《操作系統(tǒng)概論》教學(xué)課件

1、操作系統(tǒng)概論串講主講：趙守香 教授操作系統(tǒng)概論1、基本概念2、基本原理3、基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)4、基本算法5、“以不變應(yīng)萬變”操作系統(tǒng)概論教材說明教材說明 操作系統(tǒng)概論教材在2005年9月改版，新版教材同時(shí)啟用。因此只有2006年試卷是新版教材的試卷。單項(xiàng)選擇題 115多項(xiàng)選擇題 25填空題 115簡答題 45綜合題 104操作系統(tǒng)概論考試題型操作系統(tǒng)概論考試題型1、單項(xiàng)選擇題考察內(nèi)容：基本概念、基本原理的正確理解。例：多道程序設(shè)計(jì)是指（ ） A.在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中并發(fā)運(yùn)行多個(gè)程序 B.在分布式系統(tǒng)中同一時(shí)刻運(yùn)行多個(gè)程序 C.在一臺處理器上同一時(shí)刻運(yùn)行多個(gè)程序 D.在一臺處理器上并發(fā)運(yùn)行多個(gè)程序操作系統(tǒng)概論

2、考試題型2、多項(xiàng)選擇題考察內(nèi)容：基本概念、基本原理、基本算法的正確理解。例：在下列算法中用于進(jìn)程調(diào)度的算法是（ ） A.動(dòng)態(tài)優(yōu)先數(shù)法 B.單向掃描法 C.時(shí)間片輪流法 D.最近最久未用算法 E.最短查找時(shí)間優(yōu)先算法操作系統(tǒng)概論考試題型3、填空題考察內(nèi)容：基本概念、基本原理、基本術(shù)語的準(zhǔn)確理解和記憶。用教材中的術(shù)語來回答問題。例1：允許多個(gè)用戶以交互式使用計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)稱為_。分時(shí)系統(tǒng)例2：從使用角度看，外圍設(shè)備可分為_設(shè)備和_設(shè)備。獨(dú)占設(shè)備，共享設(shè)備例3：進(jìn)程通信是指_。進(jìn)程之間交換大量數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)概論考試題型4、簡答題考察內(nèi)容：從資源管理的角度，考察資源管理的原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法的準(zhǔn)確理解

3、和記憶。例1：以分頁存儲管理為例，說明動(dòng)態(tài)地址映射的實(shí)現(xiàn)方法。（浙江2006年）例2：簡述設(shè)備管理的功能。（浙江2006年） 例3：為什么進(jìn)程同步問題中往往還要考慮進(jìn)程互斥關(guān)系，請舉例說明之。（全國2000年）操作系統(tǒng)概論考試題型5、綜合題考察內(nèi)容：考察資源管理中各種算法的原理、解題過程。要求對于給定的具體問題，通過計(jì)算和設(shè)計(jì)，給出準(zhǔn)確的答案。例1：在一個(gè)請求分頁系統(tǒng)中，假如系統(tǒng)分配給一個(gè)作業(yè)的物理塊數(shù)為3，并且此作業(yè)的頁面走向?yàn)?、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2。試用FIFO和LRU兩種算法分別計(jì)算出程序訪問過程中所發(fā)生的缺頁次數(shù)，寫出物理塊中頁號變化過程。在操作系統(tǒng)概論課中，這

4、樣的算法有七、八個(gè)，我們在各章要點(diǎn)講解中會提醒大家。第1 章 引論本章特點(diǎn) 本章內(nèi)容以基本概念為主，旨在讓學(xué)生掌握什么是操作系統(tǒng)，它在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的地位，以及操作系統(tǒng)的功能、分類等基本問題。先讓學(xué)生對操作系統(tǒng)有一個(gè)整體的概念，在后續(xù)各章中，再分別具體介紹每一個(gè)具體內(nèi)容。主要知識點(diǎn)1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成硬件：CPU、存儲器、輸入輸出控制系統(tǒng)、輸入輸出設(shè)備軟件：軟件的三個(gè)類型2、什么是操作系統(tǒng)四個(gè)要點(diǎn)3、操作系統(tǒng)的作用三個(gè)作用提高效率，便于使用4、操作系統(tǒng)的功能四種資源的管理：處理器、存儲器、文件、設(shè)備兩類接口：程序員接口（系統(tǒng)調(diào)用），操作員接口（操作控制命令）主要知識點(diǎn)5、操作系統(tǒng)的基本類型批處

5、理系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)6、批處理系統(tǒng)的特點(diǎn)提高了資源利用率用戶不能直接干預(yù)作業(yè)的執(zhí)行7、分時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)允許多個(gè)用戶同時(shí)與系統(tǒng)進(jìn)行一系列交往交互性和及時(shí)性主要知識點(diǎn)8、實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)兩種類型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性9、操作系統(tǒng)的發(fā)展微機(jī)操作系統(tǒng)：文件管理、輸入/輸出控制、命令的解釋網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信和資源共享分布式操作系統(tǒng)：客戶/服務(wù)器模式；統(tǒng)一性，透明性嵌入式操作系統(tǒng)：微型化，實(shí)時(shí)性。是一個(gè)實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)主要知識點(diǎn)10、當(dāng)前流行的操作系統(tǒng)Windows：圖形用戶界面（GUI）Unix：通用的交互式分時(shí)系統(tǒng)。Linux：自由軟件注意：單（多）用戶、單（多）任務(wù)的含義11、處理器

6、的工作狀態(tài)特權(quán)指令的含義，哪些是特權(quán)指令管態(tài)和目態(tài)PSW的內(nèi)容、作用PSW寄存器的作用主要知識點(diǎn)12、操作系統(tǒng)與用戶的接口兩類接口：程序員接口和操作員接口程序員接口：系統(tǒng)調(diào)用。訪管指令和訪管中斷操作員接口：聯(lián)機(jī)用戶的操作控制命令；批處理系統(tǒng)的作業(yè)控制語言批處理系統(tǒng)：作業(yè)控制說明書第2 章 進(jìn)程管理內(nèi)容特點(diǎn) 處理器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要的硬件資源，在多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的環(huán)境下，由于多個(gè)程序的運(yùn)行競爭CPU資源，使得程序的執(zhí)行過程表現(xiàn)為斷斷續(xù)續(xù)、走走停停，因此我們引入了一個(gè)新的概念“進(jìn)程”，來表示一個(gè)程序的一次執(zhí)行過程。進(jìn)程是一個(gè)非常重要的概念，又是一個(gè)很抽象、很難理解的概念，如果對進(jìn)程的含義不能正確

7、理解的話，就很難理解本章的內(nèi)容以及第六章內(nèi)容。主要知識點(diǎn)1、程序的順序執(zhí)行程序的執(zhí)行順序是由編制的程序決定的無法利用處理器和設(shè)備的并行能力2、程序的并行執(zhí)行發(fā)揮處理器和設(shè)備的并行能力3、多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)充分發(fā)揮處理器的使用效率增加單位時(shí)間內(nèi)的算題量（吞吐量）降低完成計(jì)算所需的總時(shí)間提示：對每一道題來說，時(shí)間可能會加長主要知識點(diǎn)4、進(jìn)程的概念5、引入進(jìn)程的原因提高資源的利用率正確描述程序的執(zhí)行情況6、進(jìn)程的屬性動(dòng)態(tài)性多個(gè)進(jìn)程可含有相同的程序并發(fā)性三種狀態(tài)主要知識點(diǎn)7、進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換三種狀態(tài)的含義進(jìn)程狀態(tài)圖：有向圖導(dǎo)致進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的原因8、進(jìn)程控制塊（PCB）PCB的作用PCB的內(nèi)容：四類信息

8、：標(biāo)識、說明、現(xiàn)場、管理信息9、進(jìn)程控制原語的概念四個(gè)原語：創(chuàng)建、撤消、阻塞、喚醒原語與進(jìn)程狀態(tài)之間的關(guān)系主要知識點(diǎn)10、進(jìn)程的隊(duì)列就緒隊(duì)列等待隊(duì)列導(dǎo)致進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換的原因入隊(duì)與出隊(duì)，隊(duì)列管理11、中斷和中斷處理中斷的概念中斷的類型：硬件故障、程序、外部、輸入/輸出、訪管強(qiáng)迫性中斷和自愿性中斷的含義中斷響應(yīng)的過程：幾種PSW中斷處理：不同類型中斷的處理原則主要知識點(diǎn)12、處理器的調(diào)度兩級調(diào)度：作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度與設(shè)備管理中的spooling技術(shù)結(jié)合起來理解作業(yè)調(diào)度算法設(shè)計(jì)作業(yè)調(diào)度算法的原則：公平、平衡資源使用、極大的流量平均周轉(zhuǎn)時(shí)間作業(yè)調(diào)度算法：先來先服務(wù)、計(jì)算時(shí)間短優(yōu)先、響應(yīng)比高者優(yōu)先、優(yōu)先級

9、調(diào)度算法、均衡調(diào)度算法。一定要會算題！注意：作業(yè)調(diào)度的前提條件是資源滿足作業(yè)的需求。主要知識點(diǎn)13、處理器調(diào)度進(jìn)程調(diào)度引起進(jìn)程切換的原因：四個(gè)原因；與進(jìn)程狀態(tài)圖結(jié)合起來學(xué)習(xí)進(jìn)程調(diào)度算法：先來先服務(wù)、最高優(yōu)先級、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)決定優(yōu)先級的因素：緊急程度、等待時(shí)間、系統(tǒng)效率等決定時(shí)間片大小的因素：響應(yīng)時(shí)間、進(jìn)程數(shù)量。搶占式和非搶占式調(diào)度將調(diào)度算法與操作系統(tǒng)的類型結(jié)合起來強(qiáng)調(diào)：先作業(yè)調(diào)度，再進(jìn)程調(diào)度主要知識點(diǎn)14、線程線程的概念引入線程的原因線程的屬性輕型進(jìn)程的含義進(jìn)程和線程的根本區(qū)別：進(jìn)程是分配資源的基本單位，線程是調(diào)度和執(zhí)行的基本單位第 3 章 存儲管理 存儲器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中另一份非常重要的資源，因

10、為用戶的程序和數(shù)據(jù)必須首先裝入內(nèi)存才能被CPU處理。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜，功能越來越強(qiáng)大，計(jì)算機(jī)程序也變得越來越龐大，而計(jì)算機(jī)中內(nèi)存的容量是有限的，加上采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，如何在有限的內(nèi)存中同時(shí)存放多個(gè)應(yīng)用程序，并能夠互不影響，成了操作系統(tǒng)要解決的重要問題。內(nèi)容特點(diǎn)1、存儲器的層次寄存器：存儲一個(gè)字長的信息指令寄存器通用寄存器控制寄存器：PSW、界限寄存器、基址寄存器存放當(dāng)前正在運(yùn)行程序的臨時(shí)信息。無分配問題主存儲器和高速緩沖存儲器系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)對用戶區(qū)進(jìn)行管理輔助存儲器主要知識點(diǎn)2、存儲管理的功能主存空間的分配與回收主存空間的共享與保護(hù)地址轉(zhuǎn)換主存空間的擴(kuò)充主要知識點(diǎn)3、地址重定位主存

11、的存儲單元用戶程序中的地址絕對地址和邏輯地址重定位的含義靜態(tài)重定位的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)重定位的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)重定位的硬件支持主要知識點(diǎn)4、單用戶連續(xù)存儲管理基本原理：內(nèi)存中只有一個(gè)用戶程序內(nèi)存保護(hù)：界限寄存器分時(shí)系統(tǒng)中的對換技術(shù)（swapping）地址重定位方式：靜態(tài)重定位主要知識點(diǎn)5、固定分區(qū)存儲管理基本原理：預(yù)先劃分分區(qū)內(nèi)存空間的分配和回收：分區(qū)說明表的內(nèi)容地址轉(zhuǎn)換：靜態(tài)重定位存儲保護(hù)：下限寄存器和上限寄存器地址越界中斷提高內(nèi)存利用率的措施按統(tǒng)計(jì)規(guī)律劃分分區(qū)按大小排列，低地址是較小的分區(qū)按作業(yè)需求量排成多個(gè)隊(duì)列主要知識點(diǎn)主要知識點(diǎn)6、可變分區(qū)存儲管理基本原理：按作業(yè)實(shí)際大小劃分分區(qū)內(nèi)存空間的分配和回收空閑

12、區(qū)表分配算法：最先適應(yīng)、最優(yōu)適應(yīng)、最壞適應(yīng)每一種算法的優(yōu)、缺點(diǎn)碎片問題空閑區(qū)表的結(jié)構(gòu)與分配算法之間的關(guān)系內(nèi)存回收算法：如何判斷兩個(gè)分區(qū)相鄰？主要知識點(diǎn)6、可變分區(qū)存儲管理地址轉(zhuǎn)換動(dòng)態(tài)地址重定位硬件支持：基址寄存器和限長寄存器存儲保護(hù)基址寄存器內(nèi)容=絕對地址=限長寄存器內(nèi)容地址越界中斷移動(dòng)技術(shù)移動(dòng)技術(shù)的目的移動(dòng)技術(shù)存在的問題主要知識點(diǎn)7、頁式存儲管理 基本原理：塊和頁的含義 邏輯地址構(gòu)成：頁號+頁內(nèi)地址注意：這是一維地址，高位為頁號內(nèi)存空間的分配與回收位示圖塊號、字號、位號、字長之間的關(guān)系地址變換頁表的結(jié)構(gòu)。動(dòng)態(tài)地址變換機(jī)構(gòu)快表，高速緩沖存儲器地址變換的過程。能夠算題。頁的共享與保護(hù)例 題 在頁

13、式存儲管理中，頁的大小為1024B，頁表如下所示。塊號標(biāo)志位508131110請問：邏輯地址為041A（H）的物理地址是多少？當(dāng)訪問邏輯地址為0521（H）的數(shù)據(jù)時(shí)，是否會發(fā)生缺頁中斷？答案及分析頁表中標(biāo)志位的含義：標(biāo)志該頁是否已在內(nèi)存 標(biāo)志位為“0”，不在內(nèi)存 標(biāo)志位為“1”，已在內(nèi)存邏輯地址轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢淼刂返倪^程 計(jì)算邏輯地址中的頁號和頁內(nèi)地址 根據(jù)頁號查頁表，得到內(nèi)存塊號 物理地址=塊號+頁內(nèi)地址焦點(diǎn)問題：如何計(jì)算頁號和頁內(nèi)地址？答案及分析因?yàn)轫摰拇笮?024B，210=1024，所以頁號占10位。041A（H）=（0000010000011010）2，低位10位為頁內(nèi)地址，高位為頁號，

14、頁號為1根據(jù)頁表得知：塊號為8物理地址為：（0010000000011010）2=201A（H）同理： 0521（H）=0000010100100001頁號為1，塊號為8，該頁標(biāo)志位為1，說明該頁已在內(nèi)存，不會發(fā)生缺頁中斷主要知識點(diǎn)8、頁式虛擬存儲管理虛擬存儲器的含義決定虛擬存儲器大小的因素：地址結(jié)構(gòu)，輔助存儲器基本原理頁表增加的內(nèi)容標(biāo)志位，磁盤上的位置缺頁中斷缺頁中斷的處理過程主要知識點(diǎn)8、頁式虛擬存儲管理頁面調(diào)度抖動(dòng)或顛簸頁面調(diào)度的算法：FIFO，LRU，LFU能夠算題。注意：LRU、LFU的區(qū)別。多級頁表二級頁表的原理三次訪問內(nèi)存例 題 在一個(gè)請求分頁系統(tǒng)中，假如系統(tǒng)分配給一個(gè)作業(yè)的物理

15、塊數(shù)為3，并且此作業(yè)的頁面走向?yàn)?、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2。試用FIFO和LRU兩種算法分別計(jì)算出程序訪問過程中所發(fā)生的缺頁次數(shù)，寫出物理塊中頁號變化過程。答案：（1）FIFO：缺頁次數(shù)為9（2）LRU：缺頁次數(shù)為7物理塊中頁號變化過程見下圖FIFO算法 2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2缺頁2 3 3 1 5 2 4 4 3 3 5 2 2 2 3 1 5 2 2 4 4 3 5 2 3 1 5 5 2 2 4 3 2 3 1 5 2 4 LRU算法 2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2缺頁2 3 3 1 5 5 4 4 3 2 2 2 2 2 2

16、1 1 2 2 5 3 3 3 3 2 2 5 5 4 5 5 5 3 1 2 4 第 4 章 文件管理內(nèi)容特點(diǎn)文件管理是操作系統(tǒng)對軟件資源的管理，也是用戶在日常使用操作系統(tǒng)中接觸最多、最直接的功能。學(xué)習(xí)這一章內(nèi)容時(shí)，讀者可以結(jié)合日常使用計(jì)算機(jī)的體會去理解文件管理的功能、策略、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。例如，目錄的概念大家在學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)之前就已經(jīng)很熟悉了，但對文件的“按名存取”的實(shí)現(xiàn)原理并不了解，如果能夠把實(shí)際應(yīng)用與原理結(jié)合起來理解，會生動(dòng)、形象得多！主要知識點(diǎn)1、文件和文件系統(tǒng)文件的概念：“邏輯”概念文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)的功能基本功能：實(shí)現(xiàn)“按名存取”六個(gè)功能文件的分類按用途、按保護(hù)級別、按信息流向、按存

17、放時(shí)限、按設(shè)備類型、按組織方式主要知識點(diǎn)2、文件的存儲介質(zhì) “塊”或“物理記錄”磁帶的存儲原理間隙的大小順序存取磁頭的當(dāng)前位置磁盤的存儲原理物理地址：柱面號、磁頭號、扇區(qū)號從“0”開始編號主要知識點(diǎn)3、文件的組織文件的邏輯結(jié)構(gòu)無結(jié)構(gòu)的流式文件。UNIX系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)的記錄式文件記錄的主鍵：唯一確定一個(gè)記錄的數(shù)據(jù)項(xiàng)文件的存儲結(jié)構(gòu) 順序結(jié)構(gòu)鏈接結(jié)構(gòu)索引結(jié)構(gòu)主要知識點(diǎn)3、文件的組織文件的存取方式順序存取和隨即存取 存儲結(jié)構(gòu)、存取方式、存儲設(shè)備之間的關(guān)系P73表4-2記錄的成組與分解記錄的成組與分解例： 現(xiàn)有一文件FILE_X，其邏輯記錄的大小為125字節(jié)，共有20個(gè)邏輯記錄，文件系統(tǒng)把這個(gè)文件存儲到磁盤

18、上時(shí)采用鏈接結(jié)構(gòu)，磁盤的分塊大小為512個(gè)字節(jié)，請問：（1）采用什么方法可有效地利用磁盤空間？（2）畫出文件在磁盤上的鏈接示意圖（磁盤塊號自定）。（3）若用戶要求訪問讀包含第1285字節(jié)的邏輯記錄，文件系統(tǒng)將如何工作？ 記錄成組與分解成組：將若干個(gè)邏輯記錄存放在同一個(gè)邏輯塊中。當(dāng)訪問某個(gè)邏輯記錄時(shí)，必須將整個(gè)塊先讀到內(nèi)存中。分解：從物理塊中讀取某個(gè)邏輯記錄。緩沖區(qū)磁盤進(jìn)程內(nèi)存區(qū)塊記錄塊因子一個(gè)物理塊中包含的邏輯記錄的個(gè)數(shù)。塊因子=物理塊/邏輯塊上例中：512/125=4所以，塊因子為4，也就是說，一個(gè)物理塊中可以存放4個(gè)邏輯記錄?？偣残枰?0/4=5個(gè)物理塊。分 解第一步：計(jì)算記錄所在的塊：

19、 邏輯記錄號：1285/125+1=11 所在塊：11/4+1=3第二步：將第三塊讀入內(nèi)存緩沖區(qū)。第三步：從緩沖區(qū)中讀取邏輯記錄。 計(jì)算相對記錄號：11 MOD 4=3 將第三個(gè)記錄讀到內(nèi)存區(qū)。主要知識點(diǎn)4、存儲空間的分配位示圖法特別重要的幾個(gè)公式 根據(jù)字號、位號計(jì)算塊號根據(jù)塊號計(jì)算物理地址反之依然能夠熟練地算題主要知識點(diǎn)4、存儲空間的分配空閑塊鏈接法 單塊鏈接成組鏈接的原理UNIX系統(tǒng)中的成組鏈接專用塊的概念分配和回收的算法過程例 題 假設(shè)一個(gè)磁盤組共有100個(gè)柱面，每個(gè)柱面有8個(gè)磁道，每個(gè)盤面被劃分為4個(gè)扇區(qū)。若邏輯記錄大小與磁盤塊大小一致，柱面、磁頭、扇區(qū)都從0開始編號?，F(xiàn)用字長為16位

20、的若干字組成位示圖來指示磁盤空間使用情況，請回答：（1）位示圖共需要多少個(gè)字？（2）在分配存儲空間時(shí)，發(fā)現(xiàn)第7個(gè)字、第12位為0，則要分配的塊號是多少？（3）第2題中的塊號所對應(yīng)的物理地址是多少？（4）現(xiàn)要回收塊號為78的塊，應(yīng)將位示圖中的哪一位置0？分析：這是一個(gè)用位示圖法管理存儲空間的例子。在這類題目中，主要考察大家對幾個(gè)參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系的掌握程度，即：位示圖中的字號、位號與物理塊號之間的關(guān)系和物理塊號與物理地址（柱面號、磁頭號、扇區(qū)號）之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。 這些關(guān)系體現(xiàn)在上述的幾個(gè)公式中解 析根據(jù)上面的公式，就很容易得到該問題的答案（1）需要字?jǐn)?shù)=（10084）/16 答案為200個(gè)字。（

21、2）塊號=字號字長+位號 因此對應(yīng)的塊號為：716+12 答案為124（3）每個(gè)柱面上的塊數(shù)是：84=32 柱面號=124/32=3 124 MOD 32=28 每個(gè)磁道上的塊數(shù)是4 所以，磁頭號=28/4=7 扇區(qū)號=28 MOD 4=0 答案為：第3柱面、第7個(gè)磁頭、第0扇區(qū)。（4）字號=塊號/字長=78/16= 4 位號=塊號MOD 字長=78 MOD 16=14 答案為：應(yīng)將第4個(gè)字的第14位改為0。答 案主要知識點(diǎn)5、文件目錄文件控制塊一級目錄原理存在問題二級目錄原理：主文件目錄（MFD）與用戶文件目錄（UFD）優(yōu)點(diǎn)：解決了重名問題；實(shí)現(xiàn)了共享主要知識點(diǎn)5、文件目錄樹型目錄絕對路徑和

22、相對路徑當(dāng)前目錄優(yōu)點(diǎn)：除了具有二極目錄優(yōu)點(diǎn)外，便于文件分類主要知識點(diǎn)6、文件的安全性文件的保護(hù)保護(hù)的含義：防止文件被破壞文件被破壞的原因：四個(gè)原因保護(hù)措施文件的保密保密的含義：防止他人竊取保密的措施：口令；密碼主要知識點(diǎn)7、文件的操作與使用基本文件操作六種操作每一個(gè)操作的步驟文件操作的使用打開、讀/寫、關(guān)閉打開文件的模式第 5 章 設(shè)備管理內(nèi)容特點(diǎn) 有人說，設(shè)備管理是操作系統(tǒng)中管理得最不好的一份資源，這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)中的設(shè)備種類繁多，物理特性各異，且設(shè)備數(shù)量總是少于要使用設(shè)備的作業(yè)的數(shù)量。怎樣管理這些千差萬別的設(shè)備，一方面方便用戶使用這些設(shè)備，又能提高設(shè)備的使用效率，使有限的資源得到最充分的

23、利用，最大程度滿足用戶作業(yè)的需求呢？這就是設(shè)備管理要解決的問題。這些問題的解決辦法構(gòu)成了本章的全部內(nèi)容。 主要知識點(diǎn)1、設(shè)備管理的功能1）設(shè)備的分配和回收實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備的啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)對磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度處理外圍設(shè)備的中斷事件實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備主要知識點(diǎn)2、外圍設(shè)備的分類獨(dú)占設(shè)備哪些設(shè)備是獨(dú)占設(shè)備共享設(shè)備哪些設(shè)備是共享設(shè)備主要知識點(diǎn)3、獨(dú)占設(shè)備的分配設(shè)備的絕對號和相對號用戶用“設(shè)備類相對號”提出設(shè)備請求設(shè)備分配的含義：建立“絕對號”和“設(shè)備類相對號”的對應(yīng)關(guān)系設(shè)備分配表設(shè)備類表：包含的數(shù)據(jù)項(xiàng)及含義設(shè)備表設(shè)備分配的過程設(shè)備獨(dú)立性主要知識點(diǎn)4、磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度一次信息傳輸?shù)臅r(shí)間：尋找時(shí)間+延遲時(shí)間+傳輸時(shí)間驅(qū)動(dòng)調(diào)度和

24、驅(qū)動(dòng)調(diào)度算法移臂調(diào)度和旋轉(zhuǎn)調(diào)度移臂調(diào)度的算法（能夠算題）先來先服務(wù)最短查找時(shí)間優(yōu)先電梯法旋轉(zhuǎn)調(diào)度：三種情況下的調(diào)度順序先移臂調(diào)度，后旋轉(zhuǎn)調(diào)度移臂調(diào)度將移動(dòng)臂移動(dòng)到指定柱面的調(diào)度。影響尋找時(shí)間的長短。當(dāng)有若干個(gè)設(shè)備讀寫請求時(shí)，應(yīng)該先響應(yīng)哪一個(gè)？原則：盡量避免移動(dòng)臂頻繁地來回移動(dòng)。先來先服務(wù)最短查找時(shí)間優(yōu)先電梯法例題：假定一個(gè)活動(dòng)磁盤有200個(gè)磁道，編號為0199。當(dāng)前磁頭正在54道上服務(wù)，并且剛剛完成了39道上的請求?，F(xiàn)有如下的磁盤訪問請求序列（磁道號）：86、147、91、173、95、148、101、26、169、80、129、22試給出采用下列移臂調(diào)度算法后移動(dòng)臂移動(dòng)的順序和移動(dòng)總量（總磁

25、道數(shù)）。（1）先來先服務(wù)法（2）最短尋找時(shí)間優(yōu)先（3）電梯法移臂調(diào)度策略先來先服務(wù)：根據(jù)請求的到達(dá)先后次序，響應(yīng)請求。173 169 148 147 129 101 95 91 86 80 54 26 22磁頭移動(dòng)的順序?yàn)椋?6、147、91、173、95、148、101、26、169、80、129、22磁頭的移動(dòng)總量為：（86-54）+（147-86）+（147-91）+（173-91）+（173-95）+（148-95）+（148-101）+（101-26）+（169-26）+（169-80）+（129-80）+（129-22）=872最短查找時(shí)間優(yōu)先從當(dāng)前位置開始，響應(yīng)磁頭移動(dòng)距離最短的

26、請求。也就是離當(dāng)前位置最近的請求。注意：它不考慮移動(dòng)臂移動(dòng)的方向。首先從訪問隊(duì)列中找離54磁道最近的訪問請求，結(jié)果是80，再從剩下的訪問請求中找離80最近的，是86。直到所有訪問請求響應(yīng)完為止。173 169 148 147 129 101 95 91 86 80 54 26 22磁頭移動(dòng)次序?yàn)椋?0、86、91、95、101、129、147、148、169、173、26、22磁頭移動(dòng)的總磁道數(shù)為：（80-54）+（86-80）+（91-86）+（95-91）+（101-95）+（129-101）+（147-129）+（148-147）+（169-148）+（173-169）+（173-26）

27、+（26-22）=270 電梯法 沿著當(dāng)前磁頭移動(dòng)的方向，響應(yīng)進(jìn)程的請求。當(dāng)該方向上無請求時(shí)，磁頭就改變方向。 因此，一定要知道當(dāng)前磁頭的移動(dòng)方向。從題意可知：磁頭的移動(dòng)方向?yàn)閺耐庀騼?nèi)移動(dòng)，也就是從0向199的移動(dòng)。根據(jù)電梯法的調(diào)度原理，磁頭的移動(dòng)如下圖所示： 173 169 148 147 129 101 95 91 86 80 54 26 22磁頭移動(dòng)次序?yàn)椋?0、86、91、95、101、129、147、148、169、173、26、22磁頭移動(dòng)的總磁道數(shù)為：（80-54）+（86-80）+（91-86）+（95-91）+（101-95）+（129-101）+（147-129）+（148

28、-147）+（169-148）+（173-169）+（173-26）+（26-22）=270 旋轉(zhuǎn)調(diào)度移動(dòng)臂定位后，有多個(gè)訪問者等待訪問該柱面時(shí)。使延遲時(shí)間最短。根據(jù)延遲時(shí)間來決定調(diào)度次序的調(diào)度。三種情況：1.同一磁道上的不同扇區(qū)2.不同磁道上的不同扇區(qū)3.不同磁道上的具有相同編號的扇區(qū)主要知識點(diǎn)4、磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度信息的優(yōu)化分布（能夠算題）讀取一個(gè)記錄花費(fèi)的時(shí)間處理一個(gè)記錄花費(fèi)的時(shí)間當(dāng)處理一個(gè)記錄時(shí)，磁盤仍然在旋轉(zhuǎn)例題：信息的優(yōu)化分布例：某系統(tǒng)對磁盤初始化時(shí)把每個(gè)盤面分成8個(gè)扇區(qū)，今有8個(gè)邏輯記錄被存放在同一個(gè)磁道上供處理程序使用，處理程序要求順序處理這8個(gè)記錄，每次請求從磁盤上讀一個(gè)記錄，然

29、后對讀出的記錄要花5毫秒的時(shí)間處理，以后再讀下一個(gè)記錄進(jìn)行處理，直到8個(gè)記錄都處理結(jié)束。假定磁盤轉(zhuǎn)速為20毫秒/周，則處理這8個(gè)記錄所花費(fèi)的時(shí)間是多少？順序存放始點(diǎn)旋轉(zhuǎn)方向12345678花費(fèi)時(shí)間讀一個(gè)記錄需要2.5毫秒。處理一個(gè)記錄的時(shí)間為5毫秒。當(dāng)處理完一個(gè)記錄（5毫秒）后，讀寫磁頭已旋轉(zhuǎn)到第4個(gè)記錄位置。為了處理第2個(gè)記錄，必須等待磁盤把第2個(gè)記錄旋轉(zhuǎn)到讀寫磁頭位置下面。需要15毫秒的延遲時(shí)間。因此，總時(shí)間為： 8（2.5+5）+715=165MS優(yōu)化分布61234578主要知識點(diǎn)5、設(shè)備的啟動(dòng)和I/O中斷處理什么是“輸入輸出操作”通道技術(shù)什么是通道？輸入輸出處理器通道的連接方式通道命令

30、的格式通道程序通道的啟動(dòng)：“啟動(dòng)I/O”命令外圍設(shè)備的啟動(dòng)過程通道狀態(tài)字（CSW）和I/O中斷主要知識點(diǎn)5、設(shè)備的啟動(dòng)和I/O中斷處理設(shè)備處理的一致性I/O中斷事件的處理通道與CPU協(xié)調(diào)工作的手段：I/O中斷I/O中斷事件的類型：操作正常和操作異常操作正常結(jié)束：進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換：等待轉(zhuǎn)換為就緒操作異常結(jié)束：故障：復(fù)執(zhí)設(shè)備特殊事件：操作員干預(yù)主要知識點(diǎn)6、緩沖技術(shù)緩沖的含義：在主存儲器中開辟的存儲區(qū)域引入緩沖的原因成組和分解CPU速度與設(shè)備速度不匹配問題單緩沖雙緩沖提高處理速度設(shè)備與CPU并行工作主要知識點(diǎn)6、緩沖技術(shù)緩沖池減少啟動(dòng)設(shè)備的次數(shù)提高文件信息的傳送速度“提前讀”和“延遲寫”主要知識點(diǎn)7

31、、 虛擬設(shè)備脫機(jī)外圍設(shè)備操作外圍計(jì)算機(jī)的含義脫機(jī)外圍設(shè)備操作的優(yōu)、缺點(diǎn)同時(shí)外圍設(shè)備聯(lián)機(jī)操作（Simultaneous Peripheral Operation On Line）：斯普林操作提高獨(dú)占設(shè)備的利用率。把一臺獨(dú)占設(shè)備模擬成共享設(shè)備的技術(shù)。硬件支持：大容量、高速度的存儲設(shè)備的支持。為用戶進(jìn)程分配的是外存上的固定區(qū)域，而不是設(shè)備本身。內(nèi)存磁盤預(yù)輸入程序CPU井管理程序緩輸出程序輸入設(shè)備輸入井輸出井輸出設(shè)備spooling技術(shù)的工作原理Spooling系統(tǒng)的組成預(yù)輸入程序：負(fù)責(zé)從輸入設(shè)備上讀取數(shù)據(jù)，并存放在輸入井中。緩輸出程序：輸出設(shè)備空閑時(shí)，再把數(shù)據(jù)寫到輸出設(shè)備上。井管理程序：負(fù)責(zé)從輸入井

32、讀信息和把執(zhí)行結(jié)果寫到輸出井的程序。第6 章 并發(fā)進(jìn)程本章特點(diǎn)在多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境中，內(nèi)存中同時(shí)存在著許多進(jìn)程，它們或者共享計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源，或者互為條件，因此進(jìn)程之間存在著這樣那樣的制約關(guān)系。如何保證系統(tǒng)中的進(jìn)程能夠正確、正常地執(zhí)行，是并發(fā)進(jìn)程要解決的問題。這一章是整個(gè)操作系統(tǒng)概論中算法最多、又最難掌握的一章。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，本章的內(nèi)容是必考的內(nèi)容，幾乎所有試卷中的綜合題中都有進(jìn)程互斥、進(jìn)程同步或進(jìn)程死鎖的算法題，因此讀者需要熟練掌握這部分內(nèi)容。主要知識點(diǎn)1、進(jìn)程的并發(fā)性進(jìn)程的順序性順序處理器順序性的特征：封閉性和可再現(xiàn)性進(jìn)程的并發(fā)性并發(fā)進(jìn)程執(zhí)行結(jié)果與其執(zhí)行的相對速度有關(guān)。破壞了“封閉性”和

33、“可再現(xiàn)性”主要知識點(diǎn)2、與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤進(jìn)程執(zhí)行的相對速度由進(jìn)程調(diào)度決定與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤進(jìn)程被打斷的時(shí)間能占用處理器的時(shí)間共享變量主要知識點(diǎn)3、臨界區(qū)與PV操作臨界資源臨界區(qū)，相關(guān)臨界區(qū)相關(guān)臨界區(qū)的管理：三個(gè)要求。原語的概念：不可中斷信號量的含義P操作的物理含義和定義V操作的物理含義和定義注意：信號量只能通過PV原語改變。主要知識點(diǎn)4、進(jìn)程的互斥與同步進(jìn)程的互斥進(jìn)程互斥的含義用信號量和PV原語實(shí)現(xiàn)互斥的方法（重點(diǎn)）信號量的個(gè)數(shù)、含義、初值主要知識點(diǎn)4、進(jìn)程的互斥與同步進(jìn)程的同步進(jìn)程同步的含義用信號量和PV原語實(shí)現(xiàn)同步的方法（重點(diǎn)）信號量的個(gè)數(shù)、含義、初值為每一個(gè)消息設(shè)置一個(gè)信號量發(fā)消息：V原

34、語；接收消息：P原語進(jìn)程同步與互斥的區(qū)別例題1： 當(dāng)進(jìn)程X和進(jìn)程Y共享某個(gè)資源r，進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時(shí)的程序如下：begin s:semaphore;s=1 cobegin process X begin L1: p(s) 使用資源r v(s) goto L1 end process Y begin L1: p(s) 使用資源r v(s) goto L1 end請回答：（1）兩個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行時(shí)，能否保證互斥使用資源？為什么？（2）如果要使兩個(gè)進(jìn)程交替使用資源r，若仍使用PV原語來進(jìn)行管理，寫出應(yīng)定義的信號量及其初值。（3）修改上述程序，使兩個(gè)進(jìn)程能交替使用資源。解題思路和答案（1）能夠?qū)崿F(xiàn)互斥（2）

35、進(jìn)程之間是同步關(guān)系相互發(fā)送消息：進(jìn)程是否可以使用資源R兩個(gè)信號量：SX=1（進(jìn)程X可以用） SY=0（進(jìn)程Y可以用）其過程如下：修改后的進(jìn)程process X begin L1: p(sx) 使用資源r v(sy) goto L1 end修改后的進(jìn)程process Y begin L1: p(sy) 使用資源r v(sx) goto L1 end例題2有一個(gè)供學(xué)生使用的機(jī)房，可以同時(shí)容納50人上機(jī)。規(guī)定一臺機(jī)器同時(shí)只能允許一個(gè)人使用。同學(xué)進(jìn)入機(jī)房時(shí)，要在登記表上登記自己的姓名、班級、進(jìn)入機(jī)房時(shí)間等信息，離開機(jī)房時(shí)，要撤消登記。如果機(jī)房已滿，則只能在外面等待，當(dāng)有人退出時(shí)才可進(jìn)入。試用PV原語實(shí)

36、現(xiàn)上述問題。解題思路和答案我們設(shè)互斥信號量S=1設(shè)同步信號量computer，其初值為50，表示機(jī)房中有50臺計(jì)算機(jī)可以使用。設(shè)變量sheet,表示登記表，則答案如下：解題思路和答案PROCEDURE enter （進(jìn)入進(jìn)程） BEGIN L： P(computer) /*等待“有空閑計(jì)算機(jī)”的消息 P(s) /*申請進(jìn)入臨界區(qū)，對sheet操作 在sheet中找到一個(gè)空表項(xiàng) 填寫學(xué)生信息 V（S） GOTO L END解題思路和答案PROCEDURE leave（離開進(jìn)程） BEGIN L： P(s) 在sheet中找到學(xué)生的登記項(xiàng) 刪除學(xué)生信息 V（S） V（computer） /*發(fā)送“有空閑計(jì)算機(jī)”的消息 GOTO L END主要知識點(diǎn)5、進(jìn)程的互斥與同步同步與互斥混合的問題先同步，后互斥主要知識點(diǎn)6、進(jìn)程通信高級通信與低級通信常用高級通信方式：信箱、消息緩沖、管道通信。