操作系统的功能ppt.ppt

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1、 O OS S 的的 功功 能能 进进 程程第第 三三 讲讲1.4 1.4 操操 作作 系系 统统 的的 功功 能能 操作系统是用户与硬件之间的桥梁，负责管理计算操作系统是用户与硬件之间的桥梁，负责管理计算 机系统中所有资源的调度和使用，充分发挥这些资机系统中所有资源的调度和使用，充分发挥这些资 源的源的作用和方便用户使用计算机。作用和方便用户使用计算机。从资源管理的角度看，操作系统的功能主要有从资源管理的角度看，操作系统的功能主要有处理机的管理处理机的管理存储器的管理存储器的管理设备的管理设备的管理文件的管理文件的管理 进程控制进程控制进程同步进程同步进程通信进程通信进程调度进程调度 处处理

2、理机机管管理理的的主主要要任任务务是是对对处处理理机机进进行行分分配配和和有有效效的的 控控制制和和管管理理。在在多多道道程程序序环环境境中中，处处理理机机的的分分配配和和运运 行行都都是是以以进进程程为为单单位位，所所以以对对处处理理机机的的管管理理可可理理解解为为 对对进进程程的的管管理理。操作系统对处理机的管理功能包括：操作系统对处理机的管理功能包括：1处 理 机 管 理 的 功 能2 2存储器管理的功能存储器管理的功能 内存分配内存分配 内存保护内存保护 地址映射地址映射 内存扩充内存扩充3 3设设 备备 管管 理理 的的 功功 能能缓冲管理缓冲管理设备分配设备分配 设备处理设备处理4

3、 4文件管理的功能文件管理的功能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 文件的读写管理和保护文件的读写管理和保护 5 5OS OS 与用与用 户户 接接 口口用户接口用户接口程序接口程序接口6 6现代现代OS OS 新功能新功能系统安全系统安全网络功能与服务网络功能与服务支持多媒体支持多媒体1.5 操作系统的结构设计1.5.1 1.5.1 传统的操作系统结构传统的操作系统结构1 1、无结构、无结构OSOS OS OS仅为众多过程的集合仅为众多过程的集合2 2、模块化、模块化OSOS OS OS分为若干功能模块及相应子模块，并规定好各模块分为若干功能模块及相应子模块，并规定好各模

4、块 间的接口，提高间的接口，提高OSOS设计的正确性、可理解性、可适应设计的正确性、可理解性、可适应 性，并加快开发过程。性，并加快开发过程。然而，若模块划分或者接口规定不精确，会影响然而，若模块划分或者接口规定不精确，会影响OSOS装装 配，模块间也存在复杂依赖关系，结构不清晰。配，模块间也存在复杂依赖关系，结构不清晰。3 3、分层式、分层式OSOS 在物理机器上按层次依次添加功能层，每层都在物理机器上按层次依次添加功能层，每层都 仅能使用其底层的功能与服务，各层软件的运仅能使用其底层的功能与服务，各层软件的运 行速度逐渐减慢。所以通常将常用功能设置底行速度逐渐减慢。所以通常将常用功能设置底

5、 层，将用户接口设置于最高层。层，将用户接口设置于最高层。层次的设置层次的设置 程序嵌套（调用关系）程序嵌套（调用关系）运行频率（越下层运行越快，调用越频繁）运行频率（越下层运行越快，调用越频繁）公用模块（在最底层）公用模块（在最底层）用户接口（最高层）用户接口（最高层）1.5.1 1.5.1 微内核微内核OSOS结构结构 主要用于多处理机多用户环境，主要用于多处理机多用户环境，OSOS以微内核为核心，以微内核为核心，以以C/SC/S模式为基础，采用面向对象的程序设计方法；模式为基础，采用面向对象的程序设计方法；OS OS分为服务器进程和内核，内核负责接受用户进程分为服务器进程和内核，内核负责

6、接受用户进程 的请求并将请求发至相应服务器，服务器执行该请的请求并将请求发至相应服务器，服务器执行该请 求的相应操作后发应答给内核，内核将应答反馈给求的相应操作后发应答给内核，内核将应答反馈给 用户进程。用户进程。例例1:1:若有两个程序若有两个程序A A和和B B，A A程序执行时所作的工作按程序执行时所作的工作按 次序要用：次序要用：CPUCPU：1010秒；秒；DEV1DEV1：5 5秒；秒；DEV2DEV2：10 10秒；秒；CPUCPU：1010秒。秒。B B程序执行时所作的工作按程序执行时所作的工作按 次序需要用次序需要用DEV1DEV1：1010秒；秒；CPUCPU：1010秒；

7、秒；DEV2DEV2：5 5秒；秒；CPUCPU：5 5秒；秒；DEV2DEV2：1010秒。则顺序环境下秒。则顺序环境下 执行执行A A、B B两个程序两个程序CPUCPU的利用率为的利用率为 （）（）A A、33%33%B B、47%47%C C、56%56%D D、69%69%习 题 在并发环境下执行在并发环境下执行A A、B B两个程序，并且两个程序，并且A A先执行，则先执行，则CPUCPU的利用率为的利用率为 （）（）A A、70%70%B B、60%60%C C、50%50%D D、40%40%顺顺 序序 执执 行行CPU的利用率（1010510）/（105+10+10+10+1

8、0+5+5+10）35/75=7/15=46.7%CPUA：10dev1A:5B:10dev2B:10A：10B:5A:10B:5A：10并并 发发 执执 行行CPU的利用率(10+10+5+10)/(10+5+10+10+5+10)=35/50=70%CPUA：10dev1A:5B:10dev2B:5A:10B：10A：10B:5B:10第二章第二章 进程的描述与控制进程的描述与控制2.1 2.1 进程进程2.1.1 2.1.1 前趋图和程序执行前趋图和程序执行 1.1.前趋图前趋图 有向无循环图；有向无循环图；每个结点表示一条语句、一段程序或一个进程；每个结点表示一条语句、一段程序或一个进

9、程；结点间的有向边表示两结点的前趋关系，即进结点间的有向边表示两结点的前趋关系，即进 程执行的先后顺序。程执行的先后顺序。例：例：1 1为初始结点，为初始结点，4 4为终止结点。为终止结点。1 1表示输入进程，表示输入进程，2 2、3 3分别表示乘法、加法运算，分别表示乘法、加法运算，4 4表示输出进程。表示输出进程。12342 2、并发程序设计、并发程序设计/顺序程序设计顺序程序设计 使一个程序分成若干个使一个程序分成若干个“同时同时”执行的程序模块的执行的程序模块的 设计方法叫做并发程序设计；相应，串行运行程序方设计方法叫做并发程序设计；相应，串行运行程序方 法称为顺序程序设计。法称为顺序

10、程序设计。并发执行的特点并发执行的特点间断性：共享资源导致程序间断性：共享资源导致程序“执行执行 暂停暂停 执行执行”失去封闭性：并发执行以及共享资源可能导致结果变化失去封闭性：并发执行以及共享资源可能导致结果变化不可再现性：不同次执行结果可能不一致不可再现性：不同次执行结果可能不一致 程序无条件并发执行的条件程序无条件并发执行的条件 两段程序间无共享变量两段程序间无共享变量 或或 对共享变量仅有读操作。对共享变量仅有读操作。2.1.2 2.1.2 进程的描述与特点进程的描述与特点1.1.进程的定义进程的定义 一个具有独立功能的程序在一个数据集合上的一个具有独立功能的程序在一个数据集合上的 一

11、次执行；一次执行；进程包括数据集和运行在其上的程序及进程包括数据集和运行在其上的程序及PCBPCB（程序控（程序控制块）。制块）。3.3.进程的属性进程的属性 并发性：并发性：多个进程可以并发执行，交替执行，走走停停，多个进程可以并发执行，交替执行，走走停停，即一个进程已开始工作但尚未结束之前，另一个即一个进程已开始工作但尚未结束之前，另一个 进程可以开始工作；进程可以开始工作；同一程序运行在不同数据集上时，构成不同的进同一程序运行在不同数据集上时，构成不同的进 程。程。交往性：交往性：若干个进程间可以相互交往制约，表现为内部逻辑上若干个进程间可以相互交往制约，表现为内部逻辑上 协调关系及共享资源的间接关系；协调关系及共享资源的间接关系；动态性：动态性：进程是动态的，有生命周期，由创建而生，由调进程是动态的，有生命周期，由创建而生，由调 度而产生，由撤销而消亡。度而产生，由撤销而消亡。异步性：异步性：各进程按独立，未知的速度发展，导致不可再现性。各进程按独立，未知的速度发展，导致不可再现性。