操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識分析課件

2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)1計算機(jī)操作系統(tǒng)

（OperatingSystem）

2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)2課程要求平時成績成績構(gòu)成：考勤點名+課堂提問/討論+其他表現(xiàn)上機(jī)實驗成績成績構(gòu)成：6次上機(jī)實驗成績期末筆試

2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)3第一章操作系統(tǒng)引論2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)4本章內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)5什么是計算機(jī)操作系統(tǒng)？計算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件組成的，操作系統(tǒng)是硬件基礎(chǔ)上的第一層軟件，是對操作系統(tǒng)的第一層擴(kuò)充。安裝了操作系統(tǒng)的計算機(jī)稱為虛擬機(jī)(virtualmachine),

是對裸機(jī)的擴(kuò)展.2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)6操作系統(tǒng)所在的位置

2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)7操作系統(tǒng)將丑陋的硬件轉(zhuǎn)變?yōu)槊利惖某橄?023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)8操作系統(tǒng)的作用：用戶與計算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口實現(xiàn)了對計算機(jī)資源的抽象（ugly—>beautiful）計算機(jī)資源的管理者處理機(jī)、存儲器，I/O，信息命令方式cmd，ping系統(tǒng)調(diào)用方式count=read（fd,buffer,nbytes）圖形、窗口方式2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)9操作系統(tǒng)的目標(biāo)：有效性方便性可擴(kuò)充性：功能可擴(kuò)充開放性linuxandroid2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)10操作系統(tǒng)的發(fā)展史及分類無操作系統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)分時系統(tǒng)實時系統(tǒng)2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)11無操作系統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)ENIAC計算機(jī)

（

美國賓夕法尼亞大學(xué)）

運算速度：

5000次/每秒

真空管：

18000個

占地面積：

182平方米

重量

：

130噸

功耗

：

140kW2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)12無操作系統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)從第一臺計算機(jī)誕生(1945年)到50年代中期的計算機(jī)，屬于第一代，這時還未出現(xiàn)OS。人工操作方式：這時的計算機(jī)操作是由用戶(即程序員)采用人工操作方式直接使用計算機(jī)硬件系統(tǒng)。由程序員將事先已穿孔(對應(yīng)于程序和數(shù)據(jù))的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(jī)(或卡片輸入機(jī))，再啟動它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，然后啟動計算機(jī)運行。當(dāng)程序運行完畢并取走計算結(jié)果后，才讓下一個用戶上機(jī)。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)131張穿孔卡片等于100個字節(jié)1MB=10K卡片這種人工操作方式有以下兩方面的缺點：(1)用戶獨占全機(jī)。(2)CPU等待人工操作。沒有輸入輸出設(shè)備，再好的計算機(jī)也無法發(fā)揮作用2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)14

脫機(jī)輸入/輸出方式

(Off-LineI/O)

脫機(jī)：通過專門的外圍機(jī)來控制輸入到磁帶上和輸出到卡片上，當(dāng)CPU需要這些數(shù)據(jù)時再從磁帶上將其高速調(diào)入內(nèi)存。減少了CPU的空閑時間：輸入輸出不占用主機(jī)時間。提高I/O速度脫機(jī)I/O示意圖2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)15單道批處理系統(tǒng)（SimpleBatchProcessingSystem

）批處理過程2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)16單道批處理系統(tǒng)的處理流程2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)17單道批處理系統(tǒng)的特征單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS，嚴(yán)格地說，它只能算作是OS的前身而并非是現(xiàn)在人們所理解的OS。盡管如此，該系統(tǒng)比起人工操作方式的系統(tǒng)已有很大進(jìn)步。該系統(tǒng)的主要特征如下：自動性：作業(yè)依次運行，無須人為干預(yù)順序性：作業(yè)運行順序與進(jìn)入內(nèi)存的順序一致，先調(diào)入的作業(yè)先完成。單道性：內(nèi)存中只有一道程序運行。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)18單道批處理的問題：CPU和I/O設(shè)備使用不均衡

---對計算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑

---對I/O為主的作業(yè)，CPU空閑解決辦法使用多道程序同時進(jìn)入內(nèi)存運行，提高資源利用率，即采用多道程序系統(tǒng)。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)19多道批處理系統(tǒng)（MultiprogrammedBatchProcessingSystem)多道程序設(shè)計的概念同時把多個作業(yè)放入內(nèi)存并允許它們交替執(zhí)行，共享系統(tǒng)中的各類資源，當(dāng)一道程序因為某種原因暫停執(zhí)行時，cpu立刻轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一道程序。多道批處理系統(tǒng)：是使用多道程序設(shè)計技術(shù)的批處理系統(tǒng)2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)20提高CPU的利用率可提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率增加系統(tǒng)吞吐量多道程序設(shè)計的好處：2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)21單多道批處理系統(tǒng)比較單道和多道程序運行情況程序A程序B程序C程序D調(diào)度程序2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)22單多道批處理系統(tǒng)比較單道和多道程序運行情況程序A程序B程序C程序D調(diào)度程序2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)23

程序運行時間表（單位：ms）有三個程序A,B,C，它們使用同一個設(shè)備進(jìn)行I/O操作，并按A,B,C的優(yōu)先次序執(zhí)行。這三個程序的計算和I/O操作時間如表所示，假設(shè)調(diào)度的時間可忽略不計，請分別畫出單道程序環(huán)境和多道程序環(huán)境下（假設(shè)內(nèi)存中可同時裝入這三道程序），它們的運行時間關(guān)系圖，并比較它們的總運行時間。程序操作ABC

計算306020I/O403040

計算1010202023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)24資源利用率高系統(tǒng)吞吐量大平均周轉(zhuǎn)時間長無交互能力批處理：交互性差-

提高對cpu的利用率多道程序設(shè)計的優(yōu)缺點：2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)25多道批處理的需要解決的問題

處理機(jī)的管理問題。多個程序之間如何分配以便共享處理機(jī)？如何回收？內(nèi)存管理問題。如何分配作業(yè)必需的內(nèi)存空間，以便他們各得其所而又不會互相重疊？如何防止一個程序破壞其他程序？I/O設(shè)備管理問題。I/O設(shè)備為所有程序共享，如何協(xié)調(diào)以提高設(shè)備使用效率？文件管理問題。如何管理大量的程序和文件？作業(yè)管理問題。各種不同類型的作業(yè)如何有效管理？增加一組軟件，對以上問題進(jìn)行有效處理，這組軟件就構(gòu)成了操作系統(tǒng)。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)26分時系統(tǒng)（TimeSharingSystem）分時系統(tǒng)的產(chǎn)生：如果說，推動多道批處理系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力，是提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，那么，推動分時系統(tǒng)形成和發(fā)展的主要動力，則是用戶的需求。用戶的需求具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)人—機(jī)交互。

(2)共享主機(jī)

(3)便于用戶上機(jī)。每一個用戶通過配有輸入鍵盤和輸出顯示器的終端工作站和主機(jī)連接2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)27分時系統(tǒng)（TimeSharingSystem）分時系統(tǒng)實現(xiàn)中的關(guān)鍵問題：為實現(xiàn)分時系統(tǒng)，其中，最關(guān)鍵的問題是如何使用戶能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，即當(dāng)用戶在自己的終端上鍵入命令時，系統(tǒng)應(yīng)能及時接收并及時處理該命令，再將結(jié)果返回給用戶。此后，用戶可繼續(xù)鍵入下一條命令，此即人—機(jī)交互。應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，即使有多個用戶同時通過自己的鍵盤鍵入命令，系統(tǒng)也應(yīng)能全部地及時接收并處理。及時接收及時處理批處理系統(tǒng)無法滿足以上要求2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)28分時系統(tǒng)（TimeSharingSystem）分時系統(tǒng)的特征：多路性：一個機(jī)器同時連接多個終端。宏觀上多個用戶同時工作，微觀上則是每個用戶作業(yè)輪流運行一個時間片。獨立性：每個用戶使用各自的終端與主機(jī)交互，感覺不到其它用戶的存在，好像獨立使用計算機(jī)。用戶之間互不干擾。及時性：用戶的請求應(yīng)當(dāng)在很短時間內(nèi)響應(yīng)。交互性：用戶通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行對話。分時系統(tǒng)主要用于軟件開發(fā)和運行較小的程序。因為在這種環(huán)境下用戶大部分時間都在思考，不會長期連續(xù)地占用CPU，以利于其他用戶使用。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)29實時系統(tǒng)(Real-TimeSystem)所謂“實時”，是表示“及時”，而實時系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(或即時)響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運行。按任務(wù)執(zhí)行時是否呈現(xiàn)周期性來劃分周期性實時任務(wù)。非周期性實時任務(wù)。根據(jù)對截止時間的要求來劃分硬實時任務(wù)(hardreal-timetask)。系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對截止時間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測的結(jié)果。軟實時任務(wù)(Softreal-timetask)。它也聯(lián)系著一個截止時間，但并不嚴(yán)格，若偶爾錯過了任務(wù)的截止時間，對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會太大。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)30實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)特征的比較多路性:類似獨立性:類似及時性:區(qū)別顯著交互性:有區(qū)別可靠性:區(qū)別顯著2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)31微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)MS-DOS單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)Windows1.0~XP多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)LinuxUnixSolaris2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)32本章內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)33本章內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)34操作系統(tǒng)的特征并發(fā)性(Concurrence)

共享性(Sharing)：虛擬性(Virtual)：異步性(Asynchronism)：2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)35操作系統(tǒng)的特征—并發(fā)性(Concurrence)

并發(fā)性:指兩個或多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生理解：

---在多道程序環(huán)境且單處理機(jī)系統(tǒng)下，宏觀上并行，微觀上交替執(zhí)行。

---多處理機(jī)系統(tǒng)中，并發(fā)可并行執(zhí)行并行性和并發(fā)性是既相似又有區(qū)別的兩個概念。并行性是指兩個或多個事件在同一時刻發(fā)生并行一定并發(fā)，并發(fā)不一定并行2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)36并發(fā)性---串行、并行、并發(fā)比較假設(shè)有三個程序A,B,C串行并行并發(fā)2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)37并發(fā)性->進(jìn)程，線程進(jìn)程是系統(tǒng)中能獨立運行并作為資源分配的基本單元，是一個能獨立運行的活動實體。操作系統(tǒng)需要增設(shè)若干進(jìn)程管理功能。線程是比進(jìn)程更小的單位，一個進(jìn)程包含多個線程。是獨立運行獨立調(diào)度的基本單位2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)38操作系統(tǒng)的特征—共享性(Sharing)共享性(Sharing)：系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中多個并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程(線程)共同使用。由于資源屬性的不同，進(jìn)程對資源共享的方式主要有以下兩種資源共享方式?；コ夤蚕硗瑫r訪問2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)39共享性---互斥共享方式為什么要采用互斥共享？系統(tǒng)中的某些資源，如打印機(jī)、磁帶機(jī)，雖然可以提供給多個進(jìn)程(線程)使用，但規(guī)定在一段時間內(nèi)只允許一個進(jìn)程(線程)訪問該資源。避免結(jié)果不致造成混淆。如何保證互斥共享？臨界資源-----在一段時間內(nèi)只允許一個進(jìn)程訪問的資源（也叫獨占資源）如何使用臨界資源？當(dāng)一個進(jìn)程A要訪問某資源時，必須先提出請求，只有資源空閑時才可分配給請求進(jìn)程A使用，此后若再有其它進(jìn)程也要訪問該資源時(只要A未用完)則必須等待。僅當(dāng)A進(jìn)程釋放該資源后，另一進(jìn)程才可訪問該資源。臨界資源有哪些？舉例：計算機(jī)系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)備，以及某些軟件中所用的棧、變量和表格2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)40共享性---同時訪問方式何謂同時？同時并非同步，并行。這里所謂的“同時”往往是宏觀上的；微觀上，進(jìn)程可能是交替地對該資源進(jìn)行訪問?？伞巴瑫r”訪問的資源有哪些？典型資源是磁盤設(shè)備與互斥共享方式的區(qū)別？可以在一段時間內(nèi)同時使用，不必等待別的進(jìn)程全部使用完畢。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)41并發(fā)性與共享性關(guān)系并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個最基本的特征，它們又是互為存在的條件。如何互為存在條件？共享性以并發(fā)性為條件資源共享是以程序(進(jìn)程)的并發(fā)執(zhí)行為條件的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題；并發(fā)性受共享性影響若系統(tǒng)不能對資源共享實施有效管理，協(xié)調(diào)好諸進(jìn)程對共享資源的訪問，也必然影響到程序并發(fā)執(zhí)行的程度，甚至根本無法并發(fā)執(zhí)行。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)42操作系統(tǒng)的特征—虛擬(Virtual)技術(shù)操作系統(tǒng)中的虛擬含義是什么？通過某種技術(shù)把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應(yīng)物。物理實體(前者)是實的，即實際存在的；而后者是虛的，是用戶感覺上的東西。虛擬技術(shù)實現(xiàn)哪些虛擬？虛擬處理機(jī)、虛擬內(nèi)存、虛擬外部設(shè)備和虛擬信道等。Os中的虛擬技術(shù)有幾種方式實現(xiàn)？時分復(fù)用方式-----利用處理機(jī)的空閑時間空分復(fù)用方式-----利用存儲器的空閑空間2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)43虛擬技術(shù)---時分復(fù)用技術(shù)時分復(fù)用有哪些技術(shù)？虛擬處理機(jī)技術(shù)通過多道程序設(shè)計技術(shù)，讓多道程序并發(fā)執(zhí)行的方法，來分時使用一臺處理機(jī)的。使每個終端用戶都認(rèn)為是有一個CPU在專門為他服務(wù)。一臺物理上的CPU虛擬為多臺邏輯上的CPU虛擬設(shè)備技術(shù)使原來僅允許在一段時間內(nèi)由一個用戶訪問的設(shè)備(即臨界資源)，變?yōu)樵谝欢螘r間內(nèi)允許多個用戶同時訪問的共享設(shè)備。如打印機(jī)2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)44虛擬技術(shù)---空分復(fù)用技術(shù)空分復(fù)用技術(shù)中的主要應(yīng)用？虛擬存儲器技術(shù)將一臺機(jī)器的物理存儲器變?yōu)樘摂M存儲器，以便從邏輯上來擴(kuò)充存儲器的容量。虛擬存儲技術(shù)的本質(zhì)是什么？本質(zhì)是使內(nèi)存分時復(fù)用，單純的空分復(fù)用存儲器只能提高內(nèi)存利用率2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)45虛擬技術(shù)---速度如果虛擬的實現(xiàn)是通過時分復(fù)用的方法，即對某一物理設(shè)備進(jìn)行分時使用時，如果n是某物理設(shè)備所對應(yīng)的虛擬的邏輯設(shè)備數(shù)，則虛擬設(shè)備的平均速度必然等于或低于物理設(shè)備速度的1/n。同理，空分復(fù)用中，一臺虛擬設(shè)備平均占用的空間必然等于或者低于物理設(shè)備所擁有空間的1/n。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)46操作系統(tǒng)的特征—異步性（Asynchronism）何謂異步性？進(jìn)程以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)在多道程序環(huán)境下，允許多個進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，但只有進(jìn)程在獲得所需的資源后方能執(zhí)行。在單處理機(jī)環(huán)境下，由于系統(tǒng)中只有一個處理機(jī)，因而每次只允許一個進(jìn)程執(zhí)行，其余進(jìn)程只能等待。當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程提出某種資源要求時，如打印請求，而此時打印機(jī)正在為其它某進(jìn)程打印，由于打印機(jī)屬于臨界資源，因此正在執(zhí)行的進(jìn)程必須等待，且放棄處理機(jī)，直到打印機(jī)空閑，并再次把處理機(jī)分配給該進(jìn)程時，該進(jìn)程方能繼續(xù)執(zhí)行。由于資源等因素的限制，使進(jìn)程的執(zhí)行通常以“停停走走”的方式運行，進(jìn)程以不可預(yù)知的進(jìn)度推進(jìn)。難以重現(xiàn)系統(tǒng)在某個時刻的狀態(tài)2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)47本章內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)48本章內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)49操作系統(tǒng)的主要功能處理機(jī)管理功能進(jìn)程控制、進(jìn)程同步、進(jìn)程通信、調(diào)度存儲器管理功能內(nèi)存管理、保護(hù)、地址映射、擴(kuò)充設(shè)備管理功能緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理文件管理功能文件存儲空間管理、目錄管理、文件保護(hù)操作系統(tǒng)和用戶之間的接口2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)50處理機(jī)管理功能---進(jìn)程控制進(jìn)程控制的主要作用是什么？為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程，分配必要的資源。撤銷已結(jié)束進(jìn)程，及時回收該進(jìn)程所占用的各類資源?？刂七M(jìn)程在運行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。為一個進(jìn)程創(chuàng)建若干個線程的功能和撤消(終止)已完成任務(wù)的線程的功能（在現(xiàn)代OS中）。作業(yè)處理機(jī)進(jìn)程作業(yè)進(jìn)程2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)51處理機(jī)管理功能---進(jìn)程同步進(jìn)程同步的作用是什么?異步性，特點？為多個進(jìn)程（含線程）的運行進(jìn)行協(xié)調(diào)進(jìn)程同步的協(xié)調(diào)方式有哪些？進(jìn)程互斥方式---臨界資源互斥訪問進(jìn)程互斥的機(jī)制如何實現(xiàn)？為每一個臨界資源配置一把鎖W，當(dāng)鎖打開時，進(jìn)程(線程)可以對該臨界資源進(jìn)行訪問；而當(dāng)鎖關(guān)上時，則禁止進(jìn)程(線程)訪問該臨界資源。信號量機(jī)制進(jìn)程同步方式---在相互合作完成共同任務(wù)的諸進(jìn)程(線程)間，由同步機(jī)構(gòu)對它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)52處理機(jī)管理功能---進(jìn)程通信進(jìn)程通信的任務(wù)就是用來實現(xiàn)在相互合作的進(jìn)程之間的信息交換。輸入進(jìn)程計算進(jìn)程打印進(jìn)程2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)53處理機(jī)管理功能---調(diào)度為什么要調(diào)度？因為在后備隊列上等待的每個作業(yè)，要經(jīng)過調(diào)度才能執(zhí)行。調(diào)度的分類包括作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度兩步。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)54存儲器管理功能---內(nèi)存分配內(nèi)存分配的主要任務(wù)是為每道程序分配內(nèi)存空間。有兩種分配方式：靜態(tài)和動態(tài)靜態(tài)分配特點：每個作業(yè)的內(nèi)存空間是在作業(yè)裝入時確定的；在作業(yè)裝入后的整個運行期間，不允許該作業(yè)再申請新的內(nèi)存空間，不允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動”；動態(tài)分配特點：每個作業(yè)所要求的基本內(nèi)存空間是在裝入時確定的；允許作業(yè)在運行過程中，繼續(xù)申請新的附加內(nèi)存空間，以適應(yīng)程序和數(shù)據(jù)的動態(tài)增漲；允許作業(yè)在內(nèi)存中“移動”。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)55存儲器管理功能---內(nèi)存保護(hù)內(nèi)存保護(hù)的主要任務(wù)？確保每道用戶程序都只在自己的內(nèi)存空間內(nèi)運行，彼此互不干擾。

一種比較簡單的內(nèi)存保護(hù)機(jī)制，是設(shè)置兩個界限寄存器

越界檢查都由硬件實現(xiàn)不允許用戶程序訪問操作系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)不允許用戶轉(zhuǎn)移到非共享的其他用戶程序中去執(zhí)行。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)56存儲器管理功能---內(nèi)存保護(hù)2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)57存儲器管理功能---地址映射邏輯地址(地址空間中)

物理地址(內(nèi)存空間中)如何映射？什么是邏輯地址？什么是物理地址？應(yīng)用程序(源程序)地址都是從“0”開始的，程序中的其它地址都是相對于起始地址計算的；由這些地址所形成的地址范圍稱為“地址空間”，其中的地址稱為“邏輯地址”或“相對地址”。由內(nèi)存中的一系列單元所限定的地址范圍稱為“內(nèi)存空間”，其中的地址稱為“物理地址”。

在多道程序環(huán)境下，每道程序不可能都從“0”地址開始裝入(內(nèi)存)2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)58存儲器管理功能---地址映射#include<stdio.h>intmain(intargc,char*argv[]){chars[10];char*p=s;}……intmain(intargc,char*argv[]){inta=1;}2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)59存儲器管理功能---內(nèi)存擴(kuò)充如何進(jìn)行擴(kuò)充？借助于虛擬存儲技術(shù)，從邏輯上去擴(kuò)充內(nèi)存容量。

(1)請求調(diào)入

(2)置換內(nèi)存容量有變化嗎？內(nèi)存容量實際沒變，但卻可以承擔(dān)大于這一容量的更多事情。優(yōu)點：既滿足了用戶的需要，改善了系統(tǒng)的性能，又基本上不增加硬件投資。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)60設(shè)備管理功能---緩沖管理為什么要引入緩沖管理？如果在I/O設(shè)備和CPU之間引入緩沖，則可有效地緩和CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾，提高CPU的利用率，進(jìn)而提高系統(tǒng)吞吐量。常見的緩沖機(jī)制？單緩沖機(jī)制實現(xiàn)雙向同時傳送數(shù)據(jù)的雙緩沖機(jī)制能供多個設(shè)備同時使用的公用緩沖池機(jī)制。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)61設(shè)備管理功能---設(shè)備分配設(shè)備分配原則？用戶進(jìn)程的I/O請求系統(tǒng)的現(xiàn)有資源情況設(shè)備分配策略。如果在I/O設(shè)備和CPU之間，存在著設(shè)備控制器和I/O通道時，須為分配出去的設(shè)備分配相應(yīng)的控制器和通道。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)62設(shè)備管理功能---設(shè)備處理設(shè)備處理的基本任務(wù)？設(shè)備處理程序又稱為設(shè)備驅(qū)動程序?；救蝿?wù)是用于實現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信。由CPU向設(shè)備控制器發(fā)出I/O命令，要求它完成指定的I/O操作；反之由CPU接收從控制器發(fā)來的中斷請求，并給予迅速的響應(yīng)和相應(yīng)的處理。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)63文件管理功能---文件空間管理文件空間管理的主要任務(wù)？為每個文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系統(tǒng)的運行速度。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)64文件管理功能---目錄管理目錄管理的主要任務(wù)？(1)為每個文件建立其目錄項，并對目錄項加以組織，實現(xiàn)按名存取。(2)實現(xiàn)文件共享。只須在外存上保留一份該共享文件的副本。(3)提供快速的目錄查詢手段。提高對文件的檢索速度。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)65文件管理功能---文件的讀寫管理與保護(hù)文件的讀/寫:(1)文件的讀/寫管理。根據(jù)用戶的請求，從外存中讀取數(shù)據(jù)；或?qū)?shù)據(jù)寫入外存。文件保護(hù):①防止未經(jīng)核準(zhǔn)的用戶存取文件；②防止冒名頂替存取文件；③防止以不正確的方式使用文件。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)66操作系統(tǒng)與用戶之間的接口用戶接口:命令接口，程序接口，圖形接口程序接口：系統(tǒng)調(diào)用在高級語言以及C語言中，往往提供了與各系統(tǒng)調(diào)用一一對應(yīng)的庫函數(shù)，這樣，應(yīng)用程序便可通過調(diào)用對應(yīng)的庫函數(shù)來使用系統(tǒng)調(diào)用。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)67系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程一般把處理機(jī)在用戶程序中執(zhí)行稱為用戶態(tài)(usermode)，而把處理機(jī)在系統(tǒng)程序中執(zhí)行稱為系統(tǒng)態(tài)(kernelmode)。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)68本章內(nèi)容提綱操作系統(tǒng)的概念操作系統(tǒng)的目標(biāo)操作系統(tǒng)的作用操作系統(tǒng)的發(fā)展史操作系統(tǒng)的分類操作系統(tǒng)的基本特征操作系統(tǒng)的主要功能操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)69無結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)

在早期開發(fā)操作系統(tǒng)時，設(shè)計者只是把他的注意力放在功能的實現(xiàn)和獲得高的效率上，缺乏首尾一致的設(shè)計思想。此時的OS是為數(shù)眾多的一組過程的集合，各過程之間可以相互調(diào)用，在操作系統(tǒng)內(nèi)部不存在任何結(jié)構(gòu)，因此，這種OS是無結(jié)構(gòu)的，也有人把它稱為整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此時程序設(shè)計的技巧，只是如何編制緊湊的程序，以便于有效地利用內(nèi)存、對GOTO語句的使用不加任何限制，所設(shè)計出的操作系統(tǒng)既龐大又雜亂，缺乏清晰的程序結(jié)構(gòu)。一方面會使所編制出的程序錯誤很多，給調(diào)試工作帶來很多困難；另一方面也使程序難以閱讀和理解，增加了維護(hù)人員的負(fù)擔(dān)。2023/12/5計算機(jī)操作系統(tǒng)70模塊化OS結(jié)構(gòu)為使OS具有較清晰的結(jié)構(gòu)，OS不再是由眾多的過程直接構(gòu)成，而是將OS按其功能劃分為若干個具有一定獨立性和大小的模塊。每個模塊具有某方面的管