教学课件：操作系统的原理与应用.ppt

1、操作系统原理Principles of Operating System 操作系统的原理是计算机专业学生操作系统的原理是计算机专业学生必须学习和掌握的主干课程，是计必须学习和掌握的主干课程，是计算机水平考试和考研的必修课程。算机水平考试和考研的必修课程。操作系统学习提示操作系统学习提示:结合性、先进性结合性、先进性和实用性。和实用性。操作系统提供了人使用计算机的工操作系统提供了人使用计算机的工作环境，提供了各种应用软件的支作环境，提供了各种应用软件的支撑平台。撑平台。3 教材：教材：操作系统的原理与应用操作系统的原理与应用 孔宪君孔宪君 王亚东编著王亚东编著.高等教育出版社高等教育出版社.20

2、08.12教育部教育部“普通高等教育普通高等教育十一十一五五国家级规划教材国家级规划教材”.参考书：1 William Stailing.Operating Systems Internals and design Principles.Prentice Hall.1998 2 Abraham Silberschatz，Peter Baer Galvin，Greg Gagne.Operating System ConceptsJohn Wiley&Sonslnc2000 3 汤子瀛，哲凤屏，汤小丹编著计算机操作系统(修订版)西安电子科技大学出版社.2001 4 曾平，曾林编著.操作系统习题与解

3、析（第二版）.清华大学出版社.2004 5 梁红兵，汤小丹编著.计算机操作系统学习指导与题解.西安电子科技大学出版社.2003考试及成绩 考试：考试：期末闭卷考试（笔试期末闭卷考试（笔试)总评成绩：总评成绩：上课出勤、课外作业、平时测验、实验合上课出勤、课外作业、平时测验、实验合占占30%30%期末闭卷考试占期末闭卷考试占70%70%；课程形式：主课、习题课、课堂讨论、作业、实验主课、习题课、课堂讨论、作业、实验学习要求：1.1.按时上课，认真听讲，每次课班长考勤按时上课，认真听讲，每次课班长考勤 2.2.整理笔记，认真思考，积极讨论，善于发整理笔记，认真思考，积极讨论，善于发现问题、提出问题

4、并努力寻求问题的答案现问题、提出问题并努力寻求问题的答案 3.3.结合操作系统课件和专题学习网站丰富的结合操作系统课件和专题学习网站丰富的教学资源教学资源,努力寻求问题的答案，掌握基本原努力寻求问题的答案，掌握基本原理理,拓展知识，延伸视野，提高分析问题和解拓展知识，延伸视野，提高分析问题和解决问题的能力决问题的能力 。第一章第一章 操作系统引论操作系统引论计算机系统由硬件和软件两部分组成。计算机系统由硬件和软件两部分组成。硬件是指包括中央处理器（简称硬件是指包括中央处理器（简称CPU）、）、内存、外围设备（包括外存和各类输入内存、外围设备（包括外存和各类输入/输输出设备）等的物理设备集合，硬

5、件是计算出设备）等的物理设备集合，硬件是计算机系统赖以工作的实体。机系统赖以工作的实体。软件是指能提供所要求功能的程序与数软件是指能提供所要求功能的程序与数据。软件又可以分为系统软件和应用软件，据。软件又可以分为系统软件和应用软件，操作系统是系统软件的核心。操作系统是系统软件的核心。1.1操作系统的概念操作系统的概念 1.1.1操作系统和网络操作系统操作系统和网络操作系统 操作系统的定义操作系统的定义 操作系统（操作系统（Operating System，简称，简称OS）是负责控制、管理和调度计算机系统是负责控制、管理和调度计算机系统软硬件资源的系统软件，控制并协调软硬件资源的系统软件，控制并

6、协调多个任务的活动，并向用户提供方便多个任务的活动，并向用户提供方便用户的接口、应用支撑平台和工作环用户的接口、应用支撑平台和工作环境。境。9 操作系统的工作与硬件相关、与应用无直操作系统的工作与硬件相关、与应用无直接关系。接关系。给用户以方便、效率、安全，给系统以高给用户以方便、效率、安全，给系统以高效和稳定。效和稳定。操作系统是计算机系统必不可少的重要的操作系统是计算机系统必不可少的重要的软件。软件。网络操作系统的定义 网络操作系统（网络操作系统（Network Operating System，简称，简称NOS）就是具有网络功能的操作系统。）就是具有网络功能的操作系统。用于管理网络通信和

7、共享网络资源，协调各主机用于管理网络通信和共享网络资源，协调各主机上任务的运行，并向用户提供统一的、有效的网上任务的运行，并向用户提供统一的、有效的网络接口的软件集合。网络操作系统具有网络通信、络接口的软件集合。网络操作系统具有网络通信、资源管理、网络服务、网络管理和相互操作能力资源管理、网络服务、网络管理和相互操作能力等功能。网络操作系统包括客户端操作系统和服等功能。网络操作系统包括客户端操作系统和服务器端操作系统。务器端操作系统。微型化和网络化是计算机技术发展的两个重要方微型化和网络化是计算机技术发展的两个重要方向。向。1.1.2操作系统的目标操作系统的目标 方便性方便性 用户便可通过操作

8、系统所提供的各种命令来使用计用户便可通过操作系统所提供的各种命令来使用计算机系统，从而使计算机变得易学易用。算机系统，从而使计算机变得易学易用。有效性有效性 操作系统的基本目标就是提高计算机系统中各种资操作系统的基本目标就是提高计算机系统中各种资源的利用率源的利用率。可扩充性可扩充性 操作系统必须具备很好的可扩充性来适应发展的要操作系统必须具备很好的可扩充性来适应发展的要求。求。12 开放性、标准化开放性、标准化 开放性、标准化是指操作系统遵守国际标准开放性、标准化是指操作系统遵守国际标准和规范，使不同计算机体系结构的系统之间和规范，使不同计算机体系结构的系统之间可以相互数据通信。可以相互数据

9、通信。可靠性可靠性 可靠性包括正确性和健壮性。可靠性包括正确性和健壮性。可移植性可移植性 可移植性是指把一个程序从一个计算机系统可移植性是指把一个程序从一个计算机系统环境中移到另一个计算机系统环境中并能正环境中移到另一个计算机系统环境中并能正常执行的特性。常执行的特性。1.1.3操作系统的地位和作用操作系统的地位和作用1.操作系统是用户与计算操作系统是用户与计算机系统之间的接口机系统之间的接口 命令行接口命令行接口 图形用户接口图形用户接口 程序接口程序接口2.操作系统是计算机系统资源的管操作系统是计算机系统资源的管理者和竞争资源的仲裁者理者和竞争资源的仲裁者 操作系统的主要管理功能也正是针对

10、这操作系统的主要管理功能也正是针对这4类资类资源进行的。源进行的。CPU管理；存储管理；设备管理；管理；存储管理；设备管理；文件系统。文件系统。监视资源。监视资源。分配资源。分配资源。回收资源。回收资源。3.操作系统是计算机系统功能的扩充 每当人们在计算机系统上覆盖一层软件后，系统功能便增强一级。由于操作系统自身包含了若干层软件，因此当裸机上覆盖了操作系统后，便可获得一台功能显著增强，使用极为方便的多层虚拟机器。虚拟机的观点也是我们分析操作系统的基本出发点。虚拟CPU就是通过虚拟技术将一个物理CPU，变为若干个逻辑层面的CPU。1.1.4操作系统的层次模型 操作系统对象（CPU、存储器、设备、

11、文件）对对象操纵和管理的软件集合（CPU管理、存储管理、设备管理、文件管理）用户接口（命令行接口，图形用户接口，程序接口）1.2 操作系统的分类与形成 1.2.1操作系统的分类操作系统的分类 按计算机体系结构的角度分类：单机操按计算机体系结构的角度分类：单机操作系统、主从式多终端操作系统、多机操作系统、主从式多终端操作系统、多机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统。嵌入式操作系统。按资源共享的级别分类：单任务操作系按资源共享的级别分类：单任务操作系统、多任务操作系统、单用户操作系统、统、多任务操作系统、单用户操作系统、多用户操作系统、单道

12、操作系统、多道操多用户操作系统、单道操作系统、多道操作系统。作系统。按操作系统工作的方式分类：批处理系按操作系统工作的方式分类：批处理系统、分时系统、实时系统。统、分时系统、实时系统。1.2.2 操作系统的产生 手工操作阶段 单道批处理阶段 单道批处理系统的特点 作业步之间不需要人的干预。监督程序常驻内存。专职操作员。单道。监督程序只为一个计算机系统设计。开发过程可以使用FORTRAN等高级语言，程序的最后一条指令是返回监督程序。1.2.3 操作系统的形成 多道程序设计技术多道程序设计技术 多道程序设计技术是指在计算机多道程序设计技术是指在计算机内存中可以同时装入多道程序运内存中可以同时装入多

13、道程序运行，多道程序交替运行，合理搭行，多道程序交替运行，合理搭配，共享系统中的各种硬件和软配，共享系统中的各种硬件和软件资源，从而使系统资源得到充件资源，从而使系统资源得到充分利用。分利用。多道程序设计技术示意图 2.多道批处理系统 多道批处理系统的优缺点 资源利用率高 系统吞吐量大 可提高内存和I/O设备利用率 平均周转时间长 无交互能力。在多道程序系统中，多个作业共享计算机系统的硬件和软件资源，存在对资源的竞争。因此，同步与互斥机制成为操作系统设计的重要问题。随着多道程序的增加，有可能出现内存不够用的问题，提高内存的使用效率成为关键。因此，出现了诸如覆盖技术、对换技术和虚拟存储技术等内存

14、管理技术。由于多道程序在内存中，为保证系统程序存储区和各用户程序存储区的安全可靠，需要内存保护的技术。3.作业 作业由三部分组成：用户程序、数据和作作业由三部分组成：用户程序、数据和作业说明书，它适合于批处理系统处理。业说明书，它适合于批处理系统处理。作业作为早期批处理操作系统中出现的概作业作为早期批处理操作系统中出现的概念，曾经是操作系统重要的概念之一。在念，曾经是操作系统重要的概念之一。在其他计算机操作系统教材中，作业的概念其他计算机操作系统教材中，作业的概念仍然大量使用。由于现代操作系统已经很仍然大量使用。由于现代操作系统已经很少使用作业，本教材讲授现代操作系统中少使用作业，本教材讲授现

15、代操作系统中的网络操作系统和微机操作系统的原理与的网络操作系统和微机操作系统的原理与应用，故很少涉及作业的概念，仅在批处应用，故很少涉及作业的概念，仅在批处理系统和作业调度中涉及到作业，在其他理系统和作业调度中涉及到作业，在其他部分一概不使用。部分一概不使用。作业的状态和状态转换 当操作员把用户作业的全部信息利用输入设备输入到外存中的过程称为作业的提交状态；由“作业注册”程序为进入系统的作业建立作业控制块，并把它加入到后备作业队列中，随时等候作业调度程序调度，此时作业处于后备状态；作业调度程序从后备作业队列中选择若干个符合调度原则的作业，给他们分配内存等必要的资源，创建一组相应的进程，这些作业

16、就进入了执行状态；经过CPU的执行，有些作业正常结束或因错误而终止，此时作业进入完成状态，其作业控制块由系统输出程序撤消，系统回收资源，将作业运行的结果信息加入输出井中，通过有关的输出设备输出。4.分时系统时间片将主机CPU的时间划分割成若干个片段，每个时间片段称为时间片（time slice）。时间片就是分时的时间单位，主计算机以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务。响应时间：如果系统中有n个同时性用户，每个用户终端轮转服务一次所需的时间为分时系统的响应时间t，t=nq 分时系统的设计思想 分时系统就是采用分时技术，按时间分时系统就是采用分时技术，按时间片轮转的方法，同时为许多终端用户服片轮

17、转的方法，同时为许多终端用户服务，对每个用户能保证足够快的响应时务，对每个用户能保证足够快的响应时间，并提供交互会话的功能。间，并提供交互会话的功能。设计目标：对用户的请求及时响应，设计目标：对用户的请求及时响应，并在可能条件下尽量提高系统资源的利并在可能条件下尽量提高系统资源的利用率。用率。适合办公自动化、教学及事务处理等适合办公自动化、教学及事务处理等要求人机会话的场合。要求人机会话的场合。分时系统的特征 同时性同时性。独立性独立性。及时性及时性。交互性交互性。5.实时系统 实时控制系统 实时控制系统通常是以计算机为中心的过程控制系统，也称为计算机控制系统。它既用于生产过程中的自动控制，包

18、括自动数据采集、生产过程监测、执行机构的自动控制等等。如武器装备的制导、自动驾驶与跟踪、导弹火箭与航空航天器的发射、钢铁冶炼和钢板轧制的自动控制、化工生产过程的自动控制等。实时信息系统实时信息系统通常指实时信息处理系统，它可以是主机型多终端的联机系统，也可以是远程在线（Online）式的信息信息服务系统，还可以是网络互联式的信息系统。作为信息处理的计算机接收终端用户或者远程终端用户发来的服务请求，系统分门别类地进行数据与信息的检索、查找和处理，并及时反馈给用户。实时信息系统的开发都是与具体的应用领域分不开的。例如，航空订票系统、情报检索系统、信息查询系统、股市行情实时信息处理系统等。实时系统具

19、有如下的特征 及时性及时性 实时系统的及时性是非常关键的，主要反映在对实时系统的及时性是非常关键的，主要反映在对用户的响应时间的要求上。用户的响应时间的要求上。交互性交互性 实时系统的交互性根据应用对象的不同和应用要实时系统的交互性根据应用对象的不同和应用要求的不同，对交互操作的方便性和交互操作的权求的不同，对交互操作的方便性和交互操作的权限性有特殊的要求。限性有特殊的要求。安全可靠性安全可靠性 这是实时系统最重要的设计目标之一。这是实时系统最重要的设计目标之一。多路性多路性 实时系统也具有多路性。实时系统也具有多路性。1.3操作系统的发展 不断提高计算机资源利用率的需要。方便用户使用计算机。

20、器件的不断更新换代。计算机体系结构的不断发展。1.3.1微机操作系统 按系统结构分为内在式和贴附式按系统结构分为内在式和贴附式 内在式（内在式（built-in）是指操作系统开始设）是指操作系统开始设计就把多任务功能构筑。其中，如计就把多任务功能构筑。其中，如OS/2、Windows NT/2000/XP和和UNIX操作系统。操作系统。贴附式（贴附式（bolt-on）是指把多任务功能附）是指把多任务功能附加到一个单任务操作系统中而形成，如加到一个单任务操作系统中而形成，如WindowsX/9X/ME就是在就是在DOS基础上加入基础上加入多任务功能而构成的多任务操作系统。多任务功能而构成的多任务

21、操作系统。按任务调度方式分为先决式和协作式 先决式（先决式（preemptive）是指由系统内部时钟来）是指由系统内部时钟来决定决定CPU由一个任务转移去执行另一个任务的时由一个任务转移去执行另一个任务的时刻，转移时刻是系统以某种分配策略预先确定的，刻，转移时刻是系统以某种分配策略预先确定的，应用程序无权干预。如应用程序无权干预。如OS/2和和UNIX都是先决式都是先决式多任务操作系统。多任务操作系统。协作式（协作式（cooperative）是指多个任务联合动作，）是指多个任务联合动作，通过某种通信方式来分享通过某种通信方式来分享CPU。Windows和和Novell公司的公司的Netware

22、网络操作系统是协作式的。网络操作系统是协作式的。1.3.2多机操作系统 多机操作系统的类型：多机操作系统的类型：主从模式，是一种非对称多处理模式，主主从模式，是一种非对称多处理模式，主CPU只有一个，从只有一个，从CPU可有多个。主从式系统是在主可有多个。主从式系统是在主CPU上配备操作系统，它控制所有的系统资源，上配备操作系统，它控制所有的系统资源，将整个任务分解成许多个子任务，并将这些子任将整个任务分解成许多个子任务，并将这些子任务分配给其他的从务分配给其他的从CPU，让其执行，并且它还要，让其执行，并且它还要协调这些从协调这些从CPU的执行过程。的执行过程。对称模式：所有对称模式：所有C

23、PU都相同。对称式系统在每都相同。对称式系统在每个个CPU中都可配备操作系统，管理和控制系统资中都可配备操作系统，管理和控制系统资源和多任务的执行过程。源和多任务的执行过程。1.3.3网络操作系统 计算机网络操作系统的模式：计算机网络操作系统的模式：客户客户/服务器模式（服务器模式（Client/Server），网络中），网络中的各个站点可以分为两大类：服务器：为客户的各个站点可以分为两大类：服务器：为客户提供服务如文件服务、打印服务、数据库服务提供服务如文件服务、打印服务、数据库服务等。客户机：用户通过客户机访问服务器。等。客户机：用户通过客户机访问服务器。对等模式（对等模式（Peer-to

24、-Peer），各个站点是对），各个站点是对等的，它既可作为客户也可作为服务。等的，它既可作为客户也可作为服务。常用的网络操作系统有常用的网络操作系统有Novell公司的公司的Netware、Windows 98/ME、Windows 2000/XP/2003、Linux等。等。401.3.4分布式操作系统 分布式操作系统是指为分布式系统配置的操作系统。在以往的系统中，其处理和控制功能都高度集中在一台主机上，所有的任务都由主机处理，这样的系统称为集中式处理系统。所谓分布式处理系统，是指由多个分散的处理单元经网络的连接而形成的系统。411.3.5嵌入式操作系统 嵌入式系统是指在各种设备、装置或系统

25、中，完成特定功能的微型计算机软硬件系统。他们是一个大设备、装置或系统中的一部分，这个大设备、装置或系统可以不是“计算机”。嵌入式系统通常工作在反应快或对处理时间有较严格要求环境中，由于他们被嵌入在各种设备、装置或系统中，因此称为嵌入式系统。421.4操作系统发展历史简述 本节可供学生自学，目的是扩展学生的知识面。了解操作系统的发展历史，把握操作系统的发展方向。1.5操作系统的功能 1.5.1操作系统的功能 操作系统的功能主要包括：CPU管理 存储管理 设备管理 文件系统 网络功能 用户接口等六大功能。1.5.2操作系统的特征 1.并发性并发性 并发（并发（Concurrence）是指两个或多个

26、事件在同一时）是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。并行是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。并行是指两个或多个事件在同一时刻发生。并发与并行是有区别的。计算机内有多个刻发生。并发与并行是有区别的。计算机内有多个进程并行执行，这只有在多进程并行执行，这只有在多CPU的系统中才能实现。的系统中才能实现。在单在单CPU的计算机系统中，多个进程是不可能同时执的计算机系统中，多个进程是不可能同时执行的。并发是从宏观上看多个进程的活动，这些进行的。并发是从宏观上看多个进程的活动，这些进程在串行并交错的运行，由操作系统负责这些进程程在串行并交错的运行，由操作系统负责这些进程之间的运行切换。之间的运行切

27、换。并发和共享是操作系统两个最基本的特征，这两者并发和共享是操作系统两个最基本的特征，这两者之间又是互为存在条件的。之间又是互为存在条件的。2.共享性 共享（共享（Sharing）是指多个用户或进程共享系统的软硬）是指多个用户或进程共享系统的软硬件资源。因为操作系统向每一个用户分别提供所有的件资源。因为操作系统向每一个用户分别提供所有的资源是非常浪费的，共享可以提高各种系统设备和系资源是非常浪费的，共享可以提高各种系统设备和系统软件的使用效率。统软件的使用效率。共享方式可以分为互斥共享和同时共享。互斥共享的共享方式可以分为互斥共享和同时共享。互斥共享的设备有打印机、磁带机、绘图仪等，这些设备不

28、允许设备有打印机、磁带机、绘图仪等，这些设备不允许两个以上进程同时访问，只有当一个进程使用完毕并两个以上进程同时访问，只有当一个进程使用完毕并释放了所占的资源后，才允许另一个进程访问。有些释放了所占的资源后，才允许另一个进程访问。有些快速设备如磁盘，允许多个进程并发访问，但由于进快速设备如磁盘，允许多个进程并发访问，但由于进程访问和释放该资源时间极短，在宏观上可以看做允程访问和释放该资源时间极短，在宏观上可以看做允许多个进程同时访问，这类设备的共享方式也称为是许多个进程同时访问，这类设备的共享方式也称为是同时共享。同时共享。3.虚拟性 所谓虚拟（所谓虚拟（Virtual）是指把一个物）是指把一

29、个物理实体，变为若干个逻辑上的对应理实体，变为若干个逻辑上的对应物。物理实体是实的，而后者是虚物。物理实体是实的，而后者是虚的，是逻辑上的。相应地，用于实的，是逻辑上的。相应地，用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。在现虚拟的技术，称为虚拟技术。在操作系统中利用了多种虚拟技术，操作系统中利用了多种虚拟技术，分别用来实现虚拟分别用来实现虚拟CPU、虚拟内存、虚拟内存、虚拟设备等。虚拟设备等。4.不确定性 不确定性是指同一个程序在同样一个数据集下，在同样一个计算机环境下执行，每次执行的次序和所需的时间都不相同。产生这种现象的原因是由于多道程序下的操作系统内部的活动是极其复杂的，这些活动之间又有错综复杂

30、的联系。1.5.3 研究操作系统的几种观点 1.资源的观点资源的观点 操作系统作为计算机系统的资源管理操作系统作为计算机系统的资源管理者。一个计算机系统包含硬件资源和者。一个计算机系统包含硬件资源和软件资源。归纳起来可以将资源分为软件资源。归纳起来可以将资源分为四类：四类：CPU、存储器、设备及文件（程、存储器、设备及文件（程序和数据）。相应地，操作系统的主序和数据）。相应地，操作系统的主要功能也正是针对这四类资源进行有要功能也正是针对这四类资源进行有效管理的。即效管理的。即CPU管理、存储器管理、管理、存储器管理、设备管理和文件系统。设备管理和文件系统。2.虚拟机的观点 操作系统是计算机系统

31、功能的扩充，虚拟操作系统是计算机系统功能的扩充，虚拟机的观点从功能分解的角度出发，将操作机的观点从功能分解的角度出发，将操作系统分成若干个层次，每一层次完成特定系统分成若干个层次，每一层次完成特定的功能，构成一个逻辑上的虚拟机，并为的功能，构成一个逻辑上的虚拟机，并为上层提供服务支持，构成上层的运行环境。上层提供服务支持，构成上层的运行环境。虚拟机（虚拟机（virtual machine）是支持多任务并发运）是支持多任务并发运行在单个物理行在单个物理CPU上的一种系统，它能够提高上的一种系统，它能够提高硬件使用效率。硬件使用效率。50 在真实计算机系统中，操作系统组成中的在真实计算机系统中，操

32、作系统组成中的设备驱动控制硬件资源，负责将系统指令设备驱动控制硬件资源，负责将系统指令转化成特定设备控制语言。在假设设备所转化成特定设备控制语言。在假设设备所有权独立的情况下形成驱动，这就使得单有权独立的情况下形成驱动，这就使得单个计算机上不能并发运行多个任务，虚拟个计算机上不能并发运行多个任务，虚拟机则包含了克服该局限性的技术。虚拟化机则包含了克服该局限性的技术。虚拟化过程引入了低层设备资源重定向交互作用，过程引入了低层设备资源重定向交互作用，而不会影响高层应用层。通过虚拟机，用而不会影响高层应用层。通过虚拟机，用户可以在单个计算机上并发运行多个任务。户可以在单个计算机上并发运行多个任务。当

33、裸机上覆盖了操作系统后，便可获得一当裸机上覆盖了操作系统后，便可获得一台功能强，使用极为方便的多层虚拟机器。台功能强，使用极为方便的多层虚拟机器。3.服务的观点 操作系统的使命就是为用户服务，操作系统的使命就是为用户服务，为计算机系统服务。操作系统是服为计算机系统服务。操作系统是服务的提供者，为用户提供一个良好务的提供者，为用户提供一个良好的工作环境，向用户提供各种各样的工作环境，向用户提供各种各样的服务，使得用户能够灵活、方便、的服务，使得用户能够灵活、方便、有效的使用计算机，为计算机系统有效的使用计算机，为计算机系统服务就是提高整个计算机系统资源服务就是提高整个计算机系统资源利用率。利用率

34、。操作系统原理Principles of Operating System 孔宪君1.6操作系统的用户接口 1.6.1用户接口类型 1.命令接口 命令接口分为命令行接口和图形用户接口 命令接口有两种不同的控制方式：联机命令接口。脱机命令接口。2.程序接口 程序接口是由一组系统调用命令组成的。541.6.2命令接口的功能 命令接口的功能大致可分为：文件和目录的管理 文件编辑和处理 文件系统的管理权限管理的命令 通信命令 资源要求命令 个人工具1.6.2 命令接口 命令行接口的一般格式是：command arg1，arg2 opt1，opt2optm 其中command是命令名称，argi是参数，

35、opti是可选项。1.6.3 MS-DOS命令行接口 内部命令：直接由本身完成，功能简单，使用频繁。例如：dir c：copy source.dat target.dat copy con temp.txt md kkk cd kkk等。外部命令：通过运行相应的可执行文件来完成。例如：Fdisk、Format c：、debug等。输入/输出重定向和管道：、|“”为输入重定向。例如：find string temp.txt 将显示文件temp.txt中有string串的行。more”为输出重定向，“”为追加输出重定向。例如：dirtemp.txt 将把dir命令在屏幕上的输出保存在新文件temp

36、.txt中。dirtemp.txt 将屏幕输出追加在文件temp.txt的结尾。type temp.txtlpt1 管道“|”是将前一个命令的输出作为后一个命令的输入。例如：dir|sort 将dir命令的输出按行进行排序。581.6.4 Windows XP命令行接口 Windows XP命令由两部分组成，一部分是CMD命令，大多数 CMD命令是继承MS-DOS的命令，CMD命令仅支持命令行接口。为了区分，由MS-DOS继承的命令我们用大写英文字母表示；另一部分是Windows XP命令，XP命令既支持命令行接口又支持图形接口。1.6.5 图形用户接口 图形用户接口是通过鼠标对屏幕上的对象进

37、行点击，以控制和操纵程序的运行或管理计算机系统。图形用户接口是当前流行的用户接口，是命令接口的图形化。典型的图形用户接口是Windows和X Window等，Linux可以选择两种桌面环境(KDE或者Gnome)。1.7操作系统的程序接口 程序接口（program interface）是操作系统为正在运行的应用程序服务并与之通信的一个设施。程序接口由一组系统调用（System Call）命令组成，所谓系统调用就是指用户在程序中调用操作系统提供的一些子功能，是用户在程序级请求操作系统服务的一种手段。611.7.1程序的状态 为了区分两类程序的执行：为了区分两类程序的执行：把运行系统程序的状态称为

38、管态（或核心把运行系统程序的状态称为管态（或核心态）；态）；把运行用户程序的状态称为目态（或算态把运行用户程序的状态称为目态（或算态或者用户态）。或者用户态）。特权指令是一类只能在管态下执行而不能特权指令是一类只能在管态下执行而不能在目态下执行的特殊的指令。在目态下执行的特殊的指令。621.7.2系统调用 系统调用命令是为了增强系统功能，方便用户的程序接口。系统调用是一种特殊的过程调用，与程序中的过程调用的主要区别如下：执行在不同的系统状态 一般的过程调用，其程序和被调用的过程，都执行在同一系统状态下，或管态或目态；系统调用在用户程序中，它执行在目态，其被调用过程是系统过程，执行在管态。通过软

39、中断进入 一般的过程调用可直接由调用转向被调用过程。而系统调用，因为调用过程和被调用过程处于不同的系统状态，所以不允许由调用过程直接转向被调用过程，只能通过软中断（trap）机制，先进入操作系统内核，经内核处理后，才能转向相应的系统调用处理程序。631.7.3系统调用的功能 系统调用功能是操作系统提供给程序设计人员的一种服务。程序设计人员在编写程序时，可以利用系统调用来请求操作系统的服务。Windows系统的应用程序接口(Application Programming Interface，API)就是典型的系统调用。图图1-10应用程序接口的示意图应用程序接口的示意图651.7.4系统调用的实

40、现66本章重点和难点分析本章重点和难点分析 1.操作系统的形成操作系统的形成 2.操作系统的基本特征和功能操作系统的基本特征和功能 3.操作系统的用户接口操作系统的用户接口操作系统原理Principles of Operating System 主讲：孔宪君第2章 进程管理 2.1 进程与任务 CPU管理主要研究进程控制、进程和线程管理、管理主要研究进程控制、进程和线程管理、提供进程同步机制和进程通信机制，进程调度和提供进程同步机制和进程通信机制，进程调度和死锁等死锁等。我们可以把进程理解为操作系统的工作单元，我们可以把进程理解为操作系统的工作单元，进程是正在执行的程序，进程的执行需要一定的进

41、程是正在执行的程序，进程的执行需要一定的资源。资源。操作系统主要研究进程与资源的关系。操作系统主要研究进程与资源的关系。2.1.1 前趋图 为了描述一个程序的各部分(程序段或语句)间的依赖关系 如图所示的前趋图中，P1为初始点，P7为终止点。前趋图存在下面的前趋关系：P1P2，P1P3，P1P4，P2P5，P3P5，P3P6，P4P6，P5P7，P6P7。前趋图中有两种元素：节点。用圆圈表示，其内涵可以是一条语句、一个程序段或进程。有向边。用箭头表示，表示两个节点之间存在的偏序(Partial_Order)或前趋关系(Precedence_Relation)。PiPj表示在Pj开始前Pi必须完

42、成，即Pi是Pj的直接前趋，Pj是Pi的直接后继，前趋图中不存在循环。2.1.2 程序的顺序执行 程序是指一个按严格次序执行的操作序列，执行的次序有顺序、分支和循环；操作是数据处理的一种规则，一经启动就需要在有限时间内完成。一个程序中包括三部分。I:输入操作，C:计算操作，P:打印操作。这样多个程序的顺序执行次序如图所示。顺序程序的特征如下:顺序性：程序的执行是按照程序结构所指定顺序性：程序的执行是按照程序结构所指定的次序进行的。的次序进行的。封闭性：程序在封闭的环境下执行，即程序封闭性：程序在封闭的环境下执行，即程序执行时独占全部系统资源。程序一旦开始执行，执行时独占全部系统资源。程序一旦开

43、始执行，其计算结果不受外界因素影响，计算机的状态其计算结果不受外界因素影响，计算机的状态完全由该程序的控制逻辑所决定。完全由该程序的控制逻辑所决定。可再现性：只要程序执行时的环境和初始条可再现性：只要程序执行时的环境和初始条件相同，当程序重复执行时，不论它是从头到件相同，当程序重复执行时，不论它是从头到尾不停顿地执行，还是尾不停顿地执行，还是“停停走走停停走走”地执行，地执行，都将获得相同的结果。程序的结果与它的执行都将获得相同的结果。程序的结果与它的执行速度无关，只要给定相同的输入，一定会得到速度无关，只要给定相同的输入，一定会得到相同的结果。相同的结果。2.1.3 程序的并发执行 为提高系

44、统资源的利用率和增强为提高系统资源的利用率和增强系统处理能力，在现代计算机中系统处理能力，在现代计算机中广泛采用并行操作技术和并发程广泛采用并行操作技术和并发程序设计技巧。序设计技巧。每个程序的输入操作、计算操作每个程序的输入操作、计算操作和打印操作必须顺序执行。对一和打印操作必须顺序执行。对一批程序进行同时处理时，不同程批程序进行同时处理时，不同程序的各项操作可以并发执行。序的各项操作可以并发执行。如图2-3所示，存在以下的前趋关系：IiCi，CiPi，IiIi+1，CiCi+1，PiPi+1。故Pi-1和Ci以及Ii+1之间可以并发执行。程序的并发执行的特征：间断性：程序并发执行时，间断性

45、：程序并发执行时，CPU交替执行多个程序，交替执行多个程序，每个程序都是以每个程序都是以“停停走走停停走走”的方式执行，可能走到中的方式执行，可能走到中途停下来，而且程序无法预知每次执行和暂停的时间长途停下来，而且程序无法预知每次执行和暂停的时间长度，失去原有的时序关系。度，失去原有的时序关系。失去封闭性：由于程序的并发执行，打破了由一程序失去封闭性：由于程序的并发执行，打破了由一程序独占系统资源的封闭性。多个程序共享一个计算机系统独占系统资源的封闭性。多个程序共享一个计算机系统的多种资源，每个程序的执行都会受其他程序的影响。的多种资源，每个程序的执行都会受其他程序的影响。失去可再现性。程序并

46、发执行时，由于失去了封闭性。失去可再现性。程序并发执行时，由于失去了封闭性。由于程序每次执行的环境不同，程序执行的速度具有不由于程序每次执行的环境不同，程序执行的速度具有不可再现性。如果不采取制约措施，在不同执行环境下的可再现性。如果不采取制约措施，在不同执行环境下的程序的执行结果也将失去可再现特征。程序的执行结果也将失去可再现特征。76程序并发执行失去可再现性典型的例子 一个飞机订票系统，两个终端，同时执行二个程序T1和T2。T1:T2:.read(x);read(x);if(x=1)-x;if(x=1)-x;write(x);write(x);.程序执行是为了对输入信息进行处理，并得到相应

47、的处理结果。为此，程序在并发执行时，必须保证程序执行结果可再现性。由于程序并发执行产生了一系列新特征，为了准确地描述程序的并发执行，必须引入进程的概念。2.1.4 进程 进程是正在执行的程序进程是正在执行的程序,进程是在并发环境进程是在并发环境下一个程序在一个数据集合上的一次执行过下一个程序在一个数据集合上的一次执行过程。程。传统进程的两个属性：传统进程的两个属性：进程是操作系统进行进程是操作系统进行资源分配和资源分配和CPU调度的基本单位。调度的基本单位。现代操作系统引进线程之后，进程的两个属现代操作系统引进线程之后，进程的两个属性发生分离，进程仅是操作系统进行资源分性发生分离，进程仅是操作

48、系统进行资源分配基本单位，而线程是操作系统配基本单位，而线程是操作系统CPU调度的调度的基本单位。基本单位。引入进程对操作系统的影响 为了准确地描述程序的并发执行，必须引入进程的概念。进程是计算机系统资源的使用主体，进程与进程是计算机系统资源的使用主体，进程与CPU、存储器和外设等资源的分配和回收相对、存储器和外设等资源的分配和回收相对应。操作系统引入进程，可以实现多个进程的应。操作系统引入进程，可以实现多个进程的并发执行，提高了系统资源的利用率，提高了并发执行，提高了系统资源的利用率，提高了系统的吞吐量。系统的吞吐量。但由于每个进程配备但由于每个进程配备PCB，增加了内存的空间，增加了内存的

49、空间开销。进程之间的切换、同步等需付出时间开开销。进程之间的切换、同步等需付出时间开销，引入进程会带来额外的时空开销，增加了销，引入进程会带来额外的时空开销，增加了操作系统的复杂性。操作系统的复杂性。进程的特征 动态性动态性 并发性并发性 独立性独立性 异步性异步性 结构特征。结构特征。进程的程序段描述了进程所要完成的进程的程序段描述了进程所要完成的功能。如果一个程序能够被多个进程功能。如果一个程序能够被多个进程同时共享执行，那么，这个程序段就同时共享执行，那么，这个程序段就是纯代码是纯代码(pure code)，即可重入代码，即可重入代码(reentry code)形式编写的，它是指进形式编

50、写的，它是指进程执行时不可修改的部分。数据段是程执行时不可修改的部分。数据段是指进程执行时用到的数据。用户程序指进程执行时用到的数据。用户程序在此数据集合上进行操作，得到相应在此数据集合上进行操作，得到相应的结果。的结果。82进程和程序的比较 它们的主要区别如下：它们的主要区别如下：程序是有序代码的集合，是一个静态的概念。进程是程序是有序代码的集合，是一个静态的概念。进程是程序的一次执行过程，是一个动态概念。进程不可以在程序的一次执行过程，是一个动态概念。进程不可以在计算机之间迁移，而程序通常对应着文件，可以复制。计算机之间迁移，而程序通常对应着文件，可以复制。进程是一个状态变化的过程，是有生