现代操作系统课件
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《操作系统介绍》PPT课件-2024鲜版
16
04
现代操作系统特性分析
2024/3/27
17
多用户多任务处理能力
多用户支持
现代操作系统允许多个用户同时 使用同一台计算机，每个用户都 有自己的工作空间和资源，互不
干扰。
多任务处理
操作系统可以同时管理多个任务， 通过时间片轮转或优先级调度算 法，实现多个任务的并发执行。
进程与线程管理
操作系统通过进程和线程的概念 来管理任务，进程是程序的执行 实例，线程是进程内的执行单元， 操作系统负责创建、调度和终止
适用于多种品牌和型号的手机和平板电脑。
2024/3/27
27
移动端Android和iOS操作系统比较
稳定的系统性能
经过苹果公司严格测试和优化，提供流畅的 系统运行体验。
与Apple生态紧密集成
与iPhone、iPad、Mac等设备无缝集成， 实现数据同步和共享。
统一的界面设计
采用统一的界面风格和操作方式，易于学习 和使用。
功能
提供计算机硬件与软件之间的接口；管 理计算机系统的资源；提供用户与计算 机之间的交互界面。
2024/3/27
4
发展历程
第一代（1940s-1950s）
真空管和穿孔卡片，无操作系统概念。
第二代（1950s-1960s）
晶体管和批处理系统，如IBM的OS/360。
第三代（1960s-1980s）
集成电路和多道程序系统，如UNIX和 Windows。
进程同步与通信
协调多个进程之间的执行顺序和 资源共享，避免竞态条件和死锁
等问题。
9
内存管理
内存空间分配
为进程分配内存空间，包括连续分配和离散 分配两种方式。
内存映射
04
现代操作系统特性分析
2024/3/27
17
多用户多任务处理能力
多用户支持
现代操作系统允许多个用户同时 使用同一台计算机，每个用户都 有自己的工作空间和资源，互不
干扰。
多任务处理
操作系统可以同时管理多个任务， 通过时间片轮转或优先级调度算 法，实现多个任务的并发执行。
进程与线程管理
操作系统通过进程和线程的概念 来管理任务，进程是程序的执行 实例，线程是进程内的执行单元， 操作系统负责创建、调度和终止
适用于多种品牌和型号的手机和平板电脑。
2024/3/27
27
移动端Android和iOS操作系统比较
稳定的系统性能
经过苹果公司严格测试和优化，提供流畅的 系统运行体验。
与Apple生态紧密集成
与iPhone、iPad、Mac等设备无缝集成， 实现数据同步和共享。
统一的界面设计
采用统一的界面风格和操作方式，易于学习 和使用。
功能
提供计算机硬件与软件之间的接口；管 理计算机系统的资源；提供用户与计算 机之间的交互界面。
2024/3/27
4
发展历程
第一代（1940s-1950s）
真空管和穿孔卡片，无操作系统概念。
第二代（1950s-1960s）
晶体管和批处理系统，如IBM的OS/360。
第三代（1960s-1980s）
集成电路和多道程序系统，如UNIX和 Windows。
进程同步与通信
协调多个进程之间的执行顺序和 资源共享，避免竞态条件和死锁
等问题。
9
内存管理
内存空间分配
为进程分配内存空间，包括连续分配和离散 分配两种方式。
内存映射
MOS-3e-10 《现代操作系统》Andreww S.Tanenbaum配套课件ppt
addresses, which are not permanently mapped.
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Physical Memory Management (2)
Linux Utility Programs (2)
Figure 10-2. A few of the common Linux utility programs required by POSIX.
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Figure 10-15. Linux main memory representation.
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
System call state • File descriptor table • Accounting • Kernel stack • Miscellaneous
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Implementation of Processes and Threads
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Physical Memory Management (2)
Linux Utility Programs (2)
Figure 10-2. A few of the common Linux utility programs required by POSIX.
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Figure 10-15. Linux main memory representation.
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
System call state • File descriptor table • Accounting • Kernel stack • Miscellaneous
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Implementation of Processes and Threads
操作系统概述PPT课件精选全文
1.1 操作系统概念
1.1.1 操作系统地位 1.1.2 操作系统作用 1.1.3 操作系统定义
1
1.1.1 操作系统地位
硬件抽象层（HAL）之上 所有其它软件层之下
应用软件层
其它系统软件层 OS
硬件（HAL）
注意, 上图所示的层次关系具有穿透性：高层软件可调用 所有低于所在层次的软件,并可与硬件直接打交道。
—— API、GUI (Graphic User Interface) 4
1.1.3 操作系统定义
操作系统是位于硬件层(HAL)之上、所有 其它软件层之下的一个系统软件，是管 理系统中各种软硬件资源、方便用户使 用计算机系统的程序集合。
5
1.2 操作系统的历史
1.2.1 操作系统的产生
– 手工操作阶段 – 成批处理阶段 – 执行系统阶段
1.2.2 操作系统的完善
– 多道批处理系统 – 分时系统 – 实时处理系统 – 通用操作系统
1.2.3操作系统的发展
– 网络操作系统 – 分布式操作系统 – 多处理机操作系统 – 单用户操作系统 – 面向对象操作系统 – 嵌入式操作系统 – 智能卡操作系统
6
1.2.1 操作系统的产生
一、手工操作阶段 (20世纪40道批处理操作系统(batch processing system) 分时操作系统(time-sharing system) 实时操作系统(real-time system) 通用操作系统(multi-purpose system) 单用户操作系统(single user system) 网络操作系统(network operating system) 分布式操作系统(distributed operating system) 多处理机操作系统(multi-processor system) 嵌入式操作系统(embedded operating system) 智能卡操作系统(smart-card operating system)
1.1.1 操作系统地位 1.1.2 操作系统作用 1.1.3 操作系统定义
1
1.1.1 操作系统地位
硬件抽象层（HAL）之上 所有其它软件层之下
应用软件层
其它系统软件层 OS
硬件（HAL）
注意, 上图所示的层次关系具有穿透性：高层软件可调用 所有低于所在层次的软件,并可与硬件直接打交道。
—— API、GUI (Graphic User Interface) 4
1.1.3 操作系统定义
操作系统是位于硬件层(HAL)之上、所有 其它软件层之下的一个系统软件，是管 理系统中各种软硬件资源、方便用户使 用计算机系统的程序集合。
5
1.2 操作系统的历史
1.2.1 操作系统的产生
– 手工操作阶段 – 成批处理阶段 – 执行系统阶段
1.2.2 操作系统的完善
– 多道批处理系统 – 分时系统 – 实时处理系统 – 通用操作系统
1.2.3操作系统的发展
– 网络操作系统 – 分布式操作系统 – 多处理机操作系统 – 单用户操作系统 – 面向对象操作系统 – 嵌入式操作系统 – 智能卡操作系统
6
1.2.1 操作系统的产生
一、手工操作阶段 (20世纪40道批处理操作系统(batch processing system) 分时操作系统(time-sharing system) 实时操作系统(real-time system) 通用操作系统(multi-purpose system) 单用户操作系统(single user system) 网络操作系统(network operating system) 分布式操作系统(distributed operating system) 多处理机操作系统(multi-processor system) 嵌入式操作系统(embedded operating system) 智能卡操作系统(smart-card operating system)
《现代操作系统》课件
04
现代操作系统的实现技术
微内核与宏内核
微内核
微内核是一种将操作系统核心功能分散到多个独立模块中的设计思想。它只保留了最基本的核心功能，如内存管 理、进程调度等，其他功能则通过消息传递的方式由内核外的服务完成。这种设计提高了系统的可扩展性和安全 性。
宏内核
宏内核将所有操作系统功能都集成在一个内核中。与微内核相反，宏内核的设计思想是尽可能地将所有功能集中 在一个紧密耦合的系统中，以提高系统的效率和性能。然而，这也可能导致系统复杂性和安全性的增加。
异步操作
支持设备的异步操作，使 得设备能够与主机并发执 行，提高系统整体性能。
03
现代操作系统的特性
分布式与并行处理
分布式处理
现代操作系统能够将任务分解成多个子任务，并在不同的处理器上同时执行， 以提高整体处理速度和效率。
并行处理
操作系统能够利用多核处理器或多线程技术，将任务分配给多个处理器或线程 同时执行，以充分利用计算资源。
内存管理算法
分段内存管理
分段内存管理是一种将内存划分为多个逻辑段的管理方式。每个进程被分配一个或多个逻 辑段，每个段都有独立的地址空间。这种管理方式提高了内存的利用率和灵活性。
分页内存管理
分页内存管理是一种将物理内存划分为固定大小的页，并将它们映射到虚拟地址空间中的 管理方式。通过将不常用的内存页交换到磁盘上，可以释放物理内存空间供其他进程使用 。这种管理方式提高了内存的利用率和可扩展性。
03
提供强大的命令行界面 和可定制性，支持多种 桌面环境。
04
内置多种应用程序，如 文本编辑器、编译器、 浏览器等。
Mac OS操作系统
由苹果公司开发的操作系统，专为苹果硬件设备设计。
现代操作系统ppt课件
所谓“打开”是指系统将指名文件的属性从外存拷 贝到内存打开文件表的一个表目中，并将该表目的 编号（索引）返回给用户，以后便利用返回的索引 号向系统提出操作请求。
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。
.
9
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：
索引分配方式支持直接访问。不会产生 外部碎片。文件较大时该方式优于链接分配 方式。其主要问题是可能要花费较多的外存 空间。
.
25
索引分配（2）
二、多级索引分配：OS为一个大型文件分配磁盘空 间时，若所分配出去的盘块号已经装满一索引块 时，就再为该文件分配一个索引块，用于将以后 继续为该文件分配的盘块号记录于其中，依此类 推。再通过链接指针将各索引块按序链接起来。 显然当文件太大，其索引块太多时，这种方法是 低效的。此时，应为这些索引块再建立一级索引， 称为第一级索引，即系统再分配一索引块，作为 第一级索引的索引块，将第一块、第二块、…等 索引块的盘块号填入其中。这样便形成了两级索 引分配方式，必要时还可用三级、四级索引分配 方式。
最常用的一类是对文件属性进行操作的； 另一类是对有关目录的； 还有实现文件共享的系统调用； 用于对文件系统进行操作的系统调用。
.
10
6.2 文件逻辑结构
文件系统设计的关键要素，是将诸记录构成一个 文件的方法，以及将一个文件存储到外存的方法。 任何一个文件，都存在着两种形式的结构：
(1)文件的逻辑结构。是从用户观点出发所观察到的文件 组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，独立 于物理特性，又称为文件组织。
二、对顺序文件的读/写操作
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。
.
9
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：
索引分配方式支持直接访问。不会产生 外部碎片。文件较大时该方式优于链接分配 方式。其主要问题是可能要花费较多的外存 空间。
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25
索引分配（2）
二、多级索引分配：OS为一个大型文件分配磁盘空 间时，若所分配出去的盘块号已经装满一索引块 时，就再为该文件分配一个索引块，用于将以后 继续为该文件分配的盘块号记录于其中，依此类 推。再通过链接指针将各索引块按序链接起来。 显然当文件太大，其索引块太多时，这种方法是 低效的。此时，应为这些索引块再建立一级索引， 称为第一级索引，即系统再分配一索引块，作为 第一级索引的索引块，将第一块、第二块、…等 索引块的盘块号填入其中。这样便形成了两级索 引分配方式，必要时还可用三级、四级索引分配 方式。
最常用的一类是对文件属性进行操作的； 另一类是对有关目录的； 还有实现文件共享的系统调用； 用于对文件系统进行操作的系统调用。
.
10
6.2 文件逻辑结构
文件系统设计的关键要素，是将诸记录构成一个 文件的方法，以及将一个文件存储到外存的方法。 任何一个文件，都存在着两种形式的结构：
(1)文件的逻辑结构。是从用户观点出发所观察到的文件 组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，独立 于物理特性，又称为文件组织。
二、对顺序文件的读/写操作
现代操作系统实例课件
系统级上下文包括操作系统为管理该进程所用的信息， 可分为静态和动态两部分。它包括：
proc结构：该结构常驻内存，内容包括经常需要访问 的往息，如进程标识符、进程状态等。
user结构：该结构暂驻内存，进程处于执行状态时调 入内存。它包含了进程的一些私有信息，如，进程表项指 针、有效用户标识符等各种资源表格。 进程区表：从虚拟地址到物理地址的映射。
才有引导程序放在这里，其它一般文件系统都不使用引导
块；1号块为超级块（也称为专用块），它既是文件系统
的控制块，也是对空闲盘块和I结点等资源的管理表。从2
号块到第K号块为索引结点区，（K值由系统配置给定），
用来存放该文件卷中所有文件的索引结点；从第K+1块至
第N块为文件区，用来存放系统中所有的文件。
现代操作系统实例课件
核心栈：核心态执行时过程调用的栈结构。 若干寄存器级上下文。
现代操作系统实例课件
8
第8章 现代操作系统实例
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。
4．缺页
在UNIX系统中可能会出现两类缺页：有效缺页和保 护性缺页。当出现缺页时，缺页处理程序可能要从盘上读 一个页面到内存，并在I/O执行期间睡眠。
现代操作系统实例课件
15
第8章 现代操作系统实例
8.1.6 UNIX系统的文件管理
UNIX系统中的文件子系统，既具有很强的功能， 又具有灵活性。按文件的内部构造方式，UNIX系统 将文件分为三类，即：普通文件、目录文件和特别文 件（即设备文件）。UNIX系统的目录结构为有向非 循环图结构。
proc结构：该结构常驻内存，内容包括经常需要访问 的往息，如进程标识符、进程状态等。
user结构：该结构暂驻内存，进程处于执行状态时调 入内存。它包含了进程的一些私有信息，如，进程表项指 针、有效用户标识符等各种资源表格。 进程区表：从虚拟地址到物理地址的映射。
才有引导程序放在这里，其它一般文件系统都不使用引导
块；1号块为超级块（也称为专用块），它既是文件系统
的控制块，也是对空闲盘块和I结点等资源的管理表。从2
号块到第K号块为索引结点区，（K值由系统配置给定），
用来存放该文件卷中所有文件的索引结点；从第K+1块至
第N块为文件区，用来存放系统中所有的文件。
现代操作系统实例课件
核心栈：核心态执行时过程调用的栈结构。 若干寄存器级上下文。
现代操作系统实例课件
8
第8章 现代操作系统实例
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。
4．缺页
在UNIX系统中可能会出现两类缺页：有效缺页和保 护性缺页。当出现缺页时，缺页处理程序可能要从盘上读 一个页面到内存，并在I/O执行期间睡眠。
现代操作系统实例课件
15
第8章 现代操作系统实例
8.1.6 UNIX系统的文件管理
UNIX系统中的文件子系统，既具有很强的功能， 又具有灵活性。按文件的内部构造方式，UNIX系统 将文件分为三类，即：普通文件、目录文件和特别文 件（即设备文件）。UNIX系统的目录结构为有向非 循环图结构。
操作系统ppt课件完整版
2024/1/30
10
进程同步与通信
2024/1/30
进程同步
多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证它们之 间正确的协作关系。进程同步的主要任务是使并发执行的诸 进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行 具有可再现性。
进程通信
进程通信是指进程之间的信息交换。在分布式系统中，进程 通信是实现分布式计算和协同工作的基础。常见的进程通信 方式包括管道（pipe）、消息队列（message queue）、信 号（signal）等。
2024/1/30
9
进程调度算法
调度算法的分类
根据调度策略的不同，进程调度算法可分为先来先服务（FCFS）、短作业优先（ SJF）、优先级调度（Priority Scheduling）、时间片轮转（RR）等。
调度算法的选择
在选择调度算法时，需要考虑系统的整体性能、资源利用率、响应时间等因素。 不同的调度算法适用于不同的应用场景和需求。
将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页，而物理内存划分为同样大 小的页框。程序加载时，可将任意一页放入内存中任意一个页框，实现 离散分配。
页表
记录逻辑页与物理页框的对应关系。
2024/1/30
03
优缺点
提高了内存利用率，减少了碎片；但增加了系统开销，可能产生抖动现
象。
15
段式存储管理
基本思想
把程序按内容或过程（函数）关 系分成段，每段有自己的名字。 一个用户作业或进程所包含的段 对应于一个二维线性虚拟空间，
即一个段表。
段表
记录各段在内存中的起始地址和 段的长度。
优缺点
便于实现共享和保护；但容易产 生碎片，浪费内存空间。
MOS-Ch12-e3 《现代操作系统》Andreww S.Tanenbaum配套课件ppt
Communication in Symbian OS
Figure 12-4. Communication in Symbian OS has block oriented structure.
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
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Removable Media
Features common to removable media: 1. All devices must be inserted and
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Security in Symbian OS (1)
Steps when an application requires signing: 1. The software developer must obtain a
The Protocol Implementation Layer
• CSY Modules • TSY Modules • PRT Modules • MTMs
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现代操作系统课件
(2) 无交互能力。在作业提交后，用户不能与自 己的作业进行交互，不便于对作业的控制。
2020/6/30
15
2．分时系统
分时——就是多个用户对系统资源进行时间
上的分享。
微观上，每个用户作业轮
终端
终端
流运行一个时间片；宏观
计算
机接
口
上，多个用户同时工作，
终端
共享系统资源。
终端
分时系统作为多道程序系统的一
户不必了解硬件和其它软件的细节，就可以方便地 使用计算机。 (2) 充分利用资源。
操作系统应该最大限度地发挥计算机系统资源 的使用效率，合理地组织工作流程，使得计算机资 源能为多用户共享。
2020/6/30
4
定义：操作系统是为了方便用户和提高计算机 的利用率，对计算机资源进行组织和管理的 程序集合。
终端
终端
个典型代表，集中体现了多道程 序系统的一些技术特征，成为当
分时系统示意图
今的计算机操作系统主流
2020/6/30
16
3．实时系统
“实时”是指系统能够及时响应发生的外部事件(一般 为一些随机事件)，并以足够快的速度完成对事件的 处理。
为了保证程序可靠运行，系统应提供安全措施，比如 多级容错、硬件冗余等，避免因发生错误或丢失信 息而造成重大经济损失甚至导致灾难性的后果。
实时系统相对于其它操作系统来说，其优点是系统的 及时响应以及系统的可靠性。
两种类型：硬实时系统，软实时系统。
2020/6/30
17
• 1.2.4 新型操作系统 1．微机操作系统
MS-DOS、Windows、OS/2、UNIX、Linux
单用户单任务、单用户多任务、多用户多任务
2020/6/30
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2．分时系统
分时——就是多个用户对系统资源进行时间
上的分享。
微观上，每个用户作业轮
终端
终端
流运行一个时间片；宏观
计算
机接
口
上，多个用户同时工作，
终端
共享系统资源。
终端
分时系统作为多道程序系统的一
户不必了解硬件和其它软件的细节，就可以方便地 使用计算机。 (2) 充分利用资源。
操作系统应该最大限度地发挥计算机系统资源 的使用效率，合理地组织工作流程，使得计算机资 源能为多用户共享。
2020/6/30
4
定义：操作系统是为了方便用户和提高计算机 的利用率，对计算机资源进行组织和管理的 程序集合。
终端
终端
个典型代表，集中体现了多道程 序系统的一些技术特征，成为当
分时系统示意图
今的计算机操作系统主流
2020/6/30
16
3．实时系统
“实时”是指系统能够及时响应发生的外部事件(一般 为一些随机事件)，并以足够快的速度完成对事件的 处理。
为了保证程序可靠运行，系统应提供安全措施，比如 多级容错、硬件冗余等，避免因发生错误或丢失信 息而造成重大经济损失甚至导致灾难性的后果。
实时系统相对于其它操作系统来说，其优点是系统的 及时响应以及系统的可靠性。
两种类型：硬实时系统，软实时系统。
2020/6/30
17
• 1.2.4 新型操作系统 1．微机操作系统
MS-DOS、Windows、OS/2、UNIX、Linux
单用户单任务、单用户多任务、多用户多任务
操作系统原理ppt课件
单缓冲、双缓冲、循环缓冲、缓冲 池等。
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。
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。
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。
最新现代操作系统ppt课件
– 分布式死锁预防主要基于时间戳
三、分布式死锁处理技术
• 这两种方案相互补充。 • 等待—死亡方案(wait-die scheme)。该方案是基于非剥夺
方法。当进程Pi请求的资源正被进程Pj占有时，只有当Pi 的时间戳比进程Pj的时间戳小时，即Pi比Pj老时，Pi才能 等待。否则Pi被卷回(roll-back)，即死亡。
• 若打印机空闲，输出程序从请求打印队列的队首取出一张请求打 印表，根据表中的要求将要打印的数据，从输出井传送到内存缓 冲区，再由打印机进行打印。打印完后，输出进程再查看请求打 印队列中是否还有等待打印的请求表。若有，又取出队列中的第 一张表，并根据其中的要求进行打印，如此下去，直至请求打印 队列为空，输出进程才将自己阻塞起来。仅当下次再有打印请求 时，输出进程才被唤醒。
– 所谓安全状态即对于所有进程的资源请求，存在某种 调度次序能使得进程运行完毕。
• 资源轨迹图与银行家算法
3. 死锁避免
• 银行家算法
• 系统中的所有进程进入进程集合, • 在安全状态下系统收到进程的资源请求后,先把资源试探性
分配给它。 • 系统用剩下的可用资源和进程集合中其他进程还要的资源
数作比较，在进程集合中找到剩余资源能满足最大需求量 的进程,从而,保证这个进程运行完毕并归还全部资源。 • 把这个进程从集合中去掉, 系统的剩余资源更多了,反复执 行上述步骤。 • 最后,检查进程集合,若为空表明本次申请可行,系统处于安 全状态,可实施本次分配;否则,有进程执行不完，系统处于 不安全状态,本次资源分配暂不实施,让申请进程等待。
3. 死锁避免
死锁避免算法与死锁检测算法是类似的， 不同在于后者考虑了检查每个进程还需要 的所有资源能否满足要求；而前者则仅要 根据进程的当前申请资源量来判断系统是 否进入了不安全状态。
三、分布式死锁处理技术
• 这两种方案相互补充。 • 等待—死亡方案(wait-die scheme)。该方案是基于非剥夺
方法。当进程Pi请求的资源正被进程Pj占有时，只有当Pi 的时间戳比进程Pj的时间戳小时，即Pi比Pj老时，Pi才能 等待。否则Pi被卷回(roll-back)，即死亡。
• 若打印机空闲，输出程序从请求打印队列的队首取出一张请求打 印表，根据表中的要求将要打印的数据，从输出井传送到内存缓 冲区，再由打印机进行打印。打印完后，输出进程再查看请求打 印队列中是否还有等待打印的请求表。若有，又取出队列中的第 一张表，并根据其中的要求进行打印，如此下去，直至请求打印 队列为空，输出进程才将自己阻塞起来。仅当下次再有打印请求 时，输出进程才被唤醒。
– 所谓安全状态即对于所有进程的资源请求，存在某种 调度次序能使得进程运行完毕。
• 资源轨迹图与银行家算法
3. 死锁避免
• 银行家算法
• 系统中的所有进程进入进程集合, • 在安全状态下系统收到进程的资源请求后,先把资源试探性
分配给它。 • 系统用剩下的可用资源和进程集合中其他进程还要的资源
数作比较，在进程集合中找到剩余资源能满足最大需求量 的进程,从而,保证这个进程运行完毕并归还全部资源。 • 把这个进程从集合中去掉, 系统的剩余资源更多了,反复执 行上述步骤。 • 最后,检查进程集合,若为空表明本次申请可行,系统处于安 全状态,可实施本次分配;否则,有进程执行不完，系统处于 不安全状态,本次资源分配暂不实施,让申请进程等待。
3. 死锁避免
死锁避免算法与死锁检测算法是类似的， 不同在于后者考虑了检查每个进程还需要 的所有资源能否满足要求；而前者则仅要 根据进程的当前申请资源量来判断系统是 否进入了不安全状态。
ppt操作系统ppt
对象在变（各行各业） 应用在变
核心与外围，多元、海量、高速、高性能 可配置，可拆卸，可剪裁，可替换
软件结构
重用，安装、配置 OS工具箱，服务组件，虚拟
硬件结构
单CPU，单核，多CPU，多核， 硬件OS，硬件线程
OS结构、功能、性能、组件、算法、机制、接口、界面、安 全等都在变化！
网络系统与数据通信分析员：（设计,测试与评估企业的信息系统）(23.1万人) 数据库管理员：（组织与管理数据）(10.4万人) 计算机科学家：（理论研究，创造新技术、新工具）(2.2万人) 其它(14.9万人) 计算机软件工程师(++)： (80.0万人) 应用软件工程师：（分析用户需求；设计，构建与维护应用软件）(46.0万人) 系统软件工程师：（协调企业计算机系统的构建与维护，规划未来发展）(34.0万人) 计算机支持专业人员与系统管理员(79.6万人)
PCB、TCB、Driver、Vector OS在Disk中的映像
文件系统、文件、目录结构 局部访问 配置与拆卸
2024/1/7
14
二、操作系统知识结构（7）
4）操作系统的接口
现代OS面临的接口问题 用户二次开发关心的问题 现代I/O处理的不同方式 设备的虚拟性和实在性问题 Driver的地位和调用结构
操作系统体系结构 现状与进展
2012-02
2024/1/7
1
计算技术和设备的发展
主机 小型机
工作站
50 60
70
计算和存储
PC 笔记本
PDA 传感器网络节点
产品交互性
80 年代
RFID
90 00 10
物理世界的 信息流
HTML
SOAP/WSDL/UDDI Internet
MOS-Ch08-e3 《现代操作系统》Andreww S.Tanenbaum配套课件ppt
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Master-Slave Multiprocessors
Figure 8-8. A master-slave multiprocessor model.
Characteristics of NUMA machines: 1. There is a single address space visible to all
CPUs. 2. Access to remote memory is via LOAD and
STORE instructions. 3. Access to remote memory is slower than
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Multiprocessor Synchronization (1)
Figure 8-10. The TSL instruction can fail if the bus cannot be locked. These four steps show a sequence of events where the failure is demonstrated.
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Master-Slave Multiprocessors
Figure 8-8. A master-slave multiprocessor model.
Characteristics of NUMA machines: 1. There is a single address space visible to all
CPUs. 2. Access to remote memory is via LOAD and
STORE instructions. 3. Access to remote memory is slower than
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Multiprocessor Synchronization (1)
Figure 8-10. The TSL instruction can fail if the bus cannot be locked. These four steps show a sequence of events where the failure is demonstrated.
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2.作业差异
3.CPU与外部设备的充分利用
现代操作系统
10
• 11.2..23.3解解决办决法办法 11..减减少少人人工工干干预预
批 批处 处理 理技 技术术 作 作业 业执 执行 行序序列列、、监监督督或或管管理理程程序 序、 、自 自动动转转换换 联 联机 机批 批处 处理理方方式式
计接 算口
IBM705 CDC6600 NOVA12 IBM PC
现代操作系统
00
9
• 1.2 操作系统的发展
一方面操作随着充分发挥计算机硬件性能的要求不断发展,另 一方面它也促进了计算机硬件种类的扩充,使计算机体系结构不 断改进,功能越来越强大.
• 1.2.1 问题的提出 1.速度问题 人工操作速度和处理机计算速度严重不匹配
计算机操作系统
吴桂军 wugj@
参考书目:汤子瀛等著.计算机操作系统 西安电子科技大学出版社
现代操作系统
第一章 引论
本章要点 • 操作系统的定义 • 操作系统的发展过程及基本操作系统类型和新型
操作系统 • 操作系统的功能和特征
现代操作系统
2
• 1.1 操作系统的基本概念
• 1.1.1 操作系统的定义
户不必了解硬件和其它软件的细节，就可以方便地 使用计算机。 (2) 充分利用资源。
操作系统应该最大限度地发挥计算机系统资源 的使用效率，合理地组织工作流程，使得计算机资 源能为多用户共享。
现代操作系统
4
定义：操作系统是为了方便用户和提高计算机的利用 率，对计算机资源进行组织和管理的程序集合。
用户 ——广义的概念，包括一般用户和软件开发人 员等；
用户1 用户2 用户3
…
用户n
Word Photoshop IE
…
应用软件与部分系统软件
操作系统 (O perating System)
硬件(物理设备)
D elphi
计算机系统的组成
现代操作系统
3
引入操作系统主要可完成以下两个方面的工作：
(1) 方便用户使用。 操作系统应该提供给用户一个良好的界面，用
机
卡片机
2.改善速度匹配
脱 2.改机批善处速理度技匹术配 脱机批处理技术
计
输入/出设备
卫
算
星
机
机
现代操作系统
11
3.实现多道程序系统 系统结构：以中央处理器为中心→主存为中心 中断技术和通道技术 通过软件技术使CPU和I/O设备并行工作——多道程序系统
多道程序系统——是指允许多个相互独立的程序同时存 在于内存中，而且处于同时运行的过程中。各道程序轮 流占用CPU，交替执行。
资源——包括处理器、存储器、输入/输出设备等硬 件资源和程序与数据等软件资源。
现代操作系统
5
• 1.1.2 操作系统在计算机系统中的作用
1.对外职能——用户与计算机之间的接口 必须为用户提供良好的界面，使用户能够感觉
计算机是可用而且易用的。
2.对内职能——组织和管理计算机资源，充分发挥资 源的效能，提高利用率
问题：如何共享资源、如何互斥和同步、如何提 高内存使用率、如何证程序安全
现代操作系统
12
CPU执行: 程序A
I/O请求
程序B
程序C 调度程序
I/O操作: I/O结束 A再调度 A完成
I/O请求
I/O结束 B再调度 B完成
I/O请求
T
图1-3 CPU与I/O并行图
现代操作系统
13
• 1.2.3 基本操作系统类型 1.批处理系统 用户不能直接干预作业的运行过程
现代操作系统
14
批处理系统，特别是多道批处理系统的主要优点是资源 利用率高和系统吞吐量大。
批处理系统的缺点主要体现在以下两个方面： (1) 平均周转时间长。作业的周转时间是指从作业进入 系统开始，直到作业完成并退出系统为止所经历的时 间。在批处理系统中，由于作业需要排队来依次进行 处理，因而作业的周转时间较长。 (2) 无交互能力。在作业提交后，用户不能与自己的作 业进行交互，不便于对作业的控制。
进程——分析计算机操作系统在处理过程中的基本对象，是系
统中的活动实体。
现代操作系统
7
请求分配资源队列
请求释放资源队列
按原则进入
Y
请求分配 ?
N
该资源可用 ?
N 插队 N
Y
资源够用 ? Y
分配
释放? Y
回收
N 出错处理
修改资源分配 状态表
图1-2 资源现分代操配作系统与释放过程
8
年代
电子 器件
第一代 19461957
作业提交之前用作业控制语言编制成作业说明书或作 业控制卡,与程序和数据一起提交给系统
引入多道程序后,批处理系统有以下特征:
(1) 多道性
(2) 无序性
(3) 调度性：作业从提交到运行完成需要经过两次调度，即作
业调度和进程调度。作业调度是指按照一定作业调度算法，从 后备作业队列中选择一个或几个作业调入内存。进程调度是指 按照一定进程调度算法，从在内存的进程中选择一个进程，将 处理机分配给它，使之执行。
作系统
应用 领域
运算 速度
科学计算
5000至 3万次/秒
科学计算 数据处理 过程控制
几十万至 百万次/秒
科学计算 系统设计等 科技工程领
域
百万至 几百万次/
秒
各行各业
几百万至 千亿次/秒
典型 ENIAC UNIVACⅡ IBM360 ILLIAC-Ⅳ
机种 EDVAC IBM7094 PDP 11 VAX 11
现代操作系统
6
• 1.1.3 研究操作系统的几种观点 1.用户观点
2.资源管理的观点
计算机资源按性质分四类:CPU、内存、处部设备、信息文件
对于操作系统来说，资源管理要做如下工作： (1) 对资源使用情况进行登记，这是资源管理的依据。 (2) 决定分配策略。 (3) 提供分配与回收算法。
3.进程观点
现代操作系统
15
2．分时系统
分时——就是多个用户对系统资源进行时间上的分 享。
终端
终端
计算
终端
机接
口
终端
终端
终端
分时系统示意图
微观上，每个用户作业轮 流运行一个时间片；宏观 上，多个用户同时工作， 共享系统资源。
分时系统作为多道程序系统的一 个典型代表，集中体现了多道程 序系统的一些技术特征，成为当 今的计算机操作系统主流
电子管
第二代 9581964
晶体管
第三代 19651970
集成电路
第四代 1971-现在
大规模集成 电路
存储 器
处理 方式
延迟线、 磁芯、磁鼓 磁带、纸带
机器语言 汇编语言
磁芯、磁鼓 磁带、磁盘
监控程序 高级语言
半导体存储 器
磁芯、磁鼓 磁带、磁盘
实时处理 操作系统
半导体存储 器
磁带、磁盘 光盘
实时/分时 处理网络操
3.CPU与外部设备的充分利用
现代操作系统
10
• 11.2..23.3解解决办决法办法 11..减减少少人人工工干干预预
批 批处 处理 理技 技术术 作 作业 业执 执行 行序序列列、、监监督督或或管管理理程程序 序、 、自 自动动转转换换 联 联机 机批 批处 处理理方方式式
计接 算口
IBM705 CDC6600 NOVA12 IBM PC
现代操作系统
00
9
• 1.2 操作系统的发展
一方面操作随着充分发挥计算机硬件性能的要求不断发展,另 一方面它也促进了计算机硬件种类的扩充,使计算机体系结构不 断改进,功能越来越强大.
• 1.2.1 问题的提出 1.速度问题 人工操作速度和处理机计算速度严重不匹配
计算机操作系统
吴桂军 wugj@
参考书目:汤子瀛等著.计算机操作系统 西安电子科技大学出版社
现代操作系统
第一章 引论
本章要点 • 操作系统的定义 • 操作系统的发展过程及基本操作系统类型和新型
操作系统 • 操作系统的功能和特征
现代操作系统
2
• 1.1 操作系统的基本概念
• 1.1.1 操作系统的定义
户不必了解硬件和其它软件的细节，就可以方便地 使用计算机。 (2) 充分利用资源。
操作系统应该最大限度地发挥计算机系统资源 的使用效率，合理地组织工作流程，使得计算机资 源能为多用户共享。
现代操作系统
4
定义：操作系统是为了方便用户和提高计算机的利用 率，对计算机资源进行组织和管理的程序集合。
用户 ——广义的概念，包括一般用户和软件开发人 员等；
用户1 用户2 用户3
…
用户n
Word Photoshop IE
…
应用软件与部分系统软件
操作系统 (O perating System)
硬件(物理设备)
D elphi
计算机系统的组成
现代操作系统
3
引入操作系统主要可完成以下两个方面的工作：
(1) 方便用户使用。 操作系统应该提供给用户一个良好的界面，用
机
卡片机
2.改善速度匹配
脱 2.改机批善处速理度技匹术配 脱机批处理技术
计
输入/出设备
卫
算
星
机
机
现代操作系统
11
3.实现多道程序系统 系统结构：以中央处理器为中心→主存为中心 中断技术和通道技术 通过软件技术使CPU和I/O设备并行工作——多道程序系统
多道程序系统——是指允许多个相互独立的程序同时存 在于内存中，而且处于同时运行的过程中。各道程序轮 流占用CPU，交替执行。
资源——包括处理器、存储器、输入/输出设备等硬 件资源和程序与数据等软件资源。
现代操作系统
5
• 1.1.2 操作系统在计算机系统中的作用
1.对外职能——用户与计算机之间的接口 必须为用户提供良好的界面，使用户能够感觉
计算机是可用而且易用的。
2.对内职能——组织和管理计算机资源，充分发挥资 源的效能，提高利用率
问题：如何共享资源、如何互斥和同步、如何提 高内存使用率、如何证程序安全
现代操作系统
12
CPU执行: 程序A
I/O请求
程序B
程序C 调度程序
I/O操作: I/O结束 A再调度 A完成
I/O请求
I/O结束 B再调度 B完成
I/O请求
T
图1-3 CPU与I/O并行图
现代操作系统
13
• 1.2.3 基本操作系统类型 1.批处理系统 用户不能直接干预作业的运行过程
现代操作系统
14
批处理系统，特别是多道批处理系统的主要优点是资源 利用率高和系统吞吐量大。
批处理系统的缺点主要体现在以下两个方面： (1) 平均周转时间长。作业的周转时间是指从作业进入 系统开始，直到作业完成并退出系统为止所经历的时 间。在批处理系统中，由于作业需要排队来依次进行 处理，因而作业的周转时间较长。 (2) 无交互能力。在作业提交后，用户不能与自己的作 业进行交互，不便于对作业的控制。
进程——分析计算机操作系统在处理过程中的基本对象，是系
统中的活动实体。
现代操作系统
7
请求分配资源队列
请求释放资源队列
按原则进入
Y
请求分配 ?
N
该资源可用 ?
N 插队 N
Y
资源够用 ? Y
分配
释放? Y
回收
N 出错处理
修改资源分配 状态表
图1-2 资源现分代操配作系统与释放过程
8
年代
电子 器件
第一代 19461957
作业提交之前用作业控制语言编制成作业说明书或作 业控制卡,与程序和数据一起提交给系统
引入多道程序后,批处理系统有以下特征:
(1) 多道性
(2) 无序性
(3) 调度性：作业从提交到运行完成需要经过两次调度，即作
业调度和进程调度。作业调度是指按照一定作业调度算法，从 后备作业队列中选择一个或几个作业调入内存。进程调度是指 按照一定进程调度算法，从在内存的进程中选择一个进程，将 处理机分配给它，使之执行。
作系统
应用 领域
运算 速度
科学计算
5000至 3万次/秒
科学计算 数据处理 过程控制
几十万至 百万次/秒
科学计算 系统设计等 科技工程领
域
百万至 几百万次/
秒
各行各业
几百万至 千亿次/秒
典型 ENIAC UNIVACⅡ IBM360 ILLIAC-Ⅳ
机种 EDVAC IBM7094 PDP 11 VAX 11
现代操作系统
6
• 1.1.3 研究操作系统的几种观点 1.用户观点
2.资源管理的观点
计算机资源按性质分四类:CPU、内存、处部设备、信息文件
对于操作系统来说，资源管理要做如下工作： (1) 对资源使用情况进行登记，这是资源管理的依据。 (2) 决定分配策略。 (3) 提供分配与回收算法。
3.进程观点
现代操作系统
15
2．分时系统
分时——就是多个用户对系统资源进行时间上的分 享。
终端
终端
计算
终端
机接
口
终端
终端
终端
分时系统示意图
微观上，每个用户作业轮 流运行一个时间片；宏观 上，多个用户同时工作， 共享系统资源。
分时系统作为多道程序系统的一 个典型代表，集中体现了多道程 序系统的一些技术特征，成为当 今的计算机操作系统主流
电子管
第二代 9581964
晶体管
第三代 19651970
集成电路
第四代 1971-现在
大规模集成 电路
存储 器
处理 方式
延迟线、 磁芯、磁鼓 磁带、纸带
机器语言 汇编语言
磁芯、磁鼓 磁带、磁盘
监控程序 高级语言
半导体存储 器
磁芯、磁鼓 磁带、磁盘
实时处理 操作系统
半导体存储 器
磁带、磁盘 光盘
实时/分时 处理网络操