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浙江大学操作系统课件,徐宗元

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浙大操作系统 (2)

浙大操作系统 (2)

OS Components: Secondary-storage management



Since main memory (primary storage,内存) is volatile and too small to accommodate all data and programs permanently, the computer system must provide secondary storage （外存） to back up main memory. Most modern computer systems use disks as the principle on-line storage medium, for both programs and data. The operating system is responsible for the following activities in connection with disk management: Free space management Storage allocation Disk scheduling
OS SERVICES



Program execution – system capability to load a program into memory and to run it. I/O operations – since user programs cannot execute I/O operations directly, the operating system must provide some means to perform I/O. File-system manipulation – program capability to read, write, create, and delete files. Communications – exchange of information between processes executing either on the same computer or on different systems tied together by a network. Implemented via shared memory or message passing. Error detection – ensure correct computing by detecting errors in the CPU and memory hardware, in I/O devices, or in user programs.

浙大操作系统10PPT教学课件

浙大操作系统10PPT教学课件

（2）MS-DOS的接口
1． MS-DOS层次模块结构 MS-DOS采用层次模块结构，它有三个层次模块和一个引导程 序组成。这三个模块是命令处理程序（）、文件 系统(MS-DOS.SYS)和输入输出系统。其中基本输入输出系统 又由驻在ROM中的基本输入输出系统BIOS和系统盘上的BIOS接 口模块（IO.SYS）两部分组成。引导程序在盘引导区中。三 个模块的层次关系如图所示。（返1）
2020/12/09
1
（一）用户与操作系统的接口
（1）用户接口
用户接口是计算机系统与用户之间进行交互作用和通信 的通路。对绝大多数用户而言，一个计算机系统的可接受性 在很大程度上取决于这个用户接口。用户接口分为命令接口 和程序接口两类。 1。命令接口
命令接口是籍助于在用户和操作系统之间提供高级通信来 控制一组程序的处理。这个接口之所以称命令接口，是因为 用户可以通过打入或在作业中发出一系列命令，告诉OS执行 那些功能。这一类接口是用于作业控制的，其中又分联机用 户接口和脱机用户接口。 联机用户接口：联机用户接口也叫交互式用户接口，它用于 联机作业控制，它是由一组键盘操作命令组成。交互式用户 202接0/1口2/09交互方式又分成二类，一类是字符方式，终端命令， 2
第十课 操作系统接口
教学目的： OS向用户提供“用户与操作系统的接口”，该接口支持用户 与OS之间进行交互，该接口分为命令接口和程序接口两类。 掌握用户与OS接口可使用户更全面掌握OS使用。
教学要求： 熟悉用户与操作系统的两类接口：命令接口和程序接口。了 解MS-DOS、WINDOWS98和UNIX的接口。 了解中文操作系统的原理和接口。
作业说明书也是用作业控制语言来表达用户对作业控制意识 的，在形式上同用高级编程语言编制的程序相似。相对于作 业控制卡分散的缺点它具有集中、便于修改、灵活等优点。 202美0/1国2/091905机GEOGE语言是典型的高级算法的作业控制语言。3

浙江大学Linux基础教程PPT-ch1 linux概述

浙江大学Linux基础教程PPT-ch1 linux概述
Linux概述 Linux概述
《大教堂与小集市》 大教堂与小集市》
“Linux颇具颠覆性，就在五年前，谁能想到， 颇具颠覆性，就在五年前，谁能想到， 颇具颠覆性 这样一个全世界范围内广泛使用的操作系统是由 几千个分散在全球， 几千个分散在全球，仅仅通过网线连接起来的开 发人员利用业余时间开发并整合出来的？ 发人员利用业余时间开发并整合出来的？”
Linux 2.7
Richard Stallman-自由软件之父 Stallman1953年，Richard Stallman出生于美国纽约。1971年 年 出生于美国纽约。 出生于美国纽约 年 他进入哈佛大学学习。同年， ，他进入哈佛大学学习。同年，一次偶然得机会使得 他受聘于麻省理工学院（ 他受聘于麻省理工学院（MIT）人工智能实验室，专 ）人工智能实验室， 业从事软件开发工作，并且一直在那里工作了10多年 业从事软件开发工作，并且一直在那里工作了 多年 。 Stallman从事自由软件工作得到了认可，他曾获得多 从事自由软件工作得到了认可， 从事自由软件工作得到了认可 项大奖和荣誉： 项大奖和荣誉：
Linux 2.8
GNU
Free Software自由软件：该软件其使用者有使用、复制、 自由软件： 自由软件 该软件其使用者有使用、复制、 散布、研究、改写、再利用该软件的自由。（注意： 。（注意 散布、研究、改写、再利用该软件的自由。（注意：与免 费的区别） 费的区别） 自由软件的定义：对你，一个特定的用户， 自由软件的定义：对你，一个特定的用户，一个程序是自 由软件， 由软件，当： 你有自由为任何目的去运行该程序。 你有自由为任何目的去运行该程序。 你有修改该程序以满足你需求的自由。（ 。（为使该自由可 你有修改该程序以满足你需求的自由。（为使该自由可 以有效地实施，你必须可取得源码， 以有效地实施，你必须可取得源码，因为在没有源码的 情况下对一个程序做修改是非常困难的。） 情况下对一个程序做修改是非常困难的。） 不论免费或收取一定费用，你有重新散布拷贝的自由。 不论免费或收取一定费用，你有重新散布拷贝的自由。 你有散布该程序修改过的版本， 你有散布该程序修改过的版本，从而让社会得以受益於 你的改进的自由。 你的改进的自由。 由于"free" 所指的是自由，而非价格， 由于"free" 所指的是自由，而非价格，卖拷贝和自由软件 之间并没有矛盾。 之间并没有矛盾。

操作系统(徐宗元主编)ppt第二章-第二部分解析

操作系统(徐宗元主编)ppt第二章-第二部分解析

Windows2000的基元成分――对象-1
• Windows 2000中的实体，当数据或资源对用户态开放时， 或者当数据访问是共享的或受限制时，才使用对象。采 用对象方法表示的实体有文件、进程、线程、信号量、 互斥量、事件、计时器等。Windows 2000通过对象管理 器以一致的方法创建和管理所有的对象类型，对象管理 器代表应用程序负责创建和删除对象，并负责授权访问 对象的数据和服务。 • 每一个对象都有一个对象头和一个对象体。对象管理 器控制对象头，各执行体组件控制它们自己创建的对象 类型的对象体。 • 当进程通过名称来创建或打开一个对象时，它会收到一 个代表进程访问对象的句柄。所有用户态进程只有获得 了对象句柄之后才可以使用这个对象。句柄作为系统资 源的间接指针来使用，这种不直接的方式阻止了应用程 序对系统数据结构直接地随便操作。
4.Windows 2000的基元成分― ― 对象(object)、进程(process)、线程(Thread) 对象、进程、线程是Windows2000三个基元成 份，它们之间有互相交叉的关系。
• 对象是一个抽象的数据结构，在Windows2000中用以 表示广义的资源。它是构成OS的三个基元成份中非 活动的成份，对象是数据和有关操作的封装体，它 包装数据、数据的属性以及可以施加于数据的操作 等三个成份。具有相同特性的对象也可归为一个对 象类，在软件设计中定义了对象类（称为类Class）， 而对象则是对象类一个具体实现的示例。对象作为 抽象数据而封装在其内部的操作函数所提供的操作 也给人活动成份的感觉，但是从操作系统这一角度 来认识，对象是构成操作系统的非活动成份。而进 程和线程则是构成OS的两个活动成份。
当一个线程调用CreateProcess时，系统就会创建 一个进程内核对象，为新进程创建一个虚拟地 址空间，并将可执行文件加载到该进程的地址 空间中。然后系统再为新进程的主线程创建一 个线程内核对象。通过执行启动代码，该主线 程便开始运行，它最终调用WinMain、 wWinMain、main或wmain函数。如果系统成功 地创建了新进程和主线程，该函数便返回 TRUE。

操作系统,原理,徐宗元OS--第五章

操作系统,原理,徐宗元OS--第五章
1. 文件的逻辑结构
从用户观点出发观察到的文件组织结构称为文 件的逻辑结构，逻辑结构的文件称逻辑文件。
逻辑文件从结构上分成二种形式，一种是无 结构的流式文件，另一种是有结构的记录式文件。 流式文件是指对文件内信息不再划分单位，它是 依次的一串字符流构成的文件。记录式文件是用 户把文件内的信息按逻辑上独立的含义划分信息 单位，每个单位称为一个逻辑记录（简称记录）。 所有记录通常都是描述一个实体集的，有着相同 或不同数目的数据项，记录的长度可分为定长和 不定长记录两类。
索引文件对主文件中的记录按 需要的数据项（一个或几个）建 索引表。这时记录可为不定长的， 它为每个记录设置一个表项。索 引文件本身是顺序文件组织。
(4)索引顺序文件
(Indexed Sequential File)
索引顺序文件是基于键的约定次序组 织的，为之建立一张索引表，为每个 不同键值的记录组的第一个记录设置 一个表项，为该组的其它记录设置了 溢出区域，在溢出区域内记录按顺序 文件方式组织。它是顺序文件和索引 文件的结合。索引顺序文件既适用于 交互方式应用，也适用于批处理方式 应用。
教学要求
• 掌握文件和文件系统的定义，了解文件系统的类 型、文件系统模型。
• 掌握文件的逻辑结构，熟悉五种记录文件。 • 掌握文件的物理结构及连续分配、链接分配、索
引分配和UNIX直接间接混合寻址方式等外存分配 方法。 • 掌握文件控制块和多级目录结构，掌握UNIX树型 带勾连的目录结构和可装卸文件系统，熟悉现代 操作系统对多种文件系统的支持，了解 FAT、 VFAT目录结构。掌握基于索引节点的共享方式和 利用符号连接的文件共享。熟悉目录查询技术， 掌握内存的目录管理表，掌握文件操作与目录管 理关系。
UDF(Universal Disk Format)文件系统 是依据光学储存技术协会（Optical Storage Technology Association, OSTA）的通用磁盘格式文件系统规格 1.02版所制定的。它提供了对 UDF格式 媒体的只读访问（例如DVD光盘）。 Windows98提供对UDF文件系统支持。

《操作系统》第二版 徐宗元第三章实验2

《操作系统》第二版 徐宗元第三章实验2

3.7.2 实验2：Windows 2000 内存管理API函数的使用一.实习要求在Windows 环境下，模拟Windows2000的本地过程调用LPC通信方式之一，用内存映射文件(共享内存方式)实现client/server架构进程间较大数据量的通信。

用VC编程，创建一个server进程和一个client进程，server进程用共享内存的名(lpName)调用CreateFileMapping()函数产生并初始化共享内存，client进程使用相同的共享内存的名来调用OpenFileMapping()函数，打开一个已命名的文件映射对象。

client进程先向共享存储区写信息，server进程再从共享存储区读信息，用信号量对象实现client和server进程间的同步。

二.与实验相关的API 介绍1. Windows进程控制API函数---CreateProcess函数当一个线程调用CreateProcess时，系统就会创建一个进程内核对象，为新进程创建一个虚拟地址空间，并将可执行文件加载到该进程的地址空间中。

然后系统再为新进程的主线程创建一个线程内核对象。

通过执行启动代码，该主线程便开始运行，它最终调用WinMain、wWinMain、main或wmain函数。

如果系统成功地创建了新进程和主线程，该函数便返回TRUE。

格式：BOOL CreateProcess( PCTSTR pszAppliCationName ,PTSTR pszCommandLine ,PSECURITY_ATTRIBUTES pSaProcess ,PSECURITY_ATTRIBUTES psaThread , BOOL bInheritHandles ,DWORD fdwCreate , PVOID pvEnvironment , PCTSTR pszCurDir ,PSTARTUPINF0 psiStartInfo , PPROCESS_INFORMATION ppiProcInfo ) ;参数:pszAppicationName：参数用于设定新进程将要使用的可执行文件的名字，该参数99％以上的情况是NULL。

浙大操作系统(0)


DESKTOP SYSTEMS



Personal computers computer system dedicated to a single user. I/O devices – keyboards, mice, display screens, small printers. Individuals have sole use of computer and do not need advanced CPU utilization of protection features. User convenience and responsiveness not maximizing CPU and peripheral utilization Can adopt some of the technology developed for larger operating system. Not much of utilization Protection, and so on Many possible OSes: (Windows, MacOS, UNIX, Linux)
Operating Systems (操作系统原理)



Text book: Dinosaur book （恐龙书） 操作系统概念 (中译本) Teacher: 郑扣根（Zheng Kougen） Prof. Dr. Mr. … zhengkg@ zkg@ TA lxhzju@ “OS Homework”
Operating Systems (操作系统原理)

Refs: Kernighan and Pike, The UNIX Programming Environment, Prentice-Hall, 1984. W.R. Stevens, Advanced Programming in the UNIX Environment, Prentice-Hall, 1992 W.R. Stevens, UNIX Network Programming I, Prentice-Hall, 1997. W.R. Stevens, UNIX Network Programming II, Prentice-Hall, 1998.

操作系统课件：ch2-2-操作系统结构(Artechature)

• 中断源：引起中断发生的事件。
中断机制
中断－中断系统组成
中断系统组成：硬件中断装置和软件中断 处理程序
–硬件中断装置：负责捕获中断源发出的 中断请求，以一定方式响应中断源，然 后将处理器控制权交给特定的中断处理 程序（发现问题）
–软件中断处理程序：中断系统的策略部 分。负责辨别中断类型并做出相应的操 作。（解决问题）
中断处理过程-开始串糖葫芦…
操作系统结构
2.1 •中断机制？
2.2 •中断的实现原理
2.3 • 特权指令和非特权指令
2.4 •目态、管态及其转换
中断
• 中断:CPU对系统中或系统外发生的某个事件作出的一种反应； 如外部设备完成数据传输，实时设备出现异常等。
• 引入中断的目的：中断机制是操作系统得以正常工作的最重 要的手段，有人把操作系统称为是由“中断驱动”或者 “（中断）事件驱动”。它可以解决： –主机与外设的并行工作问题 –提高可靠性 –实现实时控制 –中断是实现多道程序的必要条件
–每个中断均有其相应的处理程序，中断在使用前 必须在IDT中注册信息，以保证发生中断时能找到 相应的处理程序；
–发出中断请求的设备为了标识自己，向CPU发送一 个该设备在IDT中表目的索引，通过此索引值找到 中断处理程序
中断技术－中断优先级 （如何管理）
• 原因：由于可能有很多中断源请求同时发生，通过中 断优先级加以判定响应哪个中断请求。
➢ 有：处理器挂起当前程序的执行，并执行一个中断 处理程序；当中断处理程序完成后，处理器在中断 点恢复对用户程序的执行。
➢ 没有：则取下一条执行继续执行。
中断技术－中断向量表 （如何处理）
• 中断向量表（IDT）：一个存放中断处理程序入口地 址和程序运行所需处理机状态字的内存单元。

OS--第三章 徐宗元


动态重定位的示意图
中央处理器CPU 指令寄存器LOAD 1,2500 2500(逻辑地址) 10000
重定位寄存器 重定位寄存
0：
LOAD 1，2500
10100
100
LOAD 1，2500
10000
2500 +
MMU(存储管理部件)
365
365 12500 物理地 址 内存的地址 空间
2600
程序的地址空间
存储层次结构图
存储器存取时间减少 高速缓存器 <10MB 1~2时钟
存储器存取速度增加 主存 每位存储器成本增加 <1GB 1~4时钟
存储器容量减少
辅存
<100GB 5~50ms
存储层次结构-1
存储器的功能是保存数据，存储器的发展方向是高速、大容 量和小体积。 内存在访问速度方面的发展：DRAM、SDRAM、SRAM等； 硬盘技术在大容量方面的发展：接口标准、存储密度等； 存储组织是指在存储技术和CPU寻址技术许可的范围内组织 合理的存储结构。 其依据是访问速度匹配关系、容量要求和价格。 “寄存器-内存-外存”结构 “寄存器-缓存-内存-外存”结构； 微机中的存储层次组织： 访问速度越慢，容量越大，价格越便宜； 最佳状态应是各层次的存储器都处于均衡的繁忙状态 （如：缓存命中率正好使主存读写保持繁忙）；
CPU芯片
动态重定位-1
当CPU执行该指令时，地址变换硬件逻辑自动将指令 中的逻辑地址2500与重定位寄存器中的值相加，再 根据和值作为内存的绝对地址去访问该单元的数据， 读入的数据送到寄存器1。完成地址变换硬件是属于 存储管理部件 MMU，目前它已集成到中央处理器CPU 中。 由此可见，动态重定位是在指令执行过程中动态 进行，它由硬件完成，这样可以带来两个好处：⑴ 目标程序装入内存时无需任何修改，所以装入之后 再移动也不会影响其正确运行，这便于存储器用紧 缩来解决存储器的碎片问题。⑵一个程序由若干个 相对独立的目标模块组成时，每个目标模块各装入 一个存储区域，这些存储区域可以不相领接，只要 各个模块有自己对应的重定位寄存器就可以了。

浙大操作系统 (1)


STORAGE STRUCTURE
Main memory – only large storage media that the CPU can access directly. Secondary storage – extension of main memory that provides large nonvolatile storage capacity. Magnetic disks – rigid metal or glass platters covered with magnetic recording material (See the next slide) Disk surface is logically divided into tracks, which tracks, are subdivided into sectors. sectors. The disk controller determines the logical interaction between the device and the computer. Magnetic tapes: sequential access, large capacity.
Computer System Operation
An operating system is interrupt driven. Interrupt transfers control to the interrupt service routine generally, through the interrupt vector, vector, which contains the addresses of all the service routines. Interrupt architecture must save the address of the interrupted instruction. Incoming interrupts are disabled while another interrupt is being processed to prevent a lost interrupt. interrupt. A trap is a software-generated interrupt caused softwareeither by an error or a user request.
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从软件分层、扩允机器的观点-1
O S O S /4 0 0 O S /4 0 0 3 .1 V 3R6 微 技术独立机器接口 码 特许内码 系统特许内码 层 （ L IC ） （ S L IC ） 硬 C IS C 指 令 集 R IS C 指 令 集
件
C IS C A S /4 0 0 R IS C A S /4 0 0
操作系统的历史
4．第三代（60年代中－70年代中）多模式系统 这一代计算机系统是通用系统，这一代操作系统 是多模式系统，即一个系统同时支持批处理、分时 处理、实时处理和多重处理。 5。第四代（70年代中－ ）网络操作系统和分布式操 作系统 网络操作系统实现在计算机网络上进行信息交 换、资源共享和互操作等功能。分布式操作系统将 地域上分散的各系统互连成一个具有整体功能的系 统，并可将一个任务分布地在各系统上运行，实现 分布式处理。
教学目的： 操作系统（OS）是最重要的系统软件，本章 从OS的作用、发展史、类型、特征和功能等多 方面介绍OS。
教学要求：
• 熟悉操作系统作用和定义，一般了解操作系统的历 史。 • 了解二类计算机硬件系统结构，熟悉现代操作系统 的硬件基础——通道和中断。 • 熟练掌握多道程序设计技术的概念，掌握批处理系 统、分时系统及实时系统三种操作系统基本类型， 了解微机操作系统、网络操作系统和分布式操作系 统。 • 掌握操作系统并发性、共享性、虚拟性和异步性等 特征，了解现代操作系统特征,熟悉操作系统功能。
摘要幻灯片
• • • • • • • • • • 第一课 第二课 第三课 第四课 第五课 第六课 第七课 第八课 第九课 第十课 操作系统引论 进程的描述和控制 进程的同步和通讯 调度和死锁 存储器管理 虚拟存储器 设备管理 文件系统 磁盘存储器管理 操作系统接口
第一课 操作系统引论
( Introduction of Operation System )
• 操作系统是资源管理程序，它用于控制和管理计算 机系统的硬件和软件资源。 • 计算机系统资源： 操作系统： 软件： 硬件：I／O设备 存储器 处理器 文件系统 设备管理 存储器管理 处理器（进程）管理
3。从软件分层、扩允机器的观点―― 操作系统是扩充裸机的第一层系统软件
软件：语言处理程序 虚拟机2 软件：操作系统 虚拟机1 硬件（裸机） 虚拟机：二者结合变成了功能更强大使用更方便的机 器。 操作系统是扩展的机器，是虚拟机。 • 固件：为了改善系统的性能，将操作系统中与硬件密 切有关的部分软件，通过微程序设计技术转化为硬件， 也就是通常所说的固化，这些具有软件功能的硬件称 为固件。例如IBM公司生产的AS／400结构如下：
OS
• • • • • •
网页
www.ict.accn/chpc/os /topic/books/os-book www.Leabharlann /topic/books/aos-book www.cs.vu.nl/~ast
End User
Application Programs
Utilities
Programmer OperatingSystem Designer
Operating-System Computer Hardware
（2） 操作系统的历史
1。第0代（40年代未－50年代初）无操作系统 这时的计算机操作是由程序员采用人工操作方式直接 使用计算机硬件系统。 2。第一代（50年代中－50年代未）初级单道批处理系统 它是为了减少人工操作时间和作业转换时间提高CPU 利用率而设计的。系统自动成批处理作业，这是初级单 道批处理系统。 3．第二代（60年代初－60年代中）多道程序设计共享系 统 这一代操作系统包括多道批处理系统、采用交互方式 的分时系统和以提高瞬时响应时间为特征的实时系统。
6。操作系统定义
• 操作系统是一组有效控制和管理计算机系统的硬件 和软件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便 用户的程序集合。 有效：系统效率，资源利用率 （如：CPU利用的充足与否，内存、外部设备 是否忙碌） 合理： 公平与否，如果不公平则会产生“死锁”或 “饥饿” 方便： 用户界面
Layers and Views of a Computer System
（一）操作系统概述
（1）操作系统作用
1。从计算机系统组成观点――操作系统是系统软件 计算机系统组成： 软件：应用软件 系统软件（操作系统、语言处理系统和常用 的例行服务程序）
硬件：输入／输出（I／O）设备 存储器 处理器
2。从资源管理程序观点――操作系统是系统资源管理者 （ Operating System as a Resource Manager）
操作系统 Operating System （OS）
徐宗元
浙江大学远程教育学院
教材
• 推荐教材：“计算机操作系统”，汤子瀛等，西安电子科技大学 出版社， 1996年第一版。 • 参考教材： 1．“操作系统教程”，陈向群等，北京大学出版社，2001年第1版。 2．“现代操作系统”，Aadrew S.T著陈向群等译，机械工业出版 社， 1999年第1版。 3. “Windows操作系统原理”，尤晋元等，机械工业出版社，2001。 4 ． “ Operating Systems ： Internal and Design Principles” ， William Stallings，清华大学出版社，1998年第3版。 5．“Operating System Concepts”，James L。Peterson，AddisonWesley Publishing Company，机械工业出版社， 2001 年第6版。 6．“操作系统”，徐宗元，高等教育出版社，2000年第1版。 7. “操作系统基础”，屠祁等，清华大学出版社，2000年第3版。
4。从服务用户的观点―― 操作系统是用户与裸机之间接口
用户
操作系统 裸机
接口
• 系统提供的接口有二类： 一类是作业级接口，它提供一组键盘命令，供用户组织 和控制自己的作业运行。 另一类是程序级接口，它提供一组系统调用，即OS中某 个模块功能，供用户程序和其它程序调用。（例MS-DOS） 5.从进程的观点－－操作系统是由若干个可以并发执行的 进程和一个对进程进行控制和协调的核心组成。