哈工大张英涛操作系统视频对应课件11-20(全)
哈工大操作系统第39讲
哈尔滨工业大学远程教育课程操作系统第39讲主讲人：张英涛第六章文件管理l信息是计算机系统中的重要资源。
操作系统中的一个重要组成部分，文件系统，就负责信息的组织、存储和访问。
l文件系统的功能就是提供高效、快速和方便的信息存储和访问功能。
本章的主要内容就是信息的组织。
基本概念n文件体：文件本身的信息；n 文件说明：文件存储和管理信息；如：文件名、文件内部标识、文件存储地址、访问权限、访问时间等；1. 文件文件是具有符号名的数据项的集合。
文件名是文件的标识符号。
文件包括两部分：2. 文件系统文件系统是操作系统中管理文件的机构，提供文件存储和访问功能。
3. 目录目录是由文件说明索引组成的用于文件检索的特殊文件。
文件、记录和数据项之间的层次关系2. 文件管理的服务功能元素(文件系统向上层用户提供的服务)n文件访问：文件的创建、打开和关闭，文件的读写；n目录管理：用于文件访问和控制的信息，不包括文件内容n文件结构管理：划分记录，顺序，索引n访问控制：并发访问和用户权限n限额：限制每个用户能够建立的文件数目、占用外存空间大小等n审计：记录对指定文件的使用信息（如访问时间和用户等），保存在日志中3. 文件系统的实现功能元素(文件系统要实现的功能模块)l文件的分块存储：与外存的存储块相配合l I/O缓冲和调度：性能优化l文件定位：在外存上查找文件的各个存储块l外存存储空间管理：如分配和释放。
主要针对可改写的外存如磁盘。
l外存设备访问和控制：包括由设备驱动程序支持的各种基本文件系统如硬盘，软盘，CD ROM等文件的组织文件组织讨论文件的内部逻辑结构，主要考虑因素是文件存储性能和访问性能。
文件的组织n 文件逻辑结构的设计要求：•访问性能：便于检索；便于修改•存储性能：向物理存储转换方便，节省空间n 文件的不同组织层次：域、记录、文件文件的组织是指从用户观点出发讨论文件内部的逻辑结构或用户访问模式；它可以独立于在外存上的物理存储。
哈工大大学计算机基础课件4.操作系统
操作系统的作用(3/3)
作用3 操作系统是计算机系统的资源管理者。 • 在计算机系统中，能分配给用户使用的各种硬件和软件设 施的总称称为资源。 那么，操作系统是如何进行资源管理的？
• 对资源进行抽象研究 • 有序地管理计算机中的硬件、软件资源 • 跟踪资源的使用情况，监视资源的状态，满足用户对资源的需求， • 协调各程序对资源的使用冲突 • 研究使用资源的统一方法，为用户提供简单、有效的资源使用手段， • 最大限度地实现各类资源的共享，提高资源利用率
23
分布式操作系统
输入 计算 输出
特点：在分布式 •处理器 系统中管理、控制和 •存储器 分配资源，将任务均 分给多个处理机共同 完成。 •处理器 •存储器 •处理器 •存储器 •处理器 •存储器
•处理器 •存储器
24
嵌入式操作系统
• 嵌入式系统是指操作系统和功能 软件集成于计算机硬件系统之中。 简单的说就是系统的应用软件与 系统的硬件一体化，类似与BIOS 的工作方式。 面向特定应用 具有软件代码小，高度自动化， 响应速度快等特点。特别适合于 要求实时的和多任务的体系。可 靠性、实时性 为了提高执行速度和系统可靠性， 嵌入式系统中的软件一般都固化 在存储器芯片或单片机中，而不 是存贮于磁盘等载体中。
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文件的扩展名与文件类型
文件扩展名表示文件的类型. 扩展名一般是由建立文件的程序自动加入的;
扩展名
.COM .EXE .BAT .BAS .C .OBL .MP3
类型
可执行的命令文件 可执行的程序文件 可执行的批处理文件 BASIC语言源程序 C语言源程序 源程序中间代码文件 音频文件
扩展名
操作系统在计算机系统中的地位
其它软件 操作系统
哈工大英才学院计算机组成原理 第2章PPT教学课件
2020/12/11
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2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 2 计算机体系结构、 计算机体系结构是指程序员所看到的机器 的属性，即机器的概念性结构和功能表 现。 这里，程序员主要是指汇编程序员。
2020/12/11
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由于“计算机体系结构”概念的提出，又派 生出两个新的重要概念
计算机组成和计算机实现
2020/12/11
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2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 1 电子计算机的基本组成
3.硬件
硬件指构成电子计算机的物理实体，如处理
器、存储器（内存）、输入/输出控制器（接口电
路）等芯片及其集成这些芯片的印制线路板——
主板，外设等。其中存储器包括：可以被处理器
直接访问的主存储器（简称主存或内存）和不可
2020/12/11
4
2 . 1 冯·诺依曼计算机模型
冯·诺依曼算机模型 的改进：（现代计算机） 以存储器为中心连接在一起
2020/12/11
5
2 . 2 电子计算机的组成结构
2. 2. 1 电子计算机的基本组成 1.概述
从组成的角度看，电子计算机由控制单元、 运算单元、存储器、输入单元和输出单元组成。 在具体实现时，通常将控制单元和运算单元集成 在一起，构成处理单元（Processing Unit，PU）。 处理单元也称处理器（Processor）。
2
2 . 1 冯·诺依曼计算机模型
冯·诺依曼计算机模型 的特点
1. 计算机由运算器、存储器、输入/输出设备和 控制器组成，并以运算器为中心连接在一起。
2. 存储器由一组一维排列、线性编址的存储单元 组成，每个存储单元的位数是相等且固定的， 存储单元按地址访问。
哈工大操作系统课件11-20(全)
解： （2）mutex：用于互斥的信号量，初 值为1。 各进程代码如下：
进程A： ... P（mutex） 申请打印机 使用打印机
进程B： ... P（mutex） 申请打印机 使用打印机
V（mutex）
...
V（mutex）
...
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操作系统 第12讲
张英涛
哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学远程教育课程
程 放弃 处理机。
解答题
进程和程序的主要区 别是什么？
答：进程是动态的，程序是静态的；进程 具有并发性，而程序具有顺序性；进程具有 独立性，是资源分配和调度的基本单位，而
程序无此特性；进程和程序间没有一一对应
关系；进程异步运行，会相互制约，程序不 具备此特性。
有两个用户进程 A 和 B ，在运行过程中都
课 堂 练 习 1
操作系统是 控制和管理计算机系统内各
种硬件和软件资源、有效地 组织多道程序运行的系统软 件(或程序集合),是用户与计算
机之间的接口。
操作系统的基本职能是（
A. 控制和管理系统内各种资源， 有效地组织多道程序的运行 B.提供用户界面，方便用户使用 C.提供方便的可视化编辑程序 D.提供功能强大的网络管理工具
平均周期时间：
T=1/n[∑ Ti]
i=1
n
带权周转时间:
W=T/Ts T：作业的周期时间 Ts：系统为提供为它提 供服务的时间（真正 运行时间）。
在CPU上执行的 时间，比周转时 间短或相等（理 想情况下）
平均带权周转时间 ：
W=1/n[∑ Ti/Tsi ]
i=1
越小越好
n
例:有如下三道作业。系统为它们服务的顺序 是：1、2、3。求平均周转时间和平均 带权周转时间。
哈工大操作系统实验一
哈尔滨工业大学远程教育课程操作系统实验一（选做）主讲人：张英涛背景知识n计算机执行的任何程序都必须首先读入内存，CPU 通过内存来访问程序，而安装操作系统实际上是把存放在光盘上的操作系统执行代码存入硬盘的过程•从硬盘上加载程序到内存很方便•操作系统中的文件系统主要是靠硬盘提供物理支持n安装操作系统到硬盘，实际上有两方面的作用•在硬盘上建立文件系统•把操作系统的全部内容事先存放在硬盘上以备使用•当使用计算机时，从硬盘上加载操作系统到内存，然后将机器控制权转给操作系统内核来执行背景知识n在本实验中，通过Windows 2000 Professional 的安装，来了解Windows操作系统的安装及配置，包括安装前的准备工作、驱动程序的配置以及系统的设定等内容n Windows 2000一共有四个版本，即Professional、Server、Advanced Server和Datacenter Server，它们的差别在于功能以及支持CPU、RAM数量上的不同背景知识n由于用户计算机环境的不同，需要的安装方式和内容也会有所不同。
•升级安装：保存计算机的现有文件及设置，并将原Windows系统升级为Windows 2000 Professional•全新安装：有助于提升系统性能。
但不保存计算机中原有的文件及设置，机器中的所有应用程序都要重新安装•多重开机安装：使计算机拥有多种操作系统，每次开机时，可以选择所要启动的系统背景知识n多重开机安装•Windows 2000 Professional的多重开机安装支持下列操作系统：Windows NT 3.51/4.0、Windows 9x、Windows 3.x和MS-DOS•采用多重开机安装方式，首先需要进行硬盘分区，因为每个操作系统都要求安装在不同的分区•此外，还提高了对硬件的需求，因为安装多个操作系统的硬盘空间用量非常大•各个操作系统的安装次序也要注意，原则上次序是MS-DOS、Windows 3.x、Windows 9x优先安装，然后是Windows NT，再安装Windows 2000实验目的n通过对Windows 2000 Professional的安装操作，了解操作系统应用环境建立的初步过程n掌握对Windows操作系统的基本系统设置n了解Windows多操作系统安装的方法工具/准备工作n Windows 2000对系统的要求比较高•CPU：Pentium 166MHz以上•内存：32MB，建议64MB以上•磁盘空间(可用空间/总空间) ：650MB/2GB，建议1.5GB/4GB•CD-ROM或DVD-ROM光驱•网卡和调制解调器•VGA显卡及显示器、键盘、鼠标实验内容与步骤n本实验以光盘启动为例n可以利用Windows 2000 Professional光盘来直接开机启动，开机后自动执行安装程序n安装过程可分为两个阶段•文字模式阶段：选择用来安装Windows 2000的硬盘。
ch1-系统启动
软件基础教研室
操作系统 Operating System
第1章 系统启动
Chapter 1: Power On
授课教师：李治军
lizhijun_os@ 综合楼404室
操作系统课，我们希望学会什么?
Operating System
-2-
所有目标都要从“明白操作系统”开 始
bootsect.s中的数据 //在文件末尾 sectors: .word 0 //磁道扇区数 msg1: .byte 13,10 .ascii “Loading system...” .byte 13,10,13,10
- 11 -
boot的工作:读setup， 读system…
Operating System
开机时按住del键可进入 启动设备设置界面，可 以设置为光盘启动!
因此，硬盘的第一个扇区上存放着开机后执行的第
一段我们可以控制的程序。
操作系统的故事从这里开始…
Operating System -8-
引导扇区代码: bootsect.s
.globl begtext,begdata,begbss,endtext,enddata,endbss .text //文本段 begtext: .text等是伪操作符，告诉编译器产生 .data //数据段 文本段，.text用于标识文本段的开始 位置。 begdata: 此处的.text、.data、.bss表明这3个 .bss //未初始化数据段 段重叠，不分段! begbss: .text entry start //关键字entry告诉链接器“程序入口” start: 此条语句就是0x7c00处存放的语句! mov ax, #BOOTSEG mov ds, ax BOOTSEG = 0x07c0 mov ax, #INITSEG mov es, ax INITSEG = 0x9000 mov cx, #256 SETUPSEG = 0x9020 sub si, si sub di,di rep movw 将0x07c0:0x0000处的256个字 jmpi go, INITSEG
哈工大张英涛操作系统视频对应课件第28,29讲(全)
逻辑地址结构
外层页号 外层页内地址 页内地址
31
22 21
12
11
0
基本分段存储管理方式
分段存储的引入 分段系统的基本原理 信息共享 段页式存储管理方式
分段存储的引入
1）方便编程 2）信息共享 3）信息保护 4）动态增长 5）动态链接
分段
在分段存储管理方式中， 作业的地址空间被划分为若 干个段，每个段定义一组逻 辑信息。
进程1
页表
主存 0
ed1 … ed40 data1 … data10
进程2
21 60 61 … 70
页表
ed1 … ed40 data1 … data10
21 … 60 71 … 80
… ed1 ed2 … ed40 data1 … data10 data1 .. data10
21 22 60 61 70 71 80
快表通常只存放16~512个页表项 大型作业只能将其一部分页表项 放入其中 从快表能找到所需页表项的命中 率可达90%。
例：
检索联想存储器的时间为20ns，访问 内存的时间为100 ns。如果能在联想 存储器中检索出页号，则CPU存取数 t1＝120 ns。 据总共需要 如果不能在联想存储器中找到该页号， t2＝220 ns 则总共需要 。再假定访问 联想存储器的命中率分别为o％，5o％， 80％，90％，98％，计算有效访问 时间.
快表引入原因
CPU存取一个数据时要两次访问内
存， 第一次是访问页表， 找到指定页的物理块号，再将块号 与页内偏移量W拼接形成物理地址。 第二次访问内存是从所得地址中获 得所需数据（或向此地址中写入数 据）。
为提高地址变换速度：
《操作系统》课程实验指导书(本科)
《操作系统》课程实验指导书课程实验任务（一）：请求页式存储管理一、目的与要求1、目的近年来，由于大规模集成电路（LSI ）和超大规模集成电路（VLSI ）技术的发展，使存储器的容量不断扩大，价格大幅度下降。
但从使用角度看，存储器的容量和成本总受到一定的限制。
所以，提高存储器的效率始终是操作系统研究的重要课题之一。
虚拟存储技术是用来扩大内存容量的一种重要方法。
学生应独立地用高级语言编写几个常用的存储分配算法，并设计一个存储管理的模拟程序，对各种算法进行分析比较，评测其性能优劣，从而加深对这些算法的了解。
2、 要求为了比较真实地模拟存储管理，可预先生成一个大致符合实际情况的指令地址流。
然后模拟这样一种指令序列的执行来计算和分析各种算法的访问命中率。
二、示例1、题目 本示例是采用页式分配存储管理方案，并通过分析计算不同页面淘汰算法情况下的访问命中率来比较各种算法的优劣。
另外也考虑到改变页面大小和实际存储器容量对计算结果的影响，从而可为算则好的算法、合适的页面尺寸和实存容量提供依据。
本程序是按下述原则生成指令序列的：（1） 50%的指令是顺序执行的。
（2） 25%的指令均匀散布在前地址部分。
（3） 25%的指令均匀散布在后地址部分。
示例中选用最佳淘汰算法（OPT ）和最近最少使用页面淘汰算法（LRU ）计算页面命中率。
公式为页地址流长度页面失效次数命中率-=1 假定虚存容量为32K ，页面尺寸从1K 至8K ，实存容量从4页至32页。
2、 算法与框图（1） 最佳淘汰算法(OPT)。
这是一种理想的算法，可用来作为衡量其他算法优劣的依据，在实际系统中是难以实现的，因为它必须先知道指令的全部地址流。
由于本示例中已预先生成了全部的指令地址流，故可计算出最佳命中率。
该算法的准则是淘汰已满页表中不再访问或是最迟访问的的页。
这就要求将页表中的页逐个与后继指令访问的所有页比较，如后继指令不在访问该页，则把此页淘汰，不然得找出后继指令中最迟访问的页面淘汰。
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例如: Send(P2,m1); Receive(P1,m1);
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解决生产者一消费者问题
repeat … produce an item in nextp; … Send(consumer,nextp);
until false; repeat
Receive(producer, nextp); …
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共享信箱
由某进程创建，创建时提供共享进程 (用户)的名字。
信箱的拥有者和共享者，都有权从信 箱中取走发送给自己的消息。
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信箱通信时发送进程和接收进程的关系：
一对一关系。建立一条专用的通信链路。
多对一关系。服务进程与多个用户进程 之间进行交互，又称客户／服务器交互。
一对多关系。一个发送进程与多个接进 程进行交互，使发送进程可用广播形式， 向接收者发送消息。
多对多关系。建立一个公用信箱，多个 进程投递并取走自己的消息。
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管道通信
管道通信方式文件称为管道(Pipe)。
管道是指用于连接一个读进程 和一个写进程，以实现它们之 间通信的共享文件
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读进程
管道
写进程
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操作系统 第11讲
哈尔滨工业大学 张英涛
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哈尔滨工业大学远程教育课程
操作系统
第 12 讲
主讲人：张英涛
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线程
进程:使多个程序能并发执行，以提高资源 利用率和系统吞吐量
引入线程，是为了减少程序在并发执行时 所付出的时空开销，使OS具有更好的并发 性
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引入线程目的
➢进程是可拥有资源的独立单位和可独立
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操作系统
第 11 讲
主讲人：张英涛
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进程通信
进程通信是指进程之间的信息交换 交换的信息量 一个状态或数值
上千个字节
精品课件
进程通信分类
1) 低级通信：进程的互斥和同步 2)高级通信： 指用户可直接利用
os提供的一组通信命令，高效 地传送大量数据的一种通信方 式。对用户透明。
Consumer the item in nextc; until false;
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间接通信方式
进程之间的通信需要通过某种中间实体， 该实体用来暂存发送进程发送给目标进 程的消息；接收进程则从该实体中取出 对方发送给自己的消息。
这种中间实体称为信箱。
消息在信箱中可以安全地保存．只允许 核准的目标用户随时读取，故可实现非 实时通信。
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消息传递系统
信息交换的单位是消息或报文， 分成两种：
1．直接通信方式 2．间接通信方式 计算机网络中将消息称为报文。
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直接通信方式
发送进程直接把消息发送给目标 进程
发送进程和接收进程都以显式方 式分别提供对方的标识符。
系统提供两条通信原语 Send(Receiver,message); Receive(Send,message);
管道通信
必需的协调能力
(1)互斥 当一个进程正在对管道进行读／ 写操作时，另一进程必须等待。
(2)同步 当写(输入)进程把一定量的数据 (如4K)写入管道后，便去睡眠等待，直 到读(输出)进程取走数据后再把它唤醒。 当读进程发现管道空时也应睡眠等待，直 至写进程将消息写入管道后，才将它唤 醒．
(3)判别对方是否存在．只有确定了对方存 在时方能进行通信精品。课件
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信箱的创建和撤消
进程用信箱创建原语来建立一个新 信箱。创建者进程应给出信箱名字、 信箱属性(公用、私用或共享)；对 于共享信箱，还应给出共享者的名 字。
用信箱撤消原语来撤消。
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消息的发送与接收 Send(mailbox,message)：将
一个消息发送到指定信箱； Receive (mailbox,message) 从
操作系统的基本特征 是 并发 、 共享 和 虚__拟___、 异步。性
操作系统中引入“进程”概念
的主要目的是（ B）。
A.改善用户编程环境 B.描述程序动态执行过程的性质 C.使程序与计算过程一一对应 D.提高程序的运行速度
某进程由于需要从磁盘上读入数据而 处于阻塞状态。当系统完成了所需的读 盘操作后，此时该进程的状态将（ ）
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高级通信分类
共享存储器系统 消息传递系统 管道通信
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共享存储器系统
(1)共享数据结构的通信方式 进程之间 通过某种数据结构，如缓冲池进行通 信属于低级通信方式； (2)共享存储区通信方式 为了传送大量 信息，在存储器中划出一块共享存储 区，进程可通过对共享存储区进行读 或写来实现通信，属于高级通信方式。
AD. 从就绪变为运行
B．从运行变为就绪 C．从运行变为阻塞 D．从阻塞变为就绪
判断对错并改正
进程控制块（PCB）是专
为用户进程设置的私有数据结
构，每个进程仅有一个PCB。
（ ）
所有
判断对错并改正
调度和分派的基本单位。
➢创建、撤消和切换中，系统必须为之付
出较大的时空开销。故进程，其数目不 宜过多，进程切换的频率也不宜过高。
➢进程不应同时作为拥有资源的单位和可
独立调度和分派的基本单位，应该“轻 装上阵”；
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线程的属性
（1）轻型实体。线程中的实体基本 上不拥有系统资源
（2）独立调度和分派的基本单位。 线程的切换非常迅速、开销小。
（3）可并发执行。 （4）共享进程资源。
精品课件
课堂练习1
精品课件
操作系统是
控制和管理计算机系统内各 种硬件和软件资源、有效地 组织多道程序运行的系统软 件(或程序集合),是用户与计算 机之间的接口。
操作系统的基本职能是（ ）A
A.控制和管理系统内各种资源， 有效地组织多道程序的运行
B.提供用户界面，方便用户使用 C.提供方便的可视化编辑程序 D.提供功能强大的网络管理工具
指定信箱中接收一个消息
精品课件
信箱分类
❖ 私用信箱。 ❖ 公用信箱。 ❖ 共享信箱。
精品课件
私用信箱
用户进程建立，作为该进程的一部分。 拥有者有权读消息．其他用户只能发
送。 采用单向通信链路。 进程结束时信箱也消失。
精品课件
公用信箱
它由OS创建． 提供给系统中的所有核准进程使用。 进程既发送也可取出。 采用双向通信链路的信箱来实现。 系统运行期间始终存在。