计算机操作系统教程_第四版_(张尧学著)_清华大学出版社(1)
合集下载
计算机操作系统教程_第四版_(张尧学著)_清华大学出版社_第5章
5.1.2 地址变换
• 内存地址的集合称为内存空间或物理地址空间。内存中，每 一个存储单元都与相应的称为内存地址的编号相对应。显然， 内存空间是一维线性空间。 • 虚存的一维线性空间或多维线性空间变换到内存的唯一的一 维物理线性空间所涉及的两个问题：
– 第一个问题是虚拟空间的划分问题。 • 虚拟空间的划分使得编译链接程序可以把不同的程序模块(它们 可能是用不同的高级语言编写的)，链接到一个统一的虚拟空间 中去。虚拟空间的划分与计算机系统结构有关。 • VAX-11型机中的虚拟空间就是划分为进程空间和系统空间两大 部分，而进程空间又更进一步划分为程序区和控制区。VAX-11 的虚拟空间容量为232单元，其中程序区占230单元，用来存放用 户程序，程序段以零为基址动态地向高地址方向增长，最大可 达230-1号单元。控制区也占230个单元，存放各种方式和状态下 的堆栈结构及数据等，其虚拟地址由231-1号地址开始由高向低 地址方向增长。系统空间占231个单元，用来存放操作系统程序。
5.1.3 内外存数据传输的控制 要实现内存扩充，在程序执行过程中，内存和外存之间 必须经常地交换数据。也就是说，把那些即将执行的程序和 数据段调入内存，而把那些处于等待状态的程序和数据段调 出内存。那么，按什么样的方式来控制内存和外存之间的数 据流动呢?最基本的控制办法有两种。一种是用户程序自己控 制，另一种是操作系统控制。
5.1.1 虚拟存储器 • 虚拟存储器是存储管理的核心概念。 • 实验证明，在一个进程的执行过程中，其大部分程 序和数据并不经常被访问。这样，存储管理系统把 进程中那些不经常被访问的程序段和数据放入外存 中，待需要访问它们时再将它们调入内存。那么， 对于那些一部分数据和程序段在内存而另一部分在 外存的进程，怎样安排它们的地址呢？ • 通常由用户编写的源程序，首先要由编译程序编译 成CPU可执行的目标代码。然后，链接程序把一个 进程的不同程序段链接起来以完成所要求的功能。 显然，对于不同的程序段，应具有不同的地址。
U035计算机操作系统教程_第四版_(张尧学著)_清华大学出版社_第3章
3.1.2 进程的定义 进程的概念是60年代初期，首先在MIT 的 Multics系 统和IBM 的 TSS/360系统中引用的。从那以来，人 们对进程下过许多各式各样的定义。 (1) 进程是可以并行执行的计算部分（S.E.Madnick， J.T.Donovan）； (2) 进程是一个独立的可以调度的活动（E.Cohen， D.Jofferson）； (3) 进程是一抽象实体，当它执行某个任务时，将要 分配和释放各种资源（P.Denning）； (4) 行为的规则叫程序，程序在处理机上执行时的活 动称为进程（E.W.Dijkstra）；
W(Si)={b1 b2 … bn}，bj(j=1，…，n) 是语句Si在执行期间必须对其进行修改、访问的变量； 如果对于语句S1和S2，有 ① R(S1)∩ W(S2)={∮}， ② W(S1)∩ R(S2)={∮}， ③ W(S1)∩ W(S2)={∮} 同时成立，则语句S1和S2是 可以并发执行的。
(1) 进程是一个动态概念，而程序则是一个静态概念。程序是 指令的有序集合，没有任何执行的含义。而进程则强调执 行过程，它动态地被创建，并被调度执行后消亡。 (2) 进程具有并行特征，而程序没有。由进程的定义可知，进 程具有并行特征的两个方面，即独立性和异步性。也就是 说，在不考虑资源共享的情况下，各进程的执行是独立的， 执行速度是异步的。显然，由于程序不反映执行过程，所 以不具有并行特征。 (3) 进程是竞争计算机系统资源的基本单位，从而其并行性受 到系统自己的制约。这里，制约就是对进程独立性和异步 性的限制。 (4) 不同的进程可以包含同一程序，只要该程序所对应的数据 集不同。
第3章 进程管理
3.1 进程的概念 3.2 进程的描述 3.3 进程状态及其转换 3.4 进程控制 3.5 进程互斥 3.6 进程同步 3.7 进程通信 3.8 死锁问题 3.9 线程 本章小结 习题
计算机操作系统课后习题答案第四版
计算机操作系统课后习题答案第四版计算机操作系统课后习题答案（第四版）计算机操作系统是计算机系统中至关重要的组成部分，它负责管理和控制计算机的硬件和软件资源，为用户提供一个方便、高效、可靠的工作环境。
下面是对计算机操作系统第四版课后习题的答案解析。
一、操作系统的概念1、什么是操作系统？它的主要功能有哪些？操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，是计算机系统的内核与基石。
它的主要功能包括处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口管理等。
处理机管理负责合理分配和调度 CPU 资源，提高 CPU 利用率；存储器管理负责管理内存空间的分配、回收和保护；设备管理负责对外部设备进行有效管理和控制；文件管理负责对文件的存储、检索、共享和保护；用户接口管理则为用户提供了方便的操作界面。
2、操作系统有哪些分类？操作系统可以按照不同的标准进行分类。
按照用户数量，可分为单用户操作系统和多用户操作系统；按照任务数，可分为单任务操作系统和多任务操作系统；按照系统功能，可分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等。
1、什么是进程？进程和程序有什么区别？进程是程序在一个数据集合上的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的基本单位。
进程与程序的区别在于：程序是静态的指令集合，而进程是动态的执行过程；程序可以长期保存，进程具有生命周期；进程具有并发性，而程序没有；进程由程序、数据和进程控制块（PCB）组成。
2、进程的三种基本状态是什么？它们之间是如何转换的？进程的三种基本状态是就绪状态、执行状态和阻塞状态。
当进程已获得除CPU 以外的所有必要资源，只要再获得CPU 便可立即执行时，处于就绪状态；当进程正在 CPU 上运行时，处于执行状态；当进程因等待某一事件而暂时无法继续执行时，处于阻塞状态。
就绪状态到执行状态是通过进程调度实现的；执行状态到就绪状态是时间片用完或出现更高优先级的进程；执行状态到阻塞状态是进程因等待某事件而主动放弃 CPU；阻塞状态到就绪状态是等待的事件发生。
计算机操作系统教程(第四版)PPT课件：第2章 操作系统用户界面
接耦合方式的原理如图2.3所示。
图2.3 直接耦合输入方式
4. SPOOLING系统
SPOOLING又可译作外围设备同时联机操作。SPOOLING系统的工作原理如图2.4 所示。
在SPOOLING系统中，多台外围设备通过通道或DMA器件和主机与外存连接起来。 作业的输入输出过程由主机中的操作系统控制。操作系统中的输入程序包含两个 独立的过程，一个过程负责从外部设备把信息读入缓冲区；另一个是写过程,负责 把缓冲区的信息送到外存输入井中。这里，外围设备既可以是各种终端,也可以是
vi 编辑文件 ：wq filename 保存文件 ：q! 不保存退出
Gcc test.c 编译test.c 生成a.out 文件 ./a.out 运行a.out
Find / -name ls 在根目录下查找ls文件 Grep –F test /etc/passwd 查找test用户
建立并且运行一个脚本
的编译、链接、装入和执行等。
作业说明书主要包含三方面内容，即作业的基本描述、作业控制描述和资源要求 描述。作业基本描述包括用户名、作业名、使用的编程语言名、允许的最大处理 时间等。而作业控制描述则大致包括作业在执行过程中的控制方式。资源要求描 述包括要求内存大小、外设种类和台数、处理机优先级、所需处理时间、所需库
其他的输入设备，例如纸带输入机或读卡机等。
图2.4 SPOOLING系统
5. 网络输入方式
网络输入方式以上述几种输入方式为基础。当用户需要把在计算机网络中某一台 主机上输入的信息传送到同一网中另一台主机上进行操作或执行时，就构成了网 络输入方式。因为网络输入方式涉及到不同计算机间的通信问题，且该问题的讨
脚本基础
哪个Shell来执行脚本？
图2.3 直接耦合输入方式
4. SPOOLING系统
SPOOLING又可译作外围设备同时联机操作。SPOOLING系统的工作原理如图2.4 所示。
在SPOOLING系统中，多台外围设备通过通道或DMA器件和主机与外存连接起来。 作业的输入输出过程由主机中的操作系统控制。操作系统中的输入程序包含两个 独立的过程，一个过程负责从外部设备把信息读入缓冲区；另一个是写过程,负责 把缓冲区的信息送到外存输入井中。这里，外围设备既可以是各种终端,也可以是
vi 编辑文件 ：wq filename 保存文件 ：q! 不保存退出
Gcc test.c 编译test.c 生成a.out 文件 ./a.out 运行a.out
Find / -name ls 在根目录下查找ls文件 Grep –F test /etc/passwd 查找test用户
建立并且运行一个脚本
的编译、链接、装入和执行等。
作业说明书主要包含三方面内容，即作业的基本描述、作业控制描述和资源要求 描述。作业基本描述包括用户名、作业名、使用的编程语言名、允许的最大处理 时间等。而作业控制描述则大致包括作业在执行过程中的控制方式。资源要求描 述包括要求内存大小、外设种类和台数、处理机优先级、所需处理时间、所需库
其他的输入设备，例如纸带输入机或读卡机等。
图2.4 SPOOLING系统
5. 网络输入方式
网络输入方式以上述几种输入方式为基础。当用户需要把在计算机网络中某一台 主机上输入的信息传送到同一网中另一台主机上进行操作或执行时，就构成了网 络输入方式。因为网络输入方式涉及到不同计算机间的通信问题，且该问题的讨
脚本基础
哪个Shell来执行脚本？
《操作系统教程(第四版)》课后习题答案
答；设每个进程等待I/O的百分比为P,则n个进程同时等待I/O的概率是P",当n个 进程同时等待I/O期间CPU是空闲的，故CPU的利用率为1J11・由题意可知，除 去操作系统,内存还能容纳4个用户进程，由于每个用户进程等待I/O的时间为80%,故：
CPU利用率=1-(80%)4=0.59
若再增加1MB内存，系统中可同时运行9个用户进程，此时：
时间0303132 7172 939495 105106 124125127129 139 168169 189单位1ms
4在单CPU和两台1/0(11,12)设备的多道程序设计环境下，同时投入三个作业运行•它 们的执行轨迹如下：
Jobl：I2(30ms)、CPU(lOms)、Il(30ms)、CPU(lOms)、I2(20ms)
CPU利用率=1-(80%)9=0.87
故增加1MB内存使CPU的利用率提高了47%；
87%-r59%= 147%
147%-100%=47%
2一个计算机系统，有一台输入机和一台打印机，现有两道程序投入运行，且程序A先开始做，程序B后开始运行.程序A的运行轨迹为：计算50ms、打印100ms、再计算50ms、打印100ms,结束。程序B的运行轨迹为：计算50ms、输入80ms、再计算100ms,结束.试说明⑴两道程序运行时，CPU有无空闲等待？若有，在哪 段时间内等待？为什么会等待？(2)程序A、B有无等待CPU的情况？若有，指出发 生等待的时刻。
I/O j、1121I121||32j
CPC i C111C21 | Clb C21；C31；~C33l
抢占式共用去190ms,单道完成需耍260ms＞节省70ms・
非抢占式共用去180ms,单道完成需要260ms,节省80ms•
CPU利用率=1-(80%)4=0.59
若再增加1MB内存，系统中可同时运行9个用户进程，此时：
时间0303132 7172 939495 105106 124125127129 139 168169 189单位1ms
4在单CPU和两台1/0(11,12)设备的多道程序设计环境下，同时投入三个作业运行•它 们的执行轨迹如下：
Jobl：I2(30ms)、CPU(lOms)、Il(30ms)、CPU(lOms)、I2(20ms)
CPU利用率=1-(80%)9=0.87
故增加1MB内存使CPU的利用率提高了47%；
87%-r59%= 147%
147%-100%=47%
2一个计算机系统，有一台输入机和一台打印机，现有两道程序投入运行，且程序A先开始做，程序B后开始运行.程序A的运行轨迹为：计算50ms、打印100ms、再计算50ms、打印100ms,结束。程序B的运行轨迹为：计算50ms、输入80ms、再计算100ms,结束.试说明⑴两道程序运行时，CPU有无空闲等待？若有，在哪 段时间内等待？为什么会等待？(2)程序A、B有无等待CPU的情况？若有，指出发 生等待的时刻。
I/O j、1121I121||32j
CPC i C111C21 | Clb C21；C31；~C33l
抢占式共用去190ms,单道完成需耍260ms＞节省70ms・
非抢占式共用去180ms,单道完成需要260ms,节省80ms•
《计算机操作系统第四版》
《ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ算机操作系统第四版》
目 录
• 操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理 • 现代操作系统的新技术
01
操作系统概述
操作系统的定义和作用
定义：操作系统是一组控制和管理计算机 软硬件资源、提供用户界面以及为应用程 序提供支持的系统软件。
为应用程序提供支持，使应用程序能够更 好地运行。
内存保护技术
界限寄存器
01
通过设置界限寄存器来保护内存，确保程序不会访问到不属于
它的内存区域。
基址寄存器和限长寄存器
02
通过基址寄存器和限长寄存器来限定程序可以访问的内存范围，
防止越界访问。
保护键
03
通过设置保护键来对内存进行保护，只有拥有相应权限的程序
才能访问对应的内存区域。
虚拟内存技术
请求分页 将程序的逻辑地址空间划分为大小相等的页面，当需要访 问某个页面时，会向系统发出请求并将该页面调入内存。
感谢观看
05
设备管理
设备管理的目标和功能
目标
方便性、并行性、均衡性、独立性
功能
设备控制、设备分配、设备处理、缓冲区管理
I/O控制方式
程序I/O方式
CPU和I/O设备串行工作，CPU在I/O 操作期间处于忙等状态
中断驱动I/O方式
CPU和I/O设备并行工作，CPU在I/O 操作期间可执行其他任务
DMA I/O方式
提供文件共享、打印服务、电 子邮件等网络服务，满足用户
需求。
云计算资源管理
对云计算环境中的计算、存储 和网络资源进行统一管理和调
度。
虚拟化技术
通过虚拟化技术实现硬件资源 的抽象和复用，提高资源利用
目 录
• 操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理 • 现代操作系统的新技术
01
操作系统概述
操作系统的定义和作用
定义：操作系统是一组控制和管理计算机 软硬件资源、提供用户界面以及为应用程 序提供支持的系统软件。
为应用程序提供支持，使应用程序能够更 好地运行。
内存保护技术
界限寄存器
01
通过设置界限寄存器来保护内存，确保程序不会访问到不属于
它的内存区域。
基址寄存器和限长寄存器
02
通过基址寄存器和限长寄存器来限定程序可以访问的内存范围，
防止越界访问。
保护键
03
通过设置保护键来对内存进行保护，只有拥有相应权限的程序
才能访问对应的内存区域。
虚拟内存技术
请求分页 将程序的逻辑地址空间划分为大小相等的页面，当需要访 问某个页面时，会向系统发出请求并将该页面调入内存。
感谢观看
05
设备管理
设备管理的目标和功能
目标
方便性、并行性、均衡性、独立性
功能
设备控制、设备分配、设备处理、缓冲区管理
I/O控制方式
程序I/O方式
CPU和I/O设备串行工作，CPU在I/O 操作期间处于忙等状态
中断驱动I/O方式
CPU和I/O设备并行工作，CPU在I/O 操作期间可执行其他任务
DMA I/O方式
提供文件共享、打印服务、电 子邮件等网络服务，满足用户
需求。
云计算资源管理
对云计算环境中的计算、存储 和网络资源进行统一管理和调
度。
虚拟化技术
通过虚拟化技术实现硬件资源 的抽象和复用，提高资源利用
计算机操作系统第四版ppt课件
计算机操作系统第 四版ppt课件
目录
• 引言 • 进程管理 • 内存管理 • 文件管理 • 设备管理 • 并行与分布式处理系统
01
CATALOGUE
引言
计算机操作系统概述
01
02
03
定义
计算机操作系统是一种系 统软件，它是计算机上的 一个关键组成部分。
作用
操作系统管理和控制计算 机的硬件和软件资源，为 用户提供方便、高效的使 用环境。
04
共享性
操作系统中的资源可以被多个程序共 同使用。
06
异步性
在多道程序环境下，允许多个程序并发执行， 但由于资源有限，进程的执行顺序和执行时间 都是不确定的。
02
CATALOGUE
进程管理
进程的概念和特征
进程是程序的一次执 行过程，是系统进行 资源分配和调度的基 本单位。
进程由程序、数据和 进程控制块（PCB） 三部分组成。
通道控制方式
通道独立控制I/O操作，实现了 CPU、通道、I/O设备的并行工
作。
设备分配策略及实现方法
设备分配中的数据结构
设备控制表、设备队列、系统设备表等。
设备分配策略
先进先出、优先级高者先等分配策略。
设备分配算法
基于设备请求队列的分配算法、基于设备优先级的分配算法等。
设备分配的安全性
死锁的预防、避免和检测与恢复。
实现多道程序的并发执行，提高内存 利用率和系统吞吐量。
分区存储管理方案
固定分区
将内存划分为若干个固定大小的区域，每个 区域只能装入一个作业。
分区分配算法
首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适 应算法等。
可变分区
根据作业大小动态划分内存区域，提高内存 利用率。
目录
• 引言 • 进程管理 • 内存管理 • 文件管理 • 设备管理 • 并行与分布式处理系统
01
CATALOGUE
引言
计算机操作系统概述
01
02
03
定义
计算机操作系统是一种系 统软件，它是计算机上的 一个关键组成部分。
作用
操作系统管理和控制计算 机的硬件和软件资源，为 用户提供方便、高效的使 用环境。
04
共享性
操作系统中的资源可以被多个程序共 同使用。
06
异步性
在多道程序环境下，允许多个程序并发执行， 但由于资源有限，进程的执行顺序和执行时间 都是不确定的。
02
CATALOGUE
进程管理
进程的概念和特征
进程是程序的一次执 行过程，是系统进行 资源分配和调度的基 本单位。
进程由程序、数据和 进程控制块（PCB） 三部分组成。
通道控制方式
通道独立控制I/O操作，实现了 CPU、通道、I/O设备的并行工
作。
设备分配策略及实现方法
设备分配中的数据结构
设备控制表、设备队列、系统设备表等。
设备分配策略
先进先出、优先级高者先等分配策略。
设备分配算法
基于设备请求队列的分配算法、基于设备优先级的分配算法等。
设备分配的安全性
死锁的预防、避免和检测与恢复。
实现多道程序的并发执行，提高内存 利用率和系统吞吐量。
分区存储管理方案
固定分区
将内存划分为若干个固定大小的区域，每个 区域只能装入一个作业。
分区分配算法
首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适 应算法等。
可变分区
根据作业大小动态划分内存区域，提高内存 利用率。
U034计算机操作系统教程_第四版_(张尧学著)_清华大学出版社_第4章
(1) 作业调度：又称宏观调度，或高级调度。其主要 任务是按一定的原则对外存输入井上的大量后备作 业进行选择，给选出的作业分配内存、输入输出设 备等必要的资源，并建立相应的进程，以使该作业 的进程获得竞争处理机的权利。另外，当该作业执 行完毕时，还负责回收系统资源。 (2) 交换调度：又称中级调度。其主要任务是按照给 定的原则和策略，将处于外存交换区中的就绪状态 或就绪等待状态的进程调入内存，或把处于内存就 绪状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区。 交换调度主要涉及到内存管理与扩充。 (3) 进程调度：又称微观调度或低级调度。其主要任 务是按照某种策略和方法选取一个处于就绪状态的 进程占用处理机。在确定了占用处理机的进程后，
4.3.1 进程调度的功能 进程调度的具体功能可总结如下： (1) 记录系统中所有进程的执行情况 作为进程调度的准备，进程管理模块必须将系统中 各进程的执行情况和状态特征记录在各进程的PCB 表中。并且，进程管理模式根据各进程的状态特征 和资源需求，将各进程的PCB表排成相应的队列并 进行动态队列转接。进程调度模块通过PCB变化来 掌握系统中所有进程的执行情况和状态特征，并在 适当的时机从就绪队列中选择出一个进程占据处理 机。
4.1.2 调度的层次 处理机调度问题实际上也是处理机的分配问题。显 然，只有那些参与竞争处理机所必需的资源都已得 到满足的进程才能享有竞争处理机的资格。这时， 它们处于内存就绪状态。这些必需的资源包括内存、 外设及有关数据结构等。从而，在进程有资格竞争 处理机之前，作业调度程序必须先调用存储管理、 外设管理程序，并按一定的选择顺序和策略从输入 井中选择出几个处于后备状态的作业，为它们分配 内存等资源和创建进程，使它们获得竞争处理机的 资格。
4.1.3 作业与进程的关系 作业可被看作是用户向计算机提交任务的任务实体， 例如一次计算、一个控制过程等。反过来，进程则 是计算机为了完成用户任务实体而设置的执行实体， 是系统分配资源的基本单位。显然，计算机要完成 一个任务实体，必须要有一个以上的执行实体。也 就是说，一个作业总是由一个以上的多个进程组成 的。那么，作业怎样分解为进程呢？首先，系统必 须为一个作业创建一个根进程。然后，在执行作业 控制语句时，根据任务要求，系统或根进程为其创 建相应的子进程，然后，为各子进程分配资源和调 度各子进程执行以完成作业要求的任务。