MOS-Ch08-e3 《现代操作系统》Andreww S.Tanenbaum配套课件ppt
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operating system《操作系统》ch08-main memory-57-PPT课件
8.6
Binding of Instructions and Data to Memory
Address binding of instructions and data to memory
addresses can happen at three different stages
Compile time: If memory location known a priori, absolute code can be generated; must recompile code if starting location changes Load time: Must generate relocatable code if memory location is not known at compile time
Routine is not loaded until it is called Better memory-space utilization; unused routine is never
Execution time: Binding delayed until run time if the process can be moved during its execution from one memory segment to another. Need hardware support for address maps (e.g., base and limit registers)
8.4
Base and Limit Registers
A pair of base and limit registers define the logical addressress protection with base and limit registers
操作系统引论PPT课件
计算机系统的组成结构及OS在系统中的地位:
用户1
用户2
用户n
……
各种应用程序软件 编辑器、编译器等系统软件
操作系统
裸机
软件与硬件的关系: 硬件是软件的运行基础,软件对硬件功能进行扩充. 虚拟机的概念: 裸机经软件扩充后的功能更强的计算机称为虚拟机.
(因不直接对应一台物理机)
计算机系统的层次和视图
• 如机器速度提高10倍，则运行时间只需3分钟， 准备时间仍为3分钟，则效率为3/(3+3)=50%
• 结论：手工操作不能适应计算机发展的需要。
单道批处理系统
“批处理”的两个含义 一、指系统内可同时容纳多个作业，这些作业存放在大
容量的外存中，组成一个后备作业队列，系统按一定 的调度原则每次从后备作业队列中取一个或多个作业 调入内存运行，运行作业结束并退出运行及后备作业 进入运行均由系统自动实现，从而在系统中形成了一 个自动转接的连续的作业流。 二、是指系统向用户提供的是一种脱机操作方式，即用 户与自己作业之间没有交互作用。作业一旦进入系统， 用户就不能在计算机前直接干预其作业的运行。
一、手工阶段具体方式
• 预约机时（联机方式）：写好程序，穿 成纸带，用光电设备输入到计算机上。 如通过光表示1，否则为0；
• 轮到自己上机时，通过纸带机输入到计 算机的内存
• 将手动开关拨到相应位置。在内存的指 定位置执行程序。
预约机时的缺点
• 运行顺利时，会浪费预约时间。如预约2 小时，但半小时就运行结束了。
• 动（知识的发展，教材的体现）与静（计算机 学科的精髓，理论上成熟而且稳定。基本不变 或变化慢）
中国的操作系统
• 70年代，XTIG • VMS汉化等
2W+H
operating system《操作系统》ch08-main memory-57-58页PPT资料
8.8
Memory-Management Unit (MMU)
Hardware device that maps virtual to physical address In MMU scheme, the value in the relocation register is added to every address generated by a user process at the time it is sent to memory The user program deals with logical addresses; it never sees the real physical addresses
8.6
Multistep Processing of a User Program
8.7
Logical vs. Physical Address Space
The concept of a logical address space that is bound to a separate physical address space is central to proper memory management
8.1
Content Overview
Background Swapping Contiguous Memory Allocation Paging Structure of the Page Table Segmentation * Example: The Intel Pentium
8.2
8.1 Background
Program must be brought (from disk) into memory and placed withinry and registers are only storage CPU can access directly Register access in one CPU clock (or less) Main memory can take many cycles Cache sits between main memory and CPU registers Protection of memory required to ensure correct operation
Memory-Management Unit (MMU)
Hardware device that maps virtual to physical address In MMU scheme, the value in the relocation register is added to every address generated by a user process at the time it is sent to memory The user program deals with logical addresses; it never sees the real physical addresses
8.6
Multistep Processing of a User Program
8.7
Logical vs. Physical Address Space
The concept of a logical address space that is bound to a separate physical address space is central to proper memory management
8.1
Content Overview
Background Swapping Contiguous Memory Allocation Paging Structure of the Page Table Segmentation * Example: The Intel Pentium
8.2
8.1 Background
Program must be brought (from disk) into memory and placed withinry and registers are only storage CPU can access directly Register access in one CPU clock (or less) Main memory can take many cycles Cache sits between main memory and CPU registers Protection of memory required to ensure correct operation
《操作系统》PPT电子课件教案-2024鲜版
提供缓冲区管理
设备管理的目标
2024/3/27
26
设备管理的功能与目标
方便性
使用户使用设备尽可能方便
均衡性
使CPU与I/O设备负载均衡
2024/3/27
并行性
使CPU与I/O设备并行工作
独立性
使应用程序独立于具体使用的物理设备
27
I/O控制方式
程序I/O方式 CPU与设备串行工作，效率低下。
中断驱动I/O方式
2024/3/27
13
分区存储管理
1 2
分区存储管理的定义 分区存储管理是将内存空间划分为若干个固定大 小的区域，每个区域称为一个分区，每个分区中 可装入一道作业。
分区的划分方法 固定分区和动态分区。
3
分区的分配策略 首次适应算法、最佳适应算法和最坏适应算法等。
2024/3/27
14
页式存储管理
页式存储管理的定义
页式存储管理是将一个进程的逻辑地 址空间划分为若干个大小相等的片， 称为页面或页，并为各页加以编号。 相应地，也把内存空间划分为与页面 相同大小的若干个存储块，称为物理 块或页框，同样加以编号。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。
文件的逻辑结构的分类
包括流式文件、记录式文件。
2024/3/27
20
文件的物理结构
2024/3/27
文件的物理结构
又称文件的存储结构，是指文件在外 存上的存储组织形式。
文件的物理结构的分类
包括连续文件、链接文件、索引文件。
21
文件目录管理
2024/3/27
文件目录的概念
文件目录是记录系统中所有文件的名字及其存放地址的目录表， 表中还包括关于文件的说明信息和控制信息。
《操作系统》课件
06
安全与保护
操作系统的安全机制
访问控制
通过权限管理、身份验证等机制 ，对系统资源进行访问控制，防 止未经授权的访问和操作。
数据加密
对敏感数据进行加密存储和传输 ，保证数据在存储和传输过程中 的机密性和完整性。
安全审计
通过日志记录和审计机制，对系 统操作进行跟踪和记录，以便及 时发现和应对安全事件。
04
文件系统
文件系统的概念与结构
01
文件系统定义
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。
02
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
根目录的子目录。每个目录可以包含文件和子目录，子目录可以包含更
设备的输入输出控制
设备的输入输出控制
是指操作系统对外部设备的输入和输出操作进行 管理和控制的过程。
输出操作
是指计算机系统向外部设备输出数据或信息，例 如屏幕显示、打印机打印等。
ABCD
输入操作
是指外部设备向计算机系统输入数据或信息，例 如键盘输入、鼠标输入等。
设备的输入输出控制的目标
是确保设备的输入和输出操作能够正确、及时地 完成，并且保证数据的安全性和完整性。
内存覆盖
通过将程序的不同部分存放在不同区 域，当需要执行某部分时再将其加载 到内存中，以减少内存占用。
内存的虚拟化
虚拟内存
通过将物理内存抽象为虚拟地址空间，使得每个进程都拥有完整的地址空间， 从而提高内存利用率和安全性。
页面置换算法
当物理内存不足时，操作系统需要选择哪些页面进行置换，常用的算法有先进 先出、最近最少使用和最不经常使用等。
操作系统课件ppt课件
操作系统是裸机之上的第1层软件，它只在 核心态模式下运行。
通常把经过软件扩充功能后的机器称为 “虚拟机”
1.3 操作系统的发展历程
1.3.1 操作系统的形成
1．手工操作阶段 2．早期批处理阶段
●早期联机批处理 ●早期脱机批处理
3．多道批处理系统
多道批处理系统
●多道程序设计：
在内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制 下交替地执行。这些作业共享CPU和系统中的 其他资源。
1．作业 是用户定义的、由计算机完成的工作单位。
它通常包括一组计算机程序、文件和对操 作系统的控制语句。 作业步 由作业控制语句明确标识的计算机程序的 执行过程
2．工作流程
多道批处理系统中的作业流程
批处理系统
3.特点
●多道：系统在内存中存放多个作业，并且在外 存上还保存大量的后备作业。 ●成批：系统按批次调度作业，而在系统运行过程 中不允许用户和机器之间发生交互作用。 批处理系统的主要优点：
1．进程概念的引入
多道程序并发执行所引发的一系列新情况
2．进程概念
●进程最根本的属性是动态性和并发性 进程定义：程序在并发环境中的执行过程 进程和程序的区别
（1）动态性 （2）并发性 （3）非对应性 （4）异步性
进程概念
3．进程的基本特征 （1）动态性
（2）并发性 （3）调度性
2.2 进程的状态和组成
进程通信
2.1 进程概念
2.1.1 多道程序设计
1．顺序程序活动的特点
●顺序性 ●封闭性 ●可再现性
2．多道程序设计
■程序并发执行
●提高系统资源利用率 ●增加作业吞吐量
多道程序设计
3．程序并发执行的特征
① 失去封闭性 ② 程序与计算不再一一对应 ③ 并发程序在执行期间相互制约
通常把经过软件扩充功能后的机器称为 “虚拟机”
1.3 操作系统的发展历程
1.3.1 操作系统的形成
1．手工操作阶段 2．早期批处理阶段
●早期联机批处理 ●早期脱机批处理
3．多道批处理系统
多道批处理系统
●多道程序设计：
在内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制 下交替地执行。这些作业共享CPU和系统中的 其他资源。
1．作业 是用户定义的、由计算机完成的工作单位。
它通常包括一组计算机程序、文件和对操 作系统的控制语句。 作业步 由作业控制语句明确标识的计算机程序的 执行过程
2．工作流程
多道批处理系统中的作业流程
批处理系统
3.特点
●多道：系统在内存中存放多个作业，并且在外 存上还保存大量的后备作业。 ●成批：系统按批次调度作业，而在系统运行过程 中不允许用户和机器之间发生交互作用。 批处理系统的主要优点：
1．进程概念的引入
多道程序并发执行所引发的一系列新情况
2．进程概念
●进程最根本的属性是动态性和并发性 进程定义：程序在并发环境中的执行过程 进程和程序的区别
（1）动态性 （2）并发性 （3）非对应性 （4）异步性
进程概念
3．进程的基本特征 （1）动态性
（2）并发性 （3）调度性
2.2 进程的状态和组成
进程通信
2.1 进程概念
2.1.1 多道程序设计
1．顺序程序活动的特点
●顺序性 ●封闭性 ●可再现性
2．多道程序设计
■程序并发执行
●提高系统资源利用率 ●增加作业吞吐量
多道程序设计
3．程序并发执行的特征
① 失去封闭性 ② 程序与计算不再一一对应 ③ 并发程序在执行期间相互制约
现代操作系统第四章文件系统PPT
可能的文件属性
15
文件操作(File Operations)
1. 2.
3.
4. 5. 6.
创建(Create) 删除(Delete) 打开(Open) 关闭(Close) 读(Read) 写(Write)
7. 8. 9.
10.
11.
添加(Append) 定位(Seek) 获 取 属 性 (Get attributes) 设 置 属 性 (Set Attributes) 重命名 (Rename)
21
一级目录系统
根目录
A
A
B
C
单层目录系统
单层目录系统包含的4个文件，分别属于3个 不同的人A、B和C。
22
两级目录系统
为了避免不同用户为其自己拥有的文件 取相同的文件名所导致的冲突，下一步 就是给每个用户一个私有目录。 这样，一个用户选择的名字不会干扰另 一个用户的选择，而且在两个或多个目 录中的相同名字不会发生问题。 例如，这种设计可以用于多用户计算机 或者通过局域网共享公用文件服务器的 个人计算机的简单网络上。
4
文件
文件命名 文件结构 文件类型 文件存取 文件属性 文件操作
5
文件命名(File Naming)
文件是一种抽象机制。 它们提供一种方法将信息存储在磁盘上， 稍后再读出来。 对用户来说，文件的实现必须隐藏信息 的保存方式和位置以及磁盘的实际工作。 (对用户半透明) 文件的具体命名规则在各个系统中是不 同的，不过全部操作系统都允许用 1 至 8 个字母组成的字符串作为合法文件名。
8
文件结构(File Structure)
操作系统完整ppt课件
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。
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。
现代操作系统Modern Opera System-3e-02
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
The Classical Thread Model (3)
Figure 2-13. Each thread has its own stack.
• • • • Normal exit (voluntary). Error exit (voluntary). Fatal error (involuntary). Killed by another process (involuntary).
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
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Thread Usage (1)
Figure 2-7. A word processor with three threads.
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Modeling Multiprogramming
Figure 2-6. CPU utilization as a function of the number of processes in memory.
The Classical Thread Model (3)
Figure 2-13. Each thread has its own stack.
• • • • Normal exit (voluntary). Error exit (voluntary). Fatal error (involuntary). Killed by another process (involuntary).
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Thread Usage (1)
Figure 2-7. A word processor with three threads.
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Modeling Multiprogramming
Figure 2-6. CPU utilization as a function of the number of processes in memory.
现代操作系统第1章操作系统引论
现代操作系统第1章操作系统引论操作系统引论1.1 操作系统的目标和作用1.2 操作系统的发展过程1.3 操作系统的基本特性1.4 现代操作系统的新特征1.5 传统操作系统的主要功能 1.6 现代操作系统新增功能1.1 操作系统的目标和作用1.2 操作系统的发展过程1.3 操作系统的基本特性 1.4 现代操作系统的新特征 1.5 传统操作系统的主要功能1.6 现代操作系统新增功能1.1 操作系统的目标和作用1.操作系统的目标1.操作系统的目标目前存在着多种类型的OS,不同类型的OS,其目标各有所侧重。
通常在计算机硬件上配置的OS,其目标有以下几点：(1)方便性(2)有效性(3)可扩充性(4)开放性1.1 操作系统的目标和作用1.2 操作系统的发展过程1.3 操作系统的基本特性 1.4 现代操作系统的新特征 1.5 传统操作系统的主要功能1.6 现代操作系统新增功能1.1 操作系统的目标和作用2.操作系统的作用2.操作系统的作用(1)OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口(2)OS作为计算机系统资源的管理者(3)OS实现了对计算机资源的抽象1.1 操作系统的目标和作用1.2 操作系统的发展过程1.3 操作系统的基本特性 1.4 现代操作系统的新特征 1.5 传统操作系统的主要功能1.6现代操作系统新增功能1.1 操作系统的目标和作用3.推动操作系统发展的主要动力3.推动操作系统发展的主要动力(1)不断提高计算机系统资源的利用率(2)方便用户(3)器件的不断更新换代(4)计算机体系结构的不断发展(5)不断提出新的应用需求返回1.1 操作系统的目标和作用1.2 操作系统的发展过程1.3 操作系统的基本特性 1.4 现代操作系统的新特征 1.5 传统操作系统的主要功能1.6 现代操作系统新增功能1.2 操作系统的发展过程1.未配置操作系统的计算机系统1.未配置操作系统的计算机系统2.单道批处理系统 2.单道批处理系统3.多道批处理系统 3.多道批处理系统4.分时系统 4.分时系统5.实时系统 5.实时系统返回1.1 操作系统的目标和作用1.2 操作系统的发展过程1.3 操作系统的基本特性 1.4 现代操作系统的新特征 1.5 传统操作系统的主要功能1.6 现代操作系统新增功能1.未配置操作系统的计算机系统(1)人工操作方式早期的操作方式是由程序员将事先已穿孔的纸带(或卡片),装入纸带输入机(或卡片输入机),再启动它们将纸带(或卡片)上的程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。
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Master-Slave Multiprocessors
Figure 8-8. A master-slave multiprocessor model.
Characteristics of NUMA machines: 1. There is a single address space visible to all
CPUs. 2. Access to remote memory is via LOAD and
STORE instructions. 3. Access to remote memory is slower than
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Multiprocessor Synchronization (1)
Figure 8-10. The TSL instruction can fail if the bus cannot be locked. These four steps show a sequence of events where the failure is demonstrated.
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Symmetric Multiprocessors
Figure 8-9. The SMP multiprocessor model.
Figure 8-5. An omega switching network.
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NUMA Multiprocessors (1)
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UMA Multiprocessors Using Multistage Switching Networks (2)
access to local memory.
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NUMA Multiprocessors (2)
NUMA Multiprocessors (3)
Figure 8-6. (b) Division of a 32-bit memory address into fields. (c) The directory at node 36.
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Figure 8-6. (a) A 256-node directory-based multiprocessor.
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Each CPU Has Its Own Operating System
Figure 8-7. Partitioning multiprocessor memory among four CPUs, but sharing a single copy of the operating system code. The boxes marked Data are the operating system’s private data for each CPU.
MODERN OPERATING SYSTEMS
Third Edition ANDREW S. TANENBAUM
Chapter 8 Multiple Processor Systems
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UMA Multiprocessors with Bus-Based Architectures
Figure 8-2. Three bus-based multiprocessors. (a) Without caching. (b) With caching. (c) With caching and private memories.
Multiple Processor Systems
Figure 8-1. (a) A shared-memory multiprocessor. (b) A messagepassing multicomputer. (c) A wide area distributed system.
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Master-Slave Multiprocessors
Figure 8-8. A master-slave multiprocessor model.
Characteristics of NUMA machines: 1. There is a single address space visible to all
CPUs. 2. Access to remote memory is via LOAD and
STORE instructions. 3. Access to remote memory is slower than
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Multiprocessor Synchronization (1)
Figure 8-10. The TSL instruction can fail if the bus cannot be locked. These four steps show a sequence of events where the failure is demonstrated.
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Symmetric Multiprocessors
Figure 8-9. The SMP multiprocessor model.
Figure 8-5. An omega switching network.
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NUMA Multiprocessors (1)
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UMA Multiprocessors Using Multistage Switching Networks (2)
access to local memory.
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NUMA Multiprocessors (2)
NUMA Multiprocessors (3)
Figure 8-6. (b) Division of a 32-bit memory address into fields. (c) The directory at node 36.
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Figure 8-6. (a) A 256-node directory-based multiprocessor.
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Each CPU Has Its Own Operating System
Figure 8-7. Partitioning multiprocessor memory among four CPUs, but sharing a single copy of the operating system code. The boxes marked Data are the operating system’s private data for each CPU.
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Chapter 8 Multiple Processor Systems
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UMA Multiprocessors with Bus-Based Architectures
Figure 8-2. Three bus-based multiprocessors. (a) Without caching. (b) With caching. (c) With caching and private memories.
Multiple Processor Systems
Figure 8-1. (a) A shared-memory multiprocessor. (b) A messagepassing multicomputer. (c) A wide area distributed system.
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