操作系统优秀PPT.ppt
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1、计算机科学概论第三章 操作系统第三章第三章 操作系统操作系统n3.1操作系统的历史操作系统的历史n3.2操作系统的体系结构操作系统的体系结构n3.3协调机器的活动协调机器的活动n3.4处理进程间的竞争处理进程间的竞争n3.5平安性平安性n思索与练习思索与练习计算机科学概论第三章 操作系统3.1操作系操作系统统的的历历史史操作系操作系统统的的历历史史操作系操作系统统(operation system)是限制)是限制计计算机全部算机全部操作的操作的软软件。它供件。它供应应了用了用户户可以存可以存储储和和检检索文件的索文件的方法,供方法,供应应了用了用户户可以可以恳恳求求执执行程序的接口,行程序的接
2、口,还还供供应应了程序了程序恳恳求求执执行所必需的行所必需的环环境。例如:境。例如:Windows、UNIX、Linux等。操作系等。操作系统统的的历历史:史:(1)手工操作)手工操作阶阶段段输输入入/输输出出设备设备之之间间串行工作,系串行工作,系统资统资源利用率低,源利用率低,计计算机牢靠性也低。算机牢靠性也低。(2)批)批处处理系理系统阶统阶段段具有具有较较大的吞吐量、大的吞吐量、较较高的高的资资源利用率,但缺乏交源利用率,但缺乏交互力。互力。计算机科学概论第三章 操作系统(3)多道程序系统阶段)多道程序系统阶段 资源利用率得到了更大的提高,分时系统则更是资源利用率得到了更大的提高,分时
3、系统则更是进一步提高了系统资源利用率,同时还具有刚好的交进一步提高了系统资源利用率,同时还具有刚好的交互性。互性。(4)现代操作系统)现代操作系统强大的系统资源管理功能、丰富的应用程序、种类繁强大的系统资源管理功能、丰富的应用程序、种类繁多的应用开发平台、友好的图形用户界面。多的应用开发平台、友好的图形用户界面。几个概念:几个概念:队列:是一种存储结构(对象依据先进先出的方式在队列:是一种存储结构(对象依据先进先出的方式在队列里排队)。队列里排队)。操作系操作系统统的的历历史史计算机科学概论第三章 操作系统内存管理程序,它负责调度内存的安排和运用,其中内存管理程序,它负责调度内存的安排和运用,
4、其中的页面调度,可以切换内存和存储器,以此换出看起的页面调度,可以切换内存和存储器,以此换出看起来更大的内存,这就是所谓的虚拟内存。来更大的内存,这就是所谓的虚拟内存。操作系统还包含了操作系统还包含了 调度程序调度程序 和和 分派程序,要分清这分派程序,要分清这两个过程:两个过程:调度程序是确定哪些活动是可以执行的,而分派程序调度程序是确定哪些活动是可以执行的,而分派程序是给这些活动安排时间。是给这些活动安排时间。实时处理:我的理解就是,做好高速实时处理:我的理解就是,做好高速CPU和低速外设和低速外设之间的协调。之间的协调。操作系操作系统统的的历历史史计算机科学概论第三章 操作系统批处理:就
5、是让要运行的程序批量化;批处理:就是让要运行的程序批量化;用户域程序、数据和指令机机器器域域作业队列作业队列作业执行作业执行结果结果图:批处理图:批处理操作系操作系统统的的历历史史计算机科学概论第三章 操作系统操作系操作系统统的的历历史史交互式交互式处处理:在运行理:在运行过过程中,可以接收外部人程中,可以接收外部人为为的的输输入和入和输输出中出中间结间结果。果。用户域用户域机器域程序执行程序执行程序、数据、指令和结果图:交互式处理图:交互式处理计算机科学概论第三章 操作系统思索与习题思索与习题n举出几个队列的例子。举出几个队列的例子。n下列任务中那些须要用到实时处理技术?下列任务中那些须要用
6、到实时处理技术?na.玩计算机游戏玩计算机游戏 nb.打印邮件列表打印邮件列表nc.播放播放MP3录音录音 nd.执行一个程序执行一个程序n实时处理和交互处理的区分是什么?实时处理和交互处理的区分是什么?n分时处理与多任务处理的区分是什么?分时处理与多任务处理的区分是什么?计算机科学概论第三章 操作系统3.2 操作系统的体系结构操作系统的体系结构 为为了了能能够够理理解解一一个个典典型型的的操操作作系系统统的的组组成成,我我们们先先考考虑虑一一个个典典型型的的计计算算机机系系统统中中有有那那些些软软件?软件是如何分类的?件?软件是如何分类的?3.2.13.2.1软件概述软件概述软件分为:运用软
7、件和系统软件软件分为:运用软件和系统软件1.1.运运用用软软件件:是是由由一一些些完完成成计计算算机机的的特特定定任任务务的程序组成的。的程序组成的。例例如如:电电子子制制表表软软件件、数数据据库库系系统统、桌桌面面出出版版系统、记账系统等系统、记账系统等2.2.系系统统软软件件一一类类是是操操作作系系统统本本身身,另另一一类类是是统统称为好用软件。称为好用软件。例例如如:格格式式化化磁磁盘盘、多多媒媒体体播播放放软软件件、数数据据压压缩与解压缩软件、处理网络通信的软件等缩与解压缩软件、处理网络通信的软件等3.3.应用软件与好用软件之间的差别很模糊应用软件与好用软件之间的差别很模糊计算机科学概
8、论第三章 操作系统软软件分件分类图类图软件软件应用软件应用软件系统系统好用软件好用软件操作系统操作系统外壳外壳内核内核图:软件分类图:软件分类计算机科学概论第三章 操作系统3.2.2操作系操作系统组统组件件 为为了完成了完成计计算机用算机用户恳户恳求的求的动动作,操作系作,操作系统统必需能必需能够够与与这这些用些用户进户进行通信,操作系行通信,操作系统处统处理理通信的通信的这这部分,通常称部分,通常称为为外壳。外壳。这类这类的的“外壳外壳”一般指的是吩咐一般指的是吩咐说说明程序。是借助明程序。是借助图图形用形用户户界界面来面来实现实现与用与用户户的通信的。的通信的。1.内核:指操作系内核:指操
9、作系统统内部的部分内部的部分2.书书目路径:一条目路径:一条 由由书书目内的目内的书书目所目所组组成的成的链链称称为书为书目路径目路径3.组组件:窗口管理程序、文件管理程序、件:窗口管理程序、文件管理程序、设备设备驱动驱动程序、内存管理程序、程序、内存管理程序、调调度程序和分派程度程序和分派程序序 计算机科学概论第三章 操作系统用户与操作系统内核之间的外壳用户与操作系统内核之间的外壳 内核外壳用户用户用户计算机科学概论第三章 操作系统3.2.3系系统统启启动动我我们们已已经经可以看出,操作系可以看出,操作系统统供供应应了其他了其他软软件件组组件所需的件所需的软软件基件基础设础设施,操作系施,操
10、作系统统本身的启本身的启动动是通是通过过一个称一个称为为引引导导的的过过程程实现实现的。的。一些概念:一些概念:只只读读存存储储器(器(ROM):内容可内容可读读取,但不行以取,但不行以变变更。更。引引导导:永久存:永久存储储在机器的在机器的ROM中的程序中的程序固件:存固件:存储储在在ROM的程序成的程序成为为固件固件执执行引行引导导和起先操作系和起先操作系统统的整个的整个过过程称程称为为启启动动计计算机算机交交钥钥匙系匙系统统:指全部的:指全部的软软件常件常驻驻内存,内存,轻击轻击一一个个键键就可以使系就可以使系统统起先工作的系起先工作的系统统。计算机科学概论第三章 操作系统系统启动系统启
11、动 步骤一:机器由执行已在存储器中的引导程步骤一:机器由执行已在存储器中的引导程序起先。操作系统存放在海量存储器中序起先。操作系统存放在海量存储器中 图:图:主存储器引导程序ROM易失存储区磁盘存储器操作系统计算机科学概论第三章 操作系统启动系统启动系统 步骤步骤2 2:引导程序把操作系统传送到主存储器中,并把限制权交给:引导程序把操作系统传送到主存储器中,并把限制权交给它它图:图:主存储器ROM易失存储区磁盘存储器操作系统计算机科学概论第三章 操作系统思索与思索与练习练习 1.列列举举典型操作系典型操作系统统的的组组件,并用一句件,并用一句话话概括每个概括每个组组件的作用。件的作用。2.应应
12、用用软软件与好用件与好用软软件之件之间间的区分是什么?的区分是什么?3.什么是虚什么是虚拟拟存存储储器?器?4.概述引概述引导过导过程。程。计算机科学概论第三章 操作系统3.3协调协调机器的活机器的活动动 3.3.1进程的概念进程的概念 进进程程是是操操作作系系统统结结构构的的基基础础;是是一一个个正正在在执执行行的的程程序序;计计算算机机中中正正在在运运行行的的程程序序实实例例;可可以以安安排排给给处处理理器器并并由由处处理理器器执执行行的的一一个个实实体体;由由单单一一依依次次的的执执行行显显示示,一一个个当当前前状态和一组相关的系统资源所描述的活动单元。状态和一组相关的系统资源所描述的活
13、动单元。在在典典型型的的分分时时/多多任任务务计计算算机机系系统统中中,很很多多进进程程通通常常会会竞竞争争计算机资源。而操作系统的任务就是管理这些进程。计算机资源。而操作系统的任务就是管理这些进程。进程状态:与进程联系在一起的行为的当前状态进程状态:与进程联系在一起的行为的当前状态计算机科学概论第三章 操作系统3.3协调协调机器的活机器的活动动 进程状态转换:进程状态转换:进进程程的的状状态态反反映映进进程程执执行行过过程程的的变变更更。这这些些状状态态随随着进程的执行和外界条件发生变更而转换。着进程的执行和外界条件发生变更而转换。五五个个基基本本状状态态:初初始始状状态态、就就绪绪状状态态
14、、执执行行状状态态、等待状态与终止状态之间的转换关系。等待状态与终止状态之间的转换关系。进进程程的的状状态态转转换换是是一一个个特特别别困困难难的的过过程程。从从一一个个状状态态到到另另一一个个状状态态的的转转换换除除了了要要运运用用不不同同的的限限制制过过程程,有有时时还还要要借借助助于于硬硬件件触触发发器器才才能能完完成成。例例如如,在在 UNIX UNIX 系系统统中中,从从系系统统态态到到用用户户态态的的转转换换要要借借助助硬硬件触发器完成。件触发器完成。计算机科学概论第三章 操作系统3.3协调协调机器的活机器的活动动 进程状态转换图:进程状态转换图:计算机科学概论第三章 操作系统进程
15、的描述进程的描述系系统统中中须须要要有有描描述述进进程程存存在在和和能能够够反反映映其其变变更更的物理实体,即进程的静态描述。的物理实体,即进程的静态描述。进进程程的的静静态态描描述述由由三三部部分分组组成成:进进程程限限制制块块PCB,有有关关程程序序段段和和该该程程序序段段对对其其进进行行操操作作的的数据结构集。数据结构集。进进程程限限制制块块包包含含了了有有关关进进程程的的描描述述信信息息、限限制制信信息息以以及及资资源源信信息息,是是进进程程动动态态特特征征的的集集中中反反映映。系系统统依依据据PCB感感知知进进程程的的存存在在和和通通过过PCB中中所所包包含含的的各各项项变变量量的的
16、变变更更,驾驾驭驭进进程程所所处处的的状态以达到限制进程活动的目的。状态以达到限制进程活动的目的。协调协调机器的活机器的活动动计算机科学概论第三章 操作系统(1)描述信息描述信息 进程名或进程标识号进程名或进程标识号 用户名或用户标识号用户名或用户标识号 家族关系家族关系(2)限制信息限制信息 进程当前状态进程当前状态进程在活动期间可分为初始状态、就绪状态、执行状进程在活动期间可分为初始状态、就绪状态、执行状态、等待状态和终止状态。态、等待状态和终止状态。协调协调机器的活机器的活动动计算机科学概论第三章 操作系统 进程优先级进程优先级进程优先级是选取进程占有处理机的重要依据。与进程优先级有关进
17、程优先级是选取进程占有处理机的重要依据。与进程优先级有关的的PCB表项有:表项有:a.占有占有CPU时间;时间;b.进程优先级偏移;进程优先级偏移;c.占据内存时间等占据内存时间等 程序起先地址程序起先地址 各种计时信息各种计时信息给出进程占有和利用资源的有关状况。给出进程占有和利用资源的有关状况。通信信息通信信息通信信息用来说明该进程在执行过程中与别的进程所发生的信息交通信信息用来说明该进程在执行过程中与别的进程所发生的信息交换状况。换状况。协调协调机器的活机器的活动动计算机科学概论第三章 操作系统协调协调机器的活机器的活动动进程上下文结构图进程上下文结构图进进程上下文程上下文结结构:构:计
18、算机科学概论第三章 操作系统协调协调机器的活机器的活动动UNIX System 进程进程上下文组成上下文组成进进程上下文程上下文结结构:构:UNIX System 进程上下文结构图进程上下文结构图计算机科学概论第三章 操作系统1.概述程序和进程的差别。2.概述进程管理的主要内容。3.概述在中断出现时,CPU所要完成的步骤。4.在多道程序设计系统中,如何能使高优先级的进程运行得比其他的进程快?问题问题与与练习练习1.概述程序和进程的差别。2.概述进程管理的主要内容。3.概述在中断出现时,CPU所要完成的步骤。4.在多道程序设计系统中,如何能使高优先级的进程运行得比其他的进程快?计算机科学概论第三
19、章 操作系统3.4处处理理进进程程间间的的竞竞争争 操作系统的一个重要任务就是将机器操作系统的一个重要任务就是将机器的各种资源安排给系统中的各个进程。从广的各种资源安排给系统中的各个进程。从广义上讲,资源不仅包括机器的外围设备,还义上讲,资源不仅包括机器的外围设备,还包括机器本身的特性。文件管理程序安排对包括机器本身的特性。文件管理程序安排对文件的访问以及为新建立的文件安排磁盘空文件的访问以及为新建立的文件安排磁盘空间,内存管理程序安排内存空间,调度程序间,内存管理程序安排内存空间,调度程序安排进程表的空间,分派程序安排时间片。安排进程表的空间,分派程序安排时间片。计算机科学概论第三章 操作系
20、统处处理理进进程程间间的的竞竞争争3.4.1信号量信号量 信信号号量量是是一一个个特特殊殊变变量量,除除初初始始化化外外,仅仅能能通通过过两两个个标标准准的的原原子子操操作作wait(s)和和signal(S)来来访访问问,这这两两个个操操作作始始终终被被称称为为P操操作作和和V操操作作。这个变量时整型变量,代表物理实体。这个变量时整型变量,代表物理实体。信号量分类信号量分类1.整型信号量机制整型信号量机制 2.记录型信号量机制记录型信号量机制3.AND型信号量机制型信号量机制4.信号量集机制信号量集机制计算机科学概论第三章 操作系统处处理理进进程程间间的的竞竞争争临界区临界区(Critica
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