《操作系统原理及应用(Linux)》操作系统概论47页PPT

见P23 图1-7 UNIX系统结构
见P23 图1-7UNIX系统结构
17
1.8 UNIX系统的特点和结构
3、UNIX的结构
trap 用户层
用户程序
程序库
系统调用程序接口
核
心
文件系统
层
缓冲区管理
进程 控制 系统
进程通信 进程调度
字符设备 块设备 设备驱动
内存管理
硬件层
硬件
18
8
1.3 操作系统的结构 一、环境（外部结构）
OS的外部环境主要是指硬件、其他软件和用户（人）。 二、体系结构（内部结构） 在OS 的底层是对硬件的控制程序（即对资源的一些管理 程序），最上层是系统调用的接口程序。在OS内部还要 有进程、设备、存储、文件系统管理模块。
9
1.4 操作系统的分类 一、多道批处理系统
三、执行系统 优点：提高了系统的安全性、提高了系统的效率 缺点：主机时间的浪费仍然很严重 四、多道程序系统阶段 多道程序系统---就是能够控制多道程序并行的系统。 基本思想：是在内存里同时存放若干道程序，它们可 以并行运行，也可以交替运行。 特点：多道程序并行
5
1.2 什么是操作系统
一、概念 操作系统（OS）-----是管理计算机系统资源（硬件和软 件）的系统软件，它为用户使用计算机提供方便、有 效和安全可靠的工作环境。 补充说明: (1)从此定义上讲，操作系统是软件而不是硬件，但实 际上它是一个软、硬件结合的有机体。 (2)操作系统是系统软件而不是应用软件，但它与其他 系统软件不同。
11

1.4 操作系统的分类 五、区别
（1）分时系统与实时系统的区别 分时系统的目标是提供一种随时可供多个用户使用的通用性很强的系 统，用户与系统之间具有较强的交互作用或会话能力；分时系统对响 应时间的要求一般是以人能接受的程度为依据的，其响应的数量级通 常为秒。 实时系统大多是具有特殊用途的专用系统，它仅允许终端操作员访问 有限数量的专用程序，而不能书写或修改程序。

《操作系统原理及应用(Linux)》操作 系统概论
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克

第１章 操作系统概述 第1章 操作系统概述
1.1 操作系统概念 1.2 操作系统的功能 1.3 操作系统的发展 1.4 操作系统的类型 1.5 操作系统的特征 1.6 Linux概述 习题一
第１章 操作系统概述
1.1 操作系统概念 计算机科学技术发展至今，其应用领域不断广泛与深入， 已成为现代信息社会的基础。现代的计算机系统，无论是大型 计算机、小型计算机还是微型计算机都是由硬件和软件两大部 分组成的。计算机硬件，即我们看得见摸得着的硬实体，它包 括主机(一个或多个处理器(CPU)、内存)、I/O设备(键盘、显 示器、磁盘、I/O接口)以及其他一些外围设备(打印机、绘图 仪、光盘等)。总之，计算机硬件部分是一个由多种电子和机 械设备组成的复杂系统，它们构成了系统本身和用户作业赖以 活动的物质基础和环境。
第１章 操作系统概述
(2) 进程同步。所谓进程同步，是指系统对并发执行的 进程进行协调。最基本的进程同步方式是使诸进程以互斥方式 访问临界资源。此外，对于彼此相互合作、去完成共同任务的 进程，应由系统对它们的运行速度加以协调。
(3) 进程调度。当一个正在执行的进程已经完成或因某 事件而无法继续执行时，系统应进行进程调度，重新分配处理 机。进程调度是指按一定算法，如最高优先算法，从进程就绪 队列中选出一个进程，把处理机分配给它，为该进程设置运行 现场，并使之投入运行。
第１章 操作系统概述
操作系统通过对进程的管理来协调多道程序之间的关系， 以达到充分利用处理机资源的目的。所以，处理机的管理便体 现为进程管理。进程管理的主要功能包括：
(1) 进程控制。当用户作业要运行时，应为之建立一个 或多个进程，并为它分配除处理机以外的所有资源，将它放入 进程就绪队列。当进程运行完成时，立即撤消该进程，以便及 时释放其所占有的资源。进程控制的基本功能就是创建和撤消 进程以及控制进程的状态转换。

1.计算机系统组成
计算机系统由两大部分组成，即硬件系统 和软件系统，它们构成了一个完整的计算 机系统。
我们使用计算机实际上就是通过操作软件驱动硬 件来工作的。计算机硬件和软件既 相互依存， 又互为补充 计算机软件是计算机硬件设备上运行的各种程序 及其相关资料的总称。没有软件的计 算机通常 称为"裸机"
© Copyright by qi zhou
1.计算机系统组成
© Copyright by qi zhou
第一章操作系统引论
二、操作系统的 基本概念和功能
什么是操作系统 操作系统功能
© Copyright by qi zhou
2.操作系统的基本概念和功能
什么是操作系统 操作系统(Operating System，OS)是计算机系 统中最基本的软件。它直接管理和控制计算机的 资源，合理地调度资源，使之得到充分的利用， 并为用户使用这些资源提供一个方便的操作环境 和良好的用户界面。
© Copyright by qi zhou
Linux的基本操作
按切换的逻辑顺序可以将字它他编号为1-12号控制台， 通过组合键Crtl+Alt+Fn或Alt+Fn来切换，其中Fn为12个 功能键，对应着12个控制台。 系统启动时默认在前面几个控制台上启动1个图形控制台 和6个字符控制台，可以根据需要启动后面的其它控制台。 3.切换控制台界面模式和X-Window图形界面模式 在X-Window图形操作界面模式下按Crtl+Alt+Fn或 Alt+Fn (n=1~6)就可以进入控制台字符操作界面。 在控制台字符操作界面模式下按Crtl+Alt+7或Alt+F7就可 以回到刚才的X-Window模式。

第6章 文 件 管 理
2) 文件的逻辑结构 文件的逻辑结构是文件系统的直接用户(也就是应用程 序)所看到的文件结构。文件的逻辑结构取决于文件系统接 口的设计，它决定了文件存取的方式。应用程序按逻辑结构 访问文件系统中的文件，并在此基础上构造出各种应用结构 呈现给应用程序的用户。也就是说，应用程序负责文件的格 式与逻辑结构之间的映射。 文件的逻辑结构有记录式文件和流式文件两种，具体介 绍见6.1.2小节。
第6章 文 件 管 理
3) 文件的物理结构 文件的物理结构又称为存储结构，是指文件在外存上的 存储组织形式。文件系统负责文件的逻辑结构与物理结构之 间的映射。 文件的物理结构分为连续文件、链接文件和索引文件3 种，具体介绍见6.1.3小节。 操作系统所关心的是文件的逻辑结构与物理结构。逻辑 结构是供文件系统的用户使用的，物理结构是文件系统内部 使用的。将逻辑结构与物理结构相区分，是为了向用户屏蔽 有关文件存储的细节，使用户可以只凭简单的逻辑结构来使 用文件。
第6章 文 件 管 理
5. 文件的结构 文件结构是文件内容的组织方式。从不同层面上看到的 文件结构有所不同。图6-1所示是文件在三个不同抽象层次 上的结构。
第6章 文 件 管 理 图6-1 文件的结构
第6章 文 件 管 理
第6章 文 件 管 理
1) 文件的格式 终端用户是通过应用程序来使用文件的，从他们的角度 看到的是文件的应用结构，也就是文件的格式。文件的格式 由处理文件的应用程序定义和使用，通常以后缀名相区分。 如“.doc”文件是由Word程序使用的格式，“.bmp”是图片处 理程序使用的格式。 根据文件格式的结构类型，文件大致可分为结构化文件 (如列表文件、数据库文件等)、半结构化文件(如Web文档、 图片、图像等)和无结构文件(如纯文本文件等)。

3
优点：简单易行，适用于小规模系统
内存的分配与回收
缺点：分区数量有限，且易造成内存浪费 动态分区分配
定义：在进程运行时，根据进程需要动态地分配和回收内存空间
内存的分配与回收
优点
可避免内存浪费，能满足大规模系统的需求
缺点
实现复杂，需要额外的空间管理开销
内存的分配与回收
01 页式管理
02
定义：将内存分为固定大小的页，每个页对应一个物
03
缺点：需要额外的空间管理开销， 且段式管理对程序的地址空间有 一定限制
04
虚拟内存的概念与实现
虚拟内存的概念 定义：将内存分为多个区域，每个区域都有自己的地址空间，称为虚拟地址空间 优点：可扩大程序的地址空间，提高内存利用率，减少内存碎片
虚拟内存的概念与实现
01
缺点：需要额外的空间管理开 销，且可能导致页交换和页缺 失等问题
要点二
数据解密
数据解密是还原加密数据的过程，只有持有正确密钥的人 才能解密并获取原始数据。解密算法与加密算法相对应， 需要根据不同的加密算法进行相应的解密操作。
THANKS
进程终止
当进程完成或出现错误时，系统会终止该进程。
进程的同步与通信
进程同步
进程之间需要进行同步以确保正确地执 行任务，如使用信号量和条件变量等同 步机制。
VS
进程通信
进程之间需要进行通信以共享数据和信息， 如使用消息队列、管道等通信机制。
03 内存管理
内存的分配与回收
固定分区分配
1
2
定义：将物理内存分为固定大小的区域，每个区 域分配给一个进程
设备的分类与标识
设备的分类
根据设备的性质和功能，可以将设备分为多种类型， 如输入输出设备、存储设备和处理器等。这些设备还 可以进一步细分为更多的类别，例如硬盘驱动器、光 盘驱动器、打印机、显示器等。

分页存储
内存交换
内存保护
通过内存保护机制，确保每个进程只能访问自己的内存空间，防止不同进程之间的相互干扰和破坏。
内存共享
某些进程可能需要共享某些数据，通过内存共享机制，多个进程可以访问同一份数据，实现进程间的通信和协作。
04
文件系统
文件系统的定义与结构概述
总结词
文件系统是操作系统中用于管理文件存储和检索的软件架构。它提供了一种组织和管理数据的方式，使得用户可以方便地创建、删除、修改和查找文件。文件系统通常采用树状结构，由根目录开始，各级目录逐级展开，便于管理和维护。
总结词
进程的创建可以通过系统调用或创建子进程的方式实现。系统调用提供了一组接口用于创建新进程，而创建子进程则是通过复制当前进程的地址空间来创建一个新进程。进程的终止可以通过正常结束、异常结束或系统调用终止。正常结束是进程完成工作后退出，异常结束是进程因错误或异常情况而退出，系统调用终止则是通过系统调用来强制结束进程。
控制方式
操作系统通过驱动程序与设备进行交互，实现对设备的控制，如读写操作、中断处理等。
驱动程序
当进程需要使用设备时，操作系统需要为其分配相应的设备资源。
当进程完成对设备的操作后，操作系统需要将设备回收，以便其他进程可以使用。
分配
回收
06
用户界面
定义
用户界面是操作系统与用户之间的交互界面，是用户与计算机系统进行交互的桥梁。
03
内存管理
操作系统根据进程的需求为其分配所需的内存空间，包括代码段、数据段、堆和栈等。
内存的分配
当进程结束或不再需要内存时，操作系统负责回收这些内存空间，以便重新分配给其他进程。
内存的回收
当系统内存不足时，操作系统会将部分进程暂时移至磁盘，释放内存空间，以便其他进程使用。

程序I/O方式
CPU等待I/O操作完成
适用于简单、少量的I/O操作
2024/1/26
26
I/O控制方式
CPU响应中断并处理I/O操 作结果
I/O操作完成后中断CPU
中断驱动I/O方式
01
2024/1/26
03 02
27
I/O控制方式
2024/1/26
01
提高了CPU的利用率
02
DMA（直接内存访问）I/O方式
PCB的内容
PCB通常包含进程标识符、处理机状态、进程调度信息和进程控 制信息等内容。
PCB的组织方式
PCB可以采用线性方式、链接方式或索引方式进行组织。
9
进程调度算法
2024/1/26
先来先服务（FCFS）调度算法
按照进程到达的先后顺序进行调度，先到达的进程先得到服务。
短作业优先（SJF）调度算法
根据进程的服务时间进行调度，服务时间短的进程优先得到服务。
优先级调度算法
为每个进程分配一个优先级，优先级高的进程优先得到服务。
时间片轮转（RR）调度算法
将CPU时间划分为固定大小的时间片，每个进程轮流执行一个时间片 。
10
进程同步与通信
进程同步的概念
多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证正确 的执行顺序和结果。
2024/1/26
进程的状态
进程在执行过程中会经历 多种状态，如就绪态、运 行态、阻塞态等。
进程控制块PCB
每个进程都有一个唯一的 进程控制块，用于存储进 程的标识符、状态、优先 级等关键信息。
8
进程控制块PCB
2024/1/26
PCB的作用
PCB是进程存在的唯一标识，操作系统通过PCB来感知进程的存 在，并对其进行控制和管理。

操作系统的分类
总结词
操作系统的分类
详细描述
根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型。根据使用领域，可以分为桌面操作 系统、服务器操作系统和嵌入式操作系统等。根据源代码是否公开，可以分为开源操作 系统和闭源操作系统。此外，还可以根据操作系统的功能和特点进行分类，如批处理操
作系统、分时操作系统和实时操作系统等。
实践应用 操作系统原理与应用设备管理的实践应用非常重要，通过实践可以加深对理论知识的理解，提高实际操 作能力和解决问题的能力。实践内容包括系统管理、设备驱动程序开发、系统性能优化等。
未来发展趋势与挑战
云计算和虚拟化技术
随着云计算和虚拟化技术的不断 发展，操作系统和应用设备的管 理将面临新的挑战和机遇。未来 的操作系统需要更好地支持云计 算和虚拟化技术，提供更加灵活、 高效和安全的管理和服务。
设备管理
设备驱动
操作系统提供设备驱动程序，用于与外部设备 进行通信和控制。
设备分配
操作系统负责设备的分配和回收，实现设备的 共享和独占访问。
设备传输
通过设备传输机制，实现数据在主机和外部设备之间的传输。
03
CATALOGUE
操作系统应用
系统软件与应用软件
系统软件
操作系统、编译器、数据库管理系统 等，是计算机的基本软件，负责管理 计算机的硬件和应用程序。
安全性
Linux操作系统具有较高的安全性， 由于其开源性质，安全漏洞容易被发 现和修复。
服务器应用
Linux在服务器领域应用广泛，如 Web服务器、数据库服务器等，具 有高效稳定的特点。
Mac OS操作系统分析
用户体验 Mac OS操作系统具有简洁、易用的界 面和丰富的应用程序，为用户提供了良

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。

精选课件ppt
27
1.5 操作系统的主要研究课题
调度
进程描述 和控制
内存管理
并发控制
I/O 管 理
安全性
文件管理
网络与分布 计算
精选课件ppt
28
)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTl WoZr %u(x+B 2E6H9KcOfRi UmXp! s&v)z0C3F7Ia MdPgSk VnYq$t *x-A1D5G8JbNeQiTl Wo#r %u(y+B 3E6H9L cOfRjUmYp!s &w)z0C4F7JaMdPhSk VnZq$t *x-A2D5G8KbNeQiTl Xo#r %v(y+B 3E6I9L cOgRjUmYp!t &w)z1C4F7JaMePhSk WnZq$u*x+A2D5H8K bNfQi UlXo#s %v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp! t&w-z1C4G7JaMePhT kWnZr $u*x+A 2E5H8KcNfQi UlXp#s %v)y0B3F6Ia LdOgSjVmYq! t*w-z1D4G7JbMePhT kWoZr $u(x+A 2E5H9KcNfRi UlXp#s &v)y0C 3F6IaL dPgSjV nYq!t*wA1D4G8JbMeQhTlWoZr%u(x+B2E6H9KcOfRi UmXp! s&v)z0C3F7Ia LdPgSk VnYq$t *w-A1D5G8JbNeQhT lWo#r %u(y+ B2E6H9LcOfRjUmXp! s&w)z 0C4F7I aMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8K bNeQi TlWo#r %v(y+ B3E

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。