计算机操作系统教程

1、21世纪高职高专新概念教材世纪高职高专新概念教材 主编主编: 柯敏毅柯敏毅 副主编副主编: 徐小平宋士银徐小平宋士银 苏桂莲苏桂莲 黄逵中黄逵中 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 中国水利水电出版社 第第1章章 计算机操作系统概述计算机操作系统概述 第第2章章 操作系统的用户界面操作系统的用户界面 第第3章章 进程管理进程管理 第第4章章 存储管理存储管理 第第5章章 设备管理设备管理 第第6章章 文件管理文件管理 第第7章章 windows 98中文版的使用中文版的使用 目目 录录 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 第第1章章

2、 计算机操作系统概述计算机操作系统概述 1.1 存储程序式计算机模型存储程序式计算机模型 1.2 操作系统的发展历史操作系统的发展历史 1.3 操作系统的基本概念操作系统的基本概念 1.4 操作系统的逻辑模型操作系统的逻辑模型 1.5 微机操作系统微机操作系统 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 第第2章章 操作系统的用户界面操作系统的用户界面 2.1 运行一个用户程序的过程运行一个用户程序的过程 2.2 操作系统的用户界面操作系统的用户界面 2.3 操作系统提供给用户程序的服务操作系统提供给用户程序的服务 2.4 用户界面的发展用户界面的发展 中国水利水电出版社 计算机

3、操作系统教程计算机操作系统教程 第第3章章 进程管理进程管理 3.1 引言引言 3.2 进程的引入和定义进程的引入和定义 3.3 进程的状态和进程控制块进程的状态和进程控制块 3.4 进程控制进程控制 3.5 线程的基本概念线程的基本概念 3.6 进程调度进程调度 3.7 进程通信进程通信 3.8 死锁问题死锁问题 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 第第4 4章章 存储管理存储管理 4.04.0 本章学习目标本章学习目标 4.1 4.1 存储管理的功能存储管理的功能 4.2 4.2 实存管理实存管理 4.3 4.3 虚拟存储器管理虚拟存储器管理 4.4 4.4 碎片与抖

4、动问题碎片与抖动问题 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 第第5章章 设备管理设备管理 5.0 本章学习目标本章学习目标 5.1 概述概述 5.2 数据传送控制方式数据传送控制方式 5.3 缓冲技术缓冲技术 5.4 设备分配技术设备分配技术 5.5 i/o进程控制进程控制 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 第第6章章 文件管理文件管理 本章学习目标本章学习目标 6.1 文件与文件系统文件与文件系统 6.2 文件的逻辑结构文件的逻辑结构 6.3 文件的物理结构文件的物理结构 6.4 unix系统文件索引结构举例系统文件索引结构举例 6.5 文件目录文

5、件目录 6.6 文件的操作文件的操作 6.7 文件的共享与保护文件的共享与保护 6.8 文件的完整性文件的完整性 6.9 外存空间的管理外存空间的管理 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 第第7章章 windows 98中文版的使用中文版的使用 本章学习目标本章学习目标 7.1 文件和文件夹的管理文件和文件夹的管理 7.2 磁盘驱动器的管理磁盘驱动器的管理 7.3 附件附件 7.4 打印机的管理打印机的管理 7.5 windows 98 的设置的设置 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 欢迎您使用欢迎您使用 结束放映结束放映 中国水利水电出版社 计算

6、机操作系统教程计算机操作系统教程 第1章 计算机操作系统概述 1.1 存储程序式计算机模型 1.2 操作系统的发展历史 1.3 操作系统的基本概念 1.4 操作系统的逻辑模型 1.5 微机操作系统 开开 始始 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 本章学习目标本章学习目标 操作系统的作用 操作系统的发展 操作系统的特征与功能 多道程序设计的概念 操作系统的模型 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.1 存储程序式计算机模型存储程序式计算机模型 1.1.1 作为扩展机器的操作系统 1.1.2 作为资源管理的操作系统 返回本章首

7、页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 储程序式计算机模型储程序式计算机模型 储程序式计算机模型的基本方案是，如要使 计算机能够自动地计算，必须有一个存储器 用来存储程序和数据；同时要有一个运算器， 用以执行指定的操作；有一个控制器，以便 实现自动操作；另外，辅以输入/输出部件， 以便输入原始数据和输出计算结果。于是形 成了现代计算机的基本组成形式。如图1.1 所示。 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 图图1.1 存储程序计算机的组成存储程序计算机的组成 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.1

8、.1 作为扩展机器的操作系作为扩展机器的操作系 统统 一台完全无软件的计算机系统称为裸机，即便其 性能再强，相对于用户来讲，如果要面对计算机 的指令集、存储组织、i/o总线结构的编程则是十 分困难的。对于一般程序员也并不想涉足硬件编 程的种种具体细节，而希望针对数据结构抽象地 使用硬件。如果我们在裸机上覆盖一层i/o设备管 理软件，用户便可以利用这层i/o设备管理软件提 供给用户的接口来进行数据的输入和输出，那么 用户此时看到的计算机是一台功能强大、使用方 便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没有 变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称 软件虚拟机。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社

9、 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.1.2 作为资源管理的操作系作为资源管理的操作系 统统 从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用 户提供基本的方便的接口，这是一种自顶向下的 观点或是自内向外的观点。但是从用户向机器的 观点或自底向上的观点来看，操作系统则用来管 理一个复杂计算机系统的各个部分。现代计算机 包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络 接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来 看，操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有 序地控制对处理器、存储器以及其他i/o接口设备 的分配。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.2 操作系

10、统的发展历史操作系统的发展历史 1.2.1 无操作系统的计算机 1.2.2 单道批处理系统与多道 批处理系统及执行系统 1.2.3 分时系统 1.2.4 实时系统 1.2.5 微机操作系统、网络操 作系统与分布式操作系统 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.2.1 无操作系统的计算机无操作系统的计算机 从第一代计算机诞生到20世纪50年代中期还 未出现操作系统，这时的计算机采用人工操 作方式。其过程是： 图图1.2 手工操作计算机手工操作计算机 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.2.2 单道批处理

11、系统与多道批处理系统及执单道批处理系统与多道批处理系统及执 行系统行系统 所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个 系统软件，在它的控制下，计算机能够自动 地成批地处理一个或多个用户的作业。 首先出现的是联机批处理系统。如下图1.3 所示。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 脱离主机控制的输入脱离主机控制的输入/输出批处理系统输出批处理系统 在外设处理数据时，主机处理“忙等”状态， 这样高速的主机与慢速的外设矛盾就显现出 来。为了克服与缓解主机与外设的矛盾。我 们引入脱机批处理系统，即脱离主机控制的 输入/输出批处理系统。如图1.4所示。 下一页下一页 中国

12、水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 图图1.4 脱机批处理系统脱机批处理系统 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，中 断和通道技术出现以后，虽然可以实现输入/输出 设备与中央处理机并行操作，但由于属于同一道 作业的可并发执行的进程不多，大多数进程是有 同步关系的，这使系统中仍有较多的空闲资源， 致使系统的性能较差。为了进一步提高资源的利 用率和系统对作业的吞吐量，在60年代中期，引入 了多道程序设计技术，由此而形成了多道批处理 系统。单道程序与多道程序的执行过程如图1.5和 图1.6所示。 下一页下一

13、页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 在操作系统中引入多道程序设计技术以后，会使系在操作系统中引入多道程序设计技术以后，会使系 统具有以下特征。统具有以下特征。 （1）多道性 （2）无序性 （3）宏观上并行、微观上串行 （4）调度性 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.2.3 分时系统分时系统 分时技术是把处理机的时间分成很短的时间 片，这些时间片轮流地分配给各个联机的各 作业使用。如果某作业在分配给它的时间片 用完时仍未完成，则该作业就暂时中断，等 待下

14、一轮运行，并把处理机的控制权让给另 一个作业使用。这样在一个相对较短的时间 间隔内，每个用户作业都能得到快速响应， 以实现人机交互。 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 分时系统与多道批处理系统相比，具 有完全不同的特征，由上所述可以归 纳成以下几点： （1）多路性）多路性 （2）独立性）独立性 （3）及时性）及时性 （4）交互性）交互性 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.2.4 实时系统实时系统 1实时操作系统的分类 2实时操作系统的主要目 标 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1实时操作系统的分类实

15、时操作系统的分类 l 实时控制：当计算机应用于生产过程的 控制形成以计算机为中心的控制系统时，系 统要求能实时采集现场数据，并对所采集的 数据进行及时处理，从而自动地控制相应的 执行机构，使某些参数（如湿度、压力、液 位）能按预定的规律变化，以保证产品的质 量和提高产量。 l 实时信息处理：通常，我们把要求对信 息进行实时处理的系统称为实时信息处理系 统。 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2实时操作系统的主要目标实时操作系统的主要目标 （1）实时时钟管理。 （2）连续人机对话。 （3）过载防护。 （4）高可靠性。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教

16、程计算机操作系统教程 1.2.5 微机操作系统、网络操作系统与分布式微机操作系统、网络操作系统与分布式 操作系统操作系统 微机操作系统 到20世纪80年代，随着超大规模集成电路的 发展产生了微型计算机，配置在微机上的操 作系统称为微机操作系统。最早出现的微机 操作系统是8位微机上的cp/m，它是一个单 用户单任务操作系统，即只允许一个用户上 机，且只允许用户程序作为一个任务运行。 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 计算机网络计算机网络 计算机技术和通讯技术的结合使得微机用户 资源共享及相互通信的愿望成为可能，即在 一台计算机上可以使用其他机器上的资源或 进行通信。这样计

17、算机网络的概念得以产生。 一些独立自治的计算机利用通信线路相互连 接形成的计算机的集合，称为计算机网络。 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 分布式操作系统分布式操作系统 大量的实际应用要求一个一体化的系统，用户希望以统一的界 面，标准的接口去使用系统的各种资源，实现所需的各种操作。 这就导致了分布式系统的出现。一个分布式系统是若干计算机 的集合，它们都有自己的局部存储器和外部设备，但分布式系 统是一个一体化的系统，在系统中有一个全局操作系统，即分 布式操作系统，它负责整个系统的资源分配和调度、任务划分、 信息传输、控制协调等工作，为用户提供一个统一的界面，标 准的接口，

18、用户通过这一界面实现所需的操作和使用系统的资 源，但操作和计算是在哪一台计算机上执行或使用哪个计算机 的资源则由操作系统自动完成，用户不用知道，即分布或操作 系统是透明的。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.3 操作系统的基本概念操作系统的基本概念 1.3.1 操作系统的定义 1.3.2 操作系统的基本功能 1.3.3 操作系统的特征 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.3.1 操作系统的定义 操作系统是用户和系统的界面，系统内部虽 然十分复杂，但这些复杂性由于有操作系统 的存在而不显现在用户面前

19、。计算机操作系 统向用户提供系统调用，用户通过操作系统 提供的命令，简单方便地把自己的意图告诉 系统，让操作系统去完成工作。由于操作系 统的卓越工作，才能保证系统资源的充分利 用，又使用户能方便使用计算机。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.3.2 操作系统的基本功能操作系统的基本功能 1存储器管理的功能 2处理机管理的功能 3设备管理的功能 4文件管理的功能 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1存储器管理的功能存储器管理的功能 l 内存分配 l 内存保护 l 地址映射 l 内存扩充 下一页下一页 中国水利水电

20、出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2处理机管理的功能处理机管理的功能 l 进程控制 l 进程同步 l 进程通信 l 调度 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3设备管理的功能 v 缓冲管理 v 设备分配 v 设备处理 v 设备独立性和虚拟设备 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 4文件管理的功能文件管理的功能 文件存储空间的管理 目录管理 文件的操作 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.3.3 操作系统的特征操作系统的特征 1并发特征（concurrence） 2共享

21、特征（sharing） 3虚拟特征（virtual） 4不确定性 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.4 操作系统的逻辑模型操作系统的逻辑模型 近年来，大型软件都是采用层次式结构，也 就是将一个软件分为若干个逻辑层次。如下 图1.7所示，简要地示意了操作系统的分层 逻辑结构。 用户接口 （命令接口、程序接口、图形用户接口） 对对象操纵和管理的软件集合 （处理机管理软件、存储器管理软件、设备管理软件、文件管理软件） 操作系统对象 （处理机、存储器、设备、文件） 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程

22、1操作系统的对象 2操作系统对象操纵和管理的软件集合 3用户接口 （1）命令接口）命令接口 （2）程序接口）程序接口 （3）图形用户接口）图形用户接口 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.5 微机操作系统微机操作系统 1.5.1 dos操作系统 1.5.2 ms-windows操作系统 1.5.3 unix操作系统 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.5.1 dos操作系统操作系统 1981年ibm公司首次推出了ibm-pc个人计算 机，在微机中采用了微软公司开发的ms- dos操作系统。该操作系统在8位计算机操 作

23、系统cp/m的基础上进行了较大的扩充， 增加了许多内部和外部命令，使该操作系统 具有较强的功能及性能优良的文件系统。随 着ibm-pc及其兼容机的普及和畅销，ms- dos操作系统也就成了事实上的16位微机单 用户单任务操作系统的标准。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.5.2 ms-windows操作系统操作系统 1990年微软公司推出的windows 3.0以其易学易用、 友好的图形用户界面、支持多任务的优点，很快 占领了市场。 1992年推出的windows 3.1版，提供了386增强模式， 提高了运行速度，功能也更强大。 1993年推出了w

24、indows nt是一个全新的32位多任务 操作系统，成为windows家族中功能最强并支持网 络功能的操作系统。 1995年推出的windows 95之后 在windows 95的基础上又推出了windows 97、98 ， 提供了internet浏缆器和网络功能，使它们成了当今 个人计算机上最广泛使用的操作系统。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1.5.3 unix操作系统操作系统 unix操作系统是目前大、中、小型计算机上广泛 使用的多用户多任务操作系统，在32位微机上也有 不少配置多用户多任务操作系统。 unix操作系统是美国电报电话公司的b

25、ell实验室开 发的，至今已有20多年的历史，它最初是配置在 dec公司的pdp小型机上，后来在微机亦可使用。 unix操作系统是唯一能在微机工作站、小型机到 大型机上都能运行的操作系统，也是当今世界最 流行的多用户、多任务操作系统。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 thank you very much ! 本章到此结束， 谢谢您的光临！ 结束放映结束放映 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 第2章 操作系统的用户界面 2.1 运行一个用户程序的过程 2.2 操作系统的用户界面 2.3 操作系统提供给

26、用户程序的服 务 2.4 用户界面的发展 开开 始始 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 本章学习目标本章学习目标 操作命令：包括作业控制语言和键盘命令， 这是用户操作计算机的方式 系统功能调用：这是用户程序对操作系统提 供的服务的调用接口 系统功能调用的执行过程 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2.1 运行一个用户程序的过程运行一个用户程序的过程 一、使用计算机来计算来运行用户程序有三个步 骤： （1）用某种语言（例如fortran语言）编制一个 程序，它被称为源程序。 （2）将源程序和初始数据记录在某种输入介质上。

27、例如穿成一盘纸带，或在终端设备（包括键盘、 显示器）上直接编辑源程序。 （3）按照一定要求来控制计算机工作，并经过加 工最后算出结果。 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 二、对作业的处理的几个作业步二、对作业的处理的几个作业步 （1）编辑（修改）：建立新文件或是对原 有文件进行修改。 （2）编译：请求系统把修改好的源程序翻 译成浮动目标模块，并将它放在磁盘上，也 可以穿孔输出或二者有之。 （3）链接：请求系统把主程序模块和其他 所需要的子程序和例行程序链接装配在一起， 成为一个可执行的完整的内存映像文件。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算

28、机操作系统教程计算机操作系统教程 三、作业步之间的关系表现为三、作业步之间的关系表现为 （1）每个作业步运行的结果产生下一个作 业步所需要的文件。如图2.1所示。 （2）一个作业步能否正确地执行，依赖于 前一个作业步是否成功地完成。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 图图2.1 作业步之间的关系作业步之间的关系 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2.2 操作系统的用户界面操作系统的用户界面 2.2.1 操作系统提供的两个接 口 2.2.2 作业控制语言和键盘命 令 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算

29、机操作系统教程计算机操作系统教程 2.2.1 操作系统提供的两个接 口 操作系统为用户提供的接口体现在两个方面 （如图2.2所示）：一是操作系统为用户提 供的各种操作命令，用户可利用这些操作命 令来组织作业的工作流程和控制作业的运行； 二是操作系统为用户提供的一组系统功能调 用，用户可以在源程序一级使用这些系统调 用，请求操作系统提供的服务（如，请求使 用各种外部设备进行信息传输、向系统申请 资源等）。 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2.2.2 作业控制语言和键盘命 令 1作业控制语言 2单

30、道批处理系统中的作业调度基本原则 3作业调度的性能指标 4单道批处理系统作业调度算法介绍与分 析 5键盘命令建立用户程序及分时系统作业 调度 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1作业控制语言作业控制语言 在脱机工作方式下系统提供作业控制语 言（jcl，job control language），它既可以 写成操作说明书的形式，也可穿孔成为作业 控制卡的形式（前者较多地为批处理系统所 采用）。 操作系统根据作业申请表来分配作业所 需的资源并注册该作业；通过作业说明书 （或作业控制卡）对作业实施运行控制。一 般在批处理系统中都提供jcl语言。 下一页下一页 中国水利水电出版

31、社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2单道批处理系统中的作业调度单道批处理系统中的作业调度 基本原则基本原则 作业调度时，操作系统调度程序一般应遵循以下 原则： （1）单位时间应并发运行尽可能多的用户作业。 （2）使cpu尽可能保持“忙”，不空闲，以提高 cpu资源的利用率。 （3）i/o设备尽可能保持“忙”，不空闲，以提高 设备资源的利用率。 （4）各类型的作业平等。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3作业调度的性能指标作业调度的性能指标 对于批处理系统，作业调度的原则体现在一个指 标，即各作业的平均周转时间上，如设i作业的周 转时间为ti=tc

32、i-tsc；tci，tsc分别为作业的完成时间 和作业的提交时间，则平均周转时间为：j=（ti） /n；对这个公式涉及的n个作业，相对于长作业， 对j值的影响大，而短作业对j值的影响小。为了增 加短作业对j值的影响，引入平均带权周转时间的 概念。平均带权周转时间定义为：w=（ti/tri）/n； tri作业的运行时间。一般认为j、w越小，系统对作 业的吞吐量越大，系统的性能越高。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 4单道批处理系统作业调度算法介绍与分单道批处理系统作业调度算法介绍与分 析析 （1）先来先服务（fcfs）算法 （2）短作业优先调度算法（sjf

33、） （3）动态优先级调度算法 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 （1）先来先服务（）先来先服务（fcfs）算法）算法 先来先服务作业调度算法是一种较简单 的作业调度算法，即每次调度是从后备作业 队列中选择一个最先进入该队列的作业，将 它调入内存，分配资源、创建相应的进程， 放入进程就绪队列准备运行。 fcfs算法利于长作业，不利于短作业， 而大多数的作业是i/o繁忙的短作业。以 fcfs作为主调度算法是不常用的。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 （2）短作业优先调度算法（）短作业优先调度算法（sjf） 短作业优先调度

34、算法是指操作系统在进行作业 调度时以作业长短作为优先级进行调度。该调度 算法可以照顾到实际上占作业总数绝大部分的短 作业，使它们能比长作业优先调度执行。这时后 备作业队列按作业优先级由高到低顺序排列，当 作业进入后备队列时要按该作业优先级放置到后 备队列相应的位置。 实践证明，该调度算法的性能是最好的，单位 时间的作业吞吐量也最大，但也存在缺点：对长 作业极为不利。 。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 （3）动态优先级调度算法动态优先级调度算法 当几个作业几乎同时进入后备队列时， 短作业的优先级高，它先被调度执行。但随 着时间的推移，长作业的优先级逐渐增

35、大， 长作业就可能在后进入后备队列的短作业之 前被操作系统调度执行。 分析动态优先级调度算法，可以认为该 算法既照顾了短作业，又不会使长作业长期 得不到服务，从而实现了一种良好的折中。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 5键盘命令建立用户程序及分时系统作业键盘命令建立用户程序及分时系统作业 调度调度 （1）呼叫 （2）联接 （3）通信 （4）退出 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 （1）呼叫）呼叫 当终端用户想从终端打入命令或输入信息时， 他首先要进行呼叫，例如通过类似电话拨号 的方式进行呼叫。当呼叫成功后，用户就可

36、以从终端的键盘上打入各种命令输入到计算 机系统，即开始第二步联接。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 （2）联接）联接 呼叫成功后，计算机即和终端联上，于是计算机 应在终端设备上输出引导信息，以告诉用户终端 设备与系统联上了。这时，用户应打入一条“录 入命令”，向系统申请录入一个作业。一般录入 命令应给出以下参数：用户名、作业名、口令、 资源需求等。系统接到录入命令后，将检查口令、 资源需求等。在符合时，就允许录入。当用户从 终端上看到允许录入的信息后，就知道这个终端 作业被接受了，从而就进入第三步通信。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教

37、程计算机操作系统教程 （3）通信通信 （1）环境设置。 （2）系统管理。 （3）文件管理。 （4）编辑修改。 （5）编译、连接装配和运行。）编译、连接装配和运行。 （6）输入数据。）输入数据。 （7）操作方式转换。）操作方式转换。 （8）申请资源。）申请资源。 终端作业被录入后，就可以通过终端打入各种控制终端作业被录入后，就可以通过终端打入各种控制 作业的命令和从终端输入作业的程序和数据。属于作业的命令和从终端输入作业的程序和数据。属于 通信这一步的键盘命令是比较丰富的，一般有以下通信这一步的键盘命令是比较丰富的，一般有以下 几类：几类： 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计

38、算机操作系统教程 （4）退出）退出 当作业运行结束时，用户应打入“退出” 命令。系统响应命令后将收回分配给作业的 全部资源，然后在终端输出日期和上机时间 等，即通知用户系统已结束了该作业。退出 系统后，用户若要求系统执行新的作业可再 打入“录入”命令。每个作业结束后一定要 打入“退出”命令。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2.3 操作系统提供给用户程序的服操作系统提供给用户程序的服 务务 2.3.1 系统调用描述 2.3.2 系统调用功能分 类 2.3.3 系统调用的实现 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系

39、统教程 2.3.1 系统调用描述 系统调用 ：用户所需要的功能，有些是比 较复杂的，硬件不能直接提供，只能通过软 件的程序来实现。而有些功能可由硬件完成， 并设有相应的指令，如启动外设工作，就有 用于输入/输出的硬指令。但配置了操作系 统后，对系统资源的分配、控制不能由用户 干预，而必须由操作系统统一管理。所以， 对于这样一类功能，也需有相应的控制程序 来实现。 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 自愿进管指令 ： 为了实现对这些事先编制好的、具有特定功能 的例行子程序的调用，现代计算机系统一般提供 自愿进管指令，其指令形式为： svc n 其中，svc表示机器自愿进管指

40、令的操作码记忆符， n为地址码。 svc是supervisor call（访问管理程序）的缩写， 所以svc指令又称访管指令。 当处理机执行到这一条指令时就发生中断，该 中断称为访管中断，它表示正在运行的程序对操 作系统的某种需求。借助中断可使机器状态由目 态转为管态。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2.3.2 系统调用功能分类 1设备管理：这类系统调用被用来请求和释放设 备，以及启动设备操作等。 2文件管理：这类系统调用包括创建、删除文件， 读、写文件操作以及移动文件指针等。 3进程控制：当多个用户程序在系统内执行时引 出了一个新的概念，称为进程

41、。 4进程通信：进程间传递消息或信号的系统调用。 5存储管理：内存块的申请、释放，获取作业占 用内存块的首址、大小等。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2.3.3 系统调用的实现 操作系统的基本服务是通过系统功能调用来 实现的，系统功能调用提供运行程序和操作 系统之间的界面。系统调用的实现取决于计 算机的结构，它是由特定的硬件指令实现对 操作系统某一服务例程的调用。 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 图图2.3 系统调用的执行过程系统调用的执行过程 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2

42、.4 用户界面的发展 随着计算机技术、多媒体技术的发展，使操作系 统提供的接口在形式上和功能上发生了很大的变 化，其发展方向是可视化、集成化、智能化。操 作系统为用户提供的是一个更友好的、更直观的、 易懂的、图文并茂的、且具有一定智能的计算环 境。用户可以通过文字、图像、声音等媒体，以 及键盘、鼠标、扫描仪、声音装置等部件来驱动 操作系统提供的命令和用户扩充的自定义命令， 从而达到轻松、方便地使用计算机的目的。 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 操作系统提供的系统功能调用从低级的 汇编语言级的接口，发展到高级语言中提供 的操作系统服务界面，用户

43、在用高级语言编 程时，可以利用操作系统提供的丰富的系统 功能调用来请求系统资源，进行进程控制和 通信，完成信息的处理等工作。 返回本节返回本节 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 thank you very much ！ 本章到此结束， 谢谢您的光临！ 返回本章首页返回本章首页 结束放映结束放映 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 第第3章章 进程管理进程管理 3.1 引言 3.2 进程的引入和定义 3.3 进程的状态和进程控制块 3.4 进程控制 3.5 线程的基本概念 3.6 进程调度 3.7 进程通信 3.8 死锁问题 开开 始始 中国水利水

44、电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 本章学习目标本章学习目标 在多道程序环境下，程序不能独立运行。作为资 源分配和独立运行的基本单位是进程。操作系统 所有的特征都是基于进程而体现的。所以，本章 的主要问题是： 进程的概念 进程的实体、状态及状态的演变 进程的控制与调度 进程之间的关系协调 进程的通信 死锁问题及解决 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.1 引言引言 处理机管理是操作系统的基本管理功能之一，它所 关心的是处理机的分配问题。也就是说把cpu（中 央处理机）的使用权分给某个程序，通常把这个正 准备进入内存的程序称为作业，

45、当这个作业进入内 存后我们把它称为进程。处理机管理分为作业管理 和进程管理两个阶段去实现处理机的分配，常常又 把直接实行处理机时间分配的进程调度工作作为处 理机管理的主要内容。 进程通常具有三种状态：运行状态（正在使用 cpu）、阻塞状态（等待输入/输出）和就绪状态 （等待分配cpu）。 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.2 进程的引入和定义进程的引入和定义 3.2.1 进程的引入 3.2.2 进程的定义 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.2.1 进程的引入进程的引入 1程序的顺序执行及

46、其特性 2资源共享 3程序的并发执行及其特性 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1程序的顺序执行及其特性程序的顺序执行及其特性 由于各类软件的出现及日益复杂化，使得程 序设计的概念和方法有了很大的发展，在单 道程序工作环境中，我们把一个“程序”理 解为“一个在时间上按严格次序前后相继的 操作序列”。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 一切顺序执行的程序都具有下列 特性： （1）顺序性。 （2）资源独占。 （3）结果的无关性。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2资源共享资源共享 操

47、作系统提供了两种实现资源共享的方法。 （1）由操作系统统一管理和分配。 （2）由进程自行使用。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3程序的并发执行及其特性程序的并发执行及其特性 无论是操作系统自身的程序还是用户程序， 通常总是存在一些相对独立、但又能并发执 行的程序段。由于这些程序段可以被多个用 户作业调用，因此可在同一时间间隔内发生。 这样一来，某个程序段可能对应多个“计 算”，于是程序与“计算”已不具有一一对 应关系了。这些“并发程序”就构成了一个 “并发环境”。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 图3.2 并行计

48、算的先后次序 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 程序的制约方式有如下两种 ： （1）间接制约方式。 这是由于竞争相同资源而引起的，得到资源的程序 段可以投入运行，而得不到资源的程序段就是暂时 等待，直至获得可用资源时再继续运行 。 （2）直接制约方式。 这通常是在那些逻辑上相关的程序段之间发生的。 一般是由于各种程序段要求共享信息引起的 。 返回本节目录返回本节目录 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.2.2 进程的定义进程的定义 进程与程序的区别和相互关系 ： （1）动态性和静态性。 （2）从结构上看每个进程的实体都是由程序段和

49、相应 的数据段两部分构成的，这一特征与程序的含义相近。 （3）一个进程可以涉及到一个或几个程序的执行；反 之一程序可以对应多个进程，即同一程序段可在不同数 据集合上运行，可构成不同的进程 。 （4）并发性。 （5）进程具有创建其他进程的功能。 （6）操作系统中的每一个程序都是在一个进程现场中 运行的。 返回本节目录返回本节目录 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.3 进程的状态和进程控制块进程的状态和进程控制块 3.3.1 进程的状态及状态变化 图 3.3.2 进程控制块 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.3.1

50、进程的状态及状态变化图进程的状态及状态变化图 （1）运行状态：进程正在处理机上运行的状态， 该进程已获得必要的资源，也获得了处理机，用户 程序正在处理机上运行。 （2）阻塞状态：进程等待某种事件完成（例如， 等待输入/输出操作的完成）而暂时不能运行的状 态，处于该状态的进程不能参加竞争处理机，此时， 即使分配给它处理机，它也不能运行。 （3）就绪状态：该进程运行所需的一切条件都得 到满足，但因处理机资源个数少于进程个数，所以 该进程不能运行，而必须等待分配处理机资源，一 旦获得处理机就立即投入运行。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 图图3.3 典型的进程

51、状态演变图典型的进程状态演变图 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 状态变化 ： （1）就绪状态变化到运行状态 。 （2）运行状态变化到就绪状态。 （3）运行状态变化到阻塞状态。 （4）阻塞状态变化到就绪状态。 返回本节目录返回本节目录 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.3.2 进程控制块进程控制块 为了刻画进程的动态变化，通常把进程表示 为由程序段、私有数据块和进程控制块组成， 如图3.4（a）所示。程序部分描述进程本身 所要完成的功能，而“私有数据块”是接受 程序规定操作的一组存储单元的内容，是操 作的对象。进程控制块是在进程

52、创建时产生 的，当进程存在于系统时（运行），进程控 制块就标识了这个进程。如图3.4（b）所示。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 进程控制块是进程存在的标志，当系统或父 进程创建一个进程时，实际上就是为其建立 一个进程控制块。 进程控制块既能标识进程的存在，又能刻画 出进程的动态特征，它是一个进程仅有的被 系统真正感知的部分。对操作系统而言，所 有进程控制块将构成并发执行控制和维护系 统工作的依据。 进程控制块的作用：进程控制块的作用： 返回本节目录返回本节目录 中国水利水电出版社

53、计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.4 进程控制进程控制 3.4.1 原语 3.4.2 进程控制原语 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.4.1 原语原语 在操作系统中，某些被进程调用的操作，例 如队列操作、对信号灯的操作、检查启动外 设操作等，一旦开始执行就不能被中断，否 则就会出现操作错误，造成系统混乱。原语 就是为实现这些操作而设置的。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 图图3.5 进程家族示例进程家族示例 返回本节目录返回本节目录 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3

54、.4.2 进程控制原语进程控制原语 1创建原语 2撤消原语 3阻塞原语 4唤醒原语 返回本节目录返回本节目录 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.5 线程的基本概念线程的基本概念 3.5.1 线程的引入 3.5.2 线程与进程的比较 3.5.3 用户级线程和内核支持 线程 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.5.1 线程的引入线程的引入 （1）创建进程。系统在创建进程时，必须 为之分配其所必需的、除处理机以外的所有 资源。如内存空间、i/o设备以及建立相应 的pcb结构。 （2）撤消进程。系统在撤消进程时，又必 须先

55、对这些资源进行回收操作，然后再撤消 pcb结构。 （3）进程切换。在对进程进行切换时，由 于要保留当前进程的cpu环境和设置新选中 进程的cpu环境，为此需花费不少处理机时 间。 返回本节目录返回本节目录 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.5.2 线程与进程的比较线程与进程的比较 1调度：在传统的操作系统中，拥有资源的基本单位和独 立调度、分派的基本单位都是进程。 2并发性：在引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以 并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间亦可并发执行， 因而使操作系统具有更好的并发性，从而能更有效地使用系 统资源和提高系统吞吐量。 3拥有资源：不论

56、是传统的操作系统，还是设有线程的操 作系统，进程都是拥有资源的一个独立单位，它可以拥有自 己的资源。 4系统开销：由于在创建或撤消进程时，系统都要为之分 配或回收资源，如内存空间、i/o设备等。因此，操作系统 所付出的开销将明显地大于在创建或撤消线程时的开销。 返回本节目录返回本节目录 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.5.3 用户级线程和内核支持用户级线程和内核支持 线程线程 比较两种线程的优缺点 ： 1线程的调度与切换速度：内核支持线程的调度和切 换与进程的调度和切换十分相似。 2系统功能调用：当传统的用户进程调用一个系统功 能调用时，要由用户态进入核心态，用户

57、进程将被阻 塞。当内核完成系统调用而返回时，才将该进程唤醒， 继续执行。 3线程执行时间 ：对于只设置了用户级线程的系统， 调度是以进程为单位进行的。在采用轮转调度算法时， 各个进程轮流执行一个时间片，这对诸进程而言似乎 是公平的。 返回本节目录返回本节目录 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.6 进程调度进程调度 3.6.1 进程调度的职能 3.6.2 进程调度算法 3.6.3 调度用的进程状态切换 图 返回本章首页返回本章首页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.6.1 进程调度的职能进程调度的职能 （1）记录系统中所有进程的有关情 况。

58、 （2）确定分配处理机的原则。 （3）分配处理机给进程。 （4）从进程收回处理机。 返回本节目录返回本节目录 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3.6.2 进程调度算法进程调度算法 1先来先服务 2轮转调度 3分级轮转法 4优先数法 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 1先来先服务 这种调度算法按照进程进入就绪队列的先后 顺序来调度进程，到达得越早，其优先数越 高。获得处理机的进程，未遇到其他情况时， 一直运行下去，系统只需具备一个先进先出 的队列，在管理优先数的就绪队列时，这种 方法是一种最常见策略，并且在没有其他信 息时，也是一种

59、最合理的策略。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 2轮转调度 先来先服务的一个重要变形，就是轮转规则。轮转 调度算法是系统把所有就绪进程按先后次序排队， 处理机总是优先分配给就绪队列中的第一个就绪进 程，并分配它一个固定的时间片（如100毫秒）。 当该运行进程用完规定的时间片时，被迫释放处理 机给下一个处于就绪队列中的第一个进程，分给这 个进程相同的时间片，每个运行完时间片的进程， 当未遇到任何阻塞时，就回到就绪队列的尾部，并 等待下次转到它时再投入运行。于是，只要是处于 就绪队列中的进程，按此种算法迟早总可以分得处 理机投入运行。 下一页下一页 中国水利

60、水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 3分级轮转法 所谓分级轮转法就是将先前的一个就绪队列。 根据进程的优先数不同划分两个或两个以上 的就绪队列，并赋给每个队列不同的优先数。 以两个就绪队列为例，一个具有较高优先数， 另一个具有较低优先数，前者称为前台队列， 后者称为后台队列。 下一页下一页 中国水利水电出版社 计算机操作系统教程计算机操作系统教程 4优先数法 根据已占有处理 机的进程是否可被剥夺而分为优 先占有法和优先剥夺法两种 。 优先占有法的原理是：一旦某个最高优先数的就绪 进程分得处理机之后，只要不是其自身的原因被阻 塞（如要求i/o操作）而不能继续运行时，就一直 运行下去