计算机科学概论 第4章 操作系统.ppt

1、第4章 操作系统,计算机科学概论,了解操作系统的基本概念，说明操作系统的功能作用； 能够描述操作系统的组成要素，了解操作系统的分类； 理解进程的概念，理解死锁的概念、产生条件； 理解存储管理的内涵，理解虚拟存储的概念； 理解文件系统的作用，理解虚拟文件系统； 理解设备管理概念和缓冲技术； 了解典型的操作系统,教 学 目 的,1,操作系统概述,2,操作系统的运行,3,典型操作系统,教 学 内 容,学 习 重 点,操作系统的作用 操作系统的发展 操作系统的特征与功能 多道程序设计的概念 操作系统的模型,第一节 操作系统概述,主要内容： 操作系统的概念 操作系统的功能作用 操作系统的组成 操作系统的

2、发展与分类,1 操作系统概述,1 操作系统概述,前面章节我们了解到，计算机的核心思想是程序存储，程序存储式计算机模型的基本方案是，如要使计算机能够自动地计算，必须有一个存储器用来存储程序和数据；同时要有一个运算器，用以执行指定的操作；有一个控制器，以便实现自动操作；另外，辅以输入/输出部件，以便输入原始数据和输出计算结果。于是形成了现代计算机的基本组成形式。 一台完全无软件的计算机系统称为裸机，即便其性能再强，相对于用户来讲，如果要面对计算机的指令集、存储组织、I/O总线结构的编程则是十分困难的。对于一般程序员也并不想涉足硬件编程的种种具体细节，而希望针对数据结构抽象地使用硬件。如果我们在裸机

3、上覆盖一层I/O设备管理软件，用户便可以利用这层I/O设备管理软件提供给用户的接口来进行数据的输入和输出，那么用户此时看到的计算机是一台功能强大、使用方便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没有变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称软件虚拟机。,操作系统的基本概念 操作系统（Operating System，简称OS）是管理计算机系统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，合理组织计算机工作流程和为用户使用计算机提供良好运行环境的一类系统软件。操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制协调多个任务的活动，实现信息的存取保护，并提供用户接口，使

4、用户获得良好的工作环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化,1 操作系统概述,操作系统的基本概念 从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用户提供基本的方便的接口，这是一种自顶向下的观点或是自内向外的观点。 从用户向机器的观点或自底向上的观点来看，操作系统则用来管理一个复杂计算机系统的各个部分。现代计算机包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来看，操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备的分配。,1 操作系统概述,操作系统的功能作用 1存储器管理的功能 2处理器管理的功能 3设备管理的功能 4

5、文件管理的功能 5. 用户接口 6. 网络与通信管理,1 操作系统概述,1.存储器管理功能 存储器管理主要涉及：内存分配内存分配的主要任务是为每道程序分配内存空间，但要以存储器利用率最高、减少不可用的内存空间为准则，同时允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要。内存保护 内存保护的主要任务是确保每道用户程序在自己的内存空间中运行，互不干扰，也就是说绝不允许用户程序访问操作系统和其他用户的程序和数据。 地址映射一个应用程序经编译后，通常会形成若干个目标程序，这些目标程序再经过链接而形成可执行程序。 内存扩充由于物理内存的容量有限，难以满足用户的需要，存储器管理的任务就

6、是在不增加物理内存的条件下，借助于虚拟内存技术从逻辑上去扩充内存容量，使用户所感觉到的内存容量比实际内存容量大得多。,1 操作系统概述,2. 处理器管理功能处理器管理的主要任务是对处理机进行分配，并对其运行进行有效的控制和管理。在多道程序环境下，处理机的分配和运行都是以进程为单位，所以对处理器的管理可理解为对进程的管理。进程管理主要包括：进程控制进程同步进程通信 调度,1 操作系统概述,3.设备管理功能 设备管理主要涉及：缓冲管理为达到缓解CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾，达到提高CPU和I/O设备利用率，提高系统吞吐量的目的，许多操作系统通过设置缓冲区的办法来实现。 设备分配设备分配的基本

7、任务是根据用户的I/O请求，为他们分配所需的设备。如果在I/O设备和CPU之间还存在设备控制器和通道，则还需为分配出去的设备分配相应的控制器和通道。设备处理设备处理程序又称设备驱动程序。其基本任务是实现CPU和设备控制器之间的通信。设备独立性和虚拟设备用户向系统申请和使用的设备与实际操作的设备无关 。,1 操作系统概述,4. 文件管理功能 文件管理主要涉及： 文件存储空间的管理 目录管理 文件的操作,1 操作系统概述,5. 用户接口为了使用户能灵活、方便地使用计算机和系统功能，操作系统还提供了一组友好的使用其功能的手段称用户接口，它包括两大类：程序接口和操作接口。用户通过这些接口能方便地调用操

8、作系统功能，有效地组织作业及其工作和处理流程，并使整个系统能高效地运行。,1 操作系统概述,操作系统的逻辑结构,1 操作系统概述,6. 网络与通信管理功能计算机网络源于计算机与通信技术的结合，从单机与终端之间的远程通信，到全世界成千上万台计算机联网工作，计算机网络的应用已十分广泛。联网操作系统至少具有以下管理功能：网上资源管理功能；数据通信管理功能； 网络管理功能包括：故障管理安全管理性能管理 记帐管理配置管理,1 操作系统概述,操作系统的组成 通常把组成操作系统程序的基本单位称作操作系统的构件。 1内核现代操作系统中大都采用了进程的概念，为了解决系统的并发性、共享性和随机性，并使进程能协调地

9、工作，系统必须有一个软件对硬件处理器及有关资源进行管理，以便给进程的执行提供良好运行环境，这个部分就是操作系统的内核。 2进程进程是描述静态程序动态执行过程的单位。程序的一次执行创建一个进程，程序运行完毕，进程结束。进程是进行并发程序设计的一个重要手段，进程能确切、动态地刻画计算机系统内部的并发性，更好地解决包括处理器和内存等系统资源的共享性。 3线程线程是进程中一条执行路径，每个进程中允许有多个并行执行的路径，线程才是系统进行调度的独立单位。可以把线程也看作是一种构件，它是组成进程构件的更小的构件单位。,1 操作系统概述,操作系统的发展 1.无操作系统的计算机 2.单道批处理系统与多道批处理

10、系统及执行系统 3.分时系统 4.实时系统 5.网络操作系统与分布式操作系统,1 操作系统概述,1.无操作系统计算机（人工操作计算机）： 两个缺点： （1）用户独占全部计算机系统资源。 （2）CPU等待人工操作。用户进行装带（卡）、卸带（卡）等人工操作时，CPU这个系统最重要的资源空闲。,手工操作计算机示意图,1 操作系统概述,2.批处理系统 所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统软件，在它的控制下，计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的作业。 批处理系统计算机首先出现的是联机批处理系统。 脱机批处理系统控制作业的输入/输出过程是：利用一台或几台微机或主机的卫星机，让它们从输入机上读取

11、用户程序，并输出到磁带上；主机空闲时从输入磁带机上取作业运行，并把结果输出到高速输出磁带机上；当微机或卫星机空闲时，再控制向慢速外设上输出。,1 操作系统概述,联机批处理系统,1 操作系统概述,脱机批处理系统,1 操作系统概述,2.批处理系统 批处理系统虽然实现了作业的自动选择、作业的缓输入与缓输出，但也有很多缺点。例如，为了实现主机与外设的并行操作，引入了卫星机或微机专门负责I/O操作；当主机与高速外存通讯时，其过程仍由主机控制。 批处理系统的分类：单通道批处理系统：内存中仅有一道作业，中断和通道技术出现以后，虽然可以实现输入/输出设备与中央处理机并行操作，但由于属于同一道作业的可并发执行的

12、进程不多，大多数进程是有同步关系的，这使系统中仍有较多的空闲资源，致使系统的性能较差。多通道批处理系统：引入了多道程序设计技术，内存中有一多作业并行处理，由此而形成了多通道批处理系统。,1 操作系统概述,单通道程序工作过程示意,1 操作系统概述,多通道程序执行过程示意,1 操作系统概述,3.分时系统分时技术是把处理机的时间分成很短的时间片，这些时间片轮流地分配给各个联机的各作业使用。如果某作业在分配给它的时间片用完时仍未完成，则该作业就暂时中断，等待下一轮运行，并把处理机的控制权让给另一个作业使用。这样在一个相对较短的时间间隔内，每个用户作业都能得到快速响应，以实现人机交互。,1 操作系统概述

13、,分时系统与多道批处理系统相比，具有完全不同的特征，由上所述可以归纳成以下几点： （1）多路性：允许在一台主机上同时联接多台联机终端，系统按分时原则为每个用户服务。 （2）独立性：每个用户各占一个终端，彼此独立操作，互不干扰。 （3）及时性：用户的请求能在很短时间内获得响应。 （4）交互性：用户可通过终端与系统进行广泛的人机对话。,1 操作系统概述,4.实时系统 实时控制系统实时控制系统的主要特点是：与被控制过程的变化速度相比，其反应速度要足够快；工作安全可靠，即使系统硬件发生故障，系统也能安全运行；操作人员使用系统也简单、方便。 实时信息处理系统实时信息处理系统特点是：对于海量信息的反应速度

14、极快，与被控制过程的变化速度相比几乎无延时。典型的实时信息处理系统有：飞机订票系统、情报检索系统等。,1 操作系统概述,4.实时系统实时系统的设计目标：（1）实时时钟管理。（2）连续人机对话。 （3）过载防护。 （4）高可靠性。,1 操作系统概述,5.网络操作系统与分布式操作系统 多用户多任务操作系统 如果允许多个用户通过各自的终端，使用同一台主机共享主机系统中的各类资源，而每个用户程序又可进一步分为几个任务，使它们并发执行，从而进一步提高资源利用率和系统吞吐量，则这种操作系统称为多用户多任务操作系统。在大、中、小型计算机上都可以配置多用户多任务操作系统，在32位微机上也有很多配置多用户多任务

15、操作系统，最有代表性的是UNIX操作系统及Windows操作系统。,1 操作系统概述,网络操作系统 计算机技术和通讯技术的结合使得微机用户资源共享及相互通信的愿望成为可能，即在一台计算机上可以使用其他机器上的资源或进行通信。这样计算机网络的概念得以产生。一些独立自治的计算机利用通信线路相互连接形成的计算机的集合，称为计算机网络。 网络操作系统能够控制计算机在网络中方便地传送信息和共享资源，并能为网络用户提供各种所需服务的操作系统。网络操作系统主要有两种工作模式：第一种是客户机/服务器（Client/Server）模式，这类网络中分成两类站点，一类作为网络控制中心或数据中心的服务器，提供文件打印

16、、通信传输、数据库等各种服务；另一类是本地处理和访问服务器的客户机。另一种是对等（Peer-to-Peer）模式，这种网络中的站点都是对等的，每一个站点既可作为服务器，而又可作为客户机。目前的典型系统有：UNIX、Netware 和Windows NT,1 操作系统概述,分布式操作系统 大量的实际应用要求一个一体化的系统，用户希望以统一的界面，标准的接口去使用系统的各种资源，实现所需的各种操作。这就导致了分布式系统的出现。一个分布式系统是若干计算机的集合，它们都有自己的局部存储器和外部设备，但分布式系统是一个一体化的系统，在系统中有一个全局操作系统，即分布式操作系统，它负责整个系统的资源分配和

17、调度、任务划分、信息传输、控制协调等工作，为用户提供一个统一的界面，标准的接口，用户通过这一界面实现所需的操作和使用系统的资源，但操作和计算是在哪一台计算机上执行或使用哪个计算机的资源则由操作系统自动完成，用户不用知道，即分布式操作系统是透明的。,1 操作系统概述,第二节 操作系统的运行,主要内容： 处理器管理与进程调度 存储管理 文件系统 设备管理,2 操作系统的运行,计算机系统拥有丰富的硬件、软件资源，操作系统要对这些资源进行管理。在一般微机上配置单用户操作系统，管理CPU、内存、打印机、键盘、显示器、软盘及硬盘驱动器、程序和数据，其目的是让用户方便地使用系统资源解决计算任务，如让打印机打

18、印计算结果，从键盘输入数据、在软盘上建立文件等。而在较大型机器上配置多用户操作系统其资源管理的功能就要复杂得多，因为多个用户共用一个系统，会产生资源共享的问题，即资源的竞争使用。,2 操作系统的运行,处理器管理与进程调度 处理器管理是操作系统的基本管理功能之一，它所关心的是处理器的分配问题。也就是说把CPU（中央处理机）的使用权分给某个程序，通常把这个正准备进入内存的程序称为作业，当这个作业进入内存后我们把它称为进程。处理机管理分为作业管理和进程管理两个阶段去实现处理机的分配，常常又把直接实行处理机时间分配的进程调度工作作为处理机管理的主要内容。 进程管理的主要功能是把处理机分配给进程以及协调

19、各个进程之间的相互关系。它是由进程调度程序和进程控制（控制进程状态转换）程序这两部分内容组成的。,2 操作系统的运行,处理器管理与进程调度 处理器管理 处理器管理是操作系统的基本管理功能之一，它所关心的是处理器的分配问题。也就是说把CPU（中央处理机）的使用权分给某个程序，通常把这个正准备进入内存的程序称为作业，当这个作业进入内存后我们把它称为进程。处理机管理分为作业管理和进程管理两个阶段去实现处理机的分配，常常又把直接实行处理机时间分配的进程调度工作作为处理机管理的主要内容。,2 操作系统的运行,处理器管理与进程调度 处理器管理 处理器调度处理器调度可以分为三个级别：高级调度、中级调度和低级

20、调度。高级调度，又称作业调度、长程调度，在多道批处理操作系统中， 作业是用户要求计算机系统完成的一项相对独立的工作，新提交的作业被输入到磁盘，并保存在一个批处理后备作业队列中。高级调度将按照系统预定的调度策略决定把后备队列作业中的部分满足其资源要求的作业调入主存，为它们创建进程，分配所需资源，为作业做好运行前的准备工作并启动它们运行，当作业完成后还为它做好善后工作。在批处理操作系统中，作业首先进入系统在辅存上的后备作业队列等候调度，因此，作业调度是必须的，它执行的频率较低，并和到达系统的作业的数量与速率有关。,返回首页,2 操作系统的运行,中级调度，又称平衡负载调度，中程调度。它决定主存储器中

21、所能容纳的进程数，这些进程将允许参与竞争处理器和有关资源，而有些暂时不能运行的进程被调出主存，这时这个进程处于挂起状态，当进程具备了运行条件，且主存又有空闲区域时，再由中级调度决定把一部分这样的进程重新调回主存工作。中级调度根据存储资源量和进程的当前状态来决定辅存和主存中的进程的对换，它所使用的方法是通过把一些进程换出主存，从而，使之进入“挂起”状态，不参与低级调度，起到短期平滑和调整系统负荷的作用。低级调度，又称进程调度（或线程调度）、短程调度。它的主要功能是按照某种原则决定就绪队列中的哪个进程或内核级线程能获得处理器，并将处理器出让给它进行工作。低级调度中执行分配CPU的程序称分派程序(d

22、ispatcher)，它是操作系统最为核心的部分，执行十分频繁，低级调度策略优劣直接影响到整个系统的性能，这部分代码常驻内存工作。低级调度的核心是采用何种算法把处理器分配给进程或线程。,返回首页,2 操作系统的运行,一些计算机系统包括多个处理器，操作系统的调度程序必须考虑多处理器的调度。单处理器的调度和多处理器的调度有一定的区别，现代操作系统往往采用进程调度与线程调度相结合的方式来完成多处理器调度。多处理器调度的要点有三个：采取哪种分配策略为进程分配处理器、在单个处理器上支持多道程序设计和如何简单有效且实现代价低地指派进程。大量的实验数据证明，随着处理器数目的增多，复杂低级调度算法的有效性却逐

23、步下降。因此，在大多数采取动态分配策略的多处理器系统中，低级调度算法往往采用最简单的先来先服务算法或优先数算法，就绪进程组成一个队列或多个按照优先数排列的队列。,返回首页,2 操作系统的运行,处理器管理与进程调度 进程调度 进程的概念与属性 进程是现代操作系统的一个基本概念，是并发程序出现后出现的一个重要概念，它是指程序在一个数据集合上运行的过程，是系统进行资源分配和调度运行的一个独立单位，有时也称为活动、路径或任务。 进程，作为程序执行的过程，至少有两个方面的性质：一是它的活动性，即进程是动态变化的，且总有一个从创建到消亡的过程；二是它的并发性，即多道程序中每个进程的执行过程，总是与其他执行

24、过程并发执行的。,2 操作系统的运行,进程的状态和转换 在计算机中，进程绝大多数情况下处于以下三种状态： （1）运行状态：进程正在处理机上运行的状态，该进程已获得必要的资源，也获得了处理机，用户程序正在处理机上运行。 （2）阻塞状态：进程等待某种事件完成（例如，等待输入/输出操作的完成）而暂时不能运行的状态，处于该状态的进程不能参加竞争处理机，此时，即使分配给它处理机，它也不能运行。 （3）就绪状态：该进程运行所需的一切条件都得到满足，但因处理机资源个数少于进程个数，所以该进程不能运行，而必须等待分配处理机资源，一旦获得处理机就立即投入运行。,2 操作系统的运行,典型的进程状态演变图,2 操作

25、系统的运行,进程的状态和转换 在具有挂起和激活的系统中，又增加了两种基本的进程状态：挂起就绪和挂起阻塞。 （1）挂起就绪：它是活动就绪进程由其自身或其他进程调用挂起原语而进入的一种状态。处于静止就绪状态的进程没有资格争用CPU，只有其他进程调用激活原语将其激活才行。 （2）挂起阻塞：它是活动阻塞进程由其自身或其他进程调用挂起原语而进入的一种状态。处于挂起阻塞状态的进程，在其挂起期间并不影响其等待事件的发生。下图是具有挂起和激活状态的进程状态变迁图。,2 操作系统的运行,具有静止状态的进程状态变迁图,2 操作系统的运行,进程控制处理器管理的一个主要工作是对进程的控制，进程控制是通过进程控制块来实

26、现的。 进程控制块PCB及组织方式 （1）进程控制块PCB 进程控制块跟踪程序执行过程中的状态，它们表达了进程在当前时刻的状态以及它与其他进程和资源的关系。 进程控制块是进程存在的标志，当系统或父进程创建一个进程时，实际上就是为其建立一个进程控制块。 进程控制块不但指出了进程的名字，而且也标志出程序和数据集合的物理位置 。,2 操作系统的运行,进程控制块的基本内容,2 操作系统的运行,进程控制 （2）进程控制块PCB的组织方式 线性表方式：不论进程的状态如何，将所有的PCB连续地存放在内存的系统区。这种方式适用于系统中进程数目不多的情况。 索引表方式：该方式是线性表方式的改进，系统按照进程的状

27、态分别建立就绪索引表、阻塞索引表等。 链接表方式：系统按照进程的状态将进程的PCB组成队列，从而形成就绪队列、阻塞队列、运行队列等。,2 操作系统的运行,进程控制 进程控制的内容 1进程的创建操作系统为一个程序构造一个进程控制块并分配地址空间之后，就创建了一个进程。 2进程的阻塞和唤醒进程的阻塞是指使一个进程让出处理器，去等待一个事件，如等待资源、等待I/O 完成。当一个等待事件结束会产生一个中断，从而，激活操作系统，在系统的控制之下将被阻塞的进程唤醒，如I/O 操作结束、某个资源可用或期待事件出现。 3进程的撤销操作系统收回进程占有的地址空间和进程控制块，此时就撤销了这个进程。 4进程的挂起

28、和激活,2 操作系统的运行,进程的控制 原语的概念 原语通常由若干条指令所组成，用来实现某个特定的操作。通过一段不可分割的或不可中断的程序实现其功能。原语是操作系统核心，它不是由进程而是由一组程序模块所组成，是操作系统的一个组成部分，它必须在管态（一种机器状态，管态下执行的程序可以执行特权和非特权两类指令，通常把它定义为操作系统的状态）下执行，并且常驻内存，而个别系统有一部分不在管态下运行。 对于进程的控制由相应的原语执行。,2 操作系统的运行,进程控制进程控制原语1进程创建原语2进程撤消原语3进程阻塞原语4进程唤醒原语5进程挂起原语6进程激活原语,2 操作系统的运行,互斥与死锁进程互斥 几个

29、进程若共享同一临界资源，它们必须以互斥的方式使用这个临界资源，即当一个进程正在使用临界资源且尚未使用完毕时，则其他进程必须推迟对该资源的进一步操作，在当前进程的使用完成之前，不能从中插进去使用这个临界资源，否则将会造成信息混乱和操作出错。 系统中同时存在有许多进程，它们共享各种资源，然而有些资源每次只能让一个进程所使用。 临界区是一个进程访问临界资源的那段程序代码。有了临界资源和临界区的概念，进程间的互斥可以描述为禁止两个或两个以上的进程同时进入访问同一临界资源的临界区。,2 操作系统的运行,互斥与死锁 死锁 若进程申请时资源不可用，则申请进程等待，等待一段时间之后重试申请。在许多应用中，一个

30、进程需要独占访问不止一个资源，而操作系统允许多个进程并发执行共享系统资源时，此时可能会出现进程永远被阻塞的现象。例如，两个进程分别等待对方占有的一个资源，于是两者都不能执行而处于永远等待。这种多个进程间相互永久等待对方占用的资源而导致各进程都无法继续运行的现象称为“死锁”。,2 操作系统的运行,存储管理 存储管理是操作系统的重要组成部分，它负责管理计算机系统的重要资源主存储器，也就是我们通常所说的内存。 任何程序及数据必须占用主存空间后才能执行，因此，存储管理的优劣直接影响系统的性能。主存储空间一般分为两部分：一部分是系统区，存放操作系统核心程序以及标准子程序，例行程序等；另一部分是用户区，存

31、放用户的程序和数据等，供当前正在执行的应用程序使用。存储管理主要是对主存储器中的用户区域进行管理，另外，也包括对辅存储器的部分管理。,2 操作系统的运行,存储管理存储管理的功能1 内存的分配与回收2 地址重定位 3 存储保护4 虚拟存储器,2 操作系统的运行,传统的存储管理方式,扩展内存的利用效率,存储管理计算机存储器的层次结构计算机系统采用层次结构的存储子系统，以便在容量、速度、成本等各因素中取得平衡，获得较好的性能价格比。 从操作系统管理的角度来看。存储器可以分为寄存器、高速缓存、主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质等七个层的层次结构。,2 操作系统的运行,多级存储器体系示意图,存

32、储管理计算机存储器的层次结构其中，寄存器、高速缓存、主存储器和磁盘缓存均属于存储管理的管辖范畴。固定磁盘和可移动存储介质属于设备管理的管辖范畴。,2 操作系统的运行,属于存储管理的存储器体系示意图,存储管理虚拟存储管理 虚拟存储技术的基本思想是把有限的内存空间与大容量的外存统一管理起来，构成一个远大于实际内存的、虚拟的存储器。即把两级存储器当作一级存储器来看待。 对用户而言，感觉到系统提供了一个大容量的内存，供用户使用，但这样大容量的内存实际上并不存在，是一种虚拟的存储器，因此把具有这种功能的存储管理技术称为虚拟存储管理。,2 操作系统的运行,文件系统 文件与文件系统的定义1文件的定义（1）文

33、件是具有标识符的相关字符流的集合。（2）文件是具有标识符的相关记录的集合。2文件系统的定义是操作系统中负责存取和管理文件信息的机构。由管理文件所需的数据结构和相应的管理软件以及访问文件的一组操作组成。,2 操作系统的运行,文件系统 文件的分类与属性1文件的分类 按用途分类： （1）系统文件 （2）用户文件 （3）库文件 按文件中的数据形式分类： （1）源文件 （2）目标文件 （3）可执行文件文件 按保护方式分类： （1）只读文件 （2）读写文件 （3）执行文件 按文件的性质分类： （1）普通文件 （2）目录文件 （3）特殊文件,2 操作系统的运行,文件系统 文件的分类与属性2文件的属性 （1）

34、文件类型。从不同角度确定类型。 （2）文件长度。文件的当前长度。 （3）文件的位置。在哪一设备上或在设备的什么位置。 （4）文件的存取控制。读、写或执行等控制。 （5）文件的建立时间。文件最后的修改时间,2 操作系统的运行,文件系统 文件的结构与存取1文件的逻辑结构 有结构的文件： （1）等长记录文件。它指文件中所有记录的长度都是相等的。（2）变长记录文件。它指文件中各记录的长度不相同。 无结构文件：无结构文件又称流式文件，组成流式文件的基本信息单位是字节或字，其长度是文件中所含字节的数目，如大量的源程序，库函数等采用的就是流式结构。,2 操作系统的运行,文件系统 文件的结构与存取2文件的存取

35、 对文件的逻辑结构的存取有两种方法。 （1）顺序存取。顺序存取是最简单的方法。它严格按照文件信息单位排列的顺序依次存取，后一次存取总是在前一次存取的基础上进行，所以不必给出具体的存取位置。 （2）随机存取。随机存取又称直接存取，在存取时必须先确定进行存取时的起始位置（如记录号、字符序号等）。,2 操作系统的运行,文件系统 虚拟文件系统 虚拟文件系统通过在对多个文件系统的共同特性进行抽象，形成一个与具体文件系统实现无关的虚拟层，并在此层次上定义与用户的一致性接口。这样操作系统通过虚拟文件系统能同时支持多种实际的文件系统；系统中可以安装多个文件系统，在用户的面前表现为与传统的单一文件系统一致的接口

36、。用户甚至可以开发出新的文件系统，以模块方式加入到操作系统中。虚拟文件系统扩展了操作系统对文件系统的兼容性和适用性，但是由于多了一个管理层次，增加了系统的复杂程度，在一定程度上降低了系统管理和访问外存的效率.,2 操作系统的运行,设备管理 设备管理的定义和功能1设备管理现代计算机外围设备种类繁多、功能各异，设备管理是操作系统中最庞杂的部分，其主要任务是控制外围设备和CPU 之间的I/O 操作。设备管理模块在控制各类设备和CPU 进行I/O 操作的同时，还要尽量提高设备与设备、设备与CPU 的并行性，使得系统效率得到提高，同时，要为用户使用I/O 设备屏蔽硬件细节，提供方便易用的接口。,2 操作

37、系统的运行,设备管理设备管理的定义和功能2设备管理的功能(1) 提高设备的利用率(2) 设备独立性独立于同类设备的具体设备号。 独立于设备类型。(3) 字符编码的独立性(4) 设备处理的一致性,2 操作系统的运行,设备管理I/O系统与控制1I/O系统通常把I/O 设备及其接口线路、控制部件、通道和管理软件称为I/O 系统 , I/O 设备的控制包括硬件和软件两方面，软件方面就是操作系统的设备管理部分。由于现在的外围设备种类非常丰富，操作系统厂家不能完全了解每种设备的具体特性，因此通常操作系统中定义一些标准的控制接口，并由外设的生产厂家或第三方开发相应的设备驱动程序，操作系统的设备管理程序通过调

38、用设备驱动程序，实现操作系统对外设硬件的最终控制。,2 操作系统的运行,设备管理I/O系统与控制2设备驱动程序的功能（1）实现逻辑设备到物理设备的转换。（2）检查I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式。（3）发出I/O命令，启动相应的I/O设备，完成相应的I/O操作。（4）及时响应中断请求，并根据中断类型调用相应的中断处理程序进行处理。,2 操作系统的运行,设备管理I/O系统与控制3设备驱动程序的对设备管理的处理过程（1）将逻辑设备转换为物理设备。 （2）I/O请求的合法性检查。 （3）检查设备的状态。 （4）传送参数。 （5）启动I/O设备。,2 操作系统

39、的运行,设备管理缓冲技术1缓冲技术引入的原因(1)缓和处理机和I/O设备间速度不匹配的矛盾(2)减少对CPU的中断次数(3)提高CPU和I/O设备之间的并行性,2 操作系统的运行,设备管理缓冲技术2缓冲技术的思想缓冲技术实现基本思想如下：在系统主存中设置专门供I/O操作使用的I/O 缓冲区。当一个进程执行写操作输出数据时，先向系统申请一个输出缓冲区，然后，将数据高速送到缓冲区，此后，进程可以继续它的计算，同时，系统将缓冲区内容写到I/O 设备上。当一个进程执行读操作输入数据时，先向系统申请一个输入缓冲区，系统将一个物理记录的内容读到缓冲区中，然后，根据进程要求，把当前需要的逻辑记录从缓冲区中选

40、出并传送给进程。在输出数据时，只有在系统还来不及腾空缓冲而进程又要写数据时，进程才需要等待；在输入数据时，仅当缓冲区空而进程又要从中读取数据时，进程才被迫等待。其他时间可以进一步提高CPU 和I/O 设备的并行性，以及I/O 设备和I/O 设备之间的并行性，从而，提高整个系统的效率。相当于将外设的速度提高到与内存芯片的速度等级。,2 操作系统的运行,设备管理缓冲技术3缓冲技术的分类(1) 单缓冲技术单缓冲方式只有一个缓冲区，这一缓冲区在某一时刻能存放输入 数据或输出数据，但不能既是输入数据又是输出数据，否则在缓冲区中的数据会引起混乱，所以此缓冲区可以认为是临界资源，不允许多进程同时访问.(2)

41、 双缓冲技术双缓冲方式设置两个缓冲区, 可同时存放输入数据和存放输出数 据,是解决外设之间并行工作的最简单的办法.(3) 环行缓冲技术环形缓冲技术是在主存中分配一组大小相等的存储区作为缓冲区，并将这些缓冲区链接起来，每个缓冲区中有一个指向下一个缓冲的指针，最后一个缓冲区的指针指向第一个缓冲区，这样n个缓冲区就成了一个环形。,2 操作系统的运行,环形缓冲区结构,2 操作系统的运行,第三节 典型操作系统,主要内容： Windows 系列操作系统 UNIX 操作系统 自由软件和Linux 系统,3 典型操作系统,Windows 系列操作系统 Microsoft 公司是现在世界上最大的软件公司，其开发

42、的Windows 系列操作系统目前在个人计算机中的使用份额大约占90%。Windows系列操作系统是Microsoft 公司的开发的主流产品，包括个人操作系统和商用操作系统两种版本是目前PC领域最流行的操作系统。,3 典型操作系统,Windows 系列操作系统 1990年微软公司推出的Windows 3.0，这是第一款成功的Windows操作系统，以其易学易用、友好的图形用户界面、支持多任务的优点，很快占领了市场。1992年推出的Windows 3.1版，提供386增强模式，提高了运行速度，功能也更强大。1995 年8 月Microsoft 公司推出了Windows 95 并放弃开发新的DOS

43、 版本，Windows95 能够独立在硬件上运行，是真正的新型操作系统。以后Microsoft 公司又相继推出了Windows 98、Windows 98 SE 和Windows ME等后继版本。Windows 9x 属于个人操作系统范畴，是个人计算机系列操作系统的经典代表。,3 典型操作系统,Windows 系列操作系统 1993年推出的Windows NT是一个全新的32位多任务操作系统，它主要运行于小型机、服务器，也可以在PC 机上运行，属于商用操作系统版本，是Windows家族中功能最强并支持网络功能的操作系统。基于NT 内核，Microsoft 公司于2000 年2 月正式推出了Wi

44、ndows 2000。2001 年1 月Microsoft 公司宣布停止Windows 9x内核的改进，把个人操作系统版本和商用操作系统版本合二为一，命名为Windows XP。Windows台式机操作系统的最新版本是Vista，内部版本是6.0（即Windows NT 6.0）。Vista使用.NET Framework 3.0版本，包含了上百种新功能。,3 典型操作系统,Windows 系列操作系统,3 典型操作系统,UNIX 操作系统 UNIX操作系统是美国电报电话公司的Bell实验室开发的，至今已有20多年的历史，它最初是配置在DEC公司的PDP小型机上，后来在微机亦可使用。 UNIX

45、操作系统是唯一能在微机工作站、小型机到大型机上都能运行的操作系统，也是当今世界最流行的多用户、多任务操作系统。,3 典型操作系统,UNIX 操作系统 UNIX的主要特点： (1) 多用户多任务操作系统，用C语言编写，具有较好的易读、易修改和可移植性； (2) 结构分核心部分和应用子系统，便于做成开放系统； (3) 具有分层可装卸卷的文件系统，提供文件保护功能； (4) 提供I/O缓冲技术，系统效率高； (5) 剥夺式动态优先级CPU调度，有力地支持分时功能； (6) 命令语言丰富齐全，提供了功能强大的Shell语言作为用户界面； (7) 具有强大的网络与通信功能； (8) 请求分页式虚拟存储管

46、理，内存利用率高。,3 典型操作系统,UNIX 操作系统 UNIX的主要特点： UNIX取得成功的最重要原因是系统的开放性，公开源代码，用户可以方便地向UNIX系统中逐步添加新功能和工具，这样可使UINX越来越完善，能提供更多服务，成为有效的程序开发支撑平台。它是目前唯一可以安装和运行在从微型机、工作站直到大型机和巨型机上的操作系统。 由于系统的开放性，UNIX已成为操作系统标准，而不是指一个具体操作系统。许多公司和大学都推出了自己的UNIX系统.,3 典型操作系统,UNIX 操作系统 UNIX的主要产品： IBM公司的AIX操作系统 SUN公司的Solaris操作系统 HP公司的HP-UX操

47、作系统 Berkeley大学的UNIX BSD操作系统 AT&T 公司自己的SVR操作系统 SGI公司的Irix操作系统 SCO公司的SCO UNIXWare 和Open Server 操作系统等,3 典型操作系统,UNIX 操作系统 UNIX的主要产品：,3 典型操作系统,自由软件和 Linux 操作系统 1.自由软件 自由软件（Free Software or Freeware）是指遵循通用公共许可证GPL（General public License）规则，保证您有使用上的自由、获得源程序的自由，可以自己修改的自由，可以复制和推广的自由，也可以有收费的自由的一种软件。 自由软件概念的出现

48、，极大的提升了软件开发的效率，他通过一系列规则（GPL协议）能把已有的软件开发成果加以利用，避免了重复开发，为软件科技的共同发展和交流提供了一个通用平台。,3 典型操作系统,自由软件和 Linux 操作系统 2. Linux 操作系统 Linux是由芬兰藉科学家LinusTorvalds于1991年编写完成的一个操作系统的内核。 Linux是一个开放源代码，UNIX类的操作系统。它继承了历史悠久和技术成熟的UNIX操作系统的特点和优点外，还作了许多改进，成为一个真正的多用户、多任务通用操作系统。,3 典型操作系统,自由软件和 Linux 操作系统 Linux的主要特点： (1) 多用户、多任务

49、通用操作系统，可作为Internet上的服务器；可用做网关路由器；可用做数据库、文件和打印服务器；也可供个人使用； (2) 全面支持TCP/IP，内置通信联网功能，并方便地与LAN Manager、Windows for Workgroups、Novell Netware网络集成，让异种机方便地联网； (3) 继承了UNIX系统的优点，并作出改进； (4) 符合POSIX 1003.1标准，各种UNIX应用可方便地移植到Linux下，反之也是一样。支持DOS和Windows上应用； (5) 完整的UNIX开发平台，支持一系列UNIX开发工具，几乎所有主流语言如C、C+、Fortran、Ada、

50、PASCAL、Modual2和3、SmallTalk等都已移植到Linux下。,3 典型操作系统,自由软件和 Linux 操作系统 Linux的主要特点： (6) 提供庞大的管理功能和远程管理功能；支持大量外部设备 ； (7) 共支持32种文件系统，如EXT2、EXT、XI AFS、ISO FS、HPFS、MS DOS、UMS DOS、PROC、NFS、SYSV、Minix、SMB、UFS等； (8) 提供GUI，有图形接口X-Window，有多种窗口管理； (9) 支持并行处理和实时处理，能充分发挥硬件性能 (10) 开放源代码，可自由获得并改进，在Linux平台上开发软件成本低，有利于发展各种特色的操作系统。,