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清华大学操作系统课件_向勇老师的讲义

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清华大学任勇老师信号与系统课件

清华大学任勇老师信号与系统课件
清华大学
信号与系统答疑 QQ 群：85092397
第四章：信号的谱表示
§4.1 L1 [t0 ,tα ] 上的傅里叶变换（《信号与系统》第二版（郑君里）3.1，3.2）
{ } ∫ L1 [t0,tα ] =
f (t ) | tα t0
f (t ) dt < ∞ ，是[t0,tα ] 上绝对可积函数的全体。
∞
∑ = FnGn*T
n=−∞
{ } { } = T
F G , ∞ n n=−∞
∞ n n=−∞
能量定理：对 ∀f (t ) ∈ L2 [t0,t0 + T ]，有
（4-19）
∫ ( ) ∑ f t0+T t0
t
2
∞
dt = T
Fn 2
n=−∞
（4-20）
均方收敛性（依范数收敛，强收敛）：
定理（均方收敛）：对 ∀f (t ) ∈ L2 [t0,t0 + T ]，则
f
(t)
=
f
⎛ ⎜⎝
t
±
T 2
⎞ ⎟⎠
（4-18）
f (t ) 的傅里叶级数只含有偶次正余弦分量（偶次谐波）。
Parseval 定理（内积不变性）：
定理（Parseval）：对 ∀f (t ) , g (t ) ∈ L2 [t0,t0 + T ] ，则
∫ f (t ) , g (t ) = t0+T f (t ) g* (t )dt t0
∫ ( ) 证明：
Fn
=
1 T
f t0 +T
t0
t
e-jnωtdt ，
6
清华大学
信号与系统答疑 QQ 群：85092397

整理版清华操纵工程基础ppt课件

整理版清华操纵工程基础ppt课件
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
控制工程基础
（第十一章）
9/30/2020
清华大学
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
9/30/2020
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
在matlab中，用num=[b1,b2,…,bm,bm1]和 den=[a1,a2,…,an,an1] 分别表示分子和分母多项式系数，然后利 用下面的语句就可以表示这个系统
在matlab下，矩阵A和矩阵B的乘积（假定
其中A，B矩阵是可乘的）可以简单地由运
算C=A*B求出
» C=A*B
C=
203
1
0
2
4
1
5
9/30/2020
控制工程基础
装备一个 铸造车 间，需 要熔炼 设备、 造型及 制芯设 备、砂 处理设 备、铸 件清洗 设备以 及各种 运输机 械，通 风除尘 设备等 。只有 设备配 套，才 能形成 生产能 力。
Matlab下提供了两种文件格式： m文件， matlab函数
• M文件是普通的ascii码构成的文件，在 这样的文件中只有由matlab语言所支持 的语句，类似于dos下的批处理文件，它 的执行方式很简单，用户只需在matlab 的提示符>>下键入该m文件的文件名，这 样matlab就会自动执行该m文件中的各条 语句。它采用文本方式，编程效率高， 可读性很强。

2024版《操作系统原理导论》课件[1]

2024版《操作系统原理导论》课件[1]

《操作系统原理导论》课件•操作系统概述•进程管理目录•内存管理•文件系统•设备管理•操作系统安全01操作系统概述存储器管理负责内存的分配、回收、保护和扩充等，提供内存抽象和虚拟内存机制。

处理机管理分配和控制处理机资源，包括进程控制、进程同步、进程通信和死锁处理等。

定义操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源、合理组织计算机工作流程以及方便用户使用的程序的集合。

设备管理提供设备驱动程序接口，实现设备的分配、控制和缓冲等。

文件管理实现文件的创建、删除、读写和保护等操作，提供文件抽象和文件系统接口。

监控程序、批处理系统（单道和多道）等，主要目的是提高资源利用率和作业吞吐量。

早期操作系统允许多个用户同时与计算机交互，每个用户都感觉自己独占了计算机资源。

分时系统对外部输入作出快速响应，广泛应用于工业控制、军事等领域。

实时系统随着计算机网络的发展，出现了网络操作系统和分布式操作系统，实现了资源共享和协同工作。

网络操作系统和分布式操作系统分类根据运行环境和提供服务的方式，操作系统可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等。

允许多个程序同时执行，提高资源利用率。

实现资源共享，包括处理器、内存、设备和文件等。

通过技术手段将物理实体变为逻辑上的对应物，提供虚拟处理器、虚拟内存和虚拟设备等。

由于资源有限和程序并发执行，操作系统的运行具有异步性。

并发性虚拟性异步性共享性02进程管理进程的概念与状态进程的定义进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位，它是程序的执行过程，具有动态性、并发性、独立性和异步性等基本特征。

进程的状态进程在其生命周期内会经历多种状态，如新建态、就绪态、运行态、阻塞态和终止态等。

这些状态之间的转换由操作系统根据进程的执行情况和资源需求进行管理。

进程控制块PCBPCB的定义进程控制块（Process Control Block，PCB）是操作系统中用于描述进程状态和特性的数据结构，它是进程存在的唯一标识。

操作系统功能ppt课件

操作系统功能ppt课件
14
设备管理的功能
（二）设备分配 设备分配的基本任务，是根据用户的I/O请求，为之分配其所需的设备。
如果在I/O设备和CPU之间还存在着设备控制器和I/O通道时，还须为分配出去 的设备分配相应的控制器和通道。
在进行设备分配时，应针对不同的设备类型而采用不同的设备分配方式。 对于独占设备（临界资源）的分配，还应考虑到该设备被分配出去后，系统 是否安全。设备用完后，还应立即加以回收。
13设备管理的功能一缓冲管理缓冲管理的基本任务是管理好各种类型的缓冲区如字符缓冲区和字符块缓冲区以缓和cpu和io速度不匹配的矛盾最终达到提高cpu和io设备利用率进而提高系统吞吐量的目的
操作系统功能
主要功能简要介绍
1
总述
• 在多道程序环境下，系统通常无法同时满足所有作业的资源要求，为使 多道程序能有条不紊地运行，操作系统应具有这样几方面的功能，以实现对 资源的管理：处理机管理功能、存储器管理功能、设备管理功能、文件管理 功能和作业管理功能。此外，为了方便用户使用操作系统，还须向用户提供 一个使用方便的用户接口。
15
设备管理的功能
（三）设备处理
设备处理程序又称为设备驱动程序。其基本任务通常是实现CPU和设备控制器之间的通 信。即由CPU向设备控制器发出I/O指令，要求它完成指定的I/O操作；并能接收由设备控制 器发来的中断请求，给予及时的响应和相应的处理。
处理过程是：设备处理程序首先检查I/O请求的合法性、了解设备的状态是否空闲、了解 有关传递参数以及设置设备的工作方式。然后，便向设备控制器发出I/O命令，启动I/O设备去 完成指定的I/O操作。最后是及时响应由控制器发来的中断请求，并根据该中断请求的类型， 调用相应的中断处理程序进行处理。对于设置了通道的计算机系统，设备处理程序还应能根 据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。

2024年操作系统课件2-(特殊条款版)

2024年操作系统课件2-(特殊条款版)

操作系统课件2-(特殊条款版)操作系统课件2一、引言操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，它负责管理和协调计算机硬件与软件资源，为用户提供高效、稳定、安全的运行环境。

本课件将重点介绍操作系统的基本概念、功能、类型以及进程管理等内容。

二、操作系统的基本概念1.操作系统的定义操作系统（OperatingSystem，简称OS）是一种系统软件，它负责管理和协调计算机硬件与软件资源，为用户提供便捷、高效、稳定的运行环境。

2.操作系统的功能操作系统的功能主要包括资源管理、进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户接口等。

3.操作系统的类型根据操作系统的特点和应用场景，可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等。

三、进程管理1.进程的概念进程是操作系统中执行程序的基本单位，它包括程序代码、数据和进程控制块（PCB）。

2.进程的状态进程的状态分为运行、就绪、阻塞和结束等四种。

3.进程控制进程控制主要包括进程的创建、终止、阻塞、唤醒、切换等操作。

4.进程同步与互斥进程同步是指多个进程之间按照一定的顺序执行，以保证数据的一致性和正确性。

进程互斥是指多个进程在同一时刻只能有一个进程访问共享资源。

5.进程通信进程通信是指多个进程之间交换数据和消息。

进程通信的方式有共享内存、消息传递和管道等。

四、内存管理1.内存分配内存分配是指操作系统为进程分配内存空间的过程。

内存分配的方式有固定分区、可变分区和页式管理等。

2.内存回收内存回收是指操作系统将已分配给进程的内存空间回收的过程。

内存回收的方式有立即回收和延迟回收等。

3.内存扩充内存扩充是指通过虚拟内存技术，将磁盘空间作为内存使用，以扩大内存容量。

4.内存保护内存保护是指操作系统对内存空间进行权限管理，防止进程非法访问其他进程的内存空间。

五、文件管理1.文件的概念文件是存储在辅助存储设备上的数据集合，它具有名称、类型、属性和内容等。

操作系.ppt

操作系.ppt

……
[ X]段 （已经连接）
…
…
Y
200
…
…
200 12456
段名-段号对照表
段名
段号
MAIN 0
A
1
W
2
X
3
…
…
连接后
§4.1.4存储管理的机制和策略
在多道环境下，存储管理不但要为进程提供内存资 源，还要为内存的使用提供安全保障机制，如防止 进程非法访问不属于自已的空间。
为了提高内存资源的利用率，存储管理还要提供共 享机制，也就是当若干个进程调用同一段代码或数 据时，系统应为共享的代码或数据保留一个副本而 不是多个。
【存储管理的功能】
1.内存的分配与回收
每一个进程运行时都需要内存资源， 因此内 存空间的分配和回收是存储管理的基本功能。在 进程创建时按照一定的存储策略为其分配内存空 间，进程运行结束时，再将其所占用的内存空间 收回。
为了记录内存的使用情况，存储管理会依据存 储策略采用相应的数据结构，标识哪些区域尚未 分配，哪些区域已经分配以及分配给哪些进程等。 每一个进程运行时都需要内存资源， 因此内存 空间的分配和回收是存储管理的基本功能。系统 通过所采用的数据结构来管理内存空间。
(2)静态地址重定位
静态地址重定位是在程序执行之前由操作系统的重定位装入程 序完成的。在装入一个作业时，把作业中的指令地址全部转 换为绝对地址（地址转换工作是在作业执行前集中一次完成 的）在作业执行过程中就无须再进行地址转换工作。
静态地址重定位示例
静态地址重定位的优点
相对地址
是容易实现，无需硬件
支持，它只要求程序本 0
离散
段页式 虚拟页式
虚存 虚拟段式

清华大学操作系统讲义第04讲_经典IPC问题

清华大学操作系统讲义第04讲_经典IPC问题
10
第二，把信号量视为是某种类型的共享资源的剩 余个数，其目的是为了实现对这种类型的共享资 源的访问，如各种I/O设备。信号量的取值具有实 际的意义，就等于空闲资源的个数。多个进程可 以同时使用这种类型的资源，直到所有空闲资源 均已用完。其特征是信号量的初始值为N(N1)， 然后在一个进程内部对它进行配对的P、V操作。
28
思路(2) 计算机程序怎么来解决这个问题？
指导原则：不能浪费CPU时间；进程间相互通信。 S1 思考中… S2 进入饥饿状态； S3 如果左邻居或右邻居正在进餐，进入阻塞状态； 否则转S4 S4 拿起两把叉子； S5 吃面条… S6 放下左边的叉子，看看左邻居现在能否进餐 （饥饿状态、两把叉子都在），若能则唤醒之； S7 放下右边的叉子，看看右邻居现在能否进餐， 若能，唤醒之； S8 新的一天又开始了，转S1
操作系统与系统编程
第四讲
谌 卫 军
清华大学软件学院 2004年春季
1
基于信号量的进程同步
【例子2】共享缓冲区的合作进程的同步
设有一个缓冲区buffer，大小为一个字节。Compute 进程不断产生字符，送buffer，Print进程从buffer中 取出字符打印。如不加控制，会出现多种打印结果， 这取决于这两个进程运行的相对速度。在这众多的 打印结果中，只有Compute和Print进程的运行刚好 匹配的一种是正确的，其它均为错误。 Compute buffer
6
流程图1：
get t0 t1 copy t2 put t3 get t4 copy t5 put t6
流程图2：
规则4 规则5
规则1
p
p
p
c
g
规则2
c
g

清华大学操作系统课件_向勇老师的讲义

清华大学操作系统课件_向勇老师的讲义
第二章 作业管理和用户接口
在这一章中，我们讨论OS向上提供的用户接口，即系 统命令接口和系统调用接口。系统命令接口可完成用 户作业的组织和控制。
2.1 作业组织和控制 2.2 UNIX的作业管理 2.3 系统调用 2.4 图形用户接口
1
2.1 作业组织和控制
2.1.1 作业和作业处理过程 2.1.2 作业调度 2.1.3 作业控制语言
• 命令简化：利用参数替换可简化命令输入，通 配符(?, *)用于匹配一组文件名
– 如：UNIX的cp命令：当前目录上有两个"1.tar"和 "2.tar"时，"cp *.tar /tmp"等同于"cp 1.tar /tmp; cp 2.tar /tmp"
15
2. 环境变量
环境变量(environment variable)－－应用进程地址空间中的特殊 变量区。
21
3. 基本特征
• 内部命令：如cd, exec――区分大小写，exec的 功能是执行一个命令； • 外部命令：如/bin/ls, /bin/mkdir • 命令行选项通常是：-option
– 如："ls -a -l"中的-a表示列出所有文件，-l表示列出 所有信息。
• 通配符：由shell处理后再传递给外部命令。
– 如：cat *.c 则argv[1]="a.c", argv[2]="b.c"，而 cat "*.c" 则argv[1]="*.c"(cat的功能是读入所有文件，并 显示)
22
4. 输入输出重定向
基于内核的缓冲区
• "<"为标准输入重定向； • ">"和">>"为标准输出重定向； • "2>"和"2>>"为标准错误输出重定向（2表示标 准错误输出的设备号，只对sh有意义）； • " >&"是标准输出和标准错误输出重定向； 行输入重定向：用定界符间的内容作为标准输入。 如：下面命令的标准输入为cat命令的输入。 cat << WARNING ... 23 WARNING

清华大学操作系统（陈渝，向勇）课程笔记——（十）协同多道程序设计和并发问题

清华大学操作系统（陈渝，向勇）课程笔记——（十）协同多道程序设计和并发问题

清华⼤学操作系统（陈渝，向勇）课程笔记——（⼗）协同多道程序设计和并发问题主要内容背景—些概念临界区 (Critical section)⽅法1:禁⽤硬件中断⽅法2:基于软件的解决⽅法⽅法3:更⾼级的抽象背景多道程序设计(multi-programming):现代操作系统的重要特性并⾏很有⽤(为什么? )提⽰:多个并发实体:CPU(s)，I/O, …，⽤户,…进程/线程:操作系统抽象出来⽤于⽀持多道程序设计CPU调度:实现多道程序设计的机制调度算法-不同的策略独⽴的线程:不和其他线程共享资源或状态确定性=输⼊状态决定结果可重现→能够重现起始条件，I/OI/O调度顺序不重要合作线程：在多个线程中共享状态不确定性不可重现不确定性和不可重现意味着bug可能是间歇性发⽣的进程/线程，计算机/设备需要合作优点1:共享资源—台电脑，多个⽤户⼀个银⾏存款余额,多台ATM机嵌⼊式系统〔机器⼈控制:⼿臂和⼿的协调)优点2:加速I/O操作和计算可以重叠多处理器–将程序分成多个部分并⾏执⾏优点3:模块化将⼤程序分解成⼩程序使系统易于扩展以编译为例，gcc会调⽤cpp，cc1，cc2，as，ld程序可以调⽤函数fork()来创建⼀个新的进程操作系统需要分配⼀个新的并且唯⼀的进程ID因此在内核中，这个系统调⽤会运⾏共享的全局变量翻译成机器指令new_pid = next_pidit ++(不是原⼦操作);1) LOAD next_pid Regl2)STORE Regl new_pid3)INC Regl4STORE Regl next_pid假设两个进程并发执⾏如果next_pid等于100，那么其中⼀个进程得到的ID应该是100，另⼀个进程的ID应该是101，next_pid应该增加到102⽆论多个线程的指令序列怎样交替执⾏，程序都必须正常⼯作多线程程序具有不确定性和不可重现的特点不经过专门设计，调试难度很⾼不确定性要求并⾏程序的正确性先思考清楚问题，把程序的⾏为设计清楚切忌急于着⼿编写代码，碰到问题再调试Race Condition(竞态条件)系统缺陷:结果依赖于并发执⾏或者事件的顺序/时间不确定性不可重现怎样避免竞态?让程序不会被打断Atomic Operation(原⼦操作)原⼦操作是指⼀次不存在任何中断或者失败的执⾏该执⾏成功结束或者根本没有执⾏并且不应该发现任何部分执⾏的状态实际上操作往往不是原⼦的有些看上去是原⼦操作，实际上不是连x++这样的简单语句，实际上是由3条指令构成的有时候甚⾄连单条机器指令都不是原⼦的Pipeline，super-scalar，out-of-order，page fault问题Critical section(临界区)临界区是指进程中的⼀段需要访问共享资源并且当另⼀个进程处于相应代码区域时便不会被执⾏的代码区域Mutual exclusion (互斥)当⼀个进程处于临界区并访问共享资源时，没有其他进程会处于临界区并且访问任何相同的共享资源Dead lock (死锁)两个或以上的进程，在相互等待完成特定任务，⽽最终没法将⾃⾝任务进⾏下去Starvation(饥饿)⼀个可执⾏的进程，被调度器持续忽略，以⾄于虽然处于可执⾏状态却不被执⾏临界区临界区属性互斥:同⼀时间临界区中最多存在⼀个线程Progress:如果⼀个线程想要进⼊临界区，那么它最终会成功有限等待:如果⼀个线程i处于⼊⼝区，那么在i的请求被接受之前，其他线程进⼊临界区的时间是有限制的⽆忙等待(可选)∶如果⼀个进程在等待进⼊临界区，那么在它可以进⼊之前会被挂起临界区代码保护⽅法⽅法1:禁⽤硬件中断没有中断，没有上下⽂切换，因此没有并发硬件将中断处理延迟到中断被启⽤之后⼤多数现代计算机体系结构都提供指令来完成进⼊临界区禁⽤中断离开临界区开启中断缺点⼀旦中断被禁⽤，线程就⽆法被停⽌整个系统都会为你停下来可能导致其他线程处于饥饿状态要是临界区可以任意长怎么办⽆法限制响应中断所需的时间(可能存在硬件影响)所以要⼩⼼使⽤另外，禁⽤软件中断⽆法在多CPU情况下⽆法解决互斥问题⽅法2:基于软件的解决⽅法经典逻辑线程可以共享⼀些共有的变量来同步他们的⾏为。

清华大学操作系统向勇老师的讲义

清华大学操作系统向勇老师的讲义

四个进程在并发地运行
3. 进程与程序的区别
• 进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码 的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计 算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和 可以复制。
• 进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态 变化的过程，程序可长久保存。
• 进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、 数据和进程控制块（即进程状态信息）。
第四章 进程管理
为了描述程序在并发执行时对系统资源的共享，我们需要一个 描述程序执行时动态特征的概念，这就是进程。在本章中，我 们将讨论进程概念、进程控制和进程间关系。
4.1 进程(PROCESS) 4.2 进程控制 4.3 线程(THREAD) 4.4 进程互斥和同步 4.5 进程间通信(IPC, INTER-PROCESS
– 顺序执行是单道批处理系统的执行方式，也用于 简单的单片机系统；
– 现在的操作系统多为并发执行，具有许多新的特 征。引入并发执行的目的是为了提高资源利用率 并适应多任务处理的要求。
• 顺序执行的特征
– 顺序性：按照程序结构所指定的次序（可能有分支或循环）
– 封闭性：独占全部资源，计算机的状态只由于该程序的控 制逻辑所决定
– 可再现性：初始条件相同则结果相同。如：可通过空指令 控制时间关系。
• 并发执行的特征
– 间断(异步)性："走走停停"，一个程序可能走到中途停下 来，失去原有的时序关系；
– 失去封闭性：共享资源，受其他程序的控制逻辑的影响。 如：一个程序写到存储器中的数据可能被另一个程序修改， 失去原有的不变特征。
• 动态性：进程具有动态的地址空间（数量和内容）， 地址空间上包括：
– 代码（指令执行和CPU状态的改变） – 数据（变量的生成和赋值） – 系统控制信息（进程控制块的生成和删除）

操作系统概念ppt课件

操作系统概念ppt课件
操作系统概念
第二章：计算机系统结构
本章主要内容
计算机系统操作 I/O结构 存储结构 存储层次 硬件保护 网络结构 (*)
.
2
现代计算机系统
磁盘
打印机
磁带驱动器
CPU 系统总线
磁盘控制器
打印机 控制器
内存控制器 内存
.
磁带驱动器 控制器
3
2.1 计算机系统操作
I/O设备和CPU可以并发执行 一个设备控制器负责一类设备
.
18
双重模式操作
为了确保操作正常，必须保护操作系统和所有 其他程序及数据使之不受任何故障程序的影响。 所有共享资源都需要保护。
OS必须提供硬件支持用来区分至少以下两种 操作模式
用户模式（user mode） － 代表用户在执行 监督程序模式（monitor mode）－ 代表OS在
执行
.
磁盘控制器决定了磁盘设备与计算机之间的逻 辑交互
.
12
移动磁头的磁盘装置
.
13
2.4 存储层次
存储系统按层次组织在一起
速度（Speed） 价格（Cost） 易失性（Volatility）
缓冲（Caching） － 将信息复制到更快速的存 储系统；主存可以看成是辅存的最后一级缓冲
.
14
异步I/O － I/O启动后，控制权无须等待I/O操作完成就 可返回给用户进程。
系统调用 － 请求OS允许用户等待I/O操作的完成
设备状态表包含了每个I/O设备的一个条目，用来指示该 设备的类型、地址和状态（不工作、空闲或繁忙）
OS通过查询I/O设备表来判断设备的状态，并修改该条 目，以反映出现了中断。
时模式位（mode bit）设为监督模式 监督程序检验参数的合法性，执行请求，并将

操作系统原理及应用(Linux)(第2版)课件第1章 操作系统概论

操作系统原理及应用(Linux)(第2版)课件第1章 操作系统概论
应该指出，除系统调用是操作系统核心部分外，系 统程序（shell层）和图形界面工具都不是操作系统核心的 组成部分。但它们体现了操作系统的许多特性，以便加便 捷的方式展示了操作系统的各种服务功能。
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
35
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。

(2024年)操作系统课件第5章

(2024年)操作系统课件第5章
11
优先级调度策略
优先级概念
优先级是操作系统用来决定进程调度顺序的一种机制，通常数字越大表示优先级越高。
静态优先级与动态优先级
静态优先级在进程创建时确定且不变，动态优先级则根据进程运行情况动态调整。
2024/3/26
调度策略实现
操作系统根据进程优先级进行调度，高优先级进程优先获得处理机资源。同时，为避免低优先级进程长时间 得不到处理机，操作系统还会采用一定的策略来保证其获得一定的服务时间，如老化策略等。
使用。
2024/3/26
程序管理
操作系统负责程序的加载、执 行和终止，以及进程间的通信 和同步。
用户接口
操作系统提供用户友好的界面 ，使用户能够方便地与计算机 进行交互。
系统安全
操作系统提供访问控制、加密 等安全机制，保护系统和用户
数据的安全。
5
常见操作系统类型及特点
批处理操作系统
适用于大量数据的处理，能够自动将作业成 批处理，提高系统效率。
2024/3/26
编写规范
设备驱动程序的编写需要遵循一定的规范，包括模块化设计 、可移植性、稳定性、安全性等方面的要求，同时还需要考 虑设备的特性和操作系统的要求。
29
I/O控制方式分类及特点
I/O控制方式分类
I/O控制方式主要包括程序查询方式、中断方式、DMA方式和通道方式等几种。
各种方式的特点
24
目录结构设计原则
目录结构定义
目录是用来组织和管理文件的，目录结构决定了 文件在存储介质上的组织方式。
目录结构设计原则
结构清晰、层次分明、便于管理和维护、支持多 种文件类型和设备类型。
常见目录结构
树形目录结构、无环图目录结构、网状目录结构 等。

清华大学操作系统课件_向勇老师的讲义

清华大学操作系统课件_向勇老师的讲义

• 考试：70%
– 基本原理+实践能力
• 先修课要求：
– 计算机组成原理、数据结构
• 上课要求：
– 请关闭您的手机，以免影响上课； – 上课时请不要开小会；
第一章 绪论
1.1 什么是操作系统 1.2 操作系统的发展历史 1.3 操作系统的特征 1.4 操作系统的功能 1.5 操作系统的结构 1.6 常用的操作系统
多道批处理系统的特点
• 优点：
– 资源利用率高：CPU和内存利用率较高； – 作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大；
• 缺点：
– 用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时， 才与用户交互，不利于调试和修改； – 作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著增 长；
批处理：交互性差－－提高对CPU利用率； 分时处理：用户与应用程序随时交互，控制程序运行，适于商 业和办公事务处理－－缩短响应时间
返回
1.2.2 手工操作
1946 ~ 50年代（电子管），集中计算（计算中心），计算机 资源昂贵；
• 工作方式
– 用户：用户既是程序员，又是操作员；用户是计算 机专业人员； – 编程语言：为机器语言； – 输入输出：纸带或卡片；
• 计算机的工作特点
– 用户独占全机：不出现资源被其他用户占用，资源 利用率低； – CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计 算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低； 返回
1.1.2 操作系统的作用
• OS是计算机硬件、软件资源的管理者； • OS是用户使用系统硬件、软件的接口； • OS是扩展机/虚拟机；
返回
OS是计算机硬件、软件资源的管理者
• 管理对象包括：CPU、存储器、外部设备、信 息（数据和软件）； • 管理的内容：资源的当前状态（数量和使用 情况）、资源的分配、回收和访问操作，相 应管理策略（包括用户权限）。

Linux基础教程清华课件第14章备份与恢复教学文稿

Linux基础教程清华课件第14章备份与恢复教学文稿
下面对表14.1所示两种比较常用的方案进行分析比较， 从而对备份策略有更好的理解。
表14.1 两种常用的备份方案
方案1 星期天 星期一 星期二 星期三 星期四 星期五 星期六
0级备份 1级备份 1级备份 1级备份 1级备份 1级备份 1级备份
方案2 星期天 星期一 星期二 星期三 星期四 星期五 星期六
下面给出两个例子：
例1. 仅仅备份某几个文件，键入命令: ＃ tar -cf archive.tar foo bar
此命令在当前目录下把文件foo和bar备份成 archive.tar
例2. 把某个目录备份到本硬盘的“/data”文件系统下， 键入命令:
# tar -zcf /data/backup-`date ′+%d-%B-%Y′`.tar.gz /home/lily/myfirst/ 此外在做好了一个备份之后，你应该使用选项-compare(-d)来检查它是否正确，以保证可靠性：# tar --compare --verbose -f /dev/tape
由于许多时候备份是用cron命令启动的，这时就必须 确保需要备份的内容小于磁带的容量，并且要保证 磁带不可回绕，否则会覆盖前面的工作，即使是拥 有磁带库这样高级的备份工具也一样要仔细检查。
还有备份过程中出现的介质错误，有些磁带坏了， 影响了备份，一定要有补救措施，哪怕是最繁忙的 时候，也要占用一点主机资源，可以临时将备份内 容保存到其他服务器上。
tar永远是顺序读一个备份卷，因此大的卷会很慢。 使用磁带机或其他顺序介质时不可能使用随机存取 数据库技术。
tar不处理删除文件属性。如果你需要从一个全备份 和一个增量备份恢复一个文件系统，并且2个备份 之间你删除了一个文件，当你恢复完后，这个文件 又存在了。如果这个文件包含应该删除的敏感数据， 应该及时删除。
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– R(i)W(j)=; – W(i)R(j)=; – W(i)W(j)=;
前两条保证一个程序的两次读之间数据不变化；最 后一条保证写的结果不丢掉。
现在的问题是这个条件不好检查。
4.1.2 进程的定义和描述
1. 进程的定义
一个具有一定独立功能的程序在一个数据集合 上的一次动态执行过程。
4. 处理机调度器（dispatcher）
处理机调度器是操作系统中的一段代码， 它完成如下功能：
• 把处理机从一个进程切换到另 一个进程； • 防止某进程独占处理机；
5. 进程控制块 (PCB, process control block)
进程控制块是由OS维护的用来记录进程相关 信息的一块内存。
Event 1 Occurs Event 1 Queue Event 2 Occurs Event 2 Queue
Event 1 Wait
Event 2 Wait
五状态进程模型(多队列结构)
1. 状态
• 运行状态(Running)：占用处理机资源；处于此状态的 进程的数目小于等于CPU的数目。
– 在没有其他进程可以执行时（如所有进程都在阻塞状态）， 通常会自动执行系统的空闲进程（相当于空操作）。
四个进程在并发地运行
3. 进程与程序的区别
• 进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码 的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计 算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和 可以复制。 • 进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态 变化的过程，程序可长久保存。 • 进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、 数据和进程控制块（即进程状态信息）。 • 进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程 序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可 包括多个程序。
4.1.3 进程的状态转换
4.1.3.1 两状态进程模型 4.1.3.2 五状态进程模型 4.1.3.3 挂起进程模型
4.1.3.1 两状态进程模型
Dispatch
Enter
Not-Running
Running
Exit
Pause (a)状态变迁图 Queue Enter Dispatch Processor Exit
• 它对应虚拟处理机、虚拟存储器和虚拟外设等 资源的分配和回收； • 引入多进程，提高了对硬件资源的利用率，但 又带来额外的空间和时间开销，增加了OS 的 复杂性；
进程与程序的关系类比
有一个计算机科学家，想亲手给女儿做一个生日蛋糕。所以他就 找了一本有关做蛋糕的食谱，买了一些原料，面粉、鸡蛋、糖、 香料等，然后边看边学边做。
注：对于五状态进程模型，一个重要的问题是当一个 事件出现时如何检查阻塞进程表中的进程状态。当进 程多时，对系统性能影响很大。一种可能的作法是按 等待事件类型，排成多个队列。
4.1.3.3 挂起进程模型
• 这个问题的出现是由于进程优先级的引入，一 些低优先级进程可能等待较长时间，从而被对 换至外存。这样做的目的是：
Pause (b)队列结构
1. 状态
• 运行状态(Running)：占用处理机资源； • 暂停状态(Not-Running)：等待进程调度 分配处理机资源；
2. 转换
• 进程创建(Enter)：系统创建进程，形成 PCB，分配所需资源，排入暂停进程表 (可为一个队列)； • 调度运行(Dispatch)：从暂停进程表中选 择一个进程(要求已完成I/O操作)，进入 运行状态； • 暂停运行(Pause)：用完时间片或启动I/O 操作后，放弃处理机，进入暂停进程表； • 进程结束(Exit)：进程运行中止；
并发执行的条件：达到封闭性和可再现性
并发执行失去封闭性的原因是共享资源的影响，去掉 这种影响就行了。1966年，由Bernstein给出并发执行 的条件。（这里没有考虑执行速度的影响。）
• 程序 P(i) 针对共享变量的读集和写集 R(i)和W(i) • 条件：任意两个程序P(i)和P(j)，有：
– 运行到结束：分为正常退出Exit和异常退出abort（执行超时或 内存不够，非法指令或地址，I/O失败，被其他进程所终止） – 就绪或阻塞到结束：可能的原因有：父进程可在任何时间中 止子进程；
2. 转换
• 超时（Timeout）：由于用完时间片或高优先 进程就绪（被抢先）等导致进程暂停运行； • 事件等待（Event Wait）：进程要求的事件未 出现而进入阻塞；可能的原因包括：申请系统 服务或资源、通信、I/O操作等； • 事件出现（Event Occurs）：进程等待的事件 出现；如：操作完成、申请成功等；
– 静态部分（PCB和资源表格） – 动态部分：核心栈（核心过程的栈结构，不同进程在调 用相同核心过程时有不同核心栈）
核心态和用户态
• 用户态是指进程执行用户应用程序代码 时的状态。处于用户态的进程，不可直 接访问受保护的OS代码； • 核心态是指进程通过系统调用来执行操 作系统代码时的状态。处于核心态的进 程执行的代码是OS代码，可以访问整个 进程的全部地址空间。
4.1 进程(PROCESS)
4.1.1 程序的顺序执行和并发执行 4.1.2 进程的定义和描述 4.1.3 进程的状态转换 4.1.4 操作系统代码的执行
返回
4.1.1 程序的顺序执行和并发执行
• 程序的执行有两种方式：顺序执行和并发执 行。
– 顺序执行是单道批处理系统的执行方式，也用于 简单的单片机系统； – 现在的操作系统多为并发执行，具有许多新的特 征。引入并发执行的目的是为了提高资源利用率 并适应多任务处理的要求。
• 就绪状态(Ready)：进程已获得除处理机外的所需资源， 等待分配处理机资源；只要分配CPU就可执行。
– 可以按多个优先级来划分队列，如：时间片用完－>低优， I/O完成－>中优，页面调入完成－>高优
• 阻塞状态(Blocked)：由于进程等待某种条件（如I/O操 作或进程同步），在条件满足之前无法继续执行。该 事件发生前即使把处理机分配给该进程，也无法运行。 如：等待I/O操作的完成。
4.1.3.2 五状态进程模型
两状态模型无法区分暂停进程表中的可运行和阻塞，五状态模 型就是对暂停状态的细化。
New
Admit
Ready
Dispatch
Timeout
Running
Release
Exit
Event Occurs
ate
t en t Ev ai W
Cre
Blocked
五状态进程模型(状态变迁)
食谱 ＝ 程序；科学家 ＝ CPU； 原料 ＝ 数据；做蛋糕 = 进程；
这时小儿子哭着跑进来，说手被蜜蜂蛰了。教授只好把蛋糕先放 在一边。他在食谱上做了个标记，把状态信息记录了起来。然后 又去找了一本医疗手册，查到了相关的内容，按照上面的指令一 步步地执行。当伤口处理完之后，又回到厨房继续做蛋糕。
CPU从一个进程（做蛋糕）切换到 另一个进程（医疗救护）。
– 各状态的进行形成不同的索引表：就绪索引表、阻塞索 引表
Index Table PCB Table Ready Blocked Blocked Ready PCB Table
7. 进程上下文
进程上下文是对进程执行活动全过程的静态描述。进 程上下文由进程的用户地址空间内容、硬件寄存器内 容及与该进程相关的核心数据结构组成。 • 用户级上下文：进程的用户地址空间（包括用户栈 各层次），包括用户正文段、用户数据段和用户栈； • 寄存器级上下文：程序寄存器、处理机状态寄存器、 栈指针、通用寄存器的值； • 系统级上下文：
• 创建状态(New)：进程刚创建，但还不能运行 (一种可能的原因是OS对并发进程数的限制)； 如：分配和建立PCB表项（可能有数目限制）、 建立资源表格（如打开文件表）并分配资源， 加载程序并建立地址空间表。 • 结束状态(Exit)：进程已结束运行，回收除 PCB之外的其他资源，并让其他进程从PCB中 收集有关信息（如记帐，将退出码exit code传 递给父进程）。
• 每个进程在OS中的登记表项（可能有总数目限制）， OS据此对进程进行控制和管理（PCB中的内容会动 态改变），不同OS则不同 • 处于核心段，通常不能由应用程序自身的代码来直 接访问，而要通过系统调用，或通过UNIX中的进程 文件系统(/proc)直接访问进程映象(image)。文件或 目录名为进程标识（如：00316），权限为创建者可 读写。
• 创建新进程：创建一个新进程，以运行一个程序。可能 的原因为：用户登录、OS创建以提供某项服务、批处 理作业。 • 收容(Admit, 也称为提交)：收容一个新进程，进入就绪 状态。由于性能、内存、进程总数等原因，系统会限制 并发进程总数。 • 调度运行(Dispatch)：从就绪进程表中选择一个进程，进 入运行状态； • 释放(Release)：由于进程完成或失败而中止进程运行， 进入结束状态；
进程控制块的内容
• 进程描述信息：
– 进程标识符(process ID)，唯一，通常是一个整数； – 进程名，通常基于可执行文件名（不唯一）； – 用户标识符(user ID)；进程组关系(process group)
• 进程控制信息：
– – – – – – 当前状态； 优先级(priority)； 代码执行入口地址； 程序的外存地址； 运行统计信息（执行时间、页面调度）； 进程间同步和通信；阻塞原因
第四章 进程管理
为了描述程序在并发执行时对系统资源的共享，我们需要一个 描述程序执行时动态特征的概念，这就是进程。在本章中，我 们将讨论进程概念、进程控制和进程间关系。
4.1 进程(PROCESS) 4.2 进程控制 4.3 线程(THREAD) 4.4 进程互斥和同步 4.5 进程间通信(IPC, INTER-PROCESS COMMUNICATION) 4.6 死锁问题(DEADLOCK) 4.7 进程其他方面的举例