第08章操作系统课件.ppt
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- 08 操作系统 课件
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1、第二部分 软件环境基础知识操作系统现代计算机系统是一个极其复杂的系统操作系统高效管理计算机资源的系统软件操作系统的目标高效管理计算机资源,为用户提供方便、易用的操作环境操作系统的作用1.操作系统是加到计算机硬件上的第一层软件,是其他软件运行的基础2.操作系统隔离硬件的变化3.操作系统是用户使用计算机的接口最终用户程序员操作系统设计人员计算机硬件操作系统各种工具软件应用软件图 8.1 计 算机系统层次图接口普通用户接口程序员级接口命令行接口图形用户界面学习目的加深对计算机系统的理解学习程序设计方法和技巧加深程序设计知识计算机是如何高效完成工作的?处理器周期10纳秒(100M主频)1秒高速缓存访问
2、30纳秒3秒项目时间减速一亿倍存储器访问200纳秒20秒上下文切换100 000纳秒(100微秒)166分钟磁盘访问10 000 000纳秒(10毫秒)11天时间片100 000 000纳秒(100毫秒)116天n进程和线程 进程:一个可并发执行的程序在其数据集上的一次运行,是操作系统进行资源分配的单位和运行单位 线程:进程内的一个可调度的实体,是一个执行单元,是轻量级的进程。(注意没有说是资源分配的单位,包括内存在内的资源) 线程的切换快于进程间的切换 线程同步需求的复杂性高于进程Unix以进程为最小调度单位,Windows以线程为最小调度进程8.2 操作系统的特性n操作系统具有区别于其他软
3、件的几个最基本的特征:程序的并发执行、资源的共享、虚拟性1. 程序的并发执行n“并发”是指两个或两个以上事件在同一时间间隔中发生2. 资源的共享n指计算机系统中的硬、软件资源不仅为某一程序或者某一用户所独享,多个拥有授权的程序或用户都可以使用n资源的共享方式有两种:互斥访问、同时访问3. 虚拟(Vitual)“虚拟”,就是把物理实体映射为一个或者多个逻辑实体8.3 操作系统的功能操作系统的主要功能有:n处理机(CPU)管理:对处理机的分配、调度实施最有效的管理,以最大限度地提高处理机的处理能力n存储器管理:为每个进程分配内存,当进程被撤消时回收分配出去的内存是内存管理的主要内容n设备管理:除了
4、对设备进行分配、调度以提高整个计算机系统的运行效率之外,还必须屏蔽各种设备的物理特性,向用户提供一个方便、易用、高效的操作界面n文件管理:数据存储空间的分配、回收;文件的读写和查找机制和安全机制,还应当屏蔽掉各种存储设备的物理特性,向用户提供一套简单、方便、易用的服务接口n作业管理:作业就是用户的计算任务,它包括用户应用程序所需要的数据以及控制应用程序执行的指令之部分,作业管理应当具有作业调度功能8.4 操作系统的种类1批处理操作系统:n首先出现的是“单道批处理系统”, 用户一次可以提交多个作业,但系统一次只处理一个作业,处理完一个作业后,再调入下一个作业进行处理。n“多道批处理系统”把内存分
5、为若干部分,属于同一批次的若干个作业调入内存,存放在内存的不同部分。一个作业由于等待输入输出操作而让处理机出现空闲时,系统自动进行切换,处理另一个作业2分时操作系统n分时系统是在多道程序的变种n与批处理系统的区别在于:在批处理系统中,一个作业可以长时间地占用CPU直至该作业执行完成;而在分时系统中,情况却恰恰相反。一个作业只能在一个时间片(Time Slice,就是一小段时间,一般取100毫秒)的时间内使用CPU,时间一到,系统将剥夺作业的CPU使用权,把CPU分配给其他的作业使用分时系统具有多路性、独占性、及时性及交互性等特点:3实时操作系统n对于特定的输入,系统能够在极短的时间内作出响应并
6、完成对该输入请求的处理n实时系统采用了时间片分时技术,也具有及时性,多路性,独占性和交互性等四个特征。不过,实时操作系统与分时系统之间还是有很大的区别的。实时系统一般是专用的,其交互能力比较差,它只允许用户访问数量有限的专用程序4 网络操作系统,具有以下基本功能:(1)网络通信功能(2)网络资源的管理和使用8.5 操作系统的结构常见的操作系统结构有:整体式,层次式和客户/服务器式 应用程序应用程序系统调用计算机硬件用户态 核心态应用程序应用程序系统调用文件系统内存管理和I / O 管理进程调度计算机硬件用户态 核心态用户应用进程进程服务器内存服务器文件服务器网络服务器显示服务器微内核硬件用户态
7、核心态8.6 操作系统的资源管理8.6.1 进程管理1进程与线程n进程是一个可并发执行的程序在其数据集上的一次运行,是操作系统进行资源分配的单位,进程表示资源的占用和所要做的工作n进程具有:动态性 、并发性、独立性、异步性n线程是进程内的一个可调度实体、是一个执行单元、轻量进程n线程可以方便、快捷地实现这种并发性。属于同一个进程的若干线程共享进程的地址空间和其他资源,所以,线程之间的切换比进程之间的切换要快得多2进程的状态阻塞就绪运行3进程控制进程控制一个描述进程的数据结构应当记录三个方面的信息:n进程状态,内存信息,记录文件管理信息常采用进程控制块( Process Control Bloc
8、k,简称PCB)描述UNIX的PCB:PCB:进程标识号 唯一标识一个进程的标志(为一整数) 进程状态 指就绪、运行、阻塞等状态 进程特征 标志是系统还是用户进程,程序是在内存还是在外存 进程优先数 用以确定由就绪态转为运行态的优先程度 程序地址 指出该进程的程序存放在内存或外存的什么地方 现场保护区 在进程交替时保存其程序运行的 CPU 状态,以便恢复并继续执行 同步、互斥机构 主要是一些同步互斥信号量(信号灯) 系统栈 进程调用操作系统核心的子程序时,所保留参数和返回地址等 “家族”联系 进程间的隶属关系,如本进程由哪个进程建立、其子进程是谁 资源清单 本进程当前已占用的资源情况(外设种类
9、、设备号、打开的文件等) 其它信息 随不同的系统而异4进程的同步n在操作系统中,资源是可以共享的,如:多个进程可共享硬盘、文件,变量甚至可执行程序段。然而,系统中的所有进程都是相互独立、以异步的方式并发执行的,所以进程间共享资源可能导致问题n进程共享的资源不允许被同时访问,这种资源叫做临界资源n操作系统必须提供一种机制对共享临界资源的进程进行协调,以保证这些进程能够“有序”地执行,这就是进程同步5进程通信(1)基于共享数据结构或共享内存进行通信 (2)利用消息进行通信(3)利用共享文件进行通信发送进程接收进程信箱信箱头 发送进程 接收进程 共享文件6进程调度按照一定的原则把CPU动态分配给某一
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