第02章操作系统逻辑结构
操作系统 存储的逻辑结构
操作系统存储的逻辑结构
通常，操作系统会将内存划分为多个区域，每个区域都有自己的特定用途和管理方式。
以下是常见的几种逻辑结构：
1. 内核区：这是操作系统内核所占用的区域，用于管理系统资源和运行系统服务。
该区域通常是操作系统最重要的部分，也是最受保护的区域之一。
2. 用户区：这是给用户程序使用的区域，用于存储程序代码、数据和堆栈。
用户程序只能访问该区域，而不能访问内核区和其他用户区。
3. 缓存区：这是操作系统用来提高磁盘读写效率的一种内存区域。
当操作系统读取磁盘数据时，会把数据缓存到该区域中，以便下次访问时能够更快地获取数据。
4. 设备区：这是用于管理设备驱动程序的区域，用于控制和管理I/O设备的访问。
5. 共享区：这是用于多个进程之间共享数据的区域，允许不同进程之间交换信息和通信。
以上是操作系统存储的常见逻辑结构，不同操作系统会采用不同的结构来管理内存。
了解这些逻辑结构有助于深入理解操作系统的工作原理和内存管理方式。
- 1 -。
《操作系统结构》课件
操作系统结构
欢迎来到我们的操作系统结构课程。操作系统是计算机系统中最为重要的软 件之一。
什么是操作系统？
1 定义
操作系统是计算机硬件与应用软件之间的媒介，是一组控制程序。
2 功能
操作系统为用户和其他软件提供了接口，是进行其它任务的基础。
操作系统的层次结构
操作系统的层次结构
操作系统的层次结构是指系统中各种软件和硬件所 组成的层次结构。
操作系统的安全与保护通常通过访问控制列表、统的重要性
操作系统是计算机系统中最为 重要的软件之一，为用户和其 他软件提供了接口。
操系统结构的演变
操作系统的演变从最初的单体 式到现在的微内核操作系统。
操作系统的应用领域
操作系统广泛用于个人电脑、 服务器、嵌入式系统、移动设 备等各种应用领域。
文件系统管理
文件系统管理器是一种Windows 应用程序，它负责管理计算机上 的文件和文件夹。
操作系统的输入输出系统
1
I/O系统的组成
I/O系统是由控制器、设备驱动程序、中断处理程序、逻辑处理程序等组成的。
2
I/O系统的工作原理
I/O系统工作分为polling、中断驱动和DMA等方式。
操作系统的网络管理
进程状态
进程可以分为就绪状态，运 行状态和阻塞状态。
进程管理函数
进程管理函数定义了所有与 进程有关的操作，如创建、 撤销进程；挂起、恢复进程 等。
操作系统的文件系统
文件系统组成
文件目录是文件系统中的基本组 织单元，包括目录和文件两种类 型。
文件系统结构
文件系统结构可以分为单层目录 结构、多层目录结构和文件树结 构。
操作系统的内存管理
1
物理内存管理
《操作系统第二章》PPT课件
文件的逻辑结构与物理结构
文件的逻辑结构
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。
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。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。
文件的逻辑结构与物理结构之间的关系
实时操作系统
是指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理， 其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出 快速响应，并控制所有实时任务协调一致地运行。
操作系统的分类与特点
网络操作系统
是基于计算机网络的，是在各种计算 机操作系统上按网络体系结构协议标 准开发的软件，包括网络管理、通信 、安全、资源共享和各种网络应用。
设备分配算法
常用的有先来先服务（FCFS）、优先级高者优先（HPF）等算法 ，根据实际需求选择合适的算法进行设备分配。
设备回收机制
在用户进程使用完设备后，及时回收设备资源，以便其他进程使用 。
设备驱动程序与中断处理
设备驱动程序
与硬件直接交互的软件模块，提供对 设备的控制和管理功能。驱动程序需 要处理设备的初始化、数据传输、错 误处理等问题。
构。
PCB中包含了进程标识符、处理 器状态信息、进程调度信息、进
程控制信息等。
操作系统通过PCB对进程实施管 理和控制，如进程的创建、撤销 、阻塞、唤醒等操作都需要修改
PCB中的信息。
进程调度算法
01
进程调度算法是操作系统用来确定处理器分配给哪个进程使 用的策略和方法。
02
常见的进程调度算法包括：先来先服务FCFS、短作业优先 SJF、优先级调度算法PSA、时间片轮转RR等。
《操作系统-汤小丹-第四版》第2章
共享性的概念与实现方法
共享性Байду номын сангаас念
指系统中的资源（如硬件、软件和数 据）可以被多个并发执行的程序共同 使用。
实现方法
采用虚拟技术将物理资源转化为逻辑 资源，通过资源分配和回收算法实现 资源的共享使用。
并发与共享的关系
文件系统的层次模型是指将文件系统的功能划分为多个层次，每一层都建立在下一层的基础上，并向上一层 提供服务。这种层次结构有利于文件系统的设计和实现。
文件系统的实现
文件系统的实现包括文件系统的数据结构和算法设计，以及文件系统的代码实现。在实现过程中，需要考虑 文件系统的效率、可靠性、安全性等因素。
文件系统的性能优化
线程状态
就绪状态、运行状态、阻塞状态。
线程同步与通信
互斥锁、条件变量、信号量等机 制。
处理器的调度与分配
调度策略
先来先服务、优先级调度、时间片轮转等。
分配方式
非抢占式、抢占式。
调度与分配的实现
通过硬件和软件的支持，如时钟中断、进程切换等机制。
内核的功能与结构
内核功能
进程管理、内存管理、设备管 理、文件管理、网络通信等。
04
05
手工操作阶段
批处理系统阶段 分时系统阶段
实时系统阶段
网络操作系统和 分布式操…
此阶段没有操作系统，用 户直接控制计算机硬件进 行操作。
为了解决人机矛盾及CPU 和I/O设备之间速度不匹配 的矛盾，出现了批处理系 统。
为了满足用户同时、交互 地使用计算机的需求，出 现了分时系统。
为了满足实时控制和实时 信息处理的需求，出现了 实时系统。
第二章 操作系统的逻辑结构
4. 程序性中断 在程序执行的过程中，发现了程序性质的错误或出
现了某些特定状态而产生的中断。如浮点溢出、用户态 下使用了特权指令、内存越界、跟踪等。
5. 访管中断 对操作系统提出某种请（需）求时所发生的中断。
例如，创建进程，I/O传输、打开文件、关闭文件、文件 的读、写等系统调用。
所发生的中断。例如：打印机打印完成、缺纸，读磁盘 时相应驱动器中没有磁盘等。
2. 外中断 对某个中央处理机而言，它的外部非通道式装置所
引起的中断称为外部中断。例如，时钟中断、操作员控 制台中断，多处理机系统中CPU到CPU之间的通信中断
等。
3. 硬件故障中断 当机器发生故障时的中断叫硬件故障中断。例如，
中断进入
中断 返回
中断处 理程序
继续执行
所谓中断是指某个事件 (例如 电源掉电、定点加法溢出或 I/O传输结束等) 发生时，系 统中止现行程序的运行、引 出处理事件程序对该事件进 行处理，处理完毕后返回断 点，继续执行。
中断源： 引起中断的事件称中断源，如打印完成中断，其中断源
是打印机。
断点： 发生中断时正在运行的程序被暂时停止，程序的暂停点
处理机状态的权限次序是：核态、管态、用户态。
1. 核态：
CPU执行操作系统程序时所处的状态。
在此状态下允许CPU使用全部资源和全部指令， 其中包括一组特权指令（如涉及外设的I/O、改变处 理机状态、修改存储保护的指令），实现对系统资 源的分配与管理，为用户提供使用外部设备的服务。
2. 管态:
管态比核态的权限低，在此状态下允许使用一 些用户态下不能使用的资源，但不能使用修改CPU 状态的指令。无核态时，管态执行核态的全部功能。
操作系统的逻辑结构
系统能作为抽象数据类型或对象方法来实现。
缺点： 存在潜在的性能退化 没有纯粹采用模块化结构的商业化操作系统
可扩展内核结构
可扩展内核结构通过使用一个公共的基本功能集合（称为 基础核心），以实现特定操作系统（如实时、分时）的模 块化组织结构。 这种方法为特定操作系统定义了两类模块： 策略独立模块：用来实现微内核（可扩展内核）。这一层 的模块功能（基础组件）与机制和硬件相关，基础组件是 支持上层特定策略的共性部分。 特定策略模式：包含能够满足某种需要的操作系统的模块 集合，它依靠策略独立模块的支持以反映特定操作系统的 需求。
配置在裸机上的第一层软件是操作系统。
什么是操作系统虚拟机
应用程序 扩充后的机器 裸机 操作系统 用户程序 裸机：没有装入任何软件的计算机。 操作系统虚拟机：在裸机上配置了 操作系统程序后就构成。
操作系统虚拟机为用户提供了很多硬件无法提供 的功能。
操作系统虚拟机的功能
虚拟机的“指令”集合 裸机各种基本硬件指令
① 结构：描述组成系统的不同功能如何分组和交互
② 接口：与系统内部结构密切相关，由操作系统提供 给用户、用户程序、或上层软件使用 ③ 运行时的组织结构：定义了执行过程中存在的实体 类型及调用方式
2.2.1
结构化组织
操作系统是一个大型的程序系统，或者说是软件模 块的集合。每个模块包含数据、完成一定功能的程 序以及该模块对外提供的接口。 软件设计者的任务： 1、使用模块来实现功能 2、定义接口实现模块间交互 在操作系统的设计中，采用四种方法：
层次结构
采用层次结构构造操作系统是将操作系统的 各种功能模块分成不同的层次，然后以一定的 原则形成一个整体。 整个操作系统在结构上类似于一个洋葱头， 它由若干层组成，每一层都提供一组功能，这 些功能只依赖于该层以内的各层。
新标准计算机综合培训教程第2章
4、在DOS操作系统下，FORMAT命令的作用是 （ B ）。 A. 复制文件 B. 对磁盘进行格式化 C. 删除文件 D. 显示文件的内容
5、在UCDOS中，按【Alt+F2】键进入（ B ） 输入方式。 A. 区位码 B. 全拼 C. 简拼 D. 双拼
二、判断题 1、DOS操作系统是图形用户界面。 × （ ） 2、DOS系统盘是指具有启动DOS的能力的磁盘 。 √ （ ） × 3、REN命令可以删除文件。 （ ）
2.1.1 DOS结构
DOS结构由三层模块和一个引导程序组成。 这三层模块是输入输出系统（IO.SYS）、 文件系统（DOS.SYS）和命令处理程序 （）。
2.1.2 启动和关闭DOS
按下计算机电源开关，在BIOS引导下，系 统根据设置的启动顺序依次检查磁盘中是 否有DOS系统文件。如果有，就启动DOS 操作系统，否则将提示找不到系统盘。 在DOS操作系统中，按【Ctrl+Alt+Del】组 合键或Reset按钮可重新启动计算机，再次 按下电源开关将关闭计算机。
2.1.8 文件属性
只读属性R。 存档属性A。 系统属性S。 隐藏属性H。
2.1.9
系统配置文件和批处理文件
系统配置文件CONFIG.SYS用来构造适宜的 系统环境。 批命令文件也称批处理文件，由合法的DOS 命令组成，其扩展名必须是BAT。
2.2 使用DOS
DOS命令需要使用键盘输入。
4、DIR *.TXT命令可显示所有扩展名为TXT的文 √ 本文件。 （ ） 5、UCDOS是基于DOS的汉字操作系统。 （ ） √
三、上机操作题 1、在DOS环境下，显示C盘根目录下的所有文 件及目录信息。 2、在D盘的根目录下建立一个子目录，名称为 FILE，然后再进入到该目录下。 3、删除D盘上的TREE子目录（该目录下没有 任何文件和子目录）。
操作系统文件的逻辑结构
操作系统文件的逻辑结构操作系统文件的逻辑结构文件是操作系统中最基本的资源之一，它是指一组相关数据的集合，可以被命名并存储在计算机的存储设备中。
在计算机科学中，文件有着重要的作用，因为它们是数据持久化存储和共享的主要方式。
在本文中，我们将深入探讨操作系统文件的逻辑结构。
一、概述操作系统文件的逻辑结构指的是文件在应用程序和用户角度上看到的结构。
与物理结构不同，逻辑结构通常由应用程序员和用户来定义和使用。
一个好的逻辑结构能够提高数据处理效率、提高数据管理能力以及减少出错率。
二、顺序存储结构顺序存储结构是最简单也是最常见的一种逻辑文件结构。
这种存储方式将数据按照其出现顺序依次排列，并且每个记录都有一个唯一标识符来区分不同记录。
这种方式对于大量批量处理数据非常有效。
三、索引顺序存储结构索引顺序存储结构是在顺序存储基础上增加了一个索引表来提高检索速度。
索引表包含了所有记录位置和关键字信息，并且按照关键字排序。
这种方式可以减少数据扫描的时间，提高检索效率。
四、链式存储结构链式存储结构是一种非常灵活的数据结构，它使用指针将记录链接在一起。
每个记录包含了指向下一个记录的指针，这样就可以通过遍历指针来访问整个文件。
链式存储结构适合于随机访问，但是由于需要维护指针关系，所以在插入和删除操作时效率较低。
五、散列存储结构散列存储结构也称为哈希表，它是一种基于关键字的快速检索方法。
这种方法将所有记录散布到不同的桶中，并且每个桶都有一个唯一标识符。
当需要查找某个记录时，只需要计算其哈希值并且在相应的桶中查找即可。
这种方法可以大大提高查找效率。
六、树形存储结构树形存储结构是一种基于二叉树或多叉树的数据结构，它使用节点来表示文件中的每个记录，并且通过节点之间的父子关系来描述记录之间的逻辑关系。
树形存储结构适合于有序数据和随机访问，并且在插入和删除操作时效率较高。
七、总结操作系统文件的逻辑结构有多种形式，每种形式都有其优缺点。
在实际应用中，应该根据具体需求选择合适的存储方式。
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操作系统原理
z 本章主要学习内容
1 操作系统虚拟机的概念
z 操作系统为用户提供一台虚拟计算机
虚拟机的概念
z 面对用户，操作系统称为虚拟计算机
苏曙光.软件学院.华中科技大学
2 操作系统的逻辑结构
z 操作系统的三种逻辑结构
客户/服务器结构
1. 整体式结构
z 整体式结构
苏曙光.软件学院.华中科技大学z 整体式结构
z 特点
2. 层次结构
z 层次结构
苏曙光.软件学院.华中科技大学
分层原则
硬件相关——最底层外部特性——最外层
中间层——调用次序或消息传递顺序共性的服务——较低层活跃功能——较低层
调用跨越的层次
相邻层（最严格）所有下层部分下层
苏曙光.软件学院.华中科技大学
第11页共50页
操作系统的分层逻辑结构
z 分层逻辑结构的实例：“洋葱头”结构
下层可以看作上一层的“虚拟机”
操作系统的分层逻辑结构
z 分层逻辑结构
3. 客户/服务器结构
z 客户/服务器结构（微内核结构）
典型操作系统的结构
z MS DOS
整体式结构
典型操作系统的结构
z Windows NT
微内核结构
典型操作系统的结构
z Windows 2000
分层和微内核结构
苏曙光.软件学院.华中科技大学第17页共50页
典型操作系统的结构
z Mach[卡内基梅隆大学]
微内核结构
典型操作系统的结构
z UNIX(现代)
a.out
elf
coff
2 支持操作系统的最基本硬件结构z支持操作系统的最基本硬件结构处理机
z处理机的态
处理机的态
z硬件和OS对CPU的观察
处理机的态z DOS系统RING 3
处理机的态
z特权指令集
用户态和核态之间的转换
z用户态向核态转换的情形
Windows中核态和用户态间的通信z WDM驱动程序存储器
z存储程序和数据的部件
z存储体系z分级存储系统的工作原理实时时钟
z以固定的时间间隔产生中断信号
中断
z中断定义中断的一些概念
z中断源
中断的类型
z按中断方式区分
中断的类型
z按中断来源分类80X86的中断结构中断系统需要解决的问题
z中断屏蔽和开放
中断处理过程
z 1.中断申请【自学】
第38页共50页z 2.中断响应
地址内存
N 为中断号
z 3.中断服务（程序）
z 4.中断返回【自学】
z 中断响应的实质
z 编程题2。