《大学计算机基础与思维》第5章 操作系统.ppt

第5章 操 作 系 统 5.1 概 述 5.2 进程管理 5.3 存储管理 5.4 设备管理 5.5 文件管理 5.6 作业管理 习题 5.1.1 操作系统是什么？ 5.1.2 操作系统它能干些什么？ 5.1.4 操作系统的基本特征 并发(Concurrence)：若干个正在运行的程序同时或交替地运行。宏观上并行、微观上串行。 共享（Sharing）：操作系统与多个用户共享系统中的各种软硬件资源。当程序同时执行，数据共同存取时，如何保护它们不因受到破坏而引起混乱。 虚拟（Virtual）：通过某种技术把物理设备变成逻辑上的多个。通过分时使用来实现。 异步性(Asynchronism)：也称为不确定性，指内存中的每个进程在何时执行，何时暂停，以怎样的速度向前推进，每道程序总共需多少时间才能完成，都是不可预知的。 也叫处理机管理，核心问题： 如何把CPU合理地分配给某个需要的程序，并在其用完 后予以回收？ 5.2.1 多道程序设计 1 程序的顺序执行 程序：由若干条具有一定功能的机器指令所组成的解题顺 序和步骤 程序间顺序执行的特点 程序间顺序执行的特征 顺序性 前一程序执行完后才执行后一程序 封闭性 程序运行时独占资源 可再现性 环境和初始条件不变下，程序多次重复执行，结果一样 程序间并发执行的特征 并发执行是否还保持顺序执行的特征？ 多道特点：宏观上并行、微观上串行 单道—— 一次只有一个作业装入计算机的内存运行，在执行时不能使I/O设备与CPU同时工作，无法充分利用CPU。 （如DOS系统） 多道——计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使他们在操作系统控制之下，相互穿插交替运行。当某道程序因某种原因不能继续运行时（例如等待外设传输数据)，操作系统便将另一道程序投入运行，以便让CPU及各个外设尽量处于忙碌状态，从而大大提高计算机使用效率。这种技术称为多道程序设计。（如Windows系统） 5.2.2 进程 1 进程的概念 具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行 活动，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 定义要点： 运行过程 可并发执行的程序 数据集合 独立单位：分配与调度 2 进程的特性 动态性：生命期 并发性：进程执行时间的重叠（宏观） 独立性：资源分配与调度时相对独立 异步性：“走走停停”，不可预知 结构性：进程的结构——进程的“映像” 进程与程序的区别与联系 3 进程的状态与转换 （1）三种基本的进程状态 （2）进程状态的转换 进程状态转换的原因 进程状态转换的动作 进程的状态转换 进程的状态转换 进程状态转换 进程在状态转换的过程中推进完毕 注意： 三个基本状态之间的转换 有两种转换是不正确的 进程从执行态到阻塞态是主动的 进程发现需要等待某一事件，主动向系统申请进入阻塞态 进程从阻塞态到就绪态是被动的 当系统（或其它进程）发现阻塞进程阻塞的条件已释放，向系统申请将该进程置为就绪态 4 进程的控制块 进程的控制块 控制进程在各种状态中转换 进程控制块（Process Control Block） PCB是纪录进程动态特性，运行控制等信息的数据结构 PCB内容： 进程标识符 识别进程的唯一标志。 内部标识符：一串数值，供系统识别 外部标识符：一串字符，供操作员识别 例：使用Windows任务管理器观察进程外部标识符。 例：使用visual studio调试工具spy观察进程内部标识符 例：使用Windows优化大师 将相同状态（就绪、运行或等待）的PCB链接成队列，则可编制控制软件了。 5.2.3 进程间的通信 解释几个术语： 2）怎样实现进程间的通信？ —解决进程同步与互斥的工具 P（S）的过程如下： 3） 怎样用P、V操作实现进程互斥？ 例1：请写出两个进程使用一个打印机的信号量P、V操作。 例2：两个进程共用一个临界资源，用互斥信号量实现这两个进程互斥时，该互斥信号量可能的取值有哪几个？并说明每个取值的意义。 4）怎样用P、V操作实现进程同步？ 例1：P1为生产者，P2为消费者，依次进入就绪队列，希望实现一进一出（同步）。 问：进程的互斥与同步有什么区别？他们之间又有什么共同之处？ P、V操作要点： 5） 死锁 5.2.4 进程的控制 进程的创建与终止 进程的调度 进程的阻塞与唤醒 5.2.5 进程调度 进程调度即处理机调度。在多道程序设计环境中，进程数往往多于处理机数，这将导致多个进程互相争夺处理机。进程调度的任务是控制、协调进程对CPU的竞争，按照一定的调度算法，使某一就绪进程获得CPU的控制权，转换成运行状态。实际上，进程调度