四級(jí)網(wǎng)絡(luò)工程師四級(jí)網(wǎng)絡(luò)工程師 操作系統(tǒng)部分操作系統(tǒng)部分 1 操作系統(tǒng)概論操作系統(tǒng)概論 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括 硬件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)硬件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源包括兩大類 硬件資源和軟件資源硬件資源和軟件資源 硬件系統(tǒng) 中央處理器 內(nèi)存儲(chǔ)器 外存儲(chǔ)器 以及各種類型的輸入輸出設(shè)備 鍵盤 鼠中央處理器 內(nèi)存儲(chǔ)器 外存儲(chǔ)器 以及各種類型的輸入輸出設(shè)備 鍵盤 鼠 標(biāo)顯示器 打印機(jī) 標(biāo)顯示器 打印機(jī) 軟件系統(tǒng) 各種程序和數(shù)據(jù)各種程序和數(shù)據(jù) 軟件系統(tǒng)又分為 應(yīng)用軟件 支撐軟件應(yīng)用軟件 支撐軟件 數(shù)據(jù)庫 網(wǎng)絡(luò) 多媒體 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 操作系統(tǒng) 編譯器 集中了資源管理功能資源管理功能和控制程序執(zhí)行功能控制程序執(zhí)行功能的一種軟件 稱為操作系統(tǒng) 2 操作系統(tǒng)的任務(wù) 組織和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源 向用戶提供各種服務(wù)功能 一方面 向程序開發(fā)和設(shè)計(jì)人員程序開發(fā)和設(shè)計(jì)人員提供高效的程序設(shè)計(jì) 接口二 向使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶提供接口 3 操作系統(tǒng)的特征 并發(fā) 共享 隨機(jī)并發(fā) 共享 隨機(jī) 4 操作系統(tǒng)的功能 進(jìn)程管理進(jìn)程管理 存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理 文件管理文件管理 作業(yè)管理和設(shè)備管理 用戶接口作業(yè)管理和設(shè)備管理 用戶接口 5 操作系統(tǒng)的發(fā)展 1 手工制作 2 早期批處理 3 多道批處理 4 分時(shí)系統(tǒng) 6 UNIX 系統(tǒng) C 語言編寫語言編寫 多用戶多用戶 多任務(wù)多任務(wù) 分時(shí)操作系統(tǒng)分時(shí)操作系統(tǒng) 樹形文件系統(tǒng) 7 個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 20 世紀(jì) 70 年代微軟 MS DOS 單用戶單任務(wù) 1984 年蘋果操作系統(tǒng) 1992微軟 交互式操作系統(tǒng) WINDOWS 3 1 1995window95 1991linux linux 遵循 UNIX 標(biāo)準(zhǔn) POSIX 繼承 UNIX 全部優(yōu)點(diǎn) 8 安卓系統(tǒng) linux2 6 內(nèi)核 2007 11 5 操作系統(tǒng)分類 1 按用戶界面的使用環(huán)境和功能特征批處理操作系統(tǒng) 分時(shí)操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng) 分時(shí)操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 隨后的發(fā)展 多了個(gè)人操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 分布式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)個(gè)人操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 分布式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng) 批處理操作系統(tǒng) 特點(diǎn) 成批處理 目標(biāo)系統(tǒng)資源利用率高系統(tǒng)資源利用率高 作業(yè)吞吐率高作業(yè)吞吐率高 單位時(shí)間內(nèi)計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)處理作業(yè)的個(gè)數(shù) 缺點(diǎn) 不能直接與計(jì)算機(jī)交互 不適合調(diào)試程序 重點(diǎn) 1 1 一般指令和特權(quán)指令 運(yùn)行模式 用戶模式 特權(quán)模式 為用戶服務(wù)的用戶模式稱作為目態(tài)用戶服務(wù)的用戶模式稱作為目態(tài)為系統(tǒng)專用的特權(quán)模式稱為為系統(tǒng)專用的特權(quán)模式稱為管態(tài) 機(jī)器指令劃分為 一般指令和特權(quán)指令 特權(quán)指令包括 輸入輸出指令 停機(jī)指令 1 2 SPOOLing 多道程序的基本思想是在內(nèi)存中同時(shí)保持多大作業(yè) 主機(jī)可以以交替方式同時(shí)處理多個(gè)作業(yè) 分時(shí)系統(tǒng) 設(shè)計(jì)思想 分時(shí)操作系統(tǒng)將 CPU 的時(shí)間劃分為若干個(gè)小片段的時(shí)間劃分為若干個(gè)小片段 稱為時(shí)間片 特點(diǎn) 多路性 交互性 獨(dú)占性 及時(shí)性多路性 交互性 獨(dú)占性 及時(shí)性 分時(shí)系統(tǒng)追求的目標(biāo) 是及時(shí)響應(yīng)用戶輸入的交互命令 用來衡量系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)的指標(biāo)是響 應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間越短越好 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 是使計(jì)算機(jī)能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)及時(shí)響應(yīng)外部事件的請求 主要目標(biāo) 在嚴(yán)格時(shí)間范圍內(nèi) 對外部請求作出反應(yīng) 系統(tǒng)具有高度可靠性 幾個(gè)方面的能力 1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理 2 過載防護(hù) 3 高可靠性 嵌入式操作系統(tǒng) 高可靠性 實(shí)時(shí)性 占有資源少 智能化能源管理 易于連接 低成本高可靠性 實(shí)時(shí)性 占有資源少 智能化能源管理 易于連接 低成本 個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 單用戶多任務(wù) 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) NOS 目標(biāo) 相互通信及資源共享 兩種模式 集中式 分布式 分布式操作系統(tǒng) 特征 是一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)資源的深度共享 透明性 自治性 集群是分布式系統(tǒng)的一種 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng) 主要不同在于 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)可以構(gòu)架與不同的操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)不要求對網(wǎng)絡(luò)資源透明的訪問 對本地資源和異地資源訪問區(qū)別對待 分布式操作系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)單一操作系統(tǒng)對整個(gè)分布式系統(tǒng)的管理 調(diào)度 智能卡操作系統(tǒng) 指令集有 ISO IEC7816 4提供的指令類型 數(shù)據(jù)管理類 通信控制類 安全控制類 四個(gè)基本功能 資源管理 通信管理 安全管理 應(yīng)用管理資源管理 通信管理 安全管理 應(yīng)用管理 智能卡硬件資源 CPU 存儲(chǔ)部件 通信接口 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 整體式結(jié)構(gòu) 層次式結(jié)構(gòu) 微內(nèi)核 客戶機(jī) 服務(wù)器 典型的 WINDOWS NT 操作系統(tǒng)第二章操作系統(tǒng)第二章 處理器的構(gòu)成 運(yùn)算器 控制器 一系列寄存器和高速緩存運(yùn)算器 控制器 一系列寄存器和高速緩存 運(yùn)算器 實(shí)現(xiàn)任何指令中的算術(shù)和邏輯算術(shù)和邏輯運(yùn)算 控制器 負(fù)責(zé)控制程序的運(yùn)行的流程運(yùn)行的流程 寄存器 指令在 CPU 內(nèi)部作出處理的過程中的暫存數(shù)據(jù)暫存數(shù)據(jù) 地址及指令信息的存儲(chǔ) 設(shè)備 在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)中具有最快的訪問速度最快的訪問速度 高速緩存 位于 CPU 和物理內(nèi)存物理內(nèi)存之間 一般有內(nèi)存管理單元管理 訪問速度快于訪問速度快于 內(nèi)存 低于寄存器內(nèi)存 低于寄存器 1 處理器中的寄存器 用戶可見寄存器用戶可見寄存器 數(shù)據(jù)寄存器 地址寄存器 條件碼寄存器 控制和狀態(tài)寄存器控制和狀態(tài)寄存器 程序計(jì)數(shù)器 PC 指令寄存器 IR 程序狀態(tài)字 PSW 大致分為 5 類訪問存儲(chǔ)器指令 算術(shù)邏輯指令 訪問存儲(chǔ)器指令 算術(shù)邏輯指令 I 0 指令 控制轉(zhuǎn)移指令 處理器控指令 控制轉(zhuǎn)移指令 處理器控 制指令制指令 2 特權(quán)指令 非特權(quán)指令 特權(quán)指令 只能由操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)使用的指令 包括啟動(dòng)某設(shè)備指令 設(shè)置時(shí)鐘指令 控 制中斷屏蔽的某些指令 清主存指令 建立保護(hù)指令 非特權(quán)指令 用戶可以使用的 2 1 處理器的狀態(tài) 劃分為管態(tài)和目態(tài) 管態(tài)管態(tài)一般指操作系統(tǒng)管理程序運(yùn)行的狀態(tài) 又稱為特權(quán)態(tài) 系統(tǒng)態(tài)特權(quán)態(tài) 系統(tǒng)態(tài) 目態(tài)目態(tài)一般指用戶程序運(yùn)行時(shí)的狀態(tài) 又稱為普通態(tài) 用戶態(tài)普通態(tài) 用戶態(tài) 目態(tài)目態(tài) 管態(tài)管態(tài)的轉(zhuǎn)換通過中斷或者異常中斷或者異常 管態(tài)管態(tài) 目態(tài)目態(tài)通過 PSW 指令 修改程序狀態(tài)字 2 2 程序狀態(tài)字 PSW包括 CPU 的工作狀態(tài)代碼 條件碼 中斷屏蔽碼 3 存儲(chǔ)體系 作業(yè)和程序只有存放在主存儲(chǔ)器 又稱內(nèi)部存儲(chǔ)器或者內(nèi)存 中才能運(yùn)行 3 1 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu) 主要考慮的三個(gè)問題 容量 速度 成本容量 速度 成本 速度 寄存器 高速緩存 內(nèi)存 硬盤存儲(chǔ)器 磁帶機(jī)速度 寄存器 高速緩存 內(nèi)存 硬盤存儲(chǔ)器 磁帶機(jī) 光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器 3 2 存儲(chǔ)保護(hù)界地址保護(hù) 存儲(chǔ)鍵界地址保護(hù) 存儲(chǔ)鍵 4 中斷和異常 4 1 中斷 CPU 對系統(tǒng)中或系統(tǒng)外發(fā)生的異步事件的響應(yīng)對系統(tǒng)中或系統(tǒng)外發(fā)生的異步事件的響應(yīng) 引起中斷的事件 中斷事件或中斷源 中斷向量表 程序狀態(tài)字 指令計(jì)數(shù)器 中斷技術(shù)解決了主機(jī)和外設(shè)并存工作的問題 作用 能充分發(fā)揮處理器的使用效率 提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)能力 4 2 異常 是由正在執(zhí)行的指令引發(fā)的 中斷和異常的分類 典型的中斷典型的中斷 時(shí)鐘中斷 輸入輸出中斷 控制臺(tái) 硬件故障時(shí)鐘中斷 輸入輸出中斷 控制臺(tái) 硬件故障 典型的異常典型的異常 程序性中斷 訪管指令異常程序性中斷 訪管指令異常 5 中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)的組成 中斷系統(tǒng)的硬件中斷裝置和軟件中斷處理程序 1 中斷請求的接收 2 中斷響應(yīng) 3 中斷處理 中斷信號(hào)的接收 響應(yīng)和處理過程 簡要的歸納為 接收和響應(yīng)中斷接收和響應(yīng)中斷 保護(hù)中斷斷點(diǎn)現(xiàn)場保護(hù)中斷斷點(diǎn)現(xiàn)場 分析中斷變量 調(diào)用中斷處理程序 中斷處理結(jié)束回復(fù)現(xiàn)場 繼續(xù)執(zhí)行分析中斷變量 調(diào)用中斷處理程序 中斷處理結(jié)束回復(fù)現(xiàn)場 繼續(xù)執(zhí)行 5 1 幾種典型的中斷的處理中斷的處理 I 0 中斷 時(shí)鐘中斷 硬件故障中斷 程序性中斷 系統(tǒng)服務(wù)請求 訪管指令中斷 時(shí)鐘中斷 硬件故障中斷 程序性中斷 系統(tǒng)服務(wù)請求 訪管指令 5 2 中斷優(yōu)先級(jí)和中斷屏蔽 多級(jí)中斷與中斷優(yōu)先級(jí) 硬件硬件決定了各個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)別 在同一中斷優(yōu)先級(jí)中多個(gè)設(shè)備接口中同時(shí)又中斷請求時(shí) 固定優(yōu)先數(shù) 輪轉(zhuǎn)法 固定優(yōu)先數(shù) 輪轉(zhuǎn)法 5 3 中斷屏蔽 可屏蔽和不可屏蔽 機(jī)器故障中斷不可屏蔽不可屏蔽 6 系統(tǒng)調(diào)用 系統(tǒng)調(diào)用和一般過程調(diào)用區(qū)別 系統(tǒng)調(diào)用 調(diào)用程序在用戶態(tài) 被調(diào)用程序在系統(tǒng)態(tài) 一般過程調(diào)用 在相同狀態(tài) 核心或者用戶態(tài) 系統(tǒng)調(diào)用分類 進(jìn)程控制類 文件操作類 進(jìn)程通信類 設(shè)備管理類 信息維護(hù)類 7 I O 技術(shù) I O 結(jié)構(gòu) 通道 直接存儲(chǔ)器存取 DMA 以及緩沖技術(shù) 通道 代替代替 CPU 對對 I O 操作的控制操作的控制 從而使使 CPU 和外設(shè)和外設(shè)可以并行工作 所以稱為 I O 處理 機(jī) DMA 技術(shù)自動(dòng)控制成塊數(shù)據(jù)在內(nèi)存和 I O 單元之間的傳送 緩沖技術(shù) 數(shù)據(jù)暫存技術(shù) 設(shè)置一個(gè)緩沖區(qū) 采用緩沖區(qū)的根本目的 CPU 處理數(shù)據(jù)的能力與設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)速度不相匹配處理數(shù)據(jù)的能力與設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)速度不相匹配 需要用緩沖需要用緩沖 區(qū)來緩解速度的矛盾 區(qū)來緩解速度的矛盾 8 時(shí)鐘 一般分為 硬件時(shí)鐘 軟件時(shí)鐘 用途分為 絕對時(shí)鐘 相對時(shí)鐘 又稱間隔時(shí)鐘 操作系統(tǒng)第三章操作系統(tǒng)第三章 進(jìn)程線程模型進(jìn)程線程模型 1 多道程序的設(shè)計(jì)模型 采用多道程序的設(shè)計(jì)可以提高提高 CPU 的利用率的利用率 1 1 程序的順序執(zhí)行 特點(diǎn) 順序性 封閉性 程序執(zhí)行結(jié)果的確定性 程序執(zhí)行結(jié)果的可再現(xiàn)性 1 2 多道程序設(shè)計(jì) 通常采用并行并行操作技術(shù) 多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境的特點(diǎn) 根本目的 提高整個(gè)操作系統(tǒng)的效率提高整個(gè)操作系統(tǒng)的效率 衡量系統(tǒng)效率的尺度 系統(tǒng)吞吐量系統(tǒng)吞吐量 指在單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所處理作業(yè)的道數(shù)在單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所處理作業(yè)的道數(shù) 多道程序的特點(diǎn) 獨(dú)立性 隨機(jī)性 資源共享性獨(dú)立性 隨機(jī)性 資源共享性 1 3 程序的并發(fā)執(zhí)行 并發(fā)執(zhí)行 指兩個(gè)或兩個(gè)以上的程序在計(jì)算機(jī)中同處于以開始執(zhí)行且尚未結(jié)束的狀態(tài) 并發(fā)程序在執(zhí)行期間具有相互制約關(guān)系 程序與計(jì)算不在一一對應(yīng) 并發(fā)程序執(zhí)行結(jié)果不可再現(xiàn) 宏觀上是同時(shí)進(jìn)行的 但從微觀上 在單個(gè) CPU 中 仍 然是順序執(zhí)行的 1 4 進(jìn)程模型 進(jìn)程控制塊的概念 從操作系統(tǒng)的角度 分為系統(tǒng)進(jìn)程和用戶進(jìn)程系統(tǒng)進(jìn)程和用戶進(jìn)程 系統(tǒng)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)高于用戶進(jìn)程 進(jìn)程和程序的聯(lián)系和區(qū)別 聯(lián)系 聯(lián)系 程序是構(gòu)成進(jìn)程的組成部分之一 從靜態(tài)角度 進(jìn)程是由程序 數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊進(jìn)程是由程序 數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊 組成 組成 區(qū)別 程序是靜態(tài)的程序是靜態(tài)的 進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的 進(jìn)程的特性 進(jìn)程的特性 并發(fā)并發(fā) 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 動(dòng)態(tài)產(chǎn)生 動(dòng)態(tài)消亡 獨(dú)立獨(dú)立 相對完整的資源分配單位 交往交往 相互作用 異步 異步 相互獨(dú)立 不可預(yù)知的前進(jìn) 1 5 進(jìn)程的狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換 三狀態(tài)三狀態(tài) 運(yùn)行 就緒 等待 就緒 運(yùn)行進(jìn)程被調(diào)度的程序選中 運(yùn)行 就緒時(shí)間片用完 運(yùn)行 等待等待某事件發(fā)生 等待 就緒等待的事件已經(jīng)發(fā)生 五狀態(tài) 運(yùn)行 就緒 阻塞 創(chuàng)建 結(jié)束運(yùn)行 就緒 阻塞 創(chuàng)建 結(jié)束 狀態(tài)轉(zhuǎn)換 創(chuàng)建進(jìn)程 提交 調(diào)度運(yùn)行 釋放 超時(shí) 事件等待 事件出現(xiàn) 七狀態(tài) 運(yùn)行運(yùn)行 阻塞 創(chuàng)建 結(jié)束 就緒掛起 阻塞掛起 就緒阻塞 創(chuàng)建 結(jié)束 就緒掛起 阻塞掛起 就緒 新引入的狀態(tài) 掛起和激活 1 6 進(jìn)程控制塊 PCB 分為調(diào)度信息和現(xiàn)場信息 調(diào)度信息調(diào)度信息包括 進(jìn)程名 進(jìn)程號(hào) 存儲(chǔ)信息 優(yōu)先級(jí) 當(dāng)前狀態(tài) 資源清單 消息隊(duì)列指進(jìn)程名 進(jìn)程號(hào) 存儲(chǔ)信息 優(yōu)先級(jí) 當(dāng)前狀態(tài) 資源清單 消息隊(duì)列指 針 進(jìn)程隊(duì)列指針 和當(dāng)前打開文件針 進(jìn)程隊(duì)列指針 和當(dāng)前打開文件 現(xiàn)場信息現(xiàn)場信息 程序狀態(tài)字 時(shí)鐘 界地址程序狀態(tài)字 時(shí)鐘 界地址 進(jìn)程的組成進(jìn)程的組成 程序 數(shù)據(jù)程序 數(shù)據(jù) 和進(jìn)程控制塊和進(jìn)程控制塊 FCB 組織 線性線性方式 索引 索引方式 鏈接鏈接方式 進(jìn)程的隊(duì)列 就緒隊(duì)列 等待 運(yùn)行就緒隊(duì)列 等待 運(yùn)行 1 7 進(jìn)程控制 通過原語通過原語 由若干條指令所構(gòu)成 用來實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定的操作 進(jìn)程控制原語 創(chuàng)建進(jìn)程 撤銷進(jìn)程 掛起進(jìn)程 激活進(jìn)程 阻塞進(jìn)程 喚醒進(jìn)程 以及改 變進(jìn)程優(yōu)先級(jí) 創(chuàng)建原語 撤銷原語 阻塞原語 喚醒原語創(chuàng)建原語 撤銷原語 阻塞原語 喚醒原語 UNIX 通過 fork 函數(shù)函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程 1 8 線程模型 更小的獨(dú)立運(yùn)行的基本單位 線程 引入線程 為了減少并發(fā)執(zhí)行時(shí)所付出的時(shí)間和空間開銷 進(jìn)程擁有兩個(gè)基本屬性 是一個(gè)可擁有資源的獨(dú)立單位是一個(gè)可擁有資源的獨(dú)立單位 又是一個(gè)可以獨(dú)立調(diào)度和分派的基 本單位 1 8 1 線程的基本概念 是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體 是是 CPU 調(diào)度和分派的基本單位調(diào)度和分派的基本單位 一個(gè)線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個(gè)線程 同一個(gè)進(jìn)程的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行 線程特性 每個(gè)線程有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符合一張線程描述表 不同的線程可以執(zhí)行相同的程序 同一個(gè)進(jìn)程中的各個(gè)線程共享該進(jìn)程的內(nèi)存地址空間 線程是處理器的獨(dú)立調(diào)度單位 多個(gè)線程可以并發(fā)執(zhí)行 線程的好處 花費(fèi)時(shí)間少花費(fèi)時(shí)間少 創(chuàng)建的速度比進(jìn)程塊創(chuàng)建的速度比進(jìn)程塊 系統(tǒng)開銷少系統(tǒng)開銷少 兩現(xiàn)成的切換花費(fèi)時(shí)間少兩現(xiàn)成的切換花費(fèi)時(shí)間少 能能 獨(dú)立運(yùn)行獨(dú)立運(yùn)行 線程和進(jìn)程比較 線程又稱為 輕量級(jí)進(jìn)程 傳統(tǒng)的進(jìn)程稱為重量級(jí)進(jìn)程 調(diào)度 線程作為調(diào)度和分派的基本單位線程作為調(diào)度和分派的基本單位 吧進(jìn)程作為資源擁有的基本單位 進(jìn)程作為資源擁有的基本單位 并發(fā)性 擁有資源 線程不擁有系統(tǒng)資源擁有資源 線程不擁有系統(tǒng)資源 系統(tǒng)開銷系統(tǒng)開銷 進(jìn)程的開銷遠(yuǎn)大于線程的開銷進(jìn)程的開銷遠(yuǎn)大于線程的開銷 1 8 2 線程的實(shí)現(xiàn)機(jī)制 第一種 用戶級(jí)線程用戶級(jí)線程不依賴于內(nèi)核不依賴于內(nèi)核LINUX 第二種 內(nèi)核級(jí)線程內(nèi)核級(jí)線程依賴內(nèi)核依賴內(nèi)核windows 第三種 混合實(shí)現(xiàn)方式混合實(shí)現(xiàn)方式solaris 1 9 進(jìn)程 線程 調(diào)度 一般分為 高級(jí)調(diào)度 作業(yè)調(diào)度 中級(jí)調(diào)度 低級(jí)調(diào)度 進(jìn)程 線程 調(diào)度 進(jìn)程 線性 調(diào)度即處理機(jī)調(diào)度 2 0 調(diào)度算法的設(shè)計(jì)原則 2 0 1 進(jìn)程行為 當(dāng)一個(gè)進(jìn)程等外部設(shè)備完成工作而被阻塞的行為屬于 I O 某些花費(fèi)了絕大多數(shù)時(shí)間在計(jì)算上面的 稱為計(jì)算密集型 在等待 I 0 花費(fèi)了絕大多數(shù)的時(shí)間稱為 I 0 密集型 系統(tǒng)分類 通常分為 批處理 交互式 實(shí)時(shí)系統(tǒng) 2 1 調(diào)度算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)度算法的設(shè)計(jì)目標(biāo) 公平 系統(tǒng)策略的強(qiáng)制執(zhí)行另一個(gè)就是保持系統(tǒng)的所有部分盡可能忙碌 通常檢查三個(gè)指標(biāo) 吞吐量 周轉(zhuǎn)時(shí)間 吞吐量 周轉(zhuǎn)時(shí)間 CPU 利用率利用率 周轉(zhuǎn)時(shí)間 從一個(gè)批處理作業(yè)提交時(shí)刻開始直到改作業(yè)完成時(shí)刻為止統(tǒng)計(jì)的平均時(shí)間平均時(shí)間 2 2進(jìn)程 線程 調(diào)度算法進(jìn)程 線程 調(diào)度算法 先來先服務(wù) 非搶占式 先來先服務(wù) 非搶占式 最短作業(yè)優(yōu)先 非搶占式 最短作業(yè)優(yōu)先 非搶占式 最短剩余時(shí)間優(yōu)先 搶占式最短剩余時(shí)間優(yōu)先 搶占式 SPTN 輪轉(zhuǎn)法 輪轉(zhuǎn)法 R R 分成一個(gè)個(gè)時(shí)間片 分成一個(gè)個(gè)時(shí)間片影響時(shí)間片的因素 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間 就緒進(jìn)程的數(shù)目影響時(shí)間片的因素 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間 就緒進(jìn)程的數(shù)目 計(jì)算機(jī)的處理能力 計(jì)算機(jī)的處理能力 應(yīng)該將時(shí)間片設(shè)為應(yīng)該將時(shí)間片設(shè)為 20 50ms 最高優(yōu)先級(jí)算法最高優(yōu)先級(jí)算法 多級(jí)反饋隊(duì)列算法 綜合了先進(jìn)先出 時(shí)間片 可搶占式 多級(jí)反饋隊(duì)列算法 綜合了先進(jìn)先出 時(shí)間片 可搶占式 最短進(jìn)程優(yōu)先最短進(jìn)程優(yōu)先 實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的調(diào)度算法 1 速率單調(diào)調(diào)度算法速率單調(diào)調(diào)度算法 RMS 2 最早最終時(shí)限優(yōu)先調(diào)度最早最終時(shí)限優(yōu)先調(diào)度 EDF 第四單元第四單元 并發(fā)與同步并發(fā)與同步 進(jìn)程進(jìn)程間的同步和互斥關(guān)系 進(jìn)程同步是指多個(gè)進(jìn)程中發(fā)生的事件存在某種時(shí)序關(guān)系 必須協(xié)同工作 相互配合 以共是指多個(gè)進(jìn)程中發(fā)生的事件存在某種時(shí)序關(guān)系 必須協(xié)同工作 相互配合 以共 同的完成一個(gè)任務(wù)同的完成一個(gè)任務(wù) 進(jìn)程互斥是指由于共享資源所要求的排他性 進(jìn)程間要相互競爭 以使用這些互斥資源由于共享資源所要求的排他性 進(jìn)程間要相互競爭 以使用這些互斥資源 進(jìn)程互斥的解決方法 由競爭各方平等協(xié)商競爭各方平等協(xié)商 二引入進(jìn)程管理者進(jìn)程管理者 臨界資源是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的需要互斥使用的硬件或軟件資源計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的需要互斥使用的硬件或軟件資源 計(jì)算機(jī)中的資源共享的程度可分為三次 互斥 死鎖 饑餓互斥 死鎖 饑餓 互斥 是指多個(gè)進(jìn)程不能同時(shí)使用同一個(gè)資源 是指多個(gè)進(jìn)程不能同時(shí)使用同一個(gè)資源 死鎖 是指避免多個(gè)進(jìn)程互不相讓 避免出現(xiàn)都得不到足夠資源的情況是指避免多個(gè)進(jìn)程互不相讓 避免出現(xiàn)都得不到足夠資源的情況 饑餓 避免某些進(jìn)程一直得不到資源或得到資源的概率很小避免某些進(jìn)程一直得不到資源或得到資源的概率很小 臨界資源訪問過程臨界資源訪問過程分成 進(jìn)入?yún)^(qū) 臨界區(qū) 退出區(qū) 剩余區(qū) 進(jìn)入?yún)^(qū) 臨界區(qū) 退出區(qū) 剩余區(qū) 遵循的準(zhǔn)則 空閑則入 忙澤等待 有限等待 讓權(quán)等待空閑則入 忙澤等待 有限等待 讓權(quán)等待 管程 一個(gè)管程由 過程 變量 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等組成的集合 一個(gè)管程由四個(gè)部分組成 管程名稱 共享數(shù)據(jù)的說明 對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的一組進(jìn)程和對 管程名稱 共享數(shù)據(jù)的說明 對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的一組進(jìn)程和對 公共享數(shù)據(jù)賦初值的語句公共享數(shù)據(jù)賦初值的語句 管程三個(gè)主要特征 模塊化模塊化 抽象數(shù)據(jù)類型抽象數(shù)據(jù)類型 信息隱蔽信息隱蔽 進(jìn)程通信 解決進(jìn)程之間的大量信息通信的問題 共享內(nèi)存 消息機(jī)制 以及通過共享文件 進(jìn)行通信 管道通信 都是高級(jí)通信原語 共享內(nèi)存 設(shè)有一個(gè)公共內(nèi)存區(qū) 消息機(jī)制消息機(jī)制 消息緩沖通信消息緩沖通信 要用發(fā)送消息原語 接收消息原語 信箱通信信箱通信 可存信件數(shù) 已有信件數(shù) 可存信件的指針 管道通信管道通信 UNIX 就是連接兩個(gè)進(jìn)程之間的一個(gè)打開的共享文件 優(yōu)點(diǎn) 傳輸數(shù)據(jù) 量大 但通信速度慢 操作系統(tǒng)第五章操作系統(tǒng)第五章 內(nèi)存管理內(nèi)存管理 1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器分為兩類 內(nèi)存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器 處理器可以直接訪問內(nèi)存處理器可以直接訪問內(nèi)存 但不但不 能直接訪問外存能直接訪問外存 CPU 通過啟動(dòng)相應(yīng)的輸入輸入 輸出設(shè)備輸出設(shè)備后才能使外存和內(nèi)存交換信息 對于內(nèi)存速度和容量的要求是 內(nèi)存的直接存取速度盡量快到與 CPU 取指速度相匹配 其 容量達(dá)到能裝下當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù) 1 1 存儲(chǔ)管理的任務(wù) 存儲(chǔ)器由內(nèi)存和外存組成 內(nèi)存空間由存儲(chǔ)單元組成的一堆連續(xù)的地 址空間 簡稱內(nèi)存空間 內(nèi)存空間一般分為 系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū)系統(tǒng)區(qū)和用戶區(qū) 1 2 存儲(chǔ)管理的主要任務(wù) 1 內(nèi)存的分配和回收 位示圖法 空閑頁面表 空閑塊表位示圖法 空閑頁面表 空閑塊表 內(nèi)存分配兩種方式 靜態(tài)分配 靜態(tài)分配 程序運(yùn)行前運(yùn)行前 和動(dòng)態(tài)分配動(dòng)態(tài)分配 在目標(biāo)模塊裝入裝入 時(shí)時(shí)確定并分配的 2 存儲(chǔ)共享 兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程共用內(nèi)存中的相同區(qū)域 內(nèi)容包括 代碼共享和 數(shù)據(jù)共享 3 存儲(chǔ)保護(hù) 為多個(gè)程序共享內(nèi)存提供保障 使得內(nèi)存的各程序只能訪問其自 己的區(qū)域 避免各程序間的相互干擾 分為地址越界保護(hù) 和權(quán)限保護(hù)分為地址越界保護(hù) 和權(quán)限保護(hù) 4 擴(kuò)充內(nèi)存容量 在邏輯上擴(kuò)充了內(nèi)存容量 2 地址轉(zhuǎn)換 邏輯地址 從 0 開始 絕對地址就是物理地址 分為 地址重定位地址重定位 把邏輯地址邏輯地址裝換成絕對地址 絕對地址 靜態(tài)重定位靜態(tài)重定位 把程序的指令地址和數(shù)據(jù)地址全部轉(zhuǎn)換程絕對地絕對地址 在程序執(zhí)行前完成 動(dòng)態(tài)重定位動(dòng)態(tài)重定位 直接把程序裝入到分配的內(nèi)存區(qū)域中直接把程序裝入到分配的內(nèi)存區(qū)域中 每當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)都由硬件的 地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將指令中的邏輯地址轉(zhuǎn)換為絕對地址絕對地址 由于地址轉(zhuǎn)換是在程序執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)完成的地址轉(zhuǎn)換是在程序執(zhí)行時(shí)動(dòng)態(tài)完成的 故稱為故稱為 動(dòng)態(tài)重定位動(dòng)態(tài)重定位 3 內(nèi)存管理內(nèi)存管理方案 單一用戶單一用戶 連續(xù)區(qū)連續(xù)區(qū) 管理管理 分區(qū)分區(qū)管理 頁式頁式管理 段式段式管理 段頁式段頁式管理 4 分區(qū)存儲(chǔ)管理方案 把內(nèi)存劃分為若干個(gè)連續(xù)區(qū)域 每個(gè)分區(qū)裝入一個(gè)運(yùn)行的程序 分區(qū) 的方式歸納成 固定分區(qū)和可變分區(qū)固定分區(qū)和可變分區(qū) 固定分區(qū) 在程序運(yùn)行時(shí)必須提供對內(nèi)存資源的最大申請量最大申請量 可變分區(qū) 在裝入程序時(shí)劃分內(nèi)存分區(qū) 可變分區(qū)有較大的靈活性 比固定分區(qū)有更好地內(nèi)更好地內(nèi) 存利用率存利用率 移動(dòng)技術(shù) 解決碎片問題的辦法是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻進(jìn)行碎片整理進(jìn)行碎片整理 移動(dòng)技術(shù)可以集中分 散的空閑區(qū) 提高內(nèi)存的利用率 便于作業(yè)動(dòng)態(tài)擴(kuò)充內(nèi)存 缺點(diǎn) 移動(dòng)技術(shù)會(huì)增加系統(tǒng)的開銷 移動(dòng)是有條件的 4 1 可變分區(qū)的實(shí)現(xiàn) 硬件設(shè)置兩個(gè)專用的控制寄存器 基址寄存器基址寄存器 起始地址 和限長寄限長寄 存器存器 存放長度 空閑分區(qū)的空閑分區(qū)的分配策略 最先適應(yīng)算法 最優(yōu)適應(yīng)算法 最壞適應(yīng)算法 下次適應(yīng)算法 分區(qū)的保護(hù) 系統(tǒng)設(shè)置界限寄存器系統(tǒng)設(shè)置界限寄存器 保護(hù)鍵方法保護(hù)鍵方法 分區(qū)管理方案的優(yōu)缺點(diǎn) 可變分區(qū)的內(nèi)存利用率比固定分區(qū)高 缺點(diǎn) 內(nèi)存使用仍不充分 并且存在較為嚴(yán)重的碎片問題 浪費(fèi)處理機(jī)時(shí)間 覆蓋技術(shù)和交換技術(shù) 覆蓋技術(shù)和交換技術(shù)交換技術(shù)的主要區(qū)別是控制交換的方式不同 前者主要是在早期的系統(tǒng)中 而后 者目前主要用于小型分時(shí)系統(tǒng)小型分時(shí)系統(tǒng) 交換技術(shù)又稱為對換技術(shù) 進(jìn)程從內(nèi)存移到磁盤并再移回內(nèi)存稱為交換 交換技術(shù)多用于分 時(shí)系統(tǒng)中 缺點(diǎn) 在交換時(shí)需要花費(fèi)大量的 CPU 時(shí)間 影響對用戶的響應(yīng)時(shí)間 頁式存儲(chǔ)管理方案 頁式存儲(chǔ)器使用的邏輯地址由兩部分組成 頁號(hào)和頁內(nèi)地址頁號(hào)和頁內(nèi)地址 塊號(hào) 字號(hào) 字長 位號(hào) 地址轉(zhuǎn)換與塊表 物理地址 內(nèi)存塊號(hào) 塊長 頁內(nèi)地址 頁表 多級(jí)頁表多級(jí)頁表 大多數(shù)操作系統(tǒng)采用二級(jí)頁表 散列頁表散列頁表 反置頁表反置頁表 快表快表 當(dāng)要按給定的邏輯地址進(jìn)行讀寫時(shí) 必須訪問兩次內(nèi)存 第一次按頁號(hào)讀出頁第一次按頁號(hào)讀出頁 表中對應(yīng)的塊號(hào)表中對應(yīng)的塊號(hào) 第二次按計(jì)算出來的絕對地址進(jìn)行讀寫第二次按計(jì)算出來的絕對地址進(jìn)行讀寫 為了提高存取速度 采用兩種方法 一種是在地址映射機(jī)制中增加一組高速寄存器保 存頁表 另一方法是在地址映射機(jī)制中增加一個(gè)小容量的聯(lián)想存儲(chǔ)器 相聯(lián)存儲(chǔ)器 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)與虛擬頁式存儲(chǔ)管理方案的實(shí)現(xiàn) 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)虛擬存儲(chǔ)技術(shù) 利用大容量的外存來擴(kuò)充內(nèi)存利用大容量的外存來擴(kuò)充內(nèi)存 簡稱虛存 虛擬存儲(chǔ)技術(shù)同交換技術(shù)在原理上市類似的 交換技術(shù)交換技術(shù)是以進(jìn)程進(jìn)程為單位進(jìn)行的 而虛擬存儲(chǔ)虛擬存儲(chǔ) 一般是以頁或段頁或段為單位 虛擬頁式存儲(chǔ)管理 頁號(hào) 有效號(hào) 頁框號(hào) 訪問位 修改位 保護(hù)位 禁止緩存位 缺頁中斷 要訪問的頁面不在內(nèi)存中 要訪問的頁面不在內(nèi)存中 頁面調(diào)度策略頁面調(diào)度策略 調(diào)入策略調(diào)入策略 外存調(diào)入內(nèi)存 置業(yè)策略 置業(yè)策略和置換策略置換策略 置換策略置換策略分為 固定分配局部置換固定分配局部置換 可變分配全局置換可變分配全局置換 可變分配局部置換可變分配局部置換 頁面置換算法 剛被調(diào)出的頁面又要立即要用 因而又要把他裝入 頻繁的調(diào)度 這種現(xiàn)象稱為抖動(dòng)或者抖動(dòng)或者 顛簸顛簸 頁面置換算法有 先進(jìn)先出頁面置換算法先進(jìn)先出頁面置換算法 fifo 最近最少使用頁面算法最近最少使用頁面算法 LRU 最近最不最近最不 常使用頁面置換算法常使用頁面置換算法 LFU 理想頁面置換算法理想頁面置換算法 OPT 最近未使用頁面置換算法最近未使用頁面置換算法 NRU 第二次機(jī)會(huì)頁面置換算法 時(shí)鐘頁面置換算法 第二次機(jī)會(huì)頁面置換算法 時(shí)鐘頁面置換算法 clock 缺頁中斷率 影響缺頁中斷率的因素 分配給程序的內(nèi)存塊數(shù) 頁面的大小 程序編制方法 頁面置換算法 段式和段頁式存儲(chǔ)管理方案 系統(tǒng)將內(nèi)存空間動(dòng)態(tài)分為若干個(gè)長度不同的區(qū)域 每個(gè)區(qū)域稱作一個(gè)物理塊 每個(gè)物理塊在 內(nèi)存中有一個(gè)起始地址 稱作段首止 從 0 開始編址 用戶程序的邏輯地址由段號(hào)和段內(nèi)地 址組成 自己細(xì)看 段式存儲(chǔ) 操作系統(tǒng)第六單元操作系統(tǒng)第六單元 文件管理文件管理 文件 解釋成為一組帶有標(biāo)識(shí)的 在邏輯意義有完整的意義的信息項(xiàng)的序列 這個(gè)標(biāo)識(shí)為文 件名 信息項(xiàng)是構(gòu)成文件內(nèi)容的基本單位信息項(xiàng)是構(gòu)成文件內(nèi)容的基本單位 文件系統(tǒng)的文件名 solaris 的的 UFS 長度可達(dá) 255 個(gè)字符 FAT12 MS DOS 8 個(gè)字符 外加 句點(diǎn)和 3 個(gè)字符的拓展名 NTFS 也可達(dá)到 255 個(gè)字符 FAT12 不區(qū)分大小寫不區(qū)分大小寫 EXT2 區(qū)分大小寫 區(qū)分大小寫 FAT12 只使用只使用 ACSII MS DOS 和和 windows 2000 XP 對不同的后綴有特定的解釋 對不同的后綴有特定的解釋 文件系統(tǒng) 是操作系統(tǒng)中統(tǒng)一管理信息資源的一中軟件 文件系統(tǒng)還負(fù)責(zé)對文件的按名存取 按名存取 文件分類 按文件的用途用途 系統(tǒng)文件 庫函數(shù)文件 用戶文件系統(tǒng)文件 庫函數(shù)文件 用戶文件 按文件組織形式組織形式 普通文件普通文件 目錄文件目錄文件 特殊文件特殊文件 一些常見的文件分類格式 按文件的保護(hù)保護(hù)方式 只讀文件 讀寫文件 可執(zhí)行文件 無保只讀文件 讀寫文件 可執(zhí)行文件 無保 護(hù)文件護(hù)文件 信息流向 輸入 輸出 輸入輸出 按存放時(shí)限 臨時(shí) 永久 檔案文件 按文件的介質(zhì)類型介質(zhì)類型 磁盤文件 磁帶文件 卡片文件 打印文件磁盤文件 磁帶文件 卡片文件 打印文件 組織結(jié)構(gòu) 邏輯文件邏輯文件 流式文件和記錄式文件流式文件和記錄式文件 物理結(jié)構(gòu) 順序文件 鏈接文件順序文件 鏈接文件 索索 引文件引文件 UNIX 類操作系統(tǒng)的文件分類 普通文件 目錄文件 特殊文件普通文件 目錄文件 特殊文件 文件的結(jié)構(gòu) 文件的邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu) 分為三類 無結(jié)構(gòu)的字符流式文件 定長記錄文件和不定長記錄文件無結(jié)構(gòu)的字符流式文件 定長記錄文件和不定長記錄文件 定長記錄文件和不定長記錄文件統(tǒng)稱為記錄式文件記錄式文件 流式文件 是有序字符的集合 UNIX 是流式文件結(jié)構(gòu) 是流式文件結(jié)構(gòu) 記錄式文件 是一組有序記錄的集合 構(gòu)成文件的基本單位是記錄記錄 記錄式文件分 為 定長記錄文件和不定長記錄文件定長記錄文件和不定長記錄文件 文件的物理結(jié)構(gòu) 常見的文件的物理結(jié)構(gòu) 順序結(jié)構(gòu) 鏈接結(jié)構(gòu) 索引結(jié)構(gòu) 物理結(jié)構(gòu) 順序結(jié)構(gòu) 鏈接結(jié)構(gòu) 索引結(jié)構(gòu) I 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu) windows 的的 FAT 文件系統(tǒng)采用的是鏈接結(jié)構(gòu)鏈接結(jié)構(gòu) 文件的存儲(chǔ)介質(zhì) 文件在存儲(chǔ)設(shè)備上的存取 順序存取設(shè)備 磁帶 隨機(jī)存取設(shè)備 典型設(shè)備磁盤 磁盤上每個(gè)物理塊的位置位置可以用柱面號(hào) 磁頭號(hào) 扇區(qū)號(hào)柱面號(hào) 磁頭號(hào) 扇區(qū)號(hào)表示 一次訪問磁盤的時(shí)間一次訪問磁盤的時(shí)間由尋道時(shí)間 旋轉(zhuǎn)定位時(shí)間 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間尋道時(shí)間 旋轉(zhuǎn)定位時(shí)間 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間所組成 文件的存取方式 順序存取 隨機(jī)存取順序存取 隨機(jī)存取 又稱為直接存取 UNIX 系統(tǒng)采用了順序存取和系統(tǒng)采用了順序存取和 隨機(jī)存取兩種方法 隨機(jī)存取兩種方法 文件目錄 文件系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)是按名存取 為了管理大量文件 為每個(gè)文件都設(shè)置了一個(gè) 描述性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 文件控制塊文件控制塊 FCB 把所有文件的文件控制塊有機(jī)組織起來 就構(gòu)成了文 件控制塊的一個(gè)有序集合 稱為文件目錄文件目錄 目錄文件 文件目錄以文件的形式保持起來 這個(gè)文件就被稱為目錄文件 目錄文件是長度目錄文件是長度 固定的記錄式文件 固定的記錄式文件 文件目錄結(jié)構(gòu) 一般吧文件目錄設(shè)計(jì)成一級(jí)目錄 二級(jí)目錄結(jié)構(gòu) 多級(jí)目錄結(jié)構(gòu) 二級(jí)目錄分為兩級(jí) 主文件目錄 用戶文件目錄主文件目錄 用戶文件目錄缺點(diǎn) 增加了系統(tǒng)開銷 樹形目錄 高層次為根目錄根目錄 最底層為文件文件 樹形目錄優(yōu)點(diǎn) 便于分類 層次清楚 解決了文件重命名問題 查找搜索速度快 一個(gè)一個(gè) UNIX 系統(tǒng)的根目錄由系統(tǒng)的根目錄由 bin etc lib tmp usr 路徑名 當(dāng)前正在使用的目錄 當(dāng)前目錄 有兩種路徑檢索的方法 一種是全路徑名 又稱為絕對路徑名 另一種是相對路徑 文件目錄的改進(jìn) FCB 分為符號(hào)目錄項(xiàng)和基本目錄項(xiàng) 目錄項(xiàng)分解法優(yōu)點(diǎn) 減少了訪問磁盤的次數(shù) 提高了文件目錄檢索速度 存儲(chǔ)空間的分配與回收存儲(chǔ)空間的分配與回收 四種不同的方案 位示圖 空閑塊表 空閑塊鏈表 成組鏈接位示圖 空閑塊表 空閑塊鏈表 成組鏈接 成組鏈接的管理方式比普通的鏈接方式效率高 實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的表目 系統(tǒng)打開文件表 用戶打開文件表 關(guān)系 用戶打開文件表指向了系統(tǒng)打開文件表 記錄的成組與分解 大概看看 158 頁 文件的操作 建立文件 用戶名 文件名 存取方式 存儲(chǔ)設(shè)備類型 記錄格式 記錄長度 建立文件的實(shí)質(zhì)是建立文件的文件控制塊 FCB 文件的保護(hù)和安全 文件的共享 在多級(jí)目錄中 鏈接法是常用的實(shí)現(xiàn)文件共享技術(shù) 矩形表示目錄 圓圈表示文件矩形表示目錄 圓圈表示文件 UNIX 采用了別名的方式采用了別名的方式 文件的保護(hù) 建立副本 定時(shí)轉(zhuǎn)儲(chǔ) 規(guī)定文件的存取權(quán)限建立副本 定時(shí)轉(zhuǎn)儲(chǔ) 規(guī)定文件的存取權(quán)限 采用樹形目錄結(jié)構(gòu) 存取控制表 文件的存取權(quán)限存取權(quán)限 1 存取控制矩陣存取控制矩陣 2 二級(jí)存取控制二級(jí)存取控制 3 UNIX 中的文件存取權(quán)限中的文件存取權(quán)限 文件屬主或文件擁有者 owner 文件屬組的同組用戶 group 其他用戶 other 文件的保密 措施 1 隱蔽文件目錄 2 設(shè)置口令 3 使用密碼 文件系統(tǒng)的性能 物理基礎(chǔ)是磁盤設(shè)備 常見的提高文件系統(tǒng)的技術(shù)高文件系統(tǒng)的技術(shù) 塊高速緩存 磁盤空間的合理分配 對磁盤調(diào)度算法進(jìn)行優(yōu)塊高速緩存 磁盤空間的合理分配 對磁盤調(diào)度算法進(jìn)行優(yōu) 化化 磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度 磁盤的驅(qū)動(dòng)調(diào)度 磁盤的存取訪問時(shí)間 尋道時(shí)間 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 傳輸時(shí)間尋道時(shí)間 旋轉(zhuǎn)延遲時(shí)間 傳輸時(shí)間 設(shè)計(jì)磁盤調(diào)度算法考慮的因素 公平性 高效性 1 移臂調(diào)度移臂調(diào)度 根據(jù)訪問者指定的柱面位置來決定執(zhí)行的次序 目的在于減少操作中的尋找 時(shí)間 一般采用以下幾種移臂調(diào)度算法 先來先服務(wù) 先來先服務(wù) FCFS 最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法 最短尋道時(shí)間優(yōu)先算法 SSTF 掃面算法 掃面算法 SCAN 循環(huán)掃描算法 循環(huán)掃描算法 S SCAN RAID 技術(shù) RAID0 采用多個(gè)磁盤并行以提高讀寫速度 1 用磁盤鏡像的方法提高存儲(chǔ)的可 靠性 2 和 3 以位或者字節(jié)作為并行單位 4 的并行單位是塊 WINDOWS 的 FAT 和 UNIX 系統(tǒng) FAT file allocation table 簡單的目錄結(jié)構(gòu) 三個(gè)版本 FAT 12 16 32 FAT 系統(tǒng)以簇以簇 為單位分配 引導(dǎo)扇區(qū) 文件分配表 根目錄 大小為 32 字節(jié) UNIX 文件系統(tǒng) 三級(jí)索引結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng)第七單元操作系統(tǒng)第七單元 I O 設(shè)備管理設(shè)備管理 輸入輸出設(shè)備 I O 設(shè)備 也稱為外部設(shè)備 狹義的 I O 設(shè)備不包括外存設(shè)備 廣義的就是 上述所說 設(shè)備管理師操作系統(tǒng)總體性能的重要決定因素 重要表現(xiàn)指標(biāo)和常見瓶頸之一 設(shè)備管理的任務(wù) CPU 性能越高 I O 設(shè)備性能同 CPU 性能不匹配的反差也越大 操作系操作系 統(tǒng)通過緩沖技術(shù) 中斷技術(shù) 虛擬技術(shù)解決這一問題 統(tǒng)通過緩沖技術(shù) 中斷技術(shù) 虛擬技術(shù)解決這一問題 設(shè)備的分類 按設(shè)備的使用特使用特性分類 I O 設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備 I O 設(shè)備室計(jì)算機(jī)與外部世界交換信息的設(shè)備 調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)適配器也處于調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)適配器也處于 I O 設(shè)備設(shè)備 用于構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng) 存儲(chǔ)設(shè)備是計(jì)算機(jī)用來存放信息的設(shè)備 如磁帶 磁盤 光盤 U 盤 按設(shè)備的信息組織方式來劃分 按設(shè)備的信息組織方式來劃分 字符設(shè)備和塊設(shè)備字符設(shè)備和塊設(shè)備鍵盤 終端 打印機(jī)等以字 符為單位組織的和處理信息的設(shè)備為字符設(shè)備 而磁盤 磁帶等以數(shù)據(jù)塊為單位組織和處理 信息的為塊設(shè)備 按設(shè)備的共享性分類按設(shè)備的共享性分類 共享設(shè)備共享設(shè)備 獨(dú)占設(shè)備獨(dú)占設(shè)備 虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備 磁盤是典型的共享設(shè)備 獨(dú)占設(shè)備的使用效率低是造成死鎖的條件之一 為此引入了虛擬設(shè)備的概念 虛擬設(shè)備是 指虛擬技術(shù)吧獨(dú)占設(shè)備改造成可以由多個(gè)進(jìn)程共享的設(shè)備 SPOOLING 技術(shù)室非常重要的 虛擬設(shè)備技術(shù) I O 硬件組成 I O 端口地址端口地址主要有兩種編止方式 內(nèi)存映射編址和內(nèi)存映射編址和 I O 獨(dú)立編址 獨(dú)立編址 I O 設(shè)備數(shù)據(jù)傳送控制方式 程序直接控制方式程序直接控制方式 中斷控制方式 中斷控制方式 DMA 方式 通道控制方式 方式 通道控制方式 程序直接控制方式 優(yōu)點(diǎn) CPU 和外設(shè)的操作能通過狀態(tài)信息得到同步 缺點(diǎn)是 CPU 效率較 低 適用于那些 CPU 執(zhí)行速度較慢 外圍設(shè)備少的系統(tǒng) 如單片機(jī) 中斷控制方式 CPU 與外設(shè)大部分時(shí)間內(nèi)并行工作 具有實(shí)時(shí)響應(yīng)能力 及時(shí)處理異 常情況 提高計(jì)算機(jī)的可靠性 DMA 方式 直接內(nèi)存訪問 是一種完全由硬件執(zhí)行 I O 數(shù)據(jù)交換的工作方式 DMA 控 制器從 CPU 完全接管對總線的控制完全接管對總線的控制 數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過 CPU 而直接在內(nèi)存和 I O 設(shè)備之間 進(jìn)行 DMA 方式分為三個(gè)階段 傳送前預(yù)處理 數(shù)據(jù)傳送 傳送后處理 傳送前預(yù)處理 數(shù)據(jù)傳送 傳送后處理 通道控制方式 可以實(shí)現(xiàn)對外圍設(shè)備的統(tǒng)一管理和外圍設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送 目 的是為了進(jìn)一步減少數(shù)據(jù)輸入輸出對整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響 可分為三種通道 選擇通道 數(shù)組多路通道 字節(jié)多路通道選擇通道 數(shù)組多路通道 字節(jié)多路通道 選擇通道和數(shù)組多路 通道都是以數(shù)據(jù)塊為單位 I O 軟件的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu) 最關(guān)鍵目標(biāo) 設(shè)備獨(dú)立性 I O 軟件一搬分為四層軟件一搬分為四層 中斷處理程序中斷處理程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 與設(shè)備無關(guān)的操作系統(tǒng)軟件與設(shè)備無關(guān)的操作系統(tǒng)軟件 用戶用戶 級(jí)軟件 級(jí)軟件 與設(shè)備無關(guān)的系統(tǒng)軟件 統(tǒng)一命名 設(shè)備保護(hù) 提供與設(shè)備無關(guān)的邏輯塊 緩沖 存儲(chǔ)設(shè)備 的塊分配 獨(dú)占設(shè)備的分配與釋放 出錯(cuò)處理 獨(dú)占設(shè)備 SPOOLING 系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中處理獨(dú)占設(shè)備的一種方法系統(tǒng)是操作系統(tǒng)中處理獨(dú)占設(shè)備的一種方法 典型的 I O 技術(shù) 緩沖技術(shù)和設(shè)備分配技術(shù) SPOOLINH 技術(shù) DMA 和通道技術(shù) 緩存技術(shù)是以空間換時(shí)間空間換時(shí)間 緩沖區(qū)的設(shè)置 緩沖區(qū)可以由硬件實(shí)現(xiàn) 稱為硬緩沖 通常在 打印機(jī)中 緩沖區(qū)也可以由軟件實(shí)現(xiàn) 通常采用單緩沖 雙緩沖 多緩沖 緩沖池技術(shù) 設(shè)備分配技術(shù) 設(shè)備分配算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)設(shè)備表系統(tǒng)設(shè)備表 SDT 設(shè)備控制表設(shè)備控制表 DCT 控制器控控制器控 制表制表 COCT 通道控制表通道控制表 CHCT 設(shè)備分配的原則 考慮設(shè)備