《操作系统原理及应用(Linux)》-第8章 现代操作系统实例
操作系统原理与应用(第2版)课件第1章 操作系统概述课件
见P23 图1-7UNIX系统结构
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1.8 UNIX系统的特点和结构
3、UNIX的结构
trap 用户层
用户程序
程序库
系统调用程序接口
核
心
文件系统
层
缓冲区管理
进程 控制 系统
进程通信 进程调度
字符设备 块设备 设备驱动
内存管理
硬件层
硬件
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1.3 操作系统的结构 一、环境（外部结构）
OS的外部环境主要是指硬件、其他软件和用户（人）。 二、体系结构（内部结构） 在OS 的底层是对硬件的控制程序（即对资源的一些管理 程序），最上层是系统调用的接口程序。在OS内部还要 有进程、设备、存储、文件系统管理模块。
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1.4 操作系统的分类 一、多道批处理系统
三、执行系统 优点：提高了系统的安全性、提高了系统的效率 缺点：主机时间的浪费仍然很严重 四、多道程序系统阶段 多道程序系统---就是能够控制多道程序并行的系统。 基本思想：是在内存里同时存放若干道程序，它们可 以并行运行，也可以交替运行。 特点：多道程序并行
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1.2 什么是操作系统
一、概念 操作系统（OS）-----是管理计算机系统资源（硬件和软 件）的系统软件，它为用户使用计算机提供方便、有 效和安全可靠的工作环境。 补充说明: (1)从此定义上讲，操作系统是软件而不是硬件，但实 际上它是一个软、硬件结合的有机体。 (2)操作系统是系统软件而不是应用软件，但它与其他 系统软件不同。
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1.4 操作系统的分类 五、区别
（1）分时系统与实时系统的区别 分时系统的目标是提供一种随时可供多个用户使用的通用性很强的系 统，用户与系统之间具有较强的交互作用或会话能力；分时系统对响 应时间的要求一般是以人能接受的程度为依据的，其响应的数量级通 常为秒。 实时系统大多是具有特殊用途的专用系统，它仅允许终端操作员访问 有限数量的专用程序，而不能书写或修改程序。
操作系统原理及应用课程设计报告
《操作系统原理及应用》课程设计报告 Linux系统服务管理及安全设计学院（系）： 计算机科学与工程学院班 级： 学号学生姓名：指导教师：时间： 从 2012 年 05 月14日 到 2012 年05月18日一、课程设计的目的本课程设计是学生学习完《计算机操作系统》课程后，进行的一次全面的综合训练，通过课程设计，让学生更好地掌握操作系统的原理及Linux安全服务管理，加强学生的动手操作能力。
二、课程设计要求设计一套安全的系统 Linux要求：1. 系统不能被破解密码；2. 系统不能被恶意重启；3. 只有指定用户才能ssh 登录系统，保障系统安全；4. 编写防火墙策略，保障系统安全，只开放允许访问的tcp 22, tcp 80,tcp 20 21；5.搭建一个Web网站;6.编写shell程序，阻止恶意攻击服务器的来源IP,连接服务器.三、课程设计内容3.1、 Redhat 基础及权限控制Linux 安装中的重要步骤：引导安装程序、磁盘分区、网络参数配置、密码设置、软件包选择Linux 系统引导过程:服务器硬件自检、引导MBR、引导Kernel、引导驱动及服务、自定义加载项、6种引导方式介绍（/etc/inittab)Linux root 密码破解:单用户模式，进行root密码破解Linux 加密防止 root 密码破解:明文加密 (password) 、非明文加密 (grub-md5-crypt ）Linux防止恶意重启：禁用ctrl+alt+del 重启功能 (/etc/inittab)Linux文件权限数字表示：可读 R 4、可写 W 2、可执行 X 1Linux文件权限调整：修改所有者 chown 、修改权限 chmodLinux网络参数配置：网络IP地址配置、同一网卡配置多个IP地址Linux查看IP及route：Ipconfig、 ip add、route -nLinux常用命令文件管理类：ls cat more vi cp rm find paste wc grep head tail 磁盘管理：df du fdisk mkfs mount umount系统状态：uptime last vmstat iostat top free3.2、 软件管理及Shell编程Linux rpm 包的管理 ：软件包安装、软件包升级、查询已安装的软件包Linux 源码包的管理 ：源码包安装、configure、make、make test、make install、源码包删除Linux 文本处理 ：文本编辑器、 vi 编辑器Linux Shell编程中常用命令条件测试：test 或者 []、-d 目录、-f 文件、-s 文件大小非0正则表达示：^ 行首、$ 行尾、以 $ 打头的命令、$? 上一个命令执行结果、$1 输入的第1个参数3.3、存储管理及系统管理Linux 系统常用服务管理 ：常用系统服务启动与关闭、系统设置 服务器设置 服务常用系统服务介绍Network 网络服务、sshd ssh 远程连接服务Httpd Apache Web 服务器、Smb 文件共享服务器Vsftp FTP 服务器、Bind DNS 服务器Iptables 防火墙、Linux 进程管理进程查看 top , ps –ef 结束进程 Kill id、Kill –9 idLinux 文件系统管理磁盘分区、fdisk 、格式化分区、mkfs.ext3 、挂载分区、mount、卸载分区、umountLinux 卷管理 LVM磁盘分区 fdisk （disk type id: 8e)建立 PV pvcreate pvdispaly建立 VG vgcreate vgchange -a y (激活VG） vgdisplay建立 LV lvcreate lvdisplay格式化LV make.ext3挂载 LV mount缷载LV umountLinux 系统管理 ：以图形化的形式 讲解常用系统管理 、用户和组 、日期和时间、显示Linux 系统日志管理系统日志文件位置 、/var/log/message观察日志变化、tail -f /var/log/message筛选日志内容、grep “error” /var/log/message3.4、常用服务器搭建、安全配置Linux openSSH 安全配置 (/etc/ssh/sshd_config )修改SSH服务端口：# Port 22 修改为 Port 9022修改SSH连接协议为版本2：#Protocol 2,1 修改为 Protocol 2权限只定用户连接SSH：AllowUsers user1重启ssh服务系统设置 服务器设置 服务,启动服务”sshd”、使用命令 service sshd restart使用软件连接SSH服务：在Windows上使用putty.exeLinux http服务器配置检查所需要的软件包[root@rh9 /]# rpm -qa | grep httphttpd-2.0.40-21libghttp-1.0.9-7httpd-manual-2.0.40-21redhat-config-httpd-1.0.1-18安装http服务软件包通过系统的”添加删除程序功能”进行安装、使用rpm –ivh 软件包名进行安装配置HTTP网站网页默认存放位置：/var/启动HTTP网站服务系统设置 服务器设置 服务,启动服务”httpd”、使用命令 service httpd start访问Linux Web网站： IPLinux dns服务器配置检查所需要的软件包[root@rh9 /]# rpm -qa | grep bindredhat-config-bind-1.9.0-13bind-utils-9.2.1-16ypbind-1.11-4bind-9.2.1-16安装DNS服务软件包通过系统的”添加删除程序功能”进行安装、使用rpm –ivh 软件包名进行安装配置DNS服务配置反向解析、配置正向解、异常解决 DNS服务不能启动。
第8章 现代操作系统实例
8.2.3 分布式操作系统 分布式系统泛指各种包含多个计算机（处理 器）的信息处理系统。利用多台现成的机器协同工 作，要比建造一台更高性能的计算机成本更低一些。 由于有多个CPU，因此可把一个作业的多个任务， 分配到多个处理单元上进行处理，称为进程之间的 并行性。
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第8章 现代操作系统实例
1. 分布式操作系统的特性 分布式操作系统具有以下特性： 透明性、可靠性、高性能、伸缩性。 2. 进程迁移 进程迁移就是将一个进程的状态，从一台机器转 移到另一台机器上，从而使该进程能在目标机上执行。。 3. 分布式进程管理
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第8章 现代操作系统实例
END
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10
பைடு நூலகம்
第8章 现代操作系统实例
5 ． Windows 2000 的调度算法 Windows 2000/NT中，基本的调度实体是 线程。线程调度算法采用多级调度队列动态优先级 算法。实现该调度算法的是内核中的一个数据结构， 称为“调度程序数据库”。
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第8章 现代操作系统实例
7． Windows 2000的文件系统 （1）Windows 2000文件系统的特点是：兼容 性和可扩充性、功能强大。 （2） Windows 2000文件系统的实现：文件系 统的整体实现机制采用了面向对象的模型，因此 文件、目录等与该系统中的其它资源一样，是作 为对象来管理的。
现 代 操 例作 系 统 实
WINDOWS 2000操作 系统
分布式操作系统
进程迁移 分布式进程管理
第8章 现代操作系统实例
8.2 知识点 8.2.1 UNIX操作系统
1．UNIX操作系统的发展
2． UNIX操作系统的特点
3． UNIX系统的内核结构
操作系统原理与实例分析课件
磁盘调度与管理
磁盘调度
磁盘管理
06
实例分析：Linux操作系统
Linux操作系统的特点和结构
开放源代码 自由分发
支持多用户 强大的网络功能
Linux进程管理
进程的创建和管理
进程的状态
进程调度
Linux内存管理
虚拟内存
内存分配和释放
内存保护
Linux使用虚拟内存技术，将内 存分为内核空间和用户空间两 部分。用户空间可以访问虚拟 内存，但内核空间不能访问用 户空间的虚拟内存。
文件系统结构 文件类型 设备管理
07
实例分析：Windows操作系统
Windows操作系统的特点和结构
01
图形用户界面
02
多任务处理
03
多窗口管理
04
丰富的软件支持
Windows进程管理
进程定义与控制
线程调度 任务调度
Windows内存管理
分页与分段
01
内存分配与回收
02
内存保护
03
Windows文件系统与设备管理
Linux使用malloc()和free()函 数来分配和释放动态内存。动 态内存分配是在堆上进行的， 释放后需要手动释放内存。
Linux对内存进行了保护，每个 进程都有自己的内存空间，不 能访问其他进程的内存空间。 这样可以防止程序访问非法内 存地址，保证系统的安全性和 稳定性。
Linux文件系统与设备管理
文件的存储空间管理
存储空间分配
文件系统通常使用分配表或位图 来管理磁盘空间的分配。
存储空间优化
通过合理地组织和分配存储空间， 可以提高磁盘I/O性能和空间利 用率。
垃圾回收
计算机操作系统原理与实例分析课件完整版全
“虚拟机”：一个裸机在每加 上一层软件后，就变成了一个功能 更强的机器，把这“新的更强功能 的机器”称作虚拟机。
OS的地位：紧挨硬件层的第一 层软件，对硬件进行首次扩充，同 时又是其他软件运行的基础。
*资源管理的观点
资源管理的观点是目前对操作系统 描述的主要观点，操作系统资源管理的主 要功能如下：
2. 独占性：各终端用户感觉到 自己独占了计算机；
3. 交互性：用户与计算机之间 可进行“会话”。
实时操作系统
到了60年代初，计算机开 始应用到生产过程控制、工业 控制、防空系统、信息处理等， 在这些应用中不但要解决计算 间题，还要求在规定的时间内 完成计算，即实时处理。在实 时处理中的一个核心的问题就 是响应时间问题。
计算机硬件升级和新硬件的出现 提供新的服务、方便用户使用 提高计算机资源利用率 更正软件错误 计算机体系结构的发展
*操作系统发展历程
• 手工操作阶段 • 早期批处理 • 多道程序系统 • 分时系统 • 实时操作系统 • 操作系统的进一步发展
*手工操作阶段
没有操作系统
程序员编程
准备程序带 程序员预约机时
操作系统提供的界面的 友好性和易用性成为操作系 统中的重要部分，用户在相 当的程度上以这两个标准来 判断一个系统的优劣。
*处理机管理
处理机管理主要包括进程 控制、进程同步、进程通信 和进程调度。
1、进程控制
进程控制的基本功能是创 建和撤消进程以及控制进程 的状态转换。
2、进程同步
进程同步是指系统对并 发执行的进程进行协调
综上所述，我们可以得出操作系
统的概念：
操作系统是计算机系统中的一 个系统软件，管理和控制计算机系 统中的硬件和软件资源，合理地组 织计算机的工作流程，以便有效利 用这些资源为用户提供一个功能强 大、使用方便的工作环境，从而在 计算机与用户之间起接口的作用
操作系统原理与实例分析
动态映射：动态重定位
• 操作系统将程序装入内存以后，并不立即把目 标程序中的逻辑地址转换为物理地址，而是在 处理机执行每一条指令时进行地址转换。 • 复杂且费时。
• 为了系统效率，处理机中设置了专门的高速硬 件，自动完成地址转换，这样的硬件被称作地 址管理部件，如图3.2所示。
CPU
程序指令 地址管理部件
• 固定分区存在内零头，浪费存储空间： • 异长分区较等长分区可以一定程度上提 高系统的性能，但并不能彻底解决问题。
分页式划分(Paging)
• 为了提高内存资源的利用率，可以考虑将分区 长度缩小，减少内零头浪费的空间。
• 但是，这样做必须有一个前提，即进程可以分 配若干不连续的存储空间。否则，小分区可能 使更多的进程无法装入内存。
存储分配步骤
• 首先，根据系统的内存分配算法，在空 闲的内存分区中寻找到一块满足进程需 要的内存空间，将其分配给进程。 • 然后，更新进程的资源分配清单、内存 分配情况清单等数据结构。
内存的回收
• 更新相应的数据结构，将回收的内存空 间标识为“空闲可用”就行了。 ？ ？ ？ ？ 该内存空间是否可以被回收 被其他进程共享 属于相应的进程 与相临的空闲空间进行合并
储系统
存储扩充
• 虚拟存储系统在逻辑上对外是一个整体， 用户感觉到系统提供了一个非常大的 “内存”空间。 • 操作系统负责完成内存与外存之间的透 明切换：进程运行时将需要的数据或代 码从外存装入内存，并将内存中暂时不 用的部分交换到外存。
3.2
内存划分与分配技术
内存划分
• 静态划分：划分预先进行，创建新进程 时，在内存中找到一个合适的分区分配 给它。 • 动态划分：系统初始化时，可以将整个 内存的用户区看作一个分区。创建新进 程时，根据进程申请的空间大小，在这 个分区中动态地为之划分一部分空间。
Linux操作系统原理与应用 共319页
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认识操作系统－从所处位置看
浏览器 信息管理 文件管理系统 游戏 编译程序 编辑程序 命令 解释程序
操作系统
内核
CPU、内存、I/O接口
去脉后与大家携手步入Linux世界。 下载代码，亲手搭建实验系统。
第二章 内存寻址
内存寻址的演变 段机制 分页机制 Linux中的汇编语言 Linux系统地址映射示例
内存寻址－操作系统设计的硬件基础之一
• 操作系统－横跨软件和硬件的桥梁 • 内存寻址－操作系统设计的硬件基础之一 • 操作系统的设计者必须在硬件相关的代码与硬件无
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追求简洁的微内核操作系统
内核与各个服务器之间通过通信机制进行交互 ，这使得微内核结构的效率大大折扣。 内核发出请求，服务器做出应答
为各个服务器模块的相对独立性，使得其维护 相对容易
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历史悠久的Unix
在MULTICS（1969） 的肩上 制研制者Ken Thompson和Dennis M. Ritchie 站Unix的诞生还伴有C语言呱呱落地 Unix是现代操作系统的代表：安全、可靠、强大 的计算能力 Unix的商业化是一把双刃剑
60年代中1期94~67年0年~50年价 比障迅多速、价提格高 系码统编写，载体 194电6 路ENIAC
代初 代末电子管2) 小贵型 计 算 机 发 多从道插批件处板理到系卡统、研制19成71功年INTEL发
集成电路计计算算机机 展 2)难迅以普及速 分片时与系纸统带和）实时 (第明一微台处电理子器
操作系统原理与实例分析
第二章进程管理1本章要点基础：进程描述及控制策略：进程调度实现：互斥与同步避免：死锁与饥饿解决：几个经典问题关于：进程通信22.1 进程的引入3程序顺序执行程序：源代码程序、目标程序和可执行程序程序执行：编辑、编译、链接、执行程序的结构：顺序结构、分支结构和循环结构4程序顺序执行程序顺序执行的特征：顺序性、封闭性、可再现性5程序并发执行多道程序设计技术：多个程序并发执行程序并发执行时的特征：间断性、非封闭性、不可再现性6程序并发执行引发的问题协调各程序的执行顺序例如，当输入的数据还未全部输入内存时，计算必须等待多个执行程序共享系统资源，程序之间可能会相互影响，甚至影响输出结果选择哪些、多少个程序进入内存执行？内存中的执行程序谁先执行，谁后执行？内存如何有效分配？7进程的概念定义：可并发执行的程序，在一个数据集合上的运行过程。
申请/拥有资源∽调度（线程）程序：静态概念，是指令和数据的集合，可长期存储进程与程序对应关系：- 一个程序可以对应一个进程或多个进程- 一个进程可以对应一个程序，或者一段程序8进程的特征动态性并发性独立性异步性9引入进程带来的问题增加了空间开销：为进程建立数据结构额外的时间开销：管理和协调、跟踪、填写和更新有关数据结构、切换进程、保护现场更难控制：- 协调多个进程竞争和共享资源如何预防- 解决多个进程因为竞争资源而出现故障处理机的竞争尤为突出10进程的结构组成（进程映像）: 程序、数据集合、进程控制块PCB (Process Control Block )PCB是进程存在的唯一标志。
创建进程时，创建PCB；进程结束时，系统将撤消其PCB。
11PCB进程标识信息：进程的内部和外部标识符处理机状态信息：通用寄存器值、指令计数器值、程序状态字PSW值、用户栈指针值进程调度信息：进程状态、进程优先权、进程调度的其它信息其它信息：程序及数据地址、进程同步和通讯机制、资源清单、链接指针12PCB的组织方式之一-- 单一队列所有进程的PCB通过链表组织成为一个单一队列。
操作系统原理与实例分析.ppt
虚拟存储分段技术
• 建立在简单存储分段系统基础上，利用动态分 区技术分配存储空间，并以段作为交换的单位。
• 进程执行之前，系统为之分配几个必要的内存 分区，每一个分区中装入一段。
• 当进程执行过程中，出现缺段中断时，操作系 统将为进程装入需要的程序段。
虚拟存储分段：数据结构
• 因此，需要修改段表，增加“存在”字 段和“修改”字段，分别标明对应段是
驻留集管理
• 进程的驻留集指，虚拟存储系统中，每
个进程驻留在内存的页面集合，或进程 分到的物理页框集合。
• 驻留集管理主要解决的问题是，系统应
当为每个活跃进程分配多少个页框。
影响页框分配的主要因素
• 分配给每个活跃进程的页框数越少，同 时驻留内存的活跃进程数就越多，进程 调度程序能调度就绪进程的概率就越大。 然而，这将导致进程发生缺页中断的概 率较大；
• 可变分配策略不仅需要操作系统软件专门的支 持，而且，还需要处理机平台提供的硬件支持
页面放置策略
• 解决的问题：系统应当在内存的什么位置为活
跃进程分配页框？ • 一般地，对于一个分页系统或段页式系统，将
进程的一个页面装入哪一个页框无关紧要。 • 对于分段系统，需要考虑将一个程序段装入哪
一个合适的分区中，可采用的分配算法包括首 次适应法、下次适应法、最佳适应法或最差适 应法等。
得非常繁忙，但是吞吐量很低，甚至产出为零。
• 根本原因：选择的页面或段不恰当。
虚拟存储分页技术
• 建立在简单分页存储管理系统之上，是 目前常用的一种虚拟存储管理技术。
地址变换
• 基于简单存储分页系统增加了某些功能，如产 生和处理缺页中断，以及从内存中换出页面等。
• 进程执行时，首先通过根据逻辑地址中的页号，
操作系统原理ppt课件
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。
Linux操作系统原理与应用
操作系统概述在计算机应用的过程中，人们接触最频繁的是操作系统，例如磁盘操作系统DOS、易于使用的图形界面操作系统Windows、开放源代码的操作系统Linux等。
但是，操作系统往往是比较复杂的系统软件，相对于使用而言，要掌握它的运行机制就不是那么容易。
1.1 认识操作系统可以从不同的角度来认识操作系统。
从使用者的角度看，操作系统使得计算机易于使用。
从程序员的角度看，操作系统把软件开发人员从与硬件打交道的繁琐事务中解放出来。
从设计者的角度看，有了操作系统，就可以方便地对计算机系统中的各种软、硬件资源进行有效的管理。
1.1.1 从使用者角度人们对操作系统的认识一般是从使用开始的。
打开计算机，呈现在眼前的首先是操作系统。
如果用户打开的是操作系统字符界面，就可以通过命令行完成需要的操作。
例如，要在Linux下复制一个文件，则输入：cp /floppy/TEST mydir/test上述命令可以把/floppy目录下的TEST文件复制到mydir目录下，并更名为test。
为什么可以这么方便地复制文件？操作系统为此做了什么工作？首先，文件这个概念是从操作系统中衍生出来的。
如果没有文件这个实体，就必须指明数据存放的具体物理位置，即位于哪个柱面、哪个磁道、哪个扇区。
其次，数据转移过程是复杂的I/O操作，一般用户无法关注这些具体的细节。
最后，这个命令的执行还涉及其他复杂的操作，但是，因为有了操作系统，用户只需要知道文件名，其他繁琐的事务完全由操作系统去处理。
如果用户在图形界面下操作，上述处理就更加容易。
实际上，图形界面的本质也是执行各种命令，例如，如果复制一个文件，那么就要调用cp命令，而具体的复制操作最终还是由操作系统去完成。
因此，不管是敲击键盘或者单击鼠标，这些简单的操作在指挥着计算机完成复杂的处理过程。
正是操作系统把繁琐留给自己，把简单留给用户。
1.1.2 从程序开发者角度从程序开发者的角度看，不必关心如何在内存存放变量、数据，如何从外存存取数据，如何把数据在输出设备上显示出来，等等。
现代操作系统第8章
Close系统调用用来关闭文件，OS将把该文件从打 开文件表中的表目上删除掉。
精品
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文件操作
其他文件操作
为方便用户，OS都提供了数条有关文件操 作的系统调用，可将这些系统调用分为若干 类：
精品
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文件系统模型
文文空完都（有件件明 户件闲成是：逻2系， 提系（）盘文与用选辑在统对 供块统磁1目件择块户这）的的盘文 使的录文号系和一文管大I件到件 用核/，统提O层理件部磁所物主进文心有对是高；实，盘在理分要数关行件部目文指I文(现设块/文用据功的带O操的件分录含件备号。缓于块件大）能系纵接。的有；的存冲处的量机管，统和口组进转大的理交事取系的理管等行换织制内换量务统速最的文；定理的存。，和之的底度直。与的集间管层处文的的接软合，理理件关相对主文件 。，及关键象要件，是操其。和。以作方属记。及便性录向的用说 （3）由磁磁文盘盘件（（系带磁统）带接）存口驱储动空程间序。组成。 逻辑文件系统
一、有结构文件：其记录长度可分为定长和不定长 两类。组织这些记录的方式有多种。而形成下述 几种文件：
⑴顺序文件。由一系列记录，按某种顺序排列所形成的 文件。其中的记录通常是定长记录。
⑵索引文件。当记录为可变长度时，通常为之建立一张 索引表，为每个记录在表中设置一表项。
⑶索引顺序文件。是上述两种文件方式的结合。它为文 件建立一张索引表，为每一组记录中的第一个记录设 置一表项。
此外，文件具有自己的属性，属性可包括： 文件类型、文件长度、文件的物理位置、文件 的存取控制、文件的建立时间等。
精品
操作系统原理及应用(Linux)(第2版)课件第1章 操作系统概论
17
第1章 操作系统概论
1.2.2 管理计算机资源
计算机系统中的资源包括: 硬件资源; 软件资源;
硬件资源有：处理机、存储器、外部设备等； 软件资源有：程序和数据。
目录?第1章操作系统概论?第2章进程管理?第3章处理机调度与死锁?第4章内存管理?第5章文件管理?第6章设备管理?第7章现代操作系统实例?第8章操作系统的安全性?第1章?操作系统概论第第1章章操作系统概论本章学习目标操作系统是计算机系统中最基本的系统软件
操作系统原理及应用 （Linux）（第２版）
清华大学出版社
第1章 操作系统概论
第1章 操作系统概论
本章学习目标
操作系统是计算机系统中最基本的系统软件。 一台计算机只有安装了操作系统之后才能正常使 用，因此操作系统在计算机系统中占据非常重要 的地位。通过本章的学习，读者应该掌握以下内 容：
17:42
掌握操作系统在计算机系统中的地位； 掌握操作系统的基本概念; 掌握操作系统的功能及其目标； 掌握操作系统的分类； 掌握操作系统的特征； 理解操作系统的结构，掌握层次结构的操
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第1章 操作系统概论
4. 文件管理
计算机系统中的软件资源（程序和数据的集合） 要反复利用、要永久保存起来，形成文件。如银行中 的存贷款数据、学校的学籍管理软件和学籍数据等等。
软件资源以文件的形式存放在外部存储介质中， 供用户反复使用。操作系统中对文件进行管理的子系 统称为文件系统，文件系统的任务是为用户提供一种 简便、统一的存取和管理文件的方法，对用户而言， 按名存取是一种简便的存取文件的手段。
操作系统(第5版)第8章 实例分析：Linux操作系统
调用或中断事件，转去执行操作系统内核程序时，称为“核心模式”。进程在核心模式 时，从事资源管理及各种控制活动；在用户模式时，在操作系统管理和控制下做自己的
. 工作。在Linux里处理机有两种运行状态：在核心态，CPU执行操作系统的程序；在用户
位移量
32位虚拟地址：
用户虚拟 地址空间
p1 10位
p2 10位
d 12位
一个页面
页表
页表索引
1M个页面
1M个表项 (1024个页面)
1024个表项
一个页面
3. 二级页表的地址转换过程
. 在知道一个虚拟地址后，就可根据地址的前10位，先去查页表索引，以便得到
该索引所对应的页表放在哪一个内存块。
. 再由地址中间的10位，去查这个页表，得到该页所对应的内存块的起始地址。 . 最后，与位移量d相加后，就得到最终所需要的物理地址。
程，只能由来自另一个进程发来的信号改变成就绪状态。
. 僵死状态：进程已经被终止，正在结束中。
5. Linux的进程族系
Linux系统初启时，自动建立系统的第一个进程：初始化进程。之后，所有的进程都 由它以及它的子孙创建。因此，Linux系统中的各个进程，相互之间构成了一个树型的 进程族系。
8.1.2 Linux的进程调度
. SCHED_OTHER—非实时进程的轮转调度
SCHED_OTHER是基于动态优先级的轮转调度策略，它适合于交互式的分时应用。 在这种调度策略里，进程的动态优先级用所谓的优先数来表示：优先数越小，相应的 优先级越高。操作系统对核心态进程和对用户态进程，采取不同的方法来改变其优先 数，从而改变优先级 。
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第8章 现代操作系统实例 章
8.2.2 Windows 2000中的进程和线程的特点 中的进程和线程的特点
Windows 2000操作系统对CPU的管理可体现为它的进 程和线程模型。它具有以下特点： 1．它是多任务（多进程）、多线程、对称多处理的。 2．由于采用了客户/服务器模型。 3．Windows 2000的进程以及线程全部作为对象实现，并 通过对象服务访问。 4．进程管理程序在它所管理的子进程之间不具有父进程/子 进程或其他关系。 5．在该系统中，基本的调度实体是线程，采用动态优先级多 级调度队列算法，允许可抢占CPU，但核心代码不可被抢占。 6．可以在进程间共享对象，以及具有灵活的内部进程通信能 力。 7．Windows NT原设计可以Intel、MIPS等多种CPU上运 行，但出于市场因素的考虑，Windows 2000只在Intel上 运行。 29
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第8章 现代操作系统实例 章
3．进程状态及转换 ．
UNIX System 5进程的状态存放在进程的proc结 构中。这些进程的状态共有9个，它们是： （1）用户态执行。 （2）核心态执行。 （3）内存中睡眠。 （4）睡眠且换出。 （5）内存中就绪。 （6）就绪且换出。 （7）僵死。 （8）被剥夺状态。 （9）创建。
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第8章 现代操作系统实例 章
2．请求分页 ．
UNIX系统为实现请求分页的功能，配置了四种 数据结构，分别为： （1）页表。 （2）磁盘块描述字。 （3）页面数据表。 （4）交换使用表。
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第8章 现代操作系统实例 章
3．换页进程 ．
换页进程为核心进程。该进程的主要任务是增加内存 中所有的有效页年
第8章 现代操作系统实例 章
4．磁盘空间的管理方式 ．
UNIX系统对于空闲盘块的管理，采用成组链接法。 该方法把第一组中的所有空闲盘块号放入超级块的空闲 盘块号栈中。
5．系统为打开文件建立的数据结构
UNIX系统打开文件的操作，就是由操作系统在内 存为文件建立相应的数据结构。系统为打开文件建立的 数据结构有三个，即：用户文件描述符表、文件表和内 存索引结点。
4．Unix系统中进程的家族关系 ． 系统中进程的家族关系
Unix的内核中设置了一个0＃进程，它是惟一一个 在系统引导时被创建的进程。在系统初启时，由0＃进 程再创建1＃进程及其它核心进程，然后1号进程又为 每个终端创建命令解释进程；用户输入命令后又创建若 干进程，这样便形成了一棵进程树。以后0号进程作为 系统的对换及调度进程，1号进程成为系统始祖进程， 同时又创建其它进程。系统中除0＃进程以外，所有其 它进程都是由fork创建的。
8.2 Windows 2000操作系统 操作系统
8.2.1 Windows 2000概述
Windows操作系统家族是微软公司的核心产品之 一，其产品包括Windows 95、Windows98、 Windows Me等桌面型操作系统以及Windows NT、 Me Windows NT Windows2000服务器操作系统。 Windows 2000是一个商用多用户操作系统，其开 发目标是开发工作站和服务器上的32位操作系统，以充 分利用32位微处理器等硬件的新特性，并使它很容易适 用将来的硬件变化，增加它的兼容性，同时，又不影响 已有的应用程序的兼容性。
1．多用户多任务 2．可移植性 3．树型文件系统结构 4．I/O重定向和管道技术 5．非富的实用程序 6．电子邮件
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第8章 现代操作系统实例 章
8.1.3 UNIX系统的内核结构 系统的内核结构
应用程序及编译器界面 Shell Shell编辑器及其组件 内 核 硬 件
图8-1 UNIX系统层次结构模型
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第8章 现代操作系统实例 章
2．字符队列 ．
缓冲Cache可支持像磁盘、磁带这样的块设备。另 一种缓冲则适用于面向字符的设备，如终端、打印机等。 字符队列可以由I/O设备写、处理器读或由处理器来写、 I/O设备读。
3．无缓冲I/O
无缓冲I/O是进程进行I/O的最快的方法，它在设备 和进程空间之间使用DMA，进行无缓冲I/O的进程在主存 中被锁起来，不能被换出。通过给高端内存加锁，减少 了交换的机会，但也降低了整个系统的性能。同时，I/O 设备也固定于一个进程，在传输中，不能为其他进程使 用。
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8
用户文件描述符表 户 fp 一 种 fp 方 式 户 二 fp 第 二 种 方 式 fp 户 四 fp 第 三 种 方 式 用
fp
文件表
内存索引结点
第
六 一
用 户
fp
用
f_offset f_inode f-flag f-count f_offset f_inode f-flag f-count …… f_offset f_inode …… f_offset f_inode
8-7 UNIX
……
i 点 …… j 点 …… k 内存索引结 点 …… l 点 …… 内存索引结 内存索引结 内存索引结
用 户 三 用
fp
fp
fp
用 户 五
fp
fp
…… 文件
f_offset f_inode
内存
结
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第8章 现代操作系统实例 章
8.1.7 UNIX系统的设备管理 系统的设备管理
UNIX系统把设备分为两类，即字符设备和块设备。 在UNIX系统中有两种类型的I/O，即：缓冲I/O和无缓 冲I/O。 I/O 1．缓冲高速缓存 UNIX系统中的缓冲Cache实际上是一个磁盘 Cache。对于磁盘的I/O操作通过缓冲Cache处理。
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第8章 现代操作系统实例 章
超级块包括以下内容： （1）文件系统大小。 （2）空闲盘块数目。 （3）空闲索引结点数目。 （4）空闲索引结点索引表。 （5）封锁标记。 （6）专用块修改标记。 （7）其它信息。
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第8章 现代操作系统实例 章
2．文件的目录结构 ．
UNIX系统的目录结构采用了将文件名与文件描述 信息分开的方法。文件目录由文件名和该文件的索引结 点号构成。其中，文件名占14个字节，索引结点号占2 个字节。因此，在1KB的盘块中就可以存放64 （1K/16）个目录项。这样就节省了系统查找及访问文 件的时间。
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第8章 现代操作系统实例 章
2．进程调度算法 ．
UNIX系统是分时系统，它的进程调度采用动态优先 数轮转调度算法。优先数越小，优先级别越高。例如，对 换进程的优先数是０，而等待磁盘I/O进程的优先数是２０。 UNIX S-5中进程的优先级分为两大类：用户优先级类和 核心优先级类。核心用两种方式改变进程的优先级：对核 心态进程设置优先数；对用户态进程计算优先数。
第8章 现代操作系统实例 章
（1）直接寻址 i.addr[0]~ i.addr[9]这10项。直接从索引结点中找出 该文件所在的磁盘块号，访问速度较快。 （2）一次间接寻址方式 i.addr[10]这一项中存放的磁盘块号。 （3）二次间接寻址方式 i.addr[11]存放的磁盘块号，采用两级索引的方式。 （4）三次间接寻址方式 i.addr[12]存放的磁盘块号，采用三级索引的方式。
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第8章 现代操作系统实例 章
用户态 执行 系统调用 中断 返回 剥夺 调度 内存中 就绪 换 出 唤醒 换 入 返回到用户态
中断 中断返回 僵死 睡眠 内存中 睡眠 换 出 睡眠且 换出 唤醒
核心态 执行
被 剥夺
内存足 创 建 内存不足
就绪且 换出
图8-3 UNIX系统的进程状态转换
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第8章 现代操作系统实例 章
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第8章 现代操作系统实例 章
用户程序
库函数
陷阱
核心层
用户层 系统调用接口 文件子系统
高速缓存 进程控制 子系统 进程通信 调度 内存管理
字符设备
块设备
设备驱动程序 硬 件 控 制
硬 件
图8-2 UNIX系统内核模型
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8.1.4 UNIX系统中的进程管理 系统中的进程管理
8.1 UNIX操作系统 操作系统
8.1.1 UNIX操作系统的发展
UNIX是目前最流行的操作系统之一，于1969年， 在美国的电报电话公司（AT&T）贝尔实验室诞生的。 最初的UNIX系统是用汇编语言编写的，1973年， Ritchie又用C语言重写了UNIX。
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8.1.2 UNIX操作系统的特点 操作系统的特点
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第8章 现代操作系统实例 章
8.1.5 UNIX系统的内存管理 系统的内存管理
UNIX系统采用求请调页存储管理方式，支持内 外存的对换功能。内存空间的分配和回收均以页为单 位进行。 1．交换 1 将内存中处于睡眠状态的某些进程调到外存交 换区中，而将交换区中的就绪进程重新调入内存。为 实现这种策略，系统内核应具有交换空间的管理、进 程换出和进程换入这三个功能。
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第8章 现代操作系统实例 章
3．文件的物理结构 ．
UNIX系统文件的物理结构采用混合索引方式， 对分配给文件的磁盘块进行管理。在UNIX文件系统 的索引结点中，存在一项i.addr[13]，用于存放该文 i.addr[13] 件的磁盘块号。如图8-7示出了UNIX系统的混合索引 文件结构。
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4．UNIX设备 ． 设备
UNIX系统本身可识别如下5种设备，即：磁盘驱 动器、磁带驱动器、终端、通信线、打印机。
5．磁盘的读/写方式 ．磁盘的读 写方式
（1）读方式 一般读方式。 提前读方式。 （2）写方式 一般写方式。 异步写方式。 延迟写方式。
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