计算机操作系统第六章
操作系统慕课版第六章
操作系统慕课版第六章首先，第六章介绍了进程的概念和特征。
进程是程序在执行过程中的实体，它包括了程序的代码、数据和执行状态等信息。
进程具有独立性、动态性和并发性等特征。
独立性指的是每个进程都拥有独立的地址空间，不会相互干扰；动态性指的是进程的创建、执行和终止都是动态的过程；并发性指的是多个进程可以同时执行，通过时间片轮转等调度算法进行切换。
其次，第六章介绍了进程的状态和状态转换。
进程可以处于就绪、执行和阻塞三种状态之一。
就绪状态表示进程已经具备执行的条件，等待系统调度执行；执行状态表示进程正在执行指令；阻塞状态表示进程由于等待某些事件而暂时无法执行。
进程在不同状态之间的转换是由操作系统进行调度和管理的。
第三，第六章介绍了进程的创建和终止。
进程的创建是通过fork()系统调用来实现的，它会创建一个与父进程相同的子进程，但是子进程有自己独立的地址空间。
进程的终止可以通过exit()系统调用来实现，它会释放进程所占用的资源，并通知父进程。
此外，第六章还介绍了进程的执行顺序和进程控制块等相关内容。
第四，第六章介绍了进程调度的算法和策略。
进程调度是操作系统中非常重要的一项功能，它决定了进程的执行顺序和分配时间片的方式。
常见的进程调度算法有先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、最高优先级调度（HPF）、时间片轮转调度（RR）等。
不同的调度算法有不同的优缺点，可以根据实际情况选择合适的调度策略。
第五，第六章还介绍了进程同步和互斥的概念。
在多进程环境中，进程之间可能会共享资源，为了避免竞争条件和死锁等问题，需要进行进程同步和互斥的操作。
常见的同步和互斥机制有信号量、互斥锁、条件变量等。
这些机制可以保证进程之间的有序执行和资源的合理分配。
总结起来，第六章主要介绍了进程管理的相关内容，包括进程的概念和特征、进程的状态和状态转换、进程的创建和终止、进程调度的算法和策略，以及进程同步和互斥的概念。
通过学习这些内容，我们可以更好地理解和掌握操作系统中的进程管理机制，提高系统的性能和资源利用率。
操作系统6处理机管理习题
第六章处理器管理练习题(一)单项选择题1．多道程序设计系统中，让多个计算问题同时装入计算机系统的主存储器( )。
A．并发执行B．顺序执行C．并行执行D．同时执行2．引入多道程序设计技术后，处理器的利用率( )。
A．有所改善B．极大地提高C．降低了D．无变化，仅使程序执行方便3．计算机系统采用多道程序设计技术后，（)。
A．缩短了每个程序的执行时间B．系统效率随并行工作道数成比例增长C．提高了系统效率D．使用设备时不会发生冲突4．进程是( )。
A．一个系统软件B．与程序概念等效C．存放在内存中的程序D．执行中的程序5.进程的( )和并发性是两个很重要的属性。
A．动态性 B.静态性C．易用性D．顺序性6．( )是完成操作系统功能的进程。
A．用户进程B．系统进程C．并发进程D．编译进程7．可再入程序必须是纯代码，在执行中( )。
A.可以随意改变B．计算结果相同C．自身不改变D．要求输入相同的数据8．已经获得除( )以外所有运行所需资源的进程处于就绪状态。
A主存储器B．打印机C．CPU D．磁盘空间9．在一个单处理器系统中，处于运行态的进程( )。
A．可以有多个B．不能被打断C．只有一个D．不能请求系统调用10.对于一个单处理器系统来说,允许若干进程同时执行，轮流占用处理器．称它们为（)的。
A．顺序执行B．同时执行C．并行执行D．并发执行11．操作系统根据( )控制和管理进程，它是进程存在的标志。
A．程序状态字B．进程控制块C．中断寄存器D．中断装置12．若干个等待占有CPU并运行的进程按一定次序链接起来的队列为( )。
A．运行队列B．后备队列C．等待队列D．就绪队列13．用户从终端上输入一条命令，即产生了( )。
A．程序性中断事件B．外部中断事件C．输入输出中断事件D．自愿性中断事件14．( )的断点是确定的。
A．硬件故障中断B．自愿性中断C．程序性中断D．外部中断15．自愿性中断事件是由( )引起的。
第六章 Windows操作系统
第六章 Windows操作系统
(3) 右键操作。右键也称菜单键。单击可打开该对象所对应的快捷菜单。 (4) 滚轮。可用于在支持窗口滑块滚动的应用程序中实现滚动查看窗口中内容的功能。滚轮并非鼠标 的标准配置部件。 3．鼠标的设置 根据个人习惯不同，用户可打开“控制面板”→“鼠标”，在“鼠标 属性”对话框中根据需要设置 鼠标。 6.2.3 键盘 键盘是最早使用的输入设备之一，现在也仍然是输入文本和数字的标准输入设备。键盘样式多种多 样，但基本操作键的布局和功能基本相同。 6.2.4 桌面 桌面是系统的屏幕工作区，也是系统与用户交互的平台。桌面一般包括桌面图标、桌面背景、开始 按钮与任务栏。
第六章 Windows操作系统
外存除了硬盘之外，还有软盘、光盘、U盘等，这些连入计算机也有对应的盘符。通常，软盘驱动器 的盘符为A或者B，其它驱动器的盘符紧跟硬盘分区的盘符。
硬盘在出厂时已经进行了低级格式化，即在空白硬盘上划分柱面与磁道，再将磁道划分为若干扇区。 这里所说的硬盘格式化是高级格式化，即清除硬盘数据，初始化分区并创建文件系统。硬盘上不同的分 区相互独立，经过格式化后可以各自支持独立的与其它分区不同的文件系统。
第六章 Windows操作系统
6.2.5 窗口 窗口是Windows最基本的用户界面。通 常，启动一个应用程序就会打开它的窗口， 而关闭应用程序的窗口也就关闭了应用程序。 Windows 7中每个窗口负责显示和处理一类 信息。用户可随意在不同窗口间切换，但只 会有一个当前工作窗口。 1．窗口的基本组成 如图6-3所示，窗口由控制按钮、地址栏、 搜索栏、菜单栏、工具栏、资源管理器、滚 动条、工作区、状态栏、边框等组成。
第六章 Windows操作系统
(1) 控制按钮。窗口左上角的控制按钮可以打开控制菜单，右上角的控制按钮可以最小化、最大化/ 还原和关闭窗口。
操作系统第六章设备管理
输入型虚拟设备的实现
• 对于输入型虚拟设备，数据的流向： • 假定用于输入的独占型设备时读卡机，用 于实现虚拟设备的共享型设备时磁盘，则 对于进程所发出的资料申请命令，使用命 令及释放命令，操作系统需要完成的工作 如下：
影响磁盘I/O性能的技术
• 从磁盘读数据的过程：寻道时间（当前位 置→指定位置）+旋转延迟（定位扇区）+ 数据传输时间=访问时间
§6.2 计算机I/O子系统的组成
• 总线型I/O系统的结果
处理机 内存
I/O设备
I/O设备
I/O设备
I/O设备
通道型I/O系统
处理机
内存
I/O通道 I/O设备 I/O设备
I/O通道 I/O设备
I/O通道 I/O设备 I/O设备
具有控制器的I/O系统结构
• 传统的设备=机械部分+电子部分 • 电子部分在系统的控制下驱动机械部分运转，完 成I/O操作 • 由于设备中电子部分比机械部分的速度快得多， 为了减低硬件成本，将电子部分从设备中分离出 来作为一个独立的部件，这就是控制器 • 分离之后的设备仅由机械部分构成，一个控制器 可与多个设备相连，交替地或分时地控制与其相 关联的设备，例如，磁盘控制器可以控制多个磁 盘驱动器
• 配合操作系统分配/再分配硬件资源 • 加载相应的驱动程序
– 当系统中加入新设备时，如果操作系统中没有 集成相应设备的驱动程序，则会要求用户指定 驱动程序的位置并完成驱动程序的安装
设备驱动的程序
• 设备驱动程序一般由设备制造商提供，不 包含在操作系统中 • 但是，为了方便用户，操作系统软件包中 通常会集成提供标准的，通用的或者流行 的，常用设备厂商的设备驱动程序供用户 选择 • 从系统分层的观点来讲，设备驱动程序可 以说操作系统的一部分，也可以被认为硬 件设备的一部分。
计算机操作系统第三版第六章详解
| |
和管理的软
件集合
基本 I/O 管理程序（文件组织模块）
青
基本文件系统（物理 I/O 层）
岛
理 工 大 学 文件、目录、磁盘
(带)存储空间
I/O 控制层（设备驱动程序） 对象及其属性说明
第六章 文件管理
计 算
6.1 文件和文件系统
机
操
6.1.3 文件操作
作
系
1.最基本的文件操作
统 |
★创建文件
工
读写文件
大
学
第六章 文件管理
6.1 文件和文件系统 计对文件存储空间的管理、对文件
算目录的管理、用于将文件的逻辑
机操地文址件转的换读6为和.物 写1.理的2 地管文址理件的以类机及型制对、文和对件文件系统模型
作的共享2.与文保件护系统模型
命令接口、程序接口
系
文件系统接口
统
|
对对象操纵
逻辑文件系统
|
★删除文件
|
★读文件
青
岛
★写文件
理
★截断文件
工
大
★设置文件的读/写位置
学
第六章 文件管理
计 算
6.1 文件和文件系统
机
操 6.1.3 文件操作
作
系 2.文件的“打开”和“关闭”操作
统 |
步骤：
|
① 检索文件目录找到指定文件的属性及其在
|
外存上的位置；
青
② 对文件实施相应的操作。
岛
理 3.其它文件操作
岛 理 工 大
其目件用的，户是即选物择理一文逻结种件辑构良。好的、设备物结利理构用率高系的统物理 文件结构。系统按此结构和外部设备交换信息。
操作系统第六章答案
操作系统第六章答案第六章⽂件管理1、何谓数据项、记录和⽂件P203 P204答：数据项：数据项是最低级的数据组织形式，是数据组中可以命名的最⼩逻辑数据单位，若⼲个基本数据项组成的。
记录：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。
⽂件：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，可分为有结构⽂件和⽆结构⽂件两种。
在有结构的⽂件中，⽂件由若⼲个相关记录组成；⽽⽆结构⽂件则被看成是⼀个字符流。
⽂件在⽂件系统中是⼀个最⼤的数据单位，它描述了⼀个对象集。
2、⽂件系统的模型可分为三层，试说明其每⼀层所包含的基本内容。
P206图答：1、对象及其属性：⽂件、⽬录、硬盘（磁带）存储空间；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；3、⽂件系统的接⼝：命令接⼝、程序接⼝；3、试说明⽤户可以对⽂件施加的主要操作有哪些。
P207答：1、最基本的⽂件操作：创建⽂件、删除⽂件、读⽂件、写⽂件、截断⽂件、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；4、何谓逻辑⽂件何谓物理⽂件P208答：逻辑⽂件：这是从⽤户观点出发所观察到的⽂件组织形式，是⽤户可以直接处理的数据及其结构，它独⽴于⽂件的物理特性，⼜称为⽂件组织。
物理结构：⼜称为⽂件的存储结构，是指⽂件在外存上的存储组织形式。
这不仅与存储介质的存储性能有关，⽽且与所采⽤的外存分配⽅式有关。
5、如何提⾼对变长记录顺序⽂件的检索速度P210答：对于变长记录的顺序⽂件，在顺序读或写时的情况相似，但应分别为它们设置读或写指针，在每次读或写完⼀个记录后，须将读或写指针加上Li。
Li 是刚读或刚写完的记录的长度。
6、试说明对索引⽂件和索引顺序⽂件的检索⽅法。
P211 P212答：在对索引⽂件进⾏检索时，⾸先是根据⽤户（程序）提供的关键字，并利⽤折半查找法去检索索引表，从中找到相应的事项；再利⽤该表项中给出的指向记录的指针值，去访问所需的记录。
操作系统第6章
45
第六章
输入输出系统
(3) 驱动程序与I/O设备所采用的I/O控制方式紧密相关，
常用的I/O控制方式是中断驱动和DMA方式。 (4) 由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分 必须用汇编语言书写。目前有很多驱动程序的基本部分已经 固化在ROM中。
2. 通道类型
1) 字节多路通道(Byte Multiplexor Channel) 这是一种按字节交叉方式工作的通道。它通常都含有许 多非分配型子通道，其数量可从几十到数百个，每一个子通 道连接一台I/O设备，并控制该设备的I/O操作。这些子通道
按时间片轮转方式共享主通道。
28
第六章
输入输出系统
数组选择通道虽有很高的传输速率，但它却每次只允许 一个设备传输数据。数组多路通道是将数组选择通道传输速 率高和字节多路通道能使各子通道(设备)分时并行操作的优 点相结合而形成的一种新通道。
31
第六章
输入输出系统
3. “瓶颈”问题
由于通道价格昂贵，致使机器中所设置的通道数量势必 较少，这往往又使它成了I/O的瓶颈，进而造成整个系统吞 吐量的下降。
令中的抽象要求转换为与设备相关的低层操作序列。
(2) 检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的工作状态， 传递与I/O设备操作有关的参数，设置设备的工作方式。 (3) 发出I/O命令，如果设备空闲，便立即启动I/O设备， 完成指定的I/O操作；如果设备忙碌，则将请求者的请求块挂 在设备队列上等待。 (4) 及时响应由设备控制器发来的中断请求，并根据其中 断类型，调用相应的中断处理程序进行处理。
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第六章
输入输出系统
2. 设备驱动程序的特点
设备驱动程序属于低级的系统例程，它与一般的应用程 序及系统程序之间有下述明显差异：
计算机操作系统文件管理
• 在现代计算机系统中，有大量的程序和数据， 需要长期保存，把它们以文件的形式存放在外存 中、需要时可随时将它们调入内存。 •如果由用户直接管理外存上的文件是不能胜任。 •操作系统实现文件管理功能，把对文件的存取、 共享和保护等手段提供给用户，有效地提高系统 资源的利用率。
6．1文件和文件系统
文件操作
• 用户通过文件系统提供的系统调用实施对文件的操作 用户通过文件系统提供的系统调用实施对文件的操作。 1.最基本的文件操作有 最基本的文件操作有：创建文件、删除文件。读文件、 写文件、截断文件和设置文件的读／写位置。 2.文件的“打开”和“关闭”操作 文件的“打开” 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。 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。 3．其它文件操作 其它文件操作：对文件属性的操作，改变文件名、改 变文件的拥有者，查询文件的状态等；
★ 链接方式又可分为隐式链接和显式链接 两种形式。 1．隐式链接 （见图6-8，P194） • 隐式链接分配方式的主要问题在于：它 只适合于顺序访问，它对随机访问是极 其低效的。 • 为了提高检索速度和减小指针所占用的 存储空间，可以将几个盘块组成一个簇， 以簇为单位，将会减小查找指定块的时 间，而且也可减小指针所占用的存储空 间。
3．顺序文件的优缺点 :
优点: 优点 (1)对顺序文件的存取效率是所有逻辑文件中最高 的. (2)只有顺序文件才能存储在磁带上，并能有效地 工作。 缺点 : (1)在交互应用的场合，如果用户（程序）要求查 找或修改单个记录，为此系统便要去逐个地查 找诸记录。 (2)如果想增加或删除一个记录，都比较困难；
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? 存储时间不同 。文件区的存储适合于较长久的数据存
储；而交换区作为临时数据的存放处，只存放短期的数
作 系
据。
统
5
统系作操统系作操统系作操统系作操
二十一世纪计算机本科教育
二、进程调出
进程调出操作，需要选择一个近期无运行要求的进程调出内 存。这里，处于阻塞状态的进程是首选的，其次是就绪状态的进 程，一个正在共享的程序不在考虑之列。选择过程中的另一个参 数是进程的优先级或响应比。
10
统系作操统系作操统系作操统系作操
二十一世纪计算机本科教育
3．中断处理机制
缺页中断是指令执行过程中产生的中断，而非（一般的中断）在 一条指令执行完成后产生的。当 CPU执行指令希望访问一个不在内存 的页面时，将产生缺页中断，系统开始运行中断处理程序。此时指令 计数器（ PC）的值尚未来得及增加就被压入堆栈，因此压入的断点必 然是本次被中断的指令地址，而非下一条指令的地址。
2．地址变换机制
当调度一个进程时，系统将其页表首址装入 CPU中的
页表控制寄存器。运行中用相对地址的高端部分作为页 操
号去检索页表，看该页是否已在内存。若已在内存就按 作
普通分页机制的方式直接生成物理地址，并将访问标志 和修改标志设置好。如果该页不在内存，则产生缺页中
系 统
断信号，通过中断处理过程将缺页装入。
系 统
位置。
2
统系作操统系作操统系作操统系作操
二十一世纪计算机本科教育
例如，某进程的程序段由A、B、C、D、E、F、G和H等 8个程序段组成。它们之间的调用关系如图（ a）所示。
操 作 系 统
3
统系作操统系作操统系作操统系作操
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6.1.2 交换技术
交换 (Swap) 技术 ，是指将内存中某进程的程序和
统系作操统系作操统系作操统系作操
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第6章 虚拟存储器
主要内容
? 基础知识
? 请求分页存储管理
操 作
? 请求分段存储管理
系 统
1
统系作操统系作操统系作操统系作操
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6.1 基础知识
6.1.1 覆盖技术
覆盖技术，是程序运行过程中，在不同时刻把 同一存储区分配给不同程序段或数据段，实现存储 区共享的一种内存分配技术。
三、进程调入
进程调入操作需要选择一个具有运行条件且最迫切的进程，
将它调入。一般来说，选择过程就是前面所讲的“中级调度”， 选出的进程可通过“进程激活”装入内存。一般来讲，系统选择 的对象是处于“挂起就绪”状态的进程，处于“挂起阻塞”状态
操 作
的进程不在考虑之列。
系
统
6
统系作操统系作操统系作操统系作操
操 作 系 统
11
统系作操统系作操统系作操统系作操
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中断处理过程如下：
(1) 保留进程上下文。 (2) 判断内存是否有空闲帧？若有，则获取一个帧号No，转（4）。 (3) 腾出一个空闲帧，即： (3)-1 调用置换算法，选择一个淘汰页PTj。
(3)-2 PTj (S)=0； (3)-3 No =PTj (F);。 (3)-4 若该页曾修改过，则：
数据（全部或部分）写入外存交换区中，腾出来 的内存空间供其它进程使用。待内存有空闲空间 后再将它从外存交换区装入内存。
一、磁盘交换区管理
操
磁盘交换区是一个数据的暂存处。系统可根 作
据内存的“拥挤”程度将信息调往交换区或者从
系
交换区调入。
统
4
统系作操统系作操统系作操统系作操
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操作系统管理下磁盘空间被划分为两部分：文件 区和交换区。二者的区别主要有 3点：
上说，系统拥有一个容量很大的存储器，这就是人们常说
的虚拟存储器。
操
l 多次性
l 虚拟性
作
l 离散性
l 对换性
系 统
8
统系作操统系作操统系作操统系作操
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6.2 请求分页存储管理
请求分页（ Demand Paging）存储管理是在普通的分 页管理基础上，采用了虚拟技术发展起来的。由于分页 管理中的页面长度是固定的，调出调入比较容易实现， 因此目前许多操作系统中都支持这种管理方式。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
覆盖技术通常与单一连续区分配、固定分区分
配和动态分区分配等存储管理技术配合使用。每一
个用户程序都被分为若干程序段，一部分是经常要
操
用的基本部分，作为常驻程序；另一部分不经常使
作
用，可以让它们在需要时临时装入。当一段在内存 中的程序运行完毕（或者暂时不运行）时，可以令 它们放弃驻留权，让另一段程序占用它在内存中的
6.2.1 地址变换
操
硬件上除了支持请求分页管理的内存和外存外，还 作
要有相应的页表和地址变换机制，以及出现缺页（即某 系
个需要运行的页面不在内存）时的中断响应机制等。
统
9
统系作操统系作操统系作操统系作操
二十一世纪计算机本科教育
1．页表
虚拟分页系统与普通分页系统的区别是，进程只有 一部分页面进入内存。因此页表需要记录哪些页面在内 存，哪些不在内存。并且，页表中还要记录页面的外存 位置，以便当某个需要运行的页面不在内存时，系统能 够立即找到它，将它装载进来。
? 存储方式不同 。文件区中的信息是以文件形式存放的，为了
提高空间利用率，一般采取离散存储方式；而交换区是按字符流方 式存放，多采用连续存储形式。
? 访问速度不同 。文件区的存储空间特别大，为了提高检索效
率一般通过建立目录对文件实现访问，也就是间接地址访问；而交
换区空间较小，可按外存地址直接访问，因此速度快。
6.1.3 局部性原理
从程序对操作数的 访问来看，一般情况下， 一段程序访问的操作数 也都局部于某个数据块 中。因此在一个较短的 时间内，程序执行中对 内存地址的访问往往局 限于一个较小的空间上。 1968年，P.Denning提出 了一个著名的“局部性 原理”，并通过一幅运 行图予以说明（见图所 示）。
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操 作 系 统
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统系作操统系作操统系作操统系作操
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虚拟存储器（Virtual Memory）
一个进程运行时，可不必将其全部装载到内存中，只
须把当前运行的部分程序和可能访问的数据块装入内存即
可。随着进程运行的不断推进，其余部分程序和数据可随
时装入。这样做可实现小内存运行大程序的设想。从逻辑
(3)-4-1 请求外存交换区上一个空闲块B。
(3)-4-2 PTj (D)=B的外存地址。