汤小丹 操作系统 第四版 第四章 课件
汤小丹 操作系统 第四版 第四章 课件
第四章 存 储 器 管 理
4.1 存储器的层次结构
在计算机执行时，几乎每一条指令都涉及对存储器的访 问，因此要求对存储器的访问速度能跟得上处理机的运行速 度。或者说，存储器的速度必须非常快，能与处理机的速度 相匹配，否则会明显地影响到处理机的运行。此外还要求存 储器具有非常大的容量，而且存储器的价格还应很便宜。
2
第四章 存 储 器 管 理
4.1.1 多层结构的存储器系统 1. 存储器的多层结构 对于通用计算机而言，存储层次至少应具有三级：最高
层为CPU寄存器，中间为主存，最底层是辅存。在较高档的 计算机中，还可以根据具体的功能细分为寄存器、高速缓存、 主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质等6层。 如图4-1所示。
Secondary storage is recorded magnetically and does not disappear when the power goes off.Disk and magetic tapes are examples of secondary storage media that can hold programs and data permanently,ready to be called into the CPU's memory when needed
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第四章 存 储 器 管 理
Primary storage is used for temporarily storing programs and data while processing is occurring.Remember,however,that primary storage is volatile--whatever was in it will disappear when the power goes off.Long-term,semi-permanent data storage is referred to as secondary storage.
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第四章 存 储 器 管 理
2. 可执行存储器 在计算机系统的存储层次中，寄存器和主存储器又被称 为可执行存储器。对于存放于其中的信息，与存放于辅存中 的信息相比较而言，计算机所采用的访问机制是不同的，所 需耗费的时间也是不同的。进程可以在很少的时钟周期内使 用一条load或store指令对可执行存储器进行访问。但对辅存 的访问则需要通过I/O设备实现，因此，在访问中将涉及到 中断、设备驱动程序以及物理设备的运行，所需耗费的时间 远远高于访问可执行存储器的时间，一般相差3个数量级甚 至更多。
9பைடு நூலகம்
第四章 存 储 器 管 理 10
第四章 存 储 器 管 理
2. 磁盘缓存 由于目前磁盘的I/O速度远低于对主存的访问速度，为 了缓和两者之间在速度上的不匹配，而设置了磁盘缓存，主 要用于暂时存放频繁使用的一部分磁盘数据和信息，以减少 访问磁盘的次数。但磁盘缓存与高速缓存不同，它本身并不 是一种实际存在的存储器，而是利用主存中的部分存储空间 暂时存放从磁盘中读出(或写入)的信息。主存也可以看作是 辅存的高速缓存，因为，辅存中的数据必须复制到主存方能 使用，反之，数据也必须先存在主存中，才能输出到辅存。
用于保存进程运行时的程序和数据，也称可执行存储器。由 于主存储器访问速度远低于CPU执行指令的速度，为缓和这 一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器和高速缓存。
8
第四章 存 储 器 管 理
2. 寄存器 寄存器具有与处理机相同的速度，故对寄存器的访问速 度最快，完全能与CPU协调工作，但价格却十分昂贵，因此 容量不可能做得很大。
3
第四章 存 储 器 管 理
图4-1 计算机系统存储层次示意
4
第四章 存 储 器 管 理
在存储器层次中，层次越高（越靠近CPU），存储介质 的访问速度越快，价格也越高，相对所配置的存储容量也越 小。其中，寄存器，高速缓存、主存储器和磁盘缓存均属于 操作系统存储管理的管辖范畴，掉电后它们中存储的信息不 再存在。而底层的固定磁盘和可移动存储介质则属于设备管 理的管辖范畴，它们存储的信息将被长期保存。
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第四章 存 储 器 管 理
A CPU has three componts:the control unit,the arithmeticlogic unit,and main memory or primary storage.
Primary storage,or main memory,holds instructions and data needed for puter main memory is typically on computer chips that are volatile,which means that data held there disappears when the computer is turned off or loses power.
A small number of micros use magnetic bubbles for main memory rather than microprocessor chips;this type of memory is nonvolatile,meaning that data stored in it can be retained for some time even after the power is shut off.
6
第四章 存 储 器 管 理
注意：操作系统的存储管理负责对可执行存储器的分配 、回收，以及提供在存储层次间数据移动的管理机制，例如 主存与磁盘缓存、高速缓存与主存间的数据移动等。而设备 和文件管理则根据用户的需求，提供对辅存的管理机制。
7
第四章 存 储 器 管 理
4.1.2 主存储器与寄存器 1. 主存储器 主存储器简称内存或主存，是计算机系统中的主要部件，
第四章 存 储 器 管 理
4.1 存储器的层次结构
在计算机执行时，几乎每一条指令都涉及对存储器的访 问，因此要求对存储器的访问速度能跟得上处理机的运行速 度。或者说，存储器的速度必须非常快，能与处理机的速度 相匹配，否则会明显地影响到处理机的运行。此外还要求存 储器具有非常大的容量，而且存储器的价格还应很便宜。
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第四章 存 储 器 管 理
4.1.1 多层结构的存储器系统 1. 存储器的多层结构 对于通用计算机而言，存储层次至少应具有三级：最高
层为CPU寄存器，中间为主存，最底层是辅存。在较高档的 计算机中，还可以根据具体的功能细分为寄存器、高速缓存、 主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质等6层。 如图4-1所示。
Secondary storage is recorded magnetically and does not disappear when the power goes off.Disk and magetic tapes are examples of secondary storage media that can hold programs and data permanently,ready to be called into the CPU's memory when needed
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第四章 存 储 器 管 理
Primary storage is used for temporarily storing programs and data while processing is occurring.Remember,however,that primary storage is volatile--whatever was in it will disappear when the power goes off.Long-term,semi-permanent data storage is referred to as secondary storage.
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第四章 存 储 器 管 理
2. 可执行存储器 在计算机系统的存储层次中，寄存器和主存储器又被称 为可执行存储器。对于存放于其中的信息，与存放于辅存中 的信息相比较而言，计算机所采用的访问机制是不同的，所 需耗费的时间也是不同的。进程可以在很少的时钟周期内使 用一条load或store指令对可执行存储器进行访问。但对辅存 的访问则需要通过I/O设备实现，因此，在访问中将涉及到 中断、设备驱动程序以及物理设备的运行，所需耗费的时间 远远高于访问可执行存储器的时间，一般相差3个数量级甚 至更多。
9பைடு நூலகம்
第四章 存 储 器 管 理 10
第四章 存 储 器 管 理
2. 磁盘缓存 由于目前磁盘的I/O速度远低于对主存的访问速度，为 了缓和两者之间在速度上的不匹配，而设置了磁盘缓存，主 要用于暂时存放频繁使用的一部分磁盘数据和信息，以减少 访问磁盘的次数。但磁盘缓存与高速缓存不同，它本身并不 是一种实际存在的存储器，而是利用主存中的部分存储空间 暂时存放从磁盘中读出(或写入)的信息。主存也可以看作是 辅存的高速缓存，因为，辅存中的数据必须复制到主存方能 使用，反之，数据也必须先存在主存中，才能输出到辅存。
用于保存进程运行时的程序和数据，也称可执行存储器。由 于主存储器访问速度远低于CPU执行指令的速度，为缓和这 一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器和高速缓存。
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第四章 存 储 器 管 理
2. 寄存器 寄存器具有与处理机相同的速度，故对寄存器的访问速 度最快，完全能与CPU协调工作，但价格却十分昂贵，因此 容量不可能做得很大。
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第四章 存 储 器 管 理
图4-1 计算机系统存储层次示意
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第四章 存 储 器 管 理
在存储器层次中，层次越高（越靠近CPU），存储介质 的访问速度越快，价格也越高，相对所配置的存储容量也越 小。其中，寄存器，高速缓存、主存储器和磁盘缓存均属于 操作系统存储管理的管辖范畴，掉电后它们中存储的信息不 再存在。而底层的固定磁盘和可移动存储介质则属于设备管 理的管辖范畴，它们存储的信息将被长期保存。
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第四章 存 储 器 管 理
A CPU has three componts:the control unit,the arithmeticlogic unit,and main memory or primary storage.
Primary storage,or main memory,holds instructions and data needed for puter main memory is typically on computer chips that are volatile,which means that data held there disappears when the computer is turned off or loses power.
A small number of micros use magnetic bubbles for main memory rather than microprocessor chips;this type of memory is nonvolatile,meaning that data stored in it can be retained for some time even after the power is shut off.
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第四章 存 储 器 管 理
注意：操作系统的存储管理负责对可执行存储器的分配 、回收，以及提供在存储层次间数据移动的管理机制，例如 主存与磁盘缓存、高速缓存与主存间的数据移动等。而设备 和文件管理则根据用户的需求，提供对辅存的管理机制。
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第四章 存 储 器 管 理
4.1.2 主存储器与寄存器 1. 主存储器 主存储器简称内存或主存，是计算机系统中的主要部件，
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汤小丹《计算机操作系统》官方课件 第四版
汤小丹《计算机操作系 统》官方课件 第四版
汇报人： 202X-01-05
contents
目录
• 计算机操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理
计算机操作系统概
01
述
操作系统的定义与功能
总结词
操作系统的定义与功能
详细描述
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件和软件资源，提供用户与计算机之间的接口。操作系统 的功能包括进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户界面管理等。
操作系统的分类
总结词
操作系统的分类
详细描述
根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型。根据运行环境，操作系统可以分为单机操作系统 和网络操作系统；根据功能，操作系统可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和通 用操作系统；根据规模，操作系统可以分为个人操作系统和多用户操作系统等。
进程管理
内存管理
03
内存管理的概念与功能
内存管理概念
内存管理是操作系统中用于管理计算 机内存的子系统，负责分配和回收内 存空间，以及管理内存中的数据。
内存管理功能
内存管理的主要功能包括内存分配、 内存回收、地址转换和内存保护等。
内存的分配策略
静态分配
在程序运行前，系统根据程序的大小 和需求一次性分配所需的内存空间， 程序运行期间不再进行内存的重新分 配。
文件的访问控制机制
文件的访问控制机制包括访问控制表（ACL）、能力表（ Capabilities）等，用于限制用户对文件的访问权限。
文件的访问安全
文件的访问安全是指通过访问控制机制来确保文件的安全性和完整 性，防止未经授权的访问和修改。
设备管理
汇报人： 202X-01-05
contents
目录
• 计算机操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理
计算机操作系统概
01
述
操作系统的定义与功能
总结词
操作系统的定义与功能
详细描述
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件和软件资源，提供用户与计算机之间的接口。操作系统 的功能包括进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户界面管理等。
操作系统的分类
总结词
操作系统的分类
详细描述
根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型。根据运行环境，操作系统可以分为单机操作系统 和网络操作系统；根据功能，操作系统可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和通 用操作系统；根据规模，操作系统可以分为个人操作系统和多用户操作系统等。
进程管理
内存管理
03
内存管理的概念与功能
内存管理概念
内存管理是操作系统中用于管理计算 机内存的子系统，负责分配和回收内 存空间，以及管理内存中的数据。
内存管理功能
内存管理的主要功能包括内存分配、 内存回收、地址转换和内存保护等。
内存的分配策略
静态分配
在程序运行前，系统根据程序的大小 和需求一次性分配所需的内存空间， 程序运行期间不再进行内存的重新分 配。
文件的访问控制机制
文件的访问控制机制包括访问控制表（ACL）、能力表（ Capabilities）等，用于限制用户对文件的访问权限。
文件的访问安全
文件的访问安全是指通过访问控制机制来确保文件的安全性和完整 性，防止未经授权的访问和修改。
设备管理
汤小丹 操作系统 第四版 第四章 课件
(3) 装入，由装入程序(Loader)将装入模块装入内存。
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第四章 存 储 器 管 理
图4-2示出了这样的三步过程。本节将扼要阐述程序(含 数据)的链接和装入过程。
图4-2 对用户程序的处理步骤
15
第四章 存 储 器 管 理
4.2.1 程序的装入 为了阐述上的方便，我们先介绍一个无需进行链接的单
13
第四章 存 储 器 管 理
4.2 程序的装入和链接
用户程序要在系统中运行，必须先将它装入内存，然后 再将其转变为一个可以执行的程序，通常都要经过以下几个 步骤：
(1) 编译，由编译程序(Compiler)对用户源程序进行编译， 形成若干个目标模块(Object Module)；
(2) 链接，由链接程序(Linker)将编译后形成的一组目标 模块以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完整的 装入模块(Load Module)；
个目标模块的装入过程。该目标模块也就是装入模块。在将 一个装入模块装入内存时，可以有如下三种装入方式：
1. 绝对装入方式(Absolute Loading Mode) 当计算机系统很小，且仅能运行单道程序时，完全有可 能知道程序将驻留在内存的什么位置。此时可以采用绝对装 入方式。用户程序经编译后，将产生绝对地址(即物理地址) 的目标代码。 优点：装入过程简单 缺点：过于依赖于硬件结构，不适于多道程序系统
26
第四章 存 储 器 管 理
1. 划分分区的方法 可用下述两种方法将内存的用户空间划分为若干个
固定大小的分区： (1) 分区大小相等(指所有的内存分区大小相等)。 只适合于多个相同程序的并发执行，缺乏灵活性 (2) 分区大小不等。多个小分区，适量的中等分区、少量 的大分区 优点：易于实现，开销小 缺点：内碎片造成浪费，分区总数固定，限制了并发执 行的程序数目。
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第四章 存 储 器 管 理
图4-2示出了这样的三步过程。本节将扼要阐述程序(含 数据)的链接和装入过程。
图4-2 对用户程序的处理步骤
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第四章 存 储 器 管 理
4.2.1 程序的装入 为了阐述上的方便，我们先介绍一个无需进行链接的单
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第四章 存 储 器 管 理
4.2 程序的装入和链接
用户程序要在系统中运行，必须先将它装入内存，然后 再将其转变为一个可以执行的程序，通常都要经过以下几个 步骤：
(1) 编译，由编译程序(Compiler)对用户源程序进行编译， 形成若干个目标模块(Object Module)；
(2) 链接，由链接程序(Linker)将编译后形成的一组目标 模块以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完整的 装入模块(Load Module)；
个目标模块的装入过程。该目标模块也就是装入模块。在将 一个装入模块装入内存时，可以有如下三种装入方式：
1. 绝对装入方式(Absolute Loading Mode) 当计算机系统很小，且仅能运行单道程序时，完全有可 能知道程序将驻留在内存的什么位置。此时可以采用绝对装 入方式。用户程序经编译后，将产生绝对地址(即物理地址) 的目标代码。 优点：装入过程简单 缺点：过于依赖于硬件结构，不适于多道程序系统
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第四章 存 储 器 管 理
1. 划分分区的方法 可用下述两种方法将内存的用户空间划分为若干个
固定大小的分区： (1) 分区大小相等(指所有的内存分区大小相等)。 只适合于多个相同程序的并发执行，缺乏灵活性 (2) 分区大小不等。多个小分区，适量的中等分区、少量 的大分区 优点：易于实现，开销小 缺点：内碎片造成浪费，分区总数固定，限制了并发执 行的程序数目。
计算机操作系统 第四版 汤小丹 梁红兵 哲凤屏_第4章(20162017)
4.3.4 基于顺序搜索的动态分区分配算法
2. 循环首次适应(next fit ,NF)算法
在为进程分配内存空间时，不再是每次都从链首开 始查找，而是从上次找到的空闲分区的下一个空闲分 区开始查找，直至找到一个能满足要求的空闲分区， 从中划出一块与请求大小相等的内存空间分配给作业。 该算法应设置一起始查寻指针，用于指示下一次起始 查寻的空闲分区，并采用循环查找方式。
的适当位置。
0
1000 L O A D 1 ,2 5 0 0
2500 365
10000
1 1 0 0 0 L O A D 1 ,2 5 0 0
12500
365
5000 作业地址空间
15000
内存空间
把在装入时对目标程 序中指令和数据地址的 修改过程称为重定位。
地址变换通常在进程装入 时依次完成的，以后不再改 变，静态重定位。
4.2 程序的装入和链接
将一个用户源程序变为内存中的一个可执行程序，通常 有以下几个步骤：
编译，由编译程序(Compiler)将用户源代码编译成若干 个目标模块(Object Module)；
链接，由链接程序(Linker)将编译后形成的一组目标模 块，以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完 整的装入模块(Load Module)；
4.1.2 主存储器与寄存器
1．主存储器
简称内存或主存，用于保存进程运行时的程序和数据。
CPU的控制部件只能从主存储器中取得指令和数据，数 据能够从主存储器读取并将它们装入到寄存器中，或者 从寄存器存入到主存储器。 CPU与外围设备交换的信息一般也依托于主存储器地址 空间。由于主存储器的访问速度远低于CPU执行指令的 速度，为缓和这一矛盾，在计算机系统中引入了寄存器 和高速缓存。
汤小丹计算机操作系统官方通用课件第四版计算机操作系统 通用课件
THANK YOU
感谢观看
避免死锁、检测并恢复 死锁、预防死锁。
按顺序申请资源、请求 和持有、预先分配、静 态重分配。
检测死锁、停止进程、 撤销进程、恢复进程。
避免“请求和持有”、 避免“不剥夺”。
03
内存管理
内存的基本概念
内存
01
计算机中重要的硬件资源之一，用于存储运行中的程
序和数据。
内存种类
02 RAM、ROM、Cache等。
设备管理主要是对计算机设备进行管理，包括设备的分配、使 用、维护等。
02
进程管理
进程的基本概念
1 2
进程
程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系 统进行资源分配和调度的基本单位。
进程的特征
独立性、并发性、异步性、结构特征。
3
进程的状态
就绪状态、等待状态、运行状态、结束状态。
进程的创建和终止
进程的创建
内存共享
02
03
内存锁定
多个程序可以共享一些公共的内 存区域，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ实现数据交换和协作 。
一些关键数据和代码可以被锁定 在内存中，防止被其他程序修改 或破坏。
04
文件系统
文件的基本概念
文件
文件是计算机中存储信息的单位，由数据项、 数据格式和数据结构组成。
文件类型
根据使用需求和存储内容，文件可分为文本文 件、二进制文件、图像文件等。
01
02
03
虚拟内存
通过将内存分为多个逻辑 分区，实现了一种类似于 硬盘的内存管理方式。
页面置换算法
当内存空间不足时，操作 系统会将一些不常用的页 面置换到硬盘上，以释放 内存空间。
页面调度
计算机操作系统第四版 汤小丹 教案
利用率显著降低。图1-5示出了单道程序的运行情况，从图
可以看出：在t2～t3、t6～t7时间间隔内CPU空闲。
18
第一章
操作系统引论
图1-5 单道程序的运行情况
19
第一章
操作系统引论
1.2.3 多道批处理系统(Multiprogrammed Batch
Processing System) 1. 多道程序设计的基本概念 为了进一步提高资源的利用率和系统吞吐量，在20世纪 60年代中期引入了多道程序设计技术，由此形成了多道批处
(1) 人—机交互。 (2) 共享主机。
26
第一章
操作系统引论
2. 分时系统实现中的关键问题
在多道批处理系统中，用户无法与自己的作业进行交互 的主要原因是：作业都先驻留在外存上，即使以后被调入内 存，也要经过较长时间的等待后方能运行，用户无法与自己 的作业进行交互。
1) 及时接收
2) 及时处理
27
理接口的实现细节有充分的了解，这就致使该物理机器难于
广泛使用。为了方便用户使用I/O设备，人们在裸机上覆盖 上一层I/O设备管理软件，如图1-2所示，由它来实现对I/O设 备操作的细节，并向上将I/O设备抽象为一组数据结构以及 一组I/O操作命令，如read和write命令，这样用户即可利用这 些数据结构及操作命令来进行数据输入或输出，而无需关心 I/O是如何具体实现的。
9
第一章
操作系统引论
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
10
第一章
操作系统引论
1.1.3 推动操作系统发展的主要动力
1．不断提高计算机资源利用率 2. 方便用户 3. 器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展
计算机操作系统第四版-汤小丹-教案
Leabharlann 图1-6 多道程序的运行情况
2. 多道批处理系统的优缺点 多道批处理系统的优缺点如下： (1) 资源利用率高。引入多道批处理能使多道程序交替 运行，以保持CPU处于忙碌状态；在内存中装入多道程序可 提高内存的利用率；此外还可以提高I/O设备的利用率。 (2) 系统吞吐量大。能提高系统吞吐量的主要原因可归 结为：① CPU和其它资源保持“忙碌”状态；② 仅当作业 完成时或运行不下去时才进行切换，系统开销小。
图1-4 单道批处理系统的处理流程
2. 单道批处理系统的缺点 单道批处理系统最主要的缺点是，系统中的资源得不到 充分的利用。这是因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序 在运行中发出I/O请求后，CPU便处于等待状态，必须在其 I/O完成后才继续运行。又因I/O设备的低速性，更使CPU的 利用率显著降低。图1-5示出了单道程序的运行情况，从图 可以看出：在t2～t3、t6～t7时间间隔内CPU空闲。
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
1.1.3 推动操作系统发展的主要动力 1．不断提高计算机资源利用率 2. 方便用户 3. 器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展 5. 不断提出新的应用需求
1.2 操作系统的发展过程
在20世纪50年代中期，出现了第一个简单的批处理OS； 60年代中期开发出多道程序批处理系统；不久又推出分时系 统，与此同时，用于工业和武器控制的实时OS也相继问世。 20世纪70到90年代，是VLSI和计算机体系结构大发展的年代， 导致了微型机、多处理机和计算机网络的诞生和发展，与此 相应地，也相继开发出了微机OS、多处理机OS和网络OS， 并得到极为迅猛的发展。
目录
第一章 操作系统引论 第二章 进程的描述与控制 第三章 处理机调度与死锁 第四章 存储器管理 第五章 虚拟存储器 第六章 输入输出系统 第七章 文件管理 第八章 磁盘存储器的管理 第九章 操作系统接口 第十章 多处理机操作系统 第十一章 多媒体操作系统 第十二章 保护和安全
2. 多道批处理系统的优缺点 多道批处理系统的优缺点如下： (1) 资源利用率高。引入多道批处理能使多道程序交替 运行，以保持CPU处于忙碌状态；在内存中装入多道程序可 提高内存的利用率；此外还可以提高I/O设备的利用率。 (2) 系统吞吐量大。能提高系统吞吐量的主要原因可归 结为：① CPU和其它资源保持“忙碌”状态；② 仅当作业 完成时或运行不下去时才进行切换，系统开销小。
图1-4 单道批处理系统的处理流程
2. 单道批处理系统的缺点 单道批处理系统最主要的缺点是，系统中的资源得不到 充分的利用。这是因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序 在运行中发出I/O请求后，CPU便处于等待状态，必须在其 I/O完成后才继续运行。又因I/O设备的低速性，更使CPU的 利用率显著降低。图1-5示出了单道程序的运行情况，从图 可以看出：在t2～t3、t6～t7时间间隔内CPU空闲。
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
1.1.3 推动操作系统发展的主要动力 1．不断提高计算机资源利用率 2. 方便用户 3. 器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展 5. 不断提出新的应用需求
1.2 操作系统的发展过程
在20世纪50年代中期，出现了第一个简单的批处理OS； 60年代中期开发出多道程序批处理系统；不久又推出分时系 统，与此同时，用于工业和武器控制的实时OS也相继问世。 20世纪70到90年代，是VLSI和计算机体系结构大发展的年代， 导致了微型机、多处理机和计算机网络的诞生和发展，与此 相应地，也相继开发出了微机OS、多处理机OS和网络OS， 并得到极为迅猛的发展。
目录
第一章 操作系统引论 第二章 进程的描述与控制 第三章 处理机调度与死锁 第四章 存储器管理 第五章 虚拟存储器 第六章 输入输出系统 第七章 文件管理 第八章 磁盘存储器的管理 第九章 操作系统接口 第十章 多处理机操作系统 第十一章 多媒体操作系统 第十二章 保护和安全
计算机操作系统第四 汤小丹 官方PPT课件
第22页/共86页
1.2.4 分时系统(Time Sharing System) 1. 分时系统的引入 如果说推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是提高资源利用率
和系统吞吐量，那么，推动分时系统形成和发展的主要动力，则是为了满 足用户对人—机交互的需求，由此形成了一种新型OS。用户的需求具体 表现在以下几个方面：
3. 多用户多任务操作系统 多用户多任务操作系统的含义是，允许多个用户通过各自的终端，使 用同一台机器，共享主机系统中的各种资源，而每个用户程序又可进一步 分为几个任务，使它们能并发执行，从而可进一步提高资源利用率和系统 吞吐量。在大、中和小型机中所配置的大多是多用户多任务操作系统，而 在32位微机上，也有不少配置的是多用户多任务操作系统，其中最有代表 性的是UNIX OS。
1.1 操作系统Байду номын сангаас目标和作用
操作系统的目标与应用环境有关。例如在查询系统中所用的OS，希 望能提供良好的人—机交互性；对于应用于工 业控制、武器控制以及多媒体环境下的OS，要求其具有实 时性；而对于微机上配置的OS，则更看重的是其使用的方 便性。
第1页/共86页
1.1.1 操作系统的目标 1. 方便性 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性
第11页/共86页
• 图1-3 脱机I/O示意图 第12页/共86页
1.2.2 单道批处理系统 1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过
程 为实现对作业的连续处理，需要先把一批作业以脱机方式输入到磁带
上，并在系统中配上监督程序(Monitor)，在它的控制下，使这批作业能 一个接一个地连续处理。
第17页/共86页
• 图1-6 多道程序的运行情况 第18页/共86页
1.2.4 分时系统(Time Sharing System) 1. 分时系统的引入 如果说推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是提高资源利用率
和系统吞吐量，那么，推动分时系统形成和发展的主要动力，则是为了满 足用户对人—机交互的需求，由此形成了一种新型OS。用户的需求具体 表现在以下几个方面：
3. 多用户多任务操作系统 多用户多任务操作系统的含义是，允许多个用户通过各自的终端，使 用同一台机器，共享主机系统中的各种资源，而每个用户程序又可进一步 分为几个任务，使它们能并发执行，从而可进一步提高资源利用率和系统 吞吐量。在大、中和小型机中所配置的大多是多用户多任务操作系统，而 在32位微机上，也有不少配置的是多用户多任务操作系统，其中最有代表 性的是UNIX OS。
1.1 操作系统Байду номын сангаас目标和作用
操作系统的目标与应用环境有关。例如在查询系统中所用的OS，希 望能提供良好的人—机交互性；对于应用于工 业控制、武器控制以及多媒体环境下的OS，要求其具有实 时性；而对于微机上配置的OS，则更看重的是其使用的方 便性。
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1.1.1 操作系统的目标 1. 方便性 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性
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• 图1-3 脱机I/O示意图 第12页/共86页
1.2.2 单道批处理系统 1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过
程 为实现对作业的连续处理，需要先把一批作业以脱机方式输入到磁带
上，并在系统中配上监督程序(Monitor)，在它的控制下，使这批作业能 一个接一个地连续处理。
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• 图1-6 多道程序的运行情况 第18页/共86页
2024年度-计算机操作系统汤小丹ppt学习教案
进程同步的实现方法
包括信号量机制、消息传递机制、管程等，这些方法可以 提供进程间的同步和通信功能。
信号量机制的实现原理
信号量是一个整型变量，用于表示可用资源的数量。通过 对信号量的操作（P操作和V操作），可以实现进程的同步 和互斥。
32
死锁的概念、产生条件及预防策略
死锁的概念
死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，若无外 力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。
4
操作系统的发展历程
01
02
03
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 户直接通过机器语言与计 算机进行交互。
出现了初级的操作系统， 能够自动处理成批的任务 。
多个用户可以同时使用计 算机，每个用户都感觉自 己独占计算机资源。
操作系统能够及时处理各 种实时任务，保证系统的 实时性。
段式存储的基本概念
将进程划分为若干个段，以段为单位进行内 存分配。
地址变换机构
实现逻辑地址到物理地址的转换。
段表
记录进程各段的起始地址和长度等信息。
段式存储管理的优缺点
优点是满足程序模块化需求，缺点是内存利 用率较低。
16
虚拟内存技术及应用
虚拟内存的基本概念
利用外存空间模拟扩大内存空间的技术。
请求分页管理
优点是实现简单，缺点是内存碎片问题严重 。
14
页式存储管理方案
页式存储的基本概念
将内存和进程都划分为相同大小的页，以页为单位进行内存分配。
页表
记录进程逻辑页与内存物理页之间的映射关系。
地址变换机构
包括信号量机制、消息传递机制、管程等，这些方法可以 提供进程间的同步和通信功能。
信号量机制的实现原理
信号量是一个整型变量，用于表示可用资源的数量。通过 对信号量的操作（P操作和V操作），可以实现进程的同步 和互斥。
32
死锁的概念、产生条件及预防策略
死锁的概念
死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，若无外 力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。
4
操作系统的发展历程
01
02
03
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 户直接通过机器语言与计 算机进行交互。
出现了初级的操作系统， 能够自动处理成批的任务 。
多个用户可以同时使用计 算机，每个用户都感觉自 己独占计算机资源。
操作系统能够及时处理各 种实时任务，保证系统的 实时性。
段式存储的基本概念
将进程划分为若干个段，以段为单位进行内 存分配。
地址变换机构
实现逻辑地址到物理地址的转换。
段表
记录进程各段的起始地址和长度等信息。
段式存储管理的优缺点
优点是满足程序模块化需求，缺点是内存利 用率较低。
16
虚拟内存技术及应用
虚拟内存的基本概念
利用外存空间模拟扩大内存空间的技术。
请求分页管理
优点是实现简单，缺点是内存碎片问题严重 。
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页式存储管理方案
页式存储的基本概念
将内存和进程都划分为相同大小的页，以页为单位进行内存分配。
页表
记录进程逻辑页与内存物理页之间的映射关系。
地址变换机构
汤小丹计算机操作系统官方第四PPT课件
页面置换算法
FIFO（先进先出）算法
选择最早进入内存的页面进行置换。
LRU（最近最少使用）算法
选择最近一段时间内最久未使用的页面进行 置换。
OPT（最佳）算法
选择将来最久不会被访问的页面进行置换， 需要预知未来的页面访问序列。
04
文件系统
文件的概念与类型
文件的基本概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作 系统进行数据管理的基本单位。
06
操作系统安全与保 护
操作系统安全概述
安全威胁的类型
病毒、蠕虫、木马、黑客攻击等。
操作系统安全的重要性
保护系统资源，防止未经授权的访问和破坏 。
安全策略的制定
访问控制、加密、防火墙等。
访问控制技术
访问控制的概念
通过身份认证和权限管理， 控制用户对系统资源的访问 。
访问控制的实现方式
自主访问控制、强制访问控 制、基于角色的访问控制等 。
担。
中断驱动I/O方式
利用中断机制实现CPU与I/O设备的 并行工作，提高CPU的利用率。
通道控制方式
使用通道控制器管理多个I/O设备， 实现更高效的I/O操作。
设备分配技术
独占设备分配
为进程分配独占设备，确保进程对设备的独占性 访问。
共享设备分配
允许多个进程共享同一设备，通过时间片轮转或 优先级调度等方式实现设备的共享访问。
设备访问控制
提供设备访问接口，对用户或 应用程序的设备访问请求进行 控制和管理。
设备性能优化
对设备的性能进行监测和分析 ，提供性能优化建议，提高设 备的运行效率。
I/O控制方式
程序I/O方式
通过程序直接控制I/O操作，适用于简 单的、低速的I/O设备。