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操作系统原理(西电版)PPT

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西安电子科技大学嵌入式实时操作系统第1章PPT课件

西安电子科技大学嵌入式实时操作系统第1章PPT课件
0世纪90年代，在分布控制、柔性制造、数字化通信和 信息家电等巨大需求的牵引下，嵌入式应用进一步加速发展。 面向实时信号处理算法的DSP产品向着高速、高精度、低功 耗发展。Texas推出的第三代DSP芯片TMS320C30，引导着 微控制器向32位高速智能化发展。在应用方面，掌上电脑、 手持PC机、机顶盒技术相对成熟，发展也较为迅速。特别 是掌上电脑，1997年在美国市场上不过四五个品牌，而1998 年底，各式各样的掌上电脑如雨后春笋般纷纷涌现出来。随 着人类进入网络时代，将嵌入式计算机系统应用到各类网络 中已成为嵌入式系统发展的重要方向。在发展潜力巨大的信 息家电中，人们非常关注的网络电话设备，即IP电话，就是 一个代表。
第1章 嵌入式系统导论
在早期，由于嵌入式应用范围比较狭窄，大多用于工业 控制领域，人们还可以勉强将通用计算机通过改装、加固、 定制专业软件等方法，嵌入到大型系统中去实现嵌入式应用。 但随着经济、技术的高速发展，嵌入式应用越来越广泛，已 经深入到我们生活中的方方面面，小到彩电、空调、洗衣机、 手机，大到飞机、导弹、汽车等，嵌入式应用对计算机的功 能、体积、功耗、价格、重量、可靠性等方面的要求也越来 越苛刻，通过改造通用计算机的传统方法已远远不能胜任。 因此，嵌入式计算机不得不脱离通用计算机系统，走上独立 发展的道路。这就形成了现代计算机两大分支并行发展的时 期。
第1章 嵌入式系统导论
早在1614年，苏格兰人John Napier就发表论文公布他发 明了一种可以进行四则运算和方根运算的精巧装置。1848年， 英国数学家George Boole创立二进制代数学，为现代二进制 计算技术的发展铺平了道路。1937年，Bell试验室的George Stibitz展示了用继电器表示二进制的装置，尽管它是个展品， 但却是世界上的第一台二进制电子计算机。1946年2月15日， 名为ENIAC的计算机在美国诞生了，这是第一台现代意义 上的数字计算机，它的诞生具有划时代的意义，表明了现代 数字计算机时代的到来。在随后的近三十年里，计算机一直 为少数精英所掌握，主要用于实验室里的数值求解。

操作系统原理培训课件

操作系统原理培训课件

备份与恢复
为了防止数据丢失，应该定期备份重要文件。在发生意外情况时，可以通过备份来恢复数据。常见的备份方式包括全量备份、增量备份和差异备份等。
文件系统的安全与保护
设备管理
05
设备驱动程序的概念与功能
设备驱动程序
是操作系统内核的一部分，用于与硬件设备进行交互，实现设备的输入/输出操作。
功能
详细描述
实现用户界面的技术包括GUI库、控件、事件驱动等。GUI库提供了丰富的图形界面元素和工具，如窗口、按钮、文本框等，方便开发者快速构建图形界面应用程序。控件是GUI库中的基本元素，用于实现各种功能和操作，如按钮、菜单等。事件驱动则是实现交互操作的核心机制，通过事件来响应用户的操作和行为。
用户界面的设计与实现
文件系统结构
文件系统通常采用树形结构，根目录是最高层次的目录，其他目录作为根目录的子节点依次展开，每个节点可以包含文件和子目录。
文件类型
文件系统中的文件类型包括普通文件、目录、链接等，每种类型的文件都有不同的属性和操作方式。
文件属性
文件系统中的每个文件都有一系列属性，如文件名、扩展名、大小、创建时间、访问时间等，这些属性用于描述文件的特征和状态。
操作系统的发展历程
进程管理
02
理解进程的基本概念和状态是掌握进程管理的基础。
进程是程序的一次执行，具有动态性、独立性和制约性。进程的状态包括新建、就绪、运行和阻塞等，这些状态的变化反映了进程的执行流程。
进程的概念与状态
详细描述
总结词
进程的创建和终止是操作系统对资源进行分配和回收的重要手段。
总结词
操作系统原理培训课件
目录
contents
操作系统概述 进程管理 内存管理 文件系统 设备管理 用户界面

《操作系统原理》PPT课件 (2)教学文稿

《操作系统原理》PPT课件 (2)教学文稿

void *runner(void *param)
{
int upper=atoi(param);
int i;
sum = 0;
if (upper >0)
for ( i = 1; i <=upper; i++)
sum +=i;
pthread_exit(0);
}
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三、并发控制：互斥与同步 并发（Concurrent） 与并行（Parallel） 临界资源(critical resource)
2
二、OS的分类
批系统 （batch system） ➢ 成批提交作业，作业完成或无法继续执行时发生切换
交互（分时）系统（interactive, Time-sharing system) ➢ 多个用户（应用程序）分享计算机资源 Windows, Linux, …
实时系统（Real-time system） ➢ 满足应用的时间约束要求 VxWorks, QNX, …
《操作系统原理》PPT课 件 (2)
第一部分 操作系统概述
一、操作系统的功能
▪ 实现对计算机资源的管理 (CPU, 存储器，I/O设备） ▪ 控制应用程序的执行 ▪ 提供应用程序访问计算机资源的接口（系统调用） ▪ 实现对操作系统内核及应用程序的保护
操作系统给计算机一个灵活的大脑、 一个强健的心脏和突出的个性
，如此反复。请用信号量解决这些进程的同步互斥问题。
答：本题中需要定义下述变量和信号量：
data_type buffer[M]; /* data_type对应于所需要的数据类型，如int、float等
*/
int in=0； /* 用来指示下一个可存放数据的缓冲区 */

ch4西安电子科技大学操作系统课件【精选】

ch4西安电子科技大学操作系统课件【精选】
西安电子科技大学计算机学院
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4.2 死锁举例
进程通信引起死锁
系统资源在总体上按照是否能被消耗可以分 为
永久性资源：就是指独占资源，可以重复使用， 如CPU、主存、I/O设备等。
临时性资源：可消耗的资源，通常由一个进程产 生，而被另一个进程消耗掉，只能使用短暂的时 间，如进程同步时交换的信息、数据文件等。
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4.2 死锁举例
进程申请顺序不当引起死锁（前面例子） 同类资源分配不当引起死锁
假设系统中有9个单位的存储器，4个进程，每个 进程都需要4个存储器才能完成。
现系统给每个进程都分配了2个存储器，系统还剩 余1个存储器，但无论将其分配给哪一个进程，该进程 都不能执行完成，造成了死锁。
T2
则不会死锁。但如果先要求消
息，再发送消息，则会死锁。
S2
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4.2 死锁举例
进程通信引起死锁
由此可见，死锁的产生与系统拥有的 资源数量、资源分配的策略、进程对资源 申请和使用的时机等多个因素有关，要解 决死锁需全面考虑这些因素。
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4.3 解决死锁的方案
P2Req(R2)
D:不安全区 ④
P1Req(R1)
P1Req(R2)
进程推进顺序不合法
P1Rel(R1)
P1Rel(R2)
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4.1 死锁的基本概念
产生死锁的四个必要条件：
互斥使用（资源独占） 非剥夺控制（不可强占） 零散请求 循环等待：等待进程形成一个封闭的链，链上的进
鸵鸟策略：对死锁不加理会 不让死锁发生：可以在进程执行前或在

操作系统(西安电子科技大学)

操作系统(西安电子科技大学)

图1-3 计算机系统的层次关系
第1章 操作系统概述
1.3 操作系统的概念
为了深入理解操作系统的定义， 我们应注意以下 几点： （1） 操作系统是系统软件， 而且是裸机之上的第 一层软件。 （2） 操作系统的基本职能是控制和管理系统内的 各种资源， 有效地组织多道程序的运行。
第1章 操作系统概述
作为“管理者”， 操作系统主要负责如下事情： ① 监视各种资源并随时记录它们的状态； ② 实施某种策略以决定谁获得资源， 何时获得， 获得多少； ③ 分配资源供需求者使用； ④ 回收资源， 以便再分配。
第1章 操作系统概述
4. 文件管理功能 文件管理功能应包括： 文件存储空间的管理、 文 件操作的一般管理、 目录管理、 文件的读写管理和存 取控制。 (1) 文件存储空间的管理。 系统文件和用户文件都要放在磁盘上。
第1章 操作系统概述
（2） 文件操作的一般管理。 包括文件的创建、 删除、 打开、 关闭等。 （3） 目录管理。 包括目录文件的组织、 实现用 户对文件的“按名存取”， 以及目录的快速查询和文 件共享等。 （4） 文件的读写管理和存取控制。
第1章 操作系统概述
1.1 计算机发展简史
计算机的发展历史大致可分为以下几个阶段： 第一代： 1946年～1959年， 以美国建造的ENIAC 为代表， 主要电子器件是电子管。 第二代： 1960年～1964年， 主要特征是以晶体管 为主要电子器件， 如IBM 7090系列。 第三代： 1965年～1973年， 以集成电路作为计算 机的主要器件， 如IBM 360机种。
第1章 操作系统概述
2) 地址映射 大家都有这种经历: 我们在编写程序时并不考虑程 序和数据要放在内存的什么位置， 程序中设置变量、 数组和函数等只是为了实现这个程序所要完成的任务。 3) 内存保护 不同用户的程序都放在一个内存中， 必须保证它 们在各自的内存空间中活动， 不能相互干扰， 更不能 侵犯操作系统的空间。

操作系统原理(西电版)PPT

操作系统原理(西电版)PPT
——它们的运行不具有时间 次序的特征
——临界资源和临界区 ——信号量 ——P、V操作
临界资源
一次仅允许一个进程使用的 共享资源
如：打印机、内存单元、表 格
临界区
在每个进程中访问临界资源 的那段程序 有限进入原则 唯一原则 有限离开原则
进程间的通信
——临界资源和临界区 ——信号量 ——P、V操作
n:=0; K1
n:=n+1; K2
程序B打印0
…… … ……
程序B
打印n S
程பைடு நூலகம்B打印1
程序并发执行的特点
二、程序与计算不再一一对应
在程序顺序执行时，一个程序总是对应 一个具体的计算，但在程序的并发执行时， 可能有多用户共享使用同一个程序，但处理 （计算）的对象却是不同的，例如，在多用 户环境下，可能同时有多个用户调用C语言 的编译程序，这就是典型的一个程序对应多 个用户源程序的情况。
---支持并发性 ---实现资源共享 ---完成进程的异步前进
以多道成批系统为例
并发 共享 不确定性
1.3 OS的服务功能
程序执行 I/O操作 文件系统管理 出错检测 资源分配 统计 保护
一 系统调用
是应用程序与OS的接口 进程或作业控制：实现进程或作业的所有活动 文件管理和设备管理 信息维护：用户与系统交互信息
操作系统原理
课程使用的媒体
1、《操作系统原理》教材 2、《操作系统原理实验大纲》指导教 材 3、《操作系统课件》多媒体教案
一、操作系统的有关概念 二、进程管理 三、存储器管理
计算机发展简史 操作系统的发展过程
计算机发展简史
按硬件发展划分为四代。
对计算规律的模拟
存储程序式计算机

操作系统原理ppt课件

操作系统原理ppt课件
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。

ch3西安电子科技大学操作系统PPT课件

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西安电子科技大学计算机学院 15
3.2 进程定义与控制
进程组成：有程序段、数据段和进程控 制块(PCB)组成。
➢ 程序和数据是进程存在的物理基础，是进程 的实体
➢ 进程控制块是进程的灵魂，是进程存在的唯 一标志
➢ 操作系统为进程创建进程控制块和分配地址 空间的过程就是进程创建的过程
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3.2 进程定义与控制
进程控制块：是操作系统用来记录进程 详细状态和相关信息的基本数据结构， 包括进程的标识信息、状态信息和控制 信息。
➢ 标识信息：唯一的标识一个进程，主要有进 程标识、用户标识和父进程标识。
➢ 状态信息：与CPU有关的各种现场信息，包 括寄存器状态、堆栈指针。以便该进程重新 占用CPU后能够继续执行。
CPU t
两个进程执行示意图
多道程序设计优点：
➢ CPU利用率高。 ➢ 设备利用率高。 ➢ 系统吞吐量大。
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3.1 进程的引入
并发执行的特征：
➢ 失去封闭性：共享资源，程序之间互相制约。 ➢ 间断性：程序之间的制约关系致使程序执行时间
不连贯。
➢ 不可再现性：失去封闭性，也就失去了可再现性，
西安电子科技大学计算机学院
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3.1 进程的引入
在早期计算机系统中，多道程序设计还 未出现之前，程序是顺序执行的。多道 程序设计出现后，操作系统可以实现多 个进程的并发执行。
进程（process）一词在20世纪60年代初 首先出现的MIT的MULTICS系统中。
进程是程序的一次执行，多个进程可以 并发执行。
于是，引入“进程”，能够反映程序 执行的独立性、并发性和动态性等特征。
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进程与程序的区别（1）
进程是动态概念；程序是静态概念
进程具有并发性，宏观上同时运行；程序本
身具有顺序性，程序的并发执行是通过进程 实现的
进程具有独立性，是一个能独立运行的单位，
是系统资源分配的基本单位，是运行调度的 基本单位；程序本身没有此特性
进程与程序的区别（2）
进程和程序无一一对应关系，一个进程可顺序
运行
？
就绪
挂起
？
进程的状态变化
基本内容的确定?
PCB 程序
进程的组成
数据集合
进程与PCB的关系
每个进程有唯一的PCB
系统中所有进程都有自己的
PCB
操作系统依据PCB管理进程
进程与PCB的关系
操作系统利用PCB实现进程
的动态和并发
PCB是进程存在的唯一标志
Pcb-addr
a
? pcb1 pcb2
一、失去了程序的 封闭性
程序A
n:=0; … …
程序B … …
如果程序执行 K1 的结果是一个与时 n:=n+1; 间无关的函数，即 具有封闭性。 K2
程序B打印0
打印n
程序B打印1
… S
程序并发执行的特点
二、程序与计算不再一一对应
在程序顺序执行时，一个程序总是对应 一个具体的计算，但在程序的并发执行时， 可能有多用户共享使用同一个程序，但处理 （计算）的对象却是不同的，例如，在多用 户环境下，可能同时有多个用户调用C语言 的编译程序，这就是典型的一个程序对应多 个用户源程序的情况。
Pcb表组织
…
b …
N个
……
? pcbi
-1
空间大小? … ……
UNIX的进程映像
进程状态 变迁关系 进程映像：PCB的实现、核心栈与
用户栈（图2-10 UNIX进程映像结 构）
进程环境
用户级环境 寄存器环境 系统级环境

1、进程与程序的区别 2、进程的组成
3、进程的同步与互斥
程序并发执行的特点
程序并发执行的相互制约示例
并发活动——进程的引人

操作系统的特性之一是并发与共享，即在系统中 （内存）同时存在几个相互独立的程序，这些程序 在系统中既交叉地运行，又要共享系统中的资源， 这就会引起一系列的问题，包括：对资源的竞争、 运行程序之间的通信、程序之间的合作与协同等符。
图1.4 脱机批处理系统

在单道批处理系统中，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。为了进一步提高资源的 利用率和系统对作业的吞吐量，在60年代中期，引入了多 道程序设计技术，由此而形成了多道批处理系统。单道程 序与多道程序的执行过程如图1.5和图1.6所示。
---支持并发性 ---实现资源共享
---完成进程的异步前进
以多道成批系统为例
并发
共享
不确定性
1.3 OS的服务功能



程序执行 I/O操作 文件系统管理 出错检测 资源分配 统计 保护
一 系统调用
是应用程序与OS的接口 进程或作业控制：实现进程或作业的所有活动 文件管理和设备管理 信息维护：用户与系统交互信息
进程的运行状态及其变迁
进程在系统中的活动规律是： 执行-暂停-执行 进程的运行状态反映进程的动态性。 进程的三种基本状态： 运行状态 就绪状态 封锁状态（又称不可运行、挂起）

进程的三种基本状态
运行状态 ：进程得到CPU控制权，它的程序
正在运行。（在系统中，总只有一个进程处 于此状态） 就绪状态：已经准备就绪，一旦得到CPU， 就立即可以运行。（有多个进程处于此状态） 封锁状态：正在等待某个事件的发生（如等 待I/O的完成），而暂停执行，这时，即使给 它CPU时间，它也无法执行。

1。8 UNIX系统的特点和结构

UNIX的主要特点 UNIX系统结构 UNIX系统核心结构
一、操作系统的有关概念 二、进程管理
三、存储器管理
进程概念
程序的顺序执行 与并发执行
程序的顺序执行
概念 一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段的执行 必须是顺序的，这种程序执行的方式就称为程序的顺序执 行。 例如：
存储程序式计算机模型

存储程序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。 如图1.1所示。
程序的并发执行
例：
在系统中有n个作业，每个作业都有三个 处理步骤，输入数据、处理、输出，即 Ii,Ci,Pi (i=1,2,3,...,n)。 这些作业系统中执行时是对时间的偏序， 有些操作必须在其它操作之前执行，这是有 序的，但有些操作是可以同时执行的。
程序的并发执行
资源 例如： P1与I2，C1与 I2,I3与P1是可以同时执 行的。 I1、C1、P1的执行必 须严格按照I1，C1，P1的 顺序。
以下软件是操作系统： 以下软件哪些是操作系统?
UNIX Word Linux DOS UNIX DOS VB Office FoxPro Windows 98 Windows Windows 98 Windows NT NT Linux PowerPoint
设置OS的目的
扩充机器功能，方便用户使用。 提高系统效率。

要解决这些问题，用程序的概念已经不能描述程序 在内存中运行的状态，必须引人新的概念－－进程。

进程的定义



行为的一个规则叫做程序，程序在处理机上执行时 所发生的活动称为进程（Dijkstra)。 进程是这样的计算部分，它是可以和其它计算并行 的一个计算。(Donovan) 进程（有时称为任务）是一个程序与其数据一道通 过处理机的执行所发生的活动。（Alan.C. Shaw) 进 程 是 执 行 中 的 程 序 。 （ Ken Thompson and Dennis Ritchie ) 进程，即是程序在并发环境中的执行过程 。
程序顺序执行的特点
1 顺序性
处理机严格按照程序所规定的顺序执行，即每个 操作必须在下一个操作开始之前结束。
2 封闭性
程序一旦开始执行，其计算结果不受外界的影响， 当程序的初始条件给定之后，其后的状态只能由 程序本身确定，即只有本程序才能改变它。
程序顺序执行的特点（续）
3 可再现性
程序执行的结果与初始条件有关，而与执行时间 无关。即只要程序的初始条件相同，它的执行结 果是相同的，不论它在什么时间执行，也不管计 算机的运行速度。 O=f(I), f是与时间无关的函数
执行多个程序；一个程序可由多个进程共用
进程异步前进，会相互制约；程序不具备此特
性
进程实体具有一定结构，组成进程映象；程序
没有这种结构
进程与程序的区别示例
例子： 光盘（CD、VCD、DVD） 光盘（程序）-放光盘的活动（进程）
理解进程概念
进程的运行状态及其变迁 进程的组成 进程映像 进程环境
注意有限制规则：
同一作业的处理步骤的执行必须严格按照规定
的顺序；
同一独占资源上的不同 作业的处理步骤不
能同时执行。
程序的顺序执行与并发执行
假设有一个程 序 由 S0 ～ Sn+1 个 语句，先顺序执 行 S0 ， 然 后 并 发 执行 S1～Sn语句， 最后顺序执行 Sn+1 。
程序并发执行的特点

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
（2）独立性 （3）及时性 （4）交互性

什么是操作系统 操作系统的性质
操作系统是控制和管理计
算机系统内各种硬件和软件资
源、有效地组织多道程序运行 的系统软件(或程序集合),是用 户与计算机之间的接口。
操作系统的共同性质
1、从功能上看
具有五大功能----存储 器管理、处理机管理、设
备管理、文件管理、用户 接口
2、从层次上看
是裸机之上的第一层软 件,为其他软件的建立和
运行提供基础。
用户
...
其他软件
操作系统 裸机
1。4节
3、从服务上看 提供众多基础服务, 方便用户使用,构成软
件平台。
4、从内部特征上看
单道批处理系统与多道批处理 系统及执行系统
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。 首先出现的是联机批处理系统。如下图所示。

脱离主机控制的输入/输出批处理 系统

在外设处理数据时，主机处理“忙等”状态，这样 高速的主机与慢速的外设矛盾就显现出来。为了克 服与缓解主机与外设的矛盾。我们引入脱机批处理 系统，即脱离主机控制的输入/输出批处理系统。 如图1.4所示。
武汉大学计算机多媒体课程
操作系统原理
课程使用的媒体
1、《操作系统原理》教材 2、《操作系统原理实验大纲》指导教 材 3、《操作系统课件》多媒体教案
一、操作系统的有关概念 二、进程管理
三、存储器管理

计算机发展简史 操作系统的发展过程
计算机发展简史
按硬件发展划分为四代。
对计算规律的模拟
存储程序式计算机
时 I1、 I2、 I3、 I4 间 轮流使用同一输入设备。