《操作系统》课程教案

《操作系统》课程 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 - 1 -第 1 页 共 38 页 《操作系统》课程教案 一、课程概况 课程名称:操作系统 本课程是中央电大、省电大开放教育计算机应用专业的一门专业必修课。 计算机操作系统课是计算机专业的重要课程之一。通过本课程的学习，使学生全面、系统地掌握计算机操作系统的基本概念、基本技术和基本方法;掌握计算机操作系统的组成和各部分的功能;了解计算机操作系统的发展特点、设计的基本原理和方法;对常用操作系统Dos(Windows(Unix)会进行基本的操作使用。 ( 本课程主要内容包括:操作系统引论、进程管理、处理机管理、存储器管理、文件系统、设备管理，中断、死锁等方面的概念和技术方法等。 二、课程教材 文学教材:《操作系统》。孟庆昌主编，中央广播电视大学出版社2000年6月版。 教学内容有: 第一章:操作系统引论 第二章:进程管理 第三章:处理机管理 第四章:存储器管理 第五章:文件系统 第六章:设备管理 第七章:中断和信号机构 第八章:死锁 第九章:现代操作系统技术系统管理 附录A Windows NT简介 附录B Linux系统简介 三、教学特点 1.课程特点:《操作系统》是一门理论性和实践性兼备的课程，其特点是概念多且抽象，涉及面广。 2.教学特点，在面授辅导讲授中，注重由浅入深地对易混淆的概念加以详细说明，对较抽象的概念尽可能联系实际予以讲解。对每章的重点以及系统管理和控制的调度算法技巧作详细介绍。注意培养学生在维护操作系统工作中的分析问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 和解决问题的能力。 四、教学进度 本课程 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 课时为90，5个学分，前修课程为计算机组成原理，C语言(或Pascal语言)程序设计和数据结构等。 考虑到诸多因素，计划授课22学时，具体分配为: 第一章:操作系统 3学时 第二章:进程管理 5学时 第三章:处理机管理 3学时 第四章:存储器管理 3学时 第五章:文件系统 2学时 第六章:设备管理 2学时 - 2 -第 2 页 共 38 页 第七章:中断和信号机构 1学时 第八章:死锁 1学时 第九章:现代操作系统技术系统管理 1学时 总复习 1学时 五、教学难点 教学计划课程体系问题。由于教学计划在课程前后衔接上考虑不周，导致内容前后脱节，1. 留下了知识断层，使得教学缺少必要的基础知识和先修知识的支撑。 2.课程内容安排上的问题。我们现在使用较多的操作系统是DOS或Windows，对一般用户而言较少使用Unix操作系统。学校缺乏条件上机，因此，学生难以接触Unix操作系统，加之，课程本身比较抽象，所以，给教学增加了难度。 3.课程内容选取上的问题。操作系统本身较为抽象，比较神秘，涉及很多概念，且密度大，这些概念极易混淆，增加了理解掌握的难度，所以给辅导带来较大的难度。 六、教学措施 针对上述特点及难点，将采取分散难点，突出重点，对容易混淆的概念进行对比分析，找出异同，分类记忆;对难点避免集中，尽量进行分散，重点举例说明。对前半部分基础知识，花力气和时间弄懂，以便于后面知识的理解。另外，对有关未学的基础知识进行适当的补课，以利于学生顺利学习，最终达到有所收获，有所提高，增加对操作系统的理解与认识，掌握一些程序设计的技巧与技能，能够解决实际工作出现问题的目的。 第一章 操作系统导论 [学习目标] 1.掌握操作系统的定义，操作系统的特征和主要性能。 2.理解操作系统的主要类型，UNIX命令行格式，分时概念。 3.了解操作系统的发展历程，分时和实时操作系统的特点，操作系统的用户界面，操作系统在计算机系统中的地位，主要操作系统产品系列等。 [学习要点] 深入理解、牢固掌握操作系统的概念、功能、主要类型;与其它软件相比，操作系统有什么基本特征等。 1.1 操作系统的形成与发展 一个完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的。硬件是指计算机物理装置本身，如处理器、内存及各种设备等;而软件是相对硬件而言，它是与数据处理系统的操作有关的计算机程序、过程、规则以及相关的文档资料的总称，如Windows98、Windows2000、WindowsNT、UNIX以及WORD等。简单地说，软件是计算机执行的程序。 在所有软件中，操作系统占有特殊的重要地位，它是配置在计算机硬件之上的一层软件。它控制硬件的工作，管理计算机系统的各种资源，并为系统中各个程序的运行提供服务。 1.1.1 什么是操作系统 操作系统的定义: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。 理解操作系统的定义需注意以下几点: 第一、 操作系统是软件，而且是系统软件，也就是说，它由一套程序组成。如:UNIX系统就是一个很大的程序，它由上千个模块组成。 第二、 它的基本职能是控制管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行。 第三、 它提供众多服务，方便用户使用，扩充硬件功能。如:用户使用其提供的命令完成对文件、输入/输入、程序运行等许多方面的控制、管理工作等。 - 3 -第 3 页 共 38 页 1.1. 2 操作系统的主要功能 我们知道，计算机的硬件通常统称为裸机，一台裸机即使有很强的功能，若没有操作系统，就无法使用它。但有了操作系统，它可以把计算机系统中的各种资源(包括硬件资源和软件资源)管理得井井有条。所以，操作系统就好像是系统中的“大管家”，事无巨细，它都过问，替用户进行妥善处理，为用户“服务”。具体地说，它有以下功能: (存储器管理功能 1 主要包括:内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充。 ?内存分配，其主要任务是为每道程序分配一定的内存空间。为此，操作系统必须 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 整个内存的使用情况，处理用户提出的申请，按照某种策略实施分配，接收系统或用户释放的内存空间。 ?地址映射:在多道程序环境中，用户程序中涉及的相对地址与装入内存后实际占用的物理地址不一样。CPU执行用户程序时，要从内存中取出指令或数据，为此就必须把所用的相对地址(或称逻辑地址)转换成内存的物理地址。这就是操作系统的地址映射功能。(也即地址换算、指向功能) ?内存保护:不同用户的程序都放在一个内存中，但必须保证它们在各自的内存空间中活动，不能相互干扰，更不能侵犯操作系统的空间。为此，需建立内存保护机制，即设置两个界限寄存器，分别存放正在执行的程序在内存中的上界地址值和下界地址值。当程序运行时，要对所产生的访问内存的地址进行合法性检查，就是说该地址必须大于或等于下界寄存器的值，并且小于上界寄存器的值。否则，属于地址越界，将发生中断并进行相应处理。 ?内存扩充，由于系统内存容量有限，且不能随意扩充，而用户程序对内存的需求越来越大，这样就出现各用户对内存“求大于供”的局面。由于物理上扩充内存受到某些限制，就采取逻辑上扩充内存的方法，也就是“虚拟存储技术”。即就是把一个程序当前正在使用的部分(不是全体)放在内存，而其余部分放在磁盘上。 (处理机管理功能 2 其功能包括:作业和进程调度，进程控制和进程通信。 ?作业和进程调度 一个作业通常要经过两级调度才能得以在CPU上执行。首先是作业调度，它把选中的一批作业放入内存，并分配其它必要资源，为这些作业建立相应的进程。然后进程调度按一定的算法从就绪进程中选出一个合适进程，使之在CPU上运行。 ?进程控制 进程是系统中活动的实体。进程控制包括创建进程，撤消进程、封锁进程、唤醒进程等。 ?进程通信 多个进程在活动过程中彼此间发生的相互依赖或者相互制约的关系。 3(设备管理功能 主要包括:缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性。 ?缓冲区管理的目的是解决CPU和外设速度不匹配的矛盾，从而使它们能充分并行工作，提高各自的利用率。 ?设备分配。根据用户的I/O请求和相应的分配策略，为该用户分配外部设备以及通道、控制器等。 ?设备驱动。实现CPU与通道和外设之间的通信。 ?设备无关性。又称设备独立性，即用户编写的程序与实际使用的物理设备无关，由操作系统把用户程序中使用的逻辑设备映射到物理设备。 4( 文件管理功能 其功能包括:文件存储空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和 - 4 -第 4 页 共 38 页 存取控制。 ?文件存储空间的管理。为新文件分配必要的外存空间，提高外存的利用率。 ?文件操作的一般管理。包括文件的创建、删除、打开、关闭等。 ?目录管理。包括目录文件的组织、实现用户对文件的“按名存取”，以及目录的快速查询和文件共享等。 ?文件的读写管理和存取控制。 、用户接口 5 现代操作系统，通常向用户提供三种类型的界面。 (1)命令界面——在提示符之后用户从键盘上输入命令，系统提供相应服务。如同DOS的界面。 程序界面——也称系统调用界面，用户在自己的程序中使用系统调用，从而获得系统更(2) 基层的服务; (3)图形界面——用户利用鼠标、窗口、菜单、图标等图形用户界面工具，可以直观、方便、有效地使用系统服务和各种应用程序及实用工具。如同WINDOWS的界面。 1.1.3 操作系统的地位 硬件是软件建立与活动的基础，而软件是对硬件功能的扩充。没有硬件，就失去了计算机系统的物理基础，软件也就无法存在了。反之，若只有硬件而没有软件，则硬件就像一堆废物。 通常将软件分为三类:应用软件、支撑软件和系统软件。 应用软件是为解决某一类应用需要或某个特定问题而设计的程序，如图形软件、财务软件、软件包等。 支撑软件是辅助软件技术人员从事开发工作的软件，如各种开发工具等，所以又称为工具软件。 系统软件是对计算机系统的资源进行控制、管理，并为用户使用和其他程序的运行提供服务，包括操作系统、编译程序、汇编程序、连接装配程序、数据库管理系统、网络软件等。 计算机系统中硬件和软件及其软件之间的层次节构组织，见教材P7图1-1计算机系统的层次关系。 1. 1.4 操作系统的发展历程 1.手工操作阶段 从第一台计算机诞生起到50年代末，计算机没有操作系统，是为第一代。其特点是需要‘人工干预’，其缺点是浪费资源、使用不便。 2. 早期批处理阶段 早期的批处理分为联机处理和脱机批处理两种类型 (1)早期联机批处理:作业处理是成批进行的，并且在内存中总是只保留一道作业(故 名单道批处理)。同时作业的输入、调入内存以及结果输出都在CPU直接控制下进行。 (2) 早期脱机批处理 为克服早期批处理的缺点，在主机之外另设小型卫星机，它专门负责输入/输出工作，主机专门完成快速计算任务，从而两者可以并行操作。由于I/O不受 主机直接控制，所以称作“脱机”批处理。早期脱机批处理机模型见教材P9图1-2。 3. 多道批处理系统 多道程序设计的基本思想是:在内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替的执行，这些作业共享CPU和系统中的其他资源。 有关多道程序与单道程序运行情况见教材P9示意图1-3。 与单道程序运行情况相比，可以看出“两道程序运行系统资源(CPU、内存、 设备等)利用率提高了;在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量(称为系统吞吐量)也增加了。 从上述例子中，可以应该看到，由一道程序执行到两道程序执行产生了“质“的飞跃，而 - 5 -第 5 页 共 38 页 两道到更多道程序的执行却仅仅是“量”的变化。 4. 操作系统的发展 多道批处理系统缺少人机交互能力，因此用户使用不便。为解决这一问题人们开发出分时系统 。 为了满足某些应用领域内对实时(表示“及时”或“即时”)处理的需求，人们开发出实时系统，它有3种典型的应用形式，即:过程控制系统，信息查询系统和事务处理系统等。 近些年来又发展了个人机系统，网络操作处理系统，分布式操作系统以及多处理器操作系统等。 操作系统发展历程见教材P11小结。 .2 操作系统的特征和体系结构 1 1.2.1 操作系统的特征 操作系统作为一类系统软件有其基本特征:并存、共享和异常性。 1.并发 并发性是指两个或多个活动在同一给定时间间隔中进行，这是一个宏观上的概念。对CPU而言，从微观上看是多个进程交替使用CPU;而对用户而言，则好象同时都在使用计算机。 2.共享 共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。对资源共享包括内存、CPU、外存等。 3.异步性 在多道程序环境下，各程序的执行过程有着“走走停停”的性质。另外，同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行都应获得同样的结果。这是操作系统所具有的异步性。 1.2.2 操作系统的体系结构 一般说来，操作系统有如下三种结构:单块结构，层次结构，微内核结构。 1.单块式结构 模块:就是完成一定功能的程序，它是构成软件的基本单位。 操作系统中有大量的模块，早期的操作系统多数都采用这种体系结构，这种结构其实是没有结构的，各组成单位密切联系，好似“铁板一样”，顾名单块式结构。 2.层次结构 层次结构操作系统的设计思想是:按照操作系统各模块的功能和相互依存关系，把系统中的模块分为若干层，其中任一层模块(除底层模块外)都建立在它下面一层的基础上。因而，任一层模块只能调用比它低的层中的模块，而不能调用高层的模块。 著名的UNIX系统的核心层就是采用层次结构。如教材P13图1-5所示。 3.微内核结构 它是新一代操作系统采用的结构，其基本思想是把所有操作系统基本上都具有的那些操作放在内核中，而操作系统的其它功能由内核之外的服务器实现。详见第九章。 1.3 操作系统的类型和主要产品 根据操作系统的功能、使用环境、配置规模等，一般可分为以下几种类型:多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络操作系统和分布式操作系统。 1. 3.1 多道批处理系统 在这种系统中，把用户的计算任务按“作业”(JOB)进行管理。 所谓作业(本课程最重要的概念之一)，是用户定义的，由计算机完成的工作单位。它通常包括一组计算机程序、文件和对操作系统的控制语句。 逻辑上，一个作业由若干有序的步骤组成。由作业控制语句明确标识的计算机程序执行过程为作业步，多道批处理系统有两个特点:“多道”和“成批”。 - 6 -第 6 页 共 38 页 “多道”是内存中存放多个作业，并在外存上存放大量的后备作业。 “成批”是在系统运行过程中不允许用户和计算机之间发生交互作用。 其主要优点:1. 系统资源利用率高;2. 系统吞吐量大。也存在明显的缺点:1. 用户作业的等待时间长; 2.没有交互能力，用户无法干预作业运行。 1.3.2 分时系统 .分时概念和分时系统的实现方法。 1 所谓分时，就是对时间的共享。 分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。它是通过系统软件实现的。 共享的时间单位称为时间片。它往往是很短的，如几十毫秒，因不同系统针对不同档次的机型而有所不同。 这种分时的实现，需要有中断机构和时钟系统的支持，利用时钟系统把CPU时间分成一个一个的时间片，操作系统轮流地把每个时间片分给各个并发程序，每道程序一次只能运行一个时间片。当时间片计数到时后，产生一个时钟中断，控制转向操作系统。操作系统选择另一道程序并分给它时间片，让其投入运行，如此循环反复。 2.分时系统的特征和优点 分时系统的基本特征可概括为四点: (1)同时性:若干用户同时上机使用计算机系统; (2)交互性:用户能方便地与系统进行人—机对话; (3)独立性:系统中各用户可以彼此独立地操作，互不干扰或破坏; (4)及时性:用户能在很短时间内得到系统的响应。 优点: (1)为用户提供了友好的接口; (2)促进了计算机普遍使用，为多个终端服务; (3)便于资源共享和交换信息。 1 .3 .3 实时系统 .实时系统的引入 1 在计算机的某些应用领域内，要求对实时采样数据进行及时(立即)处理并做出相应的反映，如果超出限定的时间就可能丢失信息或影响到下一批信息的处理。这种信息是专用的，它对实时响应的要求是批处理系统和分时系统无法满足的，于是人们引入实时系统，例如卫星发射，民航定票系统等。 实时系统有三种典型应用形式，这就是过程控制系统，信息查询系统和事务处理系统。 2.实时系统与分时系统的区别主要是: 第一，分时系统具有较强的交互作用;而实时系统的交互能力较差。 第二，分时系统对响应时间是以人们能接受的等待时间为依据;而实时系统对响应时间一般有严格的要求。 第三，虽然分时系统要求系统可靠，但实时系统要求更高。 1.3.4个人机系统 对于个人机(PC机)系统大家并不陌生，基本都用过DOS、WINDOWS系统。现在流行个人机运行着两类个人机操作系统——单用户操作系统和多用户操作系统。 1. 单用户操作系统 主要有MS-DOS，OS/2，WINDOWS95，WINDOWS98，WINDOWNT等，其特征: (1)个人使用; (2)界面友好; (3)管理方便; (4)适于普及。 - 7 -第 7 页 共 38 页 2.多用户操作系统 最主要的是UNIX系统以及各种类UNIX系统。多用户系统除了具有界面友好，管理方便和适于普及等特征外，还具有多用户使用，可移植性良好，功能强大，通信能力强等优点。 1.3.5 网络操作系统 为了实现异地计算机之间的通信和资源共享，可以将分布在各处的计算机和终端设备通过数据通信系统联结在一起，构成一个系统，这就是计算机网络。 计算机网络的两大支柱——计算机技术和通信技术。 计算机网络具有如下特征: 1.分布性:网上的结点机可以位于不同地点，各自执行自己的任务; 2.自治性:网上的每台计算机都有自己的内存、I/O设备和操作系统，能够独立地完成自己的任务; .互连性:利用互连网络把不同地点的资源在物理上和逻辑上连接在一起; 3 4.可见性:计算机网络中的资源对用户是可见的。 网络系统的功能是实现网络通信、资源共享和保护，以及提供网络服务和网络接口等。 1.3.6 分布式操作系统 分布式系统有效地解决了地域分布很广的若干计算机系统间的资源共享/并行工作、信息传输和数据保护等问题。其特征如下: 1.分布式处理:就是资源、功能、任务及控制等都是分散在各个处理单元上的。实际上，用户并不知道自己的程序是在哪台机器上运行，也不知道他们的文件是存放在什么地方; 2.模块化结构:是一组物理上分散的计算机站; 3.利用信息通信:利用共享的通信系统来传递信息; 4.实施整体控制:整个分布式系统有一个高层操作系统对各个分布的资源进行统一的整体控制。所以，在用户看来，分布式系统就如同传统的单CPU系统，而实际上它由众多处理器组成，每一个处理机上都运行该操作系统的一个拷贝。 分布式操作系统所涉及的问题远远多于以往的操作系统，归纳起来具有以下特点: .透明性:使用户觉得此系统就是老式的单CPU分时系统; 1 2.灵活性:可根据用户需求，方便地对系统进行修改或扩充; 3.可靠性:若系统中某个机器不能工作，那么有另外的机器代替它; 4.高性能:执行速度快，响应及时，资源利用率高; 5.可扩充性:可根据使用环境的需要，方便地扩充或缩减规模; 1. 3. 7操作系统的主要产品系列 主要的流行操作系统有: 1(DOS DOS各版本的功能特点见教材P22，表1-1 DOS操作系统由引导程序和三个程序模块组成，分别是的: (1) DOS-BIOS模块，其文件名是IBMDOS.COM，它是基本的输入输出系统管理模块。 (2) DOS-Kernel模块，其文件名是IBMDOS.COM它是文件管理和系统调用模块，是DOS的内核。 3 DOS-shell模块，其文件名是:COMMAND.COM，它是命令处理程序模块，是用户与DOS之间的直接界面。 2(MS WINDOWS WINDOWS具有三大优点，图形用户界面，多任务处理以及设备无关性。 MSWINDOWS的主要版本见教材P23表1-2 3(OS/2 1987年4月IBM公司在PC机的基础上开发的功能更强的16位第二代个人机系统PS/2，同 - 8 -第 8 页 共 38 页 时发表了与Microsoft公司在MS-DOS的基础上联合开发出的第二代个人机操作系统OS/2。 4.UNIX UNIX操作系统是当代最有代表性的多用户多任务分时系统。 其发展演变过程见教材P25图1-8。 UNIX从诞生至今已有30年的历史，其主要特点有以下几点: ?可移植性好，是唯一能在微机工作站、小型机到大型机上都能运行的操作系统; ?有良好的用户界面，包括系统调用shell命令和图形用户界面; ?树形分级结构的文件系统; ?字符流式文件; ?丰富的核外系统程序，提供完备的程序设计环境; ?设计思想先进，核心精干; ?提供了管道机制; ?提供电子邮件和对网络通信的有力支持; ?是Internet网上站点主机的主流操作系统; ?系统安全。 1.4操作系统的用户界面 现代操作系统通常为用户提供三种使用界面。即:命令界面、图形界面和系统调用界面。 教材P26图1-9为三种界面在系统中的位置。 1.4.1命令界面 命令界面:在提示符之后用户从键盘上输入命令，系统提供相应的服务。 1.注册和退出系统 例如:login: 用户输入自己的注册名。 退出系统的方法有两种: (1) 在$提示符后，输入命令exit; 2) 在$提示符后，按ctrl+D。 ( 2.UNIX命令的格式。 命令是用户发给系统的命令。 UNIX命令解释程序(即shell)接收并解释这些命令，然后把它们传递给UNIX操作系统内部的程序，执行相应的功能。这是UNIX系统与用户的交互界面。 UNIX命令行的一般格式是: 命令名 [选项] [参数] 其中，命令名是命令的名称，可以是UNIX系统提供的命令，也可以是应用程序名。命令名都是由小写英文字母组成。 选项是一种标志，用来扩展命令的功能或特性。选项往往是由一个一个的英文字母，在字母前面有一个连字符“—”。如果在一个命令行上出现多个选项，各选项字符可以连在一起，如ls—la。 参数是命令的自变量，表示命令将要处理的对象如文件名，参数值等，参数可有可无，可以有一个或者多个。 在命令行中，命令名，选项和参数之间必须用空格或制表符(tab键)隔开。 例如:以下是LS命令几种不同的使用形式: $Ls无选项，无参数 $Ls -l/usr 有一个选项，一个参数 $Ls -la/usr/meng 有两个选项，一个参数 $Ls -l dir1 dir2 有一个选项，两个参数 - 9 -第 9 页 共 38 页 3(简单命令 (1) Who 命令——显示当前已登录到系统的所有用户名，所有终端名和登录到系统的时间。 (2) Date命令——显示系统当前的日期和时间。 (3) Cal 命令——显示出日历 (4) Pwd 命令——显示当前工作目录的全路经名。 5) Ls 命令——列出目录的内容。 ( 1.4.2图形界面 1.图形界面:用户利用鼠标、窗口、菜单、图标等图形用户界面工具，可以直观，方便，有效地使用系统服务和各应用程序及实用工具。 其桌面系统的组成和使用方法类似于WINDOW操作系统。 2.其中使用的术语有: (1).图标(LCOM) (2).窗口(WINDOWS) (3).菜单(Menu) (4).指示器(Pointer) 3.使用鼠标的方式 有三种:1、单击;2、双击;3、拖动 4.使用菜单(类似于Windows) 5.使用图标 6.使用窗口 1.4.3系统调用 系统调用界面:用户在自己的C程序中使用系统调用，从而获得系统更基层的服务。系统提供了不同的处理机执行状态，通常分为系统态(也称做管理态)和用户态两种。 1、系统态:当操作系统程序执行时，处理机处于系统态。 2、用户态:用户程序在用户态下执行。 用户程序要想得到操作系统的服务，必须使用系统调用(或机器提供的特定指令)，它们能改变处理机的执行状态:从用户态变为系统态。系统调用是操作系统内核与用户程序、应用程序之间的接口，在UNIX系统上，系统调用以C函数的形式出现。所用内核之外的程序都必须经由系统调用才能获得操作系统的服务。 系统调用只能在C程序中使用，不能作为命令在终端上输入并执行。 由于系统调用能直接进入内核执行，所以其执行效率很高。 UNIX的系统调用有几十个。其形式类似于C函数。 本章小结: 操作系统是由一系列程序模块组成的，它的基本功能是资源管理和方便用户:它管理处理机、内存、I/O设备和文件，提供用户接口。 操作系统发展40年来，主要有两个目的:第一，为程序开发和执行提供一个方便的环境;第二，为保证计算机系统顺利执行，操作系统对各个计算机活动进行调度。 操作系统的形成和发展是与计算机硬件发展密切相关的。 最初的手工操作既费力又浪费机时，随着CPU的速度越来越快，它与机械设备在速度上越来越不匹配。由此推动了批处理系统的产生。以后出现了通道和中断机构，又推动了多道程序系统的产生。以后相继出现了多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络系统和分布式系统。反过来，操作系统的发展对硬件也是提出了更高的要求。 操作系统这类系统软件有自己的基本特征，这就是:并发、共享和异步性。 操作系统提供大量的服务，在最低层是系统调用，它允许正在运行的程序直接得到操作系 - 10 -第 10 页 共 38 页 统的服务;在较高层，命令解释程序为用户提供请求服务的机制，而不必编写程序。 操作系统分为不同档次，同档次也有不同产品，它们各有特色。 本章可按下述线索掌握有关概念和知识: 计算机系统——?操作系统——?操作系统的组成——?操作系统的功能(作用)——? ?操作系统的类型 ——?操作系统的特点——?操作系统的基本操作系统的发展历程—— 特征等。 作业:教材P34 自测题 1，6，7，8，9，10。 第二章 进程管理 [学习目标] 1.掌握进程的定义，临界区概念，进程的状态及其变化，进程的同步与互斥。 2.理解多道程序设计的概念，进程的组成，进程管理的基本命令，信号量和PV操作及其应 用。 3.了解进程间的通信 [学习要点] 本章的重点在于建立进程的概念，深入理解进程动态性以及进程间的相互作用。程序是静态的，进程是动态的。进程有不同的状态，在一定的条件下发生状态变迁，每个进程有惟一的进程控制块(PCB)，PCB是进程存在的惟一标志。进程之间存在同步和互斥的关系。为保证系统活动的正确进行，系统提供了同步机制，如锁机制和信号量、PV操作原语等。系统中有些资源每次只能由一个进程使用，多个进程必须互斥地使用这类临界资源。 2.1进程概念 .1.1 程序的顺序执行 2 顺序程序活动有三个主要特点: (1) 程序所规定的动作在机器上严格地按顺序执行。 (2) 只有程序本身的动作才能改变程序的运行环境。 (3) 程序的执行结果与程序运行的速度无关。 上述特点概括起来就是程序封闭性和可再现性。所谓封闭性就是指程序一旦运行起来，其计算结果仅取决于程序本身;除了人为地改变运行状态或机器出现故障外，没有别的因素能影响程序运行的过程。所谓可再现性就是当机器在同一数据集上重复执行同一程序，每次执行都会得到相同的结果。 程序顺序执行的特征:顺序性、封闭性、可再现性。 2.1.2多道程序设计 多道程序设计是在一台计算机上同时运行两个或更多个程序。从宏观上看，系统中的多个程序都同时得到执行，即程序是并发执行的。多道程序设计具有提高系统资源利用率和增加作业吞吐量的优点。 例:(一个极端化的例子，但能说明问题) 假定有两道作业A和B都在执行，每个作业都是执行一秒钟，然后等待一秒钟，进行数据输入，随后再执行，再等待„„一直重复60次。如果按单道方式，先执行作业A，A作完了再执行B，那么两个作业都运行完，共需要4分钟，CPU的利用率为百分之五十。如果我们采用多道程序技术来执行同样的作业A和B就能大大改进系统性能，作业A先运行，它运行一秒后等待输入。此时让B运行，B运行一秒后等待输入，此时恰好A输入完，可以运行了，„„就这 - 11 -第 11 页 共 38 页 样在CPU上交替地运行A和B，在这种理想的情况下，CPU不空转，其使用率升到百分之百，并且吞吐量也随之增加了。 小结:多道程序设计——多个程序同时在内存并且运行。 多道程序设计的特点:多个程序共享系统资源，多个程序并发执行。 多道程序设计的优点:提高资源利用率，增加系统吞吐量。 2.1.3 程序并发执行时的特征 1.失去封闭性 2.程序与计算不再一一对应 “程序”是指令的有序集合，是“静态”的概念，而“计算”是指令序列在处理机上的执行过程，是“动态”的概念。 在并发执行中，一个共享程序可被多个用户作业调用，从而形成了多个“计算”。 3.并发程序在执行期间可以相互制约。 2.1.4进程的定义 1.进程概念的引入 由于多道程序并发执行时共享系统资源，共同决定这些资源的状态，因此系统中各程序在执行过程中就出现了相互制约的关系，程序的执行出现“走走停停”的新状态。这些都是在程序的动态过程中发生的。而程序本身是机器能够翻译或执行的一组动作或指令，是静止的。因此，用程序这个静态概念已不能如实反映程序并发执行过程中的这些特征。为此，人们引入“进程”(Process)这一概念来描述程序动态执行过程的性质。 2.进程的定义 进程最基本的属性是动态性和并发性。 进程定义为:程序在并发环境中的执行过程。 进程和程序是两个完全不同的概念，但又有密切的联系。它们的主要区别是: (1)程序是静态概念，本身可以作为一种软件资源长期保存着;而进程则是程序的一次执行过程。它是动态概念，有一事实上的生命期，是动态地产生和消亡的。 2)进程是一个能独立运行的单位，能与其它进程并发执行。进程是作为资源申请和调度( 单位存在的;而通常的程序是不能作为一个独立运行的单位而并发执行的。 程序在CPU上才能得到真正的执行。系统中是以进程为单位进行CPU的分配。 (3)程序和进程无一一对应关系。一个程序可由多个进程共用;另一方面，一个进程在其活动中又可顺序地执行若干个程序。 (4)各个进程在并发执行过程中会产生相互制约关系。 3.进程的特征; 进程具有以相特征: (1)动态性:进程是程序的执行过程，它有生有亡，有活动有停顿，可以处于不同的状态。 (2)并发性:多个进程的实体能存在于同一内存中，在一段时间内都能运行。 (3)调度性:进程是系统中申请资源的单位，也是被调度的单位。 (4)异步性:各进程向前推进的速度是不可预知的，即异步方式运行。 (5)结构性:进程有一定的结构，它由程序段、数据段和控制结构等组成。 小结:进程与程序的主要区别: 1.进程是动态的;程序是静态的; 2.进程是独立性的，能并发执行的;程序不能并发执行; 3.二者无一一对应关系; 4.进程异步运行，会相互制约;程序不具备此特征; 2.2进程的状态和组成 - 12 -第 12 页 共 38 页 进程的动态性是由它的状态和转换体现出来的。 2.2.1进程的状态及其转换 1.进程的基本状态 三种基本状态是:进行态、就绪态和阻塞态(或等待态) (1)运行态(Running) 运行状态是指当前进程已分配到CPU，它的程序正在处理机上执行时的状态。 2)就绪态(Ready) ( 就绪状态是指进程已具备运行条件，但因为其它进程正占用CPU，所以暂时不能运行而等待分配CPU的状态。 (3)阻塞态(Blocked) 阻塞态是指进程因等待某种事件发生而暂时不能运行的状态。 进程的状态及其转换: 运行状态 分到 时间 等待某事件发生 CPU 片到 (如等待I/O) 就绪状态 阻塞状态 所等待事件发生 (如I/O完成) 1.进程状态的转换 (1)就绪——运行 处于就绪状态的进程被调度程序选中，分配到CPU后，该进程的状态就由就绪态变为运行态。 (2)运行——阻塞 正在运行的进程因某个条件未满足而放弃对CPU的占用，这个进程的状态就由运行态变为阻塞态。 (3)阻塞——就绪 处于阻塞状态的进程所等待事件发生了，系统就把该进程的状态由阻塞态变为就绪态。 (4)运行——就绪 正在运行的进程如用完了本次分配给它的CPU时间片，它就得从CPU上退下来,暂停运行。该进程状态就由运行态变为就绪态. 小结:进程基本状态 运行态:此时正用CPU; 就绪态:可运行,但未分到CPU; 阻塞态:不能运行,等待某个外部事件发生。 在一定条件下,进程状态才发生转换 2.2.2进程的组成 1.进程的组成 用来描述进程当前的状态、本身的特性的数据结构被称为进程控制块(Process Control Block,简称PCB)，所以进程实体通常由程序、数据集合和PCB这三部分组成，见教材P45图2-7进程的组成模型。 进程的这三部分构成进程在系统中的存在和活动的实体，有时也统称为“进程映象”。 - 13 -第 13 页 共 38 页 2.进程控制块的组成 进程控制块有时也称进程描述块(Process Descriptor)它是进程组成中最关键的部分。其中含有进程描述信息和控制信息，是进程动态性的集中反映，它是系统对进程进行识别和控制的依据。 一般来说，进程控制块包括如下内容: (1)进程名:它是惟一的标志对应进程的一个标志符或数字; (2)特征信息:包括是系统进程还是用户进程; (3)进程状态信息:表明该进程的执行状态; (4)调度优先权:表示进程获取CPU的优先级别; (5)通信信息:反映该进程与哪些进程有什么样的通信关系; 6)现场保护区:被保护的信息有:程序计数器程序状态字，各工作寄存器的内容等; ( (7)资源需求、分配和控制方面的信息; (8)进程实体信息:指出该进程的程序和数据的存储情况，在内存或外存的地址、大小等; (9)族系关系:反映父子进程的隶属关系; (10)其它信息:如文件信息、工作单位等。 3.进程控制块的作用: 进程控制块是进程组成中最关键的部分。每个进程有惟一的进程控制块。操作系统根据PCB对进程实施控制和管理。 进程的动态、并发等特征是利用PCB表现出来的。 PCB是进程存在的惟一标志。 2.2.3进程队列 为了对所有进程进行有效的管理，常将各进程的PCB用适当的方式组织起来，一般有以下几种方式:线性方式、链接方式和索引方式。详见教材P47—48。 2.3进程的管理和有关命令 进程是有“生命期”的动态过程，核心能对它们实施管理，这主要包括:创建进程、撤消进程、挂起进程、恢复进程、改变进程优先级、封锁进程、唤醒进程、调度进程等。 2.3.1进程的管理 1.进程族系 就如同人类的族系一样，系统中众多的进程也存在族系关系:由父进程创建子进程，子进程再创建子进程，„„，从而构成一棵树型的进程族系图，如下图 O# P-S „ 1# Shell进程 P20 „ P2i„ P2n 执行Shell命令 P3i „ P3j „ P4m „ P4k 图2—11进程创建的层次关系 - 14 -第 14 页 共 38 页 2(原语操作 所谓原语(Primitive)是机器指令的延伸，往往是为了完成某些特定的功能而编制的一段系统程序。为保证操作的正确性，在许多机器中规定，执行原语操作时，要屏蔽中断，以保证操作的不可分割性，即一个操作中的所有动作要么全做，要么全不做。操作系统中完成某些基本操作时，往往利用原语操作来实现。 内核中有很多原语，如创建进程、终止进程、阻塞进程等。 3.进程创建 进程创建原语的主要操作过程是: (1)申请一个空闲的PCB; (2)为新进程分配资源; 3)将进程的PCB初始化; ( (4)将新进程加到就绪队列中。 4.进程终止 终止进程的主要操作过程是: (1)从系统的PCB表中找到指定进程PCB; (2)回收该进程所占用的全部资源; (3)若该进程还有子孙进程，则还要终止其所有子孙进程，回收它们所占用的全部资源; (4)释放被终止进程的PCB，并从原来队列中摘走。 5.进程阻塞 正在运行的进程通过调用阻塞原语主动地把自己阻塞，阻塞的过程如下: (1)立即停止当前进程的执行; (2)将现行进程的CPU现场送到该进程的PCB现场保护区中保存起来，以便将来重新运行时恢复此时的现场。 (3)把该进程PCB中的现行状态由“运行”改为阻塞，把它插入到具有相同事件的阻塞队列中。 4)然后转到进程调度程序，重新从就绪队列中挑选一个合适进程投入运行。 ( 6.进程唤醒 唤醒原语执行过程: (1)首先把被阻塞进程从相应的阻塞队列中摘下; (2)将现行状态改为就绪态，然后把该进程插入到就绪队列中; (3)如果被唤醒进程比运行进程有更高的优先级，则设置重新调度标志。 阻塞原语与唤醒原语恰好是一对相反的原语:调用前者(阻塞原语)是自己去睡眠，调用后者(唤醒原语)是把“别人”唤醒。使用时也要成对，前边有睡的，后边有叫醒的。否则，前者就要“长眠”了。如同两个士兵轮流站岗值班和睡觉休息。相关者唤醒，自己不能唤醒自己。 7.进程映象的更换(作一般了解，详见教材P51) 2.3.2进程管理命令 1.UNIX系统中进程状态 在UNIX系统中，进程状态可分为10种，它们是(进程的一般状态): (1)用户态运行(在CPU上执行用户程序); 4 (2)核心态运行(在CPU上执行核心程序); (3)在内存就绪(具备运行条件，只等核心调度它取得CPU控制权); (4)在内存睡眠(不具备运行条件，在内存中等待某一事件发生); 1 (5)在外存就绪(就绪进程被对换到外存上); (6)在外存睡眠(睡眠进程被对换到外存上); 2 - 15 -第 15 页 共 38 页 (7)在内存暂停(因调用stop程序而进入跟踪暂停状态，等待其父进程发送命令); (8)创建态(新进程被创建，但尚未完毕的中间状态); 3 (9)在外存暂停(处于跟踪暂停态的进程被对换到外存上); (10)终止态(进程终止自己)。 5 上述十种状态可分为五组(如上图示)。 .UNIX系统中进程映象 2 UNIX进程映象由以下部分组成:PCB、进程执行的程序，进程执行时所用的数据、进程运行时使用的工作区。 3.PS命令 PS命令用来检查系统中当前存在的进程的状态。 .Sleep命令 4 Sleep命令使进程暂停执行一段时间。 5.后台命令符 & 若在命令行的末尾加上&字符，该命令将在后台执行。在没有前台进程运行时，它才得以执行。 6.Wait命令 Wait命令的功能是等待后台进程结束。 7.kill命令 kill命令的功能是终止一个进程的运行。 例如在超级用户方式下， # kill678 ， 则停止PID为678的进程运行。 8.nice命令 其功能是以不同的优先级执行一条命令，详见教材P56—57页。 2.4进程的相互作用和通信 进程间的相互关系分为同步关系和互斥关系。 .4.1进程的同步与互斥 2 1.同步 同步是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系，也就是说，这些具有伙伴关系的进程在执行时间次序上必须遵循确定的规律。 两者要步调协调一致，是同步关系，同时又相互牵制。 2.互斥 两个进程在逻辑上本来完全独立，毫无关系，只是由于竞争同一个物理资源而相互制约。 3.临界资源和临界区 一次仅允许一个进程使用的这类资源称为临界资源，在每个进程中访问临界资源的那段程序区叫临界区。 互斥进入临界区的准则见教材P59的4条原则。 信号量及P、V操作原语因时间关系，辅导课中未讲，但其过程要求掌握。 本章小结: 进程可以理解为:“程序在并发环境中的执行过程。”它最基本的特征是并发性和动态性，一个进程至少应有三种状态，它们在一定条件下相互转化。 每一个进程都有惟一的进程控制块(PCB)，它是进程存在的惟一标志。 PCB表的物理组织方式有若干种，最常见的是线性方式、链接方式和索引方式。 UNIX系统进程状态分为10种，在一定条件下进行变迁。 - 16 -第 16 页 共 38 页 进程在活动过程中会彼此发生作用，主要是同步和互斥的关系。简单地说，同步是协作关系，互斥是竞争关系。 一次仅允许一个进程使用的资源称临界资源，对临界资源实施操作的那段程序称为临界区(CS)。利用信号量和P，V操作可以很容易地解决进程的互斥与同步问题。 本章可按下列主线掌握有关内容: 为了提高CPU的利用率——?提出多道程序设计——?为解决并行(并发)问题——?引入进程概念——?进程的特性(5个)——?基本状态(3种)——?状态的变化(4种)——?进程的组成(3部分)——?PCB的组织方式(3种)——?PCB的管理(7项)——?进程的相互作用——?进程管理命令等 作业:教材P71—72 1—13 第三章 处理机管理 [学习目标] 1.掌握作业调度和进程调度的功能，先来先服务，时间片轮转法、优先级法。 2.理解调度级别，性能评价标准，UNIX常用调度命令。 3.了解Shell命令执行过程，其它调度法等。 [学习要点] 本章重点在于掌握系统中对作业和进程实施调度，怎样简单评价常用调度算法的优劣。简单说来，作业调度准备资源，进程调度分配CPU。 调度是操作系统的基本功能。从调度所实现的功能来分，处理机调度分为三级:作业调度(高级调度)、进程挂起与对换(中级调度)和进程调度(低级调度)。 3.1作业调度 所谓作业调度，就是选出待分派的作业或进程，处理机调度的主要目的就是为了分配处理机。一般来说，作业从进入系统到最后完成，可能要经历三级调度:高级调度、中级调度和低级调度。 (1)高级调度:又称作业调度。其主要功能是根据一定算法，从输入的一批作业中选出若干个作业，分配必要的资源，如内存、外设等。 (2)中级调度:为了使内存中同时存放进程数目不至于太多，有时需要把某些进程从内存中移到外存上，以减少多道程序的数目，为此设立了中级调度，特别在采用虚拟存储技术的系统或分时系统中，往往增加中级调度这一级。 (3)低级调度:又称进程调度，其主要功能是根据一定的算法将CPU分派给就绪队列中的一个进程，进程调度是操作系统中最基本的一种调度。 3.1.2作业状态 作业状态分为四种:提交、后备、执行和完成。 3.1.3作业调度 1.作业控制块(JCB)，它记录作业的有关信息。 2.作业调度的功能 作业调度的主要任务是完成作业从后备状态到执行状态和从执行状态到完成状态的转换。 3.2进程调度 3.2.1进程调度的功能和时机 1.进程调度的主要功能是:?保护现场??挑选进程??恢复现场。 - 17 -第 17 页 共 38 页 2.进程调度时机:任务完成后;等待资源时;运行到时了;发现重调标志。 3.2.2两级调度模型 作业调度和进程调度是CPU主要的两级调度，二者关系如下图示: 作业调度 后备作业队列 就绪队列 CPU 结束 I/O I/O等待队列 请求I/O 图3—2 两级调度简化队列图 从图中可以看出，作业调度是宏观调度，而进程调度是微观调度。 作业调度和进程调度的区别: 1.作业调度为进程活动做准备，进程调度使进程活动起来; 2.作业调度次数少，进程调度频率高; 3.有的系统不设作业调度，但进程调度不可少。 3.3调度性能的评价 3.3.1选择调度算法时应考虑的主要因素(作一般了解) 3.3.2调度性能评价准则 常用的评价准则包括: 1. CPU利用率: 一般CPU的利用率在40%-90%; 吞吐量:表示在单位时间内CPU完成作业的数量; 2. 3. 周转时间:从作业提交到作业完成的时间间隔。要求掌握作业的周转时间、平均周转时 间、平均带权周转时间的概念并能进行计算; 4. 就绪等待时间:作业在就绪队列中所花费的时间; 5. 响应时间:从提交第一个请求到产生第一个响应所用的时间。 3.4常用调度法 3.4.1先来先服务(FCFS)法 它的实现思想就是“排队买票”的办法，是最简单的一种调度算法。 3.4.2时间片轮转法 系统把所有就绪进程按先入先出的原则排成一个队列。新来的进程加到就绪队列末尾，每 当执行进程调度时，进程调度程序总是选出就绪队列的队首进程，让它在CPU上运行一个时间片的时间。时间片是一个小的时间单位。 3.4.3优先服务 先办就是优先处理，表明急事、重要的事，有最高的优先级。 一般有两种不同的处理方式: (1) 非抢占式优先级法，即:“你打完电话，他再打电话。” (2) 抢占式优先级法，即:“不等你说完，接过话筒就打电话。” 进程优先级的两种确定方式:静态方式和动态方式。 (1) 静态优先级是在创建进程时就确定下来，而且在整个运行期间保持不变。 - 18 -第 18 页 共 38 页 (2) 动态优先级是随着进程的推进而不断改变的。 3.4.4 其它调度算法简介(作一般了解) 3.5 UNIX常用调度命令及命令执行过程 3.5.1 UNIX系统中的进程调度 UNIX系统的进程调度采用多级反馈队列轮转法。 .5.2 UNIX常用调度命令 3 1.nohup命令 功能:是以忽略挂起和退出的方式执行指定的命令。 2.at命令 at命令允许指定命令执行的时间。 3.batch命令 它提交的作业的优先级比at命令提交的作业的优先级低。 4.jobs命令 功能:用来显示当前shell下正在运行哪些作业(即后台作业)。 5.fg命令 功能:把指定的后台作业移到前台。 6.bg命令 功能:可以把前台进程换到后台执行。 3.5.3 shell命令执行过程(详见教材P92-93) 本章小结: CPU调度是操作系统最核心的调度，它根据算法选择合适的进程，并把CPU分配给该进程使用。 在操作系统中最主要的队列有两类:一类是I/O请求队列，一类是就绪队列。 处理机调度分为三级。作业调度的基本功能是选择有权竞争CPU的作业;CPU调度(即进程调度)是从就绪队列中选择一个进程，并把CPU分配给它;中级调度往往实现进程的挂起和进程映象的对换。处理机调度可由系统进程来实现。 确立调度策略是件复杂的工作，往往要兼顾多种因素的影响，通常评估性能时都要考虑的几个指标:CPU利用率，吞吐量，周转时间，等待时间，响应时间。 先来先服务(FCFS)是最简单的调度算法，但可能导致作业等待很长时间。轮转法(RR)对于分时系统更为合适。 优先级算法:只是简单地把CPU分给优先级最高的进程，它可是抢占式也可以是非抢占式的。它是抢占式算法，而FCFS是非抢占式的。 其它的常用调度算法还有:短作业优先法、最短剩余时间优先法、多级队列法、多级反馈队列法。 多级队列算法允许对不同类型的作业使用不同的算法，最常用的方法是对前台队列采用轮转法调度，对后台队列采用FCFS方法调度，反馈法允许一个作业从一个队列移到另一个队列。 对于UNIX系统中进程管理办法，采用两级调度:中级调度(即对换进程，它解决内存分配)和低级调度(解决CPU分配)。进程调度采用多级反馈队列轮转算法。 Shell解释程序的工作过程基本上是读入命令行、分析命令行和构成命令树，创建子进程来执行命令树等步骤。 本章还介绍了UNIX系统中常用调度命令。 作业:教材P 95—96 1—12。 - 19 -第 19 页 共 38 页 第四章 存储器管理 [学习目标] 1.掌握用户程序的主要处理阶段及相应概念，分页和分段概念，虚拟存储器的概念，分页存储器技术。 理解存储器层次，分段存储器管理技术。 2. 3.了解段页式存储管理技术，虚存中的置换算法，UNIX中的存储管理技术。 [学习要点] 本章涉及到的概念和管理技术较多，应理解以下概念:逻辑地址、物理地址、可重定位地址、重定位、静态重定位、动态重定位、碎片、虚拟存储器等;对于每种存储管理技术应理解它解决什么问题，实现的思想是什么——硬件提供什么支持、软件采用什么算法，以及它带来的好处和存在的问题，从而了解存储管理技术如何由低级向高级发展。了解UNIX系统中的存储管理技术。 本章主要介绍操作系统中有关存储管理的基本概念，几种常用的存储管理技术，分别讲述各自的基本思想，实现算法、硬件支持，并比较它们的特点。 4.1存储器管理引言 内存也称主存，是指CPU能直接存取指令和数据的存储器。磁盘、磁鼓和磁带等存储器，一般称为外存或辅存(Secondary storage) 内存是现代计算机系统进行操作的中心， CPU和I/O系统都要和内存打交道。内存在计算机系统中的地位见教材P98图4-1。 内存是一个大型的，由字或字节构成的一维数组，每一个单元都有自己的地址。对内存的访问是通过一系列对指定地址单元进行读或写来实现的。 4.1.1存储器的层次 CPU不能直接去存取外存上的信息，但是内存和外存之间可以相互传递信息。也就是说，外存上的程序或数据必须先移到内存中，才能被CPU访问，内存的程序和数据可以换到外存中，以腾出更多空间供众多进程使用。 CPU可直接存取其中的信息。 三级存储器结构见教材P99图4-2。 4.1.2用户程序的主要处理阶段 用高级语言或汇编语言编写的程序称为源程序 从用户的源程序进入系统到相应程序在机器上运行，要经历一系列步骤，主要处理阶段有:编辑、编译、连接、装入和运行 用户程序的主要处理阶段: 编程阶段——创建源文件 编译阶段——生成目标文件 连接阶段——生成可执行文件 装入阶段——重定位，装入内存 运行阶段——得到结果 逻辑地址——相对于模块中的基址 物理地址——相对于内存的基址 重定位——逻辑地址变为物理地址 4.1.3重定位 由程序中逻辑地址组成的地址范围叫做逻辑地址空间，或简称为地址空间。而由内存中的一系列存储单元所限定的地址范围称作内存空间，也称做物理空间或者绝对空间。 由于内存地址是从统一的一个基址0开始按序编号的，就像一个大数组那样。所以，内存空间是一维的线性空间。 用户程序和数据装入内存时，需要进行重定位。见教材P102，图4—4说明。 对程序进行重定位的技术按重定位时机可分为两种:静态重定位和动态重定位。 - 20 -第 20 页 共 38 页 1.静态重定位:是在目标程序装入内存时，由装入程序对目标程序中的指令和数据的地址进行修改，即把程序的逻辑地址都改成实际的内存地址。对每个程序而言，这种地址变换是在装入时一次完成，在程序运行期间不再进行重定位。 2.动态重定位:是在程序执行期间每次访问内存之前进行重定位。这种变换主要是靠硬件地址变换机构实现的。见教材P103，图4—6。 .2存储管理基本技术 4 本节对三种基本的存储管理技术进行简要介绍，它们是:分区法、可重定位分区法和对换技术。 4.2.1分区法 把内存划分成若干分区，每个分区里容纳一个作业。按照分区的划分方式，可归为两种常见的分配方法:固定分区法和动态(可变)分区法。 1.固定分区法 固定分区法就是内存中分区的个数固定不变，各个分区的大小也固定不变，但不同分区的大小可以不同，每个分区只可装入一道作业，用户程序装入内存时:?提出申请;?查找空区;?分配空区;?释放已使用区。过程:申请?查找?分配?使用?释放。 2.动态(可变)分区法 各个分区是在相应作业要进入内存时才建立的，使其大小恰好适应作业的大小，这种技术称为动态分区法。过程:准备?申请?查找?分配?使用?释放。 4.2.2可重定位分区分配 在固定分区法和动态分区法中，用户程序须装入一个连续的内存空间中，由于各作业申请和释放内存的结果，在内存中经常可能出现大量的分散的小空闲区，内存中这种容量太小，无法被利用的小分区称为“碎片”或“零头”。为充分利用这些较小的分散的空闲区，最简单的办法是定时或在分配时把所有的碎片合并为一个连续区(参见教材P108图4-11)，实现的方法是移动某些已分配的内容，使所有作业的分区紧挨在一起。而把空闲区留在另一端。这种技术称为紧缩(或叫拼凑)。 动态重定位法:作业在内存中的位置可以移动。 通过紧缩消除碎片，但需耗费大量CPU时间。 4.2.3对换技术 早期的对换技术用于单用户系统。这种对换技术是利用外存解决内存不足的问题，但效率很低，因为在执行作业的换入/换出时，CPU是空闲的。 对换技术:作业在内存和磁盘之间更换。 4.3分页存储管理技术 本节介绍存储器管理中的两个重要的基本概念——虚拟存储器和分页，以及请求分页方式的基本思想。 4.3.1 虚拟存储器的概念 问题的提出:当一个大作业的地址空间大于整个内存的空间时，在上述的几种存储管理技术中，这个作业因不能全部装入内存而不能进入系统运行。 解决问题的办法:1.扩大内存的容量。但受到机器硬件结构的限制，且系统成本增加;2.另辟溪径。程序部分装入内存，即可运行～ 作业执行前全部装入内存的不合理性:造成内存浪费方面，有许多代码几乎不被执行，数组、队列等分配比实际需要大得多的内存;另一方面，即使整个程序在执行过程中都用得到，但也不是同时都用得到。因此，只把当前运行的那部分程序和数据装入内存，其余部分暂时放在外存上，待需要它们时，再分别调入内存。 - 21 -第 21 页 共 38 页 这种做的好处，除解决上述问题外，还有: ?用户编程不必考虑内存容量的限制，只要按照实际问题的需要来确定合适的算法和数据结构，从而简化了设计任务; ?由于每个作业只装入一部分，因而在一定容量的内存中可同时装入更多的作业，增加CPU的利用率和系统的吞吐量。 操作系统把各级存储器统一管理起来，把一个程序当前正在使用的部分放在磁盘上，就启动执行它。操作系统根据程序执行时的要求和内存的实际使用情况随机地对每一个程序进行换/换出。这样，就给用户提供了一个比真实的内存空间大得多的地址空间，这就是虚拟存储器入 (Virtual Memory)，即是用户能作为可编址内存对待的存储空间，在这种计算机系统中虚拟地址被映象成实地址。 简单地说，虚拟存储器是由操作系统提供的一个假想的特大存储器。 实现虚拟存储技术的物质基础是二级存储器结构和动态地址转换机构(DAT)。虚拟存储技术的动态地址转换机构是在程序运行时把逻辑地址转换成物理地址，以实现动态定位。 虚拟存储器根据地址空间的结构不同可以分为两类:分页的虚拟存储器和分段的虚拟存储器，也可以将二者结合起来，构成段页式的虚拟存储器。 虚拟存储器的基本特征: 虚拟扩充:不是物理上，而是逻辑上扩充了内存容量; 部分装入:每个作业不是一次性装入，而是只装入一部分; 离散分配:不必占用连续的内存空间，而是“见缝插针”; 多次对换:所需的全部程序和数据要分次调入内存。 虚拟存储器的容量受到两方面的限制:指令中表示地址的长度;外存的容量。 4.3.2 分页的概念 问题的提出:多个班的学生去礼堂听报告，为便于管理，如果一个班必须坐在一起，有两种处理办法:一是预留好各班的座位，这相当于“固定分区”，但若人未到齐，可能有空位子;二是让其他人挪一下位子，空出足够的座位，让某班人坐在一起，这相当于“可重定位分区”，但要花费一些时间。如果并非必须坐在一起，有座位就随便坐，那既省时又省空间，只是相互间要知道彼此的座号即可，这就是分页储存管理技术。 1.分页存储管理的基本概念 分页存储管理的基本方法是: (1) 逻辑空间分页:将一个进程的逻辑地址空间划分成若干大小相等的部分，每一部分 称做页面或页，每页都有一个编号，叫做页号。 (2) 内存空间分块:把内存也划分成与页面相同大小的若干个存储块，称做内存块或页 框。 (3) 逻辑地址表示:在分页存储管理方式中，表示地址的结构(详见教材P114图4-15)。 页 号 p 页内地址 d 31 12 11 0 图4-15 分页技术的地址结构 (4) 内存分配原则:在分页情况下，系统以块为单位把内存分给作业或进程，并且一个 进程可装入物理上不相邻的内存块中， (5) 页表，为解决作业或进程离散地分布在内存块中，系统为每个进程设立一张页面映 - 22 -第 22 页 共 38 页 象表，简称页表。其作用是实现从页号到内存块的地址映射，如同邮政编码与单位 对照明细表。 2.分页系统中的地址映射 其转换步骤详见教材P116图4-17分页中的技术地址结构。 4.3.3请求分页的基本思想 在简单分页系统中，要求运行的作业必须全部装入内存。而请求分页提供虚拟存储器，它的基本思想是:当要执行一个程序时才把它换入内存;但并不把全部程序都换入内存，而是用到哪一页时才换入它。由于这种页面是根据请求而装入的，所以这种存储管理方法叫做请求分页存储管理。 4.3.4硬件支持及缺页处理 页表机制; 1. 2.缺页中断机构; 3.具有快表的地址转换机构。 此两小节应重点把握下列概念和方法: 请求分页的基本思想; 地址空间分页，内存分块、页与块大小相同; 作业部分装入内存; 作业所占的各块不连续; 硬件通过页表生成访内地址; 若缺页，进行缺页中断处理，换入内存; 利用快表可加速地址转换。 4.3.5页的共享和保护 为避免同时在内存中有同一页面的两个副本，需采用共享页面。其方法是使这些相关进程的逻辑空间中的页指向相同的内存块。类似于主程序多次调用子程序。 在页表的表项中设置存取控制字段，用于指明对应内存块中的内容允许执行何种操作，从而禁止非法访问。应当指出:在分页系统中实现页的共享是比较困难的。 3.4分段存储管理技术 问题的提出:前面介绍的各种存储管理技术中，提供给用户的逻辑地址空间是一维的线性空间。这与内存的物理组织基本相同。但用户编写的程序的逻辑结构却不是这样的。通常，我们写的程序模块和数据模块组成，编程者希望程序的地址单元单独占用一片内存空间。这样，程序在内存中的存放情况就与我们的程序的逻辑结构对应起来。为了满足用户在编程和使用等方面的需求，引入分段存储管理技术。 4.4.1分段存储管理的基本概念 1.分段是一组逻辑信息的集合 每个段都有自己的名字和长度，系统常常为每一段规定一个内部段名，内部段名实际上是一个编号，称为段号。每个段都从0开始编址，并采用一段连续的地址空间。段的长度由该段所包含的逻辑信息的长度决定，因而各段长度不等。 2.程序的地址结构 由于整个作业的地址空间分成多个段，所以，逻辑地址要用两个成分来表示，段号S和段内地址，就是说，在分段存储情况下，作业的逻辑地址空间是二维的，就像外地电话号码须拨区号+区内电话号码一样。 - 23 -第 23 页 共 38 页 段 号 S 段内地址 d 31 16 15 0 在图所示地址结构中，允许一个作业最多有64K个段，每段的最大长度为64KB。 3.内存分配 在分段存储管理中，内存以段为单位进行分配，每个段单独占用一块连续的内存分区，各分区的大小由对应段的大小决定，这有些类似于动态分区分配方式。但二者有区别:在分段存储管理系统中，一个作业或进程有多个段，这段可以离散地放入内存的不同的分区中。 段表和段表地址寄存器 段映射表 4.分页和分段的主要区别 相拟之处:二者在内存中都不是整体连续的，都要通过地址映射机构将逻辑地址映射到物理内存中。 主要区别: (1) 页是信息的物理单位，它不考虑一页中是否包含完整的函数，甚至一条指令就可能跨 两个页面。因此，用户本身并不需要把程序分页，完全是系统管理上的要求。 段是信息的逻辑单位，每一段在逻辑上是相对完整的一组信息，分段是为了更好地满 足用户的需要。 (2) 页的大小是由系统固定的，在一个系统中所有页的大小是一样的，只能有一种大小。 段的长度因段而异，取决于用户所编写的程序 (3) 分页的作业地址空间是一维的，只需用一个地址编号。 分段的作业地址空间是二维的，包括段号，段内地址。 4.4.2分段存储管理的基本原理 在分段基础上实现的虚拟存储器是以段为单位进行换入、换出的，与请求分页存储管理相似，在程序运行之前不要调入所有的分段，只需把当前程序运行时所需的几个分段装入内存(即程序是部分装入内存)就启动程序运行。当程序运行过程中需要访问一个新段，而该段尚未装入内存时，便产生缺段中断，由操作系统把所缺的段调入内存。 在分段存储管理方式中还提供了段的动态连接，即:在程序运行过程中要调用哪段时，才将那段连接上。 4.4.3 段的共享和保护 分段管理的一个优点是提供了对代码或数据进行有效地共享。为了共享某个段，只需在各个作业的段表中登记一项，使它们的基址都指向同一物理单元。参见教材P127图4-24。 共享是在段一级出现的。这样，任何共享的信息就可单独成为一段 分段管理的另一个突出优点是便于各段保护，段的保护措施包括以下几种: (1) 存取控制; (2) 段表本身可起保护作用; (3) 保护环，每个层次的分段有一个保护环，环号越小，级别越高。 在环保护机制下，程序的访问和调用遵循的规则是:一个环内的段可以访问同环内或环号更大的环中的数据段;一个环内的段可以调用同环内或环号更小的几种服务。 4.5 段页式存储管理技术 分页存储管理能有效地提高内存利用率，而分段存储管理能很好地满足用户需要。把这两种管理技术有机地结合起来“各取所长”，就形成新的存储管理系统——段页式存储管理系统。 4.5.1基本原理 - 24 -第 24 页 共 38 页 段页式存储管理的技术要点: (1) 等分内存:把整个内存分成大小相等的内存块; (2) 作业或进程的地址空间采用分段的方式; (3) 段内分页:把每一段划分成若干页; (4) 逻辑地址结构，由三部分组成:段号(S)、页号(P)、页内地址(D)记作 V=(S，P， ); D (5) 内存分配:内存的分配单元是内存块; (6) 段表、页表和段表地址寄存器。 总起来说，用户程序逻辑划分成若干段，每段又分成若干页面。内存划分成对应大小的块。进程映象对换是以页为单位进行的，从而使逻辑上连续的段有效的分散的内存块中。 4.6虚存中的置换算法 在进程运行过程中，若所需的页面(或段)不在内存时，则发生缺页(或缺段)就要把它调入内存。然而，当内存中已没有空闲空间时，怎么办,就要进行替换，如何替换呢,要根据一定的算法来确定，也就是“调兵遣将”。通常，把选择换出页面的算法称作页面置换算法。相应的，还有段置换法。 下面介绍几种常用的页面置换算法 4.6.1先进先出法(FIFO) 其实质，总是选择主存停留时间最长(即最老)的一页淘汰，即先进入内存的页先被换出内存。 4.6.2最佳置换法(OPT) 其实质是:当调入新的一页面必须预先淘汰某个老页时，所选择的老页应在将来不再被使用，或者是在最远的将来才被访问。 4.6.3最近最少使用置换法(LRU) 其实质是:当需要置换一页时，选择在最近一段时间里最久没有使用过的页面予以淘汰。 .6.4最近未使用置换法(NUR) 4 最近未使用算法是LRU算法的近似方法，它比较易于实现，开销也比较少 4.7 UNIX中的存储管理技术 UNIS-S采用了请求分页存储管理技术和对换技术。 学习本节内容:应先回顾前面学过的知识，如4.2.3节中的“对换技术”、4.3.3节“请求分页的基本思想”和2.3.2节中的“UNIX系统中进程映象”等概念。 4.7.1对换 1.对换空间的分配 2.进程的换出和换入 4.7.2请求分页 UNIX S—V中采用请求分页存储管理方式。其作用原理与4.3.2节所讲的知识基本相同。大致可分为:数据结构;页面淘汰进程;缺页。 本章小结: 存储管理在操作系统中占有重要地位。存储器种类很多，按照其容量，存取速度以及在系统中的作用，可分为三级存储器:高速缓存、内存和外存。 用户程序在计算机上从进入系统到运行要经历编辑、编译、连接、装入和运行等阶段，其中与内存分配有密切关系的阶段是连接阶段和装入阶段。 用于多道程序操作系统的存储管理算法是从最简单的分区方法到复杂的段页式。在一个特 - 25 -第 25 页 共 38 页 定系统中所用策略的决定因素取决于硬件提供的支持。 存储管理算法在很多方面存在着差别，在比较时，应重点考虑以下几点: (1) 硬件支持; (2) 性能; (3) 碎片; 4) 重定位; ( (5) 对换; (6) 共享; (7) 保护。 虚拟存储技术，允许把大的逻辑地址空间映射到较小的物理内存上，这样就提高了多道程序并发执行的程序，增加CPU的利用率，虚拟存储器具有一系列新的特征，包括:虚拟扩充、部分装入、离散分配和多次对换等。 请求分页式存储管理是根据实际程序执行的顺序，动态申请存储块的，并不是把所有页面都放入内存。 当内存的需求量超出实际内存量时，为释放内存块给新的页面，需要进行页面置换。有多种方法，FIFO是最容易实现的，但性能不是很好。最佳算法需要未来知识，仅有理论价值。LRU是OPT的近拟算法，但实现时要有硬件的支持和软件开销。多数页面置换算法，如最近未使用置换法等都是LRU的近似算法。 分段技术能很好地满足用户需要。分段是一组信息逻辑单位，提供了用户可见的三维地址空间。 段页式虚拟存储管理是在分段管理基础上加虚存技术，一个作业的各个模块可根据调用需要进行动态装入。 在大型通用系统中，往往把段页式存储管理和虚存技术结合起来，形成带虚存的段页式系统，它兼顾了分段在逻辑上的优点和请求分页式在存储管理方面的长处，是最通用、最灵活的系统。 UNIX S—S采用对换和请求分页存储管理技术，页面淘汰采用LRU算法。为实现对换和请求分页，系统设立了很多数据结构、便于各分区的共享和保护。 作业:P104—141 1—14，第10题有一定的难度。 第五章 文件系统 [学习目标] 1.掌握文件的逻辑组织和物理组织的概念及不同的组织形式，文件的目录结构，文件和目录的主要操作。 2.理解文件的分类，文件的存取控制，UNIX文件系统的主要操作。 3.了解文件系统的功能，文件存储空间的管理，文件的后备和恢复，管理文件等。 [学习要点] 什么是文件，系统内部如何对文件进行管理,文件的共享与保护，UNIX系统中文件管理的一些命令等。 5.1概述 本节介绍文件的定义、文件的分类、文件的命名以及文件系统的功能。 5.1.1文件及其分类 1.文件(file)是被命名的数据的集合体，通常放在外存上，可作为一独立单位被存放和实施相应的操作。 - 26 -第 26 页 共 38 页 文件具有自己的属性，包括:文件类型、文件长度、文件的物理类型、文件的存取控制、文件的建立日期等。 2.文件类型 为了便于管理和控制文件，往往把文件分成若干类型: (1)按用途分类:系统文件;库文件;用户文件。 2)按文件中的数据形式分类:源文件;目标文件;可执行文件。 ( (3)按存取权限分类:只读文件;读写文件;可执行文件。 (4)按保存时间分类:临时文件;永久文件。 (5)在UNIX和MS—DOS系统中，按文件的内部构造和处理方式分类:普通文件;目录文件;特别文件。 .文件的命名 3 对于常见的扩展名及其含义应有一定的了解。教材P145表5-1所列的扩展名应熟记。 5.1.2文件系统的功能 现代操作系统中都配置有较完备的文件管理系统，简称文件系统。 所谓文件系统，就是操作系统中负责操作和管理文件的一整套设施，它实现文件的共享和保护，方便用户“按名存取”。 一般来说，文件系统应具备以下功能:文件管理;目录管理;文件存储空间的管理;文件的共享和保护;提供方便的接口。 5.2文件的逻辑组织和物理组织 从用户观点出发所见到的文件组织形式称为文件的逻辑组织。 文件在存储设备上的存储组织形式称为文件的物理组织。 5.2.1文件的逻辑组织 1.有结构文件 2.无结构文件 .2.2用户对文件的存取方法 5 文件的存取方法是由文件的性质和用户使用文件的情况决定的，按存取的顺序来分，通常有顺序存取和随机存取两类。 5.2.3文件的物理组织 文件的物理组织涉及一个文件在存储设备上是如何放置的，它和文件的存取方法有密切关系，另外也取决于存取设备的物理特性。 对于几种基本的文件物理存储组织形式:连续文件、串连文件(链接文件)、索引文件、多重索引文件等应很好的掌握。 5.3目录文件 对于文件，如同进程一样，有相应的控制结构。 5.3.1文件控制块和文件目录 1.文件控制块:用于描述和控制文件的数据结构;它与文件一一对应。 2.文件目录:文件控制块的有序集合。 3.目录项:文件目录中的一个文件控制块。 4.目录文件:完全由目录项构成的文件。 5.3.2目录结构 1.单级目录结构 优点:简单、能实现按名存取。 缺点:查找速度慢，不允许重名，不便于共享。 - 27 -第 27 页 共 38 页 2.二级目录结构 3.树形目录结构 (1)树形目录 (2)路径名 在树形目录结构中，从根目录到末端的数据文件之间只有一条惟一的路径。 路径名有两种表示形式:绝对路径名和相对路径名。 ? 绝对路径名，又称全路径名，是指从根目录开始到达所查找文件的路径名。 ? 相对路径名:一种捷径是为每个用户设置一个当前目录(又称工作目录)，访问 某个文件时，就从当前目录开始向下顺次检索。 4.非循环图目录结构 单级目录—— 所有文件在一个目录下。 二级目录—— 一个主文件目录加上多个用户文件目录。 树形目录—— 多级目录结构的一种形式，形同一棵倒置的树。 非循环图目录—— 又称带链接的树形目录，访问同一文件(或目录)可以有多条路径。 5.4文件存储空间的管理 5.4.1空闲空间表法 1.空闲空间表 为了记载磁盘上有哪些盘块当前是空闲的，文件系统要建一个空闲空间表。 2.空闲块分配 在建新文件时，要为它分配盘空间 3.空闲块回收 5.4.2空闲块链接法 这种方法与串连文件的结构有相似之处，只是链上的盘块都是空闲块而已。所有空闲块链在一个队列中，用一个指针(空闲区头)指向第一个空闲块，而各个空闲块中都含有下一个空闲区的块号，最后一块的指针项记为NULL，表示链尾。 .4.3位示图(Bit Map)法 5 这是利用一串二进制的值来反映磁盘空间的分配情况也称为位向量(Bit Verctor)法。 5.4.4空闲块成组链接法(此法为本节重点) 1.空闲块成组链接 用空闲块链接法可节省内存，但实际效率低，一种改进办法是把所有空闲盘按固定数量分组。UNIX系统中就是采用这种方法。 2.空闲块分配 3.空闲块释放 5.5文件的共享和文件系统的安全性 文件共享与文件系统的安全性是文件系统中的一个重要问题，共享与安全性是一个问题的两个方面。 所谓文件共享，是指系统允许多个用户(进程)共同使用某个或某些文件。 利用文件共享功能，可以节省大量外存空间利用内存空间，因为系统中只需保存共享文件的一个副本。 5.5.1文件的链接 所谓连接文件并不是创建文件，实际上是给系统中已有的某个文件指定另外一个可用于访问它的名称，增加一条共享文件的途径。所以，有人也将链接文件称为给文件“起别名”。 5.5.2文件的存取控制 - 28 -第 28 页 共 38 页 文件共享和保护保密是一个问题的两个方面，对文件的保护保密是由对文件的共享要求引 起的。 所谓文件保护是指文件免遭由于文件主或其他用户的错误操作造成破坏。而文件保密是指 未经文件主授权的用户不得访问该文件。 保护机制通过限制文件存取的类型来实现受控共享。允许或禁止对文件的存取受多种因素 的限制。若干不同类型的操作都能得到控制: 1) 读——从文件中读取信息; ( (2) 写——写或重写文件; (3) 执行——把文件装入内存并执行它; (4) 附加——在文件末尾写入新的信息; 5) 删除——删除文件并释放所占空间以便系统再分配。 ( 5.5.3文件的后备和恢复 后备就是把硬盘上的文件在其它外部的存储介质(如磁带或软盘上)做一个副本。类似地， 文件系统的后备就是文件系统上所有文件的副本。 1.后备法 (1)全量转储 (2)增量转储 2.后备种类 按后备进行的时间来分，有“定期后备”和“不定期后备”两种。 3.后备文件的恢复 5.6 UNIX 文件的主要操作及其命令 5.6.1普通文件的操作(详见教材P170—173) 1.文件及其分类 一个文件就是被命名的一组信息。 文件显示命令 2. 3.文件的复制、删除和移动 5.6.2目录文件的操作(详见教材P173—176) 1.目录结构 在目录树中，根节点和中间节点(用圆圈表示)都必须是目录，而普通文件和特别文件只 能作为“叶子”出现。打开文件。 2.目录的创建和删除 3.目录的显示，复制和改变工作目录 4.改变文件存取数据 5.6.3文件系统的操作(详见教材P176—182) 1.文件系统的结构 若干文件和它们的管理结构按照一定的逻辑形式构成一个集合体，就组成文件系统。 2. 建立文件系统 3. 安装与卸下文件系统 5.6.4管道文件(详见教材P180—182) 在UNIX系统中，一个管道线就是连接两个进程的一个 本章小结: 文件是被命名的数据的集合体，是由操作系统定义和实施管理的抽象数据类型，文件可分 为普通文件、目录文件和特别文件。 - 29 -第 29 页 共 38 页 不同的文件系统对文件的命名规则是不同的，通常由文件名和扩展名(即后缀名)组成。一般利用扩展名区分文件的属性。 看待文件系统有不同的观点，主要有用户观点和系统观点。从用户观点来看，文件系统是文件的目录以及对它们的操作的集合，文件可读、写，目录可以创建和删除，文件可以从一个目录移到另一个目录中，实现用户对文件的按名存取;而从系统观点来看，要考虑如何实现文件系统的功能。一般说来，文件系统应具备以下功能:文件管理、目录管理、文件存储空间的管理、文件的共享和保护以及提供方便的对外接口。 文件的逻辑组织有两种形式:有结构文件和无结构文件。UNIX系统中文件都采用流式文件(即无结构文件)。用户对文件的存取通常有顺序存取和随机存取两种。 基本的文件物理组织形式有:连续文件、串连文件、索引文件和多重索引文件。 由文件控制块构成的文件称做目录文件，简称目录。 文件系统的目录结构多种多样，有单级目录、二级目录、树形文件目录、非循环目录结构(即带链接的树形目录结构)。UNIX系统中的目录结构就采用带链接的树形目录结构。 对空闲盘块的管理方式主要有:空闲块组链接等。 文件的共享与文件系统的安全性是文件系统中的一个重要问题。文件链接是实现文件共享有效途径。对文件的存取控制可分别由存取类型来设定，如读、写、执行等，也可以通过命令、口令或者加密的方法实现对文件的保护。 文件信息可能因硬件或软件的故障而遭到损坏，为此必须加强对文件系统可靠性管理如文件系统的后备和必要时的恢复。后备就是把硬盘上的文件转储到其它外部介质上，转储的方法有全量转储和增量转储，按时间来分，又分为“定期后备”和“不定期后备”。 UNIX的文件系统具备很多优点。它提供了一整套对文件、目录、文件系统等的操作命令，如创建和删除，拷贝和显示、权限修改，文件系统的安装。 作业P184，1—6，8—14。 设备管理 第六章 [学习目标] 1.掌握设备分配技术，设备管理功能，UNIX常用设备的安装和管理。 2.理解缓冲技术。 3.了解设备分类，SPOOLIing系统，处理I/O请求资源。 [学习要点] 本章重点介绍设备管理功能、设备分配技术、I/O管理、缓冲技术以及UNIX常用设备安装和管理。 [学习难点] 缓冲技术及 spooling技术 6.1设备管理概述 6.1.1设备分类和标识 I/O设备种类繁多，特性各异，下面介绍一般的分类方式和设备标识办法。 1.设备分类 按工作特性可把它们分成存储设备和输入/输出设备两大类。 (1)存储设备 存储设备也称为外存或后备存储器、辅助存储器。它们主要是计算机用来存储信息的设备。 在这类设备上存储的信息，在物理上往往是按字符块组织的，因此，这类设备也叫做面向块的设备，或简称块设备。 (2)输入/输出设备 - 30 -第 30 页 共 38 页 输入设备是计算机用来接受来自外部世界信息的设备;输出设备是将计算机加工处理好的信息送向外部世界的设备。由于输入/输出设备上的信息往往是字符为单位组织的，所以这种设备称为面向字符的设备，或简称字符设备。 按设备的共享属性分类，可分为独立设备、共享设备和虚拟设备;按设备的从属关系可分为系统设备和用户设备等等。 设备标识 2. 一个计算机系统中可以配置多种类型的设备，并且同一类型的设备又可以有多台，怎样标识各台设备呢,如何给每台设备命名呢,系统按某种原则为每台设备分配一个惟一的号码，用作硬件(设备控制器)区分和识别设备的代号，称作设备的绝对号(或绝对地址)。它如同内存中每一单元都有一个地址那样。 为在多道程序中选择共享设备，操作系统为每类设备规定了一个编号，称为设备的类型号。如在UNIX系统中，类型号被称为主设备号。该系统中所有块设备的设备名由两部分构成:主设备号和次设备号，前者表示设备的类型，后者表示同类设备中的相对序号。 用户程序中提出使用设备的申请时，使用系统规定的设备类型号以及用户自己规定的设备相对号，由操作系统进行“地址转换”，变成系统中的设备绝对号。 设备相对号是用户自己规定的所有同类设备中的第几台。 设备分类: 存储设备——用于存储信息; 输入/输出设备——用于输入/输出信息。 设备标识: 设备绝对号——系统为设备指定的惟一代号; 设备相对号——用户自己规定的设备序号。 6.1.2缓冲技术 1.缓冲技术的引入 计算机系统中各部分间速度差异很大。CPU的速度以微秒甚至毫微秒计量，而外设一般的处理速度是以毫秒甚至秒计算。在不同时刻，系统中各部分的负载也常常很不均衡。为解决这个矛盾，可采用缓冲技术。 例如日常生活中冰箱的缓冲作用，商品一次性购进，分次消费。在计算机中，输入设备将数据或指令送入缓冲区，由缓冲区再很快送到内存。实际上，缓冲区不仅限于CPU和I/O设备之间，凡是数据到达率和离去率不同的地方都可设置缓冲区。 总之，引入缓冲的主要目的是:?缓和CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾;?提高它们之间的并行性;?减少对CPU的中断次数，放宽CPU对中断响应时间的要求。 2.缓冲区的设置 缓冲区可以用硬件寄存器实现，也可以在内存中开辟一片区域充当缓冲区，称之为软缓冲。 缓冲区的个数可根据数据输入/输出的速率和加工处理的速率之间的差异情况来确定，可设置单缓冲、双缓冲或多缓冲。 (1)单缓冲:用于数据到达率与离去率相差很大的情况。 (2)双缓冲:用于信息的输入和输出速率不大的情况。 (3)多缓冲:用于阵发性的输入和输出情况。 6.1.3 I/O系统的结构 不同规模的计算机系统，其I/O系统的结构也有差别。通常可将I/O系统的结构分为两大类:主机I/O系统和微机I/O系统。 1.主机I/O系统 比较典型的主机I/O系统具有四级结构:主机、通道、控制器和外部设备。 2.微型机I/O系统 - 31 -第 31 页 共 38 页 在大多数微型机和小型机中都使用总线I/O系统结构，实现CPU与控制器之间的通信。 操作系统总是与控制器打交道，而不是与设备直接作用。 6.1.4 设备管理的功能 设备管理这一部分在整个操作系统中占很大的比重，设备管理要达到的目标主要是: (1)使用方便; (2)与设备无关，也称做设备独立性; 3)效率高; (4)管理统一。 ( 为了实现上述目标，操作系统的设备管理要具有以下功能: (1)监视设备状态; (2)进行设备分配; (3)完成I/O操作; 4)缓冲管理与地址转换。 ( 6.2设备分配技术 6.2.1设备分配技术 1.与设备分配相关的因素 (1)I/O设备的固有属性。有的设备由一个进程独占，有的可由多个进程共享; (2)系统所采用的分配算法，由分配算法确定哪些进程可得到设备; (3)设备分配应防止死锁发生; (4)用户程序与实际使用的物理设备无关。 2.设备分配技术 根据设备的使用性质可将设备分成独占设备，共享设备和虚拟设备三种: (1)独占设备是不能共享的设备，即:在一段时间内，该设备只允许一个进程独占，如:行式打印机，磁带机等。 (2)共享设备是可由若干个进程同时共享的设备，例如磁盘机。 (3)虚拟设备是利用某种技术把独占设备改造成可由多个进程共享的设备。这种设备并非物理上变成了共享设备，而是用户使用它们时“感觉”就是共享设备，不像独占设备了。 针对这三种设备采用三种分配技术，即:独占分配、共享分配和虚拟分配。 (1)独占分配 独占分配技术是把独占设备固定地分配给一个进程，直至该进程完成I/O操作并释放它为止。该进程占用这个设备期间，即使闲置不用，也不能分给别的进程作用。从设备和利用率来说，这种技术并不好，因为它是低效高耗的。通常只要有可能，最好是使用其它两种技术，即共享分配和虚拟分配。 (2)共享分配 每个进程只用其中的某一部分，系统保证对这些不同的部分方便地进行检索，而且又互不干拢。 (3)虚拟分配 虚拟分配技术是利用共享设备去模拟独占设备，从而使独占设备成为可共享的、快速I/O的设备。实现虚拟分配的最有名技术是Spooling(Simultaneous Peripheral Operations Online，同时外围联机操作)技术，也称做假脱机操作。 3、设备分配算法 设备分配算法就是按照什么原则把设备分配给进程。常用的算法有先来先服务和优先级高的优先服务。 6.2.2 Spooling系统(详见教材P195，图6—4) - 32 -第 32 页 共 38 页 6.3输入输出管理 6.3.1处理输入输出请求的步骤 1.用户进程发生I/O请求 2.执行到与I/O请求相对应的系统调用后，转去执行操作系统的核心程序，此时进程的状态由用户态转到核心态。 设备驱动程序是控制设备动作的核心模块 3. 4.I/O完成后，由通道(或设备)产生中断信号 6.3.2设备驱动程序功能 设备驱动进程功能:设备驱动进程运行的程序就是各类设备相应的设备驱动程序，即设备驱动进程严格招待设备驱动程序中规定的各种功能。设备驱动程序应具备的以下功能: (1) 接受用户的I/0请求; (2) 取出请求队列中队首请求，将相应设备分配给它; (3) 启动设备工作，完成指定的I/O操作; (4) 处理不自设备的中断; 6.4 UNIX系统常用设备安装和管理 UNIX系统支持种类繁多的设备，如硬盘、软盘、磁带机、光驱、终端、打印机等，本节介绍打印机和终端的安装与管理 6.4.1打印机的安装和管理 1.打印机的安装 安装打印机的步骤大致是:?配置端入口(串口或并口);?连接打印机与主机;?将打印机添加到系统中;?进行必要的打印机配置等。 6.5.2终端的安装和管理 1.终端的安装有以下几个步骤:?连接终端;?设置终端;?开启终端 2.终端的管理涉及以下的几个方面:?终端配置文件;?改变串行线特征;?设置终端类型;?改变主控台;?禁用终端 本章小结: 各种计算机设备是整个系统中的需要组成部分。由于外设种类繁多，所以管理很复杂。 按工作特性可把设备分为存储设备和I/O设备两大类，在UNIX系统中分别把它们称之为块设备和字符设备。 按设备的共享属性可分为独占设备、共享设备和虚拟设备。 对设备的标识分为逻辑设备号和物理设备号。 用户程序中使用逻辑设备号，由系统把它转换成物理设备号，实现用户程序与设备的无关性。 缓冲技术是得到广泛采用的平滑数据I/O速率的办法。引入缓冲技术的主要目的。 按照数据到达速率和离去速率的不同，可用单缓冲、双缓冲或多缓冲。 不同系统中设备管理的方式有差别:但基本上都要达到以下目标:使用方便、与设备无关、效率高、管理统一。 设备管理应具备以下功能:监视设备状态、进行设备分配、完成I/O操作，缓冲管理与地址转换。 常用的设备分配技术有三种:独占、共享和虚拟 设备分配算法常用的有两种:先来先服务和优先级高的优先服务。 系统处理输入输出请求的步骤。 在UNIX系统中，设备作为特别文件对待。设备驱动进程所执行的设备驱动程序应有以下功 - 33 -第 33 页 共 38 页 能:接受用户的I/O请求，进行设备分配、启动设备工作，处理设备中断。 打印机的安装与管理 终端设备的安装步骤。 作业:P209——210 1—5，8，9。 第七章 中断和信号机构 [学习目标] 1.理解中断的一般处理过程。 2.了解系统调用的实施过程，UNIX信号机构。 学习要点] [ 本章重点是学习中断的一般处理过程以及系统调用的实施过程，了解UNIX系统中信号机构的工作方式。 7.1中断过程 7.1.1中断的一般处理过程 1.中断的概念 所谓中断是指CPU对系统发生的某个事件作出的一种反应:CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动地转去执行相应的处理程序，处理完该事件后再返回断点继续执行被“打断”的程序。可参看P212图7-1。 如同处理日常生活中的“接听电话”或“有人敲门”等事件。我们先停下手中正在进行的工作，去接听电话或处理敲门;处理完毕后，再回到先前停下来的地方继续工作。也类似于程序中的主程序和子程序的处理过程。 引起中断的事件称为中断源，中断源向CPU提出进行处理的请求称为中断请求。 2.中断类型 按中断事件来源进行分类，主要有两类: 1)中断。由CPU以外的事件引起的中断，如I/O中断、时钟中断、控制台中断等。 ( (2)异常(exception)。来自CPU的内部事件或程序执行中的事件引起的过程。如由于CPU本身故障、程序故障和请求系统服务的指令引起的中断等。 3.中断的一般处理过程 中断处理一般分为中断响应和中断处理两个步骤。中断响应由硬件实施，中断处理主要由软件实施。 (1)中断响应 对中断请求的整个处理过程是由硬件件和软件结合起来而形成的一套中断请求机构实施的，发生中断时，CPU暂停执行当前的程序，而转去处理中断。这个硬件对中断请求作出反应的过程，称为中断响应。 一般来说，中断响应顺序执行下述三步动作:?中止当前程序的执行;?保存原程序的断点信息;?转到相应的处理程序。 通常CPU在执行一条指令后，立即检查有无中断请求。如有，则立即作出响应。 (2)中断处理 中断响应后，就由软件(中断处理程序)进行相应处理。中断处理过程大致分为四个阶段:保存被中断程序的现场，分析中断原因，转入相应处理程序进行处理，恢复被中断程序现场(即中断返回)。中断处理过程为:?保存现场;?分析原因;?分析原因;?中断返回。 7.1.2系统调用的实施 1.系统调用接口 - 34 -第 34 页 共 38 页 在UNIX系统中，系统调用像普通C语言函数调用那样出现在程序中。但是，一般的函数调用序列并不能把进程的状态从用户态变为核心态，而系统调用却可以做到这一点。 当处理机执行到trap指令时，处理机的状态就从用户态变为核心态。 系统调用的实施过程小结: 系统调用对应到汇编指令trap; 执行到trap指令，处理机由用户态变为核心态; 查系统调用入口表，转去执行相应的处理程序; 如涉及到I/O操作，则经由文件系统处理后，再转设备驱动; I/O完成后，发中断信号，进行中断处理; 系统调用执行完，可调度原进程运行。 .2 UNIX信号机构 7 这种处理方式与硬件中断的处理方式有不少相似之处，大部分陷入都转入信号机构处理。但是二者又是不同的，因为信号的设置、检测等都是由软件实现的，所以也称做软中断。 信号处理机构是系统中围绕信号的产生、传递和处理而构成的一套机构，该机构通常包括三个部分:?信号的分类、产生和传递;?对各种信号预先规定处理方式;?信号的检测和处理。 7.2.1信号分类(自学，详见教材) 7.2.2信号处理方式(自学，详见教材) 7.2.3信号的检测和处理(自学，详见教材) 本章小结: 中断是现代计算机系统的重要概念之一，它是指CPU对系统发生的某个事件作出的处理过程。 对中断的处理是由硬件和软件协同完成的。硬件对中断请求作出响应:中止当前程序的执行，保存断点信息，转到相应的处理程序。软件对中断进行相应的处理:保存现场，分析原因，处理中断，中断返回。中断的处理是在核心态下进行的。 在UNIX系统中，各中断分别对应一个中断向量。 在UNIX系统中，对异常事件转入陷入处理。 系统调用是主要的陷入事件，在用户态下执行系统调用，就转入核心程序，通过查系统调用入口表转到相应的处理程序。 UNIX系统还提供了信号机构，对某些事情转入信号机构处理。通过设置信号处理方式，检测信号处理信号等，实现对信号的处理。 作业:P222 第1—6题。 第八章 死锁 [学习目标] 1.掌握死锁的概念，死锁的预防和避免。 2.理解产生死锁的必要条件。 3.了解银行家算法，死锁的检测及恢复。 [学习要点] 本章重点是弄清死锁的概念，而要透彻地理解死锁的概念，就要弄清死锁产生的原因，即计算机系统资源有限、进程推进顺序不当。体会死锁产生的必要条件。另外，要弄清楚排除死锁的方法，如:死锁的预防、避免以及检测和恢复等。 - 35 -第 35 页 共 38 页 8.1死锁的概念 所谓死锁，是指多个进程循环等待它方占有的资源而无限期地僵持下去的局面。 计算机产生死锁的根本原因就是资源有限且操作不当，即一种原因是系统提供的资源太少了，远不能满足并发进程对资源的需求。这种竞争资源引起的死锁是我们要讨论的核心;另一种原因是由于进程推进顺序不合适引发的死锁。 8.1.2产生死锁的必要条件 如果在计算机系统中同时具备下面四个必要条件时，那么会发生死锁。即只要下面四个条件有一个不具备，系统就不会出现死锁。 1.互斥条件:即某个资源在一段时间内只能由一个进程占有，不能同时被两个或两个以上的进程占有。 不可抢占条件:进程所获得的资源在未使用完毕之前，资源申请者不能强制地从资源占2. 有者手中夺取资源，而只能由该资源的占有者进程自行释放。 3.占有且申请条件 进程至少已经占有一个资源，但又申请新的资源;由于该资源已被另外进程占有，此时该进程阻塞;但是，它在等待新资源时，仍继续占用已占有的资源。 4.循环等待条件 存在一个进程等待序列{ P1 ，P2 „Pn}其中P1等待P2所占有的某一资源，P2等待P3所占有的某一资源，„„而Pn等待P1所占有的资源，形成一个进程循环等待环。 上面提到的这四个条件在死锁时会同时发生。也就是说，只有一个必要条件不满足，则死锁就可以排除。 8.2死锁的预防 一般地，解决死锁的方法分为死锁的预防、避免、检测与恢复三种。 死锁的预防是保证系统不进入死锁状态的一种策略。它的基本思想是要求进程申请资源时遵循某种 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，从而打破产生死锁的四个必要条件中的一个或几个，保证系统不会进入死锁的状态。 1.打破互斥条件，即允许进程同时访问某些资源。此办法无实用价值。 2.打破不可抢占条件。即允许进程强行从占有者那里夺取某些资源。这种方法实现起来困难，会降低系统性能。 3.打破占有且申请条件。可以实行资源预先分配策略。即进程在运行前一次性地向系统申请它所需要的全部资源。但也有缺点。 4.打破循环等待条件，实行资源有序分配策略。 8.3死锁的避免 上一节讲到的死锁预防是排除死锁的静态策略。它使产生死锁的四个必要条件不能同时具备，从而对进程申请资源的活动加以限制，以保证死锁不会发生。本节介绍排除死锁的动态策略——死锁的避免，它不限制进程有关申请资源的命令，而是对进程所发出的每一个申请资源命令加以动态地检查，并根据检查的结果决定是否进行资源分配。 8.3.1安全序列 安全序列的定义:所谓系统是安全的，是指系统中的所有进程能够按照某一种次序分配资源，并且依次地运行完毕，这种进程序列{ P1 ，P2 „Pn}就是安全序列。如果存在这样一个安全序列，则系统是安全的。 8.3.2银行家算法 这是一个著名的避免死锁的算法(应很好地掌握)。 [问题的描述] - 36 -第 36 页 共 38 页 一个银行家拥有一定数量的资金，有若干个客户要贷款，每个客户须在一开始就声明他所需贷款的总额，若该客户贷款总额不超过银行家的资金总额，银行家可以接受客户的要求。客户贷款是以每次一个资金单位(如1万RMB等)的方式进行的，客户在借满所需的全部单位款额之前可能会等待，但银行家须保证这种等待是有限的，可完成的。 例如:有三个客户C1、 C2、 C3向银行家贷款，该银行家的资金总额为10个资金单位，其中C1客户要借9个资金单位，C2客户要借3个资金单位;C3客户要借8个资金单位，总计 8—2所示。 20个资金单位，某一时刻及资金运行状态如教材P228图 说明:C1 2(7)表示C1客户已经借了2个资金单位，仍需7个资金单位。 从图8—2，可知银行家的放贷过程，即安全序列为{ C2 ，C3 C1}。从以上的分析过程及有关步骤可以看出，银行家算法允许死锁必要条件中的互斥条件、占有申请条件、不可抢占条件的存在，这样，它与预防死锁的几种方法相比，限制条件少了，资源利用率提高了。 8.4死锁的检测与恢复(自学，详见教材) 本章小结: 所谓死锁，是指多个进程循环等待他方占有的资源而无限期地僵持下去的局面。 计算机系统产生死锁的根本原因就是资源有限且操作不当。一种原因是竞争资源引起的死锁，另一种原因是由于进程推进顺序不合适引发的死锁。如果在计算机系统中同时具备下面四个必要条件时，那么就会发生死锁:互斥条件，不可抢占条件，占有且申请条件，循环等待条件。 一般地，解决死锁的方法分为死锁的预防、避免、检测与恢复三种。银行家算法是一个最有代表性的避免死锁的算法。 作业P234，第1—8题 第九章 现代操作系统技术与系统管理 [学习目标] 1.理解微内核、客户与服务器、进程和线程的概念。操作系统的代，网络操作系统的功能，系统管理员的职责。 2.了解微内核的一般结构，操作系统本地化的方式，未来操作系统的展望。 [学习要点] 微内核技术是新一代操作系统的重要标志之一。通过比较，弄清传统操作系统与新一代操作系统在结构上和概念上的差别，特别是进程与线程两概念的异同。理解网络操作系统的功能。 9.1操作系统“代”的划分 操作系统从诞生到现在大致可划分为以下三代: 1.第一代操作系统:采用无序模块结构。即操作系统是一个整块结构，内部分为若干模块。每个模块可以是一个子程序。模块之间直接相互调用，不分层次，形成网状调用模式。 2.第二代操作系统:采用层次结构。所谓层次结构，就是把系统程序按照功能分成若干基本模块，再根据其作用和相互关联分别划归不同的层次。 3.第三代操作系统:采用微内核结构，具有微内核结构的操作系统由下面两大部分组成: ? 在核心态下运行的内核，通常采用层次结构并构成了基本操作系统。 ? 在用户态下运行的并以客户/服务器方式活动的进程层(这里的进程概念与以上介 绍的传统操作系统的进程概念是不同的)。就是说，除内核以外的操作系统的其它 部分都被分成若干个相对独立的进程，每个进程完成一组服务，称为服务器进程， - 37 -第 37 页 共 38 页 简称服务器。而客户可以是一个用户，一个应用程序，或者是一个服务器进程。换 句话说，客户/服务器模型的思想是:把操作系统作为一组协作进程加以构造，它 们为用户提供各种服务。用户称为客户，那些协作进程称作服务器。 9.2 微内核概述 .2.1微内核概念 9 传统的操作系统结构大多数采用层次的模块结构。微内核是操作系统的核心，它将各种操作系统共同需要的核心功能提炼出来，形成微内核的基本功能。这些功能有IPC(Inter Process Communications,进程通信)、VM(Virtual Memory,虚拟存储)、Task(任务)和Threads( 线程)管理、中断处理及与硬件相关部分。 .2.2进程与线程 9 1.进程 在本章之前，讲述的是传统操作系统的概念，功能及实现。在那里，进程是表示资源分配的基本单位，又是调度运行的基本单位。 在Mach、Windows NT等采用微内核结构的操作系统中，进程的功能发生了变化:它是资源分配的单位而不再是调度运行的单位。 2.线程的概念 线程(thread)是进程中执行运算的最小单位，亦即执行处理机调度的基本单位。 3.线程的组成(详见教材) 4.引入线程的好处(详见教材) 5.进程与线程的关系: (1)一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。 (2)资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。 (3)处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程。 (4)线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。 9.2.3 微内核结构的特点(自学) 9.2.4 微内核操作系统产品(自学) 9.3网络操作系统概述 9.3.1计算机网络 所谓计算机网络是指通过通信线路将地理上分散的自主计算机、终端、外部设备等连接在一起，以达到数据通信和资源共享目的的一种计算机系统。 计算机网络主要包括以下三部分: (1) 通信子网 (2) 资源子网 (3) 通信协议 9.3.2网络操作系统 定义:网络操作系统是使网络上各计算机能方便有效地共享网络资源，为网络用户提供所需的各种服务的软件和通信协议的集合。 1.网络操作系统的任务(或功能): (1)网络通信 (2)资源管理 (3)网络服务 (4) 网络管理 - 38 -第 38 页 共 38 页 2.网络操作系统的分类: 网络操作系统具有以下两种工作模式: (1)客户/服务器(Client/server)模式 (2)对等模式(Peer—to—Peer) 9.3.3 网络操作系统的一般特性 1) 一致性;(2)透明性;(3)可靠性;(4)自主性。 ( 9.4 操作系统的本地化 9.4.1操作系统本地化方法 国内在操作系统本地化方面的工作分为两种方式:外挂式中文支持平台和开放式系统软件平台COSA。 9.5系统管理员和职责(详见P247) 本章小结: 操作系统发展至今出现了三代:第一代是无序模块结构;第二代是层次结构;第三代是微内核结构。 微内核的概念，其功能，采用的模型形式，线性与进程的关系——联系与区别。 网络操作系统的概念、功能、分类等。 作业P250, 第1—7题 总复习 依照本课程的特点，重点要求掌握三方面的内容:基本概念、基本功能和基本方法和技术。在弄清各个概念的基础上掌握有关的功能、特点，对基本方法和技术应理解其如何解决问题。 本课程的内容按其内部联系及重要程度可划分为两个部分:第一部分为第一章至第六章，是操作系统的概述及其五大功能;第二部分是第七章至第八章，是操作系统运行过程涉及的两个重要概念中断和死锁。第九章为扩充知识。 各章的重点分列如下: 第一章:什么是操作系统，其主要功能、基本特征等。 第二章:什么是进程，进程与程序的区别和联系，进程的基本状态及其变化;进程的组成，PCB的作用;进程的同步与互斥，信号量P、V操作等。 第三章:作业调度和进程调度的功能。简单调度算法，评价调度算法的指标。 第四章:用户程序的主要处理阶段，存储器管理的功能;有关地址、重定位，虚拟存储器、分页、分段等概念。 第五章:文件、文件系统的概念，文件的逻辑组织和物理组织的概念。目录和目录结构，文件的存取控制，路径和文件链接。 第六章:设备管理功能，常用设备分配技术，缓冲技术等。 第七章:中断的一般处理过程，系统调用的概念及实施过程。 第八章:死锁及产生死锁的必要条件，死锁预防及避免与银行家算法。 第九章:微内核及进程和线程的概念，代的划分、网络操作系统的功能等。 最后，希望同学们在全面复习的基础上，重点复习教材各章布置的作业及教材所给的答案。因为这些题涵盖了本课程的主要内容，答案是本教材浓缩的精华～一定要很好的予以利用。