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计算机操作系统第四版汤小丹梁红兵哲凤屏

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汤小丹《计算机操作系统》官方课件 第四版

汤小丹《计算机操作系统》官方课件 第四版
汤小丹《计算机操作系 统》官方课件 第四版
汇报人： 202X-01-05
contents
目录
• 计算机操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理
计算机操作系统概
01
述
操作系统的定义与功能
总结词
操作系统的定义与功能
详细描述
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件和软件资源，提供用户与计算机之间的接口。操作系统 的功能包括进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户界面管理等。
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。根据运行环境，操作系统可以分为单机操作系统 和网络操作系统；根据功能，操作系统可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和通 用操作系统；根据规模，操作系统可以分为个人操作系统和多用户操作系统等。
进程管理
内存管理
03
内存管理的概念与功能
内存管理概念
内存管理是操作系统中用于管理计算 机内存的子系统，负责分配和回收内 存空间，以及管理内存中的数据。
内存管理功能
内存管理的主要功能包括内存分配、 内存回收、地址转换和内存保护等。
内存的分配策略
静态分配
在程序运行前，系统根据程序的大小 和需求一次性分配所需的内存空间， 程序运行期间不再进行内存的重新分 配。
文件的访问控制机制
文件的访问控制机制包括访问控制表（ACL）、能力表（ Capabilities）等，用于限制用户对文件的访问权限。
文件的访问安全
文件的访问安全是指通过访问控制机制来确保文件的安全性和完整 性，防止未经授权的访问和修改。
设备管理

计算机操作系统第四版-汤小丹-教案第七章

计算机操作系统第四版-汤小丹-教案第七章
27
第七章 文 件 管 理
7.2.3 记录寻址 1. 隐式寻址方式 对于定长记录的顺序文件，如果已知当前记录的逻辑地
址，便很容易确定下一个记录的逻辑地址。
28
第七章 文 件 管 理
图7-3 定长和变长记录文件
29
第七章 文 件 管 理
2. 显式寻址方式 该方式可用于对定长记录的文件实现直接或随机访问。 因为任何记录的位置都很容易通过记录长度计算出来。而对 于可变长度记录的文件则不能利用显式寻址方式实现直接或 随机访问，必须增加适当的支持机构方能实现。下面我们通 过两种方式对定长记录实现随机访问： (1) 通过文件中记录的位置。 (2) 利用关键字。
22
第七章 文 件 管 理
1. 按文件是否有结构分类 1) 有结构文件 (1) 定长记录。 (2) 变长记录。
23
第七章 文 件 管 理
2) 无结构文件 如果说在大量的信息管理系统和数据库系统中，广泛采 用了有结构的文件形式的话(即文件是由定长或变长记录构 成的)，那么在系统中运行的大量的源程序、可执行文件、 库函数等，所采用的就是无结构的文件形式，即流式文件。 其文件的长度是以字节为单位的。对流式文件的访问，则是 利用读、写指针来指出下一个要访问的字符。可以把流式文 件看做是记录式文件的一个特例：一个记录仅有一个字节。
17
第七章 文 件 管 理
7.1.4 文件操作 1. 最基本的文件操作 最基本的文件操作包含下述内容： (1) 创建文件。 (2) 删除文件。 (3) 读文件。 (4) 写文件。 (5) 设置文件的读/写位置。
18
第七章 文 件 管 理
2. 文件的“打开”和“关闭”操作 当用户要求对一个文件实施多次读/写或其它操作时，每 次都要从检索目录开始。为了避免多次重复地检索目录，在 大多数OS中都引入了“打开”(open)这一文件系统调用，当 用户第一次请求对某文件进行操作时，须先利用open系统调 用将该文件打开。

计算机操作系统 第四版 汤小丹 梁红兵 哲凤屏_第4章(20162017)

计算机操作系统 第四版 汤小丹 梁红兵 哲凤屏_第4章(20162017)

4.3.4 基于顺序搜索的动态分区分配算法
2. 循环首次适应(next fit ,NF)算法
在为进程分配内存空间时，不再是每次都从链首开 始查找，而是从上次找到的空闲分区的下一个空闲分 区开始查找，直至找到一个能满足要求的空闲分区， 从中划出一块与请求大小相等的内存空间分配给作业。 该算法应设置一起始查寻指针，用于指示下一次起始 查寻的空闲分区，并采用循环查找方式。
的适当位置。
0
1000 L O A D 1 ,2 5 0 0
2500 365
10000
1 1 0 0 0 L O A D 1 ,2 5 0 0
12500
365
5000 作业地址空间
15000
内存空间
把在装入时对目标程 序中指令和数据地址的 修改过程称为重定位。
地址变换通常在进程装入 时依次完成的，以后不再改 变，静态重定位。
4.2 程序的装入和链接
将一个用户源程序变为内存中的一个可执行程序，通常 有以下几个步骤：
编译，由编译程序(Compiler)将用户源代码编译成若干 个目标模块(Object Module)；
链接，由链接程序(Linker)将编译后形成的一组目标模 块，以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完 整的装入模块(Load Module)；
4.1.2 主存储器与寄存器
1．主存储器
简称内存或主存，用于保存进程运行时的程序和数据。
CPU的控制部件只能从主存储器中取得指令和数据，数 据能够从主存储器读取并将它们装入到寄存器中，或者 从寄存器存入到主存储器。 CPU与外围设备交换的信息一般也依托于主存储器地址 空间。由于主存储器的访问速度远低于CPU执行指令的 速度，为缓和这一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器 和高速缓存。

计算机操作系统第四版汤小丹梁红兵哲凤屏第7章201620171

计算机操作系统第四版汤小丹梁红兵哲凤屏第7章201620171

… …
UNIX目录文件
7.3.2 简单的文件目录
1. 单级目录结构 整个文件系统中只建立一张目录表。
文件名 扩展名 文件长度 物理地址 文件类型 文件说明 文件名1 文件名2
写文件 4) 按组织形式和处理方式分类：普通文件、目录文件、
特殊文件
7.1.3 文件系统的层次结构
1) 对象及其属性 文件、目录、磁盘存储空间 3) 文件系统的接口 命令接口、程序接口
2) 对对象操纵和管理的软件集合 文件管理系统的核心部分，包括：对文件存储空间的 管理、对文件目录的管理、对文件读和写的管理、 对文件的共享与保护、将文件的逻辑地址转换成物 理地址。
记录1
文件
记录2
…
记录n
文件是指由创建 者所定义的、具 有文件名的一组 相关元素的集合.
数据项1 数据项2 …
数据项n
7.1.2 文件名和文件类型
1. 文件名和扩展名
2. 文件类型 1) 按用途分类：系统文件、用户文件、库文件 2) 按文件中数据的形式分类：源文件、目标文件、可
执行文件 3) 按存取控制属性分类：只执行文件、只读文件、读
7.1.4 文件操作
1. 最基本的文件操作
(1) 创建文件。 (2) 删除文件。 (3) 读文件。 (4) 写文件。 (5) 设置文件的读/写位置 2. 文件的“打开”和“关闭”操作 3. 其它文件操作
7.1.4 文件操作
2. 文件的“打开”和“关闭”操作
所谓“打开”，是指系统将指名文件的属性(包括该文件 在外存上的物理位置)从外存拷贝到内存打开文件表的一个表 目中，并将该表目的编号(或称为索引)返回给用户。以后， 当用户再要求对该文件进行相应的操作时，便可利用系统所 返回的索引号向系统提出操作请求。系统这时便可直接利用 该索引号到打开文件表中去查找，从而避免了对该文件的再 次检索。如果用户已不再需要对该文件实施相应的操作时， 可利用“关闭”(close)系统调用来关闭此文件，OS将会把该 文件从打开文件表中的表目上删除掉。

计算机操作系统 第四版 汤小丹 梁红兵 哲凤屏_第3章(20162017)

计算机操作系统 第四版 汤小丹 梁红兵 哲凤屏_第3章(20162017)

3.3.1 进程调度的任务、机制和方式
2. 进程调度机制
(2) 分派器。从就绪队列中取出由进程调度程序所选定的进 程，然后进行从分派器到新选出进程间的上下文切换，将 处理机分配给该进程。 (3) 上下文切换机制。两对上下文切换：①操作系统将保 存当前进程的上下文，而装入分派程序的上下文，以便分 派程序运行；②移出分派程序的上下文，而把新选进程的 CPU现场信息装入到处理机的各个相应寄存器中。
3.2.4 优先级调度算法和高响应比优先调度算法
1. 优先级调度算法(priority-scheduling algorithm, PSA)
PSA基于作业的紧迫程度，由外部赋予作业相应 的优先级，调度算法根据该优先级进行调度。PSA 可作为作业调度算法，也可作为进程调度算法。
3.2.4 优先级调度算法和高响应比优先调度算法 2. 高响应比优先调度算法(Higher Response Ratio Next, HRRN)
功能是根据算法，决定就绪队列中的哪个进程应获得 处理机，并由分派程序将处理机分配给被选中的进程。
3. 中级调度(Intermediate Scheduling) 又称内存调度。主要目的是为了提高内存利用率和系 统吞吐量。将那些暂时不能运行的进程调至外存上去等 待，称为就绪驻外存状态或挂起状态；把外存上的又具 备运行条件的就绪进程，重新调入内存，并修改其状态 为就绪状态，挂在就绪队列上等待进程调度。
3.1.2 处理机调度算法的目标
4. 实时系统的目标 (1) 截止时间的保证
截止时间：某任务必须开始执行的最迟时间，或必须 完成的最迟时间。调度算法必须保证实时任务对截止时 间的要求。
(2) 可预测性
3.2 作业和作业调度
3.2.1 批处理系统中的作业

计算机操作系统-第四版-汤小丹-梁红兵-哲凤屏-第5章(2016-2017-1)

计算机操作系统-第四版-汤小丹-梁红兵-哲凤屏-第5章(2016-2017-1)

第五章 虚拟存储器
5.2.1 请求分页 中的硬件支持
3．地址变换机构
缺页中断处理
程序请求访问一页 开始
保留CPU现场
页号＞页表长度?
是
从外存中找到缺页
内存满否？
否
是 选择一页换出
否
该页被修改否？
是 将该页写回外存
产生缺页中断 请求调页
否 CPU检索快表
页表项在快表中？
是
否 访问页表
页在内存？
是 修改快表
第五章 虚拟存储器
5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理
2．局部性原理
Denning.P在1968指出：程序在执行时将呈现出局部性规 律，即在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某个部分； 相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域。他提出了 下述几个论点：(1) 程序执行时，除了少部分的转移和过程 调用指令外，在大多数情况下仍是顺序执行的;(2)在过程调 用中，程序将会在一段时间内都局限在这些过程的范围内运 行； (3) 程序中存在许多循环结构；(4) 程序中许多对数据 结构的处理，往往都局限于很小的范围内。
引用率 70120304230321201701
7772
2
4440
1
1
7
000
0
0033
11
3
3222
3
0
0
2
2
1
页框
LRU页面置换算法
第五章 虚拟存储器
5.3.2 最近最久未使用和最少使用置换算法
2．LRU置换算法的硬件支持 1) 寄存器 移位寄存器，记录某进程在内存中各页的使用情况。
R = Rn-1Rn-2Rn-3 … R2R1R0

计算机操作系统第四版汤小丹梁红兵哲凤屏_第7章(2016-2017-1)


data
data
…
double indirect
triple indirect
data
…
图 8-8 混合索引方式
data
第八章 磁盘存储器的管理
8.1.5 索引组织方式
3. 增量式索引组织方式
(1) 直接地址。 为了提高对文件的检索速度，在索引结点中可设置10个 直接地址项，即用iaddr(0)~iaddr(9)来存放直接地址。换言 之，在这里的每项中所存放的是该文件数据的盘块的盘块 号。假如每个盘块的大小为 4 KB，当文件不大于40 KB时， 便可直接从索引结点中读出该文件的全部盘块号。
254
356 357
985
第八章 磁盘存储器的管理
主索引 360 740
第 二 级 索引
360 105 106 254
…
740 356 357
1 1 25
…
…
1 1 25
985
2. 多级索引分配
…
磁盘空间
…
0
1
2
两
级
105 106
索 引
分
254 配
…
…
356 357
985
…
第八章 磁盘存储器的管理
8.1.5 索引组织方式
mode owners (2) time stamps (3)
size bloc k c ount
i.addr (0) i.addr (1) direct blocks
3. 增量式索引组织方式
data data data
data
… …
data
data
…
single indirect

计算机操作系统第四版-汤小丹-教案第八章


第八章
磁盘存储器的管理
连续组织方式的主要缺点如下：
(1) 要求为一个文件分配连续的存储空间。 (2) 必须事先知道文件的长度。 (3) 不能灵活地删除和插入记录。 (4) 对于那些动态增长的文件。
7
第八章
磁盘存储器的管理
8.1.2 链接组织方式
如果可以将文件装到多个离散的盘块中，就可消除连续 组织方式的上述缺点。在采用链接组织方式时，可为文件分
35
第八章
磁盘存储器的管理
3. 盘块的回收
盘块的回收分两步： (1) 将回收盘块的盘块号转换成位示图中的行号和列号。 转换公式为： i = (b - 1)DIV n + 1
j = (b - 1)MOD n + 1
(2) 修改位示图。令map[i, j] = 0。
36
第八章
磁盘存储器的管理
8.2.3 成组链接法
8
第八章
磁盘存储器的管理
1. 隐式链接
在采用隐式链接组织方式时，在文件目录的每个目录项 中，都须含有指向链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指 针。
9
第八章
磁盘存储器的管理
图8-2 磁盘空间的链接式分配
10
第八章
磁盘存储器的管理
2. 显式链接
这是指把用于链接文件各物理块的指针显式地存放在内 存的一张链接表中。该表在整个磁盘中仅设置一张，如图83所示。
存放下一个盘块号，它实际上是用于盘块之间的链接的指针， 通过它可以将一个文件的所有的盘块链接起来，而将文件的
第一个盘块号放在自己的FCB中。
13
第八章
磁盘存储器的管理
图8-4 MS-DOS的文件物理结构
14
第八章
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第七章 文件管理
7.2.6 直接文件和哈希文件
2. 哈希(Hash)文件
利用Hash函数 （或称散列函数） 将关键字转换为 相应记录的地址。
键值
H as h函数 f
目录表
第七章 文件管理
7.3 文 件 目 录
系统通过文件目录来组织文件。文件目录用于标识 系统中的文件及其物理地址，供检索时使用。
对目录管理的要求如下： (1) 实现“按名存取”。 (2) 提高对目录的检索速度。 (3) 文件共享。 (4) 允许文件重名。
第七章 文件管理
7.3.1 文件控制块和索引结点
1. 文件控制块FCB(File Control Block)
FCB是OS用来描述和控制文件的一个数据结构。
(1) 基 Chen Lin
逻辑 地址
姓名 An Qi An Kang
其它 属性
Bao Rong
…
图 6-5 索引顺序文件
逻辑 文件
第七章 文件管理
7.2.6 直接文件和哈希文件
1. 直接文件
对于直接文件，则可根据给定的记录键值，直接获 得指定记录的物理地址。换言之，记录键值本身就决定 了记录的物理地址。这种由记录键值到记录物理地址的 转换被称为键值转换(Key to address transformation)。组 织直接文件的关键，在于用什么方法进行从记录值到物 理地址的转换。
第七章 文件管理
7.2.3 记录寻址
1. 隐式寻址方式
R0 R1 R2 R3
Rptr Ri
…
0
L
L0
L L
R0
2L L
3L
L1 R1
L
4L
Wp tr
L
Li
L (i＋ 1)L
Ri
…
0
L0
L0＋ 1
L1
L0＋ L1＋ 2
i－ 1
k＝∑0(Lk＋ 1)
Li
i
k＝∑0(Lk＋ 1)
…
…
(a) 定长记录文件
文件
记 录1
记 录2
…
文件是指由创建
者所定义的、具
记 录n
有文件名的一组
相关元素的集合.
数 据项1 数 据项2 …
数 据项n
第七章 文件管理
7.1.2 文件名和文件类型
1. 文件名和扩展名
2. 文件类型 1) 按用途分类：系统文件、用户文件、库文件 2) 按文件中数据的形式分类：源文件、目标文件、可
第七章 文件管理
7.2 文件的逻辑结构
在系统中的所有文件存在两种形式的文件结构： (1) 文件的逻辑结构(File Logical Structure) 用户所观察到的文件组织形式，即文件由一系列的逻辑
记录组成的，是用户可直接处理的数据及结构。又称 为文件组织。 (2) 文件的物理结构，又称为文件的存储结构 文件在外存上的一种存储组织形式，是用户不能看见 的。
管理、对文件目录的管理、对文件读和写的管理、对文 件的共享与保护、将文件的逻辑地址转换成物理地址。
第七章 文件管理
7.1.4 文件操作
1. 最基本的文件操作 (1) 创建文件。 (2) 删除文件。 (3) 读文件。 (4) 写文件。 (5) 设置文件的读/写位置 2. 文件的“打开”和“关闭”操作 3. 其它文件操作
第七章 文件管理
7.2.1 文件逻辑结构的类型
1. 按文件是否有结构分类
1) 有结构文件 在记录式文件中，每个记录都用于描述实体集合的一
个实体，各记录有着相同或不同数目的数据项。分为定 长记录、变长记录。 2) 无结构文件 系统中运行的源程序、可执行文件、库函数等。即流文件。 2. 按文件的组织方式分类 顺序文件、 索引文件、 索引顺序文件。
第七章 文件管理
7.1.4 文件操作
2. 文件的“打开”和“关闭”操作
所谓“打开”，是指系统将指名文件的属性(包括该文件 在外存上的物理位置)从外存拷贝到内存打开文件表的一个表 目中，并将该表目的编号(或称为索引)返回给用户。以后， 当用户再要求对该文件进行相应的操作时，便可利用系统所 返回的索引号向系统提出操作请求。系统这时便可直接利用 该索引号到打开文件表中去查找，从而避免了对该文件的再 次检索。如果用户已不再需要对该文件实施相应的操作时， 可利用“关闭”(close)系统调用来关闭此文件，OS将会把该 文件从打开文件表中的表目上删除掉。
① 文件名 ；
② 文件物理位置 ；
③ 文件逻辑结构 ； ④ 文件的物理结构
(2) 存取控制信息类
(3) 使用信息类
FCB与文件一一对应，FCB的有序集合被称作文件 目录，每个文件控制块被称为目录项。
第七章 文件管理
7.3.1 文件控制块和索引结点
2. 索引结点 检索目录文件只用到文件名，因此可将文件描述信息单 独形成一个称为索引节点的数据结构，即i结点。在文件目 录中的每个目录项仅由文件名和指向该文件所对应的i结点。
第七章 文件管理
第七章 文 件 管 理
7.1 文件和文件系统 7.2 文件的逻辑结构 7.3 文件目录 7.4 文件共享
第七章 文件管理
7.1 文件和文件系统
7.1.1 数据项、记录和文件
数据项是最低级的数据组织形式；记录是一组相关数据 项的集合，用于描述一个对象在某方面的属性。一个记录 应包含哪些数据项，取决于需要描述对象的哪个方面。
(b) 变长记录文件
2. 显式寻址方式 通过文件中记录的位置、利用关键字
第七章 文件管理
7.2.4 索引文件(Index File)
1. 按关键字建立索引
索引号 0 1
长度 m
m0 m1
指针 pt r
…
i
mi
…
索引表
…
…
R0 R1
Ri
逻辑文件
第七章 文件管理
7.2.5 索引顺序文件(Index Sequential File)
第七章 文件管理
7.2.2 顺序文件
由一系列记录按某种顺序排列所形成的文件。 1. 顺序文件的排列方式 (1)串结构。记录按存入时间的先后排列，各记录之间的 顺序与关键字无关。 (2)顺序结构。指文件中的所有记录按关键字(词)排列。 2. 顺序文件的优缺点 顺序文件的最佳应用场合，是在对诸记录进行批量存取； 不适用于交互应用的场合；如果想增加或删除一个记录， 都比较困难。
执行文件 3) 按存取控制属性分类：只执行文件、只读文件、读
写文件 4) 按组织形式和处理方式分类：普通文件、目录文件、
特殊文件
第七章 文件管理
7.1.3 文件系统的层次结构
1) 对象及其属性 文件、目录、磁盘存储空间 3) 文件系统的接口 命令接口、程序接口
2) 对对象操纵和管理的软件集合 文件管理系统的核心部分，包括：对文件存储空间的