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1、第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识公共计算机教学与研究中心公共计算机教学与研究中心吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识概概 念念 操操作作系系统统OS(OS(O Operatingperating S System):ystem):计计算算机机系系统中重要统中重要系统软件系统软件。功能功能：l管管理理和和控控制制计计算算机机软软件件和和硬硬件件资资源源，使使计计算算机机各部分协调工作各部分协调工作；l合理组织合理组织计算机计算机工作流程工作流程；l为为用用户户使使用用计计算算机机提提供供友友好好的的人
2、人机机接接口口，方方便用户使用计算机系统。便用户使用计算机系统。OSOS硬件硬件2 2吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识应用程序应用程序其他系统程序其他系统程序第一节第一节 操作系统简介操作系统简介 计计算算机机系系统统层层次次结结构构可可以以分分为为四四部部分分:硬硬件件、操作系统操作系统、其他系统程序其他系统程序和和应用程序应用程序。硬硬件件：所所有有软软件件运运行行的的物物质质基基础础；操操作作系系统统位位于于硬硬件件之之上上，是是与与硬硬件件关关系系最最密密切切的的系统软件，是对硬件功能的系统软件，是对
3、硬件功能的首次扩充首次扩充。操作系统操作系统硬件硬件计算机系统的层次结构计算机系统的层次结构:裸机裸机3 3吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.1.1 3.1.1 操作系统发展历程操作系统发展历程1.1.手工操作阶段手工操作阶段计算机诞生计算机诞生初期初期根本根本没有操作系统没有操作系统。机。机器码时代器码时代,将这个时期称为将这个时期称为“手工操作阶段手工操作阶段”。顾名思义顾名思义,当时当时使用计算机需要大量的人工控使用计算机需要大量的人工控制制,只有通晓计算机硬件的只有通晓计算机硬件的专业人员才能使专业
4、人员才能使用计算机用计算机。手工操作阶段手工操作阶段典型的作业处典型的作业处理步骤理步骤:用户用机器语言编程序用户用机器语言编程序程序和数据手工记录在程序和数据手工记录在穿孔纸带上穿孔纸带上将纸带装入纸带输入机将纸带装入纸带输入机启动纸带输入机启动纸带输入机将程序和数据读入计算机将程序和数据读入计算机计算机处理作业计算机处理作业用户拿走结果用户拿走结果作业作业：由程序、数据及程序运行控制说明组成。：由程序、数据及程序运行控制说明组成。4 4吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识.特点特点:*用户独占全机用户独占全机
5、*CPUCPU等待人工操作等待人工操作*串行性串行性.缺点缺点:*有效机时严重浪费有效机时严重浪费*效率低效率低 为为了了解解决决人人机机矛矛盾盾,20,20世世纪纪5050年年代代末末出出现现了了脱脱机机输输入入/输输出出技技术术。在在主主机机与与输输入入输输出出设设备备之之间间设一台设一台外围控制机外围控制机，由它完成输入输出任务。，由它完成输入输出任务。5 5吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识读卡机读卡机打印机打印机外围控制机外围控制机输入磁带输入磁带输出磁带输出磁带主机主机监监督督程程序序以脱机方式成批
6、以脱机方式成批装入磁带的作业装入磁带的作业用用 户户作业作业结结 果果操作系统的萌芽操作系统的萌芽 1)单道批处理系统作业成批进入系统，但完成一个作业后才选择另一个作业。在磁带上选一个在磁带上选一个作业进入内存作业进入内存2.2.批处理阶段批处理阶段计算机计算机6 6吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识单道批处理系统单道批处理系统:任一时刻任一时刻只允许只允许一个程序一个程序在系统中执行。一个程序执行结束后才能执行在系统中执行。一个程序执行结束后才能执行下一个程序。下一个程序。时间时间tCPU程序程序A程序程序B
7、程序程序C7 7吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识读卡机读卡机打印机打印机I/OI/O处理机处理机通道通道磁磁 带带主机主机用用 户户作业作业结结 果果 2)2)假脱机技术假脱机技术计算机计算机中断请求中断请求通道通道：输入输出：输入输出(I/O)(I/O)处理机处理机，与，与CPUCPU并行并行中断中断：执行某程序过程中，出现某：执行某程序过程中，出现某突发事件突发事件时，时，CPUCPU暂停现程序暂停现程序，转去执行事件处理程序，执行完，转去执行事件处理程序，执行完处理程序再回到被暂停的程序继续执行。处理程
8、序再回到被暂停的程序继续执行。8 8吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3)多道批处理系统批处理系统批处理系统+多道程序设计技术多道程序设计技术多道批处理操作系统多道批处理操作系统输出机输出机输入机输入机作作业业结结果果作业作业1 1作业作业2 2：作业作业n n输入井输入井结果结果1 1结果结果2 2：结果结果k k输出井输出井内存内存+CPUCPU进程进程1 1进程进程2 2：进程进程n n主机主机后备队列后备队列内存中有多个进程交替运行内存中有多个进程交替运行算法算法作业预先在外存中排成作业预先在外存中排成
9、(后备后备)队列队列，由，由作作业调度程序业调度程序从后备队列中选若干个作业装入内从后备队列中选若干个作业装入内存，存，交替运行交替运行。9 9吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识多道程序运行原理程序程序1 1程序程序2 2程序程序3 3调度程序调度程序CPUCPU时间时间t1t1t7t7t3t3t9t9t5t5t2t2t4t4t6t6t8t8t10t10需要需要I/OI/O或时间到或时间到10 10吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础
10、知识多道程序系统多道程序系统:多道程序同时在执行。多道程序同时在执行。程序程序A程序程序C程序程序A程序程序B程序程序C程序程序CCPU时间时间t11 11吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识监督程序监督程序要解决系列管理问题：要解决系列管理问题：作业调作业调度度：合理调度作业，使系统中硬件资：合理调度作业，使系统中硬件资源有效利用；源有效利用；CPUCPU管理管理：多个作业交替运行，需要合理安：多个作业交替运行，需要合理安排处理机时间；排处理机时间；内存管理内存管理：为每道程序分配内存空间；：为每道程序分配内存
11、空间；I/OI/O设备管理设备管理：为程序分配输入：为程序分配输入/输出设备。输出设备。12 12吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识为为了了实实现现人人机机交交互互，必必须须改改变变批批处处理理系系统统中作业处理方式。中作业处理方式。3.3.操作系统的完善操作系统的完善 分分时时操操作作系系统统：将将CPUCPU时时间间分分成成若若干干个个相相等等的的时时间间片片，一一个个时时间间片片运运行行一一个个作作业业，下下一一个个时时间间片片运运行行另另一一个个作作业业，在在短短时时间间内内所所有有作作业业都能得到都能
12、得到轮流执行轮流执行。13 13吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.1.2 3.1.2 常见操作系统简介常见操作系统简介 1.DOS1.DOS操作系统操作系统DOSDOS是是磁磁盘盘操操作作系系统统(D Disk isk O Operating perating S System)ystem)，是是一一种种单单用用户户、单单任任务务的的微微型型机机操操作系统。作系统。主主要要功功能能：命命令令处处理理、文文件件管管理理和和设设备备管管理理。主主要要特特点点：系系统统开开销销小小,运运行行效效率率高高,但但资资
13、源源管管理理功功能能简简单单，字字符符型型用用户户界界面面,操操作作不不太方便。太方便。14 14吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识.2.Windows2.Windows操作系统操作系统19851985年年11 11月到现在，月到现在，WindowsWindows操作系统的优良性操作系统的优良性能奠定了微软在操作系统上的垄断地位。能奠定了微软在操作系统上的垄断地位。优点优点：*直观、易用的直观、易用的面向对象面向对象图形界面图形界面 *用户用户界面统一界面统一*与与设备无关设备无关性：支持性：支持即插即用即插即
14、用 *多任务多任务：同时运行多个程序：同时运行多个程序*先进的内存管理：支持先进的内存管理：支持大内存大内存，虚拟内存虚拟内存等等15 15吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识*各种系统管理工具：各种系统管理工具：资源管理器资源管理器：从：从我的电脑我的电脑右击菜单中选择右击菜单中选择资源管理资源管理器器，对，对磁盘磁盘和和文件文件等对象进行等对象进行管理管理。打印管理器打印管理器：单击：单击开始开始菜单菜单设置设置打印机打印机。系统工具系统工具：单击：单击开始开始菜单菜单程序程序附件附件系统工具系统工具，磁盘磁
15、盘备份备份、磁盘清理磁盘清理或或磁盘碎片整理磁盘碎片整理。*内置的内置的网络通信网络通信功能功能 ：支持多种网络传输协议：支持多种网络传输协议 。从从网上邻居网上邻居右击菜单中选择右击菜单中选择属性属性，从，从对象对象右击菜单右击菜单中选择中选择属性属性，可设置和，可设置和安装安装协议。协议。*出色的出色的多媒体多媒体功能：对音频、视频可编辑和播放。功能：对音频、视频可编辑和播放。单击单击开始开始菜单菜单程序程序Windows Media PlayerWindows Media Player。16 16吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系
16、统基础知识操作系统基础知识.3.UNIX3.UNIX操作系统家族操作系统家族一类通用、交互式分时网络操作系统。一类通用、交互式分时网络操作系统。两大流派两大流派：BSD UNIXBSD UNIX和和AT&TAT&T公司。公司。平平台台：在在大大中中小小计计算算机机上上运运行行较较多多，也也有有微微型机型机的的UNIXUNIX。17 17吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识.4.Linux4.Linux操作系统操作系统LinuxLinux是是芬芬兰兰籍籍科科学学家家LinusLinus TorvaldsTorval
17、ds于于19911991年年编编写写的一种操作系统，具有的一种操作系统，具有UNIXUNIX的全部功能的全部功能。优优点点：源源代代码码开开放放,免免费费；系系统统稳稳定定可可靠靠；速速度度快快，效效率率高高；功功能能完完善善；具具有有网网络络支支持持优优势等。势等。18 18吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.1.3 3.1.3 操作系统分类操作系统分类 .1.1.批处理系统批处理系统(Batch Processing)(Batch Processing)主要特征主要特征：多道性、成批性。：多道性、成批性。
18、多道性多道性：内存同时驻留多道程序，：内存同时驻留多道程序，并发执行并发执行。成批性成批性：作业成批进入系统，成批处理。：作业成批进入系统，成批处理。作业完成顺序与进入内存顺序没有紧密联系。作业完成顺序与进入内存顺序没有紧密联系。缺点缺点：缺乏人机交互性。：缺乏人机交互性。.基本类型基本类型：批处理、分时和实时系统。：批处理、分时和实时系统。19 19吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识 特征特征：多路性、交互性、独占性和及时性。：多路性、交互性、独占性和及时性。分时操作系统分时操作系统硬件层硬件层.终端终端1终
19、端终端2终端终端nCPUCPU时间时间分成时间片分成时间片处理终端请求处理终端请求 连接多个终端连接多个终端每个终端独立使用自己的时间片每个终端独立使用自己的时间片2.2.分时操作系统分时操作系统 CPUCPU时间时间20 20吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识 特征特征：实时性实时性、可靠性可靠性。实实时时性性：实实时时响响应应外外部部事事件件请请求求，在在规规定定时时间间内完成事件的处理任务。内完成事件的处理任务。可可靠靠性性：软软硬硬件件任任何何故故障障都都可可能能给给系系统统带带来来严严重后果，更注重硬
20、件稳定性和可靠性。重后果，更注重硬件稳定性和可靠性。3.3.实时系统实时系统 分类分类：实时控制实时控制、实时信息处理实时信息处理。实时控制实时控制：机器人、工业和宇航控制等。：机器人、工业和宇航控制等。实实时时信信息息处处理理：信信息息采采集集、信信息息检检索索和和航航空空订订票票系统等。系统等。21 21吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识基于计算机网络。除具备普通操作系统基于计算机网络。除具备普通操作系统功能外，还具有功能外，还具有网络管理网络管理模块、模块、通信通信、安全安全和和资源共享资源共享等模块。等
21、模块。打印机主机主机1 1NOSNOS主机主机2 2NOSNOS主机主机3 3DOSDOS4.4.网络操作系统网络操作系统 22 22吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识在在计计算算机机网网络络基基础础上上，解解决决地地域域分分布布很很广广的的计算机之间计算机之间资源共享资源共享、并行处理并行处理等问题。等问题。特征特征：统一性统一性、共享性共享性、可靠性可靠性和和透明性透明性。Win主机3Win主机2Win主机1统一性作业可迁移至其他主作业可迁移至其他主机上处理机上处理,实现处理机资实现处理机资源源共享 系统中
22、多台主机处于系统中多台主机处于同等地位同等地位,没有主从关系没有主从关系;没有地理位置上的差异。没有地理位置上的差异。可靠性透明性5.5.分布式操作系统分布式操作系统23 23吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识设计目标设计目标：易用性、响应性。：易用性、响应性。特征特征：单用户、虚拟内存和多任务处理。：单用户、虚拟内存和多任务处理。6.6.个人计算机操作系统个人计算机操作系统7.7.嵌入式操作系统嵌入式操作系统 支支持持嵌嵌入入式式计计算算机机，由由一一个个小小内内核核及及一一些些必必要要模模块块组组成成，能能
23、运运行行在在各各种种硬硬件件平平台台上上，提提供供基基本程序运行环境本程序运行环境和和接口接口。特特征征：实实时时性性、多多任任务务、对对硬硬件件依依赖赖性性、软软件件固化和专用性等。固化和专用性等。24 24吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识具具有有公公共共内内存存和和时时钟钟，多多个个CPUCPU，共共享享计计算算机机总总线线和和外外部部设设备备。也也称称为为并并行行操操作作系系统统或或紧紧耦耦合合系统。系统。对称多处理系统对称多处理系统：CPUCPU之间没有主从关系。之间没有主从关系。CPUCPU公共内公
24、共内 存存CPUCPUCPUCPU8.8.多处理机操作系统多处理机操作系统 25 25吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识第二节第二节 操作系统的作用及特征操作系统的作用及特征 3.2.1 3.2.1 操作系统的作用操作系统的作用 1.1.管理系统中软件硬件资源管理系统中软件硬件资源*CPU CPU *内存内存 *设备设备 *文件文件2.2.为用户为用户(应用程序应用程序)提供良好的界面提供良好的界面*命令接口命令接口：通过命令完成相关任务。：通过命令完成相关任务。*程序接口程序接口：通过系统调用获得操作系统服务
25、。：通过系统调用获得操作系统服务。字符型命令接口字符型命令接口图形命令接口图形命令接口26 26吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.2.2 3.2.2 操作系统功能操作系统功能 .5.5.文件管理文件管理管管理理软软件件资资源源，包包括括文文件件存存储储空空间间管管理理、目目录录管管理、文件存取控制、文件共享与保护。理、文件存取控制、文件共享与保护。.4.4.设备管理设备管理l分配、控制和管理外部设备分配、控制和管理外部设备(打印机、显示器等打印机、显示器等)，用户不必过多了解接口而方便地使用外部设备。用户不
26、必过多了解接口而方便地使用外部设备。l主要功能主要功能有缓冲区管理、设备分配和设备控制。有缓冲区管理、设备分配和设备控制。.3.3.存储管理存储管理l管理内存资源管理内存资源,方便程序使用存储器，提高内存方便程序使用存储器，提高内存利用利用率率。l主要包括主要包括存储分配、存储保护、虚拟内存和地址映射。存储分配、存储保护、虚拟内存和地址映射。.2.2.进程管理进程管理 l 程序只有程序只有获得获得CPUCPU才能运行，进程管理主要才能运行，进程管理主要分配分配和和管管理理处理机（处理机（CPUCPU）。）。l 以进程为基本单位以进程为基本单位分配和使用处理机，处理机管理归分配和使用处理机，处理
27、机管理归结为进程管理。结为进程管理。l进程管理进程管理主要功能主要功能：进程控制、进程调度、进程同步：进程控制、进程调度、进程同步及进程通信。及进程通信。.1.1.作业管理作业管理l合理组织工作流程，对作业进行合理组织工作流程，对作业进行控制控制和和管理管理。l主要包括作业主要包括作业输入输入、作业、作业调度调度和作业和作业控制控制。27 27吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.2.3 3.2.3 操作系统的特征操作系统的特征 在在一一段段时时间间内内多多个个程程序序同同时时运运行行，宏观上同时宏观上同时，微
28、观上串行微观上串行。共享性共享性程序并发性程序并发性虚拟性虚拟性异步性异步性 多个程序或作业多个程序或作业共享系统资源共享系统资源。一一个个物物理理实实体体变变成成逻逻辑辑上上多多个个对对应应物物，或或将将多多个个物物理理实实体体变变成成逻逻辑辑上上一个一个对应物。对应物。先先进进入入内内存存的的作作业业可可能能后后完完成成，而而后进后进入内存的作业可能入内存的作业可能先完成先完成 。程序并程序并行性行性 在在同同一一时时刻刻运运行行多多个个程程序序，从从微微观和宏观上都是观和宏观上都是同时发生同时发生。28 28吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第
29、三章 操作系统基础知识操作系统基础知识第三节第三节 作业管理作业管理 3.3.1 .1 基本概念基本概念 作作业业：要要求求计计算算机机系系统统完完成成的的任任务务集集合合。操操作作系系统统以作业为单位管理用户任务以作业为单位管理用户任务。作作业业组组成成：程程序序、数数据据和和作作业业说说明明书书。作作业业说说明明书书是描述批作业处理过程中控制意图的一种是描述批作业处理过程中控制意图的一种特殊程序特殊程序。作作业业步步：处处理理一一个个作作业业通通常常经经过过若若干干个个相相对对独独立立又又相相互互关关联联的的加加工工步步骤骤,一一个个相相对对独独立立的的处处理理步步骤骤称称为为一个一个作业
30、步作业步(Job Step)(Job Step)。29 29吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识 按作业提交和处理方式按作业提交和处理方式,作业分为两大类：作业分为两大类：批处理批处理作业和作业和交互式交互式作业。作业。1.1.批处理作业批处理作业多多个个作作业业由由输输入入设设备备依依次次输输入入到到辅辅存存中中，形成作业流。形成作业流。2.2.交互式作业交互式作业又又称称为为终终端端作作业业或或会会话话式式作作业业。在在分分时时系系统统中中，将将用用户户的的一一次次登登录录作作为为一一个个作作业业，一一次次登
31、录可以完成多项任务登录可以完成多项任务。30 30吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.3.2 .2 作业管理作业管理 主要任务：作业控制和作业调度。主要任务：作业控制和作业调度。1.1.作业控制作业控制 功能功能：控制作业输入、运行和输出。：控制作业输入、运行和输出。作作业业控控制制块块：操操作作系系统统为为每每个个进进入入系系统统的的作作业业建建立立一一个个作作业业控控制制块块(JCB)(JCB)，记记录录系系统统对对作业作业管理所需要的管理所需要的信息信息。作业存在作业存在的标志。的标志。作业标识作业标识
32、用户名称用户名称用户帐号用户帐号调度信息调度信息资源需求资源需求作业状态作业状态 :JB001JB001提交提交USER08USER0831 31吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识作业的作业的4 4个状态个状态：提交、后备、运行和完成。：提交、后备、运行和完成。spoolingspooling输入输入spoolingspooling输出输出输出机输出机输入机输入机作作业业结结果果作业作业1 1作业作业2 2：作业作业m m输入井输入井结果结果1 1结果结果2 2：结果结果k k输出井输出井进程进程1 1进程进程
33、2 2：进程进程M M主机主机提交提交从作业交给机房到完全进入输入井从作业交给机房到完全进入输入井后备后备从作业完全进入输入井到进入内存之前从作业完全进入输入井到进入内存之前运行运行调度到内存，创建第一个进程，调度到内存，创建第一个进程，直到完成，直到完成完成完成从作业进入输出井到退出系统从作业进入输出井到退出系统作业状态作业状态1 1作业状态作业状态2 232 32吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识.2.2.作业调度作业调度根根据据作作业业控控制制块块信信息息，按按一一定定策策略略选选取取若若干干作作业业进进
34、入入内内存存，以以便便获获得得处处理理机机。常常见见作业调度算法有：作业调度算法有：l先来先服务先来先服务 按照进入系统按照进入系统后备队列后备队列先后次序选择作先后次序选择作业。算法容易实现，但效率低。业。算法容易实现，但效率低。l最短作业优先最短作业优先 选择选择计算时间最短计算时间最短的作业投入运行。使的作业投入运行。使平均作业周转时间短，且易于实现，但效率平均作业周转时间短，且易于实现，但效率不高。不高。33 33吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识第四节第四节 进程管理进程管理 多多道道程程序序系系统统
35、中中，多多个个程程序序同同时时进进入入系系统统，一个程序的一个程序的活动规律活动规律 ：推进，暂停，推进，暂停，推进，暂停，推进，暂停，暂停时暂停时：保存现场：保存现场(断点，寄存器）断点，寄存器）推进时推进时：恢复现场：恢复现场 暂停原因暂停原因：1 1 自身原因自身原因等待资源等待资源，启动启动I/OI/O 2 2 剥夺剥夺CPUCPU给其他程序给其他程序运行机会运行机会34 34吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.3.1 .1 进程定义进程定义1.1.进程定义进程定义具具有有一一定定独独立立功功能能的的
36、程程序序段段关关于于一一个个数数据据集集合合的的一一次次运运行行活活动动，是是系系统统资资源源分分配配和和CPUCPU调度调度的的基本单位基本单位。进程强调两个方面：进程强调两个方面：l动态性动态性：l并发性并发性：执行执行中的程序，体现中的程序，体现运行性运行性可与其他可与其他进程并发进程并发执行。执行。35 35吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识2.2.进程组成进程组成1.1.程序块程序块2.2.数据块数据块3.3.进程控制块进程控制块PCB PCB 由由指令指令代码组成，代码必须是代码组成，代码必须是纯代
37、纯代码码,即在运行期间不修改自身。即在运行期间不修改自身。进程执行时所需进程执行时所需数据数据和和工作单元工作单元及及开辟的开辟的工作区工作区。标志进程存在标志进程存在的的数据结构数据结构,保存进程保存进程所需的所需的信息信息。进程标识进程标识所属用户所属用户进程状态进程状态调度参数调度参数现场信息现场信息进程地址进程地址 :PCB001PCB001就绪就绪USER08USER08 PCBPCB随进程的随进程的创建创建而而生成生成，随，随进程的进程的消亡消亡而而收回收回。36 36吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础
38、知识 程程序序、数数据据和和进进程程控控制制块块构构成成进进程程实实体体。程程序序和和数数据据位位于于内内存存中中用用户户空空间间，进进程程控控制制块块位位于于系统空间系统空间。PCBPCB数据数据代码代码系统空间系统空间用户空间用户空间37 37吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.3.进程的基本特征进程的基本特征*动动态态性性：动动态态地地产产生生、消消亡亡，生生存存期期内内动动态态变变化；化；动态性动态性是进程的是进程的基本特征基本特征。*并发性并发性：可：可并发并发执行。执行。*独独立立性性：在在系系统
39、统中中能能独独立立运运行行、分分配配资资源源和和接接受调度。进程是系统资源分配的受调度。进程是系统资源分配的基本单位基本单位。*异异步步性性：每每个个进进程程以以各各自自独独立立，不不可可预预知知的的速速度向前推进。度向前推进。*结结构构性性：每每个个进进程程由由程程序序块块、数数据据块块和和进进程程控控制块制块部分部分组成。组成。38 38吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识分为分为系统进程系统进程和和用户进程用户进程两类。两类。l系统进程系统进程：运行：运行操作系统程序操作系统程序,完成系统功能完成系统功能,
40、包括包括特权指令特权指令在内的所有机器指令在内的所有机器指令,优先级高优先级高于于用户进程。用户进程。l用户进程用户进程：运行：运行用户程序用户程序,只能执行只能执行非特权指令非特权指令。4.4.进程类型进程类型注注：从：从Windows Windows 的的任务管理器任务管理器 中可以查看到中可以查看到各类进程。各类进程。39 39吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识4.4.进程类型进程类型40 40吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基
41、础知识5.5.进程与程序的关系及区别进程与程序的关系及区别l 程序程序是是静态静态的，的，进程进程是是动态动态的。的。l 程程序序是是指指令令及及所所需需数数据据集集合合,可可以以长长期期保保存存在在存存储储介介质质上上；进进程程具具有有创创建建性性、运行性运行性和和消亡性消亡性。l 程序与进程是程序与进程是一对多关系一对多关系。41 41吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识.作业与进程的关系作业与进程的关系 l作业作业是任务是任务实体实体，进程进程是完成任务的是完成任务的执行实体执行实体;l作作业业进进入入内内
42、存存后后变变为为进进程程，通通常常一一个个作作业业对对应应多多个个进进程程；在在某某时时刻刻，一一个个运运行行的的作作业业可可能能有有多多个个进进程程处处于于活动状态活动状态（就绪、运行或等待）。（就绪、运行或等待）。l没没有有作作业业任任务务就就没没有有进进程程，反反过过来来，没没有有进进程程，就就不能完成作业任务。不能完成作业任务。典型作业典型作业输入进程输入进程计算进程计算进程完成完成（消亡）（消亡）活动活动待创建待创建42 42吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.3.2 .2 进程的状态和转换进程的状
43、态和转换 CPUCPU是执行进程的是执行进程的必要资源必要资源，而资源，而资源有限有限。操操作作系系统统不不会会让让一一个个进进程程一一直直占占用用CPUCPU。因因此此一一个个进进程程不不会会一一直直处处于于运运行行状状态态，进进程程可可能能有有多多种状态。种状态。进程的三种基本状态为：进程的三种基本状态为：43 43吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识就绪就绪等待等待运行运行所等事件发生所等事件发生阻塞阻塞时间到时间到进程调度进程调度创建进程创建进程运行态运行态(run):(run):获得获得CPUCPU，正
44、在运行进程中指令。，正在运行进程中指令。就就绪绪态态(ready):(ready):进进程程本本身身具具备备运运行行条条件件,等等待待获获得得CPUCPU资源资源 等等待待态态(wait):(wait):进进程程本本身身不不具具备备运运行行条条件件，正正等等待某一事件发生或释放某资源。待某一事件发生或释放某资源。消亡完成完成进程标识进程标识所属用户所属用户进程状态进程状态调度参数调度参数现场信息现场信息进程地址进程地址 :PCB001PCB001就绪就绪USER08USER08运运 行行恢复现场恢复现场保存现场保存现场等等 待待占用占用44 44吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共
45、计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识3.4.3 3.4.3 进程调度进程调度 在在多多道道程程序序环环境境下下，进进程程数数往往往往多多于于处理机数处理机数，致使它们，致使它们争用处理机争用处理机。系系统统按按某某种种算算法法，动动态态地地把把处处理理机机分分配给配给就绪队列中的一个就绪队列中的一个进程进程。分分配配处处理理机机的的任任务务由由进进程程调调度度程程序序完完成，所以进程调度也称为成，所以进程调度也称为处理机调度处理机调度。45 45吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知
46、识常用进程调度算法常用进程调度算法1.1.先到先服务先到先服务 (FCFS)(FCFS)按按进进程程到到达达先先后后顺顺序序分分配配处处理理机机。进进程程执行过程中操作系统执行过程中操作系统不会强行抢占处理机不会强行抢占处理机。特特点点：比比较较有有利利于于计计算算时时间间长长的的进进程程，而而短作业等待时间长短作业等待时间长。进进程程处理时处理时间间P1 P127 27P2 P23 3P3 P35 5P1 P1P2 P2P3 P30 027 2730 3035 35等待时间等待时间:P1 P10 0P2 P227 27P3 P330 30到到达达顺顺序序执行顺序执行顺序FCFSFCFS46
47、46吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识2.2.高优先级优先高优先级优先 在就绪队列中在就绪队列中选取优先级最高选取优先级最高的进程运行。的进程运行。优先级优先级1 1 优先级优先级2 2 优先级优先级n n就绪队列就绪队列进程按优先级排队静态优先级：静态优先级：在进程在进程创建时确定创建时确定，进程运行，进程运行期间保持固定不变。期间保持固定不变。动态优先级：动态优先级：在进程的在进程的生命期内生命期内，随着进程，随着进程的运行情况而不断的运行情况而不断动态变化动态变化。47 47吉林大学公共计算机教学与研究中
48、心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识将将CPUCPU时时间间分分成成固固定定大大小小的的时时间间片片，所所有有就就绪绪进进程程按按先先来来先先服服务务原原则则分分配配处处理理机机，一一次次使使用用一个时间片一个时间片。当当时时间间片片用用完完时时，如如果果该该进进程程既既未未结结束束也也未未因因某某种种原原因因而而等等待待，则则剥剥夺夺其其处处理理机机，将将它它送送到到就绪队列末尾，等待下一次调度。就绪队列末尾，等待下一次调度。3.3.时间片轮转法时间片轮转法 以以上上进进程程调调度度的的讨讨论论都都是是局局限限于于单单处处理理机机情情况况，
49、在在实实际际操操作作系系统统中中，往往往往使使用用多多种种调调度度算算法或某些算法的混合体法或某些算法的混合体。48 48吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识第五节第五节 存储管理存储管理 功功能能包包括括存存储储分分配配、存存储储保保护护、虚虚拟拟存存储储器管理器管理和和地址映射地址映射。目目的的：为为多多道道程程序序提提供供运运行行环环境境，提提高高存存储器储器利用率利用率，从逻辑上，从逻辑上扩充存储容量扩充存储容量。3.5.1 3.5.1 基本概念基本概念 l系统区系统区：存放存放操作系统操作系统核心核心程
50、序程序和一些和一些标准子标准子程序程序以及以及例行程序例行程序 l用户区用户区：存放存放用户程序用户程序和和数据数据l存储管理存储管理：指指内存储器内存储器管理，主要对管理，主要对用户区用户区进进行管理行管理 。49 49吉林大学公共计算机教学与研究中心制作吉林大学公共计算机教学与研究中心制作第三章第三章 操作系统基础知识操作系统基础知识1)1)物理地址：物理地址：内存被分为许多单元（存一内存被分为许多单元（存一个字节），将每个单元从个字节），将每个单元从0 0编号，编号，内存单元顺序内存单元顺序号号称为物理地址。称为物理地址。每个单元每个单元物理地址惟一物理地址惟一，通过物理通过物理地址读写