《操作系统概论》课件课件

《操作系统概论》串讲主讲：赵守香教授操作系统概论1、基本概念2、基本原理3、基本数据结构4、基本算法5、“以不变应万变”《操作系统概论》教材说明教材说明《操作系统概论》教材在2005年9月改版，新版教材同时启用。因此只有2006年试卷是新版教材的试卷。单项选择题1×15多项选择题2×5填空题1×15简答题4×5综合题10×4《操作系统概论》考试题型《操作系统概论》考试题型1、单项选择题考察内容：基本概念、基本原理的正确理解。例：多道程序设计是指（）A.在实时系统中并发运行多个程序B.在分布式系统中同一时刻运行多个程序C.在一台处理器上同一时刻运行多个程序D.在一台处理器上并发运行多个程序《操作系统概论》考试题型2、多项选择题考察内容：基本概念、基本原理、基本算法的正确理解。例：在下列算法中用于进程调度的算法是（）A.动态优先数法B.单向扫描法C.时间片轮流法D.最近最久未用算法E.最短查找时间优先算法《操作系统概论》考试题型3、填空题考察内容：基本概念、基本原理、基本术语的准确理解和记忆。用教材中的术语来回答问题。例1：允许多个用户以交互式使用计算机的操作系统称为___________。分时系统例2：从使用角度看，外围设备可分为___________设备和___________设备。独占设备，共享设备例3：进程通信是指___________。进程之间交换大量数据《操作系统概论》考试题型4、简答题考察内容：从资源管理的角度，考察资源管理的原理、数据结构、算法的准确理解和记忆。例1：以分页存储管理为例，说明动态地址映射的实现方法。（浙江2006年）例2：简述设备管理的功能。（浙江2006年）例3：为什么进程同步问题中往往还要考虑进程互斥关系，请举例说明之。（全国2000年）《操作系统概论》考试题型5、综合题考察内容：考察资源管理中各种算法的原理、解题过程。要求对于给定的具体问题，通过计算和设计，给出准确的答案。例1：在一个请求分页系统中，假如系统分配给一个作业的物理块数为3，并且此作业的页面走向为2、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2。试用FIFO和LRU两种算法分别计算出程序访问过程中所发生的缺页次数，写出物理块中页号变化过程。在《操作系统概论》课中，这样的算法有七、八个，我们在各章要点讲解中会提醒大家。第1章引论本章特点本章内容以基本概念为主，旨在让学生掌握什么是操作系统，它在整个计算机系统的地位，以及操作系统的功能、分类等基本问题。先让学生对操作系统有一个整体的概念，在后续各章中，再分别具体介绍每一个具体内容。主要知识点1、计算机系统的组成硬件：CPU、存储器、输入输出控制系统、输入输出设备软件：软件的三个类型2、什么是操作系统四个要点3、操作系统的作用三个作用提高效率，便于使用4、操作系统的功能四种资源的管理：处理器、存储器、文件、设备两类接口：程序员接口（系统调用），操作员接口（操作控制命令）主要知识点5、操作系统的基本类型批处理系统分时系统实时系统6、批处理系统的特点提高了资源利用率用户不能直接干预作业的执行7、分时系统的特点允许多个用户同时与系统进行一系列交往交互性和及时性主要知识点8、实时系统的特点两种类型的实时系统实时性和可靠性9、操作系统的发展微机操作系统：文件管理、输入/输出控制、命令的解释网络操作系统：计算机系统之间的通信和资源共享分布式操作系统：客户/服务器模式；统一性，透明性嵌入式操作系统：微型化，实时性。是一个实时性的操作系统主要知识点10、当前流行的操作系统Windows：图形用户界面（GUI）Unix：通用的交互式分时系统。Linux：自由软件注意：单（多）用户、单（多）任务的含义11、处理器的工作状态特权指令的含义，哪些是特权指令管态和目态PSW的内容、作用PSW寄存器的作用主要知识点12、操作系统与用户的接口两类接口：程序员接口和操作员接口程序员接口：系统调用。访管指令和访管中断操作员接口：联机用户的操作控制命令；批处理系统的作业控制语言批处理系统：作业控制说明书第2章进程管理内容特点处理器是计算机系统中最重要的硬件资源，在多道程序设计技术的环境下，由于多个程序的运行竞争CPU资源，使得程序的执行过程表现为断断续续、走走停停，因此我们引入了一个新的概念“进程”，来表示一个程序的一次执行过程。进程是一个非常重要的概念，又是一个很抽象、很难理解的概念，如果对进程的含义不能正确理解的话，就很难理解本章的内容以及第六章内容。主要知识点1、程序的顺序执行程序的执行顺序是由编制的程序决定的无法利用处理器和设备的并行能力2、程序的并行执行发挥处理器和设备的并行能力3、多道程序设计技术充分发挥处理器的使用效率增加单位时间内的算题量（吞吐量）降低完成计算所需的总时间提示：对每一道题来说，时间可能会加长主要知识点4、进程的概念5、引入进程的原因提高资源的利用率正确描述程序的执行情况6、进程的属性动态性多个进程可含有相同的程序并发性三种状态主要知识点7、进程的状态及其转换三种状态的含义进程状态图：有向图导致进程状态转换的原因8、进程控制块（PCB）PCB的作用PCB的内容：四类信息：标识、说明、现场、管理信息9、进程控制原语的概念四个原语：创建、撤消、阻塞、唤醒原语与进程状态之间的关系主要知识点10、进程的队列就绪队列等待队列导致进程状态转换的原因入队与出队，队列管理11、中断和中断处理中断的概念中断的类型：硬件故障、程序、外部、输入/输出、访管强迫性中断和自愿性中断的含义中断响应的过程：几种PSW中断处理：不同类型中断的处理原则主要知识点12、处理器的调度两级调度：作业调度和进程调度与设备管理中的spooling技术结合起来理解作业调度算法设计作业调度算法的原则：公平、平衡资源使用、极大的流量平均周转时间作业调度算法：先来先服务、计算时间短优先、响应比高者优先、优先级调度算法、均衡调度算法。一定要会算题！注意：作业调度的前提条件是资源满足作业的需求。主要知识点13、处理器调度进程调度引起进程切换的原因：四个原因；与进程状态图结合起来学习进程调度算法：先来先服务、最高优先级、时间片轮转决定优先级的因素：紧急程度、等待时间、系统效率等决定时间片大小的因素：响应时间、进程数量。抢占式和非抢占式调度将调度算法与操作系统的类型结合起来强调：先作业调度，再进程调度主要知识点14、线程线程的概念引入线程的原因线程的属性轻型进程的含义进程和线程的根本区别：进程是分配资源的基本单位，线程是调度和执行的基本单位第3章存储管理存储器是计算机系统中另一份非常重要的资源，因为用户的程序和数据必须首先装入内存才能被CPU处理。随着计算机应用系统的复杂，功能越来越强大，计算机程序也变得越来越庞大，而计算机中内存的容量是有限的，加上采用多道程序设计技术，如何在有限的内存中同时存放多个应用程序，并能够互不影响，成了操作系统要解决的重要问题。内容特点1、存储器的层次寄存器：存储一个字长的信息指令寄存器通用寄存器控制寄存器：PSW、界限寄存器、基址寄存器存放当前正在运行程序的临时信息。无分配问题主存储器和高速缓冲存储器系统区和用户区对用户区进行管理辅助存储器主要知识点2、存储管理的功能主存空间的分配与回收主存空间的共享与保护地址转换主存空间的扩充主要知识点3、地址重定位主存的存储单元用户程序中的地址绝对地址和逻辑地址重定位的含义静态重定位的特点动态重定位的特点动态重定位的硬件支持主要知识点4、单用户连续存储管理基本原理：内存中只有一个用户程序内存保护：界限寄存器分时系统中的对换技术（swapping）地址重定位方式：静态重定位主要知识点5、固定分区存储管理基本原理：预先划分分区内存空间的分配和回收：分区说明表的内容地址转换：静态重定位存储保护：下限寄存器和上限寄存器地址越界中断提高内存利用率的措施按统计规律划分分区按大小排列，低地址是较小的分区按作业需求量排成多个队列主要知识点主要知识点6、可变分区存储管理基本原理：按作业实际大小划分分区内存空间的分配和回收空闲区表分配算法：最先适应、最优适应、最坏适应每一种算法的优、缺点碎片问题空闲区表的结构与分配算法之间的关系内存回收算法：如何判断两个分区相邻？主要知识点6、可变分区存储管理地址转换动态地址重定位硬件支持：基址寄存器和限长寄存器存储保护基址寄存器内容=绝对地址=限长寄存器内容地址越界中断移动技术移动技术的目的移动技术存在的问题主要知识点7、页式存储管理基本原理：块和页的含义逻辑地址构成：页号+页内地址注意：这是一维地址，高位为页号内存空间的分配与回收位示图块号、字号、位号、字长之间的关系地址变换页表的结构。动态地址变换机构快表，高速缓冲存储器地址变换的过程。能够算题。页的共享与保护例题在页式存储管理中，页的大小为1024B，页表如下所示。块号标志位508131110请问：1.逻辑地址为041A（H）的物理地址是多少？2.当访问逻辑地址为0521（H）的数据时，是否会发生缺页中断？答案及分析页表中标志位的含义：标志该页是否已在内存标志位为“0”，不在内存标志位为“1”，已在内存逻辑地址转变为物理地址的过程计算逻辑地址中的页号和页内地址根据页号查页表，得到内存块号物理地址=块号+页内地址焦点问题：如何计算页号和页内地址？答案及分析因为页的大小为1024B，210=1024，所以页号占10位。041A（H）=（0000010000011010）2，低位10位为页内地址，高位为页号，页号为1根据页表得知：块号为8物理地址为：（0010000000011010）2=201A（H）同理：0521（H）=0000010100100001页号为1，块号为8，该页标志位为1，说明该页已在内存，不会发生缺页中断主要知识点8、页式虚拟存储管理虚拟存储器的含义决定虚拟存储器大小的因素：地址结构，辅助存储器基本原理页表增加的内容标志位，磁盘上的位置缺页中断缺页中断的处理过程主要知识点8、页式虚拟存储管理页面调度抖动或颠簸页面调度的算法：FIFO，LRU，LFU能够算题。注意：LRU、LFU的区别。多级页表二级页表的原理三次访问内存例题在一个请求分页系统中，假如系统分配给一个作业的物理块数为3，并且此作业的页面走向为2、3、2、1、5、2、4、5、3、2、5、2。试用FIFO和LRU两种算法分别计算出程序访问过程中所发生的缺页次数，写出物理块中页号变化过程。答案：（1）FIFO：缺页次数为9（2）LRU：缺页次数为7物理块中页号变化过程见下图FIFO算法232152453252缺页23315244335222315224435231552243√√√√√√√√√231524LRU算法232152453252缺页23315544322222211225333322554555√√√√√√√3124第4章文件管理内容特点文件管理是操作系统对软件资源的管理，也是用户在日常使用操作系统中接触最多、最直接的功能。学习这一章内容时，读者可以结合日常使用计算机的体会去理解文件管理的功能、策略、数据结构和算法。例如，目录的概念大家在学习操作系统之前就已经很熟悉了，但对文件的“按名存取”的实现原理并不了解，如果能够把实际应用与原理结合起来理解，会生动、形象得多！主要知识点1、文件和文件系统文件的概念：“逻辑”概念文件系统文件系统的功能基本功能：实现“按名存取”六个功能文件的分类按用途、按保护级别、按信息流向、按存放时限、按设备类型、按组织方式主要知识点2、文件的存储介质“块”或“物理记录”磁带的存储原理间隙的大小顺序存取磁头的当前位置磁盘的存储原理物理地址：柱面号、磁头号、扇区号从“0”开始编号主要知识点3、文件的组织文件的逻辑结构无结构的流式文件。UNIX系统有结构的记录式文件记录的主键：唯一确定一个记录的数据项文件的存储结构顺序结构链接结构索引结构主要知识点3、文件的组织文件的存取方式顺序存取和随即存取存储结构、存取方式、存储设备之间的关系P73表4-2记录的成组与分解记录的成组与分解例：现有一文件FILE_