1、121世紀高等院校計算機科學與技術規劃教材 操作系統原理劉義常 主編郝文化 審校ISBN：7-5084-3390-4中國水利水電出版社2 概述操作系統概念啟動微機管理微機軟硬件資源為用戶提供操作界面 啟動微機標準設備驅動程序裝入運行自檢程序裝入256個中斷服務程序啟動操作系統軟件管理微機軟硬件資源管理全部硬件資源管理全部軟件資源 提供操作界面DOS操作界面: DOS提示符UNIX操作界面: “&”提示符WINDOWS操作界面: 桌面 操作系統功能管理應用程序的執行管理CPU管理內存管理輸入輸出設備管理文件和文件系統 操作系統特點共享性并行性 網絡操作系統網絡操作系統特殊作用網絡NETBIOS計

2、算機和通信技術結合 學習此課程作用操作系統對提高編程能力的作用操作系統對排除微機故障的作用作業的概念和描述作業的概念引入作業的作用作業所在的位置和隊列作業和JCB進程的引入和概念引入進程的目的進程的概念進程和程序概念的比較進程和PCB進程和內存的關系進程的狀態和描述進程的三種基本狀態進程的五種實際狀態掛起等待的實用意義進程的描述和PCB隊列進程原語的作用進程之間的關系進程之間的四種關系：互斥、同步、通信和死鎖臨界資源和臨界段代碼硬件指令實現互斥和工作原理信號量和工作原理管程的工作原理和優點進程的直接通信和消息的機制線程的概念和描述線程的引入線程的概念線程的狀態線程的描述、TCB和對象線程與進程

3、、線程與CPU 超線程超線程的概念超線程管理的實現作業、進程和線程的調度誰來調度FIFO和問題按優先級調度時間片輪轉調度最短進程調度最短剩余時間優先調度最高響應比優先調度多級反饋隊列調度操作系統運行應用程序原理三個硬件：輸入井、內存和CPU三個軟件：作業、進程和線程三個CB：JCB、PCB和TCB工作原理 進程的安全性進程安全性和系統安全性進程安全性和操作系統安全性Windows2000進程管理Windows2000的對象、進程和線程Windows2000中的進程管理Windows2000中的內核調度程序操作系統管CPUCPU預備知識操作系統管CPU什么操作系統如何管CPU操作系統管CPU的目

4、的 CPU預備知識CPU的工作狀態CPU工作狀態的改變可見的PSW不可見的PSW操作系統管什么標志寄存器的規定操作系統管CPU狀態改變依據什么改變CPU狀態 操作系統如何管中斷的概念中斷的類型中斷的工作過程和原理操作系統管CPU目的分配CPU資源進程需要分配CPU資源操作系統實現CPU資源分配 CPU管理新技術多級流水線技術指令預測技術指令隊列技術高速緩存技術操作系統原理劉義常 主編郝文化 審中國水利水電出版社微機的存儲系統結構 寄存器 高速緩存 內存 外存儲器操作系統管內存的四大功能 內存分配 地址轉換 內存的保護和共享 內存的擴充地址轉換地址概念物理地址和邏輯地址地址的轉換內存的擴充物理內

5、存為什么需要擴充物理概念邏輯概念物理地址和邏輯地址對實在內存的管理 實在內存概念和管理任務 固定分區技術 動態重定位可變分區技術 簡單分頁技術 簡單分段技術實在內存實在內存概念實在內存管理應該完成任務動態重定位可變分區可變分區技術內存碎片概念(內部和外部)程序浮動提出動態重定位可變分區技術簡單分頁地址轉換例頁號4 頁內地址為FAH 頁表起始物理地址2000H 一個頁表項4字節得到頁表項物理地址 : 2000H+4*4=2010H 一個頁架4K字節 最后物理地址 : 4FH*4KB+FAH=4FH*1000H+FAH=4F0FAH實在內存管理各種技術優缺點固定分區技術優缺點重定位可變分區技術優缺

6、點簡單分頁技術優缺點簡單分段技術優缺點對虛擬內存的管理一虛擬內存的概念虛擬分頁技術工作原理虛擬分段技術工作原理虛擬段頁技術工作原理PENTIUM段頁技術和擴充虛擬內存虛擬內存概念虛擬內存引入的好處虛擬內存帶來的新任務虛擬分頁技術虛擬分頁管理基本思想虛擬分頁內存分配虛擬分頁地址轉換虛擬分頁內存保護和共享虛報分頁內存擴充地址轉換中的快表提出快表的原因命中率問題快表對問題的解決PENTIUM中的地址轉換段表項LDT和GDT純分段和段下分頁“奔騰”下的內存擴充計算頁表項最多213 段下最多220頁 每一頁 212B奔騰段頁內存最多擴充到： 213* 220* 212B=245B對虛擬內存的管理二虛擬內

7、存訪問的失效虛擬分頁頁面置換算法頁架分配和工作集內存的共享技術快表一致性技術Windows對虛擬內存管理虛擬分頁管理頁面調度頁架分配內存映射文件 操作系統原理劉義常 主編郝文化 審中國水利水電出版社微機IO的三種方式程序方式的IO中斷IO和工作原理DMA的IODMA控制器和工作原理中斷工作原理中斷向量編號中斷請求CPU響應中斷中斷服務程序中斷優先級可屏蔽和不可屏蔽中斷I/O設備CPU中斷控制器可屏蔽中斷中斷服務程序執行中斷不可屏蔽中斷BIOS中中斷服務程序內 存中斷向量表服務程序地址服務程序地址服務程序服務程序堆棧底部 堆 棧棧頂指針高地址低地址BIOS中斷服務程序裝入內存內存中建立中斷向量表

8、I/O設備發出中斷請求CPU在兩條指令之間響應中斷CPU查找中斷向量編號CPU把IP和各種參數壓入堆棧CPU根據中斷向量表查找中斷服務程序物理地址CPU執行中斷服務程序中斷服務程序結束CPU彈堆棧CPU繼續執行原來工作的下一條指令DMA和工作原理DMA概念DMA工作原理DMA發展前景IO子系統模型結構硬件和相關組成部件設備驅動程序軟件設備驅動程序公共通道內核IO子系統第一層：操作系統內核I/O系統第二層：驅動程序接口層第三層：設備驅動程序層第四層：硬件相關部件層硬件和相關組成部件IO接口專用電路三種IO總線內存端口地址微機常用端口地址 C P UI/O設備I/O設備I/O設備I/O接口電路I/

9、O接口電路I/O接口電路數據總線地址總線控制總線 內存端口地址端口地址端口地址設備驅動程序軟件概念驅動程序軟件框架結構三和四層功能和設備相關的三個功能獨立于設備的四功能設備內部名CONPRNCOMLPT路徑名I/O緩沖區緩沖區提出緩沖區組成緩沖區使用硬盤的處理和原理硬盤的三個硬件參數硬盤的低級格式化硬盤的分區硬盤的高級格式化鋁合金園薄片組轉軸轉動電機步進電機磁頭架硬盤低級格式化原因過程作用硬盤的高級格式化引導區和引導扇區FAT表和簇號鏈FDT表和各級目錄數據區和它的工作原理SPOOL技術SPOOL技術概念SPOOL技術的作用打印機中的SPOOLWINDOWS2000I/O管理WINDOWS2000I/O系統結構WINDOWS2000驅動程序模型WINDOWS2000磁盤管理I/O管理程序文件系統緩沖存儲管理程序設備驅動程序網絡驅動程序 操作系統原理劉義常 主編郝文化 審中國水利水電出版社文件和它的管理文件的概念和說明文件系統概念和說明文件的概念和說明文件名文件的概念文件內容結構文件的分類文件的屬性和操作文件系統概念和說明文件系統的概念文件的目錄結構和路徑微機的文件目錄信息文件系統的安全和保護用戶確認技術：口令、用戶身份確認數據保護：防止非法使用數據、數據一致性、數據完整性WINDOWS2000文件系統文件系統結構文件路徑規定文件安全性 操作系統原理劉義常