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1、12121世纪高等院校计算机科学与技术规划教材世纪高等院校计算机科学与技术规划教材 操作系统原理操作系统原理刘义常刘义常 主编主编郝文化郝文化 审校审校ISBN：7-5084-3390-4中国水利水电出版社中国水利水电出版社2 概述概述操作系统概念操作系统概念启动微机启动微机管理微机软硬件资源管理微机软硬件资源为用户提供操作界面为用户提供操作界面 启动微机启动微机标准设备驱动程序装入标准设备驱动程序装入运行自检程序运行自检程序装入装入256256个中断服务程序个中断服务程序启动操作系统软件启动操作系统软件管理微机软硬件资源管理微机软硬件资源管理全部硬件资源管理全部硬件资源管理全部软件资源管理全
2、部软件资源 提供操作界面提供操作界面DOSDOS操作界面操作界面:DOS:DOS提示符提示符UNIXUNIX操作界面操作界面:“&”:“&”提示符提示符WINDOWSWINDOWS操作界面操作界面:桌面桌面 操作系统功能操作系统功能管理应用程序的执行管理CPU管理内存管理输入输出设备管理文件和文件系统 操作系统特点操作系统特点共享性共享性并行性并行性 网络操作系统网络操作系统网络操作系统特殊作用网络操作系统特殊作用网络网络NETBIOSNETBIOS计算机和通信技术结合计算机和通信技术结合 学习此课程作用学习此课程作用操作系统对提高编程能力操作系统对提高编程能力的作用的作用操作系统对排除微机故
3、障操作系统对排除微机故障的作用的作用作业的概念和描述作业的概念和描述作业的概念作业的概念引入作业的作用引入作业的作用作业所在的位置和队列作业所在的位置和队列作业和作业和JCBJCB进程的引入和概念进程的引入和概念引入进程的目的引入进程的目的进程的概念进程的概念进程和程序概念的比较进程和程序概念的比较进程和进程和PCBPCB进程和内存的关系进程和内存的关系进程的状态和描述进程的状态和描述进程的三种基本状态进程的三种基本状态进程的五种实际状态进程的五种实际状态挂起等待的实用意义挂起等待的实用意义进程的描述和进程的描述和PCBPCB队列队列进程原语的作用进程原语的作用进程之间的关系进程之间的关系进程
4、之间的四种关系：互斥、同步、进程之间的四种关系：互斥、同步、通信和死锁通信和死锁临界资源和临界段代码临界资源和临界段代码硬件指令实现互斥和工作原理硬件指令实现互斥和工作原理信号量和工作原理信号量和工作原理管程的工作原理和优点管程的工作原理和优点进程的直接通信和消息的机制进程的直接通信和消息的机制线程的概念和描述线程的概念和描述线程的引入线程的引入线程的概念线程的概念线程的状态线程的状态线程的描述、线程的描述、TCBTCB和对象和对象线程与进程、线程与线程与进程、线程与CPUCPU 超线程超线程超线程的概念超线程的概念超线程管理的实现超线程管理的实现作业、进程和线程的调度作业、进程和线程的调度谁
5、来调度谁来调度FIFOFIFO和问题和问题按优先级调度按优先级调度时间片轮转调度时间片轮转调度最短进程调度最短进程调度最短剩余时间优先调度最短剩余时间优先调度最高响应比优先调度最高响应比优先调度多级反馈队列调度多级反馈队列调度操作系统运行应用程序原理操作系统运行应用程序原理三个硬件：输入井、内存三个硬件：输入井、内存和和CPUCPU三个软件：作业、进程和三个软件：作业、进程和线程线程三个三个CBCB：JCBJCB、PCBPCB和和TCBTCB工作原理工作原理 进程的安全性进程的安全性进程安全性和系统安全性进程安全性和系统安全性进程安全性和操作系统安全进程安全性和操作系统安全性性Windows2
6、000Windows2000进程管理进程管理Windows2000Windows2000的对象、进程和的对象、进程和线程线程Windows2000Windows2000中的进程管理中的进程管理Windows2000Windows2000中的内核调度程中的内核调度程序序操作系统管操作系统管CPUCPUCPUCPU预备知识预备知识操作系统管操作系统管CPUCPU什么什么操作系统如何管操作系统如何管CPUCPU操作系统管操作系统管CPUCPU的目的的目的 CPUCPU预备知识预备知识CPUCPU的工作状态的工作状态CPUCPU工作状态的改变工作状态的改变可见的可见的PSWPSW不可见的不可见的PSW
7、PSW操作系统管什么操作系统管什么标志寄存器的规定标志寄存器的规定操作系统管操作系统管CPUCPU状态改状态改变变依据什么改变依据什么改变CPUCPU状态状态 操作系统如何管操作系统如何管中断的概念中断的概念中断的类型中断的类型中断的工作过程和原理中断的工作过程和原理操作系统管操作系统管CPUCPU目的目的分配分配CPUCPU资源资源进程需要分配进程需要分配CPUCPU资源资源操作系统实现操作系统实现CPUCPU资源分配资源分配 CPU CPU管理新技术管理新技术多级流水线技术多级流水线技术指令预测技术指令预测技术指令队列技术指令队列技术高速缓存技术高速缓存技术操作系统原理操作系统原理刘义常刘
8、义常 主编主编郝文化郝文化 审审中国水利水电出版社中国水利水电出版社微机的存储系统结构微机的存储系统结构 寄存器寄存器 高速缓存高速缓存 内存内存 外存储器外存储器操作系统管内存的四操作系统管内存的四大功能大功能 内存分配内存分配 地址转换地址转换 内存的保护和共享内存的保护和共享 内存的扩充内存的扩充地址转换地址转换地址概念地址概念物理地址和逻辑地址物理地址和逻辑地址地址的转换地址的转换内存的扩充内存的扩充物理内存为什么需要扩充物理内存为什么需要扩充物理概念物理概念逻辑概念逻辑概念物理地址和逻辑地址物理地址和逻辑地址对实在内存的管理对实在内存的管理 实在内存概念和管理任务实在内存概念和管理任
9、务 固定分区技术固定分区技术 动态重定位可变分区技术动态重定位可变分区技术 简单分页技术简单分页技术 简单分段技术简单分段技术实在内存实在内存实在内存概念实在内存概念实在内存管理应该完成任实在内存管理应该完成任务务动态重定位可变分区动态重定位可变分区可变分区技术可变分区技术内存碎片概念内存碎片概念(内部和外部内部和外部)程序浮动提出程序浮动提出动态重定位可变分区技术动态重定位可变分区技术简单分页地址转换例简单分页地址转换例页号4 页内地址为FAH 页表起始物理地址2000H 一个页表项4字节得到页表项物理地址 :2000H+4*4=2010H 一个页架4K字节 最后物理地址 :4FH*4KB+
10、FAH=4FH*1000H+FAH=4F0FAH实在内存管理各种技术优缺点实在内存管理各种技术优缺点固定分区技术优缺点固定分区技术优缺点重定位可变分区技术优缺重定位可变分区技术优缺点点简单分页技术优缺点简单分页技术优缺点简单分段技术优缺点简单分段技术优缺点对虚拟内存的管理一对虚拟内存的管理一虚拟内存的概念虚拟内存的概念虚拟分页技术工作原理虚拟分页技术工作原理虚拟分段技术工作原理虚拟分段技术工作原理虚拟段页技术工作原理虚拟段页技术工作原理PENTIUMPENTIUM段页技术和扩充段页技术和扩充虚拟内存虚拟内存虚拟内存概念虚拟内存概念虚拟内存引入的好处虚拟内存引入的好处虚拟内存带来的新任务虚拟内存
11、带来的新任务虚拟分页技术虚拟分页技术虚拟分页管理基本思想虚拟分页管理基本思想虚拟分页内存分配虚拟分页内存分配虚拟分页地址转换虚拟分页地址转换虚拟分页内存保护和共享虚拟分页内存保护和共享虚报分页内存扩充虚报分页内存扩充地址转换中的快表地址转换中的快表提出快表的原因提出快表的原因命中率问题命中率问题快表对问题的解决快表对问题的解决PENTIUMPENTIUM中的地址转换中的地址转换段表项段表项LDTLDT和和GDTGDT纯分段和段下分页纯分段和段下分页“奔腾奔腾”下的内存扩充计下的内存扩充计算算页表页表项最多213 段下最多220页 每一页 212B奔腾段页内存最多扩充到：213*220*212B
12、=245B对虚拟内存的管理二对虚拟内存的管理二虚拟内存访问的失效虚拟内存访问的失效虚拟分页页面置换算法虚拟分页页面置换算法页架分配和工作集页架分配和工作集内存的共享技术内存的共享技术快表一致性技术快表一致性技术WindowsWindows对虚拟内存管理对虚拟内存管理虚拟分页管理虚拟分页管理页面调度页面调度页架分配页架分配内存映射文件内存映射文件 操作系统原理操作系统原理刘义常刘义常 主编主编郝文化郝文化 审审中国水利水电出版社中国水利水电出版社微机微机I IO O的三种方式的三种方式程序方式的程序方式的I IO O中断中断I IO O和工作原理和工作原理DMADMA的的I IO ODMADMA
13、控制器和工作原理控制器和工作原理中断工作原理中断工作原理中断向量编号中断向量编号中断请求中断请求CPUCPU响应中断响应中断中断服务程序中断服务程序中断优先级中断优先级可屏蔽和不可屏蔽中断可屏蔽和不可屏蔽中断I/O设备CPU中断控制器可屏蔽中断中断服务程序执 行 中断不可屏蔽中断BIOS中中中中 断断 服服 务务程序程序内内 存存中中 断断 向向 量量表表服服 务务 程程 序序地址地址服服 务务 程程 序序地址地址服服务务程程序序服服务务程程序序堆栈底部堆栈底部 堆堆 栈栈栈栈顶顶指指针针高高 地地址址低低 地地址址BIOS中断服务程序装入内存中断服务程序装入内存内存中建立中断向量表内存中建立
14、中断向量表I/O设备发出中断请求设备发出中断请求CPU在两条指令之间响应中断在两条指令之间响应中断CPU查找中断向量编号查找中断向量编号CPU把把IP和各种参数压入堆栈和各种参数压入堆栈CPU根据中断向量表查找中断服务程序物理地址根据中断向量表查找中断服务程序物理地址CPU执行中断服务程序执行中断服务程序中断服务程序结束中断服务程序结束CPU弹堆栈弹堆栈CPU继续执行原来工作的下一条指令继续执行原来工作的下一条指令DMADMA和工作原理和工作原理DMADMA概念概念DMADMA工作原理工作原理DMADMA发展前景发展前景I IO O子系统模型结构子系统模型结构硬件和相关组成部件硬件和相关组成部
15、件设备驱动程序软件设备驱动程序软件设备驱动程序公共通道设备驱动程序公共通道内核内核I IO O子系统子系统第一层：操作系统内核I/O系统第二层：驱动程序接口层第三层：设备驱动程序层第四层：硬件相关部件层硬件和相关组成部件硬件和相关组成部件I IO O接口专用电路接口专用电路三种三种I IO O总线总线内存端口地址内存端口地址微机常用端口地址微机常用端口地址 C P UI/O设备I/O设备I/O设备I/O接口电路I/O接口电路I/O接口电路数 据 总线地 址 总线控 制 总线 内存端 口 地址端 口 地址端 口 地址设备驱动程序软件设备驱动程序软件概念概念驱动程序软件框架驱动程序软件框架结构结构
16、三和四层功能三和四层功能和设备相关的三个和设备相关的三个功能功能独立于设备的四功独立于设备的四功能能设备内部名设备内部名CONCONPRNPRNCOMCOMLPTLPT路径名路径名I/OI/O缓冲区缓冲区缓冲区提出缓冲区提出缓冲区组成缓冲区组成缓冲区使用缓冲区使用硬盘的处理和原理硬盘的处理和原理硬盘的三个硬件参数硬盘的三个硬件参数硬盘的低级格式化硬盘的低级格式化硬盘的分区硬盘的分区硬盘的高级格式化硬盘的高级格式化铝铝合合金金园园薄薄片片组组转轴转轴转动电机转动电机步进电机步进电机磁磁头头架架硬盘低级格式化硬盘低级格式化原因原因过程过程作用作用硬盘的高级格式化硬盘的高级格式化引导区和引导扇区引导
17、区和引导扇区FATFAT表和簇号链表和簇号链FDTFDT表和各级目录表和各级目录数据区和它的工作原理数据区和它的工作原理SPOOLSPOOL技术技术SPOOLSPOOL技术概念技术概念SPOOLSPOOL技术的作用技术的作用打印机中的打印机中的SPOOLSPOOLWINDOWS2000I/OWINDOWS2000I/O管理管理WINDOWS2000I/O系统结构WINDOWS2000驱动程序模型WINDOWS2000磁盘管理I/O管理程序文件系统缓冲存储管理程序设备驱动程序网络驱动程序 操作系统原理操作系统原理刘义常刘义常 主编主编郝文化郝文化 审审中国水利水电出版社中国水利水电出版社文件和它
18、的管理文件和它的管理文件的概念和说明文件的概念和说明文件系统概念和说文件系统概念和说明明文件的概念和说明文件的概念和说明文件名文件名文件的概念文件的概念文件内容结构文件内容结构文件的分类文件的分类文件的属性和操作文件的属性和操作文件系统概念和说明文件系统概念和说明文件系统的概念文件系统的概念文件的目录结构和路文件的目录结构和路径径微机的文件目录信息微机的文件目录信息文件系统的安全和保护文件系统的安全和保护用户确认技术：口令、用户身份确认数据保护：防止非法使用数据、数据一致性、数据完整性WINDOWS2000WINDOWS2000文件系统文件系统文件系统结构文件路径规定文件安全性 操作系统原理操
19、作系统原理刘义常刘义常 主编主编郝文化郝文化 审审中国水利水电出版社中国水利水电出版社Windows 2000Windows 2000系统系统Windows 2000Windows 2000操作系统结构操作系统结构和原理和原理对象、进程和线程对象、进程和线程微内核微内核优点和问题优点和问题Windows XPWindows XP操作系统操作系统WWindowsindows XP XP概述概述WWindowsindows XP XP的远程协助的远程协助WWindowsindows XP XP的远程桌面的远程桌面WWindowsindows XP XP 的其他特点的其他特点分布式操作系统分布式操作系统概念概念特点特点需要解决问题需要解决问题