1、第三章计算机操作系统与Windows XP本章的主要内容本章的主要内容1.操作系统概述操作系统概述 2.操作系统功能操作系统功能什么是操作系统什么是操作系统操作系统是方便用户、管理和控制计算机软、操作系统是方便用户、管理和控制计算机软、硬件资源的系统软件（或程序集合）硬件资源的系统软件（或程序集合）计算机硬件计算机操作系统实用程序（Shell、编辑、编译等)各种应用程序计算机用户计算机用户操作系统设计人员编程人员操作系统：计算机系统的操作系统：计算机系统的“管家管家管理计算机的硬件和软件资源管理计算机的硬件和软件资源“管家管家”的主人：计算机用户的主人：计算机用户目标：为计算机用户服务目标：为
2、计算机用户服务操作系统的多角度视图操作系统的多角度视图从用户服务的角度从用户服务的角度操作系统是显示器屏幕上提操作系统是显示器屏幕上提供的桌面、开始菜单等供的桌面、开始菜单等从管理资源的角度从管理资源的角度操作系统是计算机中各种软操作系统是计算机中各种软硬件资源的管理者硬件资源的管理者负责资源的登记、状况的记负责资源的登记、状况的记录、分配、回收以及维护其录、分配、回收以及维护其完整性等完整性等 操作系统的发展史操作系统的发展史1.第一代第一代(19451955)电子真空管和插电子真空管和插件板，机器语言、没有件板，机器语言、没有OS、体积大速度、体积大速度慢。慢。2.第二代（第二代（1955
3、1965）晶体管和批晶体管和批处理，有处理，有Fortran和汇编、按批处理作业和汇编、按批处理作业,有了监控程序。有了监控程序。3.第三代（第三代（19651980）集成电路和集成电路和多道程序，多道程序多道程序，多道程序（Multiprogramming)、联机即时外设、联机即时外设操作操作(Spooling)操作系统走向成熟。操作系统走向成熟。4.第四代（第四代（19801990）个人机时代，个人机时代，大规模集成电路，有了成熟的操作系统大规模集成电路，有了成熟的操作系统产品产品MS-dos、UNIX。5.新的发展趋势（新的发展趋势（90年以后）年以后）网络网络OS、分布式分布式OS操作
4、系统分类操作系统分类1.批处理操作系统批处理操作系统2.分时操作系统分时操作系统3.实时操作系统实时操作系统4.网络操作系统网络操作系统5.分布式操作系统分布式操作系统 批处理操作系统批处理操作系统指用户作业的成批输入并处理指用户作业的成批输入并处理系统将作业一批一批地输入系统并暂存系统将作业一批一批地输入系统并暂存在外存中在外存中每次按一定的调度原则从后备作业中挑每次按一定的调度原则从后备作业中挑选一个或多个装入主机处理，作业完成选一个或多个装入主机处理，作业完成后退出主机后退出主机作业的装入和退出均由系统自动实现作业的装入和退出均由系统自动实现 批处理操作系统分为批处理操作系统分为单道批处
5、理操作系统单道批处理操作系统 多道批处理操作系统多道批处理操作系统多道程序设计原理多道程序设计原理分时操作系统分时操作系统 引入分时技术引入分时技术把把CPU的时间分成很短的时间片（例的时间分成很短的时间片（例如，几十至几百毫秒）如，几十至几百毫秒），多个任务轮流占用分时操作系统具有多路性分时操作系统具有多路性 、独占性、独占性 、及时性及时性 、交互性、交互性 分时技术原理分时技术原理 实时操作系统实时操作系统 在尽量短的时间内完成用户所要求的工作或做在尽量短的时间内完成用户所要求的工作或做出响应，不延误用户的工作要求出响应，不延误用户的工作要求瞬时响应瞬时响应实时控制和实时信息处理领域实时
6、控制和实时信息处理领域高可靠性，任何重要数据信息的错误和丢失都高可靠性，任何重要数据信息的错误和丢失都可能意味着严重的经济损失，甚至可能导致灾可能意味着严重的经济损失，甚至可能导致灾难性后果难性后果 网络操作系统网络操作系统 在原来各自计算机操作系统的基础上，按照网络体系在原来各自计算机操作系统的基础上，按照网络体系结构提供计算机网络管理、通信、资源共享、系统安结构提供计算机网络管理、通信、资源共享、系统安全和多种网络应用服务全和多种网络应用服务 网络操作系统功能网络操作系统功能 1.网络资源共享网络资源共享 2.网络通信网络通信 3.作业迁移作业迁移 分布式操作系统分布式操作系统l通过通信网
7、络将物理上分布的具有自通过通信网络将物理上分布的具有自治功能的数据处理系统或计算机系统治功能的数据处理系统或计算机系统互联起来，实现信息交换和资源共享、互联起来，实现信息交换和资源共享、协作完成任务协作完成任务l统一的操作系统来管理系统中的所有统一的操作系统来管理系统中的所有资源资源负责全系统的资源分配和调度、任务划负责全系统的资源分配和调度、任务划分、信息传输、控制协调等分、信息传输、控制协调等为用户提供一个统一的界面为用户提供一个统一的界面操作系统的功能操作系统的功能1.作业管理作业管理2.处理机管理处理机管理3.存储管理存储管理4.设备管理设备管理5.文件管理文件管理 作业管理作业管理作
8、业是由用户程序、数据及某种形式的控作业是由用户程序、数据及某种形式的控制所组成，是指用户在一次计算过程或在制所组成，是指用户在一次计算过程或在一次事务处理过程中，要求计算机系统所一次事务处理过程中，要求计算机系统所做工作的集合做工作的集合作业管理作业管理用户通过命令（命令接口）或者程序（系统调用户通过命令（命令接口）或者程序（系统调用）向计算机发出请求用）向计算机发出请求多个用户的请求以用户作业的方式在后备存储多个用户的请求以用户作业的方式在后备存储设备中等待设备中等待计算机收到用户请求后，利用操作系统提供的计算机收到用户请求后，利用操作系统提供的命令解释来调用相应的处理程序，有序有效地命令解
9、释来调用相应的处理程序，有序有效地使用各种系统资源，完成用户作业的处理使用各种系统资源，完成用户作业的处理作业状态进入状态后备状态运行状态终止状态作业管理的用户接口作业管理的用户接口命令接口命令接口键盘操作命令和作业控制命令菜单命令程序接口程序接口程序模式下的系统调用接口计算机硬件操作系统系统工具应用软件应用用户应用开发人员操作系统开发人员进程定义（进程定义（Process）1.1.行为的一个规则叫做程序，程序在处理机上执行时所发行为的一个规则叫做程序，程序在处理机上执行时所发生的活动称为进程（生的活动称为进程（DijkstraDijkstra)。2.2.进程是这样的计算部分，它是可以和其它计
10、算并行的一进程是这样的计算部分，它是可以和其它计算并行的一个计算个计算。(Donovan)(Donovan)3.3.进程（有时称为任务）是一个程序与其数据一道通过处进程（有时称为任务）是一个程序与其数据一道通过处理机的执行所发生的活动理机的执行所发生的活动。（。（Alan.C.Shaw)Alan.C.Shaw)4.4.进程是执行中的程序进程是执行中的程序。（。（Ken Thompson and Dennis Ken Thompson and Dennis Ritchie)Ritchie)教材上给出的进程的定义教材上给出的进程的定义：进程，即是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据进程，即是一个
11、具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次活动集合的一次活动进程特性 动态性，程序的一次执行过程 并发性，多个进程能在一段时间内同时运行 独立性 进程是一个能独立运行、独立分配资源和独立调度的基本单位 异步性 以各自独立的、不可预知的方向和速度向前推进 结构特性 由程序段、数据段和进程控制块（PCB）3部分组成 进程状态进程状态进程控制进程控制1.创建创建2.撤销撤销3.阻塞阻塞4.唤醒唤醒 进程调度进程调度1.先来先服务调度算法先来先服务调度算法 2.优先级调度算法优先级调度算法 3.时间片轮转调度算法时间片轮转调度算法4.进程死锁进程死锁P1继续执行需要资源继续执行需要资源R2，但，但R
12、2被被P2所占用，所占用，P1挂起，等待资源挂起，等待资源R2被释放；被释放；P2继续执行需要资源继续执行需要资源R1，但，但R1被被P1所占用，所占用，P2挂起，等待资源挂起，等待资源R1被释放；被释放；P1、P2均挂起，导致资源均挂起，导致资源R1和和R2无法得到释放，无法得到释放，P1、P2处于死锁状态；处于死锁状态；进程与程序进程 动态 程序的一次执行 不可复制 可以生成其它进程程序 静态 指令集 可复制 不能生成新程序两者没有一一对应关系两者没有一一对应关系线程（Thread）由进程进一步派生出来的一组代码（指令组）的执行过程 一个进程可以产生多个线程 这些线程共享该进程的内存地址空
13、间 可以并发、异步地执行 线程技术使同一个进程分成几个并发执行的路径 执行速度得到了更大的提高 线程需要的系统开销比进程要小进程与线程进程与线程(1)one processone threadmultiple processesone thread per processone processmultiple threadsmultiple processesmultiple threads per process进程与线程进程与线程(2)进程线程资源独立拥有资源可以访问其隶属进程的资源，代码段、数据段、已打开的文件、输入输出设备等调度调度与分派的基本单位并发性可以并发执行可以并发执行系统开销
14、创建或撤销，操作系统为之分配或回收资源同一进程内的多个线程具有相同的地址空间，线程间的同步与互斥的实现比较容易存储管理的功能存储管理的功能内存分配与回收内存分配与回收 为每道程序分配内存空间为每道程序分配内存空间地址映射地址映射物理地址和逻辑地址之间的映射关系 内存共享与保护内存共享与保护 为多道程序提供独立的存储空间为多道程序提供独立的存储空间为不同进程提供数据共享机制为不同进程提供数据共享机制内存扩充内存扩充虚拟存储技术 存储管理的方式存储管理的方式1.分区式存储管理分区式存储管理 2.分页式存储管理分页式存储管理 3.段式存储管理段式存储管理 4.段页式存储管理段页式存储管理 设备管理的
15、功能设备管理的功能1.分配设备分配设备 2.设备处理设备处理 3.输入输出缓冲区管理输入输出缓冲区管理 4.设备独立性设备独立性 文件管理的功能文件管理的功能文件读写管理文件读写管理 文件目录管理文件目录管理 文件存储空间管理文件存储空间管理 提供方便的接口提供方便的接口 命令接口程序接口文件系统的可靠性与一致性文件系统的可靠性与一致性 备份、转储和恢复即操作系统的文件系统，为操作系统自身和用户提供存储、即操作系统的文件系统，为操作系统自身和用户提供存储、检索共享和保护文件的方法检索共享和保护文件的方法常见操作系统常见操作系统1.DOS 2.Windows 3.Unix 4.Linux 作者作者Bill GatesKen ThompsonDennis Ritchie Linus Torvalds
