第3章-操作系统基础知识资料优秀PPT.ppt

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1、第三章第三章 操作系统基础学问操作系统基础学问吉林高校公共计算机教学与探讨中心吉林高校公共计算机教学与探讨中心吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识概概 念念 操操作作系系统统OS(Operation OS(Operation System):System):计计算算机机系系统统中重要系统软件。中重要系统软件。功能：功能：管管理理和和限限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部分协调工作；各部分协调工作；合理组织计算机工作流程；合理组织计算机工作流程；为为用用户户运运用用计计算算机机供供应

2、应友友好好的的人人机机接接口口，便便利利用户运用计算机系统。用户运用计算机系统。OSOS硬件硬件2吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识应用程序应用程序其他系统程序其他系统程序第一节第一节 操作系统简介操作系统简介 计计算算机机系系统统层层次次结结构构可可以以分分为为四四部部分分:硬硬件、操作系统、其他系统程序和应用程序。件、操作系统、其他系统程序和应用程序。硬硬件件：全全部部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亲亲密密的的系统软件，是对硬件功

3、能的首次扩充。系统软件，是对硬件功能的首次扩充。操作系统操作系统硬件硬件计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构:裸机裸机3吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.1.1 3.1.1 操作系统发展历程操作系统发展历程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。机计算机诞生初期根本没有操作系统。机器码时代器码时代,将这个时期称为将这个时期称为“手工操作阶段手工操作阶段”。顾名思义顾名思义,当时运用计算机须要大量的人工限当时运用计算机须要大量的人工限制制,只有通晓计算机硬件的专业人员才能运只有通晓

4、计算机硬件的专业人员才能运用计算机。用计算机。手工操作阶段手工操作阶段典型的作业处典型的作业处理步骤理步骤:用户用机器语言编写程序用户用机器语言编写程序程序和数据手工记录在程序和数据手工记录在穿孔纸带上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处理作业计算机处理作业用户拿走结果用户拿走结果作业：由程序、数据及程序运行限制说明组成。作业：由程序、数据及程序运行限制说明组成。4吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识.特点特点:*用户独

5、占全机用户独占全机*CPUCPU等待人工操作等待人工操作*串行性串行性.缺点缺点:.有效机时严峻奢侈有效机时严峻奢侈.效率低效率低 为为了了解解决决人人机机冲冲突突,20,20世世纪纪5050年年头头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间设一台外围限制机，由它完成输入输出任务。设一台外围限制机，由它完成输入输出任务。5吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识读卡机读卡机打印机打印机外围限制机外围限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

6、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 1)1)单道批处理系统单道批处理系统作业作业成批进入成批进入系统，但系统，但逐个完成逐个完成在磁带上选一个在磁带上选一个作业进入内存作业进入内存2.2.批处理阶段批处理阶段计算机系统计算机系统6吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识读卡机读卡机打印机打印机I/OI/O处理机处理机通道通道磁磁 带带主机主机用用 户户作业作业结结 果果 2)假脱机技术假脱机技术计算机系统计算机系统中断请求中断请求通道通道：

7、输入输出：输入输出(I/O)(I/O)处理机处理机，与，与CPUCPU并行并行中断：执行某程序过程中，出现某突发事务时，中断：执行某程序过程中，出现某突发事务时，CPUCPU暂停现程序，转去执行事务处理程序，执行暂停现程序，转去执行事务处理程序，执行完处理程序再回到被暂停的程序接着执行。完处理程序再回到被暂停的程序接着执行。7吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3)3)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

8、业业结结果果作业作业1 1作业作业2 2：作业作业mm输入井输入井结果结果1 1结果结果2 2：结果结果k k输出井输出井内存内存+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作业预先在外存中排成作业预先在外存中排成(后备后备)队列队列，由，由作作业调度程序业调度程序从后备队列中选从后备队列中选若干个作业若干个作业装入内装入内存，存，交替运行交替运行。8吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识多道程序运行原理程序程序1 1程

9、序程序2 2程序程序3 3调度程序调度程序CPUCPU时间时间t1t1t7t7t3t3t9t9t5t5t2t2t4t4t6t6t8t8t10t10须要须要I/OI/O或时间到或时间到9吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识监督程序要解决下系列管理问题：监督程序要解决下系列管理问题：作业调度：合理调度作业，使系统中硬件资作业调度：合理调度作业，使系统中硬件资源有效利用；源有效利用；CPUCPU管理：多个作业交替运行，须要合理支管理：多个作业交替运行，须要合理支配处理机时间；配处理机时间；内存管理：为每道程序安排内存空

10、间；内存管理：为每道程序安排内存空间；I/OI/O设备管理：为程序安排输入设备管理：为程序安排输入/输出设备。输出设备。10吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识为为了了实实现现人人机机交交互互，必必需需变变更更批批处处理理系系统统中作业处理方式。中作业处理方式。3.3.操作系统的完善操作系统的完善 分分时时操操作作系系统统：将将CPUCPU时时间间分分成成若若干干个个相相等等的的时时间间片片，一一个个时时间间片片运运行行一一个个作作业业，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全

11、全部部作作业业都能得到轮番执行。都能得到轮番执行。11吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.1.2 3.1.2 常见操作系统简介常见操作系统简介 1.DOS1.DOS操作系统操作系统DOSDOS是磁盘操作系统是磁盘操作系统(Disk Operating(Disk Operating System)System)，是一种单用户、单任务的微型机操，是一种单用户、单任务的微型机操作系统。作系统。主要功能：吩咐处理、文件管理和设备管主要功能：吩咐处理、文件管理和设备管理。理。主要特点：系统开销小主要特点：系统开销小,运

12、行效率高运行效率高,但资但资源管理功能简洁，字符型用户界面源管理功能简洁，字符型用户界面,操作不太操作不太便利。便利。12吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识.2.Windows2.Windows操作系统操作系统.19851985年年11 11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、易用的面对对象图形界面直观、易用的面对对象图形界面 .用户界面统一用户界面统一.与设备无关性：支持即

13、插即用与设备无关性：支持即插即用 .多任务：同时运行多个程序多任务：同时运行多个程序.先进的内存管理：支持大内存，虚拟内存等先进的内存管理：支持大内存，虚拟内存等13吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识各种系统管理工具：各种系统管理工具：资源管理器：从我的电脑右击菜单中选择资源管理资源管理器：从我的电脑右击菜单中选择资源管理器，对磁盘和文件等对象进行管理。器，对磁盘和文件等对象进行管理。打印管理器：单击起先菜单打印管理器：单击起先菜单设置设置打印机。打印机。系统工具：单击起先菜单系统工具：单击起先菜单程序程序附件

14、附件系统工具，系统工具，磁盘备份、磁盘清理或磁盘碎片整理。磁盘备份、磁盘清理或磁盘碎片整理。内置的网络通信功能内置的网络通信功能 ：支持多种网络传输协议：支持多种网络传输协议 。从网上邻居右击菜单中选择属性，从对象右击菜单从网上邻居右击菜单中选择属性，从对象右击菜单中选择属性，可设置和安装协议。中选择属性，可设置和安装协议。精彩的多媒体功能：对音频、视频可编辑和播放。精彩的多媒体功能：对音频、视频可编辑和播放。单击起先菜单单击起先菜单程序程序Windows Media Player Windows Media Player。14吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中

15、心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识.3.UNIX3.UNIX操作系统家族操作系统家族通用、交互式分时网络操作系统。通用、交互式分时网络操作系统。两大流派两大流派：BSD UNIXBSD UNIX和和AT&TAT&T公司。公司。平平台台：在在大大中中小小计计算算机机上上运运行行较较多多，也有也有微型机微型机的的UNIXUNIX。15吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识.4.Linux4.Linux操作系统操作系统.LinuxLinux是芬兰籍科学家是芬兰籍科学家Linus TorvaldsLinu

16、s Torvalds于于19911991年编写的一种操作系统，具有年编写的一种操作系统，具有UNIXUNIX的全部功能。的全部功能。.优点：源代码开放优点：源代码开放,免费；系统稳定牢免费；系统稳定牢靠；速度快，效率高；功能完善；具有网靠；速度快，效率高；功能完善；具有网络支持优势等。络支持优势等。16吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.1.3 3.1.3 操作系统分类操作系统分类 .1.1.批处理系统批处理系统(Batch Processing)(Batch Processing).主要特征：多道性、成批性

17、。主要特征：多道性、成批性。.多道性：内存同时驻留多道程序，并发执行。多道性：内存同时驻留多道程序，并发执行。.成批性：作业成批进入系统，成批处理。成批性：作业成批进入系统，成批处理。.作业完成依次与进入内存依次没有紧密联系。作业完成依次与进入内存依次没有紧密联系。.缺点：缺乏人机交互性。缺点：缺乏人机交互性。.基本类型基本类型：批处理、分时和实时系统。：批处理、分时和实时系统。17吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识 特征：多路性、交互性、独占性和刚好性。特征：多路性、交互性、独占性和刚好性。分时操作系统分时操

18、作系统硬件层硬件层.终端终端1 1终端终端2 2终端终端n nCPUCPU时间时间分成时间片分成时间片处理终端恳求处理终端恳求 连接多个终端连接多个终端每个终端独立运用自己的时间片每个终端独立运用自己的时间片2.2.分时操作系统分时操作系统 CPUCPU时间时间18吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识 特征：特征：实实时时性性：实实时时响响应应外外部部事事务务恳恳求求，在在规规定定时时间间内内完成事务的处理任务。完成事务的处理任务。牢牢靠靠性性：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峻峻

19、后果，更留意硬件稳定性和牢靠性。后果，更留意硬件稳定性和牢靠性。3.3.实时系统实时系统 分类：分类：实时限制：机器人、工业和宇航限制等。实时限制：机器人、工业和宇航限制等。实实时时信信息息处处理理：信信息息采采集集、信信息息检检索索和和航航空空订订票票系系统等。统等。19吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识基于计算机网络。除具备一般操作系统基于计算机网络。除具备一般操作系统功能外，还具有网络管理模块、通信、平安功能外，还具有网络管理模块、通信、平安和资源共享等模块。和资源共享等模块。打印机主机主机1 1NOSN

20、OS主机主机2 2NOSNOS主机主机3 3DOSDOS4.4.网络操作系统网络操作系统 20吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识在在计计算算机机网网络络基基础础上上，解解决决地地域域分分布布很很广广的的计算机之间资源共享、并行处理等问题。计算机之间资源共享、并行处理等问题。特征：统一性、共享性、牢靠性和透亮性。特征：统一性、共享性、牢靠性和透亮性。Win主机3Win主机2Win主机1统一性作业可迁移至其他主作业可迁移至其他主机上处理机上处理,实现处理机资实现处理机资源源共享共享 系统中多台主机处于系统中多台主机

21、处于同等地位同等地位,没有主从关系没有主从关系;没没有地理位置上的差异。有地理位置上的差异。牢靠性牢靠性透亮性透亮性5.5.分布式操作系统分布式操作系统21吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识设计目标设计目标：易用性、响应性。：易用性、响应性。特征特征：单用户、虚拟内存和多任务处理。：单用户、虚拟内存和多任务处理。6.6.个人计算机操作系统个人计算机操作系统7.7.嵌入式操作系统嵌入式操作系统 支持嵌入式计算机，由一个小内核及一些必支持嵌入式计算机，由一个小内核及一些必要模块组成，能运行在各种硬件平台上，供应基要

22、模块组成，能运行在各种硬件平台上，供应基本程序运行环境和接口。本程序运行环境和接口。特征：实时性、多任务、对硬件依靠性、软件特征：实时性、多任务、对硬件依靠性、软件固化和专用性等。固化和专用性等。22吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识具具有有公公共共内内存存和和时时钟钟，多多个个CPUCPU，共共享享计计算算机机总总线线和和外外部部设设备备。也也称称为为并并行行操操作作系系统统或或紧紧耦耦合系统。合系统。对称多处理系统对称多处理系统：CPUCPU之间没有主从关系。之间没有主从关系。CPUCPU公共内公共内 存存

23、CPUCPUCPUCPU8.8.多处理机操作系统多处理机操作系统 23吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识其次节其次节 操作系统的作用及特征操作系统的作用及特征 3.2.1 3.2.1 操作系统的作用操作系统的作用 1.1.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2.2.为用户为用户(应用程序应用程序)供应良好的界面供应良好的界面吩咐接口：通过吩咐完成相关任务。吩咐接口：通过吩咐完成相关任务。程序接口：通过系统调用（如）获得程序接口：通过系统调用（如）获得

24、操作系统服务。操作系统服务。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24吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.2.2 3.2.2 操作系统功能操作系统功能 .5.5.文件管理文件管理.管管理理软软件件资资源源，包包括括文文件件存存储储空空间间管管理理、书目管理、文件存取限制、文件共享与爱护。书目管理、文件存取限制、文件共享与爱护。.4.4.设备管理设备管理.安排、限制和管理外部设备安排、限制和管理外部设备(打印机、显示器打印机、显示器等等)，用户不必过多了解接口而便利地运用外部，用户不必过多了解接口

25、而便利地运用外部设备。设备。.主要功能有缓冲区管理、设备安排和设备限主要功能有缓冲区管理、设备安排和设备限制。制。.3.3.存储管理存储管理.管理内存资源管理内存资源,便利程序运用存储器，提高内存便利程序运用存储器，提高内存利用率。利用率。.主要包括存储安排、存储爱护、虚拟内存和地主要包括存储安排、存储爱护、虚拟内存和地址映射。址映射。.2.2.进程管理进程管理 .程序只有获得程序只有获得CPUCPU才能运行，进程管理主要才能运行，进程管理主要安排和管理处理机（安排和管理处理机（CPUCPU）。）。.以进程为基本单位安排和运用处理机，处理机以进程为基本单位安排和运用处理机，处理机管理归结为进程

26、管理。管理归结为进程管理。.进程管理主要功能：进程限制、进程调度、进进程管理主要功能：进程限制、进程调度、进程同步及进程通信。程同步及进程通信。.1.1.作业管理作业管理.合理组织工作流程，对作业进行限制和管理。合理组织工作流程，对作业进行限制和管理。.主要包括作业输入、作业调度和作业限制。主要包括作业输入、作业调度和作业限制。25吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.2.3 3.2.3 操作系统的特征操作系统的特征 在在一一段段时时间间内内多多个个程程序序同同时时运运行行，宏观上同时宏观上同时，微观上串行微观

27、上串行。共享性共享性程序并发性程序并发性虚拟性虚拟性异步性异步性 多个程序或作业多个程序或作业共享系统资源共享系统资源。一一个个物物理理实实体体变变成成逻逻辑辑上上多多个个对对应应物物，或或将将多多个个物物理理实实体体变变成成逻逻辑辑上上一个一个对应物。对应物。先先进进入入内内存存的的作作业业可可能能后后完完成成，而而后后进进入内存的作业可能入内存的作业可能先完成先完成 。程序并行性程序并行性 在在同同一一时时刻刻运运行行多多个个程程序序，从从微微观和宏观上都是观和宏观上都是同时同时。26吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作

28、系统基础知识第三节第三节 作业管理作业管理 3.3.1 .1 基本概念基本概念 作业：要求计算机系统完成的任务集合。操作业：要求计算机系统完成的任务集合。操作系统以作业为单位管理用户任务。作系统以作业为单位管理用户任务。作业组成：程序、数据和作业说明书。作业作业组成：程序、数据和作业说明书。作业说明书是描述批作业处理过程中限制意图的一种说明书是描述批作业处理过程中限制意图的一种特殊程序。特殊程序。作业步：处理一个作业通常经过若干个相对作业步：处理一个作业通常经过若干个相对独立又相互关联的加工步骤独立又相互关联的加工步骤,一个相对独立的处一个相对独立的处理步骤称为一个作业步理步骤称为一个作业步(

29、Job Step)(Job Step)。27吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识 按作业提交和处理方式按作业提交和处理方式,作业分为两大类：作业分为两大类：批处理批处理作业和作业和交互式交互式作业。作业。1.1.批处理作业批处理作业多多个个作作业业由由输输入入设设备备依依次次输输入入到到辅辅存存中中，形成作业流。形成作业流。2.2.交互式作业交互式作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。在在分分时时系系统统中中，将将用用户户的的一一次次登登录录作作为为一一个个作作业业，一一次次登录可以完成多项任

30、务。登录可以完成多项任务。28吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.3.2 .2 作业管理作业管理 主要任务：作业限制和作业调度。主要任务：作业限制和作业调度。1.1.作业限制作业限制 功能：限制作业输入、运行和输出。功能：限制作业输入、运行和输出。作业限制块：操作系统为每个进入系统的作业限制块：操作系统为每个进入系统的作业建立一个作业限制块作业建立一个作业限制块(JCB)(JCB)，记录系统对，记录系统对作业管理所须要的信息。作业管理所须要的信息。作业存在作业存在的标记。的标记。作业标识作业标识用户名称用户名

31、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 :JB001JB001提交提交USER08USER0829吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识作业的作业的4 4个状态个状态：提交、后备、运行和完成。：提交、后备、运行和完成。spoolingspooling输入输入spoolingspooling输出输出输出机输出机输入机输入机作作业业结结果果作业作业1 1作业作业2 2：作业作业mm输入井输入井结果结果1 1结果结果2 2：结果结果k k输出井输出井进程进程1 1进程进程2 2：进程进程NN主

32、机主机提交提交从作业交给机房到完全进入输入井从作业交给机房到完全进入输入井后备后备从作业完全进入输入井到进入内存之前从作业完全进入输入井到进入内存之前运行运行调度到内存，创建第一个进程，调度到内存，创建第一个进程，直到完成，直到完成完成完成从作业进入输出井到退出系统从作业进入输出井到退出系统作业状态作业状态1 1作业状态作业状态2 230吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识.2.2.作业调度作业调度.依据作业限制块信息，按确定策略选取依据作业限制块信息，按确定策略选取若干作业进入内存，以便获得处理机。常见若干作业

33、进入内存，以便获得处理机。常见作业调度算法有：作业调度算法有：.先来先服务先来先服务.依据进入系统后备队列先后次序选择作依据进入系统后备队列先后次序选择作业。算法简洁实现，但效率低。业。算法简洁实现，但效率低。.最短作业优先最短作业优先.选择计算时间最短的作业投入运行。使选择计算时间最短的作业投入运行。使平均作业周转时间短，且易于实现，但效率平均作业周转时间短，且易于实现，但效率不高。不高。31吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识第四节第四节 进程管理进程管理 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

34、时进进入入系系统统，一个程序的活动规律一个程序的活动规律 ：推动推动(执行执行)，暂停，推动，暂停，推动(执行执行)，暂停，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）推动时：复原现场推动时：复原现场 暂停缘由：暂停缘由：1 1 自身缘由自身缘由等待资源，启动等待资源，启动I/O I/O 2 2 剥夺剥夺CPUCPU给其他程序运行机会给其他程序运行机会32吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.3.1 .1 进程定义进程定义1.1.进程定义进程定义具有确定独立功能的程序段关于一个数具有确定

35、独立功能的程序段关于一个数据集合的一次运行活动，是系统资源安排和据集合的一次运行活动，是系统资源安排和CPUCPU调度的基本单位。调度的基本单位。进程强调两个方面：进程强调两个方面：l动态性动态性：l并发性并发性：执行执行中的程序，体现中的程序，体现运行性运行性可与其他可与其他进程并发进程并发执行。执行。33吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识2.2.进程组成进程组成1.1.程序块程序块2.2.数据块数据块3.3.进程限制块进程限制块PCB PCB 由指令代码组成，代码必需是纯代码由指令代码组成，代码必需是纯代码

36、,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及开进程执行时所需数据和工作单元及开拓的工作区。拓的工作区。标记进程存在的数标记进程存在的数据结构据结构,保存进程所需保存进程所需的信息。的信息。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地址进程地址 :PCB001PCB001就绪就绪USER08USER08 PCB PCB随进程的随进程的创建创建而而生成生成，随，随进程的进程的消亡消亡而而收回收回。34吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识 程

37、程序序、数数据据和和进进程程限限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存中中用用户户空空间间，进进程程限限制制块块位位于于系统空间。系统空间。PCBPCB数据数据代码代码系统空间系统空间用户空间用户空间35吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.3.进程的基本特征进程的基本特征动态性：动态地产生、消亡，生存期内动态变更；动态性：动态地产生、消亡，生存期内动态变更；动态性是进程的基本特征。动态性是进程的基本特征。并发性：可并发执行。并发性：可并发执行。独立性：在系统中能独立运行、安排资

38、源和接受独立性：在系统中能独立运行、安排资源和接受调度。进程是系统资源安排的基本单位。调度。进程是系统资源安排的基本单位。异步性：每个进程以各自独立，不行预知的速度异步性：每个进程以各自独立，不行预知的速度向前推动。向前推动。结构性：每个进程由程序块、数据块和进程限制结构性：每个进程由程序块、数据块和进程限制块部分组成。块部分组成。36吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识分为系统进程和用户进程两类。分为系统进程和用户进程两类。系统进程：运行操作系统程序系统进程：运行操作系统程序,完成系统功能完成系统功能,包包括特

39、权指令在内的全部机器指令括特权指令在内的全部机器指令,优先级高于用优先级高于用户进程。户进程。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。4.4.进程类型进程类型注注：从：从Windows Windows 的的任务管理器任务管理器 中可以查看中可以查看到各类进程。到各类进程。37吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识5.5.进程与程序的关系及区分进程与程序的关系及区分 程序是静态的，进程是动态的。程序是静态的，进程是动态的。程序是指令及所需数据集合程序是指令及所需数据集合,

40、可以长期可以长期保存在存储介质上；进程具有创建性、保存在存储介质上；进程具有创建性、运行性和消亡性。运行性和消亡性。程序与进程是一对多关系。程序与进程是一对多关系。38吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识.作业与进程的关系作业与进程的关系 l作业作业是任务是任务实体实体，进程进程是完成任务的是完成任务的执行实体执行实体;l作作业业进进入入内内存存后后变变为为进进程程，通通常常一一个个作作业业对对应应多多个个进进程程；在在某某时时刻刻，一一个个运运行行的的作作业业可可能能有有多多个个进进程程处处于于活动状态活动状态

41、（就绪、运行或等待）。（就绪、运行或等待）。l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，没没有有进进程程，就就不能完成作业任务。不能完成作业任务。典型作业典型作业输入进程输入进程计算进程计算进程完成完成（消亡）（消亡）活动活动待创建待创建39吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.3.2 .2 进程的状态和转换进程的状态和转换 CPUCPU是执行进程的必要资源，而资源有限。是执行进程的必要资源，而资源有限。操操作作系系统统不不会会让让一一个个进进程程始始终终占占用用CPUCPU。因因此此一一个个

42、进进程程不不会会始始终终处处于于运运行行状状态态，进进程程可可能能有有多种状态。多种状态。进程的三种基本状态为：进程的三种基本状态为：40吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识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运行态运行态(run):(run):获得获得CPU，正在运行进程中指令。，正在运行进程中指令。就就绪绪态态(ready):(ready):进进程程本本身身具具备备运运行行条条件件,等等待待获获得得CPU资源资源 等待态(wait):进程本身不具

43、备运行条件，正等待某一事务发生或释放某资源。消亡完成完成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地址进程地址 :PCB001PCB001就绪就绪USER08USER08运运 行行恢复现场恢复现场保存现场保存现场等等 待待占用占用41吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.3.3 进程调度进程调度 在在多多道道程程序序环环境境下下，进进程程数数往往往往多多于于处理机数，致使它们争用处理机。处理机数，致使它们争用处理机。系系统统按按某某种种算算法法，动动态态地地把把处处理理

44、机机安安排给就绪队列中的一个进程。排给就绪队列中的一个进程。安安排排处处理理机机的的任任务务由由进进程程调调度度程程序序完完成，所以进程调度也称为处理机调度。成，所以进程调度也称为处理机调度。42吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识常用进程调度算法常用进程调度算法1.1.先到先服务先到先服务(FCFS)(FCFS)按进程到达先后依次安排处理机。进程按进程到达先后依次安排处理机。进程执行过程中操作系统不会强行抢占处理机。执行过程中操作系统不会强行抢占处理机。特点：比较有利于计算时间长的进程，特点：比较有利于计算时间

45、长的进程，而不利于频繁输入而不利于频繁输入/输出的进程。输出的进程。进进程程处理时处理时间间P127P230P335P1P2 P3027 5792等待时间等待时间:P10P227P357到到达达依依次次执行依次执行依次FCFSFCFS43吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识2.2.高优先级优先高优先级优先 在就绪队列中在就绪队列中选取优先级最高选取优先级最高的进程运行。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：在进程创建时确定，进程运行静态优

46、先级：在进程创建时确定，进程运行期间保持固定不变。期间保持固定不变。动态优先级：在进程的生命期内，随着进程动态优先级：在进程的生命期内，随着进程的运行状况而不断动态变更。的运行状况而不断动态变更。44吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识 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，全全部部就就绪绪进进程程按按先先来来先先服服务务原原则则安安排排处处理理机机，一一次次运运用一个时间片。用一个时间片。当当时时间间片片用用完完时时，假假如如该该进进程程既既未未结结束束也也未未因因某某种种缘缘由由而

47、而等等待待，则则剥剥夺夺其其处处理理机机，将将它它送送到到就绪队列末尾，等待下一次调度。就绪队列末尾，等待下一次调度。3.3.时间片轮转法时间片轮转法 以以上上进进程程调调度度的的探探讨讨都都是是局局限限于于单单处处理理机机状状况况，在在实实际际操操作作系系统统中中，往往往往运运用用多多种种调调度度算算法或某些算法的混合体。法或某些算法的混合体。45吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识第五节第五节 存储管理存储管理 功功能能包包括括存存储储安安排排、存存储储爱爱护护、虚虚拟拟存存储储器管理和地址映射。器管理和地址

48、映射。目目的的：为为多多道道程程序序供供应应运运行行环环境境，提提高高存存储器利用率，从逻辑上扩充存储容量。储器利用率，从逻辑上扩充存储容量。3.5.1 基本概念基本概念 l系统区系统区：存放存放操作系统操作系统核心核心程序程序和一些和一些标准子标准子程序程序以及以及例行程序例行程序 l用户区用户区：存放存放用户程序用户程序和和数据数据l存储管理存储管理：指指内存储器内存储器管理，主要对管理，主要对用户区用户区进进行管理行管理 。46吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识1)1)物理地址：内存被分为很多单元（存一物

49、理地址：内存被分为很多单元（存一个字节），将每个单元从个字节），将每个单元从0 0编号，内存单元依次编号，内存单元依次号称为物理地址。号称为物理地址。每个单元物理地址惟一，通过物理每个单元物理地址惟一，通过物理地址读写内存。地址读写内存。32 32根地址总线，内存物理地址根地址总线，内存物理地址为为3232位，可寻址位，可寻址0232-10232-1，4GB 4GB。）逻辑地址：由程序员编写的程序经过编）逻辑地址：由程序员编写的程序经过编译后所产生的地址称为逻辑地址，也叫相对地译后所产生的地址称为逻辑地址，也叫相对地址或偏移地址。址或偏移地址。每个程序中逻辑地址都从每个程序中逻辑地址都从0 0

50、起先，程序中其起先，程序中其他地址都相对起始地址进行计算。他地址都相对起始地址进行计算。012:N程程序序2 2012:K程程序序1 1012:M47吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识 操操作作系系统统在在程程序序装装入入内内存存时时，将将程程序序中中指指令令和和数数据据的的逻逻辑辑地地址址转转换换为为物物理理地地址址，其其转转换换过程称作地址映射或地址重定位。过程称作地址映射或地址重定位。静静态态重重定定位位：在在程程序序装装入入内内存存时时完完成成地地址址转转换换，在执行程序时，地址不再变更在执行程序时，地