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操作系统简介 1.操作系统的基本概念 计算机操作系统 操作系统的功能 操作系统的服务和用户接口 计算机操作系统 什么是计算机系统？ 什么是计算机操作系统？ 一个完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分构成的。 硬件是软件运行的物质基础，软件能充分发挥硬件的潜能和扩充硬件的功能并完成用户所交付的任务，两者互相依存，缺一不可。 计算机的软件部分又分为应用软件和系统软件两种。 操作系统是诸多系统软件中最重要的一种系统软件，它是处于计算机硬件与计算机应用程序之间，除了起着应用程序与计算机硬件的接口作用之外，还要负责对计算机的资源在应用程序之间进行管理和分配。 操作系统的功能 操作系统是计算机硬件的封装和功能的扩充。 操作系统是计算机资源的管理者。 操作系统是计算机硬件的封装和功能的扩充 从磁盘中读取一批数据（裸机），我们应该怎么做？ 同理，按键数据的读取、鼠标状态的读取、向打印机输出数据、向显示器输出数据、计算机硬件异常等，我们又该如何应对？ 用汇编语言编写程序功能模块，通过它和高级语言对接的接口向用户提供服务，并把这些模块作为一种通用软件提供给用户。 这种提供接口，从而使应用程序可通过这些接口对计算机硬件进行操作的软件，就叫做计算机硬件的抽象层HAL。这个层次作为操作系统的最底层，是对计算机硬件的第一次软件封装。 在硬件抽象层HAL和应用程序之间再添一层，即在硬件抽象层的基础上再加一层，即使用高级语言编写一些程序模块，把复杂的硬件操作根据需要封装组合起来，形成一些有通常意义的模块。这些函数是对计算机硬件的第二次软件封装。 这些函数（程序模块）也被叫做API (Application Programming Interface)函数。 操作系统是计算机资源的管理者 计算机系统有哪些资源？ 何时，谁会使用操作系统资源？ 操作系统如何管理系统资源？管理功能？ 应用举例 输入 处理器 输出 操作系统管理功能 处理器的管理 存储器存储空间的管理 I/O设备的管理 文件的管理 网络和通信的管理 提供用户接口 操作系统的服务和用户接口 操作系统的基本服务 创建程序 执行程序 数据输入和输出 文件管理 通信 错误的检测和处理 资源分配 系统资源保护 资源使用情况的统计 操作系统的用户接口 操作系统层次关系 2.操作系统的内核是中断驱动的 什么是操作系统的内核？ 在操作系统中，由HAL层中的程序模块及进程管理、内存管理等基本服务程序模块组成了系统的核心部分，这个核心叫做操作系统的内核。 什么是异步事件？ 异步事件就是与当前正在做的事情在逻辑上无关的事件。 什么是中断？ 由于某种异步事件的发生而迫使程序执行流程发生转移的现象叫做中断。 中断处理流程 系统时钟的实现 定时器发生的中断请求叫做操作系统的系统时钟，也叫做时钟节拍；对应的中断服务程序也叫做时钟节拍服务 由硬件定时器实现的系统时钟如下图： 3.进程和线程的基本概念 什么是进程？运行的程序？ 什么是线程？它和进程的关系如何？ 进程 在操作系统中，进程是享受系统资源的对象，是资源分配的基本单位 进程的特性 动态性 指进程是程序的一次活动，程序是进程活动的蓝本，而进程活动是程序的一次运行过程。 并发性 指在一个系统内可以同时存在多个进程，他们交替使用处理器这个资源，并各自按照自己独立的进度推进。 异步性 指进程之间在交替使用计算机资源时没有强制的顺序。 独立性 进程在系统中是一个可独立运行的并具有独立功能的基本单位，也是系统分配资源和进行调度的独立单位。 结构性 指为了纪录、描述、跟踪进程运行时的状态变化以便对进程进行控制，由系统建立的一套数据结构。 进程的结构 1.进程的实体 在存储器中，进程由程序代码、数据集合、进程控制块三个部分组成 程序代码是进程执行的依据，进程就是通过执行程序代码来完成用户的任务的。 数据集合时进程在运行时所需要的数据全体。 进程控制块是操作系统为纪录和描述进程基本信息及状态，由操作系统创建并分配给进程的一个数据结构。 2.进程的状态及其转换 进程至少三个状态：就绪状态、运行状态和阻塞状态。 进程的基本状态及转换关系见下图 3.进程控制块(PCB) 操作系统在控制和管理进程时需要记录和跟踪进程的相关信息，操作系统用来记载进程的这些信息的表就叫做进程控制块 进程控制块相当于进程在操作系统中的省份证或者档案 一个用C语言编写的进程控制块 4.进程控制块链表 在并发系统中，各进程的状态时刻都在发生变化。 为了便于进程的管理，常用某种数据结构按进程的当前状态把系统中的所有进程分类组织起来 5.进程的内存映像 一个进程一般由三部分组成： 进程控制块 进程堆栈 进程数据块 线程 以进程作为分配处理器资源的基本单位显得过于庞大和笨重 人们把程序的运行过程分割为更小的单位——线程，即