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1、第四章 操作系统4.1 4.1 操作系统概念操作系统概念4.1.1 4.1.1 定义定义一、在计算机系统中必须要配备操作系统一、在计算机系统中必须要配备操作系统1.1.在计算机系统中必须要配备操作系统，不论是大型、中和小型在计算机系统中必须要配备操作系统，不论是大型、中和小型计算机，还是微型计算机。计算机，还是微型计算机。2.2.目的目的 提高计算机系统资源的使用效率提高计算机系统资源的使用效率 方便用户方便用户14.1.1 定义二、计算机系统的组成 1、硬件 组成计算机系统的所有的电子的、机械的、磁性的、光学的装置和部件称为硬件。包括：CPU、（中央处理机）、内存储器和各种外部设备。2、软件
2、 软件是为方便用户和充分发挥计算机系统资源的效率的各种程序的总称。24.1.1 定义二、计算机系统的组成 软件包括：软件包括：操作系统及实用程序操作系统及实用程序 系统软件系统软件 各种语言的编译程序和各种库各种语言的编译程序和各种库 数据库管理系统数据库管理系统 应用软件应用软件 用户为解决各自的问题所编写的程序用户为解决各自的问题所编写的程序 例如：例如：MISMIS、WORD WORD、各种软件包等各种软件包等 工具软件工具软件 各种诊断程序、检测程序各种诊断程序、检测程序 34.1.1 定义二、计算机系统的组成3.硬件和软件的关系 硬件是计算机系统的基础，软件是提高计算机系统效率和方便
3、硬件是计算机系统的基础，软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机的程序，它们二者相互依赖、相互促进，共同用户使用计算机的程序，它们二者相互依赖、相互促进，共同发展。发展。裸机（硬件）是僵尸，软件是幽灵44.1.1 定义三、多道程序设计技术和分时技术54.1.1 定义三、多道程序设计技术和分时技术1.多道程序设计技术定义:多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。特征特征多道 宏观上并行 微观上串行 64.1.1 定义三、多道程序设计技术和分
4、时技术2.分时技术分时技术把把CPUCPU响应时间分成若干个小时响应时间分成若干个小时间单位，称为时间片。每个用间单位，称为时间片。每个用户（或程序）被调度执行时只户（或程序）被调度执行时只占用一个时间片，时间片可以占用一个时间片，时间片可以是相等的，也可不相等的。是相等的，也可不相等的。响应时间：计算机从接收数据响应时间：计算机从接收数据到输出的时间间隔到输出的时间间隔74.1.1 定义四、操作系统定义 Operating System(OS)1.1.科普的观点科普的观点 操作系统是计算机系统的管理和控制中心，它 依照设计者制定的各种调度策略组织和管理计算机系统资源，使之能高效地运行。2.2
5、.功能的观点功能的观点 操作系统是一个计算机资源管理系统，它负责计算机系统的全部资源的分配、控制、调度和回收。3.3.用户的观点用户的观点 操作系统是计算机与用户之间的接口，用户通过这种接口使用计算机。84.1.1 定义四、操作系统定义4.4.软件的观点软件的观点 操作系统是程序和数据结构的集合。5.5.管理的观点管理的观点 操作系统是计算机硬件和软件资源的合理而协调的管理者。94.1.1 定义四、操作系统定义 教材上操作系统的定义：教材上操作系统的定义：操作系统是一个大型的程序系统，它是用户与计算机之间的接口，负责计算机的全部硬件、软件资源的分配与调度，控制并协调并发活动，实现存储保护。操作
6、系统使整个计算机系统实现了高效率和高度的自动化。104.1 操作系统概念 4.1.2 操作系统的基本类型一、批处理操作系统（早期）用户的程序、数据的输入和程序的运行控制程序一并提交给机房（或计算中心），并成批输入计算机。作业调度程序按某种算法自动选择作业投入运行，完后把运行结果或出错信息返回给用户。114.1.2 操作系统的基本类型 二、分时操作系统分时计算机分时计算机:一台计算机连接多个终端的 计算机称为分时计算机。分时操作系统分时操作系统:是在分时计算机上采用 分时技术实现的操作系 统。124.1.2 操作系统的基本类型 二、分时操作系统分时操作系统的特点：v多路调制性 多个联机的用户可以
7、同时使用一台计算机。v独占性 每个联机的终端用户都感觉是独占计算机。（交互性v用户与计算机以用户与计算机以“会语会语”的方式使用计算机的方式使用计算机134.1.2 操作系统的基本类型三、实时操作系统三、实时操作系统 能满足用户响应时限要求的操作系统称为实时操作系统。实时操作系统的应用非常广泛，目前在工业过程控制、信息处理、国防上有着非常广泛的应用。例如：工业过程控制、防空系统、电子对抗、飞机订票系统。144.1.3 操作系统的功能 从资源管理的角度来看：1.处理机管理 在一般的计算机中只有一个处理机，处理机是计算机系统中竞争最为激烈的资源。处理机管理负责处理机的调度、分配、回收。保证处理机能
8、得到充分的利用。154.1.3 操作系统的功能 从资源管理的角度来看：2.内存管理 内存也是计算机系统最为紧俏的资源。内存管理功能有：内存分配与回收 地址映射 存储保护 内存的扩充164.1.3 操作系统的功能 从资源管理的角度来看：3.设备管理 负责计算机系统中除CPU和内存外的所有外部设备的管理。4.软件资源管理（文件系统）174.2.14.2.1 运行一个用户程序的当过程解题步骤:分析问题材 确定算法 编写源程序 上机运行程序在计算机上运行一个源程序一般可分为若干个步骤,称为作业步.在一般情况下分为四个作业步：编辑 编译 连接 运行184.2.14.2.1 运行一个用户程序的当过程194
9、.2.24.2.2 用户与操作系统的接口204.2.24.2.2 用户与操作系统的接口(一一)操作命令 批量处理系统-作业控制语言 分时系统或交互式系统-键盘命令1.1.作业控制语言作业控制语言(JCL Job Control Langunage)作业控制语言批处理系统提供给用户的描述作业操作的一种程序设计语言。用户用JCL来写作业操作说明书.如作业需要的资源、占用处理机的时间、最晚完成时间、编译程序和连接程序等。214.2.24.2.2 用户与操作系统的接口 2.2.键盘命令 分时系统和交互式系统向用户提供键盘命令,用户通过键盘命令来控制和使用计算机.每个操作系统都会向用户提供详细的键盘命令
10、及使用说明。224.2.24.2.2 用户与操作系统的接口 DOS系统命令 UNIX(linux)系统命令 dir dir lsls 列目录列目录 copy cp copy cp 复制文件复制文件 type cat type cat 显示文件显示文件 cdcd cdcd 指定当前目录指定当前目录 date date date date 显示日期显示日期 comp diff comp diff 比较文件比较文件234.2.24.2.2 用户与操作系统的接口(二二)系统调用命令系统调用命令1.1.系统调用命令定义系统调用命令定义 系统调用是用户在程序级请求操作系统服务的一种手段.如打开文件(ope
11、n)、创建新文件(creat)、关闭文件(close)系统调用命令是OS与用户间的接口,是用户在编程序时使用的.早期系统只提供汇编语言级系统调用,UNIX系统及以后的操作系统既提供汇编语言级系统调用,也提供高级语言(C语言)的系统调用.244.2.24.2.2 用户与操作系统的接口(二二)系统调用命令系统调用命令254.2.24.2.2 用户与操作系统的接口(二二)系统调用命令系统调用命令 常用系统调用 open 打开一个文件 creat 创建一个文件 read 从一个己打开的文件中读信息 write 写信息到一个己打开的文件中 close 关闭一个打的文件 lseel 调整文件的读写指针26
12、4.3.1 程序的顺序执行与并发执行(一一)程序的顺序执行1.1.概念：概念：一个计算过程往往由若干个简单的操作所组成。如果这些操作必须按某种先后次序来执行，那么这样一类计算过程称为程序的顺序执行过程，这种程序称为顺序程序。.用户在单道系统中的工作情况 首先输入用户的程序和数据然后进行计算,最后打印结果274.3.1 程序的顺序执行与并发执行(一一)程序的顺序执行284.3 进程及进程管理 4.3.1 程序的顺序执行与并发执行(一一)程序的顺序执行.程序 顺序的特点(1)(1)顺序性顺序性 顺序程序的各个操作是顺序执行的；(2)(2)封闭性封闭性 程序一旦开始执行，其计算结果不能受外界因素的影
13、响；(3)(3)可再现性可再现性 程序执行的结果与初始条件有关，而与它的执行速度无关。29（二）程序的并发执行（二）程序的并发执行.什么是程序的并发执行（）（）在多道批处理统中，对作业的处理 对作业1的处理：I1 C1 P1 对作业2的处理：I2 C2 P2 对作业n的处理：In Cn Pn 4.3.1 程序的顺序执行与并发执行304.3.1 程序的顺序执行与并发执行（二）程序的并发执行314.3.1 程序的顺序执行与并发执行（）（）定义：若干个程序段同时在系统中运行，这些程序段的执行在时间上是重迭的，一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始，称为程序的并发执行。（）（）并行语句记
14、号 cobegin S1；S2；Sncoend来表示语句S1，S2，Sn可以并发执行。324.3.1 程序的顺序执行与并发执行 2.2.并发程序的特点(1)(1)失去了程序的封闭性和可再现性 (2)(2)程序与计算不再一对应 (3)(3)程序并发执行的相互制约334.3.1 程序的顺序执行与并发执行（二）程序的并发执行算法：共享变量的两个进程的并发执行即：main()int n=0;cobeginp1:while (A的任务未完成);n+;p2:while (B的任务未完成);printf(N IS%dn,n);n=0；;coend ;344.3.2 4.3.2 进程基本概念进程基本概念(一一
15、)进程定义分析并发程序的活动规律 执行-暂停-执行354.3.2 进程基本概念(一一)进程定义 2 2定义定义(1)(1)从并行性角度：进程是这样的计算部分，它从并行性角度：进程是这样的计算部分，它是可以和其它计算部分并行的计算是可以和其它计算部分并行的计算(2)(2)从动态性角度：进程（有时称为任务）是一从动态性角度：进程（有时称为任务）是一个程序与其数据一道通过处理机的执行所发生个程序与其数据一道通过处理机的执行所发生的活动的活动(3)(3)从进程结构的角度：进程是由一个程序以及从进程结构的角度：进程是由一个程序以及与它相关的状态信息（包括寄存器内容与它相关的状态信息（包括寄存器内容.存区
16、存区域和链接表）所组成的域和链接表）所组成的364.3.2 进程基本概念(一一)进程定义(4)教材：所谓进程，就是一个程序在给定活动空间和初始环境下，在一个处理机上的执行过程。(5)在UNIX系统中 进程是执行中的程序。374.3.2 进程基本概念(一一)进程定义 3 3进程与程序的区别 程序 进程 静态的概念 动态的概念 不能并行活动 独立的运行单位，能并行活动 不是一个基本单位 是处理机调度、竟争资源的基本单位 一个程序可对应多个进程 一个进程可以执行多个程序段38(二)进程的基本状态及变迁1进程的三种最基本状态：(1)(1)就绪状态就绪状态(ready)存在于处理机调度队列中的那些进程，它们已经准备就绪，一旦得到CPU，就立即运行，这些进程所处的状态称为就绪状态。39(二)进程的基本状态及变迁(2)(2)运行状态运行状态(running)当进程得到处理机控制权时，它的程序正在处理机上运行，该进程所处的状态为运行状态。40(二)进程的基本状态及变迁(3)(3)等待状态等待状态(wait)(wait)若一个进程正等待着某一事件发生若一个进程正等待着某一事件发生(如等如等待输入输出操作
