操作系统复习14章期末复习.pptx

1第一章 绪论n存储程序式计算机由五个部分组成，它们是存储器、控制器、运算器、输入和输出。n存储程序式计算机的特点：集中顺序过程控制。2第一章 绪论 中央处理机（CPU）内存 I/O设备 外部设备 存储设备 其它设备 系统软件 应用软件 工具软件3第一章 绪论使用操作系统的目的：n 方便用户方便用户n 提高计算机系统资源的使用效率 4第一章 绪论操作系统发展的几个阶段：n手工阶段n批处理n多道程序设计技术和多道成批系统（多道程序设计的特点）（多道程序设计的特点）n分时技术与分时操作系统n实时处理和实时操作系统n个人计算机操作系统n计算机网络和网络操作系统n分布式系统5第一章 绪论n操作系统的定义 操作系统是一个大型的程序系统，它负操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，实现信息度工作，控制并协调并发活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。操作系统使整个计获得良好的工作环境。操作系统使整个计算机系统实现了高效率和高度自动化。算机系统实现了高效率和高度自动化。6第一章 绪论从资源管理的角度看操作系统有如下四个功能从资源管理的角度看操作系统有如下四个功能：n 处理机分配处理机分配n 内存管理内存管理（主存管理、（主存管理、存储器管理存储器管理）n 设备管理设备管理n 软件资源管理软件资源管理操作系统的特性：操作系统的特性：并发并发 共享共享 不确定性不确定性7第一章 附录nUNIX是交互式的多用户分时操作系统。nWindows是图形界面的单任务多用户分时操作系统。nLINUX是多用户用任务操作系统。8第二章 操作系统的逻辑结构处理存贮管理进程控制进程通信初级中断处理处理机分派裸机资源分配和调度文件存取处理存贮管理进程控制进程通信初级中断处理处理机分派裸机9第二章 操作系统的逻辑结构n处理机的状态在计算机系统中有两类程序运行：用户程序用户程序 系统程序系统程序根据对系统资源和机器指令的使用权限，把处理机执行时的工作状态分为核态和用户态，有的操作系统还将系统程序执行时的机器的状态又分为核态和管态。其权限次序是：核态、管态、用户态10第二章 操作系统的逻辑结构n在核态下操作系统可以使用所有指令，包括一组特权指令。允许和禁止中断；在进程之间切换处理机；存取用于内存保护的寄存器；执行输入和输出操作；停止一个中央处理机的工作。11第二章 操作系统的逻辑结构n主存储器（主存、内存）：处理机能直接访问的存储器称为主存储器，用来存放正在处理机能直接访问的存储器称为主存储器，用来存放正在或将要执行的系统和用户程序、数据以及程序执行时要或将要执行的系统和用户程序、数据以及程序执行时要求的临时存储空间。求的临时存储空间。n辅存储器（辅存、外存）：处理机不能直接访问的存储器，如磁盘、光盘等，用来存处理机不能直接访问的存储器，如磁盘、光盘等，用来存放大量的数据信息。放大量的数据信息。12第二章 操作系统的逻辑结构Cache主存主存辅助存储器辅助存储器小小大大快快慢慢容容量量速速度度13第二章 操作系统的逻辑结构 时钟是操作系统运行时必不可少的硬设施，它以固定的时间间隔产生中断信号，这对于实施进程调度、计算系统资源的消耗、实时控制等功能是必不可少的。14第二章 操作系统的逻辑结构n n中断中断中断中断 是指某个事件（例如，电源掉电、浮点运算溢出、外部设备传是指某个事件（例如，电源掉电、浮点运算溢出、外部设备传输完成或出错等）发生时，系统中止现运行程序的执行，引出处理输完成或出错等）发生时，系统中止现运行程序的执行，引出处理事件程序对相应事件进行处理，处理完毕后返回断点继续执行。事件程序对相应事件进行处理，处理完毕后返回断点继续执行。n中断的类型中断的类型v输入输出中断v外中断v硬件故障中断v程序性中断v访管中断v中断是由软件和硬件共同完成。中断是由软件和硬件共同完成。15第二章 操作系统的逻辑结构16第三章 用户界面操作系统提供两个用户接口：程序级程序级：系统调用（功能由软件完成）（功能由软件完成）操作命令级操作命令级：作业控制语言（早期批处理操作系统）键盘命令（交互式操作系统，分时操作系 统为代表）图形用户接口（UNIX、WINDOWS）17第四章 并发处理4.1 4.1 并发活动进程的引人并发活动进程的引人 操操作作系系统统的的特特性性之之一一是是并并发发与与共共享享，即即在在系系统统中中（内内存存）同同时时存存在在几几个个相相互互独独立立的的程程序序，这这些些程程序序在在系系统统中中既既交交叉叉地地运运行行，又又要要共共享享系系统统中中的资源，这就会引起一系列的问题。的资源，这就会引起一系列的问题。要要解解决决这这些些问问题题，用用程程序序的的概概念念已已经经不不能能描描述述程程序序在在内内存存中中运运行行的的状状态态，必必须须引引人人新新的的概概念念进程进程。18第四章 并发处理程序顺序执行的特点：程序顺序执行的特点：n顺序性顺序性n封闭性封闭性n可再现性可再现性19第四章 并发处理程序并发执行程序并发执行 （定义）（定义）若若干干个个程程序序段段同同时时在在系系统统中中运运行行，这这些些程程序序的的执执行行在在时时间间上上是是重重迭迭的的，一一个个程程序序段段的的执执行行尚尚未未结结束束，另另一一个个程程序序段段的的执执行行已已经经开开始始，即即使使这这种种重重迭迭是是很很小小的的，也也称这几个程序段是并发执行的。称这几个程序段是并发执行的。20第四章 并发处理程序并发执行的描述n cobeginn S1;S2;S3;.;SNn coend;21第四章 并发处理并发程序的特点：一、失去了程序的封闭性二、程序与计算不再一一对应三、程序并发执行的相互制约22第四章 并发处理n在多道程序设计的环境下，为了描述程序在计算机系统内的执行情况，必须引人新的概念进程。n进程与程序的最大区别：动态和静态。n在系统中同时有多个进程存在，但归纳起来有两大类：系统进程和系统进程和用户进程。用户进程。23第四章 并发处理进程的三种基本状态：n 运行状态n 就绪状态n 等待状态24第四章 并发处理进程控制块进程控制块 PCB(Process Control Block)PCB(Process Control Block)存放进程的管理和控制信息的数据结构称为进程控制块。它是进程管理和控制的最重要的数据结构。进程控制块的作用进程控制块的作用 PCB是进程的唯一实体，系统根据PCB而感知进程的存在。25第四章 并发处理26第四章 并发处理 进进程程是是有有生生命命周周期期的的，是是一一个个产产生生、运行、暂停、终止的过程。运行、暂停、终止的过程。控制进程转换的程序叫控制进程转换的程序叫进程控制进程控制。在在一一般般操操作作系系统统中中以以系系统统调调用用的的形形式式提供给用户。提供给用户。27第四章 并发处理进程控制包括：进程创建进程创建、进程撤消进程撤消、进程阻塞进程阻塞、进程唤醒进程唤醒。28第四章 并发处理n信信 号号 灯灯 的的 概概 念念 是是 由由 DijkstraDijkstra提提 出出 的的（19681968）。他把互斥的关键概念抽象到信号量这个概念中，信号量是一个被保护的变量，只有P操作、V操作和一种称为信号量初始化的操作才能访问和改变它的值。n临界区临界区29第四章 并发处理信号灯的值仅能由P、V操作来改变:v对对信信号号灯灯的的P P操操作作记记为为：P(S)P(S)，P P操操作作是是一一个原子操作。个原子操作。v对对信信号号灯灯的的V V操操作作记记为为：V(S),V(S),V V操操作作是是一一个原子操作。个原子操作。30第四章 并发处理算法：算法：P输入：输入：S输出：无输出：无 s-;if(s 0)挂起该进程；挂起该进程；31第四章 并发处理n互斥的概念来自于诸进程对独占使用资源（设备）的竞争，同步来源于多个进程的合作。n同步：所所谓谓同同步步就就是是并并发发进进程程在在一一些些关关键键点点上上可可能能需需要要相相互互等等待待与与互互通通消消息息，这这样样的相互制约关系称为进程同步。的相互制约关系称为进程同步。32第四章 并发处理在操作系统中，同步有各种各样，但归纳起来有两类：n诸进程合作完成某工作的逻辑顺序。诸进程合作完成某工作的逻辑顺序。n对系统资源的共享。对系统资源的共享。如如两两个个进进程程共共享享一一个个缓缓冲冲区区完完成成誊誊抄抄问题。问题。33第四章 并发处理n生产者消费者问题生产者消费者问题 假假定定缓缓冲冲区区buffer是是一一个个有有界界缓缓冲冲区区，可可存存放放n个个数数据据，同同时时假假定定有有n个个CP进进程程不不断断地地产产生生数数据据，并并送送buffer；有有m个个IOP进程从缓冲区中取数据打印。进程从缓冲区中取数据打印。34第四章 并发处理35第四章 并发处理36第四章 附录UNIXUNIX的进程图像由以下几个部分组成：的进程图像由以下几个部分组成：1 1、进程控制块、进程控制块PCBPCBn基基本本进进程程控控制制块块 proc结结构构：存存放放进进程程的的最最基基本本的的控控制制和和管管理理信信息息，不不论论该该进进程程是是否否处处于于运运行状态，系统都要访问的信息，行状态，系统都要访问的信息，必须常驻内存必须常驻内存；n扩扩充充进进程程控控制制块块 user结结构构：存存放放进进程程的的管管理理和和控控制制信信息息，这这些些信信息息只只有有当当进进程程处处于于运运行行状状态时，系统才访问，态时，系统才访问，不一定常驻内存不一定常驻内存。2、正文段（共享正文段）、正文段（共享正文段）n它它是是进进程程执执行行程程序序的的一一部部分分，可可为为多多个个进进程程共共享享执执行行，作作为为正正文文段段的的程程序必须是可重入的。序必须是可重入的。3、数据段、数据段n包包括括：正正文文段段程程序序的的处处理理对对象象数数据据、进进程程执执行行程程序序（私私有有）及及数数据据和和ppda(进程数据区）。进程数据区）。4、用户栈、用户栈