计算机科学概论 第4章 操作系统.ppt

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1、第第4 4章章 操作系统操作系统计算机科学概论了解操作系统的基本概念，说明操作系统的功能作用；了解操作系统的基本概念，说明操作系统的功能作用；能够描述操作系统的组成要素，了解操作系统的分类；能够描述操作系统的组成要素，了解操作系统的分类；理解进程的概念，理解死锁的概念、产生条件；理解进程的概念，理解死锁的概念、产生条件；理解存储管理的内涵，理解虚拟存储的概念；理解存储管理的内涵，理解虚拟存储的概念；理解文件系统的作用，理解虚拟文件系统；理解文件系统的作用，理解虚拟文件系统；理解设备管理概念和缓冲技术；理解设备管理概念和缓冲技术；了解典型的操作系统了解典型的操作系统 教 学 目目 的的1操作系统

2、操作系统概述概述 2操作系统操作系统的运行的运行3典型操作典型操作系统系统教教 学学 内内 容容学学 习习 重重 点点操作系统的作用操作系统的作用操作系统的发展操作系统的发展操作系统的特征与功能操作系统的特征与功能多道程序设计的概念多道程序设计的概念操作系统的模型操作系统的模型第一节第一节 操作系统概述操作系统概述 主要内容：主要内容：操作系统的概念操作系统的概念操作系统的功能作用操作系统的功能作用操作系统的组成操作系统的组成操作系统的发展与分类操作系统的发展与分类1 操作系统概述操作系统概述1 操作系统概述操作系统概述前前面面章章节节我我们们了了解解到到，计计算算机机的的核核心心思思想想是是

3、程程序序存存储储，程程序序存存储储式式计计算算机机模模型型的的基基本本方方案案是是，如如要要使使计计算算机机能能够够自自动动地地计计算算，必必须须有有一一个个存存储储器器用用来来存存储储程程序序和和数数据据；同同时时要要有有一一个个运运算算器器，用用以以执执行行指指定定的的操操作作；有有一一个个控控制制器器，以以便便实实现现自自动动操操作作；另另外外，辅辅以以输输入入/输输出出部部件件，以以便便输输入入原原始始数数据据和和输输出出计计算算结结果果。于于是是形形成成了了现现代代计计算算机机的的基基本组成形式。本组成形式。一台完全无软件的计算机系统称为裸机，即便其性能再强，相对于用一台完全无软件的

4、计算机系统称为裸机，即便其性能再强，相对于用户来讲，如果要面对计算机的指令集、存储组织、户来讲，如果要面对计算机的指令集、存储组织、I/O总线结构的编总线结构的编程则是十分困难的。对于一般程序员也并不想涉足硬件编程的种种具程则是十分困难的。对于一般程序员也并不想涉足硬件编程的种种具体细节，而希望针对数据结构抽象地使用硬件。如果我们在裸机上覆体细节，而希望针对数据结构抽象地使用硬件。如果我们在裸机上覆盖一层盖一层I/O设备管理软件，用户便可以利用这层设备管理软件，用户便可以利用这层I/O设备管理软件提供设备管理软件提供给用户的接口来进行数据的输入和输出，那么用户此时看到的计算机给用户的接口来进行

5、数据的输入和输出，那么用户此时看到的计算机是一台功能强大、使用方便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫是一台功能强大、使用方便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没有变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称没有变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称软件虚拟机软件虚拟机。操作系统的基本概念操作系统的基本概念操操作作系系统统（Operating System，简简称称OS）是是管管理理计计算算机机系系统统资资源源、控控制制程程序序执执行行，改改善善人人机机界界面面，提提供供各各种种服服务务，合合理理组组织织计计算算机机工工作作流程流程和为用户使用计算机和为用户使用计算机提供良好运行环境提供良

6、好运行环境的一类系统软件。的一类系统软件。操操作作系系统统是是一一个个大大型型的的程程序序系系统统，它它负负责责计计算算机机的的全全部部软软、硬硬件件资资源源的的分分配配、调调度度工工作作，控控制制协协调调多多个个任任务务的的活活动动，实实现现信信息息的的存存取取保保护护，并并提提供供用用户户接接口口，使使用用户户获获得得良良好好的的工工作作环环境境。操操作作系系统统使使整整个个计计算算机系统实现了高效率和高度自动化机系统实现了高效率和高度自动化1 操作系统概述操作系统概述操作系统的基本概念操作系统的基本概念从从作作为为机机器器功功能能扩扩充充的的观观点点看看，操操作作系系统统是是为为用用户户

7、提提供供基基本本的的方方便便的的接口，这是一种自顶向下的观点或是自内向外的观点。接口，这是一种自顶向下的观点或是自内向外的观点。从从用用户户向向机机器器的的观观点点或或自自底底向向上上的的观观点点来来看看，操操作作系系统统则则用用来来管管理理一一个个复复杂杂计计算算机机系系统统的的各各个个部部分分。现现代代计计算算机机包包含含处处理理器器、存存储储器器、时时钟钟、磁磁盘盘、终终端端、网网络络接接口口、打打印印机机以以及及许许多多其其他他设设备备。从从这这个个角角度度来来看看，操操作作系系统统的的任任务务是是在在相相互互竞竞争争的的程程序序之之间间有有序序地地控控制制对对处处理理器器、存储器以及

8、其他存储器以及其他I/O接口设备的分配。接口设备的分配。1 操作系统概述操作系统概述操作系统的功能作用操作系统的功能作用1 1存储器管理的功能存储器管理的功能2 2处理器管理的功能处理器管理的功能3 3设备管理的功能设备管理的功能4 4文件管理的功能文件管理的功能5.5.用户接口用户接口6.6.网络与通信管理网络与通信管理1 操作系统概述操作系统概述 1.1.存储器管理功能存储器管理功能存储器管理主要涉及：存储器管理主要涉及：内存分配内存分配 内存分配的主要任务是为每道程序分配内存空间，但要以存储器内存分配的主要任务是为每道程序分配内存空间，但要以存储器利用率最高、减少不可用的内存空间为准则，

9、同时允许正在运行的程利用率最高、减少不可用的内存空间为准则，同时允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要。序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要。内存保护内存保护 内存保护的主要任务是确保每道用户程序在自己的内存空间中运内存保护的主要任务是确保每道用户程序在自己的内存空间中运行，互不干扰，也就是说绝不允许用户程序访问操作系统和其他用户行，互不干扰，也就是说绝不允许用户程序访问操作系统和其他用户的程序和数据。的程序和数据。地址映射地址映射 一一个个应应用用程程序序经经编编译译后后，通通常常会会形形成成若若干干个个目目标标程程序序，这这些些目目标标程序再经

10、过链接而形成可执行程序。程序再经过链接而形成可执行程序。内存扩充内存扩充 由由于于物物理理内内存存的的容容量量有有限限，难难以以满满足足用用户户的的需需要要，存存储储器器管管理理的的任任务务就就是是在在不不增增加加物物理理内内存存的的条条件件下下，借借助助于于虚虚拟拟内内存存技技术术从从逻逻辑辑上上去扩充内存容量，使用户所感觉到的内存容量比实际内存容量大得多。去扩充内存容量，使用户所感觉到的内存容量比实际内存容量大得多。1 操作系统概述操作系统概述2.2.处理器管理功能处理器管理功能 处理器管理处理器管理的主要任务是对处理机进行分配，并对其运的主要任务是对处理机进行分配，并对其运行进行有效的控

11、制和管理。在多道程序环境下，处理机的分行进行有效的控制和管理。在多道程序环境下，处理机的分配和运行都是以进程为单位，所以对处理器的管理可理解为配和运行都是以进程为单位，所以对处理器的管理可理解为对对进程的管理进程的管理。进程管理主要包括：进程管理主要包括：进程控制进程控制 进程同步进程同步 进程通信进程通信 调度调度1 操作系统概述操作系统概述 3.3.设备管理功能设备管理功能设备管理主要涉及：设备管理主要涉及：缓冲管理缓冲管理 为达到缓解为达到缓解CPU和和I/O设备速度不匹配的矛盾，达到提高设备速度不匹配的矛盾，达到提高CPU和和I/O设备利用率，提高系统吞吐量的目的，许多操作系统通过设置

12、缓冲区的设备利用率，提高系统吞吐量的目的，许多操作系统通过设置缓冲区的办法来实现。办法来实现。设备分配设备分配 设备分配的基本任务是根据用户的设备分配的基本任务是根据用户的I/O请求，为他们分配所需的设备。请求，为他们分配所需的设备。如果在如果在I/O设备和设备和CPU之间还存在设备控制器和通道，则还需为分配出去之间还存在设备控制器和通道，则还需为分配出去的设备分配相应的控制器和通道。的设备分配相应的控制器和通道。设备处理设备处理 设备处理程序又称设备驱动程序。其基本任务是实现设备处理程序又称设备驱动程序。其基本任务是实现CPU和设备控制和设备控制器之间的通信。器之间的通信。设备独立性和虚拟设

13、备设备独立性和虚拟设备 用户向系统申请和使用的设备与实际操作的设备无关用户向系统申请和使用的设备与实际操作的设备无关。1 操作系统概述操作系统概述4.4.文件管理功能文件管理功能文件管理主要涉及：文件管理主要涉及：文件存储空间的管理文件存储空间的管理目录管理目录管理文件的操作文件的操作1 操作系统概述操作系统概述5.用户接口用户接口 为了使用户能灵活、方便地使用计算机和系统功能，操为了使用户能灵活、方便地使用计算机和系统功能，操作系统还提供了一组友好的使用其功能的手段称用户接口，作系统还提供了一组友好的使用其功能的手段称用户接口，它包括两大类：它包括两大类：程序接口程序接口和和操作接口操作接口

14、。用户通过这些接口能。用户通过这些接口能方便地调用操作系统功能，有效地组织作业及其工作和处理方便地调用操作系统功能，有效地组织作业及其工作和处理流程，并使整个系统能高效地运行。流程，并使整个系统能高效地运行。1 操作系统概述操作系统概述用户接口用户接口（操作接口、程序接口）（操作接口、程序接口）对对象操纵和管理的软件集合对对象操纵和管理的软件集合（处理机管理软件、存储器管理软件、设备管理软件、（处理机管理软件、存储器管理软件、设备管理软件、文件管理软件）文件管理软件）操作系统对象操作系统对象（处理机、存储器、设备、文件）（处理机、存储器、设备、文件）操作系统的逻辑结构操作系统的逻辑结构1 操作

15、系统概述操作系统概述6.网络与通信管理功能网络与通信管理功能 计算机网络计算机网络源于计算机与通信技术的结合，从单机与终源于计算机与通信技术的结合，从单机与终端之间的远程通信，到全世界成千上万台计算机联网工作，端之间的远程通信，到全世界成千上万台计算机联网工作，计算机网络的应用已十分广泛。联网操作系统至少具有以下计算机网络的应用已十分广泛。联网操作系统至少具有以下管理功能：网上资源管理功能；数据通信管理功能；管理功能：网上资源管理功能；数据通信管理功能；网络管理功能包括：网络管理功能包括：故障管理故障管理 安全管理安全管理 性能管理性能管理 记帐管理记帐管理 配置管理配置管理1 操作系统概述操

16、作系统概述操作系统的组成操作系统的组成通常把组成操作系统程序的基本单位称作通常把组成操作系统程序的基本单位称作操作系统的构件操作系统的构件。1 1内核内核 现代操作系统中大都采用了进程的概念，为了解决系统的并发性、现代操作系统中大都采用了进程的概念，为了解决系统的并发性、共享性和随机性，并使进程能协调地工作，系统必须有一个软件对硬共享性和随机性，并使进程能协调地工作，系统必须有一个软件对硬件处理器及有关资源进行管理，以便给进程的执行提供良好运行环境，件处理器及有关资源进行管理，以便给进程的执行提供良好运行环境，这个部分就是操作系统的这个部分就是操作系统的内核内核。2 2进程进程 进程进程是描述

17、静态程序动态执行过程的单位。程序的一次执行创建是描述静态程序动态执行过程的单位。程序的一次执行创建一个进程，程序运行完毕，进程结束。进程是进行并发程序设计的一一个进程，程序运行完毕，进程结束。进程是进行并发程序设计的一个重要手段，进程能确切、动态地刻画计算机系统内部的并发性，更个重要手段，进程能确切、动态地刻画计算机系统内部的并发性，更好地解决包括处理器和内存等系统资源的共享性。好地解决包括处理器和内存等系统资源的共享性。3 3线程线程 线程是进程中一条执行路径，每个进程中允许有多个并行执行的线程是进程中一条执行路径，每个进程中允许有多个并行执行的路径，线程才是系统进行调度的独立单位。可以把线

18、程也看作是一种路径，线程才是系统进行调度的独立单位。可以把线程也看作是一种构件，它是组成进程构件的更小的构件单位。构件，它是组成进程构件的更小的构件单位。1 操作系统概述操作系统概述操作系统的发展操作系统的发展1.1.无操作系统的计算机无操作系统的计算机2.2.单道批处理系统与多道批处理系统及执行系统单道批处理系统与多道批处理系统及执行系统3.3.分时系统分时系统4.4.实时系统实时系统 5.5.网络操作系统与分布式操作系统网络操作系统与分布式操作系统 1 操作系统概述操作系统概述1.无操作系统计算机（人工操作计算机）：无操作系统计算机（人工操作计算机）：两个缺点：两个缺点：（1）用户独占全部

19、计算机系统资源。）用户独占全部计算机系统资源。（2）CPU等等待待人人工工操操作作。用用户户进进行行装装带带（卡卡）、卸卸带带（卡）等人工操作时，（卡）等人工操作时，CPU这个系统最重要的资源空闲。这个系统最重要的资源空闲。手工操作计算机示意图手工操作计算机示意图1 操作系统概述操作系统概述2.批处理系统批处理系统所所谓谓批批处处理理系系统统是是指指加加载载在在计计算算机机上上的的一一个个系系统统软软件件，在在它它的的控制下，计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的作业。控制下，计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的作业。批处理系统计算机首先出现的是批处理系统计算机首先出现的是联机批处理

20、系统联机批处理系统。脱机批处理系统脱机批处理系统控制作业的输入控制作业的输入/输出过程是：利用一台或几台输出过程是：利用一台或几台微机或主机的卫星机，让它们从输入机上读取用户程序，并输微机或主机的卫星机，让它们从输入机上读取用户程序，并输出到磁带上；主机空闲时从输入磁带机上取作业运行，并把结出到磁带上；主机空闲时从输入磁带机上取作业运行，并把结果输出到高速输出磁带机上；当微机或卫星机空闲时，再控制果输出到高速输出磁带机上；当微机或卫星机空闲时，再控制向慢速外设上输出。向慢速外设上输出。1 操作系统概述操作系统概述用户用户输入机输入机磁磁带带主主机机输出设备输出设备联机批处理系统联机批处理系统1

21、 操作系统概述操作系统概述高高速速磁磁带带高高速速磁磁带带输入机输入机输出输出设备设备主主机机微机微机 脱机批处理系统脱机批处理系统1 操作系统概述操作系统概述2.批处理系统批处理系统批批处处理理系系统统虽虽然然实实现现了了作作业业的的自自动动选选择择、作作业业的的缓缓输输入入与与缓缓输输出出，但但也也有有很很多多缺缺点点。例例如如，为为了了实实现现主主机机与与外外设设的的并并行行操操作作，引引入入了了卫卫星星机机或或微微机机专专门门负负责责I/O操操作作；当当主主机机与与高高速速外外存存通通讯讯时时，其其过过程程仍仍由由主机控制。主机控制。批处理系统的分类：批处理系统的分类：单单通通道道批批

22、处处理理系系统统：内内存存中中仅仅有有一一道道作作业业，中中断断和和通通道道技技术术出出现现以以后后，虽虽然然可可以以实实现现输输入入/输输出出设设备备与与中中央央处处理理机机并并行行操操作作，但但由由于于属属于于同同一一道道作作业业的的可可并并发发执执行行的的进进程程不不多多，大大多多数数进进程程是是有有同同步步关关系系的，这使系统中仍有较多的空闲资源，致使系统的性能较差。的，这使系统中仍有较多的空闲资源，致使系统的性能较差。多多通通道道批批处处理理系系统统：引引入入了了多多道道程程序序设设计计技技术术，内内存存中中有有一一多多作作业并行处理，由此而形成了多通道批处理系统。业并行处理，由此而

23、形成了多通道批处理系统。1 操作系统概述操作系统概述单通道程序工作过程示意单通道程序工作过程示意1 操作系统概述操作系统概述多通道程序执行过程示意多通道程序执行过程示意1 操作系统概述操作系统概述3.分时系统分时系统 分分时时技技术术是是把把处处理理机机的的时时间间分分成成很很短短的的时时间间片片，这这些些时时间间片片轮轮流流地地分分配配给给各各个个联联机机的的各各作作业业使使用用。如如果果某某作作业业在在分分配配给给它它的的时时间间片片用用完完时时仍仍未未完完成成，则则该该作作业业就就暂暂时时中中断断，等等待待下下一一轮轮运运行行，并并把把处处理理机机的的控控制制权权让让给给另另一一个个作作

24、业业使使用用。这这样样在在一一个个相相对对较较短短的的时时间间间间隔隔内内，每每个个用用户户作作业业都都能能得得到到快快速速响响应应，以实现人机交互。以实现人机交互。1 操作系统概述操作系统概述 分分时时系系统统与与多多道道批批处处理理系系统统相相比比，具具有有完完全全不不同同的的特特征，由上所述可以归纳成以下几点：征，由上所述可以归纳成以下几点：（1 1）多多路路性性：允允许许在在一一台台主主机机上上同同时时联联接接多多台台联联机机终终端端，系统按分时原则为每个用户服务。系统按分时原则为每个用户服务。（2 2）独独立立性性：每每个个用用户户各各占占一一个个终终端端，彼彼此此独独立立操操作作，

25、互不干扰。互不干扰。（3 3）及时性：）及时性：用户的请求能在很短时间内获得响应。用户的请求能在很短时间内获得响应。（4 4）交交互互性性：用用户户可可通通过过终终端端与与系系统统进进行行广广泛泛的的人人机机对对话。话。1 操作系统概述操作系统概述4.实时系统实时系统实时控制系统实时控制系统 实时控制系统的主要特点是：与被控制过程的变化速度相比，其实时控制系统的主要特点是：与被控制过程的变化速度相比，其反应速度要足够快；工作安全可靠，即使系统硬件发生故障，系统也反应速度要足够快；工作安全可靠，即使系统硬件发生故障，系统也能安全运行；操作人员使用系统也简单、方便。能安全运行；操作人员使用系统也简

26、单、方便。实时信息处理系统实时信息处理系统 实时信息处理系统特点是：对于海量信息的反应速度极快，与被实时信息处理系统特点是：对于海量信息的反应速度极快，与被控制过程的变化速度相比几乎无延时。控制过程的变化速度相比几乎无延时。典型的实时信息处理系统有：飞机订票系统、情报检索系统等。典型的实时信息处理系统有：飞机订票系统、情报检索系统等。1 操作系统概述操作系统概述4.实时系统实时系统 实时系统的设计目标：实时系统的设计目标：（1）实时时钟管理。）实时时钟管理。（2）连续人机对话。）连续人机对话。（3）过载防护。）过载防护。（4）高可靠性。）高可靠性。1 操作系统概述操作系统概述5.5.网络操作系

27、统与分布式操作系统网络操作系统与分布式操作系统多用户多任务操作系统多用户多任务操作系统如果允许多个用户通过各自的终端，使用同一台主机共享主机系统中如果允许多个用户通过各自的终端，使用同一台主机共享主机系统中的各类资源，而每个用户程序又可进一步分为几个任务，使它们并发的各类资源，而每个用户程序又可进一步分为几个任务，使它们并发执行，从而进一步提高资源利用率和系统吞吐量，则这种操作系统称执行，从而进一步提高资源利用率和系统吞吐量，则这种操作系统称为为多用户多任务操作系统多用户多任务操作系统。在大、中、小型计算机上都可以配置多用。在大、中、小型计算机上都可以配置多用户多任务操作系统，在户多任务操作系

28、统，在32位微机上也有很多配置多用户多任务操作系位微机上也有很多配置多用户多任务操作系统，最有代表性的是统，最有代表性的是UNIX操作系统及操作系统及Windows操作系统。操作系统。1 操作系统概述操作系统概述网络操作系统网络操作系统计计算算机机技技术术和和通通讯讯技技术术的的结结合合使使得得微微机机用用户户资资源源共共享享及及相相互互通通信信的的愿愿望望成成为为可可能能，即即在在一一台台计计算算机机上上可可以以使使用用其其他他机机器器上上的的资资源源或或进进行行通通信信。这这样样计计算算机机网网络络的的概概念念得得以以产产生生。一一些些独独立立自自治治的的计计算算机机利利用用通通信线路相互

29、连接形成的计算机的集合，称为信线路相互连接形成的计算机的集合，称为计算机网络计算机网络。网网络络操操作作系系统统能能够够控控制制计计算算机机在在网网络络中中方方便便地地传传送送信信息息和和共共享享资资源源，并并能能为为网网络络用用户户提提供供各各种种所所需需服服务务的的操操作作系系统统。网网络络操操作作系系统统主主要要有有两两种种工工作作模模式式：第第一一种种是是客客户户机机/服服务务器器（Client/Server）模模式式，这这类类网网络络中中分分成成两两类类站站点点，一一类类作作为为网网络络控控制制中中心心或或数数据据中中心心的的服服务务器器，提提供供文文件件打打印印、通通信信传传输输、

30、数数据据库库等等各各种种服服务务；另另一一类类是是本本地地处处理理和和访访问问服服务务器器的的客客户户机机。另另一一种种是是对对等等（Peer-to-Peer）模模式式，这这种种网网络络中中的的站站点点都都是是对对等等的的，每每一一个个站站点点既既可可作作为为服服务务器器，而而又又可可作作为为客客户机。目前的典型系统有：户机。目前的典型系统有：UNIX、Netware 和和Windows NT 1 操作系统概述操作系统概述分布式操作系统分布式操作系统大大量量的的实实际际应应用用要要求求一一个个一一体体化化的的系系统统，用用户户希希望望以以统统一一的的界界面面，标标准准的的接接口口去去使使用用系

31、系统统的的各各种种资资源源，实实现现所所需需的的各各种种操操作作。这这就就导导致致了了分分布布式式系系统统的的出出现现。一一个个分分布布式式系系统统是是若若干干计计算算机机的的集集合合，它它们们都都有有自自己己的的局局部部存存储储器器和和外外部部设设备备，但但分分布布式式系系统统是是一一个个一一体体化化的的系系统统，在在系系统统中中有有一一个个全全局局操操作作系系统统，即即分分布布式式操操作作系系统统，它它负负责责整整个个系系统统的的资资源源分分配配和和调调度度、任任务务划划分分、信信息息传传输输、控控制制协协调调等等工工作作，为为用用户户提提供供一一个个统统一一的的界界面面，标标准准的的接接

32、口口，用用户户通通过过这这一一界界面面实实现现所所需需的的操操作作和和使使用用系系统统的的资资源源，但但操操作作和和计计算算是是在在哪哪一一台台计计算算机机上上执执行行或或使使用用哪哪个个计计算算机机的的资资源源则则由由操操作作系系统统自自动动完完成成，用用户户不不用用知知道道，即即分分布布式式操作系统是透明的。操作系统是透明的。1 操作系统概述操作系统概述第二节第二节 操作系统的运行操作系统的运行 主要内容：主要内容：处理器管理与进程调度处理器管理与进程调度存储管理存储管理文件系统文件系统设备管理设备管理 2 操作系统的运行操作系统的运行 计算机系统拥有丰富的硬件、软件资源，计算机系统拥有丰

33、富的硬件、软件资源，操作系统操作系统要要对这些资源进行管理。在一般微机上配置对这些资源进行管理。在一般微机上配置单用户操作系统单用户操作系统，管理管理CPU、内存、打印机、键盘、显示器、软盘及硬盘驱内存、打印机、键盘、显示器、软盘及硬盘驱动器、程序和数据，其目的是让用户方便地使用系统资源动器、程序和数据，其目的是让用户方便地使用系统资源解决计算任务，如让打印机打印计算结果，从键盘输入数解决计算任务，如让打印机打印计算结果，从键盘输入数据、在软盘上建立文件等。而在较大型机器上配置多用户据、在软盘上建立文件等。而在较大型机器上配置多用户操作系统其资源管理的功能就要复杂得多，因为多个用户操作系统其资

34、源管理的功能就要复杂得多，因为多个用户共用一个系统，会产生资源共享的问题，即资源的竞争使共用一个系统，会产生资源共享的问题，即资源的竞争使用。用。2 操作系统的运行操作系统的运行 处理器管理与进程调度处理器管理与进程调度处理器管理处理器管理是操作系统的基本管理功能之一，它所关心的是处理器的是操作系统的基本管理功能之一，它所关心的是处理器的分配问题。也就是说把分配问题。也就是说把CPU（中央处理机）的使用权分给某个程序，中央处理机）的使用权分给某个程序，通常把这个正准备进入内存的程序称为作业，当这个作业进入内存后通常把这个正准备进入内存的程序称为作业，当这个作业进入内存后我们把它称为进程。处理机

35、管理分为作业管理和进程管理两个阶段去我们把它称为进程。处理机管理分为作业管理和进程管理两个阶段去实现处理机的分配，常常又把直接实行处理机时间分配的进程调度工实现处理机的分配，常常又把直接实行处理机时间分配的进程调度工作作为处理机管理的主要内容。作作为处理机管理的主要内容。进程管理进程管理的主要功能是把处理机分配给进程以及协调各个进程之间的的主要功能是把处理机分配给进程以及协调各个进程之间的相互关系。它是由相互关系。它是由进程调度程序进程调度程序和和进程控制（控制进程状态转换）程进程控制（控制进程状态转换）程序序这两部分内容组成的。这两部分内容组成的。2 操作系统的运行操作系统的运行 处理器管理

36、与进程调度处理器管理与进程调度处理器管理处理器管理处理器管理是操作系统的基本管理功能之一，它所关心的是处理器的处理器管理是操作系统的基本管理功能之一，它所关心的是处理器的分配问题。也就是说把分配问题。也就是说把CPU（中央处理机）的使用权分给某个程序，中央处理机）的使用权分给某个程序，通常把这个正准备进入内存的程序称为作业，当这个作业进入内存后通常把这个正准备进入内存的程序称为作业，当这个作业进入内存后我们把它称为进程。处理机管理分为作业管理和进程管理两个阶段去我们把它称为进程。处理机管理分为作业管理和进程管理两个阶段去实现处理机的分配，常常又把直接实行处理机时间分配的进程调度工实现处理机的分

37、配，常常又把直接实行处理机时间分配的进程调度工作作为处理机管理的主要内容。作作为处理机管理的主要内容。2 操作系统的运行操作系统的运行 处理器管理与进程调度处理器管理与进程调度处理器管理处理器管理处理器调度处理器调度 处理器调度可以分为三个级别：处理器调度可以分为三个级别：高级调度、中级调度高级调度、中级调度和和低级调度低级调度。高级调度高级调度，又称作业调度、长程调度，在多道批处理操作系统中，又称作业调度、长程调度，在多道批处理操作系统中，作业是用户要求计算机系统完成的一项相对独立的工作，新提交的作作业是用户要求计算机系统完成的一项相对独立的工作，新提交的作业被输入到磁盘，并保存在一个批处理

38、后备作业队列中。高级调度将业被输入到磁盘，并保存在一个批处理后备作业队列中。高级调度将按照系统预定的调度策略决定把后备队列作业中的部分满足其资源要按照系统预定的调度策略决定把后备队列作业中的部分满足其资源要求的作业调入主存，为它们创建进程，分配所需资源，为作业做好运求的作业调入主存，为它们创建进程，分配所需资源，为作业做好运行前的准备工作并启动它们运行，当作业完成后还为它做好善后工作。行前的准备工作并启动它们运行，当作业完成后还为它做好善后工作。在批处理操作系统中，作业首先进入系统在辅存上的后备作业队列等在批处理操作系统中，作业首先进入系统在辅存上的后备作业队列等候调度，因此，作业调度是必须的

39、，它执行的频率较低，并和到达系候调度，因此，作业调度是必须的，它执行的频率较低，并和到达系统的作业的数量与速率有关。统的作业的数量与速率有关。返回首页返回首页 2 操作系统的运行操作系统的运行 中级调度中级调度，又称平衡负载调度，中程调度。它决定主存储器中所，又称平衡负载调度，中程调度。它决定主存储器中所能容纳的进程数，这些进程将允许参与竞争处理器和有关资源，而有能容纳的进程数，这些进程将允许参与竞争处理器和有关资源，而有些暂时不能运行的进程被调出主存，这时这个进程处于挂起状态，当些暂时不能运行的进程被调出主存，这时这个进程处于挂起状态，当进程具备了运行条件，且主存又有空闲区域时，再由中级调度

40、决定把进程具备了运行条件，且主存又有空闲区域时，再由中级调度决定把一部分这样的进程重新调回主存工作。中级调度根据存储资源量和进一部分这样的进程重新调回主存工作。中级调度根据存储资源量和进程的当前状态来决定辅存和主存中的进程的对换，它所使用的方法是程的当前状态来决定辅存和主存中的进程的对换，它所使用的方法是通过把一些进程换出主存，从而，使之进入通过把一些进程换出主存，从而，使之进入“挂起挂起”状态，不参与低状态，不参与低级调度，起到短期平滑和调整系统负荷的作用。级调度，起到短期平滑和调整系统负荷的作用。低级调度低级调度，又称进程调度（或线程调度）、短程调度。它的主要，又称进程调度（或线程调度）、

41、短程调度。它的主要功能是按照某种原则决定就绪队列中的哪个进程或内核级线程能获得功能是按照某种原则决定就绪队列中的哪个进程或内核级线程能获得处理器，并将处理器出让给它进行工作。低级调度中执行分配处理器，并将处理器出让给它进行工作。低级调度中执行分配CPU的的程序称分派程序程序称分派程序(dispatcher)，它是操作系统最为核心的部分，执行，它是操作系统最为核心的部分，执行十分频繁，低级调度策略优劣直接影响到整个系统的性能，这部分代十分频繁，低级调度策略优劣直接影响到整个系统的性能，这部分代码常驻内存工作。低级调度的核心是采用何种算法把处理器分配给进码常驻内存工作。低级调度的核心是采用何种算法

42、把处理器分配给进程或线程。程或线程。返回首页返回首页 2 操作系统的运行操作系统的运行 一些计算机系统包括多个处理器，操作系统的调度程序必须考虑一些计算机系统包括多个处理器，操作系统的调度程序必须考虑多处理器的调度。单处理器的调度和多处理器的调度有一定的区别，多处理器的调度。单处理器的调度和多处理器的调度有一定的区别，现代操作系统往往采用进程调度与线程调度相结合的方式来完成现代操作系统往往采用进程调度与线程调度相结合的方式来完成多处多处理器调度理器调度。多处理器调度的要点有三个：采取哪种多处理器调度的要点有三个：采取哪种分配策略分配策略为进程分配处理为进程分配处理器、在单个处理器上支持多道程序

43、设计和如何简单有效且实现代价低器、在单个处理器上支持多道程序设计和如何简单有效且实现代价低地指派进程。地指派进程。大量的实验数据证明，随着处理器数目的增多，复杂低级调度算大量的实验数据证明，随着处理器数目的增多，复杂低级调度算法的有效性却逐步下降。因此，在大多数采取动态分配策略的多处理法的有效性却逐步下降。因此，在大多数采取动态分配策略的多处理器系统中，低级调度算法往往采用最简单的先来先服务算法或优先数器系统中，低级调度算法往往采用最简单的先来先服务算法或优先数算法，就绪进程组成一个队列或多个按照优先数排列的队列。算法，就绪进程组成一个队列或多个按照优先数排列的队列。返回首页返回首页 2 操作

44、系统的运行操作系统的运行 处理器管理与进程调度处理器管理与进程调度进程调度进程调度进程的概念与属性进程的概念与属性进进程程是是现现代代操操作作系系统统的的一一个个基基本本概概念念，是是并并发发程程序序出出现现后后出出现现的的一一个个重重要要概概念念，它它是是指指程程序序在在一一个个数数据据集集合合上上运运行行的的过过程程，是是系系统统进进行行资资源分配和调度运行的一个独立单位，有时也称为活动、路径或任务。源分配和调度运行的一个独立单位，有时也称为活动、路径或任务。进程，作为程序执行的过程，至少有两个方面的性质：进程，作为程序执行的过程，至少有两个方面的性质：一一是是它它的的活活动动性性，即即进

45、进程程是是动动态态变变化化的的，且且总总有有一一个个从从创创建建到到消消亡亡的的过程；过程；二二是是它它的的并并发发性性，即即多多道道程程序序中中每每个个进进程程的的执执行行过过程程，总总是是与与其其他他执行过程并发执行的。执行过程并发执行的。2 操作系统的运行操作系统的运行进程的状态和转换进程的状态和转换在计算机中，进程绝大多数情况下处于以下三种状态：在计算机中，进程绝大多数情况下处于以下三种状态：（1）运运行行状状态态：进进程程正正在在处处理理机机上上运运行行的的状状态态，该该进进程程已已获获得得必必要要的资源，也获得了处理机，用户程序正在处理机上运行。的资源，也获得了处理机，用户程序正在

46、处理机上运行。（2）阻阻塞塞状状态态：进进程程等等待待某某种种事事件件完完成成（例例如如，等等待待输输入入/输输出出操操作作的的完完成成）而而暂暂时时不不能能运运行行的的状状态态，处处于于该该状状态态的的进进程程不不能能参参加加竞竞争争处处理机，此时，即使分配给它处理机，它也不能运行。理机，此时，即使分配给它处理机，它也不能运行。（3）就就绪绪状状态态：该该进进程程运运行行所所需需的的一一切切条条件件都都得得到到满满足足，但但因因处处理理机机资资源源个个数数少少于于进进程程个个数数，所所以以该该进进程程不不能能运运行行，而而必必须须等等待待分分配配处处理机资源，一旦获得处理机就立即投入运行。理

47、机资源，一旦获得处理机就立即投入运行。2 操作系统的运行操作系统的运行运行运行状态状态就绪就绪状态状态阻塞阻塞状态状态进进程程因因某某事事件件（如如等等待待I/O完完成）变成阻塞状态成）变成阻塞状态某事件被解除某事件被解除（I/O完成）完成）时间片已时间片已用完用完进进程程调调度度程程序序把把处处理理器分配给进程器分配给进程（1）（2）（3）（4）典型的进程状态演变图典型的进程状态演变图 2 操作系统的运行操作系统的运行进程的状态和转换进程的状态和转换在具有挂起和激活的系统中，又增加了两种基本的进程状态：在具有挂起和激活的系统中，又增加了两种基本的进程状态：挂起就挂起就绪和挂起阻塞。绪和挂起阻

48、塞。（1）挂起就绪挂起就绪：它是活动就绪进程由其自身或其他进程调用挂起原：它是活动就绪进程由其自身或其他进程调用挂起原语而进入的一种状态。处于静止就绪状态的进程没有资格争用语而进入的一种状态。处于静止就绪状态的进程没有资格争用CPU，只有其他进程调用激活原语将其激活才行。只有其他进程调用激活原语将其激活才行。（2）挂起阻塞挂起阻塞：它是活动阻塞进程由其自身或其他进程调用挂起原：它是活动阻塞进程由其自身或其他进程调用挂起原语而进入的一种状态。处于挂起阻塞状态的进程，在其挂起期间并不语而进入的一种状态。处于挂起阻塞状态的进程，在其挂起期间并不影响其等待事件的发生。下图是具有挂起和激活状态的进程状态

49、变迁影响其等待事件的发生。下图是具有挂起和激活状态的进程状态变迁图。图。2 操作系统的运行操作系统的运行运行态活动就绪活动阻塞进程因某事件（如等待I/O完成）变成阻塞状态某事件被解除（如I/O完成）时间片已用完进程调度程序把处理机分配给进程挂起阻塞挂起就绪挂起挂起激活激活某事件被解除（如I/O完成）创建 具有静止状态的进程状态变迁图具有静止状态的进程状态变迁图 2 操作系统的运行操作系统的运行进程控制进程控制 处理器管理的一个主要工作是对处理器管理的一个主要工作是对进程的控制进程的控制，进程控制是通过进程，进程控制是通过进程控制块来实现的。控制块来实现的。进程控制块进程控制块PCBPCB及组织

50、方式及组织方式（1）进程控制块）进程控制块PCB进程控制块跟踪程序执行过程中的状态，它们表达了进程在当前时刻进程控制块跟踪程序执行过程中的状态，它们表达了进程在当前时刻的状态以及它与其他进程和资源的关系。的状态以及它与其他进程和资源的关系。进程控制块是进程存在的标志，当系统或父进程创建一个进程时，实进程控制块是进程存在的标志，当系统或父进程创建一个进程时，实际上就是为其建立一个进程控制块。际上就是为其建立一个进程控制块。进程控制块不但指出了进程的名字，而且也标志出程序和数据集合的进程控制块不但指出了进程的名字，而且也标志出程序和数据集合的物理位置物理位置。2 操作系统的运行操作系统的运行进程名