第5篇操作系统.ppt

第5章 操 作 系 统 5.1 概 述 5.1.1 操作系统的作用与地位 5.1.2 操作系统的功能 5.1.3 操作系统的类型 5.1.4 操作系统的基本特征 5.2 进程管理 5.2.1 多道程序设计 5.2.2 进程 5.2.3 进程间的通信 5.2.4 进程控制 5.2.5 进程高度调度 5.2.6 进程死锁 5.1 概 述 5.1.1 操作系统的作用与地位 众所周知，计算机系统由硬件和软件组成。在众多的计算机软件中，操作系统占有特殊重要的地位。图5-1简明地显示了计算机系统的基本构成。这一简图表明： (1) 操作系统是最基本的系统软件，因为所有其它的系统软件(例如编译程序、数据库管理系统等语言处理器)和软件开发工具都是建立在操作系统的基础之上，它们的运行全都需要操作系统的支持。在计算机启动后，通常先把操作系统装入内存，然后才启动其它的程序。 (2) 操作系统是用户与计算机硬件之间的接口。用户及其应用程序是通过操作系统与计算机的硬件相联系的。如果没有操作系统作为中介，用户对计算机的操作和使用将变得非常低效和困难。 (3) 按照虚拟机(Virtual machine)的观点，操作系统+裸机=虚拟计算机，如图5-2所示。换句话说，一台纯粹由硬件组成的裸机在配置操作系统后，将变成一台与原机器大相径庭的“虚拟”的计算机，无论在机器的功能或操作方面都将面目一新。 由此可见，硬件仅为人们提供了“原始的处理能力”。有了操作系统，才能使这一能力更有效、更方便地为人们使用。鉴于操作系统在计算机系统及软件开发环境中所处的重要地位，任何用户——从系统程序员到一般的最终用户(end user)——都需要不同程度地了解它。 所谓操作系统(OS，Operating System)，它是由一些程序模块组成，用来控制和管理计算机系统内的所有资源，并且合理地组织计算机的工作流程，以便有效地利用这些资源，并为用户提供一个功能强、使用方便的工作环境。 操作系统有两个重要的作用： (1) 管理计算机系统中的各种资源。 我们知道，任何一个计算机系统，不论是大型机、小型机，还是微机，都具有两种资源：硬件资源和软件资源。硬件资源是指计算机系统的物理设备，包括中央处理机、存储器和I/O设备；软件资源是指由计算机硬件执行的、用以完成一定任务的所有程序及数据的集合，它包括系统软件和应用软件。操作系统就是最基本的系统软件，它既是计算机系统的一部分，又反过来组织和管理整个计算机系统，充分利用这些软、硬件资源，使计算机协调一致并高效地完成各种复杂的任务。 (2) 为用户提供良好的界面。 从用户的角度看，操作系统不仅要对系统资源进行合理的管理，还应为用户提供良好的操作界面，便于用户简便、高效地使用系统资源。这里的用户包括计算机系统管理员、应用软件的设计人员等。 “管家婆”兼“服务员”，就是操作系统所扮演的一身二任的角色。 5.1.2 操作系统的功能 操作系统的基本功能就是合理地、高效地管理计算机系统的各种软硬件资源。在单用户系统中，资源管理相对简单一些，而在多用户共用的系统中，资源管理的任务就比较复杂。由于多用户要共享系统资源，就带来了一些新的问题。如多个用户如何抢占CPU时间，有限的存储空间特别是宝贵的内存空间如何分配，如何竞争输入输出设备及软件资源等。 这就要求操作系统必须有相应的功能，来决定资源共享的策略和有效地解决问题的方法，最大限度地发挥计算机的效率，提高计算机在单位时间内处理工作的能力(称为“吞吐量”，through out)。因此，操作系统应具有的基本功能有：中央处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理及作业管理。 1．中央处理器管理 中央处理器即CPU，是计算机系统中最宝贵的硬件资源。CPU管理指操作系统根据一定的调度算法对处理器进行分配，并对其运行进行有效的控制和管理。为了提高CPU的利用率，采用了多道程序技术。如果一个程序因等待某一条件而不能继续运行时，就把处理器占用权转交给另一个可运行程序；或者，当出现了一个比当前运行的程序更重要的可运行的程序时，后者应能抢占CPU。为了描述多道程序的并发执行，就要引入进程的概念，通过进程管理协调多道程序之间的关系，解决对处理器分配调度策略、分配实施