操作系统原理-蒲晓蓉ppt
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蒲晓蓉_操作系统原理第2_1章_进程管理
• 所有进程的PCB通过链表组织成为一个单 一队列。适用于进程数目不多的系统。 如，Windows操作系统。
PCB1 Running PCB2 Ready PCBn Blocked
Λ
PCB1
PCB2
PCBn
图2.3 单一队列PCB
PCB的组织方式之二
--表格结构
• PCB按进程状态不同，组织成不同的表 格：就绪进程表、执行进程表（多机系 统中）及阻塞进程表 • 系统分别记载各PCB表的起始地址
⑦ 阻塞状态
就绪状态
当阻塞进程等待的事件发生，
就转换为就绪状态。进入就绪队列排队，等待被调度执行。
注：
• 某些系统允许父进程在任何情况下终止其子进 程。 • 意思是任何状态转换成终止状态（不仅仅只能 是从执行状态转换成终止状态） • 如果一个父进程被终止，其子孙进程都必须终 止。 - 新状态 终止 - 就绪状态 终止 - 阻塞状态 终止
具有挂起状态的进程状态转换（续）
• 阻塞/挂起 阻塞：当阻塞/挂起队列中有一个 进程的阻塞事件可能会很快发生，则可将一个 阻塞/挂起进程换入内存，变为阻塞 • 执行 就绪/挂起：当执行进程的时间片用完 时，会转换为就绪。 或，一个高优先级的 阻塞/挂起进程正好变为非阻塞状态，OS可以 将执行进程转换为就绪/挂起状态 • 所有状态 终止：通常，执行 终止。但某些 OS中，父进程可以终止其子进程，使任何状态 的进程都可转换为退出状态
队列 进入 处
注：
• 并非所有进程只要“未执行”就处于就 绪（ready），有的需要阻塞（ blocked ） 等待I/O完成 • “未执行”又可分为 就绪和阻塞 • 进程由于时间片到未执行处于就绪状态， 由于等待I/O是处于阻塞状态
PCB1 Running PCB2 Ready PCBn Blocked
Λ
PCB1
PCB2
PCBn
图2.3 单一队列PCB
PCB的组织方式之二
--表格结构
• PCB按进程状态不同，组织成不同的表 格：就绪进程表、执行进程表（多机系 统中）及阻塞进程表 • 系统分别记载各PCB表的起始地址
⑦ 阻塞状态
就绪状态
当阻塞进程等待的事件发生，
就转换为就绪状态。进入就绪队列排队，等待被调度执行。
注：
• 某些系统允许父进程在任何情况下终止其子进 程。 • 意思是任何状态转换成终止状态（不仅仅只能 是从执行状态转换成终止状态） • 如果一个父进程被终止，其子孙进程都必须终 止。 - 新状态 终止 - 就绪状态 终止 - 阻塞状态 终止
具有挂起状态的进程状态转换（续）
• 阻塞/挂起 阻塞：当阻塞/挂起队列中有一个 进程的阻塞事件可能会很快发生，则可将一个 阻塞/挂起进程换入内存，变为阻塞 • 执行 就绪/挂起：当执行进程的时间片用完 时，会转换为就绪。 或，一个高优先级的 阻塞/挂起进程正好变为非阻塞状态，OS可以 将执行进程转换为就绪/挂起状态 • 所有状态 终止：通常，执行 终止。但某些 OS中，父进程可以终止其子进程，使任何状态 的进程都可转换为退出状态
队列 进入 处
注：
• 并非所有进程只要“未执行”就处于就 绪（ready），有的需要阻塞（ blocked ） 等待I/O完成 • “未执行”又可分为 就绪和阻塞 • 进程由于时间片到未执行处于就绪状态， 由于等待I/O是处于阻塞状态
蒲晓蓉操作系统原理课件
用户进程
设备硬件无关层
设备硬件相关层
设备硬件
支持中断的设备管理模型
用户进程 I/O请求 IOCS 资源等待队列 I/O等待队列 设备中断 内核中断 管理模块
设备驱动程序 启动过程|继续过程
设备硬件
4.2
计算机I/O子系统的组成
总线型I/O系统的结构
处理机 系统总线 内存
I/O设备
I/O设备
I/O设备
本章要点
• • • • • • • • 设备管理的主要功能、模型 I/O子系统的组成、结构 设备的控制、I/O控制 设备的类型 设备分配 I/O缓冲技术 虚拟设备与SPOOLing系统 磁盘设备的管理
4.1
设备管理概述
设备管理的主要功能
设备分配 设备映射 设备驱动 I/O缓冲区的管理
设备分配
• 多道程序系统中的设备不允许用户直接 使用，而是由操作系统统一调度和控制。 • 设备分配功能是设备管理的基本任务。 • 设备分配程序 按照一定的策略，为申请 设备的用户进程分配设备，记录设备的 使用情况
I/O设备
I/O设备
通道型I/O系统的结构
处理机 系统总线 内存
I/O通道
I/O通道
I/O通道
I/O设备
I/O设备
I/O设备
I/O设备
I/O设备
I/O设备
具有控制器的I/O系统结构
• 传统的设备 = 机械部分 + 电子部分 • 电子部分在系统的控制下驱动机械部分运转， 完成I/O操作。 • 由于设备中电子部分比机械部分的速度快得多。 为了降低硬件成本，将电子部分从设备中分离 出来作为一个独立的部件，这就是控制器。 • 分离之后的设备仅由机械部分构成，一个控制 器可与多个设备相连，交替地或分时地控制与 其相连的设备。例如，磁盘控制器可以控制多 个磁盘驱动器。
设备硬件无关层
设备硬件相关层
设备硬件
支持中断的设备管理模型
用户进程 I/O请求 IOCS 资源等待队列 I/O等待队列 设备中断 内核中断 管理模块
设备驱动程序 启动过程|继续过程
设备硬件
4.2
计算机I/O子系统的组成
总线型I/O系统的结构
处理机 系统总线 内存
I/O设备
I/O设备
I/O设备
本章要点
• • • • • • • • 设备管理的主要功能、模型 I/O子系统的组成、结构 设备的控制、I/O控制 设备的类型 设备分配 I/O缓冲技术 虚拟设备与SPOOLing系统 磁盘设备的管理
4.1
设备管理概述
设备管理的主要功能
设备分配 设备映射 设备驱动 I/O缓冲区的管理
设备分配
• 多道程序系统中的设备不允许用户直接 使用，而是由操作系统统一调度和控制。 • 设备分配功能是设备管理的基本任务。 • 设备分配程序 按照一定的策略，为申请 设备的用户进程分配设备，记录设备的 使用情况
I/O设备
I/O设备
通道型I/O系统的结构
处理机 系统总线 内存
I/O通道
I/O通道
I/O通道
I/O设备
I/O设备
I/O设备
I/O设备
I/O设备
I/O设备
具有控制器的I/O系统结构
• 传统的设备 = 机械部分 + 电子部分 • 电子部分在系统的控制下驱动机械部分运转， 完成I/O操作。 • 由于设备中电子部分比机械部分的速度快得多。 为了降低硬件成本，将电子部分从设备中分离 出来作为一个独立的部件，这就是控制器。 • 分离之后的设备仅由机械部分构成，一个控制 器可与多个设备相连，交替地或分时地控制与 其相连的设备。例如，磁盘控制器可以控制多 个磁盘驱动器。
蒲晓蓉_操作系统原理第_章_存储管理
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
存储共享
? 为了进程通信和节约内存空间，两个或多个进 程共用内存中相同的分区，即他们的物理空间 有相交的部分。
? 可以共享进程的代码，也可以共享进程数据。
? 一般地，进程之间共享代码的目的主要是为了 节约存储空间，共享数据的目的主要是为了实 现进程间相互通信。
PCB1
PCB2
PCB3
数据
代码 代码
? 操作越权：进程对共享存储区的操作违反了系 统规定的权限。
存储保护的实现
? 存储保护只能进程执行过程中动态地进行，不 可能在运行前一次性静态完成。
? 若采用动态映射动态计算物理地址，可能计算 出错误地址；若采用静态映射，进程执行过程 中也可能出错，从而导致地址越界或操作越权。
? 为了提高系统效率，存储保护的主要工作必须 由高速的专用硬件来完成：在地址管理部件中。
共享代码
? 可以将进程的代码视为处理数据的一组规则或 公式，这一组规则或公式存储在内存中的某个 分区。
? 进程的执行：利用这一组规则或公式来完成数 据的运算。
? 多个进程共享代码：多个进程需要使用同一组 规则或公式处理不同的数据。
? PCB ：告诉进程其所需的规则或公式以及需要 处理的数据存储在哪里，进程的进度等
用于内存管理的数据结构
? 如位示图、空闲页框表等。 ? 记载哪些内存被分配给了哪个进程，哪些内存
电子科大 蒲晓蓉 操作系统第二章
第二章进程管理本章要点基础：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2.1进程的引入程序顺序执行程序：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程序顺序执行的特征：顺序性、封闭性、可再现性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。
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内存如何有效分配？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，或者一段程序进程的特征动态性并发性独立性异步性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，系统将撤销PCBPCB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、指令寄存器值、程序状态字值、用户栈指针值进程调度信息：进程状态、进程优先权、进程调度的其他信息其他信息：程序及数据地址、进程同步和通讯机制、资源清单、链接指针PCB的组织方式单队列所有进程的PCB通过链表组织成为一个单一队列。
适用于进程数目不多的系统。
计算机操作系统蒲晓蓉剖析共80页文档
是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
操作系统原理课件ppt
总结词
进程是程序的一次执行，具有动态性、 独立性和制约性。
VS
详细描述
进程是程序在计算机上的一次执行过程， 它具有动态性，即进程的状态可以在运行 过程中改变；同时，进程具有独立性，即 每个进程都有独立的内存空间和系统资源 ；此外，进程之间存在制约性，即进程的 执行需要遵循一定的顺序和规则。
进程的创建和终止
总结词
进程调度是操作系统根据一定的算法选择下 一个要执行的进程，进程切换是保存和恢复 进程的状态。
详细描述
进程调度是操作系统的一项重要任务，它根 据一定的算法（如先来先服务、最短作业优 先等）选择下一个要执行的进程。当一个进 程正在运行时，如果发生中断或需要切换到 另一个进程，操作系统会保存当前进程的状 态（上下文），恢复下一个要执行的进程的 状态，完成进程切换。
内存管理策略
根据不同的需求和应用场 景，选择合适的内存管理 策略，如页面置换算法等 。
04
文件系统
文件系统的概念和功能
文件系统的概念
文件系统是操作系统中用于管理文件 存储空间和文件访问控制的一种机制 。它提供了一种组织和管理文件的方 式，使得用户可以方便地创建、删除 、修改和查找文件。
文件系统的功能
05
设备管理
设备管理的概念和功能
设备管理概念
设备管理是操作系统中负责管理外部设备（如硬盘、 显示器、键盘等）的子系统。它负责设备的初始化、 分配、使用和释放等任务，确保设备能够高效、安全 地为应用程序提供服务。
设备管理功能
设备管理的主要功能包括设备的分配、设备的启动和 关闭、设备的输入和输出控制、设备的同步和异步操 作以及设备的缓冲管理等。
文件系统主要提供了文件的存储、检 索和管理功能。它还负责文件的权限 控制和安全保护，以确保文件的完整 性和机密性。
操作系统原理第3_1~2章_存储管理 蒲晓蓉
固定分区
• 管理简单，只需要建立一张分区使用表，登记 分区的使用情况。（等长分区只需要标明分区 状态是已分配，还是空闲）
分区号(可省略) 1 2 3 4 5 大小 20 50 50 100 200 起始地址 40 60 110 160 260 状态 未分配 已分配 未分配 已分配 已分配
固定分区：分配
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
静态划分
• 分页：特殊的静态分区，需要事先将内 存空间划分为若干个大小相同的分区， 称为页框，或帧（frame）。
• 当进程申请存储空间时，系统可以为之 分配多个空闲页框。
固定分区：等长
操作系统 8MB
8MB 8MB 8MB
8MB
8MB (a)等长分区 图3.4 固定分区划分
固定分区：等长
• 所有分区的长度相同。 • 优点：分配简单，只要进程大小不超过分区大 小，就可以装到任何一个分区中运行。 • 浪费存储空间。若进程申请的存储空间很小， 却需要占用整个分区，分区内存在不可用的浪 费空间，称为内零头 （internal fragmentation）。 • 无法运行超过分区大小的程序。 • 无法精确确定分区的大小。
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。
蒲晓蓉操作系统原理第1章存储管理.ppt
第三章
存储管理
外存
OS 内存
本章要点
• 存储管理的任务 • 内存划分与分配技术 • 程序装入技术 • 简单存储管理技术 • 虚拟存储管理技术
3.1 存储管理的任务
存储分配
• 基本任务：管理内存空间的分配与回收 (1)分配基本内存空间 (2)增加新的内存空间
— 动态申请或释放内存空间 (3)回收内存空间
CPU 程序指令 逻辑地址
地址管理部件
物理地址 地址总线
图3.2 CPU中的地址管理部件工作示意图
存储保护
• 防止地址越界，防止操作越权。
• 地址越界：进程访问不属于自己的地址空间， 或者说进程在运行时所产生的物理地址超越其 自身的地址空间范围。 — 可能侵犯其他用户进程空间，也可能侵犯操 作系统的存储空间
地址映射
• 逻辑地址，或相对地址：一般从0开始编址
• 物理地址，或绝对地址：标识内存中的每个存储单元。
进程控制信息 程序入口点
进程控制块
地址值增加
程序
分支指令
访问数据
当前栈顶
数据 栈
进程映像 图3.1 进程执行时的寻址
？逻辑地址
• 高级语言或汇编语言使用符号地址：变 量名或标号
• 源程序经过编译、链接以后，其中的符 号地址就会变成数字式的逻辑地址。
• 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。
存储管理
外存
OS 内存
本章要点
• 存储管理的任务 • 内存划分与分配技术 • 程序装入技术 • 简单存储管理技术 • 虚拟存储管理技术
3.1 存储管理的任务
存储分配
• 基本任务：管理内存空间的分配与回收 (1)分配基本内存空间 (2)增加新的内存空间
— 动态申请或释放内存空间 (3)回收内存空间
CPU 程序指令 逻辑地址
地址管理部件
物理地址 地址总线
图3.2 CPU中的地址管理部件工作示意图
存储保护
• 防止地址越界，防止操作越权。
• 地址越界：进程访问不属于自己的地址空间， 或者说进程在运行时所产生的物理地址超越其 自身的地址空间范围。 — 可能侵犯其他用户进程空间，也可能侵犯操 作系统的存储空间
地址映射
• 逻辑地址，或相对地址：一般从0开始编址
• 物理地址，或绝对地址：标识内存中的每个存储单元。
进程控制信息 程序入口点
进程控制块
地址值增加
程序
分支指令
访问数据
当前栈顶
数据 栈
进程映像 图3.1 进程执行时的寻址
？逻辑地址
• 高级语言或汇编语言使用符号地址：变 量名或标号
• 源程序经过编译、链接以后，其中的符 号地址就会变成数字式的逻辑地址。
• 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。