，还应具有按照CPU所发来的命令去控 制设备工作的功能，因此，现有的大多数控制器都是由以下 三部分组成：
6.1.1 I/O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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6.2.1 I/O设备
1. I/O设备的类型 1) 按使用特性分类 2) 按传输速率分类
2. 设备与控制器之间的接口
通常，设备并不是直接与CPU进行通信，而是与设备控 制器通信，因此，在I/O设备中应含有与设备控制器间的接 口，在该接口中有三种类型的信号(见图6-3所示)，各对应一 条信号线。
3. 设备处理方式
在不同的操作系统中，所采用的设备处理方式并不完全 相同。
6.4.2 设备驱动程序的处理过程
设备驱动程序的主要任务是启动指定设备，完成上层指 定的I/O工作。但在启动之前，应先完成必要的准备工作， 如检测设备状态是否为“忙”等。在完成所有的准备工作后， 才向设备控制器发送一条启动命令。
2. 中断向量表和中断优先级
1) 中断向量表 2) 中断优先级
3. 对多中断源的处理方式
1) 屏蔽(禁止)中断 2) 嵌套中断
图6-9 对多中断的处理方式
6.3.2 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。
由于设备控制器位于CPU与设备之间，它既要与CPU通 信，又要与设备通信，还应具有按照CPU所发来的命令去控 制设备工作的功能，因此，现有的大多数控制器都是由以下 三部分组成：
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。
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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
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
计算机操作系统教程(第四版)PPT课件：第11章 Windows的设备管理和文件系统
Windows支持多种文件系统格式，包括：CDFS, UDF, FAT12, FAT16 ,FAT32和NTFS。
CDFS和UDF
–CDFS(CD-ROM文件系统) 是一个支持CD-ROM文件的只读文件系统 ，最大支持的文件大小为4GB，最多支持65,535个目录。UDF(通用磁
盘格式文件系统)主要提供了对DVD文件的支持。
返回到调用程序，等I/O请求处理完后，再进行数据同步。
–快速I/O：为了提高系统访问文件或高速缓存的速度，Windows还提供了一种直 接访问文件系统驱动和缓存管理器的I/O处理器制。这种I/O处理避免了发送I/O请
求包而带来的延时，可以提高访问的效率。
–映射文件I/O：通过映射文件， Windows可以将磁盘上的文件当作进程的虚拟空 间的一部分。应用可以将文件当作一个大的数组来直接访问，而内存管理器通过 映射文件I/O来完成映射文件到磁盘文件的转换。在核心操作系统服务中，映射文
FAT
–FAT（文件分配表文件系统）是一个简单的文件系统，它最初是为 DOS操作系统设计的。它适用于小容量的磁盘，文件目录也比较简单 。为了向后兼容，Windows NT体系结构的操作系统仍然支持FAT文件
系统。
–FAT文件系统是根据其组织形式（文件分配表）而命名的，文件分配 表位于卷的开头。为了防止文件系统遭到破坏，FAT文件系统保存了两 个文件分配表，当其中一个遭到破坏时，另外一个可以作为备份。而 且，文件分配表和根目录必须放在磁盘的一个固定的位置，这样系统
11.1.1设计目标
Windows I/O系统为应用程序和操作系统服务提供了一个操作设备的抽象 层，它由若干个运行在核心态的系统服务组成。我们可以从Windows I/O
系统的设计目标来了解它的主要特点：
CDFS和UDF
–CDFS(CD-ROM文件系统) 是一个支持CD-ROM文件的只读文件系统 ，最大支持的文件大小为4GB，最多支持65,535个目录。UDF(通用磁
盘格式文件系统)主要提供了对DVD文件的支持。
返回到调用程序，等I/O请求处理完后，再进行数据同步。
–快速I/O：为了提高系统访问文件或高速缓存的速度，Windows还提供了一种直 接访问文件系统驱动和缓存管理器的I/O处理器制。这种I/O处理避免了发送I/O请
求包而带来的延时，可以提高访问的效率。
–映射文件I/O：通过映射文件， Windows可以将磁盘上的文件当作进程的虚拟空 间的一部分。应用可以将文件当作一个大的数组来直接访问，而内存管理器通过 映射文件I/O来完成映射文件到磁盘文件的转换。在核心操作系统服务中，映射文
FAT
–FAT（文件分配表文件系统）是一个简单的文件系统，它最初是为 DOS操作系统设计的。它适用于小容量的磁盘，文件目录也比较简单 。为了向后兼容，Windows NT体系结构的操作系统仍然支持FAT文件
系统。
–FAT文件系统是根据其组织形式（文件分配表）而命名的，文件分配 表位于卷的开头。为了防止文件系统遭到破坏，FAT文件系统保存了两 个文件分配表，当其中一个遭到破坏时，另外一个可以作为备份。而 且，文件分配表和根目录必须放在磁盘的一个固定的位置，这样系统
11.1.1设计目标
Windows I/O系统为应用程序和操作系统服务提供了一个操作设备的抽象 层，它由若干个运行在核心态的系统服务组成。我们可以从Windows I/O
系统的设计目标来了解它的主要特点：
计算机操作系统第四版课件
计算机操作系统第四版课件contents •计算机操作系统概述•进程管理•内存管理•文件系统•设备管理•操作系统安全与保护目录01计算机操作系统概述存储器管理处理机管理程控制、进程同步、进程通信和定义设备管理设备，包括设备驱动、设备无关性、缓冲管理和虚拟设备等。
文件管理早期操作系统批处理系统分时系统030201实时系统系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。
网络操作系统和分布式操作系统网络操作系统是基于计算机网络的，是在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的软件，包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用；分布式操作系统是管理分布式系统资源的软件，它负责分布式系统中全部软、硬件资源的分配与调度，保证系统高效、可靠地运行，并提供各种系统服务。
计算机硬件与软件的关系硬件是计算机系统的物质基础，软件是计算机系统的灵魂。
没有软件的计算机被称为“裸机”，裸机是无法工作的。
硬件和软件相互依存，缺一不可。
硬件和软件协同发展，共同推动计算机技术的进步。
随着半导体技术、集成电路技术和微处理器技术的发展，计算机硬件的性能不断提高，成本不断降低，使得计算机软件的开发和应用得以广泛普及。
同时，软件技术的不断发展也促进了硬件技术的不断进步，例如操作系统的发展推动了计算机体系结构的变革，数据库技术的发展促进了存储技术的进步等。
02进程管理进程的概念与特性010203进程的状态与转换进程的状态就绪状态、执行状态、阻塞状态。
进程的状态转换就绪->执行、执行->阻塞、阻塞->就绪。
进程状态转换的原因时间片到、等待事件发生、资源分配等。
进程控制块PCB PCB包含的信息PCB的作用1 2 3进程同步进程通信实现进程同步与通信的机制进程同步与通信03内存管理位于CPU 内部，速度最快，容量最小，用于存放指令和数据。
寄存器高速缓存（Cache ）主存（内存）磁盘（外存）位于CPU 和主存之间，速度较快，容量较小，用于存放CPU 近期可能用到的数据和指令。
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
8.2 文件存储空间的管理
8.2.1 空闲表法和空闲链表法 1. 空闲表法 1) 空闲表 空闲表法属于连续分配方式，它与内存的动态分配方式雷同，它为每
个文件分配一块连续的存储空间。即系统也为外存上的所有空闲区建立一 张空闲表，每个空闲区对应于一个空闲表项，其中包括表项序号、该空闲 区的第一个盘块号、该区的空闲盘块数等信息。再将所有空闲区按其起始 盘块号递增的次序排列，形成空闲盘块表，如图8-9所示。
(1) 消除了磁盘的外部碎片，提高了外存的利用率。 (2) 对插入、删除和修改记录都非常容易。 (3) 能适应文件的动态增长，无需事先知道文件的大小。
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1. 隐式链接 在采用隐式链接组织方式时，在文件目录的每个目录项中，都须含有 指向链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指针。
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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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• 图8-4 MS-DOS的文件物理结构 第12页/共85页
2) 以簇为单位的FAT12文件系统 稍加分析便可看出，如果把每个盘块(扇区)的容量增大n倍，则磁盘 的最大容量便可增加n倍。但要增加盘块的容量是不方便和不灵活的。为 此，引入了簇(cluster)的概念。
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。
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第一章 操作系统引论
3. OS实现了对计算机资源的抽象 对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机)，由于它向 用户提供的仅是硬件接口(物理接口)，因此，用户必须对物 理接口的实现细节有充分的了解，这就致使该物理机器难于 广泛使用。为了方便用户使用I/O设备，人们在裸机上覆盖 上一层I/O设备管理软件，如图1-2所示，由它来实现对I/O设 备操作的细节，并向上将I/O设备抽象为一组数据结构以及 一组I/O操作命令，如read和write命令，这样用户即可利用这 些数据结构及操作命令来进行数据输入或输出，而无需关心 I/O是如何具体实现的。
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第一章 操作系统引论
第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性 1.4 操作系统的主要功能 1.5 OS结构设计 习题
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第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用
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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第一章 操作系统引论
图1-5 单道程序的运行情况
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第一章 操作系统引论
1.2.3 多道批处理系统(Multiprogrammed Batch Processing System)
1. 多道程序设计的基本概念 为了进一步提高资源的利用率和系统吞吐量，在20世纪 60年代中期引入了多道程序设计技术，由此形成了多道批处 理系统。图1-6示出了四道程序时的运行情况。
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第一章 操作系统引论
图1-4 单道批处理系统的处理流程
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第一章 操作系统引论
2. 单道批处理系统的缺点 单道批处理系统最主要的缺点是，系统中的资源得不到 充分的利用。这是因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序 在运行中发出I/O请求后，CPU便处于等待状态，必须在其 I/O完成后才继续运行。又因I/O设备的低速性，更使CPU的 利用率显著降低。图1-5示出了单道程序的运行情况，从图 可以看出：在t2～t3、t6～t7时间间隔内CPU空闲。
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第一章 操作系统引论
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
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第一章 操作系统引论
1.1.3 推动操作系统发展的主要动力 1．不断提高计算机资源利用率 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. 不断提出新的应用需求
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第一章 操作系统引论
1.2 操作系统的发展过程
(1) 用户独占全机，即一台计算机的全部资源由上机用 户所独占。
(2) CPU等待人工操作。当用户进行装带(卡)、卸带(卡) 等人工操作时，CPU及内存等资源是空闲的。
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第一章 操作系统引论
2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式 为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛 盾，20世纪50年代末出现了脱机I/O技术。该技术是事先将 装有用户程序和数据的纸带装入纸带输入机，在一台外围机 的控制下，把纸带(卡片)上的数据(程序)输入到磁带上。当 CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存。
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第一章 操作系统引论
图1-3 脱机I/O示意图
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第一章 操作系统引论
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1.2.1 未配置操作系统的计算机系统 1. 人工操作方式 早期的操作方式是由程序员将事先已穿孔的纸带(或卡
片)，装入纸带输入机(或卡片输入机)，再启动它们将纸带 (或卡片)上的程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。 仅当程序运行完毕并取走计算结果后，才允许下一个用户上 机。这种人工操作方式有以下两方面的缺点：
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第一章 操作系统引论
图1-1 OS作为接口的示意图
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第一章 操作系统引论
2. OS作为计算机系统资源的管理者 在一个计算机系统中，通常都含有多种硬件和软件资源。 归纳起来可将这些资源分为四类：处理机、存储器、I/O设 备以及文件(数据和程序)。相应地，OS的主要功能也正是对 这四类资源进行有效的管理。处理机管理是用于分配和控制 处理机；存储器管理主要负责内存的分配与回收；I/O设备 管理是负责I/O设备的分配(回收)与操纵；文件管理是用于实 现对文件的存取、共享和保护。可见，OS的确是计算机系统 资源的管理者。
在20世纪50年代中期，出现了第一个简单的批处理OS； 60年代中期开发出多道程序批处理系统；不久又推出分时系 统，与此同时，用于工业和武器控制的实时OS也相继问世。 20世纪70到90年代，是VLSI和计算机体系结构大发展的年代， 导致了微型机、多处理机和计算机网络的诞生和发展，与此 相应地，也相继开发出了微机OS、多处理机OS和网络OS， 并得到极为迅猛的发展。
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第一章 操作系统引论
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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第一章 操作系统引论
1.1.2 操作系统的作用 1. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口 OS作为用户与计算机硬件系统之间接口的含义是：OS
处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机 系统。或者说，用户在OS帮助下能够方便、快捷、可靠地操 纵计算机硬件和运行自己的程序。图1-1是OS作为接口的示 意图。
高等学校计算机类“十二五”规划教材 部级优秀教材
计算机操作系统 (第四版)
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目录
第一章 操作系统引论 第二章 进程的描述与控制 第三章 处理机调度与死锁 第四章 存储器管理 第五章 虚拟存储器 第六章 输入输出系统 第七章 文件管理 第八章 磁盘存储器的管理 第九章 操作系统接口 第十章 多处理机操作系统 第十一章 多媒体操作系统 第十二章 保护和安全