【正文】 統(tǒng)中的資源被多個進(jìn)程所共用。 ? 時間片 分時系統(tǒng) 2．分時系統(tǒng)的特征和優(yōu)點(diǎn) ? 基本特征 ● 同時性 ● 交互性 ● 獨(dú)立性 ● 及時性 ? 主要 優(yōu)點(diǎn) ● 人機(jī)交互友好 ● 應(yīng)用方便 ● 資源共享 實(shí)時系統(tǒng) 1． 實(shí)時系統(tǒng)的引入 ? 實(shí)時系統(tǒng) 具有實(shí)時特性，能夠支持實(shí)時控制系統(tǒng)工作的操作系統(tǒng)。 ? 批處理系統(tǒng)的主要 優(yōu)點(diǎn) ： ① 系統(tǒng)資源利用率高 ② 系統(tǒng)吞吐量大 ? 明顯 缺點(diǎn) ： ① 用戶作業(yè)的等待時間長 ② 沒有交互能力 分時系統(tǒng) 1． 分時概念和分時系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法 ? 分時 ：廣義上，是指對時間的共享。 ? 作業(yè)步 由作業(yè)控制語句明確標(biāo)識的計算機(jī)程序的執(zhí)行過程 2． 工作流程 多道批處理系統(tǒng)中的作業(yè)流程 批處理系統(tǒng) ● 多道 ：系統(tǒng)在內(nèi)存中存放多個作業(yè)，并且在外存上還保存大量的后備作業(yè)。 操作系統(tǒng)的發(fā)展 推動操作系統(tǒng)發(fā)展的動力 ? 硬件技術(shù)更新 ? 應(yīng)用需求擴(kuò)大 操作系統(tǒng)的類型 ? 5大 基本類型 批處理系統(tǒng) 分時系統(tǒng) 實(shí)時系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 分布式系統(tǒng) 批處理系統(tǒng) 1． 作業(yè) ? 是用戶定義的、由計算機(jī)完成的工作單位。這些作業(yè)共享 CPU和系統(tǒng)中的其他資源。 ① 操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件 ②基本職能是控制和管理系統(tǒng)內(nèi)各種資源，有效地組織多道程序的運(yùn)行 ③提供眾多服務(wù)，方便用戶使用，擴(kuò)充硬件功能 操作系統(tǒng)的主要功能 1．存儲管理 內(nèi)存分配 地址映射 內(nèi)存保護(hù) 內(nèi)存擴(kuò)充 操作系統(tǒng)的主要功能 2． 作業(yè)和進(jìn)程管理 作業(yè)和進(jìn)程調(diào)度 進(jìn)程控制 進(jìn)程通信 操作系統(tǒng)的主要功能 3．設(shè)備管理 緩沖區(qū)管理 設(shè)備分配 設(shè)備驅(qū)動 設(shè)備無關(guān)性 操作系統(tǒng)的主要功能 4．文件管理功能 文件存儲空間的管理 文件操作的一般管理 目錄管理 文件的讀 /寫管理和存取控制 操作系統(tǒng)的主要功能 5．用戶接口 ● 程序接口 ● 命令行接口 ● 圖形用戶接口（ GUI） 操作系統(tǒng)的地位 計算機(jī)系統(tǒng)的層次關(guān)系 ? 簡言之 ， 軟件 是計算機(jī)執(zhí)行的程序 ? 軟件通常可分為三大類 ● 應(yīng)用軟件 ● 支撐軟件 ● 系統(tǒng)軟件 ? 操作系統(tǒng)是裸機(jī)之上的第 1層軟件，它只在核心態(tài)模式下運(yùn)行。 現(xiàn)代計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 處理器 ■ CPU工作的基本周期是： 提取指令，譯碼分析，執(zhí)行指令 每個 CPU可以執(zhí)行的指令集是專用的 ■ 所有 CPU都包含某些寄存器 ● 通用寄存器 ● 專用寄存器 ● 程序計數(shù)器 ● 棧指針 ● PSW（ 程序狀態(tài)字 ） ■ 兩種 處理機(jī)執(zhí)行狀態(tài) ? 核心態(tài) ◎ 用戶態(tài) 存儲器 ? 寄存器 ? 高速緩存 ? 內(nèi)存 ? 磁盤 ? 磁帶 I/O設(shè)備 通常由控制器和設(shè)備本身兩部分組成 ? 控制器 ? 設(shè)備 設(shè)備驅(qū)動程序 總線 總線分類 ? 數(shù)據(jù)總線 ? 地址總線 ? 控制總線 什么是操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)概念 1． 操作系統(tǒng)作為擴(kuò)展機(jī)器 ● 把硬件細(xì)節(jié)與程序員隔離開，隱藏了底層硬件的特性 ● 功能更強(qiáng)、使用更方便 2．操作系統(tǒng)作為資源管理器 ? 監(jiān)視各種資源，隨時記錄它們的狀態(tài)； ? 實(shí)施某種策略以決定誰獲得資源，何時獲得，獲得多少； ? 分配資源供需求者使用； ? 回收資源，以便再分配。 第 1章 操作系統(tǒng)引論 ? 參考書： ? 操作系統(tǒng) ——精髓與設(shè)計原理第五版 ? William Stalling 著 ? 操作系統(tǒng)原理與設(shè)計 ? 曹先彬 陳蘭香 編 ? 操作系統(tǒng)第二版 ? 孟慶昌 牛欣源 編 本章內(nèi)容提要 ■ 計算機(jī) 硬件結(jié)構(gòu) ■ 什么是操作系統(tǒng) ● 操作系統(tǒng)概念 ● 操作系統(tǒng)的主要功能 ● 操作系統(tǒng)的地位 ■ 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程 ■ 操作系統(tǒng)的類型 ■ 操作系統(tǒng)的特征 ■ 操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 ?計算機(jī)系統(tǒng) 是由硬件和軟件組成的 硬件 是軟件建立與活動的基礎(chǔ) 軟件 是對硬件 進(jìn)行管理和功能擴(kuò)充 ?計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 由五大功能部件組成，即： 運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。 它們經(jīng)由系統(tǒng)總線連接在一起，實(shí)現(xiàn)彼此通信。 3. 操作系統(tǒng) 的用戶觀點(diǎn)和系統(tǒng)觀點(diǎn) 定義 ： 操作系統(tǒng)是控制和管理計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各種硬件和軟件資源，有效地組織多道程序運(yùn)行的系統(tǒng)軟件（或程序集合），是用戶與計算機(jī)之間的接口。 ? 通常把經(jīng)過軟件擴(kuò)充功能后的機(jī)器稱為“ 虛擬機(jī) ” 操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程 操作系統(tǒng)的形成 1．手工操作階段 2．早期批處理階段 ● 早期聯(lián)機(jī)批處理 ● 早期脫機(jī)批處理 3．多道批處理系統(tǒng) 多道批處理系統(tǒng) ● 多道程序設(shè)計 ： 在內(nèi)存中同時存放多道程序，在管理程序的控制下交替地執(zhí)行。 ● 并發(fā) ： 多道程序在 CPU上交替運(yùn)行 ● 系統(tǒng)吞吐量 ： 在一段給定的時間內(nèi)，計算機(jī)所能完成的總工作量。它通常包括一組計算機(jī)程序、文件和對操作系統(tǒng)的控制語句。 ● 成批： 系統(tǒng)按批次調(diào)度作業(yè)，而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中不允許用戶和機(jī)器之間發(fā)生交互作用。 ● 在分時系統(tǒng)中 ， 分時主要是指若干并發(fā)程序?qū)?CPU時間的共享 ? 并行 ： 是指在同一時刻有兩個或兩個以上的活動發(fā)生。 ● 重要特征： 對時間有嚴(yán)格限制和要求 ? 三種典型應(yīng)用形式 ▲ 過程控制系統(tǒng) ▲ 信息查詢系統(tǒng) ▲ 事務(wù)處理系統(tǒng) 2． 實(shí)時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的差別 ? 交互性 ? 實(shí)時性 ? 可靠性 實(shí)時系統(tǒng) 3． 實(shí)現(xiàn)方式 ● 硬式實(shí)時系統(tǒng) 對時間嚴(yán)格約束 ● 軟式實(shí)時系統(tǒng) 對時間限制稍弱一些 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 1． 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特征 ● 分布性 ● 自治性 ● 互連性 ● 可見性 2． 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ● 服務(wù)器 客戶機(jī) ● 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ——實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信、資源共享和保護(hù)， 以及提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)接口等 本地操作系統(tǒng) ——完成本地資源的管理和服務(wù)功能 ● 客戶 服務(wù)器模式 ● Sun公司的 NFS Novell公司的 Netware Microsoft公司的 Windows NT Server IBM公司的 LAN Server SCO公司的 UNIX Ware 自由軟件 Linux 3． 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的特性 ? 接口一致性 ? 資源透明性 ? 操作可靠性 ? 處理自主性 ? 執(zhí)行并行性 分布式操作系統(tǒng) ? 分布式系統(tǒng)特點(diǎn) ● 透明性 ● 靈活性 ● 可靠性 ● 高性能 ● 可擴(kuò)充性 其他操作系統(tǒng) Windows XP、 Windows Vista、 UNIX、 Linux 對稱多處理（ SMP）系統(tǒng) ● 增加吞吐量 ● 提高性能 /價格比 ● 提高可靠性 3． 嵌入式系統(tǒng) 操作系統(tǒng)的特征 （ 1） 并發(fā) 兩個或多個活動在同一給定的時間間隔中進(jìn)行。 （ 3） 不確定性 系統(tǒng)中各種事件發(fā)生順序的不可預(yù)測性。 虛擬機(jī)結(jié)構(gòu) 帶 CMS的 VM/370結(jié)構(gòu) ● 通過共享物理機(jī)器資源來實(shí)現(xiàn) ● 主要優(yōu)點(diǎn) ? 同時運(yùn)行多個操作系統(tǒng) ? 系統(tǒng)安全 ,有效地保護(hù)系統(tǒng)資源 ? 提供良好的工作環(huán)境 ? 組建虛擬網(wǎng)絡(luò) 客戶 服務(wù)器系統(tǒng) 客戶 服務(wù)器系統(tǒng)模型 ● 微內(nèi)核 客戶 服務(wù)器系統(tǒng) ● 適于在分布式系統(tǒng)中應(yīng)用 分布式系統(tǒng)中的客戶 服務(wù)器模型 第 2章 進(jìn)程和線程 本章內(nèi)容提要 ? 進(jìn)程概念 ? 進(jìn)程的狀態(tài)和組成 ? 進(jìn)程管理 ? 線程 ? 進(jìn)程的同步和通信 ? 經(jīng)典進(jìn)程同步問題 ? 管程 ? 進(jìn)程通信 進(jìn)程概念 多道程序設(shè)計 1．順序程序活動的特點(diǎn) ● 順序性 ● 封閉性 ● 可再現(xiàn)性 2．多道程序設(shè)計 ■ 程序并發(fā)執(zhí)行 ● 提高系統(tǒng)資源利用率 ● 增加作業(yè)吞吐量 多道程序設(shè)計 3．程序并發(fā)執(zhí)行的特征 ① 失去封閉性 ② 程序與計算不再一一對應(yīng) ③ 并發(fā)程序在執(zhí)行期間相互制約 進(jìn)程概念 1． 進(jìn)程概念的引入 多道程序并發(fā)執(zhí)行所引發(fā)的一系列新情況 2．進(jìn)程概念 ● 進(jìn)程最根本的屬性是 動態(tài)性 和 并發(fā)性 ? 進(jìn)程定義： 程序在并發(fā)環(huán)境中的執(zhí)行過程 ? 進(jìn)程和程序的 區(qū)別 （ 1）動態(tài)性 （ 2）并發(fā)性 （ 3）非對應(yīng)性 （ 4）異步性 進(jìn)程概念 3．進(jìn)程的基本特征 （ 1）動態(tài)性 （ 2）并發(fā)性 （ 3）調(diào)度性 進(jìn)程的狀態(tài)和組成 進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換 1．進(jìn)程的基本狀態(tài) ● 運(yùn)行狀態(tài)（ Running） ● 就緒狀態(tài)（ Ready） ● 阻塞狀態(tài)（ Blocked） 進(jìn)程的 5種基本狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換 2．進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 （ 1）新建 → 就緒 （ 2）就緒 → 運(yùn)行 （ 3）運(yùn)行 → 阻塞 （ 4）阻塞 → 就緒 （ 5）運(yùn)行 → 就緒 （ 6）運(yùn)行 → 終止 進(jìn)程描述 1．進(jìn)程映像 進(jìn)程映像通常就由程序、數(shù)據(jù)集合、棧和PCB等 4部分組成 進(jìn)程映像模型 進(jìn)程描述 2．進(jìn)程控制塊的組成 ? 進(jìn)程控制塊 （ PCB） 也稱進(jìn)程描述塊（ Process Descriptor），它是進(jìn)程組成中最關(guān)鍵的部分，其中含有進(jìn)程的描述信息和控制信息，是進(jìn)程動態(tài)特性的集中反映，是系統(tǒng)對進(jìn)程施行識別和控制的依據(jù)。 pid = fork()。進(jìn)程 ID號不可能小于 0 */ fprintf(stderr, Fork Failed)。 /* 程序終止，返回碼 1*/ } else if (pid == 0) { /* 下面是子進(jìn)程執(zhí)行 */ execlp( /bin/ls, ls,NULL)。 /* 父進(jìn)程等待子進(jìn)程完成 */ printf( Child Complete )。 /* 終止 */ } } 進(jìn)程終止 導(dǎo)致進(jìn)程終止的三種情況： ? 正常終止 ? 異常終止 ? 外部干擾 進(jìn)