操作系统讲稿.ppt

计算机操作系统 于红2007 9 第一章绪论 分时 实时及批处理三种系统中每种系统的特点和适用范围 OS的功能 定义 目的 类型和基本特征 时间片 多道程序设计 吞吐量 并发及并行的概念 本章重点 分时 实时 批处理三种系统的实现 分布式OS的实现 本章难点 操作系统 OperatingSystem 概念OS的历史OS的基本类型OS的功能OS的基本特征计算机硬件简介OS的初启和生成算法的描述研究OS的几种观点OS与硬件 软件 用户之间的关系小结 1 1操作系统 OperatingSystem 概念 一 系统资源 硬件 软件系统资源 让计算机工作所需要的所有东西 系统资源 硬件资源 软件资源 CPU 内存 I O设备 系统软件 应用软件 OS和其他系统管理软件 word 电子表格 浏览器等 结论1 OS是系统软件 二 计算机系统的层次结构 OS的位置 对内 所有硬件都包含在其内部 OS把所有硬件管理起来 对硬件进行全面控制 全面管理 对外 所有软件的运行都建立在OS之上的 结论2 OS管理计算机系统资源 方便用户 三 OS的定义 OS是计算机系统中的一种系统软件 它用于管理计算机系统的软 硬件资源 控制程序的运行 并为用户使用计算机提供方便的接口 OS的角色 管理员 指挥员 接待员 四 OS的目的 提高系统资源的利用率 使计算机系统资源更好 更充分地被用户利用 高效 提高系统的效率 方便用户 使用户更方便地使用计算机 可扩展 系统功能和结构的扩展不影响原有功能的使用 开放 不同的计算机及设备能集成起来并有效 正确地被使用 实现应用程序的可移植性和互操作性 五 为什么要学习操作系统 设计和改写操作系统 更好地选择和使用操作系统 掌握系统软件设计方法和并发程序设计方法 1 2操作系统的历史 推动操作系统发展的三个因素 计算机硬件升级以及新的硬件类型的发展 用户需求扩大 OS提供的新服务 市场的激烈竞争 OS功能的完善 修补 汉化 OS的演变 1946 20世纪50年代末 第一代 电子管时代 计算机技术的演变 20世纪50年代末 20世纪60年代中期 第二代 晶体管时代20世纪60年代中期 20世纪70年代末 第三代 集成电路时代 20世纪70年代末期 20世纪末 第四代 大规模集超大规模集成电路时代 早期手工阶段46 50年代初 无操作系统 操作系统的演变 单道批处理58年前后 多道程序系统65年前后 分时OS66年前后 实时OS68年前后 单用户OS 网络OS70年代 分布式OS 多机OS 嵌入式OS 智能OS90年代 1 2 1手工操作阶段 计算机运行在一个集成了指示器 开关 输入设备 读卡机 打印机的控制台上 特点 人机串行 资源独占 1 2 2早期批处理 引入 为解决人 机速度不匹配 实现 通过应用一种称为监控器的软件 使用户不必直接接触机器 而是先通过卡片机和纸带机向计算机控制器提交作业 由监控器将作业组织在一起构成一批作业 然后将整批作业放入由监控器管理的输入设备上 每当一个作业执行完毕返回监控器时 监控器自动装入下一个作业 启动 读入第一个命令 解释读入命令并执行 读入下一个命令 监控器 1 联机批处理 作业的执行过程 1 作业被做成穿孔纸带或卡片 2 用户提交作业 程序 数据 作业操作说明书 3 操作员有选择地把若干作业合成一批 通过输入设备 纸带输入机或者读卡机 把他们存入磁带 4 监督程序读入一个作业 5 从磁带调入汇编程序或编译程序 将用户作业源程序翻译成目标代码 6 连接装配程序把编译后的目标码及所需的子程序装配成一个可执行程序 7 启动执行 8 执行完毕 善后处理程序输出计算结果 9 读入下一个作业重复 重复 5 9 10 一批作业完成 返回 3 处理下一批 单 任何时刻机器中处理的作业只有一道 批 磁带上总是有一批作业等待处理 2 脱机批处理 卡片机 打印机 卫星机 主机 日志 输入带 输出带 执行带 系统带 作业周转时间 一道作业从提交到运行完成所需要的时间 1 2 3多道程序系统 引入 为提高各种资源的利用率 解决I O设备与CPU的速度差异 提高CPU与外部设备的利用率 计算 启动I O I O I O完成 继续计算 单道批处理示意图 有什么问题 实现 内存放两道以上的程序 CPU交替执行各程序 程序B CPU 输入设备 输出设备 输入结束 请求打印 CPU空 请求输入 等待CPU CPU输入设备CPU其他I O 程序A程序BCPU输入设备等待CPUCPU 程序A运行流程 20403020程序B运行流程 302030 程序A 程序B 程序A 在单道情况下完成程序A和程序B需要时间 20 40 30 20 30 20 30 190CPU利用率 110 190X100 58 在多道情况下完成程序A和程序B需要时间 20 40 30 30 120CPU利用率 110 120X100 92 特点 多道 计算机内存中同时放几道互相独立的程序 宏观上并行 同时进入系统中的几道程序都处于运行状态 即 都开始运行且没运行完成 微观上串行 各到程序轮流使用CPU 实质是 宏观上并行 微观上串行 吞吐量 在单位时间内计算机系统完成的作业的道数 多道程序设计 将一个以上的作业放入主存 并且同时处于运行状态 这些作业共享处理机的时间和外围设备等其他资源 多道批处理 采用多道程序设计技术实现的批处理系统 多道程序系统的出现标志着在操作系统渐趋成熟的阶段先后出现了作业调度管理 处理机管理 存储器管理 外部设备管理 文件系统管理等功能 1 2 4分时操作系统 引入 批处理系统采用人脱机的方式工作 但有时不方便 不能满足所有的需要 实现 一台主机外接多个终端 每个用户占一台终端 CRT 键盘 是一种只有I O而没有CPU的设备 CPU采用把时间分片的方法轮流为每个终端用户服务 即时间片轮转的方法 保证每个用户的响应时间 时间片 CPU的时间段 时间片的大小由操作系统决定 可以是固定时间片 每个时间段长度一般为0 2s 也可以是可变时间片 时间片一定 用户数与响应时间成反比 分时技术 把处理机的运行时间分成很小的时间片 按时间片轮流把处理机分给各联机作业使用 若某个作业在给定的时间片内不能完成 该作业暂时中断 处理机让给其它作业 等下一轮时间继续运行 1 2 5实时操作系统 引入 60年代中期 计算机发展进入第三代 使机器性能得到了显著的提高 应用范围迅速扩大 从传统的科学计算扩展到商业数据处理以及各行各业 如工厂的生产控制 医疗诊断 教学以及飞机订票等 尤其是它应用于高科技 如 控制导弹发射 需要根据目标及时调整方向 各种参数需要随时改变 这时分时和批处理都解决不了 就引入实时系统 即 为满足自控等方面的需求而引入实时系统 主要解决那些需要在规定时间内处理完的问题 发展 在嵌入式计算方面得到发展 特别是移动计算等非PC机 PDA和手机等 思考 上网查找目前有哪些常见的手机操作系统 每种系统的特点及市场占用情况 1 2 6通用操作系统 引入 批处理系统的不断发展 分时系统的不断改进 实时系统的出现及应用范围的日益广泛 致使操作系统日益完善 出现了通用操作系统 通用操作系统 同时兼有多道批处理 分时 实时三种系统的功能或具有其中两种系统的功能 例 OS 400和MVS 分 批 其中CPU的分配取分时 作业分为两种 前台 终端 采用分时 后台 批处理作业 前台时间片小 后台时间片大 UNIX 通用 分时 多用户操作系统 1 2 7操作系统的进一步发展 PC机操作系统 网络操作系统分布式操作系统智能化操作系统嵌入式操作系统 课外作业 上网查找上述每种操作系统的实例 1 3操作系统的基本类型 按用户个数单用户多用户 按任务数分单任务多任务 按CPU个数单CPU多CPU 按使用环境及对作业的处理方式批处理操作系统分时操作系统实时操作系统个人计算机操作系统网络操作系统分布式操作系统 1 3 1批处理操作系统 类型 早期大型机操作系统 特点 脱机成批多道高效作业周转时间长需要的硬件支持 20世纪60年代初期发展起来的通道和中断技术 多道程序系统与多重处理的区别 多重处理系统配置多个CPU 是真正的多道 多道程序设计不一定是多重处理 多重处理一定是多道 适用范围 大量的科学计算 大量的数据处理 大作业 1 3 2分时系统 工作原理 采用时间片轮转的方式使一台计算机为多个终端用户服务 保证每个用户有足够快的响应时间 特点 交互性多用户同时性独立性 分时系统是一个联机的 多用户的 交互的操作系统 UNIX是典型的分时系统 适用范围 开发 调试 测试软件性能 小作业 实现 解决问题的关键在于系统的正确性不仅依赖于计算的逻辑结果而且依赖于结果产生的时间 处理问题的程序常驻内存 由事件激发程序的执行 CPU要根据事件的轻重缓急进行时间分配 需要有时钟管理模块 在线的人机对话 过载保护等保证系统绝对可靠 高度可靠性和安全性需采用冗余措施 硬件上双机热备份 特点 实时性 可靠性 安全性 专用性 适用范围 实时控制 导弹发射 飞机飞行 钢水温度 发电 实时信息处理 情报检索 银行帐目往来 飞机订票 1 3 3实时系统 分时 批处理 实时的比较 交互性 效率 可靠性 较高 较强 特点 同时具有批处理 分时 实时三种操作系统中两种或两种以上操作系统的功能 1 3 4通用操作系统 1 3 机操作系统 引入 微机便宜 对环境要求低 没有必要多个人使用一台计算机实现 每个用户独立联机使用一台计算机 资源独占 特点 用户界面好文件管理功能强资源管理简单安全性差 用户上机时没有用户识别 病毒泛滥 1 3 网络操作系统 引入 通信和资源共享的要求引入计算机网络 相应产生网络操作系统 实现 在单机操作系统的基础上开发 按照网络体系结构的各个协议标准开发 具有网络管理 通信 资源共享 系统安全等功能 如NETWARE两个以上带有自己的OS的计算机通过通信设施连接起来 有各方认定的标准通信规则 协议 在单机操作系统的基础上建立一个网络操作系统负责对网络资源和网络通信进行控制和管理 并为网络提供统一的接口 特点 自治性 有自己的CPU 自己的内存 自己的OS互连性分布性 位置分布 功能分布 处理的任务分布统一性 整个网络对用户是统一的接口是一致的功能 NOS控制网络通信管理网络资源提供多种网络服务提供网络接口 网络服务有 文件服务 打印服务 新闻服务 数据库服务 1 3 分布式操作系统 引入 除了共享和资源共亨外 还要进行任务的协作处理 系统中多台机器同时做一件事 分布式OS的要求比NOS高得多 实现 两台以上计算机通过通信设施连接起来 要内部的通信规则 没有统一的标准 各机器没有主次之分 整个系统有一个统一的操作系统 对系统中的所有资源进行管理 调度 对系统当中所有任务进行协调 并为用户提供接口 特点 自治性 比网络差 每台机器有自己的CPU 内存 无操作系统 分布性 比网络差 分布在一个楼内或一个办公室内 模块性 机器的机型相同 只有同构才能实现任务转移 并行性功能 进行任务的协作处理 NOS与DOS比较 侧重点 1 OS的功能 粗分 管理资源控制流程提供接口 细分处理机管理 处理机的分配和调度存储管理 内存分配 存储保护 内存扩充设备管理 设备 通道 控制器的分配和回收 设备独立性文件管理 信息共享和保护 外存空间的管理用户接口 包括程序一级的接口 系统调用 和作业一级的接口 作业管理 负责作业调度 1 5OS的基本特征 并发并发 两个或多个事件在同一时间间隔内发生管理资源并行 两个或多个事件在同一时刻发生共享指系统中的软 硬件资源不再为某个程序所独占 而是供多个用户共同使用 并发和共享是操作系统的两个基本特征 二者互为存在条件 一方面资源共享是以程序的并发执行为条件的 若系统不允许程序的并发执行 自然不存在共享问题 另一方面 若系统不能对资源共享实施有效管理 必将影响到程序的并发执行 甚至根本无法执行 处理器 I O控制器 1 6计算机硬件介绍 1 6 1计算机的基本硬件元素 PC IR MAR MBR I OAR I OBR I O控制器 缓冲 外部设备 总线 处理器 控制和执行计算机的指令操作 包括单处理器和双处理器 存储器 存储数据和程序 分为内存和外存 缓存 buffer 和高速缓存 cache 输入输出控制与总线 控制和暂存外部设备和计算机内存之间交换的数据和程序 外部设备 获取和输出数据和程序的基本单位 包括数字设备和模拟设备 设备通过总线互相连接 1 6 2与操作系统相关的几种主要的寄存器寄存器与操作系统密切相关 因为他们是在处理机中交换数据的速度比内存快 体积小 价格贵的暂存器件 数据寄存器 理论上对数据进行操作的任何机器指令都被允许访问数据寄存器 根据硬件设置的规定 这些寄存器也可能只被允许进行浮点运算或被其他某些规定所限制地址寄存器 一般用来存放内存中某个数据或指令的地址或者存放某段数据或者指令的入口地址 例如 地址标识位寄存器内存管理用各种始地址寄存器堆栈指针设备地址寄存器 条件码寄存器 称为标志寄存器程序计数器 下一周期被执行指令的地址 指令寄存器 待执行的指令程序状态字PSW 各位代表系统中当前的各种不同状态与信息 例如是否允许中断等中断现场保护寄存器 保存被中断程序的现场信息以及链接中断恢复处 过程调用用堆栈 保存过程调用时的调用名 调用参数 返回地址 1 6 3存储器的访问速度一 存储器的种类 可移动存储介质光盘磁盘磁带硬盘磁盘缓存内存 diskcache 高速缓存寄存器 二 存储器的速度容量越大 访问速度越慢 单位存储的成本越低 寄存器 高速缓存 内存 硬盘缓存 硬盘 光盘 磁盘 访问速度 大小 除了寄存器和存储介质之外 中断机构 I O控制 通道和DMA器件 也与OS设计相关 1 6 4命令的执行和中断一 指令的执行执行指令的过程 处理机把指令从内存读入指令寄存器和执行指令 指令的读入是根据指令计数器PC所指地址读入 执行的是指令寄存器IR中的指令 指令周期 指令的读入和指令的执行 开始 读入下一条指令 执行当前指令 结束 指令执行的类型处理机与内存之间的数据交换处理机与外部设备之间的数据交换数据处理 算逻运算对其他指令的控制过程 二 指令的中断中断 外部设备或计算机内部发生来了亟待处理的数据或其他紧急事件处理信号 处理机暂停正在执行的程序 转去处理相应的紧急事件 待处理完毕后再返回原处继续执行 指令周期 指令的读入和指令的执行 中断 指令i 指令i 1 中断处理程序 开始 读入下一条指令 执行当前指令 结束 允许中断吗 N 检查中断位 读入中断处理指令 Y 具有中断处理的指令执行过程 一 初启 BOOT 将OS从外存 内存 并对其进行初始化 这段过程叫初启 只有经过初启 系统才能正常工作 初启的过程 系统一加电就到ROM中找自检程序自检完成后 执行装入程序 在ROM中 将外存上固定位置上的一段程序 引导区中的程序 装入内存后 将控制权交给引导程序引导程序将OS装入内存中固定区域 初始化寄存器 终端设备 数据结构等 控制权交给OS 1 7操作系统的初启和生成 二 生成根据实际硬件配置和用户需求进行优化组合生成一个更实用的OS 由于OS功能非常全面 致使OS非常庞大 若对OS重新组装 则系统中提供一个实用程序生成system 执行该程序时 提问硬件数 用户数 内存等需求 由您的需求生成一个更实用的OS每次启动时 系统会提问使用哪一个OS DOS通过config sys来对OS进行优化组合 1 8算法的描述 算法的开头和结束BeginEnd 条件 不满足时重复执行所描述的操作Repeat操作Until条件 条件 满足时重复执行所描述的操作While条件Do操作OD如果满足条件执行相关操作 否则执行另一种操作If条件Then操作Else操作fi RepeatIR M PC PC PC 1 Execute IR UntilCPUhalt P 1 n 为1到n的整数置换 i 1 2 3 4 5 6 7 P i 4 7 3 2 1 5 6描述p i 的循环置换算法Beginlocalx k k 1 whilek 7dox k repeatprint x x p x untilx k k k 1 odEnd 1 9研究OS的几种观点 资源管理观点 静态 OS是用来控制和管理计算机系统资源 包括处理机管理 设备管理 文件管理 存储管理等 对每种资源的管理包括资源情况记录 资源的分配和回收等用户界面观点 静态 OS是为方便用户使用计算机 用户界面是至关重要的 从用户的观点来看 进程管理观点 动态 程序并发执行 OS管理进程 虚拟机观点 裸机有自己的指令系统 裸机只会做 运算 在编程时 通过 运算实现 功能 用户感到机器会 运算 实际是OS来虚拟 的功能 OS将多道程序放入内存 给用户的感觉是自己的程序分到了一个CPU 所以OS把一个CPU虚拟成多个CPU OS把一个RAM虚拟成多个RAM 1 10OS与硬件 软件 用户之间的关系 一 OS与硬件 OS 硬件 OS对硬件全面控制 全面管理 硬件 OS 硬件为OS提供物质基础 提供基本支持 特权指令 OS要求硬件必须为其提供特殊的指令 这些指令是涉及到系统安全性的指令 硬件一出厂有一个指令系统 其中有一小部分为OS提供的特权 处理机状态位 管态 核心态 目态 用户态 用来标识当前CPU的状态 通过CPU状态来确定当前用户是谁 从而检查指令是否合法 若管态则什么指令都可以 若目态则不能执行特权指令 根据状态位来检查指令的合法性 中断机构 当程序中任何时刻需要OS时通过硬件向OS发一个中断 通道或类似的部件 DMA等 把CPU从繁忙的中断中解放出来 它们主要用来处理外设的I O操作 存储保护机构 包括地址变换机构将虚地址转换成实地址 由硬件来实现 最主要的支持有 二 OS与软件 OS 软件 OS为其他软件的运行提供环境 软件 OS 其他软件扩充了OS的功能 三 OS与用户 OS 用户 OS为用户提供接口 接口类型 命令级 程序级 在系统状态下提供的 包括 键盘命令 GUI JCL 系统调用 用户编程时需要用到OS的功能 通过系统调用来调用OS 1 11小结 1 OS的定义2 OS的目的3 OS的发展历程4 OS的基本类型 批处理 分时 实时 PC 网络 分布式 5 OS的功能6 OS的基本特征7 计算机硬件结构8 算法的描述9 OS的初启与生成10 OS需要硬件提供的几种支持操作系统 时间片 多道程序设计 并发 并行 吞吐量练习 第一章作业 Ap21 1 5 Bp21 1 1 补充 按照不同的分类标准分别将DOS windows和UNIX划入所属类别中 C补充 1 OS的基本特征2 引入 前台 和 后台 作业的OS是什么OS 引入的目的是什么 什么是 前台 作业 什么是 后台 作业 Dp21 1 4 补充 分时OS和实时OS的特点分别是什么 Ep21 1 3 补充 采用多道程序设计的目的是什么 第二章操作系统用户界面 1 熟练掌握作业的状态转换图 批处理作业和终端作业的区别2 掌握批处理作业的流程图及批处理作业有哪几种状态 批处理作业的JCB的作用3 掌握批处理作业的组织 操作系统为用户提供的接口的类型及何时采用何种接口 本章重点 简介一般用户的输入输出界面命令控制界面接口作业流程Linux与Windows的命令控制界面系统调用Linux操作系统简介Linux操作系统的基本命令Linux操作系统的程序设计命令小结 2 1简介 用户界面 负责用户和操作系统之间的交互 即用户通过用户界面向计算机系统提交服务请求 计算机通过用户界面向用户提供所需要的服务 用户 使用和管理计算机系统的用户普通用户 使用计算机的应用服务 以解决实际的应用问题 例如事务处理 过程控制等 管理员用户 负责计算机和操作系统的正常和安全运行程序开发人员 使用操作系统提供的编程功能开发新的应用程序 操作系统为不同用户提供不同的用户界面 普通用户 管理员用户 操作命令程序员 系统调用 不同操作系统为用户提供的命令集合不同 copy cp 表现形式不同 字符 图形 2 2一般用户的输入输出界面 2 2 1作业的定义 用户上机的步骤 编辑 编译 链接 运行 开始进入批处理管理 库目标代码 目标程序 源程序 可执行程序 多次重复 作业的定义 一 用户 用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作称为一个作业 作业是由不同的顺序相连的作业步组成 作业步 在一个作业的处理过程中相对独立的工作 每一个作业步产生下一个作业步的输入 作业的定义 二 系统 作业 程序 数据 作业说明书 作业控制块 JCB 批处理系统中 作业是抢占内存的基本单位 也就是说 批处理系统以作业为单位把程序和数据调入内存以便执行 终端作业 交互式作业 批处理作业 脱机工作 2 2 2作业的分类 终端作业 联机作业控制 这种方式是为终端用户提供的 这种方式中OS提供了键盘命令 用户使用这些命令自选控制 批处理作业 脱机作业控制 系统提供作业控制语言JCL 用户用JCL将作业说明书写出来 OS根据用户的作业说明书 对作业进行控制 2 2 3作业的控制一 作业控制方式 1 脱机作业控制 作业的自动控制 用户把源程序 数据 控制意向交上去由系统控制作业的运行 2 联机作业控制 作业的直接控制 即采用人 机会话的方式来控制作业的运行 JCB包含的信息 作业名 作业的估计执行时间 优先数 作业建立时间 作业说明书文件名 程序语言类型 内存要求 外设要求 作业状态 作业在外存中的存储地址 JCB的建立就是申请一个空白的JCB表 填入相应信息 如果没有空白的JCB表 则作业创建失败 二 作业控制块的建立 2 2 4作业的组织 批处理作业 程序 数据 作业说明书 以文件的形式写出 作业的操作说明书包括 作业基本情况描述 用户名 作业名 使用的语言名 允许的最大处理时间等作业控制描述 控制方式 操作顺序 出错处理等作业资源要求描述 要求处理时间 内存空间 外设类型和数量 处理机优先级 库函数或实用程序等 联机输入方式 在交互式系统中 用户和系统通过交互会话来输入作业 外围设备直接与主机相连 特点 一台主机可以连接一台或多台外设 这些设备可以是键盘 鼠标 显示器 光电笔 打印机等 脱机输入方式 又称为预输入方式 为了解决单台设备造成CPU资源浪费的问题而引入的 利用低档个人计算机作为外围设备进行输入处理 将作业输入到后援存储器上 将装有输入作业的后援存储器连接到主机的高速外围设备上与主机相连 特点 以牺牲低档机为代价 需要用户干预 灵活性差 遇到紧急任务时无法直接拿到主机上 2 2 5一般用户的输入输出方式 有五种方式 直接耦合方式 把主机和多台外围低档机通过公用的大容量外存直接耦合起来 特点 成本高 大容量存储器 低档微机 既保留了脱机输入方式快速的特点 又避免了脱机方式下人工干预的缺点 SPOOLONG系统 多台外围设备通过通道或DMA和主机与外存连接起来 作业的输入输出由主机中的操作系统控制网络输入方式 以以上几种输入方式为基础 通过网络把一台主机上的信息输入到另一台主机上 主机 公用存储器 低档PC机 低档PC机 通道 输出装置 主机系统 输出装置 通道 通道 输出装置 输出装置 外存输入井输出井 输入管理输出系统模块模块 2 3命令控制界面 用户接口 计算机系统与其用户之间进行交互作用的通路 用户接口分 命令接口 程序接口 联机用户接口 脱机用户接口 内部命令 外部命令 由一组系统调用来完成 作业语句JOB 作业 内容 账号 作业类别 时间限制 存储空间要求 优先级 注释执行语句 EXEC DO 数据定义语句 定义数据文件说明语句 COMMENTS分隔语句 COMMENTSEOJ作业结束语句 批处理用户使用JCL JobControlLanguage 环境设置命令 改变用户的位置 执行路径执行权限命令 改变用户的访问权限系统管理命令 增加 减少用户 开机 关机 计时收费文件管理命令 管理和控制终端用户的文件编辑 编译 链接和执行命令通信命令 主机与远程终端之间的呼叫 连接 中断资源要求命令 申请资源 联机用户使用键盘操作命令 命令语句种类 2 4作业流程 一 终端作业 系统管理员建立用户说明文件PROFILE 注销 注册 login 执行 logout 调键盘命令解释程序 二 批处理作业 submit 输入设备 输出设备 键盘 作业调度程序 作业终止程序 输出程序 OS中输入程序作业注册程序 后备状态 运行状态 完成状态 R 2 5Linux与Windows的命令控制界面 一 Linux的命令控制界面 键盘命令XWindowShell程序 安装Linux操作系统 自己学会使用单机版linux 可以使用图形用户界面 分区的文件格式是Ext2参见 www kde orgwww gnome org 1 系统维护及管理 date setenv 2 文件操作及管理命令 ls find 3 进程管理命令 kill 4 磁盘及设备管理 mount df du 5 用户管理命令 adduser userdel 6 文档操作命令 sort 7 网络通信命令 ifconfig netstat 8 程序开发命令 cc link 9 XWindow管理命令 startx等用户命令通常放在 usr sbin usr bin sbin bin下 主要包括9类命令 Shell命令 二 Windows的命令控制界面 键盘命令GUI 安装Windows操作系统 自己学会使用windows 可以使用图形用户界面 尝试使用字符界面 分区的文件格式是FAT32或者NTFS参见 HTTP WWW MICROSOFT COM 1 系统信息命令 date SystemInfo 2 系统操作命令 shutdown taskkill 3 文件系统命令 copy del mkdir 4 网络通信命令 ping netstat 主要包括4类命令 批处理文件 2 6系统调用 系统调用是属于程序接口的范畴 程序接口的职责是 装入并创建一个准备开始运行的程序 进程 为程序异常终止给出适当的响应 一 什么是系统调用 系统调用 通过访管指令对OS核心程序所做的调用 系统调用程序 被调用的核心程序叫系统调用程序 访管指令又叫系统调用命令 如C语言中fopen 函数 而open 是系统调用 在DOS中int13是系统调用 通过系统调用命令中断现行程序 进而转去执行相应的子程序 以完成系统功能 完成后 控制又返回到发出系统调用的命令之后的一条命令 被中断的程序将继续执行 系统调用的流程 用户程序 系统调用 调用 系统功能 返回 用户程序 目态 管态 可以嵌套 用户程序 系统功能 系统功能 系统调用 系统调用 目态 管态 管态 系统调用的流程图 二 系统调用的执行过程 保护现场 信息 把系统调用命令的编号等信息 放入约定的存储单元 根据系统调用的编号 访问系统调用入口表 找到相应子程序的入口地址 然后转去执行系统调用程序 恢复 现场 并把系统调用的返回参数或参数区首址放入指定的通用寄存器中以供用户程序使用 2 7Linux操作系统简介 UNIX来源于MIT和贝尔实验室为美国国防部研制的Multics MultiplexedInformationandComputingServiceSystem 贝尔实验室的程序设计人员汤普逊和瑞奇 spacetravel 继承了Multics的文件系统的树型结构 SHELL命令语言 面向过程的结构化设计方法 采用高级语言编写操作系统的特点 UNIX系统是一个可供多用户同时操作的会话式分时操作系统 UNIX系统把所有的外设都当作文件 并分别赋予他们对应的文件名 UNIX系统的大多数核心代码和系统上支持软件都是用C编写的 UNIX系统是一个开放式系统 Linux系统是一个类Unix系统 2 8Linux操作系统的基本命令 一 注册与注销 1 注册 注册有双重目的检验用户的使用权限让UNIX系统为你设置环境Login password 注册通过之后出现提示符 这时用户可以输入shell命令使用系统 2 注销当用户完成自己的工作之后 应退出系统 这时就应该进行注销 UNIX系统注销有两种方式 后打入logout打入ctrl D注销后系统出现login 二 基本SHELL命令 1 pwd 显示当前工作目录 格式 pwd功能 显示当前工作目录的完整路径名 例 pwd user user01 2 ls 显示目录内容 格式 ls 参数 功能 请求系统将目录的内容列表输出 说明 命令行中没指定目录时 列当前 若不给任何参数 则按列输出 通配符的使用同DOS通配符 常用参数 a以ASCII码顺序排列显示全部内容 包括隐含文件 和 x横向显示文件及目录名 用空格分隔 m横向显示文件及目录名 用逗号分隔 r反顺序显示 l每行显示一个文件目录的长列表信息 s以每块512字节为单位列出 第一列给出所占用的块数 t按时间顺序显示 根据每个文件修改的日期排列 最新修改的文件最先显示 例 ls xbindevetclibaaabbbuserusrsss ls dbindevetclibuserusr ls ca1a2a3test ls ldrwxrwxr x1s1bin256may181996 bin a1drwxrwxr x2s3bin128apr261996 bin aadrwxrwxr x1s2bin90jun201996 bin a2 rw rw r 1s2bin64may181997 bin b1 rw rw r 1s3bin96feb101996 bin yy 方式 d目录文件b块特别文件c字符特别文件p先进先出文件 普通文件 存取特性 r可读文件 可以查看目录 w可写文件 可以在该目录下建立文件和目录 x可执行文件 可以进入该目录及其子目录 链接数 相同副本数 链接数 用户名 组名 大小 日期 文件名 3 mkdir格式 mkdir目录名功能 建立用户目录 说明 一次可以建立一个或多个目录 每个目录建立后 自动建立两个隐含文件 和 前者表示当前子目录 后者表示当前子目录的上一级目录 例 创建子目录d1 mkdird1 mkdird2dz ls 4 cd 改变当前工作目录 格式 cd 目录名 功能 将指定目录作为当前工作目录 说明 目录名缺省时返回到用户主目录 例 pwd dz user1 cdd1 5 rmdir 删除子目录 格式 rmdir功能 删除指定子目录 说明 一个目录在被删除之前应为空目录 例 删除子目录d1 rmdird1 6 date 设置或显示系统日期 格式 date功能 设置或显示系统时间 说明 普通用户只能显示日期 超级用户可以设置日期 7 who格式 who amI 功能 查看当前系统的联机使用情况 说明 不带参数时查看整个系统的情况 带参数时查看自己的情况 例 whoamIdzttyc3d7sep2310 00 8 Cat格式 cat 文件名1文件名2 文件名3 文件名 功能 显示已经存在的文件内容 从键盘建立新文件 将两个或两个以上文件连接成一个文件 例 显示文本文件a1的内容 cata1 例 将文本文件a1和a2连接在一起结果放入a3中 cata1a2 a3 例 从键盘创建文本文件 cat a4 ctrl d 9 rm格式 rm 选择项 文件1 文件2 文件3 功能 删除一个或多个文件 说明 选择项 r对目录和子目录进行递归删除 i当删除无写权文件时交互式删除 f无条件删除指定的所有文件 例 递归删除目录d1及其子目录 rm rd1 例 删除文件a3 rma3 例 交互式删除当前目录下的所有文件 rm i 10 cp格式1 cp i 文件1 文件2 目标文件 功能 1 拷贝一个文件到另一个文件 2 拷贝一个或多个文件到一个目录下 要求目标目录事先建立 格式2 cp ir 目录1目录2 例 将文件a1复制到另一个文件abf1中 cpa1abf1 功能 3 拷贝一个目录到另一个目录下 说明 i拷贝时进行确认是否覆盖已存在的目标文件 r递归拷贝 用于将一个目录拷贝到另一个目录下 例 将文件a1 a2 a3 a6拷贝到目录d21下 cpa1 a2 a3 a6d21 cp ird1d2 11 man格式 man 功能 显示指定命令的联机帮助 12 mv格式 mv f 文件1 文件2 目标文件 功能 重新命名或重新分配一个或多个文件 说明 1 将文件改名 mva1a8 2 将目录改名 mvu1u8 13 chmod格式 chmod方式文件名或目录名 功能 改变文件或目录的操作权限 说明 1 方式可以用相应的字符或八进制数字 0 7 3 文件默认权限 rw rw r 目录默认权限 drwxrwxr x 2 只有文件所有者和超级用户可以更改文件属性 4 方式 u 用户 文件主 g 同组用户o 其他用户a 全部用户 增加权限 去掉权限 赋予权限 例 构造除本人外任何人都不能读写的文件a1 例 构造文件所有者 同组用户及其它用户都可以读写的文件a2 例 用绝对修改法使文件主对文件a7有读写执行权 同组用户有读写权 其它用户只有读权 chmod764a7 chmoda rwa2 chmodgo rwa1 14 wc格式 wc lwc 文件名 功能 显示出文件中有多少行 字 字符数 说明 1 若给出多个文件 则记录出每个文件的总数 3 缺省时给出的顺序是行 字 字符数 2 其中参数 l仅统计行数 例 统计文件a7包含的行数 w仅统计字数 c仅统计字符数 wc la7 10a7 例 统计文件a6包含的字数和行数 wc wla6 8114a6 例 统计文件a1和a2分别有多少行 字和字符 wca1a2 201001206a11012268a2301121474total 15 输入 输出重定向 1 输入转向 SHELL从普通文件中获得输入信息 格式 命令 文件名 输出转向 例 将文件a1的内容发送给用户user3 格式1 命令 文件名 将一个命令的执行结果存放于一个文件中 mailuser3 a1 格式2 命令 文件名 将一个命令的执行结果追加到文件的尾部 例 以长列表方式列当前目录下的文件目录 将显示结果送入文件dir下保存 ls l dir 例 显示当前登录的用户情况 并将显示结果追加到文件dir的尾部 who dir 16 管道 格式 命令1 命令2 例 统计一下当前目录下有多少文件 ls l wc l 三 进程管理命令 1 后台进程 格式 说明 任何一个命令只要后边加上 则立即变成后台命令 该命令送入后 在终端上显示该进程的进程号 此时可打入命令 使系统做别的事情 以这种方式提交的进程称为后台进程 例 以长列表方式列出 dev bin下的文件目录并将结果送入文件devo 以后台方式执行 ls l dev bin devo 2 前台进程 格式 命令 说明 在shell提示符下直接打入命令后打 回车 系统转去解释并执行命令 而终端在命令执行期间处于等待状态 不接受任何字符 待一条命令执行完成后 才可以打入下一条命令 以这种方式提交的进程称为前台进程 3 Ps格式 ps 选择项 功能 在终端上显示当前活动的进程 说明 1 不带参数 显示与控制终端相连的进程信息 p列出指定进程的状态 2 其中选择项为 e所有用户的每个进程的信息 u列出指定用户的进程状态 f全部列表 例 列出所有用户的每个进程的全部列表信息 ps ef UIDPIDPDIDCSTIMETTYTIMECOMMANDRoot00020 30 20 0 00schedRoot10020 30 20 0 00init用户标识进程标识父进程占CPU进程开始进程具体命令名标识情况时间时间 4 Kill格式 kill 9 pid 说明 例 中断548号后台进程 功能 中断指定后台进程的执行 1 9表示强行中断 2 可以用 D中断前台进程 kill548 四 进程通信命令 1 mail命令 1 发送信件 格式 mail用户名 文件名 功能 将键盘输入的内容或指定文件的内容发送给指定用户 说明 文件名缺省时从键盘输入每否则发送文件内容 例 给用户user4发送信件 mailuser4 subject ctrl d 例 将文件test的内容发送给用户user8 mailuser8 test 2 接收信件 格式 mail 功能 读取别人发来的信件 说明 并不是每一封信都必须认真读 对信件的处理方法后很多种 一般是在出现问号后打入处理命令 有如下处理命令 s 文件名 在文件中保存信件 m 用户 把信件转发给某用户 命令执行命令 d删除当前信件 继续显示下一个信件 d 删除信件 不继续显示下一个信件 dg删除信件并退出 q或 d退出 将未删除信件放回邮箱 h显示简要说明 a 文件名 保留信件中除标题以外的行 显示下一封信 显示上一封信 p或回车查看下一封信 2 信件的直接发送 write 格式 write用户名 设备名 例 将终端设备上的内容直接复制到另一用户的终端上 writeuser6 Howareyoudoingaboutyourproject 3 禁止或允许来自其它终端的信息 mesg 格式 mesgn y 例 禁止来自其它终端的信息 mesgn 五 全屏幕编辑命令VI 1进入 格式 vi 参数 文件名 例 不给定文件名 退出编辑状态时给定文件名 vi 例 修改一个已经存在的文件或编辑一个新文件 viletter txt 例 从已经存在的文件a1的第5行开始编辑 vi 5a1 例 从已经存在的文件a2的最后一行开始编辑 vi a2 例 从已经存在的文件a7中指定串you开始编辑 光标停留在第一个满足条件的字符串处 若想向下搜索 则进入最后行方式 打入 继续向下搜索 vi youa7 2退出 保存编辑内容并退出vi 按ESC键 打入冒号 进入最后行方式 打入 wq 将编辑内容存入新文件 例 修改一个已经存在的文件或编辑一个新文件 按ESC键 打入冒号 进入最后行方式 打入 w新文件名 写入完成后 打入q 退出vi 打入vi返回到编辑状态 不存盘退出 按ESC键 打入冒号 进入最后行方式 打入 q 3光标定位命令 4删除命令 5修改命令 6文本输入命令 7屏幕显示处理命令 8最后行方式命令 写缓冲区内容到磁盘文件 行1 行2 w文件名 读文件内容到指定行之下 nr文件名 光标移动到第n行 n 确定当前行数 执行shell命令按ctrl d返回vi sh 从前向后搜索字符串 光标定位于第一次匹配 串 从后向前搜索字符串 光标定位于第一次匹配 串 1shell文件的执行 将文件名作为sh命令的变元 由子shell运行 格式 sh 或 sh 使用户对文件具有执行权限 然后直接执行 例 chmod xa1 a1 2 9Linux操作系统的程序设计命令 2shell变量 变量名 shell的变量名是字母开头的字母数字序列 shell的专用变量可以通过打入set命令显示已经建立的变量表 包括HOME PATH PS1 PS2 TERM的值 变量的赋值 用 号 赋值号左右两边都不含空格 特别地 赋值号右边的值是否用引号括起来是没有区别的 即 变量 值与 变量 值 及 变量 值 等价 bl count bl count bl count 位置参数 可以通过命令行提供的字给shell过程传递信息 在shell过程中通过引用位置参数来引用这些字的值 位置参数最多有九个 用 号开始 1 9 表示所有的位置参数 表示命令自变量的个数 表示最近执行命令的返回值 变量的引用 引用变量时 不能直接使用变量名 必须在变量名前面加上一个 当一个变量名的后边紧接一些字符 而这些字符又不是变量名的一部分时 应该用花括号或双引号将变量名括起来 使变量名与其后的部分分开 要显示变量的内容则使用echo命令 例 bl1 thisisanexample echo bl1 这时屏幕显示 thisisanexample 3测试条件 在计算机的各种语言中都可以通过测试各种条件表达式或变量来控制程序的分支语句或循环语句 shell命令语言中也有用来控制程序转向的测试语句test 其基本格式如下 test测试状态真取0假取1 4条件判断语句 if语句 if和fi分别是前后界定界符 格式 iftest条件then else fi case语句 case和esac分别是前后定界符 格式 case值in串1 命令1 串2 命令2 串n 命令n esac 5循环语句 while语句 格式 whiletest条件do done 当条件为真时执行do与done之间的语句 直到条件为假 for语句 对于名字表中的每一个字执行一次命令串 基本格式为 for变量名in值表do done 此外 在循环语句中经常要使用break语句和continue语句 一改变循环的执行 遇到continue语句 即返回到循环体顶端 且开始下一轮循环 遇到break语句就脱离循环 2 8小结 1 作业的定义2 作业的分类3 作业的控制4 作业的组织5 作业的建立6 用户接口7 批处理作业的状态转换8 系统调用9 UNIX的特点10 linux基本命令 第二章作业 A P36 2 1 2 8 B P36 2 2 2 9 C P36 2 3 2 10 说明p34图2 7的代码完成的功能 D P36 2 4 2 11 E P36 2 5 2 7 F P36 2 6 2 12 第三章进程管理 进程的定义 进程控制的基本概念 进程PCB的基本结构 作用及进程的状态转换 进程同步与互斥的基本概念和解决方法 死锁的原因 产生死锁的四个必要条件以及死锁的解决 几个经典的进程同步与互斥问题及算法 线程的基本概念及状态 难点 进程的同步与互斥死锁的解决 本章重点 进程的概念进程的描述进程的状态及其转换进程控制进程互斥进程同步进程通信死锁问题线程小结 3 1进程的概念 一 程序的顺序执行与特征 1 程序 完成一定功能的 在时间上严格按前后顺序执行的指令集合 它可以分成若干指令串 2 程序的执行过程 S1 a 51 3 程序的顺序执行 一个具有独立功能的程序独占处理机直至最终结束的过程称为程序的顺序执行 RepeatIR pc UntilCPUHalt 输入数据 输出结果 计算 I C P S2 b a 5 S4 d a b b c 2 S3 c a b M pc Pc 1 Execute instructionIR 4 程序顺序执行的特征 1 顺序性 内 语句之间 指令之间 5 多道程序系统中程序执行环境的变化 外 程序之间 3 可再现性 只要程序的输入条件相同 输出结果肯定相同 2 封闭性 资源独占 每个程序的执行不会受到外部因素的影响 1 独立性 每道程序逻辑上是独立的 不存在相互制约关系 3 资源共享性 所有的资源由多道程序所共享 2 随机性 程序的输入 输出及开始执行时间是随机的 二 前趋图 前趋图 DirectedAcyclicGraph 是一个有向非循环图 图中每个节点可以表示一条语句 一个程序或进程 节点之间的有向边表示节点之间的前趋关系 PrecedenceRelation 或半序关系 Par