操作系统第五章复习PPT教学课件

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2024操作系统第5章ppt课件

操作系统第5章ppt课件•操作系统概述与分类•进程管理基本概念•进程调度算法原理•并发控制技术与原理•死锁预防、避免和检测•存储管理方案比较•文件系统设计与实现•设备管理策略及优化方法目录操作系统概述与分类01操作系统定义及功能定义操作系统是一种系统软件，它是计算机上的一个关键组成部分。

功能操作系统的主要功能包括管理计算机硬件和软件资源，提供用户界面，以及控制和管理计算机系统的各个部分。

发展历程与现状发展历程从早期的批处理系统到现代的分布式操作系统，操作系统经历了多个发展阶段。

现状目前，主流的操作系统包括Windows、Linux、macOS等，它们在桌面、服务器、移动设备等领域都有广泛的应用。

实时操作系统对时间要求严格，适用于需要实时响应的应用场景。

批处理操作系统适用于大量数据的自动化处理，但用户交互性较差。

分时操作系统允许多个用户同时使用计算机，提高了计算机的利用率。

网络操作系统支持网络通信和资源共享，适用于构建计算机网络。

分布式操作系统将多个计算机组成一个整体，提供统一的资源管理和调度。

常见操作系统类型及特点010204本章重点内容介绍操作系统的基本概念和功能操作系统的发展历程和现状常见操作系统的类型、特点及应用场景操作系统的设计和实现原理（可能作为延伸内容，根据具体课件安排）03进程管理基本概念02进程定义及属性进程定义进程是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位。

进程属性动态性、并发性、独立性、异步性、结构性。

就绪状态执行状态阻塞状态创建状态和终止状态进程状态转换图进程已获得除CPU外的所有必要资源，只要获得处理机便可立即执行。

进程因等待某一事件而暂停执行，如等待输入/输出完成。

进程已获得处理机，其程序正在处理机上执行。

进程正在被创建或已完成执行且系统尚未回收其资源。

进程控制块PCB 结构01020304进程标识符处理机状态进程调度信息进程控制信息用于唯一标识一个进程。

2024版《操作系统第五章》ppt课件

提供更加丰富的网络服务和应用。
云计算、大数据等新技术对操作系统影响
要点一
云计算对操作系统的影响
要点二
大数据对操作系统的影响
云计算是一种基于互联网的计算方式，它将计算资源和服务以虚拟化的形式提供给用户。云计算对操作系统提出了新的要求，如支持虚拟化技术、提供弹性资源调度、保障数据安全性等。
大数据是一种基于海量数据的存储和处理技术，它要求操作系统能够提供高效的数据存储、管理和处理能力。为了适应大数据的需求，操作系统需要采用一系列优化技术，如分布式文件系统、内存数据库等，提高数据处理效率和可靠性。同时，还需要加强对数据安全和隐私的保护。
要点二内地址两部分组成。
要点三
内存分配
在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。
分段存储管理方式
基本原理
地址结构
分段存储管理方式是按照用户进程中的自然段划分逻辑空间。例如，用户进程由主程序、两个子程序、符号表、栈和一组数据组成，于是可以把这个用户进程划分为5个段，每一段的起始地址由用户给出。
进程通信
指进程之间的信息交换。进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），因此各进程拥有的内存地址空间相互独立。为了保证安全，一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。但是进程之间的信息交换又是必须实现的。
03
CATALOGUE
内存管理
内存基本概念及原理
01
内存定义
内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机
中断技术原理及应用
01
中断技术应用
02
实现多道程序并发执行。
03
实现实时处理。

操作系统第5章(第四版)资料PPT课件

第五章虚拟存储器
5.1 虚拟存储器概述 5.2 请求分页存储管理方式 5.3 页面置换算法 5.4 请求分段存储管理方式
5.1 虚拟存储器概述
常规存储管理方式的共同点：
要求一个作业全部装入内存后方能运行。
问题：
(1) 有的作业很大,所需内存空间大于内存总容量,使作业无法运行。 (2) 有大量作业要求运行，但内存容量不足以容纳下所有作业，只能让一部分先运行，其它在外存等待。
将该页写回外存
OS命令CPU从外存读缺页
启动I/O硬件将一页从外存换入内存
修改页表
软件
N
硬件
页号>＝页表长度？ Y 越界中断 N
CPU检索快表
页表项在快表中？ Y N
访问页表
页在内存？
Y
修改快表
修改访问位和修改位
形成物理地址
地址变换结束
地址变换例题
❖ 某虚拟存储器的用户空间共有32个页面，每页1KB，主存16KB。假定某时刻系统为用户的第0、1、2、3页分别分配的物理块号为5、10、4、7，试将虚拟地址0A5C和093C变换为物理地址。解：虚拟地址为：页号（25=32）5位页内位移（210=1024）10位
换出时需重写至外存。供置换页面时参考。
（4）外存地址：指出该页在外存上的地址。
一、请求分页中的硬件支持
2、缺页中断机构
在请求分页系统中，当访问的页不在内存，便产生一缺页中断，请求OS将所缺页调入内存空闲块，若无空闲块，则需置换某一页，同时修改相应页表表目。
缺页中断与一般中断的区别：
（1）在指令执行期间产生和处理中断信号。缺页中断要立即处理。
指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一较短时间内，程序的执行仅限

精品第五章操作系统讲解PPT课件

进程调度是操作系统中一项重要的功能，它负责将CPU分配给就绪队列中的一个进程。进程调度的主要目的是提高系统资源的利用率和系统吞吐量，同时保证系统的实时性和公平性。常见的进程调度算法有先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度（Priority Scheduling）、时间片轮转（
安全更新与补丁策略
及时安装操作系统的安全更新和补丁程序，修复已知的安全漏洞和缺陷，提高系统的安全性。
THANKS
感谢观看
规程特性
设备使用过程中的通信协议和交互方式。
设备的驱动与控制
定义
连接操作系统与硬件设备的软件接口。
功能
实现设备初始化、数据传输、错误处理等。
设备的驱动与控制
分类
字符设备驱动和块设备驱动。
轮询方式
CPU定期查询设备状态，效率低。
设备的驱动与控制
中断方式
设备完成后通过中断通知CPU，提高 CPU利用率。
外存。
段页式存储管理
结合分段和分页的优点，先将程序划分为若干个逻辑段，再将每个段划分为大小相等的页面。程序执行时，将需要的页面调入内存，不需要的页面调出到外存。
04 文件系统
文件的概念与类型
文件的概念
文件是计算机中存储数据的基本单位，通常是一组相关数据的集合，可以包含文本、图像、音频、视频等多种形式的数据。
最短作业优先（SJF）
按作业长度分配设备，长度短的优先。
优先级高优先（HPF）
按优先级分配设备，优先级高的优先。
设备的分配与回收
正常结束回收
作业正常完成后回收设备。
异常结束回收
作业异常终止时回收设备，并进行相应处理。

计算机操作系统课件复习资料第5章

计算机操作系统课件复习资料第5 章
5.1.1 I/O 设备
1. I/O设备的类型 3）按传输速率低速设备：传输速率为1KB/s以下的设备。如键盘、鼠标、语音输入/输出设备等。中速设备：传输速率为1KB/s～1MB/s的设备。如打印机、扫描仪等。高速设备：传输速率为1MB/s以上的设备。如磁盘机、磁带机、光盘机等。
5.1 I/O 系统 • I/O设备 • 设备控制器 • I/O通道 • I/O系统的总线系统 • I/O系统的结构
计算机操作系统课件复习资料第5 章
5.1.1 I/O 设备
1. I/O设备的分类 1）按录属关系系统设备：在OS生成时就已登记在系统中的标准设备，如键盘、显示器、打印机等用户设备：在OS生成时未登记在系统中的非标准设备，如鼠标、绘图仪、扫描仪等
计算机操作系统课件复习资料第5 章
5.1.1 I/O 设备
2. 设备与控制器之间的接口
至设备数据信号线控制器
状态信号线
控制信号线
I/O设备缓冲转换器
控制逻辑
信号数据
P161 图5-1 设备与控制器间的接口
计算机操作系统课件复习资料第5 章
5.1.2 设备控制器
❖ CPU与I/O设备间的接口，接收CPU发来的命令并控制I /O设备工作，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。
计算机操作系统课件复习资料第5 章
5.1.1 I/O 设备
1. I/O设备的类型
5）按操作Байду номын сангаас使用)特性
输入/输出设备：键盘、鼠标、显示器、读卡机、扫描仪、打印机、绘图仪、数码相机等
存储设备：磁带机、磁鼓机、磁盘机等，可用作输入也可用作输出。主要用于长期保存信息，但需要管理其上的存储空间。可以在存储设备上建立文件系统以有组织、有结构地长期存储信息

操作系统第五单元课件

– Hybrid
Three kinds of I/O
• Separate I/O and memory space • Memory-mapped I/O • Hybrid
memory-mapped I/O
• Advantage of memory-mapped I/O: 1) First, an IO device driver can be written entirely
Operation of a DMA transfer
• Operation of a DMA transfer
DMA
• More complex DMA controller can be programmed to handle multiple transfers at once
• Some DMA controller can operate in two mode:
DMA
2) Second, the DMA controller initiates the transfer by issuing a read request over the bus to the disk controller
3) Third, the write to memory is another standard bus cycle 4) Fourth, when the write is complete, the disk controller
出题方式
• 输入输出相关概念的选择填空 • I/O软件层次及其功能的简答及画图 • DMA的工作步骤简答 • 磁盘调度算法及与此相关的寻道时间的
计算及画图
Input/output
• One of the main functions of an operating system is to control all the computer’s I/O devices, it must:

操作系统(第四版)第5章课件ppt

第5章
文件系统
1
文件系统是操作系统中最为可见的部分，由一组文件和一个目录结构组成。
2
5.1 文件和文件系统 5.2 文件目录结构 5.3 文件的逻辑结构和存取方法 5.4 文件的物理结构和存储介质 5.5 文件记录的组块与分解 5.6 文件存储器存储空间的管理 5.7 文件的共享与保护 5.8 文件的操作命令 5.9 文件系统的组织结构 5.10 存储器映射文件
14
2. 二级目录结构
为每个用户建立一个独立的用户文件目录。主文件目录：记录各用户名及用户文件目录所在
的物理地址。
优点：可解决文件重名问题，可获得较高的查找
速度。
缺点：当文件较多时，存取速度仍然较慢。无法
实现文件共享。
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主目录
用户A A目录所在地址
用户B B目录所在地址 …… ……
存取设备物理结构磁盘磁带
顺序结构链接结构索引结构顺序结构顺序直接/顺序顺序固定
存取方法直接/顺序文件长度固定
可变/固定可变/固定
磁盘：寻道时间，旋转延迟时间，读写传输时间
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FAT文件卷
作为一种跨操作系统共享存储体的解决方案，支持可移动或可插拨的存储介质，如软盘、U盘、移动硬盘等。
5.4.1 文件的物理结构
文件的物理结构：文件在外存上的存放组织形式。物理块：把文件存储空间划分成若干大小相等的
块。物理块是分配及传输信息的基本单位。一个物理块包括一个或几个连续扇区。逻辑块：把文件信息划分成与物理块大小相等的逻辑块，方便管理。
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1. 连续文件（顺序文件） 2. 链接文件 3. 索引文件 4. 索引顺序文件
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《操作系统》课件第5章

第五章设备管理
数组多路通道与设备之间数据传送的基本单位是数据块，通道必须为一个设备传送完一个数据块以后，
才能为别的设备传送数据块。
这种通道既具有很高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。也正因此，才使该通道能被
广泛地用于连接多台高、中速的外围设备，其数据传
送是按数组方式进行的。
图 5-5 多通路I/O系统
第五章设备管理
5.1.4 总线系统
磁盘驱动器打印机磁盘控制器打印机控制器其它控制器
CPU
存储器
„
系统总线
图 5-6 总线型I/O系统结构
第五章设备管理
1. ISA和EISA总线 1) ISA(Industry Standard Architecture)总线
许一个设备传输数据。数组多路通道是将数组选择通道传
输速率高和字节多路通道能使各子通道(设备)分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。数组多路通道允许多个设备同时工作，但只允许一个设备进行传输型操作，其他设备进行控制型操作。而字节
多路通道不仅允许多个设备同时操作，而且也允许它们同
时进行传输型操作。
第五章设备管理
3. “瓶颈”问题
控制器1 控制器2 存储器控制器3 通道2 控制器4 设备1 设备2 设备3 设备4 设备5 设备6 设备7
通道1
图 5-4 单通路I/O系统
第五章设备管理
I/O设备通道1 存储器 I/O设备通道2 控制器2 I/O设备控制器1 I/O设备
第五章设备管理
5.2.2 中断驱动I/O控制方式
在I/O设备输入每个数据的过程中，由于无须CPU干预，因而可使CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时，才需 CPU 花费极短的时间去做些中断处理。可见，这样可使 CPU和I/O设备都处于忙碌状态，从而提高了整个系统的资源

第5章操作系统-PPT精选

第5章操作系统
2．分时操作系统多道批处理系统虽然能提高机器的资源利用率，但却存在一个重要的缺点。由于一次要处理一批作业，在作业的处理过程中，任何用户都不能和计算机进行交互。即使发现了某个作业有程序错误，也要等一批作业全部结束后脱机进行纠错。这对于软件开发人员来说，是严重的缺陷。正是这一矛盾，导致了分时操作系统应运而生。
第5章操作系统
3．设备管理设备管理主要是对设备进行分配、回收与控制。这里所说的设备是指计算机系统中除了CPU和内存以外的所有输入、输出设备，除了完成实际I/O操作的设备外，还包括诸如控制器、通道等支持设备。外部设备的种类繁多、功能差异很大。设备管理负责外部设备的分配、启动和故障处理，用户不必详细了解设备及接口的技术细节，就可以方便地对设备进行操作。
第5章操作系统
(2) 操作系统是用户与计算机硬件之间的接口。用户及其应用程序是通过操作系统与计算机的硬件相联系的。如果没有操作系统作为中介，用户对计算机的操作和使用将变得非常低效和困难。
(3) 按照虚拟机(Virtual machine)的观点，操作系统 +裸机=虚拟计算机，如图5-2所示。换句话说，一台纯粹由硬件组成的裸机在配置操作系统后，将变成一台与原机器大相径庭的“虚拟”的计算机，无论在机器的功能或操作方面都将面目一新。
第5章操作系统
在批处理系统中，又有单道批处理和多道批处理两种。在单道批处理的情况下，一次只调一个作业进入内存，CPU只为一道作业服务。但是在这个作业运行期间，输入和输出操作是难免的，而实际中I/O的速度要比CPU慢得多，这样就造成了CPU大部分时间在空闲等待。为了解决这一问题，又产生了多道批处理系统。它一次将几个作业放入内存，宏观上看，同时有多个作业在系统中运行，而实际上这些作业是分时串行地在一台计算机上运行。

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9.在采用SPOOLing技术的系统中，用户作业的打印输出结果首先被送到
A）磁盘固定区域 B）内存固定区域
C）终端
D）打印机
10．为实现CPU与外设并行工作，必须引入的基础硬件是
A)缓冲区 B)通道 C)时钟 D)相联寄存器
11．UNIX系统中，把输入输出设备看作是
A）普通文件 B）目录文件 C）索引文件 D）特殊文件
杂的I/O事务中解脱出来。
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2
三、缓冲管理
单缓冲双缓冲循环缓冲缓冲池
工
处理一块数据的时间
作
过
程
组成和同步
缓冲引入的原因：
缓和设备速度不匹配；减少CPU的中断频率；
提高CPU和设备的并行性。
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四、设备分配
数据结构
❖ DCT，COCT，CHCT，SDT
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20、假设计算机系统采用CSCAN（循环扫描）磁盘调度策略，
使用2KB的内存空间记录16384个磁盘块的空间状态（1）请说明在上述条件下如何进行磁盘块空闲状态管理。（2）设某单面磁盘旋转速度为每分钟6000转。每个磁道有100个扇
区，相临磁道间的平均移动时间为1ms.
若在某时刻，磁头位于100号磁
分配策略
❖ 设备独立性
分配过程
虚拟设备和SPOOLing技术
❖ 虚拟设备定义
❖ SPOOLing的定义、组成、特点和实现虚拟的方法
2020/12/10
4
五、磁盘存储器管理
磁盘的访问时间
❖ 寻道时间Ts ❖ 旋转延迟时间Tr ❖ 传输时间Tt
磁盘调度
❖ FCFS ❖ SSTF ❖ SCAN(电梯) ❖ 2020/12/10 C-SCAN(循环电梯)
道处，并沿着磁道号大的方向
移动（如下图所示），磁道号
请求队列为50，90，30，120。
对请求队列中的每个磁道需读
取1个随机分布的扇区，则读完
这个扇区点共需要多少时间？
（要求给出计算过程）
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PPT教学课件
长度。
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6
3、设备分配时为什么应考虑安全性以及与设备的无关性？
试给出一个检查系统安全性的算法。
4、移臂调度的目标是使磁盘的旋转周数最小，对吗？
5、（ A ）是操作系统中采用空间换时间的技术。
A. Spooling技术 B. 虚拟存储技术 C. 覆盖与交换技术 D. 通道技术
6、如果I/O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成，
这种数据交换方式是(
)C
A 程序查询
B 中断方式
2020/1C2/10DMA方式
D 无条件存取方式
7
7、单处理机系统中，可并行的是（ D ）
Ⅰ 进程与进程 Ⅱ处理机与外设 Ⅲ 处理机与通道 Ⅳ 设备与设备
A Ⅰ、Ⅱ和 Ⅲ
B Ⅰ、和 Ⅳ
C Ⅰ 、Ⅲ 和 Ⅳ
D Ⅱ、Ⅲ 和 Ⅳ
8、假定把磁盘上一个数据块中信息输入到一单缓冲的时间T
该磁道划分成4块，每块存放1个记录，其布局如下表所示：
块号 1
2
3
4
记录号 A
B
C
D
现在要顺序处理这些记录。假定磁盘转速为20ms/圈，处理程序每次从磁盘读出一个记录后要花5ms进行处理，若磁头现在正处于首个逻辑记录的始点位置。请问：
处理程序处理完这4个记录所花费的时间是多少?
按最优化分布重新安排这4个逻辑记录，写出记录的安排，
A．通道技术 B．缓冲池 C．SPOOLING技术 D．内存覆盖技术
15．在操作系统中，用户在使用I/O设备时，通常采用（） A．物理设备名 B．逻辑设备名 C．虚拟设备名 D．设备
牌号
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10
16、为了记录设备的分配情况，操作系统应设置一张（）和三个控制表：设备控制表、（）、（）。
为100us，将缓冲区中数据传送到用户区的时间M为50us,而 CPU对这一块数据进行计算的时间C为50us，这样，系统对每一块数据的处理时间为（ A3 ）；如果将单缓冲改为双缓冲，则系统对每一块数据的处理时间为( B 2 )。
202A0/1,2B/10：（1）50us;(2)100us;(3)150us;(4)200us;(5)250us。 8
17、SPOOLing技术是利用程序模拟脱机输入输出
的（）。由输入程序将作业执行中需访问数
据预先读入到（
）中，输出程序则负责将
（）中信息在输出设备上输出。
18、虚拟设备是通过（）技术把（）设备变成若干用户（）的设备。
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19、假设有A，B，C，D 4个记录存放在磁盘的某个磁道上，
并计算出所需要处理的时间。
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答：磁盘旋转速度为20ms/周，磁道划分为4块，每块存放一
个记录，所以读出一个记录要花5ms的时间。优化前处理的总时间＝（5+5）+(5*4+5) +(5*4+5) +(5*4+5)=85 优化后记录的顺序为：A、C、B、D 优化后处理的总时间＝（5+5）+(5+5) +(5+5+5) +(5+5)=45
执行过程；
磁头的移动距离；
性能；
5
典型习题
1、重要概念：通道、虚拟设备、设备独立性、 SPOOLing技术
2、假设磁盘有200个磁道，磁盘请求队列中是一些随机请求，它们按照到达的次序分别处于55、58、39、 18、90、160、150、38、184号磁道上，当前磁头在100号磁道上，并向磁道号增加的方向上移动。请给出按FCFS、SSTF、SCAN和CSCAN算法进行磁盘调度时满足请求的次序，并计算出它们的寻道
12．如果I/O所花费的时间比CPU处理时间短得多均衡
A）只有Ⅰ B）只有Ⅱ C）只有Ⅲ D）都不是
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13．为了使多个进程能有效地同时处理输入/输出，最好使用（）结构的缓冲技术
A．缓冲池 B．闭缓冲区环 C．单缓冲区 D．双缓冲区 14．操作系统中，（）是硬件机制
第五章设备管理
一、 I/O系统
(1) I/O设备 (2) I/O控制器组成 (3) I/O通道定义 (4) 四总线结构的瓶颈问题
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二、I/O控制方式
程序I/O方式
中断驱动方式
工作
DMA方式
过程
通道方式
I/O控制方式发展所贯穿的宗旨：
尽量减少主机对I/O控制的干预，把主机从繁