计算机操作系统第5章要点
操作系统讲义第五章
操作系统讲义第五章在计算机的世界里，操作系统就像是一位幕后的大管家，默默地管理着各种资源，确保计算机能够高效、稳定地运行。
这一章，咱们就来深入探讨一下操作系统中的一些关键概念和技术。
首先，咱们来聊聊进程管理。
进程可以简单理解为正在运行的程序。
比如说，当您打开一个浏览器浏览网页时，就启动了一个浏览器进程。
操作系统要负责为这些进程分配资源，如 CPU 时间、内存空间等，还要协调它们之间的运行顺序，避免冲突和混乱。
进程有几种不同的状态，比如就绪态、运行态和阻塞态。
就绪态就是进程已经准备好运行，只等 CPU 分配时间给它；运行态就是进程正在使用 CPU 执行指令；阻塞态则是进程因为等待某些资源而暂时无法运行，比如等待输入数据。
为了有效地管理进程，操作系统使用了各种调度算法。
比如先来先服务算法，谁先来就先给谁分配 CPU 时间；还有短作业优先算法，优先处理运行时间短的进程，以提高系统的整体效率。
接下来，咱们谈谈内存管理。
内存是计算机存储数据和程序的地方，就像一个大仓库。
操作系统要确保不同的程序能够合理地使用内存，避免相互干扰和冲突。
内存管理有分页和分段两种主要方式。
分页是将内存分成固定大小的页，程序也被分成同样大小的页，这样便于管理和分配。
分段则是根据程序的逻辑结构，将其分成不同的段，比如代码段、数据段等。
虚拟内存技术也是内存管理中的一个重要手段。
它允许程序使用比实际物理内存更大的内存空间，通过将暂时不用的数据存储在硬盘上，当需要时再调入内存，从而扩展了程序可用的内存范围。
再说说文件管理。
文件是计算机中存储信息的基本单位，操作系统要负责文件的创建、存储、检索和删除等操作。
文件系统就像是一个文件的仓库管理员，它规定了文件的组织方式和存储结构。
常见的文件系统有 FAT、NTFS 等。
文件在存储时，会被分配一个特定的存储空间，并通过目录结构进行管理，方便用户查找和访问。
文件的访问控制也是很重要的一环。
操作系统要确保只有授权的用户能够访问和修改特定的文件，以保护文件的安全性和完整性。
计算机操作系统第五章设备管理复习资料
第五章设备管理（一）简答题1、为什么要在设备管理中引入缓冲技术？解：缓冲技术是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。
在OS的设备管理中，引入缓冲技术的主要原因可归结为以下几点。
（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
一般情况下，程序的运行过程是时而进行计算，时而进行输入或输出。
以打印机输出为例，如果没有缓冲，则程序在输出时，必然由于打印机的速度跟不上而使CPU停下来等待；然而在计算阶段，打印机又无事可做。
如果设置一个缓冲区，程序可以将待输出的数据先输出到缓冲区中，然后继续执行；而打印机则可以从缓冲区取出数据慢慢打印。
（2）减少中断CPU的次数。
例如，假定设备只用一位二进制数接收从系统外传来的数据，则设备每接收到一位二进制数就要中断CPU一次，如果数据通信速率为9.6Kb/s，则中断CPU的频率也是9.6KHz，即每100us就要中断CPU一次，若设置一个具有8位的缓冲寄存器，则可使CPU被中断的次数降低为前者的1/8。
（3）提高CPU和I/O设备之间的并行性。
由于在CPU和设备之间引入了缓冲区，CPU可以从缓冲区中读取或向缓冲区写入信息，相应地设备也可以向缓冲区写入或从缓冲区读取信息。
在CPU工作的同时，设备也能进行输入输出操作，这样，CPU和I/O设备就可以并行工作。
2、引入缓冲的主要原因是什么？P155【解】引入缓冲的主要原因是：●缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾；●减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制●提高CPU和I/O设备之间的并行性。
3、请简述为什么要在核心I/O子系统中要引入缓冲机制（Buffering）。
答：引入缓冲的主要原因：（1）缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
（2）减少对CPU的中断频率，放宽对中断响应时间的限制。
（3）提高CPU与I/O设备之间的并行性。
4、简述SPOOLing（斯普林）系统的工作原理。
解：多道程序并发执行后，可利用其中的一道程序来模拟脱机输入时外围控制机的功能，将低速I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；再利用另一道程序来模拟脱机输出时外围控制机的功能，将高速磁盘上的数据传送到输出设备上，这样就可以在主机的直接控制下，实现脱机输入、输出操作，这时外围操作与CPU对数据的执行同时进行。
2024版《操作系统第五章》ppt课件
云计算、大数据等新技术对操作系统影响
要点一
云计算对操作系统的影响
要点二
大数据对操作系统的影响
云计算是一种基于互联网的计算方式，它将计算资源和服务 以虚拟化的形式提供给用户。云计算对操作系统提出了新的 要求，如支持虚拟化技术、提供弹性资源调度、保障数据安 全性等。
大数据是一种基于海量数据的存储和处理技术，它要求操作 系统能够提供高效的数据存储、管理和处理能力。为了适应 大数据的需求，操作系统需要采用一系列优化技术，如分布 式文件系统、内存数据库等，提高数据处理效率和可靠性。 同时，还需要加强对数据安全和隐私的保护。
要点二内 地址两部分组成。
要点三
内存分配
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。
分段存储管理方式
基本原理
地址结构
分段存储管理方式是按照用户进程中的 自然段划分逻辑空间。例如，用户进程 由主程序、两个子程序、符号表、栈和 一组数据组成，于是可以把这个用户进 程划分为5个段，每一段的起始地址由 用户给出。
进程通信
指进程之间的信息交换。进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），因此 各进程拥有的内存地址空间相互独立。为了保证安全，一个进程不能直接访问另一 个进程的地址空间。但是进程之间的信息交换又是必须实现的。
03
CATALOGUE
内存管理
内存基本概念及原理
01
内存定义
内存是计算机中重要的部件之一，它是与CPU进行沟通的桥梁。计算机
中断技术原理及应用
01
中断技术应用
02
实现多道程序并发执行。
03
实现实时处理。
《计算机操作系统》第5章 处理机调度
行而重新进行调度。 ►在 抢 占 式 调 度 方 式 下 ， 进 程 调 度 的 执 行 频 率 相 当 频 繁 ， 因 此 增 加 了 进 程 切
换的开销，但避免了任何一个进程独占CPU太长时间，可以为进程提供较 好的服务。
上。高级调度负责从后备队列中选择多个作业调入内存，为它们创建进程 并分配必要的资源，然后链接到就绪队列上。 ►在分时系统中，为了做到及时响应，通过键盘输入的命令或数据等，都被 直接送入内存创建进程，因而不需要设置高级调度这个层次。类似地，通 常实时系统也不需要高级调度。
5.1.2 处理机调度的层次
隔。
5.1.4 调度算法选择依据与性能评价
4．实时系统调度算法常用评价准则 ►截止时间是衡量实时系统时限性能的主要指标，也是选择实时系统调度算
法的重要准则。截止时间可以分为： ♦ 开始截止时间：某任务必须开始执行的最迟时间 ♦ 完成截止时间：某任务必须完成的最迟时间。
►可预测性。 ♦ 可预测性是解决实时系统快速工作能力的一个有力工具。 ♦ 例如，在视频播放任务中，视频的连续播放可以提供请求的可预测性。 若系统采用了双缓冲，则可以实现第i 帧的播放和第i+1帧的读取并行处 理，从而提高其实时性。
52常用调度算法521先来先服务调度算法522短迚程作业优先调度算法523轮转调度算法524优先级调度算法524最高响应比优先调度算法524多级队列调度算法524多级反馈队列调度算法52常用调度算法?以表51所示的作业流戒迚程流为例介绍常用的调度算法
计算机操作系统
第5章 处理机调度
教材：《计算机操作系统》 编著： 沈晓红、刘颖、杨明 出版： 电子工业出版社
计算机导论第5章概述
第5章操作系统BIOS定义：B（基本）I（输入）O（输出）S（系统）操作系统是系统软件，也是整个软件系统的核心。
（软件系统包括系统软件和应用软件。
）裸机：人们把只有硬件而没有安装任何软件的计算机称为裸机，在裸机上，用户没有办法进行任何操作，操作系统充当用户和计算机之间的接口。
虚计算机：当安装了操作系统之后，实际上呈现在应用程序和用户面前的是一台“虚计算机”。
操作系统的主要功能：包括文件管理、存储管理、设备管理、作业管理和处理器管理。
5 . 1 文件管理5.1.1 文件文件：是按一定格式存储在外存储器上的信息集合，是操作系统管理信息和能独立进行存取的最小单位。
文件名：分为主文件名和扩展名。
主文件名：由不少于1个ASCII码字符组成，文件名中可以包含英文字母(大小写不区分)、汉字、数字和一些特殊符号。
扩展名：也称为后缀、类型名，左侧必须用圆点“．”与文件名隔开。
扩展名用于指定文件的类型。
系统给定的扩展名不能随意改动，否则系统将不能识别。
文件说明信息：例如文件名、文件类型、存放位置、大小、创建/修改/最近访问时间、创建者、文件属性等。
保存在文件的目录中。
Windows允许一个文件兼有多种属性。
文件内容：全部保存在磁盘的数据区中。
5.1.2 文件目录和路径文件夹：一般存放文件，文件夹中还可以包含文件和文件夹，该文件夹称为子文件夹。
子文件夹中又可以包含文件和文件夹。
形成了一种类似树状多层次文件目录结构。
因为文件可能存放在各级文件夹中，就需要描述文件所在的位置。
可以通过文件路径描述文件所在的位置，文件路径分绝对路径和相对路径。
绝对路径：以根文件夹为起点的路径描述文件的位置。
对于硬盘分成3个逻辑盘C、D 和E而言，根文件夹就是C:\、D:\ 和E:\。
相对路径：从当前文件夹开始，描述文件的位置。
文件绝对路径：E:\2010 \计算机导论课\第6章操作系统.doc文件相对路径：\计算机导论课\第6章操作系统.doc文件夹也可以设置属性，设置和显示方法与文件相同。
计算机导论--第5章WindowsXP操作系统
标 题栏 选项卡 及标签
复 选框
文 本框
图5-8 Word选项对话框
帮助按钮 微调按钮
下拉列表框 命令按钮
▪ 2．对话框操作
▪ （1）移动。对话框的移动与窗口的移动方法一样。但是，对话框 的大小一般不可改变。
▪ （2）对象的选择。使用鼠标，可以在对话框内的各个对象之间进 行选择。使用键盘同样可以进行选择，只是选择的对象不同，按键 有所不同。按Alt+字母键，选择指定对象；按Tab键/Shift+Tab键 依次选择不同对象；按Ctrl+Tab/Ctrl+Shift+Tab键依次选择不同 选项卡。
择此命令的快捷键。可以不打开菜单直 接按快捷键来完成此命令。 ▪ 名称后带“…”的菜单项：选择此命令 引出一个对话框，询问用户更多的信息。 ▪ 名称前面有“√”的菜单项：此命令为 打开的开关命令。再选择此命令则“√” 消失,表示此命令关闭。
2．菜单操作 （1）打开命令选项菜单。 ▪ 使用鼠标：单击菜单栏上的菜单名，就出现下拉菜单。 ▪ 使用键盘：按下Alt键或F10键即可激活或打开菜单栏，再用方向移
标位置后松开鼠标左键即可。 ▪ （3）改变窗口的大小。将鼠标指针移到窗口的边框或边角上，此时鼠
标指针变为双箭头，拖动鼠标即可改变窗口的大小。 ▪ （4）窗口的最大化/最小化/还原。用户只要单击窗口上的最大化按钮、
最小化按钮或还原按钮． ▪ （5）窗口的切换。最简单的方法是单击任务栏上对应窗口的标题。还
是指双击左键。 ▪ （5）拖动：单击某对象，按住左键，移动鼠标，在另一个地方释放左键，常
用于滚动条操作或复制、移动对象的操作中。 ▪ （6）滚动：上下移动鼠标中间的滚轮，可实现页面信息的上下移动。
计算机操作系统第五章
25.01.2022
大学课件
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整个计算机系统的功能很大程度上取决于主存储 器的结构组织和实现方法，就主存的功能而言，首先 是存放系统和用户程序的指令和数据，每一项信息都 存放在主存的特定位置上。
25.01.2022
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信息在主存是按“位”存放的。为了能对信息进 行访问，要对这些位置进行编号，这些编号称为地 址。
25.01.2022
大学课件
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帕金森Parkinson定律：存储器 有多大，程序就会有多大。程序 的增大正好填满增大的存储器。
25.01.2022
大学课件
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计算机领域，历史总是在重复自身。当 最简单的存储管理方案不再用于台式机 时，这些方案仍被一些掌上电脑、嵌入 式系统和智能卡系统所采用。
25.01.2022
25.01.2022
大学课件
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5.1.1 5.1.2
装入方式 一、绝对装入方式 二、可重定位装入方式 三、动态运行时装入方式 程序的链接程序的装入 一、静态链接 二、装入时动态链接 三、运行时动态链接
25.01.2022
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存储器管理
主存储器(又称内部存储器，处理机存储器)， 存储器管理，讨论的主要对象就是主存储器。
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实存储管理技术： 分连续分配和离散分配。 连续分配又分：单一连续、固定分区、可变分区和动 态重定位可变分区。 离散分配分：分页、分段和段页式。 虚拟存储管理技术： 请求分页、请求分段和段页虚拟式。
对每一种管理方式从以下五个方面来理解并掌握：分 配、去配（释放或回收）、地址重定位、保护（防止 地址越界和控制正确存取）和共享。
精品文档-计算机操作系统教程(第二版)(徐甲同)-第5章
第5章 文件系统
这种结构的优点是文件可以动态增、删，也不必事先提出文 件的最大长度。由于可以不连续分配，因此不会造成几块连续区 域的浪费。其缺点是只适合顺序存取，不便于直接存取；为了找 到后面块的信息，必须从头开始，逐一查找每块的链接字，从而 降低了查找速度。其次，由于在每块都设置了链接字而破坏了物 理信息的完整性。
第5章 文件系统
2. 串联结构 串联结构也称链接结构。这种结构不要求所分配的各物理块 是连续的，也不必按顺序排列。为了使系统能方便地找到逻辑上 连续的下一块的物理位置，在每个物理块中设置一个指针(或称 链接字)，它指向该文件的下一个物理块号。图 5.3 给出了一 个串联结构文件的例子。假定文件A的 4 个逻辑记录分别存放在 物理块 22、18、27 和 30 中。它的第一物理块号由文件说明指 出，其余的物理块号由上一物理块中的链接字给出，最末一块的 链接字NULL表示该文件的最末一块。
第5章 文件系统
图 5.1 记录式文件 (a) 定长记录文件；(b) 变长记录文件
第5章 文件系统
对于主要用于处理文本文件(如源程序、中间代码、文本格 式加工和编辑)的系统来说，记录并不是必需的。比如，用户源 程序本来就是一个顺序的字符流，如果硬要把它划分为若干个记 录，则并无益处。当然，在某些情况下，记录的概念还是需要的。 但是从精简系统的目标出发，不妨就提供这种无结构文件。采用 这种文件组织，并不妨碍灵活组织文件的内部逻辑结构。
第5章 文件系统
按文件信息的流向，文件又可分为三类： (1) 输入文件：例如键盘输入文件，只能输入。 (2) 输出文件：例如打印机文件，只能输出。 (3) 输入输出文件：在磁盘、磁带上的文件，既可读，又可 写。
第5章 文件系统
在UNIX操作系统中，文件按组织和处理方式分为三类： (1) 普通文件：由内部无结构的一串平滑的字符构成的文件。 这种文件既可以是系统文件，也可以是库文件或用户文件。 (2) 目录文件：由文件目录构成的一类文件。对它的处理 (读、写、执行)在形式上与普通文件相同。 (3) 特别文件：由一切输入输出慢速字符设备构成的文件。 这类文件对于查找目录、存取权限验证等的处理与普通文件相似， 而其它部分的处理要针对设备特性要求做相应的特殊处理。 根据存取方法和物理结构，文件还可以划分为不同类型，这 些划分在后面的章节中将进一步介绍。
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(2) 有大量作业要求运行，但由于内存容量不足以容纳 所有这些作业，只能将少数作业装入内存让它们先运行，而 将其它大量的作业留在外存上等待。
5.1.1 常规存储管理方式的特征和局部性原理 1. 常规存储器管理方式的特征 我们把前一章中所介绍的各种存储器管理方式统称为传
页号 物理块号 状态位P 访问字段A 修改位M 外存地址
2. 缺页中断机构 每当所要访问的页面不在内存时，便要产生一次缺页中 断，请求OS将所缺之页调入内存。缺页中断虽要经历与一般 中断相同的几个步骤，但它是一种特殊的中断，与一般中断 的区别主要是： （1）在指令执行期间产生和处理中断信号。通常CPU都 是在一条指令执行完后去检查是否有中断请求到达。有则响 应，无则继续执行下一条指令。而缺页中断是在指令执行期 间，发现所要访问的指令和数据不在内存时产生和处理的。 （2）一条指令在执行期间，可能产生多次缺页中断。 这时硬件机构应能保存多次中断时的状态，并保证最后能返 回到中断前产生缺页中断的指令处，继续执行。
第五章 虚 拟 存 储 器
5.1 虚拟存储器概述 5.2 请求分页存储管理方式 5.3 页面置换算法 5.4 “抖动”与工作集 5.5 请求分段存储管理方式
5.1 虚拟存储器概述
第四章所介绍的各种存储器管理方式有一个共同的特点， 即它们都要求将一个作业全部装入内存后方能运行。于是， 出现了下面这样两种情况：
目前也有建立在段页式系统基础上的段页式虚拟存储系 统。
5.2 请求分页存储管理方式
5.2.1 请求分页中的硬件支持 为了实现请求分页，系统必须提供一定的硬件支持。计
算机系统除了要求一定容量的内存和外存外，还需要有请求 页表机制、缺页中断机构以及地址变换机构。
1. 请求页表机制 在请求分页系统中需要的主要数据结构是请求页表，其 基间表又页序本中中称是访作又的存否问用增物在已时仍加理位调参然了地，入考用被多置是四址用内。于访长换个将。于存记问时算指被置写字用为指，录的间法示修换到段户了示供本次未选该改该外。地满该程页数被择页过页存这址足在，访换在。时，样空页一或问出调若就否，间面用址入段最，页入未不则在中换于，该时近提面内被需，请进的指通页间已供时存修将就求换逻出常时内有给参后改该要分出辑该是使是，页回页的地页物用否在回写系需址在 理。统要映外块中，射存号的在为上，每请内的供个求存地调页页空 表应含以下诸考项。：到外存。
统存储器管理方式，它们全都具有如下两个共同的特征： (1) 一次性 (2) 驻留性
2. 局部性原理 程序运行时存在的局部性现象，很早就已被人发现，但 直到1968年，P.Denning才真正指出：程序在执行时将呈现出 局部性规律，即在一较短的时间内，程序的执行仅局限于某 个部分，相应地，它所访问的存储空间也局限于某个区域。 局限性又表现在下述两个方面： (1) 时间局限性。程序中的某条指令被执行，不久后会 再次执行；某个数据被访问，不久后将再次被访问。产生时 间局限性的典型原因是在程序中存在着大量的循环操作。 (2) 空间局限性。 程序访问了某个存储单元，不久后， 其附近的存储单元也将被访问。
1) 硬件支持 主要的硬件支持有：(1) 请求分页的页表机制。(2) 缺页 中断机构。(3) 地址变换机构。 2) 实现请求分页的软件：实现请求调页的软件和实现页 面置换的软件。
2. 请求分段系统：这是在分段系统的基础上增加请求 调段和分段置换功能后而形成的段式虚拟存储系统。
1) 硬件支持 主要的硬件支持有： (1) 请求分段的段表机制。(2) 缺页 中断机构。 (3) 地址变换机构。 2) 软件支持：实现请求调段的软件和实现段置换的软件。
3. 虚拟存储器的基本工作情况 基于局部性原理可知，应用程序在运行之前没有必要将 之全部装入内存，而仅须将那些当前要运行的少数页面或段 先装入内存便可运行，其余部分暂留在盘上。
5.1.2 虚拟存储器的定义和特征 1. 虚拟存储器的定义 当用户看到自己的程序能在系统中正常运行时，他会
认为，该系统所具有的内存容量一定比自己的程序大，或 者说，用户所感觉到的内存容量会比实际内存容量大得多。 但用户所看到的大容量只是一种错觉，是虚的，故人们把 这样的存储器称为虚拟存储器。
5.1.3 虚拟存储器的实现方法 1. 分页请求系统：这是在分页系统的基础上增加请求
调页和页面置换功能形成的页式虚拟存储系统。允许只装入 若干页(非全部）的用户程序和数据，便可启动运行。以后 利用请求调页和页面置换功能完成作业的运行。置换时以页 为单位。对此，系统须提供必要的硬件支持和相应的软件。
图5-2 请求分页中的地址变换过程
5.2.2 请求分页中的内存分配 在为进程分配物理块时，将涉及到以下三个问题： 1. 最小物理块数的确定 一个显而见的事实是，随着为每个进程所分配的物理
例如：执行 COPY A TO B这 条指令时，可能 要产生6次缺页中 断
页面
6 B: 5 4 A: 3 2 1
Copy A To B
3. 地址变换机构 请求分页系统中的地址变换机构是在分页系统地址变换 机构的基础上，为实现虚拟存储器，再增加了某些功能所形 成的，如产生和处理缺页中断，以及从内存中换出一页的功 能等等。图5-2示出了请求分页系统中的地址变换过程。
虚拟存储器，是指仅把作业的一部分装入内存便可运 行作业的存储器系统。或是指具有请求调入功能和置换功 能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。
2. 虚拟存储器的特征 与传统的存储器管理方式比较，虚拟存储器具有以下三 个重要特征： (1) 多次性：是指一个作业被分成多次来调入内存，即 作业运行时不需将其全部装入内存，只需将当前要运行的那 部分程序和数据装入，以后运行到某些部分时再将其调入。 (2) 对换性：是指允许作业中的程序和数据，在作业运 行过程中换进、换出。 (3) 虚拟性：是指能够从逻辑上扩充内存容量，使用户 所看到的内存容量远大于实际内存容量。 虚拟性以多次性和对换性为基础，多次性和对换性以离 散分配为基础。