1、第第3 3章章 操作系統基礎操作系統基礎 操作系統概述操作系統概述 操作系統的功能模塊操作系統的功能模塊 典型操作系統概述典型操作系統概述本章要點本章要點本章基本要求本章基本要求基本知識點基本知識點： (1) (1) 了解操作系統的定義、發展和分類；了解操作系統的定義、發展和分類； (2) (2) 了解操作系統的基本功能；了解操作系統的基本功能； (3) (3) 掌握操作系統的操作界面和工作方式。掌握操作系統的操作界面和工作方式。重點與難點：重點與難點：操作系統的基本功能和基本特性。操作系統的基本功能和基本特性。進程的概念及基本特性。進程的概念及基本特性。地址變換。地址變換。v操作系統操作系統

2、(Operating System(Operating System，OS)OS)是計算機系統中是計算機系統中的一個系統軟件，它們管理和控制計算機系統中的的一個系統軟件，它們管理和控制計算機系統中的硬件及軟件資源，為用戶提供一個功能強大、使用硬件及軟件資源，為用戶提供一個功能強大、使用方便和可擴展的工作環境。方便和可擴展的工作環境。v它是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對硬件它是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對硬件功能的擴充。功能的擴充。v操作系統在整個計算機系統中具有極其重要的特殊操作系統在整個計算機系統中具有極其重要的特殊地位，它不僅是硬件與其他軟件系統的接口，也是地位，它不僅是硬件

3、與其他軟件系統的接口，也是用戶和計算機之間進行用戶和計算機之間進行“交流交流”的界面的界面 3.1.1 3.1.1 什么是操作系統什么是操作系統計算機系統硬件、軟件和用戶的關系計算機系統硬件、軟件和用戶的關系3.1.2 3.1.2 操作系統的分類操作系統的分類 v批處理操作系統批處理操作系統 v分時操作系統分時操作系統v實時系統實時系統 v通用操作系統通用操作系統 v個人計算機操作系統個人計算機操作系統嵌入式操作系統嵌入式操作系統網絡操作系統網絡操作系統分布式操作系統分布式操作系統智能化操作系統智能化操作系統CPUCPU時間片時間片程序程序1程序程序2 2程序程序N N.程序程序1 1程序程序

4、3程序程序3 3程序排隊隊列程序排隊隊列CPUCPU分時分時OS多用戶、多道程序共享一個多用戶、多道程序共享一個CPUCPU的的OSOS。將將CPUCPU劃分為很小的時間片，采用循環輪作方式將這些劃分為很小的時間片，采用循環輪作方式將這些CPUCPU時間片分配給排隊隊列中等待處理的每個程序的處理時間片分配給排隊隊列中等待處理的每個程序的處理方式。方式。 側重于側重于及時性及時性和交互性和交互性實時實時OS實時實時OS是是實時控制系統實時控制系統和和實時處理系統實時處理系統的統稱。的統稱。實時控制系統用于過程控制。例如，控制飛行器、導彈實時控制系統用于過程控制。例如，控制飛行器、導彈發射、飛行過

5、程的自動控制系統。發射、飛行過程的自動控制系統。實時處理系統主要指對信息進行及時的處理。例如，利實時處理系統主要指對信息進行及時的處理。例如，利用計算機預訂飛機票、火車票或輪船票等。用計算機預訂飛機票、火車票或輪船票等。分布式分布式OS分布式操作系統是指通過分布式操作系統是指通過網絡網絡將大量計算機連接在一起，將大量計算機連接在一起，以獲取極高的運算能力、廣泛的數據共享以及實現分散以獲取極高的運算能力、廣泛的數據共享以及實現分散資源管理等功能為目的的一種資源管理等功能為目的的一種OSOS。它的優點是它的優點是：分布性分布性。它集各分散結點計算機資源為一體，以較低。它集各分散結點計算機資源為一體

6、，以較低的成本獲取較高的運算性能。的成本獲取較高的運算性能。可靠性可靠性。由于在整個系統中有多個。由于在整個系統中有多個CPUCPU系統，因此當系統，因此當某一個某一個CPUCPU系統發生故障時，整個系統仍舊能夠工作。系統發生故障時，整個系統仍舊能夠工作。并發性并發性: :在多道程序環境下，并發性是指在一段時間內，計在多道程序環境下，并發性是指在一段時間內，計算機中有多個程序在同時運行。算機中有多個程序在同時運行。共享性共享性: :是指多個并發執行的程序可以共享系統中的資源。是指多個并發執行的程序可以共享系統中的資源。 虛擬性虛擬性: :是指通過虛擬技術把一個物理實體變為多個邏輯上是指通過虛擬

7、技術把一個物理實體變為多個邏輯上的對應物。物理實體是實際存在的，而邏輯上的對應物是虛的對應物。物理實體是實際存在的，而邏輯上的對應物是虛的，是用戶感覺上的東西。通過虛擬技術，可以實現虛擬處的，是用戶感覺上的東西。通過虛擬技術，可以實現虛擬處理器、虛擬內存、虛擬外部設備等。理器、虛擬內存、虛擬外部設備等。異步性異步性: :程序執行順序、完成時間等都是不可預知的程序執行順序、完成時間等都是不可預知的。 3.1.4 3.1.4 操作系統的基本功能操作系統的基本功能現代操作系統功能示意圖現代操作系統功能示意圖操作系統操作系統用戶接口用戶接口處理器管理處理器管理存儲器管理存儲器管理設備管理設備管理文件管

8、理文件管理操作系統的基本功能操作系統的基本功能v處理器管理處理器管理的目的是為了讓的目的是為了讓CPUCPU有條不紊地工作。有條不紊地工作。由于系統內一般都有多道程序存在，這些程序都要由于系統內一般都有多道程序存在，這些程序都要享用享用CPUCPU資源，而在同一時刻，資源，而在同一時刻，CPUCPU只能執行其中一只能執行其中一個程序，故需要把個程序，故需要把CPUCPU的時間合理地、動態地分配的時間合理地、動態地分配給各道程序，使給各道程序，使CPUCPU得到充分利用，同時使得各道得到充分利用，同時使得各道程序的需求也能夠得到滿足。程序的需求也能夠得到滿足。 操作系統的基本功能操作系統的基本功

9、能v存儲器管理存儲器管理是指操作系統對計算機系統內存的管是指操作系統對計算機系統內存的管理，目的是使用戶合理地使用內存。它包括：合理，目的是使用戶合理地使用內存。它包括：合理分配內存和及時回收內存；存儲保護；擴充內理分配內存和及時回收內存；存儲保護；擴充內存。存。 v設備管理設備管理指對除指對除CPUCPU和內存外所有外部設備的管理。和內存外所有外部設備的管理。設備管理的目標是保證用戶方便的使用各種設備；設備管理的目標是保證用戶方便的使用各種設備；采用先進的技術比如通道技術、虛擬設備技術、采用先進的技術比如通道技術、虛擬設備技術、緩沖技術、中斷技術等盡可能實現設備并行工作緩沖技術、中斷技術等盡

10、可能實現設備并行工作的能力，合理分配設備。的能力，合理分配設備。操作系統的基本功能操作系統的基本功能v文件管理文件管理是對計算機系統中軟件資源的管理，目的是為用戶是對計算機系統中軟件資源的管理，目的是為用戶創造一個方便安全的信息使用環境。創造一個方便安全的信息使用環境。文件管理功能包括文件管理功能包括：文件的結構及存取方法；文件的目錄機構：文件的結構及存取方法；文件的目錄機構及有關處理；文件存儲空間的管理；文件的共享和保護；文件及有關處理；文件存儲空間的管理；文件的共享和保護；文件的操作和使用。的操作和使用。v用戶接口用戶接口有兩種類型：有兩種類型：命令接口命令接口：用戶通過交互命令方式直接或

11、間接地對計算機進行：用戶通過交互命令方式直接或間接地對計算機進行操作。操作。程序接口程序接口：是為用戶程序在執行中訪問系統資源而設置的。程：是為用戶程序在執行中訪問系統資源而設置的。程也稱為應用程序編程接口也稱為應用程序編程接口(Application Programming (Application Programming InterfaceInterface，API)API)，用戶通過，用戶通過APIAPI可以調用系統提供的例行程序，可以調用系統提供的例行程序，實現既定的操作。實現既定的操作。3.2.1 3.2.1 進程及處理器管理進程及處理器管理進程進程: : 進程是執行起來的程序，是系

12、統進進程是執行起來的程序，是系統進行資源調度和分配的一個獨立單位。行資源調度和分配的一個獨立單位。進程進程由程序、數據和進程控制塊由程序、數據和進程控制塊(PCB)(PCB)三部分組成。三部分組成。 3.2.1 3.2.1 進程及處理器管理進程及處理器管理u程序是用于描述進程所要完成的功能。程序是用于描述進程所要完成的功能。u數據是進程執行時的操作對象。數據是進程執行時的操作對象。u進程控制塊進程控制塊PCBPCB包含了有關進程的描述信息、控包含了有關進程的描述信息、控制信息以及資源信息量。制信息以及資源信息量。PCBPCB是進程的標志。是進程動態特性變化的集中反映是進程的標志。是進程動態特性

13、變化的集中反映。操作系統就是通過操作系統就是通過PCBPCB實現對進程的控制和管理。實現對進程的控制和管理。PCBPCB存于系統空間，只有操作系統能夠對其存取，用戶程存于系統空間，只有操作系統能夠對其存取，用戶程序是不能訪問的，實際上用戶甚至感覺不到序是不能訪問的，實際上用戶甚至感覺不到PCBPCB的存的存在。在。進程是運行著的程序，具有一定的生命周期。進程是運行著的程序，具有一定的生命周期。：引入進程的目的就是為了使其進程實體能和其他進引入進程的目的就是為了使其進程實體能和其他進程實體并發執行。程實體并發執行。是指進程是一個能獨立運行、獨立進行資源分配和是指進程是一個能獨立運行、獨立進行資源

14、分配和調度的基本單位。調度的基本單位。是指進程按各自獨立的、不可預知的速度向前推進。是指進程按各自獨立的、不可預知的速度向前推進。：為了管理進程，系統為每個進程創建一套數據結：為了管理進程，系統為每個進程創建一套數據結構，記錄該進程有關的狀態信息。構，記錄該進程有關的狀態信息。：由于系統資源有限，多個進程在并發執行過程中相由于系統資源有限，多個進程在并發執行過程中相互制約。互制約。在任何時刻，任何進程都處于以下三種基本狀態之一。在任何時刻，任何進程都處于以下三種基本狀態之一。 就緒狀態就緒狀態。進程已經獲得除進程已經獲得除CPU之外的其他資源，只之外的其他資源，只要再獲得要再獲得CPU，就立即

15、執行的狀態。，就立即執行的狀態。執行狀態。執行狀態。進程獲得了需要的所有資源正在處理機上進程獲得了需要的所有資源正在處理機上執行的狀態。執行的狀態。阻塞狀態阻塞狀態，也稱為也稱為等待狀態。阻塞狀態是指正在執行的等待狀態。阻塞狀態是指正在執行的進程由于發生某事件而暫時無法繼續執行的狀態。進程由于發生某事件而暫時無法繼續執行的狀態。就緒就緒等待等待運行運行調度調度I/O完成完成I/O等待等待時間片到時間片到進程狀態轉換示意圖進程狀態轉換示意圖進程與程序進程與程序 u程序是進程的軀體，是進程的組成部分，程序是進程的軀體，是進程的組成部分，一個進程存在一個進程存在的目的就是執行其所對應的程序，沒有程序

16、，進程就失的目的就是執行其所對應的程序，沒有程序，進程就失去了其存在的意義。但進程與程序不一一對應。一個程去了其存在的意義。但進程與程序不一一對應。一個程序可以多次執行，可以產生多個不同的進程。一個進程序可以多次執行，可以產生多個不同的進程。一個進程也可以對應多個程序。也可以對應多個程序。u程序是靜態的程序是靜態的，它描述的是靜態的指令集合及相關的數它描述的是靜態的指令集合及相關的數據結構，程序可以脫離機器長期保存，即使不執行的程據結構，程序可以脫離機器長期保存，即使不執行的程序也是存在的，所以程序是無生命的。而序也是存在的，所以程序是無生命的。而進程是動態的進程是動態的，它描述程序執行起來的

17、動態行為，所以進程有生存期，它描述程序執行起來的動態行為，所以進程有生存期，有創建后存在、撤銷后消亡的特性。有創建后存在、撤銷后消亡的特性。進程與程序進程與程序u程序不具有并發性程序不具有并發性，不占用，不占用CPUCPU、存儲器及輸、存儲器及輸入輸出設備等系統資源，所以不會受到其他入輸出設備等系統資源，所以不會受到其他程序的制約和影響。而程序的制約和影響。而進程具有并發性，進程具有并發性，在并在并發執行時，由于需要使用系統資源，受到其他發執行時，由于需要使用系統資源，受到其他進程的制約和影響。進程的制約和影響。進程控制進程控制u進程從一個狀態轉換到另一個狀態都是在操作系進程從一個狀態轉換到另

18、一個狀態都是在操作系統的控制下進行。這種控制通過原語來實現。統的控制下進行。這種控制通過原語來實現。u所謂所謂原語原語是機器指令的延伸，它是由若干條機器是機器指令的延伸，它是由若干條機器指令構成的用于完成特定功能的指令構成的用于完成特定功能的一段程序一段程序。為了。為了保證操作的正確性，規定在一個原語執行期間不保證操作的正確性，規定在一個原語執行期間不許插入任何其他操作。許插入任何其他操作。u用于進程控制的原語主要有用于進程控制的原語主要有創建原語、撤銷原語、創建原語、撤銷原語、等待原語和喚醒原語等待原語和喚醒原語等。等。 創建原語。創建原語。一般在操作系統中，都采用樹型結構來表示進程之間一般

19、在操作系統中，都采用樹型結構來表示進程之間的關系。一個進程可以創建若干個新進程，創建者稱為父進程，的關系。一個進程可以創建若干個新進程，創建者稱為父進程，被創建者稱為子進程。父進程為完成指定的任務創建若干子進程，被創建者稱為子進程。父進程為完成指定的任務創建若干子進程，子進程也可以再去創建自已的子進程，如此下去，構成一個進程子進程也可以再去創建自已的子進程，如此下去，構成一個進程家族。家族。創建進程的主要任務就是建立進程控制塊創建進程的主要任務就是建立進程控制塊PCBPCB。 撤銷原語撤銷原語。若干個進程在完成指定的任務后或因某種原因不再需。若干個進程在完成指定的任務后或因某種原因不再需要時由

20、撤銷原語將其撤銷，以便釋放它所占用的資源。要時由撤銷原語將其撤銷，以便釋放它所占用的資源。 撤銷進程的本質就是刪除進程控制塊撤銷進程的本質就是刪除進程控制塊PCBPCB。進程控制進程控制 等待原語。等待原語。一個處于執行狀態的進程因等待一個處于執行狀態的進程因等待某一事件某一事件( (如等待輸人輸出完成、等待另一如等待輸人輸出完成、等待另一進程發來消息等進程發來消息等) )而中止執行時，可使用等待而中止執行時，可使用等待原語將自己轉變為等待狀態。原語將自己轉變為等待狀態。 喚醒原語。喚醒原語。處于等待狀態而暫停執行的進程，處于等待狀態而暫停執行的進程，當其所等待的事件出現或所受的制約消失時，當

21、其所等待的事件出現或所受的制約消失時，由喚醒原語將其喚醒，變換為就緒狀態。由喚醒原語將其喚醒，變換為就緒狀態。進程控制進程控制進程調度進程調度進程調度即處理器調度進程調度即處理器調度。進程調度的任務是為了。進程調度的任務是為了控制、協調進程對控制、協調進程對CPUCPU的競爭，按照一定的調度算的競爭，按照一定的調度算法使就緒狀態的某一進程獲得法使就緒狀態的某一進程獲得CPUCPU，使該進程轉換，使該進程轉換成運行狀態。成運行狀態。 p先來先服務法。先來先服務法。進程調度總是把處理機分配進程調度總是把處理機分配給最先進入就緒隊列的進程。剛進入就緒隊給最先進入就緒隊列的進程。剛進入就緒隊列的進程排

22、在隊尾，每次調度總是從就緒隊列的進程排在隊尾，每次調度總是從就緒隊列中，選擇隊頭進程為之分配處理機，使之列中，選擇隊頭進程為之分配處理機，使之投入運行。該進程一直運行到完成或發生某投入運行。該進程一直運行到完成或發生某事件而阻塞后，才放棄處理機。事件而阻塞后，才放棄處理機。幾種進程調度算法幾種進程調度算法v最高優先權優先調度法。最高優先權優先調度法。進程調度總是把進程調度總是把CPUCPU分配給就緒隊列中具有最高優先權的進程。分配給就緒隊列中具有最高優先權的進程。最高優先權可在進程創建時設定，并在進程最高優先權可在進程創建時設定，并在進程的生存期內保持不變。也可在進程創建時給的生存期內保持不變

23、。也可在進程創建時給一個初值，隨進程的推進或隨其等待時間的一個初值，隨進程的推進或隨其等待時間的增加而改變。前者稱為增加而改變。前者稱為靜態優先權靜態優先權，后者稱，后者稱為為動態優先權動態優先權。幾種進程調度算法幾種進程調度算法。時間片輪轉法主要在分時系統中時間片輪轉法主要在分時系統中采用。系統將所有就緒進程按先來先服務的原則排采用。系統將所有就緒進程按先來先服務的原則排成一個隊列，每次調度時，將成一個隊列，每次調度時，將CPUCPU的使用權分配給隊的使用權分配給隊頭進程，并令其執行一個時間片。所謂時間片是指頭進程，并令其執行一個時間片。所謂時間片是指系統規定進程每次執行的最長時間系統規定進

24、程每次執行的最長時間( (例如例如100 ms)100 ms)，處于執行狀態的進程時間片用完后即被剝奪處于執行狀態的進程時間片用完后即被剝奪CPUCPU的使的使用權，并排到就緒隊列的末尾用權，并排到就緒隊列的末尾。幾種進程調度算法幾種進程調度算法3.2.2 3.2.2 存儲器管理存儲器管理存儲器管理的主要對象是內存。存儲器管理的主要對象是內存。計算機的內存空間計算機的內存空間一般分為系統存儲區和用戶存儲區兩個部分，一般分為系統存儲區和用戶存儲區兩個部分，系統系統存儲區存儲區存放操作系統以及一些標準子程序和例行程存放操作系統以及一些標準子程序和例行程序，序，用戶存儲區用戶存儲區存放用戶的程序和數

25、據，存儲管理存放用戶的程序和數據，存儲管理實際上是對用戶存儲區的管理。實際上是對用戶存儲區的管理。內存分配與回收內存分配與回收內存共享與保護內存共享與保護地址變換地址變換內存擴充內存擴充 存儲器管理的任務存儲器管理的任務內存分配有靜態分配和動態分配兩種方式。在現代多道內存分配有靜態分配和動態分配兩種方式。在現代多道程序系統中，主要采用動態分配方式。程序系統中，主要采用動態分配方式。內存空間的共享內存空間的共享: :是指兩個或多個進程共用內存中相同是指兩個或多個進程共用內存中相同的區域。共享的目的是節省內存空間，同時還可以實現的區域。共享的目的是節省內存空間，同時還可以實現進程間的通信。進程間的

26、通信。內存保護內存保護: :在多道程序運行的環境下，為避免內存中若在多道程序運行的環境下，為避免內存中若干道程序間的相互干擾，必須對內存采取保護措施。干道程序間的相互干擾，必須對內存采取保護措施。對于用戶程序經過編譯或匯編后形成的目標代碼，通對于用戶程序經過編譯或匯編后形成的目標代碼，通常采用的是相對地址形式，首地址為零，這個相對地常采用的是相對地址形式，首地址為零，這個相對地址稱為址稱為邏輯地址或虛擬地址。邏輯地址或虛擬地址。內存中某個存儲單元的編號稱為內存中某個存儲單元的編號稱為物理地址。物理地址。地址變換，也被稱為地址重定位，是指當系統將用戶地址變換，也被稱為地址重定位，是指當系統將用戶

27、程序裝入內存時，為確保程序裝入內存時，為確保CPUCPU執行程序指令時能正確執行程序指令時能正確地訪問內存單元，需要將用戶程序的邏輯地址轉換為地訪問內存單元，需要將用戶程序的邏輯地址轉換為內存中的物理地址的過程。地址重定位分為靜態重定內存中的物理地址的過程。地址重定位分為靜態重定位和動態重定位。位和動態重定位。 內存擴充是指將外存作為內存的擴充部分提供給內存擴充是指將外存作為內存的擴充部分提供給程序使用，使程序得到比實際內存容量大得多的程序使用，使程序得到比實際內存容量大得多的“內存內存”空間。空間。存儲管理的方法存儲管理的方法 1) 1) 單一連續分配存儲管理單一連續分配存儲管理v這是最簡單

28、的一種存儲管理方式，只適用于單用戶、這是最簡單的一種存儲管理方式，只適用于單用戶、單任務的操作系統。單任務的操作系統。 2) 2) 分區存儲管理分區存儲管理v分區存儲管理的基本原理是給內存中的每一個運行分區存儲管理的基本原理是給內存中的每一個運行的進程劃分一塊適當大小的存儲區，以連續存儲各的進程劃分一塊適當大小的存儲區，以連續存儲各程序的進程和數據，使各進程能并發執行。按分區程序的進程和數據，使各進程能并發執行。按分區的時機，分區存儲管理分為固定分區和動態分區。的時機，分區存儲管理分為固定分區和動態分區。3) 3) 虛擬存儲管理虛擬存儲管理v虛擬存儲技術的基本思想是把有限的內存空間與大虛擬存儲

29、技術的基本思想是把有限的內存空間與大容量的外存統一管理起來，構成一個遠大于實際內容量的外存統一管理起來，構成一個遠大于實際內存的、虛擬的存儲器。存的、虛擬的存儲器。 虛擬存儲管理虛擬存儲管理3.2.3 3.2.3 文件管理文件管理v文件管理的主要任務文件管理的主要任務是實現按名存取；實現對文件的共享、保護和保密，保證是實現按名存取；實現對文件的共享、保護和保密，保證文件的安全性；并提供給用戶一套方便操作文件的命令文件的安全性；并提供給用戶一套方便操作文件的命令。 v文件的分類文件的分類 按文件性質和用途可分為系統文件、用戶文件和庫文件。按文件性質和用途可分為系統文件、用戶文件和庫文件。 按文件

30、的操作保護可分為只讀文件、讀寫文件、執行文按文件的操作保護可分為只讀文件、讀寫文件、執行文件和不保護文件。件和不保護文件。 按文件中的數據形式可分為源文件、目標文件和可執行按文件中的數據形式可分為源文件、目標文件和可執行文件。文件。 文件的邏輯結構和物理結構文件的邏輯結構和物理結構 (1)(1)文件的邏輯結構文件的邏輯結構v文件的邏輯結構反映了文件的組織方式。文件的邏輯結構反映了文件的組織方式。v文件的邏輯結構分為兩大類：文件的邏輯結構分為兩大類：一類是記錄式的有結構文件，它由若干個相關記一類是記錄式的有結構文件，它由若干個相關記錄組成。例如，數據庫文件。錄組成。例如，數據庫文件。另一類是字符

31、流式的無結構文件，它是指由字符另一類是字符流式的無結構文件，它是指由字符流組成的文件，其基本信息單位是字節或字。例流組成的文件，其基本信息單位是字節或字。例如，大量的源程序、庫函數文件。如，大量的源程序、庫函數文件。( (2)2)文件的物理結構文件的物理結構v文件的物理結構是指文件在外存上的存儲形式，與存文件的物理結構是指文件在外存上的存儲形式，與存儲介質的存儲性能有關。儲介質的存儲性能有關。v通常把文件存儲設備通常把文件存儲設備( (如磁盤如磁盤) )劃分為大小相等的物理劃分為大小相等的物理塊，以物理塊作為存儲分配的基本單位。例如，一個塊，以物理塊作為存儲分配的基本單位。例如，一個物理塊為物

32、理塊為10241024個字節或個字節或512512個字節。個字節。常見的文件物理結構形式 連續文件。連續文件。其特點是文件存放在存儲設其特點是文件存放在存儲設備的相鄰的物理塊中，即連續存放。備的相鄰的物理塊中，即連續存放。 串聯文件串聯文件。它采用非連續的物理塊來存。它采用非連續的物理塊來存放文件信息，每一個物理塊都有一個指放文件信息，每一個物理塊都有一個指針，塊之間通過指針鏈接。針，塊之間通過指針鏈接。 索引文件。索引文件。要求系統為每一個文件建立要求系統為每一個文件建立一張索引表，表中每一欄目指出文件的一張索引表，表中每一欄目指出文件的邏輯塊號和與之對應的物理塊號。索引邏輯塊號和與之對應的

33、物理塊號。索引表的物理地址則由文件說明信息項給出。表的物理地址則由文件說明信息項給出。文件目錄文件目錄 (1) (1) 文件控制塊文件控制塊v在文件系統中采用文件控制塊在文件系統中采用文件控制塊(FCB)(FCB)來管理和來管理和標識文件。標識文件。FCBFCB包括了文件名、文件類型、存包括了文件名、文件類型、存儲位置、長度、訪問權限、文件建立日期和儲位置、長度、訪問權限、文件建立日期和時間等。在文件系統中，每個文件在時間等。在文件系統中，每個文件在FCBFCB中都中都有一個目錄項。有一個目錄項。 (2) (2) 文件目錄結構文件目錄結構v文件目錄結構的組織，關系到文件系統的存文件目錄結構的組

34、織，關系到文件系統的存取速度、共享性和安全性。目前常用的目錄取速度、共享性和安全性。目前常用的目錄結構形式有單級目錄、二級目錄和多級目錄。結構形式有單級目錄、二級目錄和多級目錄。單級目錄結構單級目錄結構 v這是最簡單的目錄結構，在整個系這是最簡單的目錄結構，在整個系統中只建立一個目錄表，每個文件統中只建立一個目錄表，每個文件占一個目錄項。占一個目錄項。v單級目錄結構雖然簡單，但是查找速度單級目錄結構雖然簡單，但是查找速度慢、不允許文件重名，不便于實現文件慢、不允許文件重名，不便于實現文件共享。因而，只適用于單用戶環境。共享。因而，只適用于單用戶環境。二級目錄結構二級目錄結構 在二級目錄結構中，

35、整個系統建立兩級目錄表：在二級目錄結構中，整個系統建立兩級目錄表：v一級是主文件目錄表一級是主文件目錄表(Master File Directory(Master File Directory，MFD)MFD)，每個用戶目錄文件占一個目錄項，目錄，每個用戶目錄文件占一個目錄項，目錄項中包括用戶名以及指向該用戶目錄文件的指項中包括用戶名以及指向該用戶目錄文件的指針。針。v二級是為每一個用戶建立一個單獨的用戶文件二級是為每一個用戶建立一個單獨的用戶文件目錄表目錄表(User File Directory(User File Directory，UFD)UFD)，由用戶，由用戶所有文件的文件控制塊組

36、成，所有文件的文件控制塊組成， 多級目錄結構多級目錄結構 v多級目錄構成了樹形結構，第一級目錄稱為根目錄，多級目錄構成了樹形結構，第一級目錄稱為根目錄，其他目錄為子目錄。其他目錄為子目錄。 v在樹形目錄結構中，從根目錄到任何數據文件，只在樹形目錄結構中，從根目錄到任何數據文件，只有唯一的路徑，用戶要訪問某個文件時往往使用該有唯一的路徑，用戶要訪問某個文件時往往使用該文件的路徑名來標記文件。文件的路徑名來標記文件。v文件的路徑名又分絕對路徑和相對路徑；文件的路徑名又分絕對路徑和相對路徑；v絕對路徑是指從根目錄出發到指定文件所在位置的絕對路徑是指從根目錄出發到指定文件所在位置的路徑；路徑；v相對路

37、徑是從當前目錄出發到指定文件所在位置的相對路徑是從當前目錄出發到指定文件所在位置的路徑。路徑。v當前目錄是用戶正在使用的目錄。當前目錄是用戶正在使用的目錄。文件的存取控制文件的存取控制 v存取控制可采用存取控制矩陣、存存取控制可采用存取控制矩陣、存取控制表、口令和密碼的方法進行取控制表、口令和密碼的方法進行存取驗證，以確定用戶權限存取驗證，以確定用戶權限。 3.2.4 設備管理設備管理v設備管理的對象主要是指所有輸入輸出設備管理的對象主要是指所有輸入輸出(I/O)(I/O)設備、設備、控制器和通道。控制器和通道。v設備管理的目的是完成用戶提出的設備管理的目的是完成用戶提出的I/OI/O請求，讓

38、用戶請求，讓用戶方便有效地使用方便有效地使用I/OI/O設備，同時提高設備的利用率以設備，同時提高設備的利用率以及提高及提高CPUCPU與與I/OI/O設備之間的并行工作能力。設備之間的并行工作能力。v I/OI/O設備分類設備分類按傳輸速度的高低，按傳輸速度的高低，I/OI/O設備分為低速設備、中速設備分為低速設備、中速設備和高速設備三類設備和高速設備三類按資源特點，按資源特點，I/OI/O設備分為獨占設備、共享設備和設備分為獨占設備、共享設備和虛擬設備三類。虛擬設備三類。 按信息交換的單位，按信息交換的單位，I/OI/O設備分為塊設備和字符設設備分為塊設備和字符設備兩類。備兩類。 數據傳送

39、控制方式數據傳送控制方式v常用的傳送數據的方式有：常用的傳送數據的方式有：程序直接控制方式、中斷控制方程序直接控制方式、中斷控制方式、直接存儲器存取方式式、直接存儲器存取方式(DMA)(DMA)和通道方式。和通道方式。 程序直接控制方式程序直接控制方式: :是由用戶進程來控制是由用戶進程來控制CPUCPU和和I/OI/O設備的數設備的數據傳輸和操作。據傳輸和操作。 中斷控制方式中斷控制方式: :當當I/OI/O設備需要傳輸數據時，便主動給設備需要傳輸數據時，便主動給CPUCPU發發一個中斷請求信號。只有當一個中斷請求信號。只有當CPUCPU接到接到I/OI/O設備中斷請求后，才設備中斷請求后，

40、才處理處理I/OI/O操作。這種控制方式具有支持多道程序處理和操作。這種控制方式具有支持多道程序處理和I/OI/O設設備并行操作的功能，提高了資源的利用率。但是備并行操作的功能，提高了資源的利用率。但是I/OI/O操作依操作依賴于賴于CPUCPU，可能會發生因中斷次數劇增，可能會發生因中斷次數劇增CPUCPU無法及時響應而造無法及時響應而造成數據丟失的情況。成數據丟失的情況。數據傳送控制方式數據傳送控制方式 DMADMA方式。方式。DMADMA方式無需方式無需CPUCPU通過執行程序來控制通過執行程序來控制I/OI/O數據傳輸，而數據傳輸，而是由是由DMADMA控制器硬件來控制數據在控制器硬件

41、來控制數據在I/OI/O設備與內存之間直接傳輸。這設備與內存之間直接傳輸。這種傳輸方式傳輸速度快，占用種傳輸方式傳輸速度快，占用CPUCPU資源也低。資源也低。 通道控制方式。現代操作系統中采用通道控制方式。通道是一個通道控制方式。現代操作系統中采用通道控制方式。通道是一個獨立于獨立于CPUCPU的專管輸入輸出的硬件的專管輸入輸出的硬件( (也稱也稱I/OI/O處理機處理機) )，它控制設備與，它控制設備與內存直接進行數據交換。在采用通道方式的內存直接進行數據交換。在采用通道方式的I/OI/O系統中，系統中，CPUCPU有兩個有兩個作用：一是將作用：一是將I/OI/O操作任務下達給某個通道，由

42、通道代替操作任務下達給某個通道，由通道代替CPUCPU專門處專門處理理I/OI/O工作；二是隨時了解通道、控制器和工作；二是隨時了解通道、控制器和I/OI/O設備工作的情況。通設備工作的情況。通道控制方式采用了通道技術之后，不僅道控制方式采用了通道技術之后，不僅CPUCPU與設備之間能并行工作，與設備之間能并行工作，而且設備與設備之間也能并行工作，極大提高了資源的利用率。而且設備與設備之間也能并行工作，極大提高了資源的利用率。設備分配程序設備分配程序 v在多道程序環境下，系統設備不允許用戶自行使用，必在多道程序環境下，系統設備不允許用戶自行使用，必須由系統統一分配，當進程發出須由系統統一分配，

43、當進程發出I/OI/O操作申請后，設備操作申請后，設備分配程序按照一定的分配策略，把用戶指定的設備分配分配程序按照一定的分配策略，把用戶指定的設備分配給該進程。給該進程。v設備分配的原則是：設備分配的原則是： 充分發揮設備的使用效率；充分發揮設備的使用效率； 應避免由于不合理的分配方法造成進程死鎖；應避免由于不合理的分配方法造成進程死鎖； 當進程需要設備時，向系統發出請求，由設備分配程當進程需要設備時，向系統發出請求，由設備分配程序根據分配策略對所需設備進行分配。序根據分配策略對所需設備進行分配。設備處理程序設備處理程序 u設備處理程序包括設備驅動程序和設備處理程序包括設備驅動程序和I/OI/

44、O中斷中斷處理程序。處理程序。u其主要任務是直接控制設備完成實際其主要任務是直接控制設備完成實際I/OI/O操操作，當在作，當在I/OI/O操作過程中遇到中斷請求時操作過程中遇到中斷請求時( (如如設備出現故障時設備出現故障時) )，負責中斷處理。，負責中斷處理。 設備處理程序應具有以下功能設備處理程序應具有以下功能 設備初始化。設備初始化使設備、控制器以及通道處于正設備初始化。設備初始化使設備、控制器以及通道處于正常準備工作狀態。常準備工作狀態。 檢查用戶檢查用戶I/OI/O請求的合法性，了解請求的合法性，了解I/OI/O設備狀態，傳遞有關設備狀態，傳遞有關參數，設置設備工作方式，組織參數，

45、設置設備工作方式，組織I/OI/O緩沖隊列等。緩沖隊列等。 發出發出I/OI/O命令，如果設備空閑，則立即啟動命令，如果設備空閑，則立即啟動I/OI/O設備去完成設備去完成指定的指定的I/OI/O操作；如果設備處于忙碌狀態，則將該請求掛在操作；如果設備處于忙碌狀態，則將該請求掛在設備隊列上等待。設備隊列上等待。 及時響應由控制器或通道發來的中斷請求，并根據其中斷及時響應由控制器或通道發來的中斷請求，并根據其中斷類型調用相應的中斷處理程序進行處理。類型調用相應的中斷處理程序進行處理。 對于設有通道的系統，設備處理程序應根據用戶對于設有通道的系統，設備處理程序應根據用戶I/OI/O請求，請求，自動

46、地構成通道程序。自動地構成通道程序。 設備處理過程設備處理過程v設備處理過程又分為啟動過程和執行過程兩個子過程。設備處理過程又分為啟動過程和執行過程兩個子過程。v啟動過程的工程流程是接收啟動過程的工程流程是接收I/OI/O操作請求，檢查操作請求，檢查I/OI/O請求的合請求的合法性，并將該請求轉換為具體操作要求，檢查設備的當前工法性，并將該請求轉換為具體操作要求，檢查設備的當前工作狀態，傳進必要的操作參數，設置設備的工作方式，最后作狀態，傳進必要的操作參數，設置設備的工作方式，最后啟動啟動I/OI/O設備準備執行設備準備執行I/OI/O操作。操作。v執行過程的工作流程是在執行過程的工作流程是在

47、I/OI/O操作過程中，每當操作過程中，每當I/OI/O設備完成設備完成一次一次I/OI/O操作后操作后. .系統就要調用一次中斷處理程序，喚醒等待系統就要調用一次中斷處理程序，喚醒等待的的I/OI/O進程，保護被中斷進程的進程，保護被中斷進程的CPUCPU環境，轉入相應的設備處環境，轉入相應的設備處理程序執行中斷處理，最后恢復被中斷進程的現場，繼續執理程序執行中斷處理，最后恢復被中斷進程的現場，繼續執行下一次行下一次I/OI/O操作。操作。3.2. 用戶管理用戶管理 1. 用戶接口用戶接口v為方便用戶使用計算機，操作系統為計算為方便用戶使用計算機，操作系統為計算機硬件和用戶之問提供了交流的接口界面，機硬件和用戶之問提供了交流的接口界面，體現在兩方面：一個是系統為用戶提供的體現在兩方面：一個是系統為用戶提供的各種命令接口界面；另一個接口是系統調各種命令接口界面；另一個接口是系統調用。用。 2. 系統調用系統調用 常見的系統調用方式有：常見的系統調用方式有： 設備管理。設備管理用來請求、啟動、分設備管理。設備管理用來請求、啟動、分配、運行、釋放各種設備的操作。配、運行、釋放各種設備的操作。 文件管理。文件管理包括打開和關閉文件、文件管理。文件管理包括打開和關閉文件、讀和寫文件