第3章操作系统基础知识PPT讲稿.ppt

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1、第3章操作系统基础知识第1页，共80页，编辑于2022年，星期一概 念 操操作作系系统统OSOS(O Operation peration S System)ystem)是是计计算算机机系系统统中中重重要要系系统统软软件件，其其功功能能是是管管理理和和控控制制计计算算机机软软件件和和硬硬件件资资源源，使使计计算算机机各各部部分分协协调调工工作作；合合理理组组织织计计算算机机工工作作流流程程，为为用用户户使使用用计计算算机机提提供供友友好好的的人人机机接接口口，方方便便用用户户使使用用计计算算机机系系统。统。2第2页，共80页，编辑于2022年，星期一第一节 操作系统简介 计计算算机机系系统统层

2、层次次结结构构可可以以分分为为四四部部分分:硬硬件件、操操作作系系统统、其其他他系系统统程程序序和和应应用用程程序序。硬硬件件是是所所有有软软件件运运行行的的物物质质基基础础；操操作作系系统统位位于于硬硬件件之之上上，是是与与硬硬件件关关系系最最密密切切的的系系统统软软件件，是是对对硬件功能的首次扩充。硬件功能的首次扩充。应用程序应用程序操作系统操作系统其他系统程序其他系统程序硬件硬件计算机系统的层计算机系统的层次结构次结构:裸机裸机3第3页，共80页，编辑于2022年，星期一3.1.1 操作系统发展历程1.1.手工操作阶段手工操作阶段 计算机诞生初期根本没有操作系统。那是计算机诞生初期根本没

3、有操作系统。那是一个机器码时代一个机器码时代,人们把这个时期称为人们把这个时期称为“手工手工操作阶段操作阶段”。顾名思义。顾名思义,人们当时使用计算机人们当时使用计算机需要大量的人工控制，只有通晓计算机硬件需要大量的人工控制，只有通晓计算机硬件的专业人员才能使用计算机。的专业人员才能使用计算机。手工操作阶段典型手工操作阶段典型的作业处理步骤的作业处理步骤:用户用机器语言编写程序用户用机器语言编写程序将程序和数据通过手工将程序和数据通过手工操作记录在穿孔纸带上操作记录在穿孔纸带上将纸带装入纸带输入机将纸带装入纸带输入机启动纸带输入机启动纸带输入机将程序和数据读入计算机将程序和数据读入计算机计算机

4、处理作业后计算机处理作业后用户拿走打印结果用户拿走打印结果4第4页，共80页，编辑于2022年，星期一Y特点特点:S用户独占全机用户独占全机SCPUCPU等待人工操作等待人工操作S独占性独占性S串行性串行性Y缺点缺点:S计算机的有效机计算机的有效机时严重浪费时严重浪费S效率低效率低 为为了了解解决决人人机机矛矛盾盾,20,20世世纪纪5050年年代代末末出出现现了了脱脱机机输输入入输输出出技技术术。在在主主机机与与输输入入输输出出设设备备之之间设一台外围控制机，由它完成输入输出任务。间设一台外围控制机，由它完成输入输出任务。5第5页，共80页，编辑于2022年，星期一读卡机读卡机打印机打印机外

5、围控制机外围控制机输入磁带输入磁带输出磁带输出磁带主机主机监监督督程程序序以脱机方式成批以脱机方式成批装入磁带的作业装入磁带的作业用用 户户作业作业结结 果果操作系统的萌芽操作系统的萌芽 单道批处理系统单道批处理系统在磁带上选择一个在磁带上选择一个作业进入内存处理作业进入内存处理2.2.批处理阶段批处理阶段6第6页，共80页，编辑于2022年，星期一 假脱机技术 通通道道也也称称为为输输入入输输出出(I/O)(I/O)处处理理机机，它它可可以以与与CPUCPU并并行行工工作作,专专门门用用于于控控制制输输入入输输出出设设备备。I/OI/O处处理理机机输输入入输输出出结结束束时时向向CPUCPU

6、发发出出中中断断请请求求，CPUCPU通通过过响响应应中中断断获获取取I/OI/O处处理理机机状状态态。在在CPUCPU控控制制下下,作作业业输输入入或或输输出出数数据据由由I/OI/O处处理理机机完完成成,I/O,I/O处处理理机机取取代代了了外外围围控控制制机机。这这项项技技术术被被称称为为假假脱脱机机技技术术。通通道道和和中中断断技技术术的的应应用用使使CPUCPU与与I/OI/O设设备备并并行行工工作作，避避开开了了CPUCPU和和I/OI/O设设备备速速度度匹匹配配问问题题，同同时时为为分分时时操操作系统的诞生奠定了硬件基础。作系统的诞生奠定了硬件基础。7第7页，共80页，编辑于20

7、22年，星期一多道批处理系统多道批处理系统批处理系统批处理系统+多道程序设计技术多道程序设计技术多道批处理操作系统多道批处理操作系统输出机输出机输入机输入机作作业业结结果果作业1作业2：作业n输入井输入井结果1结果2：结果k输出井输出井磁盘或磁鼓上的区域磁盘或磁鼓上的区域内存内存+CPU+CPU进程进程1 1进程进程2 2：进程进程n n主机主机后备队列后备队列内存中有多个进程交替运行内存中有多个进程交替运行算法算法8第8页，共80页，编辑于2022年，星期一 为了使多道程序间能够协调工作，监督程序需为了使多道程序间能够协调工作，监督程序需要解决下系列管理问题：要解决下系列管理问题：作业作业调

8、度：调度：合理调度作业，使系统中硬件资源有效合理调度作业，使系统中硬件资源有效利用；利用；CPUCPU管理：管理：多个作业交替运行，需要合理安排处理多个作业交替运行，需要合理安排处理机时间；机时间；内存管理：内存管理：为每道程序分配必要的内存空间；为每道程序分配必要的内存空间；I/OI/O设备管理：设备管理：为多道程序分配输入输出设备。为多道程序分配输入输出设备。作业作业即用户要求计算机系统为其即用户要求计算机系统为其完成的信息处理任务的集合。完成的信息处理任务的集合。9第9页，共80页，编辑于2022年，星期一3.3.操作系统的完善操作系统的完善 为为了了满满足足用用户户需需求求，实实现现人

9、人机机交交互互，必必须须改改变变批批处处理理系系统统中中作作业业处处理理方方式式。基基本本思思想想是是：将将CPUCPU时时间间分分成成若若干干个个时时间间片片，在在一一个个时时间间片片运运行行一一个个作作业业，在在下下一一个个时时间间片片运运行行另另一一个个作作业业，在在短短时时间间内内所所有有作作业业都都能能得得到到轮轮流流执执行行。从从整整体体上上看看每每个个作作业业都都在在运运行行，用用户户请请求求可可以以得得到到及及时时响响应应，这这就就是是计计算算机机的的分分时时操操作作系系统统。分分时时系系统统的的出出现现标标志志着着操操作系统进入完善阶段。作系统进入完善阶段。10第10页，共8

10、0页，编辑于2022年，星期一3.1.2 常见操作系统简介 1.DOS 1.DOS操作系统操作系统 DOSDOS是是磁磁盘盘操操作作系系统统(Disk(Disk Operation Operation System)System)，是是一一种种单单用用户户、单单任任务务的的微微型型机机操操作系统。作系统。DOSDOS主主要要功功能能是是命命令令处处理理、文文件件管管理理和和设设备备管管理理。它它采采用用汇汇编编语语言言编编写写,系系统统开开销销小小,运运行行效效率率高高,但但资资源源管管理理功功能能简简单单,字字符符型型用用户户界界面面,操操作作不不太太方方便便。随随着着MicrosoftMi

11、crosoft图图形形用用户户界界面面操操作作系系统统WindowsWindows的的逐逐步步实实用用化化,人人们逐渐地放弃了们逐渐地放弃了DOSDOS。11第11页，共80页，编辑于2022年，星期一 2.Windows 2.Windows操作系统操作系统 从从19851985年年1111月到现在，月到现在，WindowsWindows操作系统的优操作系统的优良性能奠定了微软在操作系统上的垄断地位。良性能奠定了微软在操作系统上的垄断地位。优点：优点：直观、易用的面向对象图形界面直观、易用的面向对象图形界面 用户界面统一用户界面统一丰富的与设备无关的图形操作丰富的与设备无关的图形操作 多任务多

12、任务先进的内存管理先进的内存管理 提供各种系统管理工具提供各种系统管理工具内置的网络通信功能内置的网络通信功能 出色的多媒体功能出色的多媒体功能 12第12页，共80页，编辑于2022年，星期一 3.UNIX 3.UNIX操作系统家族操作系统家族 UNIXUNIX操操作作系系统统是是一一个个通通用用的的、交交互互式式分时网络操作系统。分时网络操作系统。4.Linux4.Linux操作系统操作系统 LinuxLinux是是芬芬兰兰籍籍科科学学家家Linus Linus TorvaldsTorvalds于于19911991年年编编写写的的一一种种操操作作系系统统，具具有有UNIXUNIX的全部功能

13、。的全部功能。优优点点：源源代代码码开开放放,免免费费；系系统统稳稳定定可可靠靠；速速度度快快，效效率率高高；功功能能完完善善；具具有有网网络络支支持优势等。持优势等。13第13页，共80页，编辑于2022年，星期一3.1.3 操作系统分类 1.1.批处理系统批处理系统(Batch Processing)(Batch Processing)主主要要特特征征是是多多道道性性、成成批批性性。多多道道性性是是指指在在内内存存中中可可同同时时驻驻留留多多道道程程序序，并并允允许许它它们们并并发发执执行行，有有效效地地提提高高系系统统资资源源利利用用率率和和吞吞吐吐量量。成成批批性性是是指指作作业业成成

14、批批进进入入系系统统，成成批处理。批处理。批批处处理理系系统统缺缺点点是是缺缺乏乏人人机机交交互互性性，因因此此这这种种操操作作系系统统适适用用于于成成熟熟程程序序，尤尤其其是是运运行时间长，数据运算量大的程序。行时间长，数据运算量大的程序。14第14页，共80页，编辑于2022年，星期一 2.2.分时操作系统分时操作系统 分分时时操操作作系系统统(Time-Sharing(Time-Sharing Operating Operating System)System)的的特特征征是是多多路路性性、交交互互性性、独独占占性性和和及时性及时性。分时操作系统分时操作系统硬件层硬件层.终端终端1 1终

15、端终端2 2终端终端n n把把CPUCPU时间分成小的时间分成小的时间片处理终端请求时间片处理终端请求 连接多个终端连接多个终端每个终端独立使用自己的时间片每个终端独立使用自己的时间片15第15页，共80页，编辑于2022年，星期一 3.3.实时系统实时系统 特特征征是是实实时时性性、高高可可靠靠性性。实实时时性性是是指指计计算算机机能能及及时时响响应应外外部部事事件件请请求求，在在规规定定时时间间内内完完成成事事件件的的处处理理任任务务。在在此此种种系系统统中中，软软硬硬件件任任何何故故障障都都可可能能给给系系统统带带来来严严重重后后果果。因此实时系统更加注重稳定性和可靠性。因此实时系统更加

16、注重稳定性和可靠性。实实时时操操作作系系统统可可分分为为实实时时控控制制系系统统和和实实时信息处理系统两大类。时信息处理系统两大类。16第16页，共80页，编辑于2022年，星期一 4.4.网络操作系统网络操作系统 网网 络络 操操 作作 系系 统统(Network(Network Operating Operating System)System)基基于于计计算算机机网网络络。除除具具备备普普通通操操作作系系统统所所具具备备的的功功能能外外，还还具具有有网网络络管管理理模模块、通信、安全和资源共享等模块。块、通信、安全和资源共享等模块。打印机主机主机1 1NOS1NOS1主机主机2 2NOS

17、2NOS2主机主机3 3NOS3NOS317第17页，共80页，编辑于2022年，星期一 分分布布式式操操作作系系统统(Distributed(Distributed Operating Operating System)System)是是网网络络操操作作系系统统的的更更高高级级形形式式，它它建建立立在在计计算算机机网网络络基基础础之之上上，有有效效地地解解决决了了地地域域分分布布很很广广的的若若干干台台计计算算机机之之间间资资源源共共享享、并并行行处处理理等等问问题题。特特征征是是统统一一性性、共共享享性性、可可靠靠性性和和透明性。透明性。DOSDOS主机主机3 3DOSDOS主机主机2 2

18、DOSDOS主机主机1 1统一性统一性作业可迁移至其他主机上处理作业可迁移至其他主机上处理,实现处理机资源的实现处理机资源的共享共享系统中的多台主机处于同等地位系统中的多台主机处于同等地位,没有主从关系没有主从关系,没有地理位置上的差异没有地理位置上的差异.可靠性可靠性透明性透明性 5.5.分布式操作系统分布式操作系统18第18页，共80页，编辑于2022年，星期一 6.6.个人计算机操作系统个人计算机操作系统 个个人人计计算算机机(PC)(PC)操操作作系系统统是是一一种种单单用用户户多多任任务务操操作作系系统统，主主要要设设计计目目标标是是易易用用性性、响响应应性性。随随着着个个人人计计算

19、算机机的的飞飞速速发发展展，虚虚拟拟内内存存和和多多任任务务处处理理成成为为个个人人计计算算机机操操作作系系统统新新特征。目前有特征。目前有WindowsWindows和和OS/2OS/2等。等。19第19页，共80页，编辑于2022年，星期一 7.7.多处理机操作系统多处理机操作系统 具具有有公公共共内内存存和和时时钟钟的的多多CPUCPU系系统统称称为为多多处处理理机机系系统统,它它们们共共享享计计算算机机总总线线和和外外部部设设备备。建建立立在在多多处处理理机机系系统统上上的的操操作作系系统统称称为为多多处处理理机机操操作作系系统统，也也称称为为并并行行操操作作系系统统或紧耦合系统。或紧

20、耦合系统。如如果果各各个个CPUCPU之之间间没没有有主主从从关关系系，则则称称为对称多处理系统为对称多处理系统(SMP)(SMP)。CPUCPU内 存CPUCPUCPUCPU20第20页，共80页，编辑于2022年，星期一 8.8.嵌入式操作系统嵌入式操作系统 嵌嵌入入式式操操作作系系统统(Embedded(Embedded Operating Operating System)System)是是一一种种支支持持嵌嵌入入式式计计算算机机的的软软件件，由由一一个个体体积积很很小小的的内内核核及及一一些些可可以以根根据据需需要要定定制制的的系系统统模模块块组组成成，能能运运行行在在各各种种不不同

21、同硬硬件件平平台台上上，提供基本的程序运行环境和接口。提供基本的程序运行环境和接口。嵌嵌入入式式操操作作系系统统的的特特点点是是实实时时性性、多多任任务务、对硬件依赖性、软件固化和专用性对硬件依赖性、软件固化和专用性等。等。21第21页，共80页，编辑于2022年，星期一第二节 操作系统的作用及特征 3.2.1 操作系统的作用操作系统的作用 Y管理系统中软件硬件资源管理系统中软件硬件资源 CPU CPU 内存内存 设备设备 文件文件Y为用户为用户(应用程序应用程序)提供良好的界面提供良好的界面S命令接口命令接口S程序接口程序接口字符型命令接口字符型命令接口图形命令接口图形命令接口22第22页，

22、共80页，编辑于2022年，星期一2.2.作业管理作业管理 作业管理是为了合理组织工作流程，对作业作业管理是为了合理组织工作流程，对作业进行控制和管理。作业管理包括作业输入、作业进行控制和管理。作业管理包括作业输入、作业调度和作业控制。调度和作业控制。1.1.进程管理进程管理 在计算机系统中，以进程为基本单位分配和在计算机系统中，以进程为基本单位分配和使用处理机，因此对处理机的管理最终归结为对使用处理机，因此对处理机的管理最终归结为对进程的管理。进程管理主要的功能是进程控制、进程的管理。进程管理主要的功能是进程控制、进程调度、进程同步及进程通信。进程调度、进程同步及进程通信。3.2.2 操作系

23、统功能 3.3.存储管理存储管理 存储器管理是指对内存资源进行管理存储器管理是指对内存资源进行管理,主要主要任务是为多道程序运行提供良好环境，方便用户任务是为多道程序运行提供良好环境，方便用户使用存储器，提高内存利用率。存储管理主要包使用存储器，提高内存利用率。存储管理主要包括存储分配、存储保护、虚拟内存和地址映射。括存储分配、存储保护、虚拟内存和地址映射。4.4.设备管理设备管理 设备管理是指对计算机外部设备设备管理是指对计算机外部设备(打印机、显打印机、显示器等示器等)进行分配、控制和管理，使用户不必过多进行分配、控制和管理，使用户不必过多了解接口技术而方便地使用外部设备。设备管理了解接口

24、技术而方便地使用外部设备。设备管理主要功能有缓冲区管理、设备分配和设备控制。主要功能有缓冲区管理、设备分配和设备控制。5.5.文件管理文件管理 文件管理主要负责软件资源管理，包括文件文件管理主要负责软件资源管理，包括文件存储空间管理、目录管理、文件存取控制、文件存储空间管理、目录管理、文件存取控制、文件共享与保护。共享与保护。23第23页，共80页，编辑于2022年，星期一3.2.3 操作系统的特征 程程序序并并发发性性是是指指在在计计算算机机系系统统中中一一段段时时间间内内多多个程序在个程序在宏观宏观上同时运行。上同时运行。共享性共享性并发性并发性虚拟性虚拟性异步性异步性 所所谓谓共共享享,

25、是是指指在在操操作作系系统统控控制制下下,多多个个程程序序,多个作业共同享有有限的系统资源。多个作业共同享有有限的系统资源。虚虚拟拟是是指指操操作作系系统统通通过过某某种种技技术术将将一一个个物物理理实实体体变变成成逻逻辑辑上上的的多多个个对对应应物物，或或将将多多个个物理实体变成逻辑上的一个对应物。物理实体变成逻辑上的一个对应物。在在多多道道程程序序环环境境下下，进进程程以以人人们们不不可可预预知知的的速速度度向向前前推推进进。即即多多个个作作业业的的执执行行顺顺序序和和每每个作业的执行时间是个作业的执行时间是不确定不确定的。的。24第24页，共80页，编辑于2022年，星期一第三节 作业管

26、理 3.3.1 基本概念 用用户户要要求求计计算算机机系系统统为为其其完完成成的的计计算算任任务务集集合合称称为为作作业业，操操作作系系统统以以作作业业为为单单位位管管理理用用户户任务。任务。作作业业由由程程序序、数数据据和和作作业业说说明明书书三三部部分分组组成成。作作业业说说明明书书是是描描述述批批作作业业处处理理过过程程中中控控制制意图的一种意图的一种特殊程序特殊程序。处处理理一一个个作作业业通通常常经经过过若若干干个个相相对对独独立立又又相相互互关关联联的的加加工工步步骤骤,一一个个相相对对独独立立的的处处理理步步骤称为一个骤称为一个作业步作业步(Job Step)(Job Step)

27、。25第25页，共80页，编辑于2022年，星期一 按照作业提交和处理的方式按照作业提交和处理的方式,可以把用户可以把用户作业分为两大类：作业分为两大类：批处理作业批处理作业和和交互式作业交互式作业。1.1.批处理作业批处理作业 批批处处理理作作业业以以脱脱机机处处理理为为主主要要特特征征，因因而而特别适合于处理计算时间较长的任务。特别适合于处理计算时间较长的任务。2.2.交互式作业交互式作业 交交互互式式作作业业又又称称为为终终端端作作业业或或会会话话式式作作业业，主主要要通通过过直直接接命命令令方方式式提提供供用用户户作作业业。以以联联机机操作为主要特征。操作为主要特征。26第26页，共8

28、0页，编辑于2022年，星期一3.3.2 作业管理 作业管理的主要任务是作业管理的主要任务是作业控制作业控制和和作业调度作业调度。1.1.作业控制作业控制 功功能能包包括括控控制制作作业业输输入入、运运行行和和计计算算结结果果的的输输出出。为为了了对对作作业业进进行行有有效效控控制制，操操作作系系统统为为每每个个进进入入系系统统的的作作业业建建立立一一个个作作业业控控制制块块(JCB)(JCB)，里里面面记记录录着着系系统统对对于于作作业业管管理理所所需需要要的的全部信息。全部信息。作业标识作业标识用户名称用户名称用户帐号用户帐号调度信息调度信息资源需求资源需求作业状态作业状态:JCBJCB是

29、作业存在的标志是作业存在的标志,保存在磁盘区域中保存在磁盘区域中27第27页，共80页，编辑于2022年，星期一 2.2.作业调度作业调度 操操作作系系统统按按一一定定策策略略选选取取若若干干作作业业进进入入内内存存获获得得处处理理机机运运行行，称称为为作作业业调调度度。常常见见的的批批处处理作业的作业调度算法有：理作业的作业调度算法有：先来先服务算法先来先服务算法 按照作业进入系统作业按照作业进入系统作业后备后备队列先后次序队列先后次序选择作业。这种算法容易实现，但效率低。选择作业。这种算法容易实现，但效率低。最短作业优先算法最短作业优先算法 系统选择估计系统选择估计计算时间最短计算时间最短

30、的作业投入运的作业投入运行。这种算法使平均作业周转时间短，且易于实行。这种算法使平均作业周转时间短，且易于实现，但效率不高。现，但效率不高。28第28页，共80页，编辑于2022年，星期一第四节 进程管理 多多道道程程序序系系统统中中，多多个个程程序序同同时时进进入入系系统统，一个程序的活动规律是一个程序的活动规律是 ：推进，暂停，推进，暂停，推进，暂停，推进，暂停，暂停时：保存现场暂停时：保存现场(断点，寄存器）断点，寄存器）推进时：恢复现场推进时：恢复现场 暂停原因：暂停原因：自身原因自身原因等待资源，启动等待资源，启动IO IO 剥夺剥夺CPUCPU给其它程序运行机会给其它程序运行机会2

31、9第29页，共80页，编辑于2022年，星期一3.4.1 进程定义 1.1.进程定义进程定义 19781978年年在在庐庐山山召召开开的的全全国国操操作作系系统统研研讨讨会会上上给给出出进进程程的的定定义义为为：进进程程是是具具有有一一定定独独立立功功能能的的程程序序段段关关于于一一个个数数据据集集合合的的一一次次运运行活动行活动。定义强调两个方面：定义强调两个方面：动态性：动态性：并发性：并发性：执行执行中的程序中的程序可与其他进程可与其他进程同时同时执行执行30第30页，共80页，编辑于2022年，星期一2.2.进程组成进程组成数据块进程控制块 由由指令指令代码组成，代码必须是代码组成，代

32、码必须是纯纯代码代码,即在运行期间不修改自身。即在运行期间不修改自身。进程执行时所需数据和工作单元进程执行时所需数据和工作单元(包包括全局变量、局部变量和常量等括全局变量、局部变量和常量等)以及开以及开辟的工作区。辟的工作区。标志进程存在的数据结构标志进程存在的数据结构,其中保存其中保存系统管理进程所需的全部信息。系统管理进程所需的全部信息。进程标识进程标识所属用户所属用户进程状态进程状态调度参数调度参数现场信息现场信息进程长度进程长度:程序块31第31页，共80页，编辑于2022年，星期一 程程序序、数数据据和和进进程程控控制制块块构构成成进进程程实实体体。程程序序和和数数据据位位于于内内存

33、存中中用用户户空空间间，进进程程控控制制块位于块位于系统空间系统空间。系统空间系统空间用户空间用户空间表记表记2 2PCBPCB数据数据代码代码表记表记1 1PCBPCB程序程序系统空间系统空间用户空间用户空间32第32页，共80页，编辑于2022年，星期一3.3.进程的基本特征进程的基本特征X动态性：动态性：进程动态的产生、消亡，生存期内动态变化；进程动态的产生、消亡，生存期内动态变化；动态性是进程的动态性是进程的基本特征基本特征。X并发性：并发性：进程可以进程可以并发并发执行。执行。X独独立立性性：进进程程在在系系统统中中能能独独立立运运行行，独独立立分分配配资资源源和和独独立接受调度。进

34、程是系统资源分配的立接受调度。进程是系统资源分配的基本单位基本单位。X异异步步性性：每每个个进进程程以以各各自自独独立立，不不可可预预知知的的速速度度向向前前推进。推进。X结结构构性性：每每个个进进程程由由程程序序块块、数数据据块块和和进进程程控控制制块块三三部部分组成。分组成。33第33页，共80页，编辑于2022年，星期一4.4.进程类型进程类型 从从操操作作系系统统角角度度看看,进进程程可可以以分分为为系系统统进进程程和和用用户户进进程程两两类类。系系统统进进程程运运行行操操作作系系统统程程序序,完完成成操操作作系系统统功功能能,可可以以执执行行包包括括特特权权指指令令在在内内的的所所有

35、有机机器器指指令令,优优先先级级高高于于用用户户进进程程。用户进程运行用户程序用户进程运行用户程序,只能执行非特权指令。只能执行非特权指令。系统进程系统进程-完成系统管理完成系统管理(服务服务)功能。功能。用户进程用户进程-运行用户运行用户(应用应用)程序，为用户服务。程序，为用户服务。34第34页，共80页，编辑于2022年，星期一5.5.进程与程序的关系进程与程序的关系程程序序与与进进程程的的本本质质区区别别在在于于程程序序是是静静态态的的,进程是进程是动态动态的。的。程程序序是是指指令令及及执执行行指指令令时时所所需需数数据据的的集集合合,可可以以长长期期保保存存在在存存储储介介质质上上

36、；进进程程具具有有创创建建性、运行性和消亡性。性、运行性和消亡性。进进程程和和程程序序不不是是一一一一对对应应关关系系,一一个个程程序序可可以以对对应应多多个个进进程程,但但一一个个进进程程只只能能对对应应一一个个程序。程序。35第35页，共80页，编辑于2022年，星期一6.6.进程与作业的关系进程与作业的关系作作业业是是任任务务实实体体，进进程程是是完完成成任任务务的的执执行行实体实体;作作业业进进入入内内存存后后变变为为进进程程,一一个个作作业业通通常常与多个进程相对应与多个进程相对应;没没有有作作业业任任务务就就没没有有进进程程，反反过过来来，没没有有进程，作业任务就不能完成。进程，作

37、业任务就不能完成。36第36页，共80页，编辑于2022年，星期一3.4.2 3.4.2 进程的状态和转换 CPUCPU是是执执行行进进程程的的必必要要资资源源，而而系系统统资资源源是是有有限限的的。操操作作系系统统不不会会让让一一个个进进程程一一直直占占用用CPUCPU。因因此此一一个个进进程程不不会会一一直处于运行状态，进程可能有多种状态。直处于运行状态，进程可能有多种状态。进程的三种基本状态为：进程的三种基本状态为：W运行态运行态(run):(run):获得获得CPUCPU资源，正在运行进程中指令。资源，正在运行进程中指令。W就绪态就绪态(ready):(ready):进程本身具备运行条

38、件进程本身具备运行条件,等待获得等待获得CPUCPU资资源源W等待态等待态(wait):(wait):进程本身不具备运行条件，正等待某一进程本身不具备运行条件，正等待某一事件发生或释放某资源。事件发生或释放某资源。37第37页，共80页，编辑于2022年，星期一就绪就绪等待等待运行运行所等事件发生所等事件发生阻塞阻塞时间到时间到进程调度进程调度创建进程创建进程v进程的三种基本状态转换图进程的三种基本状态转换图38第38页，共80页，编辑于2022年，星期一3.4.3 3.4.3 进程调度 在在多多道道程程序序环环境境下下，进进程程数数目目往往往往多多于于处处理理机机数数目目，致致使使它它们们争

39、争用用处处理理机机。这这就就要要求求系系统统能能按按某某种种算算法法，动动态态地地把把处处理理机机分分配配给给就就绪绪队队列列中中的的一一个个进进程程，使使之之执执行行。分分配配处处理理机机的的任任务务是是由由进进程程调调度度程程序序完完成成的的，所以进程调度也称为处理机调度。所以进程调度也称为处理机调度。39第39页，共80页，编辑于2022年，星期一常用的进程调度算法 1.1.先到先服务算法先到先服务算法(FCFS)(FCFS)按按照照进进程程到到达达先先后后顺顺序序分分配配处处理理机机。进进程程执行过程中操作系统执行过程中操作系统不会强行抢占不会强行抢占处理机。处理机。特特点点：比比较较

40、有有利利于于计计算算时时间间长长的的进进程程，而而短短作作业业等等待时间长。待时间长。进程处理时间P127P23P35P1P1P2P2 P3P30 02727 30303535等待时间等待时间:P1P10 0P2P22727P3P33030到到达达顺顺序序执行顺序执行顺序FCFSFCFS40第40页，共80页，编辑于2022年，星期一2.2.高优先级优先调度算法高优先级优先调度算法 在就绪队列中选取优先级最高的进程运行。在就绪队列中选取优先级最高的进程运行。优先级优先级1 1优先级优先级2 2优先级优先级n n就绪队列就绪队列进程按优先级排队.静态优先级：静态优先级：在进程创建时确定，进程运行

41、期间在进程创建时确定，进程运行期间保持固定不变。保持固定不变。.动态优先级：动态优先级：是指在进程的生命期内，随着进是指在进程的生命期内，随着进程的运行情况而不断动态变化。程的运行情况而不断动态变化。41第41页，共80页，编辑于2022年，星期一3.3.时间片轮转法时间片轮转法 系系统统将将CPUCPU时时间间分分成成固固定定大大小小的的时时间间片片，所所有有就就绪绪进进程程按按先先来来先先服服务务原原则则分分配配处处理理机，一次使用一个时间片。机，一次使用一个时间片。当当时时间间片片用用完完时时，如如果果该该进进程程既既未未结结束束也也未未因因某某种种原原因因而而等等待待，则则剥剥夺夺其其

42、处处理理机机，将将它它送送到到就就绪绪队队列列末末尾尾，等等待待下下一一次次调度。调度。42第42页，共80页，编辑于2022年，星期一 以以上上关关于于进进程程调调度度的的讨讨论论都都局局限限于于单单处处理理机机情情况况，在在目目前前的的实实际际操操作作系系统统中中，往往往往使使用用多多种种调调度度算算法法或或某某些些算算法法的的混混合合体体。其其中中先先到到先先服服务务算算法法和和高高优优先先级级优优先先调调度度算算法法也适用于也适用于作业调度作业调度。43第43页，共80页，编辑于2022年，星期一第五节 存储管理 存存储储管管理理既既包包括括内内存存资资源源的的管管理理，也也包包括括用

43、用于于实实现现分分级级存存储储体体系系的的外外存存资资源源的的管管理理。存存储储管管理理的的目目的的是是为为多多道道程程序序运运行行提提供供良良好好的的环环境境，方方便便用用户户使使用用存存储储器器，提提高高存存储储器器利利用用率率，从从逻逻辑辑上上扩扩充充存存储储容容量量。存储管理的优劣直接影响系统的性能。存储管理的优劣直接影响系统的性能。3.5.1 存储管理的功能.存存 储储 分分 配配.存存 储储 共共 享享.地地 址址 映映 射射.存存 储储 保保 护护.存存 储储 扩扩 充充.物理地址.逻辑地址44第44页，共80页，编辑于2022年，星期一 计计算算机机内内存存被被划划分分为为许许

44、多多单单元元，为为了了区区分分各各个个不不同同的的内内存存单单元元，把把每每个个内内存存单单元元按按顺顺序序由由零零开开始始编编号号，这这个个编编号号称称为为物物理理地地址址。每每个个内内存存单单元元有有一一个个唯唯一一的的物物理理地地址址，CPUCPU通通过过指指定定物理地址读写内存单元。物理地址读写内存单元。2.2.逻辑地址逻辑地址 在在多多道道程程序序系系统统中中，由由程程序序员员编编写写的的程程序序经经过过编编译译后后所所产产生生的的地地址址称称为为逻逻辑辑地地址址，也也叫叫相对地址或偏移地址。相对地址或偏移地址。逻逻辑辑地地址址通通常常从从0开开始始，程程序序中中的的其其他他地地址址

45、都相对于起始地址进行计算。都相对于起始地址进行计算。012:N1.1.物理地址物理地址45第45页，共80页，编辑于2022年，星期一 操操作作系系统统在在程程序序装装入入内内存存时时，根根据据当当时时内内存存的的使使用用情情况况确确定定程程序序在在内内存存中中的的存存放放位位置置，进进而而将将程程序序中中的的逻逻辑辑地地址址转转换换为为存存储储空空间间的的物物理理地地址址，这这一一转转换换过过程程称称作作地地址址映映射射或或地地址址重重定位。定位。静态重定位静态重定位-在程序装入时完成地址转换。在程序装入时完成地址转换。动动态态重重定定位位-将将程程序序装装入入内内存存后后并并不不立立即即进

46、进行行地地址址转转换换，而而是是当当程程序序要要执执行行时时才才进进行行地地址址转转换。换。3.3.地址映射地址映射46第46页，共80页，编辑于2022年，星期一 4.4.存储保护存储保护 在在多多道道程程序序系系统统中中，内内存存空空间间既既有有操操作作系系统统，又又有有许许多多用用户户进进程程。为为了了确确保保每每道道程程序序都都只只在在自自己己的的内内存存空空间间中中运运行行，操操作作系系统统必必须须对对代码和数据进行保护。代码和数据进行保护。5.5.存储扩充存储扩充 内内存存具具有有速速度度快快但但容容量量小小的的特特点点，外外存存具具有有容容量量大大但但速速度度慢慢的的特特点点。存

47、存储储扩扩充充采采用用软软件件手手段段，将将内内存存空空间间与与外外存存空空间间有有机机地地结结合合在在一一起起，形形成成一一个个容容量量相相当当于于外外存存，速速度度相相当当于于内内存的存的虚拟存储系统虚拟存储系统。47第47页，共80页，编辑于2022年，星期一3.5.2 存储器连续分配方式 程程序序在在装装入入内内存存之之前前,首首先先要要为为其其分分配配存存储储区区域域,存存储储区区域域分分配配有有多多种种方方式式。存存储储器器连连续续分分配配方方式式是是指指一一个个用用户户程程序序占占有有内内存存当当中中多多个个相相邻的区域。邻的区域。1.1.单一连续分配存储区单一连续分配存储区 这

48、这种种分分配配方方式式适适合合于于单单用用户户、单单任任务务操操作作系系统。它将内存分为系统区和用户区两部分。统。它将内存分为系统区和用户区两部分。程程序序只只能能分分配配到到一一个个连连续续的的存存储储区区域域中中，并并且且在在执执行行期期间间不不能能移移动动；多多采采用用静静态态重重定定位位方方式式，由由装装入入程程序序完完成成逻逻辑辑地地址址到到物物理理地地址址的的转转换。换。48第48页，共80页，编辑于2022年，星期一 2.2.固定分区管理固定分区管理 固固定定分分区区分分配配是是多多道道程程序序系系统统中中最最简简单单的的存存储储管管理理技技术术，它它将将用用户户内内存存空空间间

49、划划分分为为若若干干个个连连续续区区域域，每每个个区区域域位位置置固固定定，大大小小可可以以相相同同也也可可以以不不同同，每每个个分分区区中中只只装装入入一一道道程程序序。程程序序装装入入时时地地址址转转换换可可以以采采用用静静态态也可以采用动态重定位方式。也可以采用动态重定位方式。缺缺点点是是同同时时在在内内存存中中运运行行的的程程序序数数量量受受到到分分区区数数目目限限制制；小小程程序序易易造造成成内内存存资资源源严严重浪费，而大程序可能又无法装入。重浪费，而大程序可能又无法装入。49第49页，共80页，编辑于2022年，星期一 预预先先不不划划分分分分区区的的大大小小，在在装装入入作作业

50、业时时按按程程序序大大小小来来划划分分内内存存分分区区，使使分分配配的的分分区区正正好好适适应应程程序序需需求求。这这种种管管理理方方式式下下，分分区区个个数是数是可变可变的。的。作业作业A(16K)A(16K)仅有作业仅有作业A A操作系统操作系统作业作业D D作业作业C C作业作业B B作业作业A(16K)A(16K)操作系统操作系统加入作业加入作业B,C,DB,C,D作业作业D D作业作业B B操作系统操作系统取消作业取消作业ACAC用用 户户 区区3.3.可变分区管理可变分区管理50第50页，共80页，编辑于2022年，星期一 4.4.可重定位分区分配可重定位分区分配 可可重重定定位位