操作系统原理（慕课版）-教学课件全套

第1章操作系统概述苏曙光华中科技大学/软件学院2022年春季第1章操作系统概述教学内容操作系统认识和定义操作系统的发展历史操作系统的功能操作系统的特征操作系统评价指标操作系统虚拟机操作系统的逻辑结构教学重点操作系统定义操作系统的发展历史操作系统的功能操作系统的逻辑结构教学难点操作系统的定义分时技术进程管理功能微内核结构1.1操作系统直观认识和定义1.1操作系统直观认识和定义教学内容操作系统的直观认识操作系统的定义教学重点操作系统的定义1.1.1操作系统的直观认识1.1.1操作系统的直观认识1．提供操作界面用户利用窗口、按钮、图标、图片、菜单、工具栏等一些可视化的元素来操作计算机，展示计算机的执行结果。1.1.1操作系统的直观认识2．控制程序运行利用图形化的方式或命令行的方式可以启动一个程序、或结束一个程序、或最小化或最大化程序的主窗口、或强制结束一个没有响应的程序。1.1.1操作系统的直观认识3．管理系统资源操作系统为用户更新设备或安装新的设备提供了多种手段，用户可以更新驱动程序或安装新的驱动程序，卸载不再需要的设备。1.1.1操作系统的直观认识4．配置系统参数通过注册表（仅Windows操作系统）、图形化的控制面板或系统配置文件等方式可以设置或改变系统参数。1.1.1操作系统的直观认识5．监控系统状态通过桌面的状态栏、控制面板、任务管理器、注册表（仅Windows中）或系统文件（例如Linux中的/proc文件系统），可以观察系统的实时工作状态或参数设置情况。6．工具软件集合操作系统提供一些用于系统管理的辅助工具或内置命令，方便用户对系统进行个性化的配置、调优或测试，譬如网络配置工具、磁盘优化工具等。1.1.1操作系统的直观认识操作系统对应用程序运行的支持1.1.2操作系统的定义1.1.2操作系统的定义操作系统在计算机系统中承上启下的地位1.1.2操作系统的定义1．站在用户的角度从外部以自顶向下的思维方式认识操作系统操作系统可以看作是虚拟计算机。操作系统为用户提供操作界面、屏蔽硬件细节、扩展硬件功能，同时使得计算机系统更安全、更可靠、效率更高。2．站在设计人员的角度从内部以自底向上的思维方式认识操作系统主要研究操作系统的实体结构，即研究操作系统如何组成、如何工作、如何对外提供服务。1.1.2操作系统的定义操作系统的定义操作系统是一个大型的系统程序，它管理和分配计算机系统软、硬件资源，控制和协调并发活动，为用户提供接口和良好的工作环境。1.2操作系统的发展历史1.2操作系统的发展历史教学内容手动操作阶段单道批处理系统多道批处理系统分时操作系统分时操作系统衍化经典操作系统实例 1.2.1手动操作阶段1.2.1手动操作阶段手动操作方式特点（1）程序的启动与结束都是手动处理；（2）用户预约上机并独占整个计算机。手动操作方式的缺点（1）CPU运行效率低。在用户占用整个计算机的期间，CPU实际运行时间极少。（2）用户独占整个计算机的全部资源，造成资源浪费。（3）程序的运行过程缺少交互性。1.2.2单道批处理系统1.2.2单道批处理系统单道批处理系统能够控制计算机自动处理一批作业，逐个加载、运行、撤出其中的每个作业，直到全部作业处理完毕的系统监控程序。单道批处理系统的目的提高系统吞吐量和资源的利用率批处理系统的特点成批、自动、单道1.2.2单道批处理系统单道批处理系统的缺点（1）平均周转时间长；（2）无交互能力。用户在批处理系统中把作业交给操作系统之后直到系统将作业完成，用户都不能与自己的作业进行交互，这对修改和调试程序是极为不利的。单道批处理系统两种实现形式联机批处理系统脱机批处理系统。1.2.2单道批处理系统联机批处理系统作业的输入输出过程都由主机来控制1.2.2单道批处理系统脱机批处理系统的结构增加了一台专门用于输入/输出卫星机1.2.3多道批处理系统1.2.3多道批处理系统多道批处理系统指利用多道程序设计技术，在内存中存放多道程序，当某道程序因为某种原因（例如执行I/O操作时）不能继续运行时，监控程序便调度另一程序投入运行，这样可以使CPU尽量处于忙碌状态，提高系统效率。多道批处理系统的设计目是提高系统的资源利用率（或吞吐量），实现CPU与外设并行，外设之间也可以并行，从而实现作业处理流程的自动化。1.2.3多道批处理系统A、B两个程序在系统中运行的过程相互穿插、交替地在CPU上运行1.2.3多道批处理系统多道批处理系统的缺点（1）单个作业处理时间变长；（2）作业的交互能力差，用户一旦提交作业就失去了对其运行的控制能力；（3）作业的运行过程不确定。每个作业的实际运行过程受其他作业的运行过程影响。1.2.4分时操作系统1.2.4分时操作系统分时技术把处理机的运行时间分成很短的时间片，以时间片为单位轮流把处理机分配给各联机终端使用。1.2.4分时操作系统分时系统特点（1）多路性。系统同时支持多路终端的连接（2）独立性。多用户各自独立地使用计算机，相互之间并无影响。3）交互性。用户可以通过终端直接与计算机进行对话。1.2.5分时操作系统衍化1.2.5分时操作系统衍化1．微型计算机操作系统2．实时操作系统3．嵌入式操作系统4．网络操作系统5．分布式操作系统1.2.6经典操作系统实例 1.2.6经典操作系统实例 DOS系列Windows系列UNIX系列Linux系列macOS系列1.2.6经典操作系统实例 国产操作系统通用操作系统或服务器操作系统嵌入式操作系统方向1.3操作系统的功能1.3操作系统的功能教学内容1.3.1处理机管理1.3.2存储管理1.3.3设备管理1.3.4文件管理教学重点1.3.1处理机管理1.3.1处理机管理处理机管理处理机是计算机系统中的核心资源，处理机管理效率的高低直接关系到系统的整体性能。处理机管理完成对处理机的分配调度与运行管理等功能。具体功能1．进程控制2．进程同步3．进程通信4．进程调度1.3.2存储管理1.3.2存储管理1．内存分配2．内存共享3．内存保护4．地址映射5．虚拟存储1.3.3设备管理1.3.3设备管理1．分配设备2．设备控制3．设备映射4．缓冲区管理1.3.4文件管理1.3.4文件管理文件管理的主要任务对用户来说，实现用户按名存取文件和目录，并向用户提供一套存取文件和目录的标准操作接口。针对管理员来说，文件管理的主要任务是实现文件存储空间的有效管理。1.4操作系统的特征操作系统的特征1．并发性宏观上并发。2．共享性在程序之间共享资源3．不确定性处理外部随机事件，即具有中断处理的能力。程序的执行过程和结果可能具有不确定性。4．虚拟性从用户角度来看，操作系统是一台虚拟计算机。1.5操作系统评价指标操作系统评价指标1．吞吐量指系统在单位时间内处理信息的能力或可以处理任务的数量。2．响应能力系统从接收数据到输出结果的时间间隔长短。3．资源利用率设备在单位时间内被利用的时间百分比。4．可移植性改变硬件环境，操作系统仍能正常工作的能力。5．可靠性操作系统发现、诊断和恢复系统故障能力的大小。1.6操作系统虚拟机1.6操作系统虚拟机操作系统虚拟机站在用户角度，在裸机上配置操作系统就相当于构建操作系统虚拟机。操作系统虚拟机可以使用操作系统新增的许多功能。操作系统虚拟机为用户屏蔽了硬件细节，扩展了硬件功能，为用户提供了交互良好的用户界面，且系统更安全、更可靠、更高效。1.7操作系统的逻辑结构1.7操作系统的逻辑结构教学内容整体式结构层次式结构微内核结构教学重点1.7.1整体式结构1.7.1整体式结构整体式结构模块化结构或宏内核结构。整体式操作系统是大量过程的集合。系统中每一个过程都有明确的入口参数列表和返回值类型。大多数过程可以相互调用而不受约束。1.7.1整体式结构整体式结构1.7.2层次式结构1.7.2层次式结构层次式结构所有的功能模块按照调用次序分别排成若干层，确保各层之间只能是单向依赖或单向调用。层次式设计方法把整体问题局部化，使得系统的设计、调试及维护变得很容易，且有利于操作系统的维护、扩充、移植。层次式操作系统的底层仅依赖于硬件系统，仅需要对上层提供基本的硬件I/O操作，而无须对用户数据进行复杂的组合或解析。1.7.2层次式结构层次式结构1.7.2层次式结构层次式结构分层原则1．硬件相关的功能放在最底层2．与用户策略或用户交互相关的功能放在最顶层3．中间层各层按调用次序或消息传递顺序安排4．共性的和活跃的服务放在较低的层次1.7.3微内核结构1.7.3微内核结构微内核（Micro-Kernel）结构客户-服务器结构Client/Server结构微内核和核外服务器微内核部分体积较小提供操作系统基本的核心功能和服务。例如，进程调度、进程间通信、内存管理、基本I/O操作。核外服务器部分体积较大且可伸缩主要实现操作系统的绝大部分功能，等待应用程序提出服务请求。1.7.3微内核结构第2章操作系统的硬件基础苏曙光华中科技大学/软件学院2022年春季第2章操作系统的硬件基础教学内容计算机三总线硬件结构CPU结构CPU的态内存时钟中断系统基本输入输出系统操作系统启动过程计算机虚拟化和虚拟机操作系统的生成教学重点CPU的态中断系统基本输入输出系统操作系统启动过程操作系统的生成教学难点CPU的态中断系统操作系统启动过程2.1计算机三总线硬件结构2.1计算机三总线硬件结构计算机的硬件结构CPU、内存和外设。地址总线，数据总线，控制总线2.2CPU结构2.2CPU结构CPU在逻辑上可以划分成3个单元，分别是控制单元、运算单元和寄存器单元，这3部分由CPU内部总线连接起来。2.3CPU的态2.3CPU的态基本的态有3种：核态、用户态、管态。核态，即操作系统核心程序运行时所处的状态。核态具有最高的特权级别。用户态，即用户程序运行时的状态，它具有较低的特权级别，又称为目态。管态，是一个模棱两可的中间状态，其权限介于核态和用户态之间。2.3CPU的态Intelx86架构的CPU支持4个特权级分别称为Ring0，Ring1，Ring2，Ring3，其中，Ring0级权限最高，Ring3级权限最低。特权指令包括（1）改变CPU状态的指令；（2）修改特殊寄存器的指令；（3）涉及外部设备的输入输出指令。2.3CPU的态用户态切换到内核态主要有三种情形系统调用异常外部设备的中断2.4内存2.4内存内存也叫主存储器（MainMemory），简称主存。内存是计算机系统存放运行时指令与数据的半导体存储器单元，通常分为只读存储器（ReadOnlyMemory，ROM）、随机存储器（RandomAccessMemory，RAM）和高速缓存存储器（Cache）等三种类型。2.5时钟2.5时钟计算机设置有一个硬件定时器，它能够定时向处理器发出时间信号。Intel8253A芯片2.5时钟计数器的结构每个计数器通过3个引脚和外部联系：时钟输入端CLK，门控信号输入端GATE，输出端OUT。每个计数器支持多达6种工作方式，不同工作方式下OUT输出的波形、计数的启动方式、计数初值装入方式都有差异，以满足不同应用场合。2.6中断系统2.6中断系统中断是CPU对突发外部事件的一种反应机制CPU收到外部信号（中断信号）后，停止当前工作，自动转去调用事先准备好的中断服务程序处理外部事件，待处理完毕后再回到原来工作的中断处（断点）继续工作的过程或机制。2.6中断系统中断源和分类引起中断的原因，或者能够发出中断请求信号的来源统称为中断源。自愿中断和强迫中断强迫中断是指主程序没有预期的意外中断。例：外设产生的中断、程序运行的错误、硬件意外错误等。自愿中断是指主程序事先安排的中断。例：程序员在程序中调用访管指令访问系统服务或资源引发的中断。内部中断和外部中断内部中断是由CPU内部事件或执行访管指令产生的。外部中断也简称中断。外部中断由CPU外部的设备产生对CPU的请求而引发。2.6中断系统断点发生中断时程序被打断的暂停点称为断点。断点的本质就是中断发生时，主程序将要执行的下一条指令的地址，这个地址就是中断发生时CS和IP两个寄存器的值。广义上的断点包含CS、IP、FLAGS、SS和SP等5个寄存器，有时仅包含CS、IP和FLAGS等3个寄存器狭义上的断点仅包括CS和IP等2个寄存器。2.6中断系统现场现场是指中断发生时CPU中相关寄存器值的集合。广义上，现场可以包含断点信息、FLAGS、SS和SP等寄存器。狭义上，现场数据不包含断点信息，而仅包含其余寄存器中那些可能受中断服务程序影响的寄存器，例如AX，BX等寄存器。2.6中断系统中断服务程序处理中断源中断事件的程序称为中断服务程序。中断服务程序是事先已准备好的一个特殊函数，该函数的调用由系统自动完成。中断服务程序的一般结构（1）保护现场（2）开中断（3）中断服务主体（4）恢复现场（5）中断返回2.6中断系统中断响应过程中断响应过程是指从CPU的INT引脚收到外设中断请求（或内部中断产生）开始，到系统完成相应的中断服务并返回到原来主程序的全过程。（1）识别中断源（2）保护断点（3）保护现场（4）进入中断服务程序（5）恢复现场（6）中断返回2.6中断系统中断响应过程2.6中断系统中断嵌套高优先级中断打断低优先级中断服务的嵌套处理过程2.7基本输入输出系统2.7基本输入输出系统基本输入输出系统BasicInputOutputSystem，BIOS是被固化到计算机中的一组程序，也是计算机加电启动后运行的第一个软件，为计算机提供最初级的、最直接的硬件操控。2.7基本输入输出系统1．加电自检及初始化加电自检（PowerOnSelfTest，简称POST）用于计算机刚接通电源时对基础硬件的检测和基本软件环境的初始化。2．设置CMOS参数CMOS设置程序帮助用户设置基本的系统参数。3．系统启动系统启动的功能是加载并引导某种操作系统启动。4．基本输入输出处理程序为应用程序和操作系统提供硬件接口服务，通过中断服务指令的形式来实现的。2.7基本输入输出系统常见的BIOS中断服务中断类型号功能中断类型号功能10H显示器I/O调用18HROMBASIC入口11H获取设备配置调用19H自举程序入口12H获取存储器大小调用1AH时间日期调用13H软盘I/O调用1BHCtrl-Break控制14H异步通信口调用1CH定时处理15H磁带I/O调用1DH显示器参数表16H键盘I/O调用1EH软盘参数表17H打印机I/O调用1FH字符点阵结构参数表2.8操作系统启动过程2.8操作系统启动过程教学内容操作系统启动概述Linux启动过程主引导记录 GRUB引导 Linux0.11启动过程 教学重点2.8.1操作系统启动概述2.8.1操作系统启动概述启动过程分为3个阶段初始引导、核心初始化和系统初始化。1．初始引导初始引导阶段由BIOS中的启动代码运行开始，直到把操作系统的内核加载到内存的适当位置，并将CPU控制权交给内核为止。2．核心初始化核心初始化主要由内核完成，目的是初始化系统的核心数据，并继续加载操作系统除内核之外的其余部分到内存。3．系统初始化系统初始化阶段依然由操作系统内核完成，继续初始化计算机系统，并最终把操作系统的桌面或控制台准备好。2.8.2Linux启动过程2.8.2Linux启动过程在Linux启动过程的系统初始化阶段中，内核主要创建init进程，利用它初始化系统环境。init进程是系统所有进程的起点，它的进程号为1。初始化脚本文件/etc/inittab通常包含以下工作。（1）设置键盘（2）设置字体（3）装载模块（4）设置网络（5）配置用户环境（6）启动登录用户Shell的getty进程2.8.2Linux启动过程init进程启动登录流程2.8.3主引导记录2.8.3主引导记录主引导记录（MasterBootRecord，MBR）主启动扇区，是计算机开机后访问硬盘时必须要读取的首扇区.它在硬盘上的CHS（柱面，磁头，扇区）地址为（0，0，1）。主启动扇区的大小为512字节，最后两个字节如果是0x55和0xAA，则表明这个设备可以用于启动。2.8.3主引导记录主引导记录的作用主引导记录中通常为硬盘引导程序BootLoader或更强功能的启动管理程序，它的作用如下。（1）提供菜单：用户可选择不同的启动项目。（2）加载核心文件：直接指向可启动的程序段加载操作系统内核。（3）跳转到其他Loader：跳转到其他PBR中的BootLoader以加载特定的操作系统。MBR程序例子在屏幕上显示“HelloMBR!”字符串然后停住不动。稍微复杂的MBR程序功能是将0号驱动器、0号柱面、0号磁头、2号扇区开始的连续4个扇区读入内存绝对地址0x90200处。2.8.4GRUB引导2.8.4GRUB引导GRUB（GrandUnifiedBootLoader）一款强大的多重开机引导器，不仅可以对各种发行版本的Linux进行引导，也可以用来加载BSD、UNIX与Windows等通用操作系统。2.8.5Linux0.11启动过程2.8.5Linux0.11启动过程Linux0.11的引导程序包括/boot目录下的三个程序bootsect.S、setup.S和head.SLinux0.11内核在磁盘上的分布初始化阶段主要由函数main()完成函数main()首先对物理内存各部分进行功能划分与分配，然后调用内核各模块的初始化函数，包括内存管理、中断处理、块设备与字符设备、进程管理、缓冲区管理以及硬盘和软盘等硬件的初始化处理函数。完成各模块的初始化操作后，系统已经处于可运行状态。初始化阶段主要由函数main()完成2.9计算机虚拟化和虚拟机2.9计算机虚拟化和虚拟机教学内容计算机虚拟化虚拟机 教学重点2.9.1计算机虚拟化 2.9.1计算机虚拟化 虚拟化虚拟化实质上是一种资源管理技术，它能将计算机的各种实体资源，如服务器、网络、处理器、内存、外储等，予以抽象和转换后重新呈现出来，以打破实体结构间不可切割的障碍，使用户能以比原本的组态更好的方式来使用和共享这些资源。虚拟化形式上是一个同构2.9.1计算机虚拟化 虚拟化虚拟化形式上是一个同构2.9.1计算机虚拟化 虚拟化技术分类指令级虚拟化硬件级虚拟化操作系统级虚拟化编程语言级虚拟化程序库级虚拟化2.9.2虚拟机2.9.2虚拟机虚拟机虚拟机是指在一个硬件平台上模拟多个相互独立的、ISA结构与实际硬件相同的虚拟硬件系统。虚拟机的实现通常要用到虚拟机监视器（VMM）。VMM的主要功能是基于物理资源创建相应的虚拟资源，组成虚拟机，并为客户机操作系统提供虚拟的平台。VMM的主要实现形式有3种独立监控模式、宿主模式和混合模式。2.9.2虚拟机独立监控模式VMM直接运行在裸机上，可以管理和使用底层的硬件资源，具有最高的特权级。2.9.2虚拟机宿主模式VMM作为一个应用程序运行在主机操作系统中。VMM可以充分利用宿主操作系统所提供的设备驱动和底层服务来进行内存管理、任务调度以及资源管理等工作。2.9.2虚拟机混合模式混合模式集成了前两种模式的优点。它在结构上与独立监控模式类似，直接运行在裸机上，具有最高特权级，在其上运行虚拟机。但它把大部分I/O设备的控制交由运行在特权虚拟机中的特权操作系统来控制，而且VMM的虚拟化职责也被特权操作系统所分担，只有处理器和内存的虚拟化由VMM完成。2.10操作系统的生成2.10操作系统的生成 操作系统生成是指根据硬件环境的配置和用户的需求，重新配置、裁剪和构建操作系统的过程。操作系统生成的前提（1）操作系统具有良好的模块特性。现有的模块可以被替换或删除，也可以新增模块。（2）有交互式的配置工具可供用户直观地选择和配置各个模块或某种机制。交互式配置工具可以保存用户的配置结果，并生成编译指导文件，用于指导后续的编译过程。（3）有映像构建（build）工具，能生成新内核的二进制文件。映像构建过程需要参考前述编译指导文件。第3章用户界面苏曙光华中科技大学/软件学院2022年春季第3章用户界面教学内容用户环境 用户界面概念 操作界面 系统调用教学重点操作界面 系统调用教学难点系统调用Linux系统调用机制3.1用户环境 3.1用户环境 用户环境用户环境是指计算机用户工作的软件环境，包括命令行环境，桌面环境，以及相关的用户使用手册。用户环境的构造是指按照用户的要求和硬件特性，安装和配置好操作系统，为用户提供必要的操作命令或图形界面，并使其工作方式和交互方式合理高效，方便用户使用计算机完成相应的工作。3.2用户界面概念 3.2用户界面概念 用户界面用户界面（UserInterface，UI）是用户与操作系统内核进行交互和信息交换的媒介。用户界面分为两大类操作界面和系统调用用户、用户界面、操作系统内核与计算机硬件四者的关系3.2用户界面概念 1．操作界面用户通过操作界面可以直接或间接地控制自己的作业或获得操作系统提供的服务。操作界面包括操作命令、批处理命令和图形用户界面三种典型形式。2．系统调用系统调用是提供给程序员在编程时使用的接口，是用户程序取得操作系统服务的唯一途径。3.3操作界面3.3操作界面教学内容操作命令重定向和管道命令 批处理程序命令 图形用户界面 Shell Shell脚本程序教学重点3.3.1操作命令3.3.1操作命令操作命令操作命令又称交互式命令，其中，操作命令除了可以直接在命令行上输入使用，还有管道和重定向这两种特殊执行方式。在Linux、UNIX系列操作系统中，操作命令在一个称为Shell的控制台环境下运行。3.3.2重定向和管道命令3.3.2重定向和管道命令重定向和管道命令都属于特殊的操作命令。操作系统定义了两个标准输入和输出设备。各种程序以键盘作为标准输入设备，以显示器作为标准输出设备，即任何命令的输入默认来自“键盘”，任何命令的输出（含错误）默认送往“显示器”。重定向重定向即把命令默认的输入来源或输出方向修改为其他设备（或其他文件，设备视同文件）。重定向分为输入重定向和输出重定向两种，分别用“<”及“>”表示。3.3.2重定向和管道命令输出重定向的基本格式Command-Line>file或设备命令Command-Line的执行结果（标准输出，或者错误输出，本来都要打印到屏幕上面）被重定向到指定的普通文件file或其他输出设备上（含打印机设备）。输入重定向的基本格式Command-Line<file或文件操作符或设备命令Command-Line需要输入参数，其参数将从file或文件操作符或设备中获取，而不是从键盘获取。3.3.2重定向和管道命令重定向操作符号及其含义类别操作符说明输入重定向<

将命令输入由默认的键盘更改或重定向为指定的文件输出重定向>

将命令输出由默认的显示器更改或重定向为指定的文件>>

将命令输出重定向并追加到指定文件的末尾错误重定向2>将命令的错误输出重定向为指定文件（先清空）2>>将命令的错误输出重定向为指定文件（追加到末尾）输出与错误组合重定向&>将命令的正常输出和错误输出重定向为指定文件。3.3.2重定向和管道命令管道管道命令本质上是两条或更多条输入输出重定向命令的综合应用。管道命令可以将多条相关命令有序连接起来，把第一条命令的输出信息作为第二条命令的输入信息，同时，又把第二条命令的输出信息作为第三条命令的输入信息。相关的多条命令就在逻辑上形成一条信息传递和处理的管道。3.3.3批处理程序命令3.3.3批处理程序命令批处理命令批处理命令通过类似程序的方式执行具有一定逻辑顺序的命令序列。在MS-DOS和Windows以bat为扩展名在Linux、UNIX中，批处理又称为脚本（Script）。狭义上，批处理仅指Windows和DOS批处理命令。批处理按规定逻辑顺序自动执行若干个指定的DOS命令或程序。批处理把原来在控制台上需要逐个输入和执行的命令汇总起来，按一定的逻辑顺序（可以是顺序或选择或跳转或循环）成批地执行，可以避免反复输入命令的麻烦。3.3.3批处理程序命令使用批处理程序求1～100所有整数和并将其输出3.3.3批处理程序命令帮助程序员编译驱动程序的批处理程序例子3.3.3批处理程序命令PowerShelPowerShell是微软公司为Windows设计的新的命令行程序，支持交互式提示和脚本环境，它们可以独立使用也可以交互使用。3.3.4图形用户界面 3.3.4图形用户界面 图形用户界面图形用户界面（GraphicalUserInterface，GUI）采用了图形化的操作界面，用户已完全不必像使用命令接口那样去记住命令名及格式，从而把用户从烦琐且单调的操作中解脱出来。设计良好的图形用户界面好的UI设计遵循的准则：风格一致性设计原则、布局具有逻辑性原则、具有启示性设计原则、应遵循习惯性原则等。3.3.5Shell 3.3.5Shell Shell，俗称壳（用来区别于内核）Shell是操作系统与用户交互的重要操作界面之一。Shell负责接收用户的命令和参数，然后通过操作系统调用相应的应用程序完成命令所要求的功能，并把结果以合适的方式展示给用户。Shell本身不执行命令，仅仅具有管理命令和展示命令结果的功能。3.3.5Shell Shell的主要类型UNIX或Linux环境下的sh、csh、ksh和bashWindows环境下的PowerShell大多数Linux都以bash作为默认的Shell3.3.5Shell Shell的主要功能命令行编辑功能历史命令功能命令别名功能命令和文件名补全功能重定向和管道操作功能脚本程序命令功能3.3.6Shell脚本程序3.3.6Shell脚本程序脚本程序脚本程序通过类似程序的方式执行具有一定逻辑顺序的命令序列来完成较复杂的功能和人机交互。脚本程序保存在文本文件中，是一系列Shell命令语句的集合。脚本程序有变量、关键字，有各种控制语句，如if、case、while、for等语句，支持函数，有特定的语法结构。3.3.6Shell脚本程序脚本程序的例子用于向系统安装一个软件包，安装过程主要包括解压、配置、删除临时文件等工作。3.3.6Shell脚本程序脚本程序的基本格式脚本程序保存在文本文件中，扩展名可取为.sh（sh代表Shell脚本程序的首行#!/bin/bash告诉系统这个脚本程序需要什么类型的Shell解释器来执行。脚本程序执行时，从第一行开始，按逻辑逐行分析和执行命令。凡是能够在Shell下直接执行的命令，都可以在脚本中使用。脚本中还可以使用一些不能在Shell下直接执行的语句。3.3.6Shell脚本程序脚本程序的运行方式（1）将脚本程序作为程序运行，在命令行直接输入脚本文件名字在脚本中为当前脚本指定特定的Shell，需要在脚本文件的开头增加如下一行代码：#!/bin/bash（2）将脚本文件名作为参数传递给特定的Shell解释器，用特定Shell解释执行。#/bin/bashtest.sh3.3.6Shell脚本程序键盘输入和屏幕输出键盘输入可以使用read命令，向屏幕输出则可使用echo命令。查询指定软件包是否安装的脚本例子3.4系统调用 3.4系统调用 教学内容系统调用概念 系统调用工作原理 Linux系统调用机制 Linux系统调用实现教学重点3.4.1系统调用概念 3.4.1系统调用概念 系统调用系统调用（SystemServiceCall，SystemCall)是操作系统内核为应用程序提供的服务，是应用程序与操作系统之间的接口。系统调用一般涉及核心资源或硬件的操作，运行于核态。每个系统调用具有唯一的编号。调用系统调用的过程会产生中断，这种中断是自愿中断，即是软件中断，也是内部中断。系统调用用户程序调用sys_foo()函数，但是该函数却是在内核中真正实现的。当然，sys_foo()函数能从用户空间穿越到内核空间，显然该过程利用了中断机制，产生了中断。3.4.2系统调用工作原理3.4.2系统调用工作原理系统调用工作原理内核中预先设计了一系列系统调用，每个系统调用都有唯一的编号，以区别彼此。应用程序通过形如SVCN的访管指令调用第N号调用，调用过程中发生了中断。3.4.2系统调用工作原理系统调用工作原理（1）应用程序使用SVCX准备调用第X号系统调用。（2）内核识别并响应SVCX指令引起的中断。（3）系统执行保护现场。（4）根据系统调用编号X在系统调用入口地址表中查找相应的入口地址。（5）转入相应的系统调用函数。（6）恢复现场数据。（7）返回应用程序。3.4.2系统调用工作原理系统调用工作原理在DOS操作系统中，使用INT21H触发软件中断，使用相应的系统调用；在Linux操作系统中，使用INT80H触发软件中断，使用相应的系统调用。3.4.2系统调用工作原理常用DOS系统调用（INT21H）AH功能调用参数返回参数01键盘输入且回显

AL=输入字符02显示输出DL=输出字符

03异步通信输入

AL=输入数据04异步通信输出DL=输出数据

05打印机输出DL=输出字符

07键盘输入无回显

AL=输入字符09显示字符串DS:DX=串地址'$'结束字符串

0F打开文件DS:DX=FCB首地址AL=00文件找到AL=FF文件未找到10关闭文件DS:DX=FCB首地址AL=00目录修改成功AL=FF目录中未找到文件13删除文件DS:DX=FCB首地址AL=00删除成功AL=FF未找到3D打开文件DS:DX=ASCII串地址AL=0读AL=1写AL=3读/写成功:AX=文件号错误:AX=错误码3E关闭文件BX=文件号失败:AX=错误码3.4.2系统调用工作原理DOS操作系统下调用系统调用的过程（1）给出系统调用的编号。系统调用编号写入AH寄存器中。（2）给出相关的入口参数。参数写入相关的寄存器中。（3）INT21H。该指令真正触发系统调用。3.4.2系统调用工作原理DOS操作系统下调用系统调用的例子利用DOS的INT21H的9号系统调用向屏幕输出一个字符串，并在最后的第14行利用4CH号系统调用退出程序，返回DOS命令行状态。3.4.2系统调用工作原理Linux操作系统下调用系统调用的例子Linux中使用80H号中断实现系统调用表3-4列出了Linux的部分系统调用在EAX寄存器中提供系统调用的编号，其余的参数在BX、CX、DX等寄存器中存放。3.4.2系统调用工作原理常用Linux系统调用（INT80H）编号名称功能调用参数00setup安装根文件系统EBX=硬盘参数表地址01exit退出进程EBX=退出码02fork创建进程

03read读文件EBX=文件描述符，ECX=缓冲区首址，EDX=字节数04write写文件EBX=文件描述符，ECX=缓冲区首址，EDX=字节数05open打开文件EBX=文件名，ECX=打开标志，EDX=属性06close关闭文件EBX=文件描述符07waitpid等待进程终止EBX=进程ID，ECX=返回状态地址，EDX=选项0bexecve执行程序EBX=文件名，ECX=argv指针，EDX=envp指针0cchdir更改当前目录EBX=目录名0dtime获取当前时间EBX=时区0fchmod修改文件属性EBX=文件名，ECX=文件属性14getpid取进程ID

17setuid设置进程用户IDEBX=用户ID18getuid获取进程用户ID

3.4.2系统调用工作原理Linux操作系统下调用系统调用的例子write系统调用（内部的名称是sys_write）的编号是4，编号被存在EAX寄存器中。3.4.3Linux系统调用机制3.4.3Linux系统调用机制Linux系统调用机制系统调用都具有唯一的功能号。这些功能号被定义在文件include/unistd.h中。read系统调用的功能号是3，定义为符号__NR_read。系统调用处理函数指针数组表sys_call_table[]read系统调用的处理函数指针位于sys_call_table[3]处。3.4.3Linux系统调用机制Linux系统调用机制read系统调用，带3个参数，其定义是：#define

__LIBRARY__#include

<unistd.h>_syscall3(int,

read,

int,

fd，char

*,

buf,

int,

n)3.4.3Linux系统调用机制Linux系统调用机制（1）应用程序调用封装有特定系统调用的库函数；（2）库函数展开为内含INT0x80指令和系统调用编号的汇编指令，调用相应的系统调用；（3）进入INT0x80的中断处理函数，并调用相应的系统调用函数；（4）系统调用函数完成用户请求的服务；（5）返回应用程序。3.4.3Linux系统调用机制Linux系统调用机制3.4.4Linux系统调用实现 3.4.4Linux系统调用实现 Linux系统调用的代码实现包括0x80中断初始化系统调用的公共入口、系统调用处理函数指针表和典型的系统调用处理函数。3.4.4Linux系统调用实现 Linux系统调用的代码实现应用程序使用系统调用会触发0x80中断，0x80中断对应中断服务程序

system_call().3.4.4Linux系统调用实现 Linux系统调用的代码实现sys_call_table[]是系统调用处理函数指针表，里面按序包含有所有系统调用处理函数的指针，该表按4字节对齐。第4章进程管理苏曙光华中科技大学2022年春季软件工程20级第四章进程管理教学内容进程的概念进程的状态和转换进程控制块Linux进程控制块和进程状态进程基本控制Windows进程控制 Linux进程控制线程进程相互制约关系锁信号量与P-V操作Windows同步机制Linux同步机制进程间通信Linux信号机制实现教学重点进程的概念进程的状态和转换进程基本控制Linux进程控制线程进程相互制约关系锁信号量与P-V操作进程间通信4.1进程的概念4.1进程的概念 教学内容程序的顺序执行程序的并发执行进程的定义和特点教学重点4.1.1程序的顺序执行4.1.1程序的顺序执行程序的顺序程序的顺序执行有两层含义：一是，程序的各个模块按逻辑顺序依次执行；二是，内存中只有这唯一的一个程序在运行。这两层含义同时满足时才称该程序是顺序程序。4.1.1程序的顺序执行程序顺序执行特点（1）顺序性当程序在CPU上执行时，CPU的操作是严格按照程序所规定的顺序执行的。（2）封闭性程序一旦开始执行，其执行结果不受外界因素的影响。（3）可再现性只要程序执行时的初始条件相同，交互输入的数据相同，无论执行多少次，其执行结果都是相同的，与程序的执行速度无关。程序顺序执行的可再现性又称为时间无关性。4.1.2程序的并发执行4.1.2程序的并发执行并发执行并发执行的含义是把多个应用程序同时装入内存，使它们共享系统资源，让所有程序都在“同时”向前推进。4.1.2程序的并发执行程序并发执行的伪码描述为了便于表述多个程序（或程序段）同时并发的关系，可以用伪代码来描述n个程序（段）：P1，P2，…，Pn的并发执行。COBEGINP1;

//程序P1P2;

//程序P2……Pn;

//程序PnCOEND4.1.2程序的并发执行程序并发执行的特点（1）程序与运行过程不再一一对应。（2）失去封闭性。（3）不可再现性。4.1.2程序的并发执行例子：共享变量SharedValue，初值0，程序段P1和程序段P2并发执行。它们并发执行的结果多种多样。4.1.2程序的并发执行程序并发执行的条件1966年，学者Bernstein提出了著名的Bernstein条件，用于描述两条指令或程序段可以并发执行的充分条件。Bernstein条件是指两条指令或两个程序段如果没有数据冲突（DataHazard)，那么就能并发执行。4.1.2程序的并发执行Bernstein条件假如有两条相邻语句：S1和S2，它们各自生成两个集合：R(Si)和W(Si)，分别称为读集合和写集合。R(Si)={U1,U2,U3,…,Um}，语句Si需要读的m个变量的集合。W(Si)={V1,V2,V3,…,Vn+}，语句Si需要写的n个变量的集合。如果对S1和S2，下面三个条件同时成立，则S1和S2两个语句可以并发执行。1）R(S1)∩W(S2)=Ø，即S1所读变量与S2所写变量没有相同的。2）W(S1)∩R(S2)=Ø，即S1所写变量与S2所读变量没有相同的。3）W(S1)∩W(S2)=Ø，即S1所写变量与S2所写变量没有相同的。4.1.3进程的定义和特点4.1.3进程的定义和特点进程的定义宏观上每个应用程序或任务都在向前推进。微观上每个程序都在时走时停地在运行。图4-5展示了两个并发程序在CPU上的运行过程，两次运行时两个程序“走走停停”的情况是不一样的。4.1.3进程的定义和特点进程的定义进程是程序在并发环境下在一个数据集上的一次运行过程。进程与程序的区别（1）进程是动态的，程序是静态的。（2）进程的存在是暂时的，程序的存在是长久的。（3）一个程序可以对应多个进程。4.1.3进程的定义和特点进程的特点（1）动态性进程是程序的一次执行过程，动态地产生，动态地消亡。（2）并发性并发性是指进程可以同其他进程一起向前推进。（3）独立性独立性是指进程是系统分配资源和调度CPU的单位。4）异步性异步性是指进程按各自的逻辑向前推进。4.2进程的状态和转换4.1.3进程的定义和特点进程的3个基本状态（1）运行状态（RunningState)运行状态是指进程获得了CPU，正在CPU上运行的状态。（2）就绪状态（ReadyState）就绪状态是指进程已经具备运行条件但由于无CPU，故暂时还不能立即运行的状态。（3）阻塞状态（BlockedState)阻塞状态是指进程因缺少运行条件或等待某种事件发生而暂时不能运行的状态。4.2进程的状态和转换状态转换进程在运行过程中由于自身运行逻辑和运行环境（包括与之并发的合作进程、操作系统、软硬件资源）的变换，会在“运行、就绪、阻塞”等3个状态之间发生转换。（1）运行→就绪当正在运行的进程使用完自己的时间片时，系统将中断该进程的运行，使它由“运行”状态转为“就绪”状态。（2）就绪→运行进程调度程序选中一个就绪状态的进程时为其分配CPU，该进程由“就绪态”转为“运行态”。4.2进程的状态和转换状态转换（3）运行→阻塞正在运行的进程申请使用某种系统资源、或向操作系统请求服务、或在它的合作进程给它某个信号之前，不会继续运行，进入阻塞状态。

（4）阻塞→就绪当一个阻塞的进程等到所申请的资源时，或申请的服务已被完成，或所需的合作进程的信号已获得，那么该进程由“阻塞”状态转为“就绪”状态。4.2进程的状态和转换5个状态进程模型有些操作系统在运行状态、就绪状态和阻塞状态等3个基本状态之外又引入两种状态：新建状态（new）和终止状态（exit）。这两个状态主要是方便系统对进程进行更精细的管理。4.3进程控制块4.3进程控制块进程控制块ProcessControlBlock，PCB进程控制块是内核描述进程自身属性、进程和其他并发进程之间的互动关系、进程和系统资源之间的关系、不同时刻所处状态等信息的一种数据结构。系统创建进程的同时自动为进程创建PCB，进程撤销后该PCB同时被撤销。每个进程都有唯一的PCB与之对应，系统根据PCB感知进程，PCB是进程存在的标志。4.3进程控制块进程控制块进程=PCB+程序4.3进程控制块PCB需要包含下面9类信息（1）进程ID（2）进程起始地址（3）进程状态（4）优先级（5）CPU现场保护区（6）进程间通信区（7）资源列表（8）文件列表（9）内存列表4.4Linux进程控制块和进程状态4.4Linux进程控制块和进程状态教学内容Linux进程控制块task_structLinux进程状态及转换教学重点4.4.1Linux进程控制块task_struct4.4.1Linux进程控制块task_structLinux进程控制块task_struct（1）进程状态信息（2）进程调度相关信息（3）进程标识相关信息（4）进程间通信相关信息（5）进程链接相关信息（6）时间和计时器相关信息（7）文件和文件系统相关信息（8）虚拟内存相关信息（9）处理器现场相关信息4.4.1Linux进程控制块task_structLinux0.11版本的task_struct结构体4.4.1Linux进程控制块task_structLinux0.11版本的task_struct结构体4.4.2Linux进程状态及转换4.4.2Linux进程状态及转换Linux的进程状态（1）可运行状态（TASK-RUNNING）运行态和就绪态统一为TASK_RUNNING。（2）可中断阻塞状态（TASK-INTERRUPTIBLE）因为等待某事件的发生而被阻塞。此状态的进程可以被相关的异步信号提前唤醒，从而中断阻塞状态。（3）不可中断阻塞状态（TASK－UNINTERRUPTIBLE）处于这种状态的进程只有资源请求得到满足才能被唤醒到就绪状态，但不能由其他进程通过信号或定时中断来唤醒。（4）僵死状态（TASK－ZOMBIE）进程已经结束运行，并已释放了除进程控制块之外的大部分资源。（5）暂停状态（TASK-STOPPED）用户的挂起操作，譬如为跟踪调试程序挂起进程或暂停执行，可以造成进程进入暂停状态TASK_STOPPED，也可以称之为挂起状态。4.4.2Linux进程状态及转换Linux的进程状态转换4.5进程基本控制4.5进程基本控制教学内容进程创建进程阻塞进程唤醒进程撤销原语教学重点4.5.1进程创建4.5.1进程创建进程创建进程创建是指创建一个具有指定标识（进程ID）的进程。创建进程的时机（1）用户登录。（2）作业被调度。（3）用户请求操作系统提供服务。（4）用户程序请求创建新进程。4.5.1进程创建进程创建过程参数内核根据一系列参数建立进程：进程标识、优先级、CPU初始状态、资源清单、进程起始地址、进程家族关系等。创建进程的工作流程（1）产生唯一的PID；（2）为新进程分配一个空白PCB；（3）为进程映像分配内存空间；（4）为进程分配除内存之外其他各种资源；（5）初始化PCB各个成员变量，如PID，CPU初始状态、优先级、资源、家族关系等。（6）将进程插入就绪队列；（7）等待调度。4.5.2进程阻塞4.5.2进程阻塞进程阻塞进程阻塞的功能就是停止进程运行将其变成阻塞状态。进程阻塞的时机（1）进程等待外设完成I/O操作。（2）进程等待系统服务完成。（3）请求的资源得不到满足。（4）合作进程的同步约束。（5）服务进程无新工作可做。4.5.2进程阻塞2．进程阻塞过程一般依据进程不同的等待原因或所等待的资源分别构建阻塞队列，便于系统统一管理。进程阻塞是根据阻塞原因将该进程加入到相应的阻塞队列中。阻塞进程的工作流程（1）停止进程运行，并把CPU现场保存到PCB中；（2）将PCB的状态由“运行状态”改“阻塞状态”；（3）进程被插入对应的阻塞队列；（4）转调度程序。4.5.3进程唤醒4.5.3进程唤醒进程唤醒进程唤醒是指唤醒处于阻塞状态中的某个进程，让其处于就绪状态以便被系统调度。进程被唤醒的时机与其被阻塞的原因有关系。进程唤醒的时机

（1）系统服务由不满足变成满足。（2）外设的I/O操作已经完成。（3）请求的资源已经获得。（4）服务进程收到新的工作请求。（5）合作进程已经提供数据或信号。4.5.3进程唤醒进程唤醒过程（1）将进程的状态修改为“就绪”；（2）将进程插入就绪队列。4.5.4进程撤销4.5.4进程撤销进程撤销进程撤销的功能就是结束一个进程，并撤销其PCB和收回其占用的资源。进程撤销时需要知道进程的唯一标识。进程撤销的时机

（1）正常结束。（2）异常结束。（3）外界干预。4.5.3进程唤醒进程撤销操作（1）在PCB队列中检索出目标进程的PCB；（2）获取进程的状态，若进程处在运行状态，立即终止该进程；（3）检查是否有子进程。若有则采用递归方式撤销子进程或者将子进程挂接到init进程下；（3）释放进程占有的资源，包括内存、设备、文件、文件系统等；（4）通知父进程结束信息，等待父进程将进程的PCB彻底移除。4.5.5原语 4.5.5原语 原语（Primitive）原语是由若干条指令组成的一段小程序，用来实现某个特定的操作。原语具有不可分割性。原语要么全部运行成功，要么彻底失败，执行过程不可中断。一个操作如果是原语，就称该操作具有原子性，也称该操作是原子操作。进程控制都采用原语实现创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语4.6Windows进程控制 4.6Windows进程控制 Windows进程创建在Windows中创建进程的方法，除了普通用户通过各种操作界面启动可执行程序创建相应的进程之外，还可以通过系统API函数创建进程，system()；WinExec()；ShellExecute()；CreateProccess()；4.6Windows进程控制 Windows进程创建BOOLCreateProcess（

LPCTSTRlpApplicationName,//指定可执行文件的文件名

LPTSTRlpCommandLine,//指定欲传给新进程的命令行参数

LPSECURITY_ATTRIBUTESlpProcessAttributes,//进程安全属性

LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,//线程安全属性

BOOLbInheritHandles,//指定当前进程中的可继承句柄是否被新进程继承

DWORDdwCreationFlags,//指定新进程的优先级以及其他创建标志

LPVOIDlpEnvironment,//指定新进程环境变量，通常指定为NULL值

LPCTSTRlpCurrentDirectory,//指定新进程使用的当前目录

LPSTARTUPINFOlpStartupInfo,//指向指定新进程启动信息的结构体

LPPROCESS_INFORMATIONlpProcessInformation//指向新进程的结构体）;4.6Windows进程控制 Windows进程结束Windows进程为了结束自己，会在主函数的末尾调用return、exit、ExitProcess、TerminateProcess等宏或函数。TerminateProcess函数还可以结束指定的进程。4.7Linux进程控制4.7Linux进程控制教学内容Linux进程分类Linux进程创建fork()函数实现过程clone()函数创建进程execve()函数创建进程Linux进程撤销Linux的wait()函数 Linux进程间的层次关系Linux0.11任务0与进程树建立教学重点4.7.1Linux进程分类4.7.1Linux进程分类Linux进程分3类交互式进程一般是在Shell终端中启动的进程，这些进程经常和用户发生交互，所以进程必须有较快的响应速度。典型的交互式进程有交互命令、图形窗口程序等。批处理进程（BatchProcess）不需要与用户交互，且一般在后台运行的进程，它们不需要非常快的反应。典型的批处理进程有编译器、数据库搜索引擎和科学计算等。实时进程指对响应时间有非常严格要求的进程，这类进程要求在很短的时间内做出反应。4.7.2Linux进程创建4.7.2Linux进程创建创建进程fork()函数，这是一个系统调用。fork()函数的原型：pid_tfork(void);特点当fork()函数调用成功时，它会返回两个值：一个是0，另一个是创建的子进程的进程ID（>0）。可以通过fork的返回值来判断当前进程是父进程还是子进程，从而做出不同的行为。4.7.2Linux进程创建创建进程调用fork函数创建子进程例子4.7.2Linux进程创建fork()函数采用写时复制（CopyOnWrite）机制创建新进程创建进程的基本流程（1）为新进程分配一个新的task_struct结构体。（2）复制父进程task_struct结构体的内容。（3）初始化子进程task_struct中有别于父进程的内容，譬如进程ID以及与时间有关的信息、家族关系等。（4）分配和初始化子进程的页表和页目录，使子进程共享父进程的内存。（5）把子进程的task_struct结构体挂接在PCB链表中。（6）子进程被创建之后处于就绪状态，等待被调度。4.7.3fork()函数实现过程4.7.3fork()函数实现过程fork函数的实现当父进程调用fork()函数后，控制最终会转移到内核中的sys_fork()函数去真正实现进程创建工作。fork()函数是系统调用，内部会展开成一段宏4.7.3fork()函数实现过程内核函数sys_fork()4.7.4clone()函数创建进程4.7.4clone()函数创建进程clone()函数创建进程clone()函数带有更多的参数，是fork()的升级版本。clone()函数不仅可以创建进程或者线程，还可以指定创建新的命名空间（namespace），或有选择地继承父进程的内存，甚至可以将创建的进程变成父进程的兄弟进程等。4.7.4clone()函数创建进程clone()函数的原型intclone(int（*fn)(void*）,void*child_stack,intflags,void*arg);fn：函数指针，指针指向一个函数体。child_stack：为给子进程分配系统堆栈的指针。arg：传给子进程的参数，一般为0。flags：复制资源的标志4.7.4clone()函数创建进程flags复制资源的标志可以取的值CLONE_PARENT：创建的新进程将与调用者进程共父进程，即新进程与创建它的进程成“兄弟”关系，而不是“父子”关系。CLONE_FS：子进程与父进程共享相同的文件系统。CLONE_FILES：子进程与父进程共享相同的文件描述符表。CLONE_SIGHAND：子进程与父进程共享相同的信号处理表。CLONE_VFORK：父进程被挂起直至子进程释放虚拟内存。CLONE_VM：子进程与父进程运行于相同的内存空间。CLONE_PID：子进程在创建时PID与父进程一致。CLONE_THREAD：子进程与父进程共享相同的线程群。4.7.5execve()函数创建进程4.7.5execve()函数创建进程execve()函数创建进程execve()用来创建一个与父进程完全不同的新进程空间，执行新的程序。execve()执行之后，新进程就和原父进程完全不相干了，就连父进程原先为子进程安排在execve()函数调用之后的那些代码也不再会被子进程执行.execve()原型intexecve(constchar*filename,char*constargv[],char*constenvp[])filename是二进制的可执行文件或者是脚本argv是要调用的程序执行的参数序列4.7.5execve()函数创建进程execve()函数创建进程execve()函数同样会引发INT0x80中断指令，通过相应的中断服务程序调用sys_execve()函数创建新的子进程。4.7.6Linux进程撤销4.7.6Linux进程撤销进程撤销过程撤销进程使用exit()函数。exit()函数的原型：voidexit(intstatus);exit()函数会让调用者进程正常终止，然后将参数status的值返回给父进程，父进程可以通过wait()函数来获取这个返回值。exit()函数主要工作（1）释放资源并报告给父进程；（2）利用参数status向父进程报告结束时的退出码；（3）进程状态改变为僵尸状态，并保留PCB信息供父进程调用wait()函数来收集；（4）调用schedule()函数，选择新进程运行。4.7.6Linux进程撤销exit()函数主要工作exit()通过调用do_exit()函数实现进程撤销,释放进程占用的绝大多数资源，包括物理内存和页表，以及文件和文件系统。4.7.6Linux进程撤销do_exit()函数的实现4.7.7Linux的wait()函数4.7.7Linux的wait()函数wait()函数父进程等待自己的子进程结束调用wait()函数，函数原型：intwait(int*status);父进程一旦调用了wait()函数就立即阻塞自己。wait()函数分析当前进程的某个子进程是否已经退出。如果找到了这样的子进程，wait()函数就会收集这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回。如果没有找到这样一个子进程，wait()函数就会一直阻塞在这里，直到有一个出现为止。4.7.8Linux进程间的层次关系4.7.8Linux进程间的层次关系父子关系和家族关系一个进程能够借助创建原语创建另一个新进程，前者称为父进程，后者称为子进程。子进程又可以根据需要再创建子进程。如此递推，所有的进程就形成了进程的家族体系，类似一棵倒置的树。进程组进程组是一组相关进程的集合。每个进程都属于某个进程组进程组具有唯一的ID，简称PGID。4.7.8Linux进程间的层次关系作业作业与进程有区别，也与进程组有区别。作业（Job）是用户提交给系统的一个任务，这个任务可以是一个进程，也可以包括几个进程，共同完成一个任务。Shell是以作业或者进程组为单位分前后台控制，而不是以进程为单位。一个前台作业可以由多个进程组成，一个后台作业也可以由多个进程组成。一个Shell可以同时运行一个前台作业和多个后台作业，这称为作业控制。4.7.8Linux进程间的层次关系会话（Session）会话是一组相关进程组的集合。每个进程都属于某个会话，会话具有唯一的ID，简称SID，以区别于其他的会话。默认情况下，新创建的进程会继承父进程的会话ID。当有新的用户登录Linux时，登录进程会为这个用户创建一个会话。会话的首进程ID会作为整个会话的ID。通常，用户的登录Shell就是会话的首进程。4.7.8Linux进程间的层次关系会话（Session）系统提供setsid()函数创建会话pid_tsetsid(void);如果函数调用进程不是进程组组长，会发生:（1）创建一个新会话，会话ID等于进程ID，调用进程成为会话的首进程。（2）创建一个进程组，进程组ID等于进程ID，调用进程成为进程组的组长。（3）该进程将没有控制终端。如果调用setsid前，该进程有控制终端，这种联系就会断掉。4.7.9Linux0.11任务0与进程树建立4.7.9Linux0.11任务0与进程树建立任务0Linux中第一个进程是任务0。当设备初始化完毕后，程序将从内核态切换到用户态，开始执行第一个任务，也就是任务0。任务0需要通过手动设置其任务结构INIT_TASK，并手动填充其在GDT中的表项。4.7.9Linux0.11任务0与进程树建立普通进程从任务1开始以及后面的用户任务都是通过系统调用sys_fork()产生的。新进程会复制父进程的任务数据结构（即PCB）。任务1加载执行Shell程序。之后的所有进程都是通过fork()系统调用或exec()系统调用创建的。所有的进程构成一棵倒置的进程家族树。4.8线程4.8线程教学内容线程概念Windows线程Linux线程概念Linux线程实现教学重点4.8.1线程概念4.8.1线程概念线程（Thread）线程（Thread）是进程内部的一个相对独立的执行路径，进程内可以有多个线程。进程的多个线程可以并发，每条线程并行执行不同的任务。各个线程之间共享所属进程的资源和内存空间。4.8.1线程概念线程技术主要应用场合（1）进程中有多个功能需要并发的地方，每个功能需要单独设计为一个线程。（2）需要增强窗口人机交互性的地方，尤其是窗口中包含有耗时的后台服务时，在这种情形下，后台服务需要创建为单独的线程。（3）程序在多核CP