当前位置：文档之家 › 操作系统原理实验(参考课件)

操作系统原理实验(参考课件)

  • 格式：ppt
  • 大小：1009.00 KB
  • 文档页数：243

下载文档原格式

  / 243

合集下载

操作系统原理与应用(第2版)课件第1章 操作系统概述课件

操作系统原理与应用(第2版)课件第1章 操作系统概述课件
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。

操作系统原理课件 (1)[77页]

操作系统原理课件 (1)[77页]
（1）控制和管理计算机系统的所有硬件和软件资源。 （2）合理地组织计算机的工作流程，保证计算机资源的公平竞 争和使用。 （3）方便用户使用计算机。 （4）防止对计算机资源的非法侵占和使用。 （5）保证操作系统自身的正常运转。
操作系统在计算机系统中的地位
操作系统是在硬件基础上的第一层软件，是其他软件和硬 件之间的接口。
1．处理器管理
处理器管理主要是指对计算机系统的中央处理器（CPU）管理 ，其主要任务是对CPU进行分配，并对其运行进行有效地控制与管 理。
为了提高计算机的利用率，操作系统采用了多道程序技术。为了 描述多道程序的并发执行引入了进程的概念，进程可看做是正在执 行的程序，通过进程管理来协调多道程序之间的关系，以使CPU资 源得到最充分的利用。
（4）在现代计算全性和一致性？
（5）系统中的各种应用程序有的属于计算型，有的属于I/O型，有 些既重要又紧迫，有些又要求系统及时响应，这时系统应如何组织 这些程序（作业）的工作流程？
操作系统的主要功能
❖ 处理器管理 ❖ 存储管理 ❖ 设备管理 ❖ 文件管理 ❖ 用户接口 ❖ 网络与通信管理
在现代计算机系统中如果不安装操作系统，很难想象如何使用计 算机。操作系统不仅将仅有硬件的裸机改造成为功能强、使用方便 灵活、运行安全可靠的虚拟机，来为用户提供良好的使用环境，而 且采用有效的方法组织多个用户共享计算机系统中的各种资源，最 大限度地提高了系统资源的利用率。
第1章 引 论
1.1 操作系统的概念 1.2 操作系统的逻辑结构和运行模型 1.3 操作系统的形成与发展 1.4 主要操作系统的类型 1.5 操作系统安全性概述 1.6 操作系统运行基础
引入了多道程序设计技术后，使操作系统具有多道程序同时运行 且宏观上并行、微观上串行的特点，而操作系统也正是随着多道程 序设计技术的出现而逐步发展起来的。

《操作系统原理》PPT课件

《操作系统原理》PPT课件
Shared variable: int total : = 0 ;
p0,p1:
{
int count;
for (count=1; count <=50; count++)
total = total + 1 ;
} total可能的结果？ 最大值？最小值？ 注意total是两个进程都可以访问的共享存储单元，不同于一般 程序中的全局变量
Monolithic：内核中所有的子系统运行在相同的特 权级(privileged mode），拥有相同的地址空间，通 信采用常规C函数调用的形式。
5
四、操作系统的硬件支持
▪ 特权级（区分OS与应用程序的权限） ▪ MMU ▪ Cache ▪ 中断
6
五、系统调用
▪ 操作系统提供给应用程序的一个接口，使得应用程序能够获得 操作系统的服务
✓ 一次只能由一个进程访问的资源 临界区(critical section)
✓ 访问临界资源的代码段称为临界区（CS）
13
互斥(mutual exclusion) ✓在一个时刻最多只有一个进程在临界区
同步(synchronization) ✓协调需要访问临界资源的进程，否则会导致race condition （竞争条件） 如：两进程 p0,p1，都通过下面的代码访问一个共享的存储单 元:
进程中的线程共享进程资源，但拥有私有堆栈及线程控制 块(TCB，存储寄存器值、优先级及其他线程状态信息) 核心级线程（KLT：kernel-level thread） ✓ 应用程序通过API调用核心线程管理例程(kernel thread
facility)来管理： 需要进行模式切换
✓ 是OS调度的基本单位 ✓ 线程阻塞不会导致整个进程的阻塞 ✓ 在多处理器环境下，内核可使线程在不同的处理器上

计算机操作系统原理与实例分析PPT课件

计算机操作系统原理与实例分析PPT课件
供良好的环境。 2、便于用户使用存储器
3、提高存储器的利用率。
4、为尽量多的用户提供足够 大的存储空间。
为实现上述任务，存储器 管理应具有以下4中功能：
1、内存分配
多道程序能并发运行的基 本条件是，各个程序都要有 自己的内存空间，因此，内 存分配是存储管理的基本功 能。
对内存的分配可按照两种 方式进行：
综上所述，我们可以得出操作系
统的概念：
操作系统是计算机系统中的一个 系统软件，管理和控制计算机系统 中的硬件和软件资源，合理地组织 计算机的工作流程，以便有效利用 这些资源为用户提供一个功能强大、 使用方便的工作环境，从而在计算 机与用户之间起接口的作用
二、操作系统的形成和发展
*推动操作系统发展的关键因素
定
票系统。
计算机系统层次关系
应用软件 银行系统 航空定票系统
系统 编译器 编辑器
软件
操作系统
硬件
机器语言
(裸机)
微程序
物理设备
User mode ：用 户 态
Kernel mode
：核 心 态 或 管 态 (supervisor mode)
浏览器 命令解释器
二、什么是操作系统
对于现代操作系统中，人们常用 四种观点来描述操作系统：
2. 独占性：各终端用户感觉到 自己独占了计算机；
3. 交互性：用户与计算机之间 可进行“会话”。
实时操作系统
到了60年代初，计算机开 始应用到生产过程控制、工业 控制、防空系统、信息处理等， 在这些应用中不但要解决计算 间题，还要求在规定的时间内 完成计算，即实时处理。在实 时处理中的一个核心的问题就 是响应时间问题。
装入与运行。凡是运行同一程序的都尽可能一 次装入与多次运行，每次运行都需要系统操作 员判断结果与手工装卸数据带

操作系统原理课件 (4)[116页]

操作系统原理课件 (4)[116页]
第4章 存储管理
存储器是计算机的重要组成部分，用于存储包括程序和数据 在内的各种信息，属于非常重要的系统资源。能否对它进行有效 管理，不仅直接影响到存储器的利用率，而且对整个计算机系统 的性能都有重要的影响。
计算机的存储器分为两类：一类是内部存储器（内存），是 CPU能够直接访问的存储器；另一类是外部存储器（外存），是 CPU不能直接访问的存储器。内部存储器又称主存储器，是计算 机系统的重要资源之一。
4.1 程序的链接和装入
3. 动态重定位
指将装入模块装入内存后，并不立即完成相对地址到绝对 地址的转换，地址的转换工作是在程序运行过程中进行的，即 执行到要访问指令或数据的相对地址时再进行转换。
地址重定位机构需要一个（或多个）基地址寄存器（也称 重定位寄存器，BR）和一个（或多个）程序逻辑地址寄存器 （VR）。指令或数据在内存中的绝对地址与逻辑地址的关系为：
程序装入是指装入程序根据内存当前的实际使用情况，将装入 模块（程序）装入到内存合适的物理位置。
4.1 程序的链接和装入
程序装入分类
静态装入---一次性将全部程序（所有可装入模块）装入内存，并在 程序装入内存时或在程序运行前，一次性完成程序中所有的逻辑地址 （相对地址）到物理地址（绝对地址）的转换工作。
第4章 存储管理
4.1 程序的链接和装入 4.2 存储器及存储管理的基本功能 4.3 分区式存储管理 4.4 分页存储管理 4.5 分段存储管理 4.6 段页式存储管理 4.7 虚拟存储管理
4.1 程序的链接和装入
源程序转变为可执行程序：首先由编译程序把源程序编译成若 干个目标模块，然后由链接程序把所有目标模块和它们需要的库函 数链接在一起，形成一个完整的可装入模块。可装入模块可以通过 装入程序装入内存成为可执行程序，当把CPU分配给它时就可以投入 运行。

操作系统原理课件 (3)[123页]

操作系统原理课件 (3)[123页]

3.2 进程互斥方法
3.2.1 实现进程互斥的硬件方法
通过计算机提供的一些机器指令来实现进程的互斥。 机器指令是指在一个指令周期内执行完成的指令，而专用机器指令的执行则不 会被中断。专用机器指令有3个： 1.开关中断指令： 进程在进入临界区之前先执行“关中断”指令来屏蔽掉所有中断；进程完成临 界区的任务后，再执行“开中断”指令将中断打开。程序结构如下：
coend
3.2 进程互斥方法
2. 测试与设置指令TS（Test and Set）： 要为每个临界资源设置一个整型变量s，可以将它看成一把锁。若
s的值为0（开锁状态），则表示没有进程访问该锁对应的临界资源。 若s的值为1（关锁状态），则表示该锁对应的临界资源已被某个进程 占用。
TS指令的函数描述：
int TS(int s) {
if(s) return 1;
else {
s=1; return 0; } }
应用：
int s=0;
cobegin
process Pi() {
//i=1,2,3,…,n
…
//与临界资源无关的代码
while(TS(s));
//进入区
临界区；
s=0;
//退出区
…
//与临界资源无关的剩余代码
//进入区
Swap(&s,&key);
}while(key);
临界区；
s=0;
//退出区
…
//与临界资源无关的剩余代码
}
coend
3.2 进程互斥方法
3.2.2实现进程互斥的软件方法
1. 两标志进程互斥算法 基本思想：为希望访问临界资源的两个并发进程设置的两个标 志T1和T2来表示某个进程是否在临界区；若Ti（i=1, 2）等于 0则表示进程Pi（i=1, 2）没有在临界区，若Ti（i=1, 2）等 于1则表示进程Pi（i=1, 2）在临界区。每个进程在进入临界区 之前，先判断临界区是否已被另一进程访问，若是则本进程等 待，否则本进程进入临界区。

操作系统原理与实例分析.ppt


虚拟存储分段技术
• 建立在简单存储分段系统基础上，利用动态分 区技术分配存储空间，并以段作为交换的单位。
• 进程执行之前，系统为之分配几个必要的内存 分区，每一个分区中装入一段。
• 当进程执行过程中，出现缺段中断时，操作系 统将为进程装入需要的程序段。
虚拟存储分段：数据结构
• 因此，需要修改段表，增加“存在”字 段和“修改”字段，分别标明对应段是
驻留集管理
• 进程的驻留集指，虚拟存储系统中，每
个进程驻留在内存的页面集合，或进程 分到的物理页框集合。
• 驻留集管理主要解决的问题是，系统应
当为每个活跃进程分配多少个页框。
影响页框分配的主要因素
• 分配给每个活跃进程的页框数越少，同 时驻留内存的活跃进程数就越多，进程 调度程序能调度就绪进程的概率就越大。 然而，这将导致进程发生缺页中断的概 率较大；
• 可变分配策略不仅需要操作系统软件专门的支 持，而且，还需要处理机平台提供的硬件支持
页面放置策略
• 解决的问题：系统应当在内存的什么位置为活
跃进程分配页框？ • 一般地，对于一个分页系统或段页式系统，将
进程的一个页面装入哪一个页框无关紧要。 • 对于分段系统，需要考虑将一个程序段装入哪
一个合适的分区中，可采用的分配算法包括首 次适应法、下次适应法、最佳适应法或最差适 应法等。
得非常繁忙，但是吞吐量很低，甚至产出为零。
• 根本原因：选择的页面或段不恰当。
虚拟存储分页技术
• 建立在简单分页存储管理系统之上，是 目前常用的一种虚拟存储管理技术。
地址变换
• 基于简单存储分页系统增加了某些功能，如产 生和处理缺页中断，以及从内存中换出页面等。
• 进程执行时，首先通过根据逻辑地址中的页号，

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。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
▪ Linux发布的版本不下几十种，不同版本Linux的基本操作 方法、用户界面、基本功能等大都相同
▪ Linux可以直接在裸机上安装，也可以在硬盘上与其他操作 系统，如 MS-DOS、Windows或OS/2共存
▪ 安装Linux所花费的时间依具体机器的运行速度和Linux版 本等条件而定
15
实验目的
▪ 以安装Red Hat Linux 9.0为例，学习和掌握 Linux操作系统的安装
▪ 掌握对Linux操作系统的的基本系统设置 ▪ 掌握与Linux相关的多操作系统安装的方法
13
§1.2 安装 Red Hat Linux 9.0
▪ 实验估计时间：120分钟，难度系数：4
• 背景知识 • 实验目的 • 工具/准备工作 • 实验内容与步骤 • 实验提示
14
背景知识
▪ Linux是一种可运行于多种硬件平台 (如PC及其兼容机、 Alpha工作站、SUN Spare工作站) 、源代码公开、免费提 供用户使用、功能强大、遵守POSIX (可移植操作系统接口) 标准、与UNIX兼容的操作系统。此外，Linux也支持多 CPU计算机
2
进程描述 与控制 ③
调度 ⑤
存储器管理 ⑥
并发性 ④
输入/输出 管理 ⑦
文件管理 ⑧
操作系统的各个主题
粗线表示从设计和实现 的角度考虑关系非常紧密
安全性 ⑩
联网 ⑨
3
实验1 安装操作系统
▪ 通过对Windows 2000 Professional和Red Hat Linux 9.0的安装操作，了解操作系统应用环境建立的初步 过程，掌握操作系统的基本系统设置，掌握多操作 系统的安装和设置。
11
实验内容与步骤
▪ 本实验以光盘启动、全新安装为例 ▪ 可以利用Windows 2000 Professional光盘来直接开
机启动，开机后自动执行安装程序 ▪ 安装过程可分为两个阶段
• 文字模式阶段：选择用来安装Windows 2000的硬盘。安 装程序提供了建立分区、删除分区以及格式化等功能
• 当使用计算机时，从硬盘上加载操作系统到内存，然后
将机器控制权转给操作系统内核来执行
6
背景知识
▪ 在本实验中，通过 Windows 2000 Professional 的安 装，来了解Windows操作系统的安装及配置，包括 安装前的准备工作、驱动程序的配置以及系统的设 定等内容
▪ Windows 2000一共有四个版本，即Professional、 Server、Advanced Server和Datacenter Server，它 们的差别在于功能以及支持CPU、RAM数量上的 不同
7
背景知识
▪ 由于用户计算机环境的不同，需要的安装方式和内 容也会有所不同。
• 升级安装：保存计算机的现有文件及设置，并将原 Windows系统升级为Windows 2000 Professional
• 全新安装：有助于提升系统性能。但不保存计算机中原 有的文件及设置，机器中的所有应用程序都要重新安装
• GUI图形界面阶段：进行系统设置与复制文件的动作， 完成Windows 2000系统的安装
12
实验提示
▪ 同意接受Windows许可协议 ▪ 记录机器总的硬盘空间数据 ▪ 选择文件系统：FAT、FAT32和NTFS，但一般建议
选择NTFS文件系统 ▪ 按提示安装“Service Pack”光盘 ▪ 软件的产品序列号 (25个字符的产品密钥)
9
实验目的
▪ 通过对Windows 2000 Professional的安装操作， 了解操作系统应用环境建立的初步过程
▪ 掌握对Windows操作系统的基本系统设置 ▪ 了解Windows多操作系统安装的方法
10
工具/准备工作
▪ 开始本实验之前，请回顾教科书的相关内容 ▪ 需要一台准备安装Windows 2000 Professional操作系统
5
背景知识
▪ 计算机执行的任何程序都必须首先读入内存，CPU
通过内存来访问程序，而安装操作系统实际上是把
存放在光盘上的操作系统执行代码存入硬盘的过程
• 从硬盘上加载程序到内存很方便
• 操作系统中的文件系统主要是靠硬盘提供物理支持
▪ 安装操作系统到硬盘，实际上有两方面的作用
• 在硬盘上建立文件系统
• 把操作系统的全部内容事先存放在硬盘上以备使用
操作系统原理实验
1
《操作系统原理实验》课程说明
▪ 教材
• 《操作系统原理实验》，周苏 金海溶等编著，科学出 版社，2003
▪ 教学安排
• 由教师结合“操作系统原理”课程进行
▪ 实验环境
• Microsoft Windows 2000 Professional • Red Hat Linux 9.0
• 实验1.1 安装 Windows 2000 Professional • 实验1.2 安装 Red Hat Linux 9.0
4
§1.1 安装 Windows 2000 Professional
▪ 实验估计时间：120分钟，难度系数：4
• 背景知识 • 实验目的 • 工具/准备工作 • 实验内容与步骤 • 实验提示
• 多重开机安装：使计算机拥有多种操作系统，每次开机 时，可以选择所要启动的系统
8
背景知识
▪ 多重开机安装
• Windows 2000 Professional的多重开机安装支持下列操作
系统：Windows NT 3.51/4.0、Windows 9x、Windows
3.x和MS-DOS
• 采用多重开机安装方式，首先需要进行硬盘分区，因为
每个操作系统都要求安装在不同的分区
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 此外，还提高了对硬件的需求，因为安装多个操作系统
的硬盘空间用量非常大
• 各个操作系统的安装次序也要注意，原则上次序是MS-
DOS 、 Windows 3.x 、 Windows 9x 优 先 安 装 ， 然 后 是
Windows NT，再安装Windows 2000
的计算机 ▪ Windows 2000对系统的要求比较高
• CPU：Pentium 166MHz，建议Pentium II以上 • 内存：32MB，建议64MB以上 • 磁盘空间 (可用空间/总空间) ：650MB/2GB，建议1.5GB/4GB • CD-ROM或DVD-ROM光驱 • 网卡和调制解调器 • VGA显卡及显示器、键盘、鼠标