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第六章 计算机操作系统 计算机操作系统 6.1 操作系统概述 计算机系统层次结构图 操作系统的作用和定义 作用:提供用户与计算机硬件之间的一个接口。 接口：指操作系统为用户提供的人机交互界面。 操作系统的作用和定义 操作系统提供的接口： 命令接口：以命令方式供用户通过键盘终端与计算机交互，如DOS。 图形化用户接口：Windows系列操作系统则提供了形象、生动的图形化界面，用户只需拖动并点击鼠标，便可轻松操作计算机。 程序接口：以系统调用的形式供用户编程时使用。 操作系统的作用和定义 定义：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，通过它提供的接口，使用户能充分、有效地利用这些资源并增强计算机系统的处理能力。 操作系统的发展和分类 推动操作系统发展的因素: 计算机硬件升级和新硬件的出现 提供新的服务,方便使用 提高计算机资源利用率 更正软件错误 计算机体系结构的发展 操作系统的发展和分类 1.人工操作阶段，没有操作系统 早期的计算机是由成千上万个电子管组成 操作和编程完全由手工进行，且编程只能用机器语言(二进制代码) 用户独占整台计算机及其它相关设备，效率非常低 操作系统的发展和分类 2.单道批处理系统 程序员首先将命令，程序和数据用汇编语言或是FORTRAN语言写在纸上，然后用穿孔机制成卡片，最后将这些卡片交给操作员。 操作系统的发展和分类 3.多道批处理系统 单道批处理系统中，任意时刻只允许一道作业在内存中运行，资源利用率低。 为了提高系统资源利用率，形成了多道批处理系统。 该系统中，用户提交的作业首先存放在外存，并排成一个队列，然后由作业调度程序，按照一定的算法从该队列中选取若干个作业装入内存执行。 操作系统的发展和分类 4.分时系统 多道批处理系统：提高了资源利用率，但是其交互性很差。 为了改进响应时间和性能，提供交互式操作环境，导致了分时系统的出现。 分时系统的实质是，在多道程序技术的基础之上，为多个用户配置一个联机终端。 操作系统的发展和分类 5.实时系统 6.微机操作系统 7.网络操作系统 8.分布式操作系统 6.2 进程管理 6.2.1 进程的概念 进程概念的引入 程序的顺序执行 由于各类软件的出现及日益复杂化，使得程序设计的概念和方法有了很大的发展，在单道程序工作环境中，我们把一个“程序”理解为“一个在时间上按严格次序前后相继的操作序列”。 6.2.1 进程的概念 程序的并发执行 多道程序设计技术:多个程序并发执行 6.2.1 进程的概念 定义：可并发执行的程序，在一个数据集合上的运行过程。 进程与程序： 区别：进程是动态的，是程序的执行过程；程序是静止的，是指令和数据的集合，可长期存储。 联系： 进程和程序相对应，没有程序，就不可能形成进程。 一个程序可以对应一个进程或多个进程，一个进程可以对应一个程序，或者一段程序。 6.2.1 进程的概念 进程的结构： 由三部分组成：程序、数据、进程控制块（PCB，Process Control Block） PCB是进程存在的唯一标志，它既能标识进程的存在，又能刻画出进程的动态特征。 线程 操作系统中引入进程的目的是，为了描述和实现多个程序的并发执行，以改善资源利用率。 为什么还需要引入线程呢？这是为了减少程序并发执行时系统所付出的额外开销，使操作系统具有更好的并发性，更好地提高系统的执行效率，从而便于系统管理。 6.2.1 进程的概念 进程管理的四个方面： 进程控制 进程同步 进程通信 调度 6.2.2 进程控制 主要任务:为作业创建进程,分配必要的资源，撤消已结束的进程以及控制进程在运行过程中的状态转换。 6.2.2 进程控制 进程的三种基本状态： （1）运行状态：进程正在处理机上运行的状态，该进程已获得必要的资源，也获得了处理机，用户程序正在处理机上运行。 （2）阻塞状态：进程等待某种事件完成（例如，等待输入/输出操作的完成）而暂时不能运行的状态。此时，即使分配给它处理机，它也不能运行。 （3）就绪状态：进程运行所需的一切条件都得到满足，但因处理机资源个数少于进程个数，所以该进程不能运行，而必须等待分配处理机资源，一旦获得处理机就立即投入运行。 6.2.2 进程控制 进程的基本状态演变图 6.2.2 进程控制 操作系统中，使用原语来实现进程控制。 原语：用以完成特定功能的、具有原子性的一段程序。 进程控制原语： 创建原语 撤消原语 阻塞原语 唤醒原语 6.2.3 进程同步 任务：对各进程的运行进行协调。 协调方式： 进程互斥方式： 指