第3章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

1、12第第3 3章章 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)OSOS（Operating SystemOperating System）是計算機(jī)系）是計算機(jī)系統(tǒng)中重要系統(tǒng)軟件，其統(tǒng)中重要系統(tǒng)軟件，其功能功能是是管理和控制管理和控制計算機(jī)軟計算機(jī)軟件和硬件件和硬件資源資源，使計算機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作；合理組，使計算機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作；合理組織計算機(jī)工作流程，為用戶使用計算機(jī)提供友好的織計算機(jī)工作流程，為用戶使用計算機(jī)提供友好的人機(jī)接口，方便用戶使用計算機(jī)系統(tǒng)。人機(jī)接口，方便用戶使用計算機(jī)系統(tǒng)。3計算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 計算機(jī)系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)可以分為四級：可以分為四

2、級：硬硬件件、操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)、系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序和和應(yīng)用程序應(yīng)用程序。應(yīng)用程序應(yīng)用程序操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序硬件硬件圖圖3.1.1 計算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)計算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)4虛擬機(jī)磁盤網(wǎng)絡(luò)接口I/O物理設(shè)備CPU時鐘機(jī)器語言（指令集）操作系統(tǒng)程序語言和編譯、 編輯器命令解釋器 (Shell)金融系統(tǒng)航空定票科學(xué)與工程游戲硬硬件件系統(tǒng)系統(tǒng)程序程序應(yīng)用程序用戶用戶用戶用戶用戶用戶電源，鍵盤等用戶用戶用戶用戶操作操作系統(tǒng)系統(tǒng)53.1 操作系統(tǒng)簡介操作系統(tǒng)簡介3.1.1 3.1.1 操作系統(tǒng)發(fā)展歷程操作系統(tǒng)發(fā)展歷程1. 1. 手工操作階段手工操作階段2. 2. 批處理階段批處理階段3. 3. 操

3、作系統(tǒng)完善操作系統(tǒng)完善61. 手工操作階段手工操作階段 從第一代計算機(jī)誕生到從第一代計算機(jī)誕生到20世紀(jì)世紀(jì)50年代中期年代中期還未出現(xiàn)操作系統(tǒng)，這時的計算機(jī)采用人工操還未出現(xiàn)操作系統(tǒng)，這時的計算機(jī)采用人工操作方式。其過程是：作方式。其過程是： 71. 手工操作階段手工操作階段使用計算機(jī)的步驟如下：使用計算機(jī)的步驟如下： 將程序和數(shù)據(jù)通過手工操作記錄在穿孔紙帶或卡將程序和數(shù)據(jù)通過手工操作記錄在穿孔紙帶或卡 片上；片上； 將紙帶裝入紙帶輸入機(jī)，啟動紙帶輸入機(jī)將程序?qū)⒓垘аb入紙帶輸入機(jī)，啟動紙帶輸入機(jī)將程序 和數(shù)據(jù)讀入計算機(jī)；和數(shù)據(jù)讀入計算機(jī)； 計算機(jī)執(zhí)行程序。計算機(jī)執(zhí)行程序。 一個獨立的程序稱為

4、一個一個獨立的程序稱為一個作業(yè)作業(yè)，一個，一個作業(yè)作業(yè)處理處理完畢才能處理另一個完畢才能處理另一個作業(yè)作業(yè)。8脫機(jī)輸入輸出技術(shù)脫機(jī)輸入輸出技術(shù) 除除主機(jī)外主機(jī)外另設(shè)一臺另設(shè)一臺外圍控制機(jī)，外圍控制機(jī)，且只與且只與輸入輸輸入輸出設(shè)備連接，出設(shè)備連接，并不與并不與主機(jī)連接主機(jī)連接，由它完成，由它完成輸入輸出輸入輸出任務(wù)。任務(wù)。 程序或數(shù)據(jù)通過程序或數(shù)據(jù)通過外圍控制機(jī)外圍控制機(jī)輸入到磁帶上，等輸入到磁帶上，等待主機(jī)使用。待主機(jī)使用。輸出時輸出時主機(jī)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從內(nèi)存輸出到主機(jī)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從內(nèi)存輸出到磁帶磁帶，由由外圍控制機(jī)外圍控制機(jī)將磁帶上的數(shù)據(jù)輸出到設(shè)備上。將磁帶上的數(shù)據(jù)輸出到設(shè)備上。 在這種系統(tǒng)中，

5、輸入輸出脫離主機(jī)，在這種系統(tǒng)中，輸入輸出脫離主機(jī)，減少了減少了CPUCPU等待人工的時間等待人工的時間，提高了，提高了CPUCPU的利用率和輸入輸出的利用率和輸入輸出速速度度。將這種工作方式稱為脫機(jī)輸入輸出方式。將這種工作方式稱為脫機(jī)輸入輸出方式。 92. 批處理階段批處理階段 所謂所謂批處理系統(tǒng)批處理系統(tǒng)是指加載在計算機(jī)上的一是指加載在計算機(jī)上的一個系統(tǒng)軟件，在它的控制下，計算機(jī)能夠自動個系統(tǒng)軟件，在它的控制下，計算機(jī)能夠自動地成批地處理一個或多個用戶的作業(yè)。地成批地處理一個或多個用戶的作業(yè)。 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng) 假脫機(jī)技術(shù)假脫機(jī)技術(shù) 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng) 10 單道批處理

6、系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng) 將將一批作業(yè)一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，由駐留內(nèi)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，由駐留內(nèi)存的存的監(jiān)督程序監(jiān)督程序?qū)⒋艓系淖鳂I(yè)裝入內(nèi)存交給將磁帶上的作業(yè)裝入內(nèi)存交給CPUCPU進(jìn)行處進(jìn)行處理，當(dāng)一個作業(yè)運行完畢或出現(xiàn)異常時，再裝入后繼理，當(dāng)一個作業(yè)運行完畢或出現(xiàn)異常時，再裝入后繼程序。程序。 系統(tǒng)對系統(tǒng)對作業(yè)作業(yè)的處理的處理成批進(jìn)行成批進(jìn)行，但在內(nèi)存中，但在內(nèi)存中僅有一僅有一道程序道程序處于處于運行狀態(tài)運行狀態(tài)，這就是，這就是單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)。 監(jiān)督程序監(jiān)督程序就是操作系統(tǒng)最初萌芽。就是操作系統(tǒng)最初萌芽。11單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng): 任一時刻任一時刻只允許只允

7、許一個程序一個程序在系統(tǒng)在系統(tǒng)中執(zhí)行。一個程序執(zhí)行結(jié)束后才能執(zhí)行下一個程序。中執(zhí)行。一個程序執(zhí)行結(jié)束后才能執(zhí)行下一個程序。 時間時間tCPU程序程序A程序程序B程序程序C12 單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)提高了計算機(jī)提高了計算機(jī)系統(tǒng)吞吐量系統(tǒng)吞吐量，減少了主機(jī)空閑時間，在一定程度上提高了系統(tǒng)減少了主機(jī)空閑時間，在一定程度上提高了系統(tǒng)資源利用率資源利用率。但在內(nèi)存中。但在內(nèi)存中只有一道程序只有一道程序，所以仍，所以仍然然不能充分利用系統(tǒng)資源不能充分利用系統(tǒng)資源。 例如：程序要求輸入數(shù)據(jù)時，輸出設(shè)備空閑。例如：程序要求輸入數(shù)據(jù)時，輸出設(shè)備空閑。程序要求輸出數(shù)據(jù)時，輸入設(shè)備空閑。程序要求輸出數(shù)據(jù)時，

8、輸入設(shè)備空閑。單道批處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng) 13 假脫機(jī)技術(shù)假脫機(jī)技術(shù) 2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代初期，計算機(jī)年代初期，計算機(jī)硬件技術(shù)硬件技術(shù)在在兩方面兩方面獲獲得重要進(jìn)展：得重要進(jìn)展：一是一是通道通道的引入，的引入，二是二是中斷中斷的出現(xiàn)。的出現(xiàn)。 通道：通道：也稱為輸入輸出（也稱為輸入輸出（I/OI/O）處理機(jī)處理機(jī)，它與，它與CPUCPU并并行工作行工作，專門用于控制輸入輸出設(shè)備。，專門用于控制輸入輸出設(shè)備。 中斷：中斷：在程序執(zhí)行過程中，出現(xiàn)某種緊急事件時，在程序執(zhí)行過程中，出現(xiàn)某種緊急事件時，cpucpu暫停執(zhí)行現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行事件處理程序，執(zhí)行后暫停執(zhí)行現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行事件處

9、理程序，執(zhí)行后再返回到再返回到被暫停的程序被暫停的程序繼續(xù)執(zhí)行。繼續(xù)執(zhí)行。 I/OI/O處理機(jī)處理機(jī)輸入輸出結(jié)束時向輸入輸出結(jié)束時向CPUCPU發(fā)出發(fā)出中斷請求中斷請求，CPUCPU通過通過響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷獲取獲取I/OI/O處理機(jī)狀態(tài)，提交輸入處理機(jī)狀態(tài)，提交輸入/ /輸出任輸出任務(wù)。由務(wù)。由I/OI/O處理機(jī)完成作業(yè)的處理機(jī)完成作業(yè)的輸入輸入/ /輸出。輸出。14 在在CPUCPU控制下，控制下，作業(yè)輸入輸出作業(yè)輸入輸出數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)由I/OI/O處理機(jī)處理機(jī)完成，完成，I/OI/O處理機(jī)處理機(jī)取代了取代了外圍控制機(jī)外圍控制機(jī)。這項技術(shù)被稱為這項技術(shù)被稱為假脫機(jī)技術(shù)假脫機(jī)技術(shù)。 通道通道和和中

10、斷中斷技術(shù)的應(yīng)用使技術(shù)的應(yīng)用使CPUCPU與與I/OI/O設(shè)備設(shè)備并行工作，解決了并行工作，解決了CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備速度匹配問設(shè)備速度匹配問題，同時為分時操作系統(tǒng)的誕生奠定了硬件題，同時為分時操作系統(tǒng)的誕生奠定了硬件基礎(chǔ)?；A(chǔ)。 15 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng) 6060年代中期年代中期引入引入多道程序設(shè)計多道程序設(shè)計（Multi_ Multi_ Programming)Programming)技術(shù)技術(shù)。 作業(yè)預(yù)先在作業(yè)預(yù)先在外存中排成一個隊列外存中排成一個隊列，稱為，稱為后備隊列后備隊列。由由作業(yè)調(diào)度程序作業(yè)調(diào)度程序從后備隊列中從后備隊列中選擇若干個作業(yè)選擇若干個作業(yè)裝入裝入

11、內(nèi)內(nèi)存存，使它們交替運行。當(dāng)正在運行的程序因輸入輸出操，使它們交替運行。當(dāng)正在運行的程序因輸入輸出操作而暫停執(zhí)行時，作而暫停執(zhí)行時，系統(tǒng)運行另一道程序系統(tǒng)運行另一道程序。這樣多個程序。這樣多個程序共享共享CPUCPU，使，使CPUCPU始終處于始終處于忙碌狀態(tài)忙碌狀態(tài)。 多道程序設(shè)計技術(shù)應(yīng)用于批處理系統(tǒng)，形成了多道多道程序設(shè)計技術(shù)應(yīng)用于批處理系統(tǒng)，形成了多道批處理系統(tǒng)。批處理系統(tǒng)。16等待數(shù)據(jù)輸出等待數(shù)據(jù)輸出調(diào)度程序調(diào)度程序程序程序C程序程序B程序程序ACPU時間時間磁盤控制器磁盤控制器多道程序運行情況示意圖多道程序運行情況示意圖17多道程序系統(tǒng)多道程序系統(tǒng):多道程序同時在執(zhí)行。多道程序同時在

12、執(zhí)行。程序程序A程序程序C程序程序A程序程序B程序程序C程序程序CCPU時間時間t18 為了使為了使多道程序間多道程序間能夠能夠協(xié)調(diào)工作協(xié)調(diào)工作，監(jiān)督程序，監(jiān)督程序需要解決以下系列管理問題：需要解決以下系列管理問題： 作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度：合理調(diào)度作業(yè)，使系統(tǒng)中硬件資源有：合理調(diào)度作業(yè)，使系統(tǒng)中硬件資源有效利用；效利用； CPUCPU管理管理：多個作業(yè)交替運行，需要合理安排處理：多個作業(yè)交替運行，需要合理安排處理機(jī)時間；機(jī)時間； 內(nèi)存管理內(nèi)存管理：為每道程序分配必要的內(nèi)存空間；：為每道程序分配必要的內(nèi)存空間； I/OI/O設(shè)備管理設(shè)備管理：為多道程序分配輸入輸出設(shè)備：為多道程序分配輸入輸出設(shè)備。1

13、9 在計算機(jī)系統(tǒng)中在計算機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)該有一組專用軟件應(yīng)該有一組專用軟件，負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)控制控制和和管理管理軟硬件資源，合理組織工作軟硬件資源，合理組織工作流程，方便用戶使用計算機(jī)，這就是流程，方便用戶使用計算機(jī)，這就是多道批多道批處理操作系統(tǒng)處理操作系統(tǒng)。 多道批處理系統(tǒng)的出現(xiàn)，標(biāo)志著操作系多道批處理系統(tǒng)的出現(xiàn)，標(biāo)志著操作系統(tǒng)已經(jīng)形成。統(tǒng)已經(jīng)形成。203. 操作系統(tǒng)的完善操作系統(tǒng)的完善 分時系統(tǒng)分時系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著操作系統(tǒng)進(jìn)入完善階段。的出現(xiàn)標(biāo)志著操作系統(tǒng)進(jìn)入完善階段。 基本思想是基本思想是：將：將CPU時間時間分成若干個分成若干個時間片時間片，在，在一個時間片一個時間片運行運行一個作業(yè)一個作業(yè)，在下

14、一個時間片運行，在下一個時間片運行另一另一個作業(yè)個作業(yè)，在短時間內(nèi)所有作業(yè)都能得到輪流執(zhí)行。，在短時間內(nèi)所有作業(yè)都能得到輪流執(zhí)行。 從整體上看每個作業(yè)都在運行，用戶請求可以得從整體上看每個作業(yè)都在運行，用戶請求可以得到及時響應(yīng)，這就是計算機(jī)分時操作系統(tǒng)。到及時響應(yīng)，這就是計算機(jī)分時操作系統(tǒng)。 如如:MS-DOS、Windows、Unix和和Linux等。等。213.1.2 常見操作系統(tǒng)簡介常見操作系統(tǒng)簡介 DOSDOS操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) WindowsWindows操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng) UNIX操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) Linux操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)221. DOS操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)

15、 DOS是磁盤操作系統(tǒng)是磁盤操作系統(tǒng)(Disk Operating System)，是一種是一種單用戶單用戶、單任務(wù)單任務(wù)的微型機(jī)操作系統(tǒng)，它由的微型機(jī)操作系統(tǒng)，它由IBM公司委托公司委托Microsoft公司開發(fā)。公司開發(fā)。 DOS主要功能主要功能是是命令處理命令處理、文件管理文件管理和和設(shè)備管設(shè)備管理理。它采用匯編語言編寫，系統(tǒng)開銷小，運行效率。它采用匯編語言編寫，系統(tǒng)開銷小，運行效率高，但資源管理功能簡單，字符型用戶界面，操作不高，但資源管理功能簡單，字符型用戶界面，操作不太方便。太方便。232. Windows操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) Windows XP有有三個版本：三個版本： Window

16、sXP Home Edition有良好的數(shù)字媒體平有良好的數(shù)字媒體平臺，適合家庭用戶和游戲愛好者；臺，適合家庭用戶和游戲愛好者； Windows XP Professional為商業(yè)用戶設(shè)計，有高為商業(yè)用戶設(shè)計，有高級別的可擴(kuò)展性和可靠性；級別的可擴(kuò)展性和可靠性； Windows XP 64-Bit Edition可以滿足電影特效制可以滿足電影特效制作、作、3D動畫、工程設(shè)計和科學(xué)計算等對大內(nèi)存、高浮動畫、工程設(shè)計和科學(xué)計算等對大內(nèi)存、高浮點運算的專業(yè)技術(shù)需要。點運算的專業(yè)技術(shù)需要。24Windows的主要特點的主要特點 面向?qū)ο髨D形界面面向?qū)ο髨D形界面：方便用戶使用。：方便用戶使用。 統(tǒng)一的

17、用戶界面統(tǒng)一的用戶界面：應(yīng)用程序界面相似。：應(yīng)用程序界面相似。 與設(shè)備無關(guān)的圖形操作與設(shè)備無關(guān)的圖形操作：支持即插即用技術(shù)。：支持即插即用技術(shù)。 多任務(wù)處理多任務(wù)處理：同時運行多個程序。：同時運行多個程序。 先進(jìn)的內(nèi)存管理先進(jìn)的內(nèi)存管理：根據(jù)程序大小適當(dāng)?shù)姆峙鋬?nèi)存。：根據(jù)程序大小適當(dāng)?shù)姆峙鋬?nèi)存。 多種系統(tǒng)管理工具多種系統(tǒng)管理工具：資源管理器、系統(tǒng)工具等。：資源管理器、系統(tǒng)工具等。 內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)通信功能內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)通信功能：支持多種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。：支持多種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。 出色的多媒體功能出色的多媒體功能：對音頻、視頻編輯和播放。：對音頻、視頻編輯和播放。253. UNIX操作系統(tǒng)家族操作系統(tǒng)家族 U

18、NIX操作系統(tǒng)是一個操作系統(tǒng)是一個通用的通用的、交互式交互式分時分時網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。1969年美國貝爾實驗室在年美國貝爾實驗室在DEC公司的小型公司的小型機(jī)機(jī)PDP-7上開發(fā)成功，上開發(fā)成功，1971年移植到年移植到PDP-11上。上。1973年年用用C語言重寫語言重寫UNIX，具有較高的易讀性和可移植性，具有較高的易讀性和可移植性，為為UNIX迅速推廣和普及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。迅速推廣和普及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)世紀(jì)70年年代中后期，代中后期，UNIX源代碼的免費擴(kuò)散引起很多大學(xué)、研源代碼的免費擴(kuò)散引起很多大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和公司的興趣，大眾參與為究機(jī)構(gòu)和公司的興趣，大眾參與為UNIX

19、的改進(jìn)、完的改進(jìn)、完善、傳播和普及起了重要作用。善、傳播和普及起了重要作用。264. Linux操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) Linux是芬蘭籍科學(xué)家是芬蘭籍科學(xué)家Linus Torvalds于于1991年編寫年編寫的一種操作系統(tǒng)。的一種操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)可用于操作系統(tǒng)可用于386、486或奔或奔騰處理器的更高檔次個人計算機(jī)上，騰處理器的更高檔次個人計算機(jī)上，具有具有UNIX操作系操作系統(tǒng)的全部功能統(tǒng)的全部功能。 目前目前Linux軟件包帶有軟件包帶有X-Windows圖形界面管理圖形界面管理器，通過窗口、圖標(biāo)和菜單對系統(tǒng)進(jìn)行管理。軟件包還器，通過窗口、圖標(biāo)和菜單對系統(tǒng)進(jìn)行管理。軟件包還包括文本

20、編輯器，高級語言編輯器等許多軟件。包括文本編輯器，高級語言編輯器等許多軟件。273.1.3 操作系統(tǒng)分類操作系統(tǒng)分類 根據(jù)操作系統(tǒng)功能特征和使用環(huán)境可以分為三種根據(jù)操作系統(tǒng)功能特征和使用環(huán)境可以分為三種基本類型：基本類型：批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)和實時系統(tǒng)批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)和實時系統(tǒng)。新類型的操作系統(tǒng)不斷出現(xiàn)：新類型的操作系統(tǒng)不斷出現(xiàn)： 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)； 分布式操作系統(tǒng)；分布式操作系統(tǒng)； 個人計算機(jī)操作系統(tǒng)；個人計算機(jī)操作系統(tǒng)； 多處理機(jī)操作系統(tǒng)；多處理機(jī)操作系統(tǒng)； 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng) 。281. 批處理系統(tǒng)批處理系統(tǒng) 批處理批處理操作系統(tǒng)的主要特征是操作系統(tǒng)的主要特征是多

21、道性、成批性多道性、成批性。 多道性多道性是指在內(nèi)存中可同時駐留多道程序，并允許是指在內(nèi)存中可同時駐留多道程序，并允許它們并發(fā)執(zhí)行，有效地提高系統(tǒng)資源利用率和吞吐量。它們并發(fā)執(zhí)行，有效地提高系統(tǒng)資源利用率和吞吐量。 成批性成批性是指作業(yè)成批進(jìn)入系統(tǒng)，成批處理。作業(yè)完是指作業(yè)成批進(jìn)入系統(tǒng)，成批處理。作業(yè)完成順序與進(jìn)入內(nèi)存順序沒有緊密聯(lián)系，先進(jìn)入內(nèi)存的作成順序與進(jìn)入內(nèi)存順序沒有緊密聯(lián)系，先進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)可能后完成。業(yè)可能后完成。批處理系統(tǒng)缺點是缺乏人機(jī)交互性。批處理系統(tǒng)缺點是缺乏人機(jī)交互性。292. 分時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng) 分時操作系統(tǒng)分時操作系統(tǒng)（Time-Sharing Operating

22、System ）的特征）的特征是是多路性、交互性、獨占性多路性、交互性、獨占性和和及時性及時性。 分時系統(tǒng)分時系統(tǒng)允許允許一臺主機(jī)一臺主機(jī)同時連接同時連接多臺多臺交互終端，每個用戶獨交互終端，每個用戶獨占一個終端，彼此獨立操作，互不干擾。占一個終端，彼此獨立操作，互不干擾。 分時系統(tǒng)分時系統(tǒng)將將CPU時間劃分成時間劃分成若干個片段若干個片段，稱為，稱為時間片時間片。操作。操作系統(tǒng)系統(tǒng)以時間片為單位以時間片為單位輪流為每個終端用戶服務(wù)，系統(tǒng)對每個用戶輪流為每個終端用戶服務(wù)，系統(tǒng)對每個用戶提出的請求都能及時響應(yīng)，用戶感覺不到其他用戶存在。用戶以提出的請求都能及時響應(yīng)，用戶感覺不到其他用戶存在。用戶

23、以交互方式使用計算機(jī)，共享主機(jī)資源。交互方式使用計算機(jī)，共享主機(jī)資源。 303. 實時系統(tǒng)實時系統(tǒng) 實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)（Real-Time Operating System）的特征是）的特征是實實時性、高可靠性。時性、高可靠性。 實時性實時性是指計算機(jī)能是指計算機(jī)能及時響應(yīng)外部事件請求及時響應(yīng)外部事件請求，在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定時間內(nèi)完成事件的處理任務(wù)。實時系統(tǒng)更加注重完成事件的處理任務(wù)。實時系統(tǒng)更加注重穩(wěn)定性和可靠性穩(wěn)定性和可靠性。 實時實時操作系統(tǒng)可分為操作系統(tǒng)可分為實時控制系統(tǒng)實時控制系統(tǒng)和和實時信息處理系統(tǒng)實時信息處理系統(tǒng)兩大兩大類。類。實時控制系統(tǒng)實時控制系統(tǒng)用于用于工業(yè)控制工業(yè)

24、控制和和宇航控制宇航控制等；等；實時信息處理實時信息處理用用于于情報查詢情報查詢、信息檢索信息檢索和和航空訂票系統(tǒng)航空訂票系統(tǒng)等。等。314. 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（Network Operating System）基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。除具備普通操作）基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。除具備普通操作系統(tǒng)所具備的功能外，還具有網(wǎng)絡(luò)管理模系統(tǒng)所具備的功能外，還具有網(wǎng)絡(luò)管理模塊、通信、安全和資源共享等模塊。塊、通信、安全和資源共享等模塊。325. 分布式操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng) 分布式分布式操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（Distributed Operating System）是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級形

25、式，它建立）是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級形式，它建立在計算機(jī)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，有效地解決了之上，有效地解決了地域分布地域分布很廣很廣的若干臺的若干臺計算機(jī)之間資源共享計算機(jī)之間資源共享、并行處理并行處理等等問題。特征是統(tǒng)一性、共享性、可靠性和透明性。問題。特征是統(tǒng)一性、共享性、可靠性和透明性。336. 個人計算機(jī)操作系統(tǒng)個人計算機(jī)操作系統(tǒng) 個人計算機(jī)（個人計算機(jī)（PC）操作系統(tǒng)是一種）操作系統(tǒng)是一種單用戶單用戶多任務(wù)多任務(wù)操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)。 主要主要設(shè)計目標(biāo)設(shè)計目標(biāo)是是易用性易用性和和響應(yīng)性響應(yīng)性。 例如：例如：MS- DOS，Windows，OS/2。347. 多處理機(jī)操作系統(tǒng)多處理

26、機(jī)操作系統(tǒng) 具有具有公共內(nèi)存公共內(nèi)存和和時鐘的時鐘的多多CPU系統(tǒng)稱為系統(tǒng)稱為多處多處理機(jī)系統(tǒng)理機(jī)系統(tǒng)，它們共享計算機(jī)總線和外部設(shè)備。，它們共享計算機(jī)總線和外部設(shè)備。 建立在建立在多處理機(jī)系統(tǒng)上的操作系統(tǒng)多處理機(jī)系統(tǒng)上的操作系統(tǒng)稱為稱為多處多處理機(jī)操作系統(tǒng)理機(jī)操作系統(tǒng)，也稱為并行操作系統(tǒng)或緊耦合系，也稱為并行操作系統(tǒng)或緊耦合系統(tǒng)。統(tǒng)。 358. 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System）是一種）是一種支持嵌入式計算機(jī)支持嵌入式計算機(jī)的軟件，的軟件，由一個由一個體積很小的體積很小的內(nèi)核內(nèi)核及一些可以根據(jù)需要定制的及一些可以根據(jù)

27、需要定制的系統(tǒng)模系統(tǒng)模塊塊組成，能運行在各種不同硬件平臺上，提供基本組成，能運行在各種不同硬件平臺上，提供基本的程序運行環(huán)境和接口。的程序運行環(huán)境和接口。 著名嵌入式操作系統(tǒng)有著名嵌入式操作系統(tǒng)有Vxwork、Palm OS和和Windows CE等。等。363.2.1 操作系統(tǒng)作用操作系統(tǒng)作用操作系統(tǒng)有操作系統(tǒng)有兩個兩個重要重要作用作用： u 1. 管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源資源u 2. 提供友好提供友好界面界面3.2 操作系統(tǒng)作用及特征操作系統(tǒng)作用及特征371. 管理系統(tǒng)資源管理系統(tǒng)資源 計算機(jī)系計算機(jī)系統(tǒng)資源統(tǒng)資源包括包括處理機(jī)處理機(jī)、存儲器存儲器、輸輸入輸出設(shè)備入輸出設(shè)備、程序和數(shù)據(jù)程序和數(shù)

28、據(jù)及各種信息。及各種信息。 操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理軟硬件資源，使它們協(xié)調(diào)一操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理軟硬件資源，使它們協(xié)調(diào)一致地工作；致地工作；為應(yīng)用程序分配所需資源，提供基本運行環(huán)境。為應(yīng)用程序分配所需資源，提供基本運行環(huán)境。382. 提供友好界面提供友好界面 操作系統(tǒng)是用戶與計算機(jī)硬件之間的接口。操作系統(tǒng)是用戶與計算機(jī)硬件之間的接口。操作系統(tǒng)為用戶使用計算機(jī)提供了靈活方便的操作系統(tǒng)為用戶使用計算機(jī)提供了靈活方便的操作手段，即提供友好的用戶界面（接口）。操作手段，即提供友好的用戶界面（接口）。大多數(shù)操作系統(tǒng)提供兩種操作接口，即大多數(shù)操作系統(tǒng)提供兩種操作接口，即命令接命令接口和程序接口口和程序接口。39（1）

29、命令接口命令接口操作系統(tǒng)提供的操作系統(tǒng)提供的人機(jī)交互界面人機(jī)交互界面，稱為，稱為命令接口命令接口。兩種命令接口兩種命令接口： 字符型字符型命令接口，允許用戶通過命令接口，允許用戶通過鍵盤鍵盤輸入命令操作計輸入命令操作計算機(jī)。算機(jī)。圖形圖形命令接口：允許用戶通過命令接口：允許用戶通過窗口或圖標(biāo)窗口或圖標(biāo)操縱計算機(jī)。操縱計算機(jī)。40 字符字符命令接口命令接口41（2）程序接口程序接口 程序接口也稱為程序接口也稱為系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，由一組系，由一組系統(tǒng)調(diào)用命令組成。在編寫的程序中通過系統(tǒng)調(diào)用命令組成。在編寫的程序中通過系統(tǒng)調(diào)用命令獲得操作系統(tǒng)服務(wù)。統(tǒng)調(diào)用命令獲得操作系統(tǒng)服務(wù)。423.2.2 操作系統(tǒng)

30、功能操作系統(tǒng)功能從資源管理角度說，操作系統(tǒng)從資源管理角度說，操作系統(tǒng)功能功能包括：包括： 作業(yè)管理、作業(yè)管理、進(jìn)程管理、進(jìn)程管理、存儲管理存儲管理、設(shè)備設(shè)備管理管理和和文件管理文件管理5個主要部分。個主要部分。431. 作業(yè)管理作業(yè)管理 作業(yè)管理作業(yè)管理是為了合理組織是為了合理組織工作流程工作流程，對對作業(yè)作業(yè)進(jìn)行進(jìn)行控制和管理控制和管理。 作業(yè)管理作業(yè)管理包括作業(yè)包括作業(yè)輸入輸入、作業(yè)、作業(yè)調(diào)度調(diào)度和和作業(yè)作業(yè)控制控制。442. 進(jìn)程管理進(jìn)程管理進(jìn)程管理進(jìn)程管理也稱為處理機(jī)管理。處理機(jī)（也稱為處理機(jī)管理。處理機(jī)（CPU）是計算機(jī)中最寶貴的硬件資源，程序只有獲得是計算機(jī)中最寶貴的硬件資源，程序

31、只有獲得處理機(jī)才能運行。主要對處理機(jī)才能運行。主要對處理機(jī)（處理機(jī)（CPU）進(jìn)行）進(jìn)行分配和管理分配和管理。在計算機(jī)系統(tǒng)中，以。在計算機(jī)系統(tǒng)中，以進(jìn)程為基本進(jìn)程為基本單位單位分配和使用分配和使用處理機(jī)處理機(jī)，因此對，因此對處理機(jī)管理處理機(jī)管理最最終歸結(jié)為對終歸結(jié)為對進(jìn)程管理進(jìn)程管理。 進(jìn)程管理進(jìn)程管理主要功能是主要功能是進(jìn)程控制進(jìn)程控制、進(jìn)程調(diào)進(jìn)程調(diào)度度、進(jìn)程同步進(jìn)程同步及及進(jìn)程通信進(jìn)程通信。453. 存儲管理存儲管理 存儲管理存儲管理是指對是指對內(nèi)存資源內(nèi)存資源進(jìn)行進(jìn)行管理管理，主要主要任務(wù)任務(wù)是為是為多道程序運行多道程序運行提供良好環(huán)提供良好環(huán)境，方便用戶使用存儲器，提高境，方便用戶使用存

32、儲器，提高內(nèi)存利用內(nèi)存利用率率。 存儲管理主要包括存儲管理主要包括存儲分配存儲分配、存儲保存儲保護(hù)護(hù)、虛擬虛擬存儲器存儲器和和地址映射地址映射。464. 文件管理文件管理 文件管理文件管理主要負(fù)責(zé)主要負(fù)責(zé)軟件資源軟件資源管理，包管理，包括文件括文件存儲空間存儲空間管理、管理、目錄目錄管理、管理、文件存文件存取控制取控制、文件、文件共享與保護(hù)共享與保護(hù)。475. 設(shè)備管理設(shè)備管理 設(shè)備管理設(shè)備管理是指對計算機(jī)是指對計算機(jī)外部設(shè)備外部設(shè)備（打?。ù蛴C(jī)、顯示器等）進(jìn)行機(jī)、顯示器等）進(jìn)行分配、控制和管理分配、控制和管理，使用，使用戶戶不必過多了解接口技術(shù)不必過多了解接口技術(shù)而方便地使用外部設(shè)而方便地

33、使用外部設(shè)備。備。 設(shè)備管理主要功能有設(shè)備管理主要功能有緩沖區(qū)管理緩沖區(qū)管理、設(shè)備分設(shè)備分配和設(shè)備控制配和設(shè)備控制。483.2.3 操作系統(tǒng)特征操作系統(tǒng)特征并發(fā)性并發(fā)性（Concurrence）共享性（共享性（Sharing）虛擬性虛擬性（Virtual）異步性（異步性（Asynchronism）491. 并發(fā)性（并發(fā)性（Concurrence） 并發(fā)性：并發(fā)性：是指兩個或兩個以上事件在同是指兩個或兩個以上事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生，從微觀上看是交替進(jìn)一時間間隔內(nèi)發(fā)生，從微觀上看是交替進(jìn)行，從宏觀上看是同時發(fā)生。行，從宏觀上看是同時發(fā)生。 并發(fā)性并發(fā)性是指在計算機(jī)系統(tǒng)中是指在計算機(jī)系統(tǒng)中同時存在

34、同時存在多多個程序個程序，從宏觀上看，從宏觀上看這些程序這些程序同時運行同時運行。 用戶用戶程序之間程序之間可以可以并發(fā)并發(fā)執(zhí)行，執(zhí)行，用戶程序用戶程序與與操作系統(tǒng)程序操作系統(tǒng)程序也可以也可以并發(fā)并發(fā)執(zhí)行。執(zhí)行。502. 共享性（共享性（Sharing） 所謂所謂共享共享，是指在操作系統(tǒng)控制下，系，是指在操作系統(tǒng)控制下，系統(tǒng)統(tǒng)資源資源可供可供多個多個并發(fā)并發(fā)執(zhí)行的程序執(zhí)行的程序共同使用。共同使用。在支持多道程序系統(tǒng)中，多個并發(fā)執(zhí)行的程在支持多道程序系統(tǒng)中，多個并發(fā)執(zhí)行的程序必然會共享某些資源。序必然會共享某些資源。并發(fā)性和共享性并發(fā)性和共享性是所有操作系統(tǒng)具有的兩個基是所有操作系統(tǒng)具有的兩個基

35、本特征。它們互為依存條件，共享以程序的并本特征。它們互為依存條件，共享以程序的并發(fā)執(zhí)行為前提條件，并發(fā)以資源共享為基礎(chǔ)。發(fā)執(zhí)行為前提條件，并發(fā)以資源共享為基礎(chǔ)。513. 虛擬性（虛擬性（Virtual） 虛擬虛擬是指操作系統(tǒng)通過是指操作系統(tǒng)通過某種技術(shù)某種技術(shù)將一個將一個物物理實體變成多個邏輯對應(yīng)物理實體變成多個邏輯對應(yīng)物，或?qū)ⅲ驅(qū)⒍鄠€物理實多個物理實體體變成變成一個一個邏輯邏輯對應(yīng)物對應(yīng)物。操作系統(tǒng)的這種特性。操作系統(tǒng)的這種特性稱為虛擬性。稱為虛擬性。 如：如：多道程序系統(tǒng)將一個物理多道程序系統(tǒng)將一個物理CPU變成變成多個邏輯多個邏輯CPU；虛擬存儲器管理將多種物理；虛擬存儲器管理將多種物

36、理存儲設(shè)備變成一個虛擬存儲器。存儲設(shè)備變成一個虛擬存儲器。 524. 異步性（異步性（Asynchronism） 進(jìn)程進(jìn)程以人們以人們不可預(yù)知的速度不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。向前推進(jìn)。內(nèi)內(nèi)存中存中每個每個進(jìn)程進(jìn)程何時能獲得處理機(jī)何時能獲得處理機(jī)，何時因得不，何時因得不到所需資源而暫停，每道程序需要多少時間執(zhí)到所需資源而暫停，每道程序需要多少時間執(zhí)行完成等，都是行完成等，都是不可預(yù)知的不可預(yù)知的。很可能。很可能先先進(jìn)入內(nèi)進(jìn)入內(nèi)存存的作業(yè)的作業(yè)后完成后完成，而，而后后進(jìn)入內(nèi)存進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)的作業(yè)先完成先完成。這就是操作系統(tǒng)的異步性。這就是操作系統(tǒng)的異步性。533.3 作業(yè)管理作業(yè)管理 作業(yè)作業(yè)是用戶

37、提交給系統(tǒng)的是用戶提交給系統(tǒng)的獨立任務(wù)獨立任務(wù)，操，操作系統(tǒng)以作系統(tǒng)以作業(yè)作業(yè)為單位為單位管理用戶任務(wù)。管理用戶任務(wù)。 3.3.1 基本概念基本概念 要求計算機(jī)系統(tǒng)為其完成要求計算機(jī)系統(tǒng)為其完成計算任務(wù)計算任務(wù)的的集集合合稱為稱為作業(yè)作業(yè)。 作業(yè)作業(yè)由由程序程序、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和和作業(yè)說明書作業(yè)說明書三部分三部分組成。組成。54 處理處理一個作業(yè)一個作業(yè)通常經(jīng)過通常經(jīng)過若干個相對獨立又相若干個相對獨立又相互關(guān)聯(lián)的加工步驟互關(guān)聯(lián)的加工步驟，如編輯、編譯或匯編、連接，如編輯、編譯或匯編、連接和執(zhí)行等，一個和執(zhí)行等，一個相對獨立相對獨立的處理的處理步驟步驟稱為一個稱為一個作作業(yè)步（業(yè)步（Job Step）

38、。）。 一個作業(yè)步一個作業(yè)步可以由一個進(jìn)程來完成，作業(yè)可以由一個進(jìn)程來完成，作業(yè)的處理要經(jīng)過多個進(jìn)程執(zhí)行。的處理要經(jīng)過多個進(jìn)程執(zhí)行。 用戶作業(yè)用戶作業(yè)可以分為兩大類：可以分為兩大類：批處理作業(yè)批處理作業(yè)和和交交互式作業(yè)互式作業(yè)。551. 批處理作業(yè)批處理作業(yè) 在在批處理系統(tǒng)批處理系統(tǒng)中，中，多個作業(yè)多個作業(yè)由輸入設(shè)由輸入設(shè)備依次輸入到備依次輸入到輔存中輔存中，形成，形成作業(yè)流作業(yè)流。 作業(yè)調(diào)度程序作業(yè)調(diào)度程序按一定策略按一定策略選擇多個選擇多個作業(yè)作業(yè)投入運行。投入運行。562. 交互式作業(yè)交互式作業(yè) 交互式作業(yè)交互式作業(yè)又稱為又稱為終端作業(yè)終端作業(yè)或或會話式作會話式作業(yè)業(yè)。在分時系統(tǒng)中，通常

39、將。在分時系統(tǒng)中，通常將分時用戶分時用戶的的一次一次登錄登錄作為作為一個作業(yè)一個作業(yè)。用戶一次登錄可以完成。用戶一次登錄可以完成很多工作。很多工作。 573.3.2 作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度 作業(yè)控制作業(yè)控制和和作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度是作業(yè)管理的主要任務(wù)。是作業(yè)管理的主要任務(wù)。 作業(yè)控制作業(yè)控制包括控制作業(yè)輸入、運行和計算結(jié)果的包括控制作業(yè)輸入、運行和計算結(jié)果的輸出。輸出。 作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度是根據(jù)作業(yè)控制塊信息，按一定策略選是根據(jù)作業(yè)控制塊信息，按一定策略選取若干作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存獲得處理機(jī)運行。取若干作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存獲得處理機(jī)運行。 操作系統(tǒng)為每個進(jìn)入系統(tǒng)的作業(yè)建立一個操作系統(tǒng)為每個進(jìn)入系統(tǒng)的作業(yè)建立一個作業(yè)控作業(yè)

40、控制塊（制塊（JCB），），記錄作業(yè)調(diào)度的相關(guān)信息。記錄作業(yè)調(diào)度的相關(guān)信息。JCB是作是作業(yè)存在的標(biāo)志，作業(yè)退出系統(tǒng)時業(yè)存在的標(biāo)志，作業(yè)退出系統(tǒng)時JCB隨之撤銷隨之撤銷。 58常見的作業(yè)調(diào)度算法常見的作業(yè)調(diào)度算法1. 先來先服務(wù)算法先來先服務(wù)算法 按作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)作業(yè)后備隊列先后次序按作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)作業(yè)后備隊列先后次序挑選作業(yè)。這種算法容易實現(xiàn)，但效率低。挑選作業(yè)。這種算法容易實現(xiàn)，但效率低。2. 最短作業(yè)優(yōu)先算法最短作業(yè)優(yōu)先算法 系統(tǒng)選取估計系統(tǒng)選取估計計算時間最短計算時間最短的作業(yè)投入的作業(yè)投入運行。這種算法使平均作業(yè)運行。這種算法使平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時間短周轉(zhuǎn)時間短，且，且易于實現(xiàn)，但效率不高。易

41、于實現(xiàn)，但效率不高。593.4 進(jìn)程管理進(jìn)程管理 從微型計算機(jī)到大型計算機(jī)，所有從微型計算機(jī)到大型計算機(jī)，所有多道程序操作系統(tǒng)多道程序操作系統(tǒng)都建立在都建立在進(jìn)程進(jìn)程的概念的概念之上，操作系統(tǒng)之上，操作系統(tǒng)所有功能所有功能都與都與進(jìn)程進(jìn)程有關(guān)。有關(guān)。603.4.1 進(jìn)程定義進(jìn)程定義 在在多道程序多道程序系統(tǒng)中，多個程序同時進(jìn)入系系統(tǒng)中，多個程序同時進(jìn)入系統(tǒng)，處理機(jī)交替執(zhí)行每個程序，每個程序的執(zhí)統(tǒng)，處理機(jī)交替執(zhí)行每個程序，每個程序的執(zhí)行都是走走停停，一個程序的行都是走走停停，一個程序的活動規(guī)律活動規(guī)律是：是： 推進(jìn)推進(jìn)暫停暫停推進(jìn)推進(jìn)暫停暫停 613.4.1 進(jìn)程定義進(jìn)程定義 當(dāng)一個程序暫停時，

42、需要將其當(dāng)一個程序暫停時，需要將其現(xiàn)場信息現(xiàn)場信息作作為為斷點斷點保存起來，保存起來，以便以便以后能從斷點處以后能從斷點處繼續(xù)執(zhí)繼續(xù)執(zhí)行行。這樣，在多道程序系統(tǒng)中需要一塊。這樣，在多道程序系統(tǒng)中需要一塊特殊區(qū)特殊區(qū)域域保存保存斷點斷點。因此程序的概念已不能如實地反。因此程序的概念已不能如實地反映程序執(zhí)行時的特征，需要一個更準(zhǔn)確地描述映程序執(zhí)行時的特征，需要一個更準(zhǔn)確地描述程序執(zhí)行狀態(tài)的術(shù)語，這就是程序執(zhí)行狀態(tài)的術(shù)語，這就是進(jìn)程（進(jìn)程（process）。）。621. 進(jìn)程定義進(jìn)程定義進(jìn)程的定義進(jìn)程的定義: 進(jìn)程是具有一定獨立功能的程序段關(guān)于一進(jìn)程是具有一定獨立功能的程序段關(guān)于一個數(shù)據(jù)集合的一次運

43、行活動。個數(shù)據(jù)集合的一次運行活動。63不同角度不同角度對對進(jìn)程進(jìn)程的解釋的解釋: 進(jìn)程進(jìn)程是程序的是程序的一次執(zhí)行一次執(zhí)行。 進(jìn)程進(jìn)程是是一個程序及其數(shù)據(jù)一個程序及其數(shù)據(jù)在處理機(jī)上執(zhí)在處理機(jī)上執(zhí)行時所發(fā)生的行時所發(fā)生的活動活動。 進(jìn)程進(jìn)程是程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過是程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程，是程，是系統(tǒng)資源系統(tǒng)資源分配分配和和調(diào)度調(diào)度的基本單位。的基本單位。642. 進(jìn)程組成進(jìn)程組成三部分三部分組成：組成： 程序塊程序塊：由由指令代碼指令代碼組成，代碼必須是組成，代碼必須是純代碼純代碼， 即在運行期間不修改自身。即在運行期間不修改自身。 數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊：進(jìn)程執(zhí)行時進(jìn)程執(zhí)行時所需數(shù)據(jù)所需

44、數(shù)據(jù)和和工作單元工作單元以及以及開開 辟的工作區(qū)辟的工作區(qū)。 進(jìn)程控制塊進(jìn)程控制塊（Process Control Block，PCB）：）： 一個一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含其中包含描述描述和和管理進(jìn)程管理進(jìn)程所所 需需全部信息全部信息。如進(jìn)程標(biāo)識、進(jìn)程所屬用戶標(biāo)識、。如進(jìn)程標(biāo)識、進(jìn)程所屬用戶標(biāo)識、 進(jìn)程狀態(tài)、調(diào)度參數(shù)、現(xiàn)場信息和程序地址等。進(jìn)程狀態(tài)、調(diào)度參數(shù)、現(xiàn)場信息和程序地址等。65 創(chuàng)建進(jìn)程時創(chuàng)建進(jìn)程時建立建立PCB，撤消進(jìn)程時撤消進(jìn)程時收回收回PCB。PCB是是進(jìn)程進(jìn)程存在的惟一存在的惟一標(biāo)志標(biāo)志。 程序程序、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和和進(jìn)程控制塊進(jìn)程控制塊構(gòu)成進(jìn)程實體。構(gòu)成進(jìn)程實體。程序和數(shù)據(jù)

45、位于內(nèi)存中程序和數(shù)據(jù)位于內(nèi)存中用戶空間用戶空間，進(jìn)程控制塊，進(jìn)程控制塊位于位于系統(tǒng)空間系統(tǒng)空間。663. 進(jìn)程的基本特征進(jìn)程的基本特征 動態(tài)性：動態(tài)性：進(jìn)程進(jìn)程是是程序程序的的一次執(zhí)行一次執(zhí)行。進(jìn)程因創(chuàng)建而產(chǎn)。進(jìn)程因創(chuàng)建而產(chǎn)生、由調(diào)度而執(zhí)行、由撤消而消亡。進(jìn)程具有生命期。生、由調(diào)度而執(zhí)行、由撤消而消亡。進(jìn)程具有生命期。 并發(fā)性：進(jìn)程并發(fā)性：進(jìn)程可以可以并發(fā)執(zhí)行并發(fā)執(zhí)行。 獨立性：獨立性：進(jìn)程在系統(tǒng)中能獨立進(jìn)程在系統(tǒng)中能獨立運行運行，獨立，獨立分配資源分配資源和和獨立接受調(diào)度獨立接受調(diào)度。進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的。進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的基本單位基本單位。 異步性：異步性：每個進(jìn)程每個進(jìn)程以不可預(yù)知的過

46、程以不可預(yù)知的過程運行。運行。 結(jié)構(gòu)性：結(jié)構(gòu)性：每個進(jìn)程由每個進(jìn)程由程序塊程序塊、數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊和和進(jìn)程控制塊進(jìn)程控制塊 3部分組成。部分組成。674. 進(jìn)程類型進(jìn)程類型進(jìn)程進(jìn)程可以分為可以分為系統(tǒng)進(jìn)程系統(tǒng)進(jìn)程和和用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程兩類。兩類。 系統(tǒng)進(jìn)程系統(tǒng)進(jìn)程運行操作系統(tǒng)程序，完成操作系統(tǒng)功運行操作系統(tǒng)程序，完成操作系統(tǒng)功能，可以執(zhí)行包括特權(quán)指令在內(nèi)的所有機(jī)器指能，可以執(zhí)行包括特權(quán)指令在內(nèi)的所有機(jī)器指令，令，優(yōu)先級優(yōu)先級高于用戶進(jìn)程。高于用戶進(jìn)程。 用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程運行用戶程序，只能執(zhí)行非特權(quán)指令。運行用戶程序，只能執(zhí)行非特權(quán)指令。68695. 進(jìn)程與程序的關(guān)系進(jìn)程與程序的關(guān)系 程序是靜態(tài)的，進(jìn)

47、程是動態(tài)的程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動態(tài)的。 程序是指令及執(zhí)行指令時所需數(shù)據(jù)的集合，程序是指令及執(zhí)行指令時所需數(shù)據(jù)的集合，可以長期保存在存儲介質(zhì)上；進(jìn)程具有創(chuàng)建可以長期保存在存儲介質(zhì)上；進(jìn)程具有創(chuàng)建性、運行性和消亡性。性、運行性和消亡性。 進(jìn)程和程序進(jìn)程和程序不是一一不是一一對應(yīng)關(guān)系，一個程對應(yīng)關(guān)系，一個程序可以對應(yīng)多個進(jìn)程，但一個進(jìn)程只能對應(yīng)序可以對應(yīng)多個進(jìn)程，但一個進(jìn)程只能對應(yīng)一個程序。一個程序。 706. 進(jìn)程與作業(yè)的關(guān)系進(jìn)程與作業(yè)的關(guān)系 1、作業(yè)作業(yè)是任務(wù)實體，是任務(wù)實體，進(jìn)程進(jìn)程是完成任務(wù)的執(zhí)是完成任務(wù)的執(zhí)行實體；行實體； 2、沒有、沒有作業(yè)作業(yè)任務(wù)就沒有任務(wù)就沒有進(jìn)程進(jìn)程，反過來，沒，反

48、過來，沒有進(jìn)程，作業(yè)任務(wù)就不能完成。有進(jìn)程，作業(yè)任務(wù)就不能完成。 3、作業(yè)作業(yè)的概念更多地用于的概念更多地用于批處理系統(tǒng)批處理系統(tǒng)，進(jìn)進(jìn)程程的概念用于的概念用于多道程序系統(tǒng)多道程序系統(tǒng)中。中。713.4.2 進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換 多個多個進(jìn)程進(jìn)程并發(fā)并發(fā)執(zhí)行，共享系統(tǒng)資源，而系執(zhí)行，共享系統(tǒng)資源，而系統(tǒng)資源是有限的。因此統(tǒng)資源是有限的。因此不可能不可能每個每個進(jìn)程進(jìn)程都能及都能及時得到所需要的時得到所需要的資源資源。 CPU是執(zhí)行是執(zhí)行進(jìn)程進(jìn)程的必要資源，操作系統(tǒng)不的必要資源，操作系統(tǒng)不會讓會讓一個進(jìn)程一個進(jìn)程一直一直占用占用CPU。 一個一個進(jìn)程進(jìn)程不會一直處于運行狀態(tài)，不會一直

49、處于運行狀態(tài)，進(jìn)程可進(jìn)程可能有多種狀態(tài)能有多種狀態(tài)。任何操作系統(tǒng)都包括進(jìn)程的。任何操作系統(tǒng)都包括進(jìn)程的3種種基本狀態(tài)。基本狀態(tài)。72 運行態(tài)運行態(tài)（run）：得到）：得到CPU資源，正在運行進(jìn)程中資源，正在運行進(jìn)程中指令。指令。 就緒態(tài)就緒態(tài)（ready）：進(jìn)程本身具備運行條件，等待）：進(jìn)程本身具備運行條件，等待獲得獲得CPU資源。資源。 等待態(tài)等待態(tài)（wait）：進(jìn)程本身不具備運行條件，正）：進(jìn)程本身不具備運行條件，正等待某一事件發(fā)生或釋放等待某一事件發(fā)生或釋放CPU以外的資源。這種狀以外的資源。這種狀態(tài)也稱態(tài)也稱掛起態(tài)掛起態(tài)（suspended）、）、封鎖態(tài)封鎖態(tài)（blocked）或）或睡

50、眠態(tài)睡眠態(tài)（sleep）。）。進(jìn)程的三種基本狀態(tài)進(jìn)程的三種基本狀態(tài)73創(chuàng)建進(jìn)程創(chuàng)建進(jìn)程 就緒就緒運行運行等待等待調(diào)度選中調(diào)度選中 時間到時間到 阻塞阻塞事件發(fā)生事件發(fā)生 進(jìn)程的進(jìn)程的3 3個基本狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)化個基本狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)化 74 創(chuàng)建進(jìn)程時創(chuàng)建進(jìn)程時，由于其他進(jìn)程正占用，由于其他進(jìn)程正占用CPU所以它只能處于所以它只能處于就緒狀態(tài)就緒狀態(tài)； 當(dāng)當(dāng)就緒進(jìn)程就緒進(jìn)程獲得處理機(jī)時就轉(zhuǎn)換為獲得處理機(jī)時就轉(zhuǎn)換為運行運行狀態(tài)；狀態(tài)；當(dāng)進(jìn)程的時間片耗盡或出現(xiàn)更高優(yōu)先當(dāng)進(jìn)程的時間片耗盡或出現(xiàn)更高優(yōu)先級別的進(jìn)程，級別的進(jìn)程，進(jìn)程進(jìn)程被迫被迫退出處理機(jī)，退出處理機(jī)，其狀態(tài)其狀態(tài)由由運行運行變?yōu)樽優(yōu)榫途w就緒；

51、 75 當(dāng)當(dāng)運行進(jìn)程運行進(jìn)程因某事件受阻，如申請的資因某事件受阻，如申請的資源被占用或源被占用或I/O傳輸未完成，其狀態(tài)由傳輸未完成，其狀態(tài)由運行運行轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為為等待等待，或者說是，或者說是進(jìn)程阻塞進(jìn)程阻塞或或進(jìn)程睡眠進(jìn)程睡眠；如；如果其等待的事件完成，進(jìn)程從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換果其等待的事件完成，進(jìn)程從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換為為就緒狀態(tài)就緒狀態(tài)，也稱，也稱進(jìn)程喚醒進(jìn)程喚醒。 一個進(jìn)程在其生存期內(nèi)可能多次發(fā)生狀一個進(jìn)程在其生存期內(nèi)可能多次發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換，操作系統(tǒng)的態(tài)轉(zhuǎn)換，操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理模塊進(jìn)程管理模塊負(fù)責(zé)進(jìn)程負(fù)責(zé)進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換工作。的狀態(tài)轉(zhuǎn)換工作。76 當(dāng)操作系統(tǒng)從當(dāng)操作系統(tǒng)從就緒狀態(tài)就緒狀態(tài)隊列中隊列中調(diào)度進(jìn)程

52、時，從調(diào)度進(jìn)程時，從PCB中查出中查出現(xiàn)行狀態(tài)現(xiàn)行狀態(tài)及及優(yōu)先級優(yōu)先級，以確定符合，以確定符合調(diào)度算調(diào)度算法法要求的要求的進(jìn)程進(jìn)程。 當(dāng)調(diào)度到某進(jìn)程后，操作系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)調(diào)度到某進(jìn)程后，操作系統(tǒng)根據(jù)PCB中保存中保存的現(xiàn)場信息，恢復(fù)進(jìn)程運行現(xiàn)場，并根據(jù)程序地址的現(xiàn)場信息，恢復(fù)進(jìn)程運行現(xiàn)場，并根據(jù)程序地址找到其程序和數(shù)據(jù)。找到其程序和數(shù)據(jù)。 當(dāng)進(jìn)程因某種原因而暫停時，操作系統(tǒng)將斷點當(dāng)進(jìn)程因某種原因而暫停時，操作系統(tǒng)將斷點現(xiàn)場信息保存在現(xiàn)場信息保存在PCB中中。 在進(jìn)程的整個生命期中，操作系統(tǒng)通過在進(jìn)程的整個生命期中，操作系統(tǒng)通過PCB控控制進(jìn)程制進(jìn)程。773.4.3 進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度 進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)

53、度由操作系統(tǒng)的調(diào)度程序?qū)嵤?，按由操作系統(tǒng)的調(diào)度程序?qū)嵤?，按照一定照一定調(diào)度算法調(diào)度算法，從就緒隊列中，從就緒隊列中選取一個進(jìn)程選取一個進(jìn)程使其獲得處理機(jī)。所以使其獲得處理機(jī)。所以進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度也稱為也稱為處理機(jī)處理機(jī)調(diào)度調(diào)度。常見進(jìn)程調(diào)度算法有：常見進(jìn)程調(diào)度算法有： 先來先服務(wù)（先來先服務(wù)（FCFS）算法；）算法； 高優(yōu)先級優(yōu)先調(diào)度算法；高優(yōu)先級優(yōu)先調(diào)度算法； 時間片輪轉(zhuǎn)法；時間片輪轉(zhuǎn)法；781. 先來先服務(wù)算法先來先服務(wù)算法 先來先服務(wù)（先來先服務(wù)（FCFS）算法）算法是最簡單的調(diào)是最簡單的調(diào)度算法，按照度算法，按照進(jìn)程進(jìn)程到達(dá)到達(dá)先后順序先后順序分配處理機(jī)，分配處理機(jī)，每次調(diào)度總是選擇就

54、緒隊列中每次調(diào)度總是選擇就緒隊列中首進(jìn)程首進(jìn)程。一個進(jìn)一個進(jìn)程占用處理機(jī)程占用處理機(jī)直到進(jìn)程時間片耗盡、運行結(jié)束直到進(jìn)程時間片耗盡、運行結(jié)束或運行受阻才釋放處理機(jī)，操作系統(tǒng)不會強(qiáng)行或運行受阻才釋放處理機(jī)，操作系統(tǒng)不會強(qiáng)行搶占處理機(jī)。搶占處理機(jī)。 這種算法比較有利于計算時間長的進(jìn)程這種算法比較有利于計算時間長的進(jìn)程。792. 高優(yōu)先級優(yōu)先調(diào)度算法高優(yōu)先級優(yōu)先調(diào)度算法 這是廣泛采用的一種調(diào)度算法。它的每次這是廣泛采用的一種調(diào)度算法。它的每次調(diào)度總是從調(diào)度總是從就緒隊列中就緒隊列中選取優(yōu)先級最高選取優(yōu)先級最高的進(jìn)程的進(jìn)程運行，在運行，在相同優(yōu)先級進(jìn)程中相同優(yōu)先級進(jìn)程中采用采用先來先服務(wù)算先來先服務(wù)算

55、法調(diào)度法調(diào)度。這種算法也適用于作業(yè)調(diào)度。這種算法也適用于作業(yè)調(diào)度。進(jìn)程優(yōu)進(jìn)程優(yōu)先級先級的確定有的確定有兩種方式兩種方式：靜態(tài)靜態(tài)和和動態(tài)動態(tài)。80 靜態(tài)優(yōu)先級靜態(tài)優(yōu)先級是進(jìn)程創(chuàng)建時確定，進(jìn)程運行是進(jìn)程創(chuàng)建時確定，進(jìn)程運行期間保持不變。優(yōu)先級與進(jìn)程的估計執(zhí)行時間有期間保持不變。優(yōu)先級與進(jìn)程的估計執(zhí)行時間有關(guān)，關(guān)，時間越短優(yōu)先級越高時間越短優(yōu)先級越高；對系統(tǒng)；對系統(tǒng)資源的需求越資源的需求越少少優(yōu)先級越高；優(yōu)先級越高； 動態(tài)優(yōu)先級動態(tài)優(yōu)先級是指在進(jìn)程的生命期內(nèi)，隨著進(jìn)是指在進(jìn)程的生命期內(nèi)，隨著進(jìn)程的運行情況而不斷變化。在就緒隊列中程的運行情況而不斷變化。在就緒隊列中隨其等隨其等待時間的增長待時間的增

56、長，優(yōu)先級會調(diào)高；占用，優(yōu)先級會調(diào)高；占用CPU的時間的時間越長，優(yōu)先級會調(diào)低。越長，優(yōu)先級會調(diào)低。兩種進(jìn)程優(yōu)先級兩種進(jìn)程優(yōu)先級813. 時間片輪轉(zhuǎn)法時間片輪轉(zhuǎn)法 系統(tǒng)將系統(tǒng)將CPU時間時間分成固定大小的時間片，一個時分成固定大小的時間片，一個時間片大約間片大約幾毫秒幾毫秒到到幾百毫秒幾百毫秒。 所有所有就緒進(jìn)程就緒進(jìn)程按先來先服務(wù)原則分配處理機(jī)，一按先來先服務(wù)原則分配處理機(jī)，一次使用一個時間片。當(dāng)時間片用完時，系統(tǒng)調(diào)度程序次使用一個時間片。當(dāng)時間片用完時，系統(tǒng)調(diào)度程序停止該進(jìn)程，將它送到就緒隊列末尾，等待下一次調(diào)停止該進(jìn)程，將它送到就緒隊列末尾，等待下一次調(diào)度。度。 就緒隊列中所有進(jìn)程在一定

57、時間段內(nèi)均能獲得一就緒隊列中所有進(jìn)程在一定時間段內(nèi)均能獲得一個時間片，使得系統(tǒng)能在較短時間內(nèi)響應(yīng)所有用戶請個時間片，使得系統(tǒng)能在較短時間內(nèi)響應(yīng)所有用戶請求求 。823.5 存儲管理存儲管理 存儲管理的內(nèi)容存儲管理的內(nèi)容 存儲分配存儲分配、存儲保護(hù)存儲保護(hù)、虛擬存儲器虛擬存儲器和和地址映地址映射射。 存儲管理的目的存儲管理的目的 為為多道程序運行多道程序運行提供良好環(huán)境，方便用戶使提供良好環(huán)境，方便用戶使用用存儲器存儲器，提高，提高存儲器存儲器利用率利用率，從邏輯上，從邏輯上擴(kuò)充擴(kuò)充存存儲容量儲容量。833.5.1 基本概念基本概念 存儲器存儲器包括包括內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器和和外存儲器外存儲器，存儲

58、存儲管理管理主要是指主要是指內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器管理。管理。 內(nèi)存空間內(nèi)存空間一般分為一般分為兩部分兩部分： 系統(tǒng)區(qū)系統(tǒng)區(qū): 存放存放操作系統(tǒng)核心程序操作系統(tǒng)核心程序以及一些以及一些標(biāo)準(zhǔn)子程序和例行程序；標(biāo)準(zhǔn)子程序和例行程序； 用戶區(qū)用戶區(qū): 存放用戶程序和數(shù)據(jù)。存放用戶程序和數(shù)據(jù)。 存儲管理存儲管理主要是對主要是對用戶區(qū)用戶區(qū)進(jìn)行管理。進(jìn)行管理。84 1. 物理地址物理地址定義：定義：計算機(jī)計算機(jī)內(nèi)存內(nèi)存由許多單元組由許多單元組成，為了成，為了區(qū)分各個不同的內(nèi)存單區(qū)分各個不同的內(nèi)存單元元，每個內(nèi)存單元按順序進(jìn)行，每個內(nèi)存單元按順序進(jìn)行編編號號，這個，這個編號編號稱為稱為物理地址物理地址。 尋址范

59、圍：尋址范圍：物理地址的位數(shù)由物理地址的位數(shù)由系統(tǒng)系統(tǒng)地址總線的根數(shù)地址總線的根數(shù)決定。物理決定。物理地地址反映的是址反映的是CPUCPU對內(nèi)存空間的尋址對內(nèi)存空間的尋址能力。能力。 例如：例如：一臺計算機(jī)的地址總線一臺計算機(jī)的地址總線為為3232位，則位，則CPUCPU可尋址的內(nèi)存空間可尋址的內(nèi)存空間為：為：2 23232=4GB=4GB。 00010002EFFFEFFFFFFFFFFF物理地址物理地址85 2. . 邏輯地址邏輯地址 程序員程序員在編寫程序時所在編寫程序時所使用的地址使用的地址稱為稱為邏邏輯地址輯地址，也叫，也叫相對地址相對地址或或偏移地址偏移地址。 邏輯地址邏輯地址通常

60、通常從從0 0開始開始，程序中的其他地址，程序中的其他地址 都相對于起始地址進(jìn)行計算。都相對于起始地址進(jìn)行計算。 邏輯地址邏輯地址與與物理地址物理地址不是一一對應(yīng)。程序不是一一對應(yīng)。程序員在編程時員在編程時不需要考慮不需要考慮物理地址物理地址。 86邏輯地址邏輯地址程序指程序指令令邏輯地邏輯地址址87 3. . 地址映射地址映射 程序中程序中使用的地址都是使用的地址都是邏輯地址邏輯地址。操作系統(tǒng)在將。操作系統(tǒng)在將程序裝入內(nèi)存時，將程序中指令和數(shù)據(jù)的程序裝入內(nèi)存時，將程序中指令和數(shù)據(jù)的邏輯地址邏輯地址轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為換為物理地址物理地址。這一轉(zhuǎn)換過程稱為。這一轉(zhuǎn)換過程稱為地址映射地址映射或或地址重地址重