全套課件·《操作系統(tǒng)原理教程(第二版)

1、操作系統(tǒng)原理教程第1章 操作系統(tǒng)概述1.1 計算機系統(tǒng)1.2 操作系統(tǒng)的目標、作用和模型1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.4 操作系統(tǒng)的特征與功能本章結(jié)束！1.1 計算機系統(tǒng)1.1.1 計算機硬件 計算機硬件是指組成計算機系統(tǒng)的設備或機器，它是組成計算機系統(tǒng)的基礎。 計算機硬件一般包括中央處理器（CPU）、主存儲器、外存儲器、輸入設備和輸出設備，其中CPU與主存儲器合稱為主機，外存儲器、輸入設備和輸出設備合稱為外部設備。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.1 計算機系統(tǒng)1.1.1 計算機硬件 計算機硬件之間的關系如圖1-1所示。第1章 操作系統(tǒng)概述1.1 計算機系統(tǒng)1.1.2 計算機軟件 計算機軟件是指組

2、成計算機系統(tǒng)的程序、數(shù)據(jù)和文檔。程序是指令的有序集合，是根據(jù)一定的算法，采用相應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用某種計算機語言進行的描述；數(shù)據(jù)是信息在計算機中的表示，是計算機處理的對象；文檔是各種說明文本，是軟件操作的輔助性資源。 計算機的所有工作都必須在軟件的控制下才能進行，沒有軟件的計算機稱為“裸機”，是任何工作都做不了的。 根據(jù)軟件的作用可以把軟件分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件是支持和管理計算機硬件的軟件，是服務于硬件的，它創(chuàng)立的是一個平臺；應用軟件是完成用戶某項要求的軟件，是服務于特定用戶的，它滿足某一個應用領域。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.1 計算機系統(tǒng)1.1.2 計算機軟件 軟件的作用如圖1-2所示

3、。計算機用戶通過應用軟件讓計算機為自己服務，而應用軟件又是通過系統(tǒng)軟件來管理和使用計算機硬件。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.1 計算機系統(tǒng)1.1.2 計算機軟件 系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、計算機編譯語言和各種系統(tǒng)服務性程序。應用軟件包括計算機源程序和應用軟件包。所有這些軟件，操作系統(tǒng)是基礎，它是其他軟件的平臺。沒有操作系統(tǒng)，其他軟件就無法工作。第1章 操作系統(tǒng)概述返回1.2 操作系統(tǒng)的作用、目標與模型1.2.1 操作系統(tǒng)的作用 1. 作用：操作系統(tǒng)是在計算機硬件上加載的第一層軟件，是對計算機硬件功能的首次擴充。其他軟件只有在操作系統(tǒng)的支持下，才能對計算機硬件工作。操作系統(tǒng)的作用如圖1-

4、4所示。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.2 操作系統(tǒng)的作用、目標與模型1.2.1 操作系統(tǒng)的作用 2. 四種作用形式：用戶通過編寫的源程序，在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）或編譯系統(tǒng)的作用下，由操作系統(tǒng)控制和解釋給硬件去執(zhí)行；用戶通過服務性程序（也稱工具軟件），經(jīng)操作系統(tǒng)的作用，來完成對計算機的操作；用戶通過可執(zhí)行程序，經(jīng)操作系統(tǒng)的作用來實現(xiàn)對硬件的操作；用戶通過操作系統(tǒng)提供的命令來實現(xiàn)對硬件的操作。第1章 操作系統(tǒng)概述1.2 操作系統(tǒng)的作用、目標與模型1.2.2 操作系統(tǒng)的目標 1. 方便性：操作系統(tǒng)最終是要為用戶服務的。所以，設計操作系統(tǒng)時必須考慮用戶能否方便地操作計算機。用戶的操作包括直接使用命令

5、完成各種操作，也包括通過設計程序讓計算機完成各種操作。 2. 有效性：操作系統(tǒng)的主要工作是要支持和管理計算機硬件的，如何有效地利用計算機的硬件資源，充分發(fā)揮它們的使用效率是操作系統(tǒng)解決的主要問題。 3. 可擴充性：操作系統(tǒng)是為應用服務的，隨著應用環(huán)境的變化，操作系統(tǒng)自身的功能也必須不斷增加和完善。在設計操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)時，要采用合理的結(jié)構(gòu)使其能夠不斷地擴充和完善。 4. 開放性：操作系統(tǒng)的主要功能是管理計算機硬件，隨著計算機硬件技術的發(fā)展，為了使這些硬件能夠正確、有效地協(xié)同工作，就必須實現(xiàn)應用程序的可移植性和互操作性，因而要求計算機系統(tǒng)具有統(tǒng)一的開放環(huán)境。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.2 操作系

6、統(tǒng)的作用、目標與模型1.2.3 操作系統(tǒng)的層次模型 操作系統(tǒng)可以看成是一個層次結(jié)構(gòu)，其最底層為操作系統(tǒng)的操作對象，中間層為管理操作對象的軟件集合，最高層為提供給用戶的系統(tǒng)接口，如圖1-5所示。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.2 操作系統(tǒng)的作用、目標與模型1.2.3 操作系統(tǒng)的層次模型 1. 操作對象：主要是指操作系統(tǒng)所管理的各種軟硬件資源，包括處理器、存儲器、I/O設備、文件和作業(yè)。 2. 管理軟件：管理軟件是操作系統(tǒng)的核心，它集中了操作系統(tǒng)的主要功能。這些功能包括處理器管理、存儲器管理、設備管理、文件管理和作業(yè)管理。 3. 系統(tǒng)接口：系統(tǒng)接口是操作系統(tǒng)為方便用戶的使用提供給用戶的各種功能和服務，這

7、些接口包括命令接口和程序接口。 第1章 操作系統(tǒng)概述返回1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.1 推動操作系統(tǒng)發(fā)展的動力 1不斷提高資源利用率的需要 ：人們必須千方百計地提高計算機系統(tǒng)中各種資源的利用率 。 2方便用戶操作：人們想方設法改善用戶的上機和調(diào)試程序的環(huán)境 。 3 硬件的不斷更新?lián)Q代：計算機硬件的更新?lián)Q代，使得計算機的性能不斷提高，從而推動了操作系統(tǒng)的性能和功能也不斷發(fā)展。 4 計算機體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展：計算機體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展也不斷地推動著操作系統(tǒng)的發(fā)展，并且產(chǎn)生了新的操作系統(tǒng)。當計算機由單處理器系統(tǒng)發(fā)展為多處理器系統(tǒng)時，操作系統(tǒng)也從單處理器操作系統(tǒng)發(fā)展為多處理器操作系統(tǒng)。當計算機網(wǎng)絡出現(xiàn)后

8、，也就產(chǎn)生了網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 1無操作系統(tǒng)：其資源管理和控制由人工負責，它采用兩種方式：人工操作方式和脫機輸入輸出方式。 （1）人工操作方式：計算機資源的管理是由操作員采用人工方式直接控制的。其特點是：一個用戶獨占計算機系統(tǒng)的全部資源，計算機主機要等待人工操作，系統(tǒng)資源的利用率低。 （2）脫機輸入輸出方式：是指程序和數(shù)據(jù)的輸入輸出是在外圍機的控制下，而不是在主機的控制下完成的。其特點是：它減少了計算機主機的空閑等待時間，提高了I/O設備的處理速度。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)

9、展 2批處理系統(tǒng)：批處理系統(tǒng)主要采用了批處理技術。批處理技術是計算機系統(tǒng)同時對一批作業(yè)自動進行處理的一種技術。批處理系統(tǒng)有單道批處理系統(tǒng)和多道批處理系統(tǒng)兩種形式。 （1）單道批處理系統(tǒng)：其工作流程是：首先操作員將若干個待處理的作業(yè)合成一批輸入并傳輸?shù)酵獯?，然后將它們逐個送入主存并投入運行，當一個作業(yè)執(zhí)行結(jié)束后自動轉(zhuǎn)入下一個作業(yè)執(zhí)行。其特點是：其特點是：大大減少了人工操作的時間，提高了機器的利用率。但是，在單道批處理作業(yè)運行時，主存中僅存放了一道程序，每當程序發(fā)出I/O請求時，CPU便處于等待I/O完成狀態(tài)，致使CPU空閑，特別是I/O設備的低速性，使CPU的利用率降低。 第1章 操作系統(tǒng)概述1

10、.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 2批處理系統(tǒng)：批處理系統(tǒng)主要采用了批處理技術。批處理技術是計算機系統(tǒng)同時對一批作業(yè)自動進行處理的一種技術。批處理系統(tǒng)有單道批處理系統(tǒng)和多道批處理系統(tǒng)兩種形式。 （2）多道批處理系統(tǒng)：多道程序設計技術是指同時把多個作業(yè)放入主存并且允許它們交替執(zhí)行，共享系統(tǒng)中的各類資源，當某個程序因某種原因而暫停執(zhí)行時，CPU立即轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一道程序。 其優(yōu)點：一是資源利用率高，二是系統(tǒng)吞吐量大。不足：一是作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時間長，二是無交互能力。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 3分時操作系統(tǒng)：在分時系統(tǒng)中，一臺計算機可

11、以和許多終端相連，每個用戶通過終端向系統(tǒng)發(fā)出命令，請求完成某項工作。而系統(tǒng)則分析從終端發(fā)來的命令，完成用戶提出的要求。然后，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)提供的運行結(jié)果，向系統(tǒng)提出進一步的要求，這樣重復上述交互過程，直到用戶完成預計的全部工作。 分時系統(tǒng)必須解決兩個問題：一是及時接收，二是及時處理。 分時系統(tǒng)實現(xiàn)的方法：一是用戶作業(yè)直接進入主存，而不是先進入磁盤，再進入主存。二是不能讓一個作業(yè)長時間占用處理器，以便讓每個作業(yè)用戶能與自己的作業(yè)進行交互操作。 分時系統(tǒng)的實現(xiàn)方式：有單道分時系統(tǒng)、具有“前臺”和“后臺”的分時系統(tǒng)和多道分時系統(tǒng)。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系

12、統(tǒng)的發(fā)展 3分時操作系統(tǒng)： （1）單道分時系統(tǒng) 在20世紀60年代初期，美國麻省理工學院建立了第一個單道分時系統(tǒng)CTSS。 在該系統(tǒng)中，主存只有一個作業(yè)，其他作業(yè)仍在外存上。為使系統(tǒng)能及時響應用戶請求，規(guī)定每個作業(yè)在運行一個時間片后便暫停運行，由系統(tǒng)將它調(diào)至外存（調(diào)出），再從外存上選一個作業(yè)裝入主存（調(diào)入），作為下一個時間片的作業(yè)投入運行。若在不太長的時間內(nèi)能使所有的作業(yè)都運行一個時間片，即在指定的時間內(nèi)每個用戶作業(yè)都能運行一次，這就使終端用戶與自己的作業(yè)實現(xiàn)了交互，從而保證每個用戶請求都能及時獲得響應。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 3分時操作系

13、統(tǒng)： （2）具有“前臺”和“后臺”的分時系統(tǒng) 在單道分時系統(tǒng)中，作業(yè)調(diào)入/調(diào)出時，CPU處于“空閑”狀態(tài)；主存中的作業(yè)在執(zhí)行I/O請求時，CPU也處于“空閑”狀態(tài)。為了充分利用CPU而引入了“前臺”和“后臺”的概念。 在具有“前臺”和“后臺”的分時系統(tǒng)中，主存被固定地劃分為“前臺區(qū)”和“后臺區(qū)”兩部分?！扒芭_區(qū)”存放按時間片“調(diào)入”和“調(diào)出”的作業(yè)流，“后臺區(qū)”存放批處理作業(yè)，僅當前臺調(diào)入/調(diào)出時（或前臺無作業(yè)可運行時），才能運行“后臺區(qū)”中的作業(yè)，并且給它分配更長的時間片。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 3分時操作系統(tǒng)： （3）多道分時系統(tǒng) 為了

14、進一步改善系統(tǒng)的性能，在分時系統(tǒng)中引入了多道程序設計技術。 在主存中可以同時裝入多道程序，每道程序無固定位置，對小作業(yè)可以裝入幾道程序，對一些較大的作業(yè)則少裝入幾道程序。系統(tǒng)把所有具備運行條件的作業(yè)排成一個隊列，使它們依次獲得一個時間片來運行。在系統(tǒng)中，既有終端用戶作業(yè)，又有批處理作業(yè)時，應賦予終端作業(yè)較高的優(yōu)先權，并且將它們排成一個高優(yōu)先權隊列；而將批處理作業(yè)另外排成一個隊列。平時輪轉(zhuǎn)運行高優(yōu)先權隊列的作業(yè)，以保證終端用戶請求能獲得及時響應。僅當該隊列為空時，才能運行批處理隊列中的作業(yè)。 由于切換的作業(yè)在主存中，不用花費調(diào)入、調(diào)出的開銷，故多道分時系統(tǒng)具有較好的系統(tǒng)性能?，F(xiàn)代的分時系統(tǒng)都屬于

15、多道分時系統(tǒng)。第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 3分時操作系統(tǒng)： 分時系統(tǒng)的特征： 多路性。是指一臺計算機與若干臺終端相連接，終端上的用戶可以同時或基本上同時使用計算機。宏觀上，是多個用戶同時工作，共享系統(tǒng)資源；微觀上，則是每個用戶輪流運行一個時間片。多路性也稱為同時性，它提高了系統(tǒng)資源的利用率，從而促使計算機應用更廣。 獨立性。是指每個用戶占用一個終端，彼此獨立操作、互不影響。因此，每個用戶會感覺到自己“獨占”了主機資源。 及時性。是指用戶的請求能在很短的時間內(nèi)獲得響應。此時的時間間隔是根據(jù)人們能夠接受的等待時間來確定的，通常為23秒鐘。 交互性。用

16、戶可以通過終端與系統(tǒng)進行廣泛的對話。其廣泛性表現(xiàn)在：用戶可以請求系統(tǒng)提供各方面的服務，如文件編輯、數(shù)據(jù)處理和資源共享等。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 4實時操作系統(tǒng)：實時系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時響應外部事件的請求，在規(guī)定的時間內(nèi)，完成對該事件的處理，并且控制所有實時任務協(xié)調(diào)一致地運行。根據(jù)控制對象的不同，實時系統(tǒng)的類型分為實時控制系統(tǒng)和實時信息處理系統(tǒng)。 （1）實時控制系統(tǒng)是指以計算機為中心的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，又稱為計算機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)要求能及時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并且對采集的數(shù)據(jù)進行及時處理，進而自動控制相應的執(zhí)行機構(gòu)，使某些參數(shù)能按照預定的規(guī)律變化，以保

17、證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。實時控制系統(tǒng)通常用于工業(yè)控制和軍事。 （2）實時信息處理系統(tǒng)是指對信息進行實時處理的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，計算機能及時接收從遠程終端發(fā)來的服務請求，根據(jù)用戶提出的問題對信息進行檢索和處理，并且在很短的時間內(nèi)向用戶做出正確應答。典型的實時信息處理系統(tǒng)有機票訂購系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)等。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 4實時操作系統(tǒng)： 實時系統(tǒng)的特征： 多路性是指系統(tǒng)能對多個現(xiàn)場進行數(shù)據(jù)采集，并且對多個對象或多個執(zhí)行機構(gòu)進行控制。 獨立性是指信息的采集和對象的控制操作互不干擾。及時性是以控制對象所要求的開始時間和截止時間來確定的，高于分時系

18、統(tǒng)，一般為秒級、毫秒級，甚至微秒級。 交互性是指用戶可以訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務程序，其交互性弱于分時系統(tǒng)。 可靠性是指采用多級容錯技術來保證系統(tǒng)的安全性和數(shù)據(jù)的安全性。其可靠性高于分時系統(tǒng)。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 4實時操作系統(tǒng)： 實時系統(tǒng)與分時系統(tǒng)的主要區(qū)別。 一是，系統(tǒng)的設計目標不同。分時系統(tǒng)的設計目標是提供一種隨時可供多個用戶使用的通用性很強的系統(tǒng)；而實時系統(tǒng)則大多數(shù)都是具有某種特殊用途的專用系統(tǒng)。 二是，響應時間的長短不同。分時系統(tǒng)的響應時間通常為秒級；而實時系統(tǒng)的響應時間通常為毫秒級，甚至微秒級。 三是，交互性的強弱不同。分

19、時系統(tǒng)的交互性強，而實時系統(tǒng)的交互性相對較弱。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 5微機操作系統(tǒng)：微機操作系統(tǒng)是指配置在微機上的操作系統(tǒng)。最早出現(xiàn)的微機操作系統(tǒng)是CP/M操作系統(tǒng)。微機操作系統(tǒng)可以分為單用戶單任務操作系統(tǒng)、單用戶多任務操作系統(tǒng)和多用戶多任務操作系統(tǒng)。 （1）單用戶單任務操作系統(tǒng)是指只允許一個用戶上機，并且只允許一個用戶程序作為一個任務運行。這是一種最簡單的微機操作系統(tǒng)，主要配置在8位微機和16位微機上。具有代表性的單用戶單任務操作系統(tǒng)是CP/M和MS-DOS。第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 5

20、微機操作系統(tǒng)：（2）單用戶多任務操作系統(tǒng)是指只允許一個用戶上機，但允許一個用戶程序分為多個任務并發(fā)執(zhí)行，從而有效地改善系統(tǒng)的性能。它主要配置在32位微機上，具有代表性的單用戶多任務操作系統(tǒng)是OS/2和MS-Windows。 （3）多用戶多任務操作系統(tǒng)。多用戶多任務操作系統(tǒng)是指允許多個用戶通過各自的終端，使用同一臺主機，共享主機系統(tǒng)中的各類資源，而且每個用戶程序又可以分為多個任務并發(fā)執(zhí)行，從而提高資源的利用率和增加系統(tǒng)的吞吐量。它主要配置在大、中、小型計算機上，具有代表性的是UNIX。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 6多處理器操作系統(tǒng)：為了增加系統(tǒng)的

21、吞吐量，節(jié)省投資，提高系統(tǒng)的可靠性，在20世紀70年代出現(xiàn)了多處理器系統(tǒng)（MPS：Multi-Processor System），試圖從計算機體系結(jié)構(gòu)上來改善系統(tǒng)的性能。在多處理器系統(tǒng)上配置的操作系統(tǒng)是多處理器操作系統(tǒng)，它可以分為非對稱多處理器模式和對稱多處理器模式兩種。 (1)非對稱多處理器模式也稱為主從模式，在這種模式中，把處理器分為主處理器和從處理器兩類。主處理器只有一個，其上配置了操作系統(tǒng)，用于管理整個系統(tǒng)的資源，并且負責為從處理器分配任務。從處理器有若干個，它們執(zhí)行預先規(guī)定的任務及由主處理器所分配的任務。這種模式易于實現(xiàn)，但是資源利用率低，在早期的特大型系統(tǒng)中，較多地采用了這種模式。

22、第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 6多處理器操作系統(tǒng)：為了增加系統(tǒng)的吞吐量，節(jié)省投資，提高系統(tǒng)的可靠性，在20世紀70年代出現(xiàn)了多處理器系統(tǒng)（MPS：Multi-Processor System），試圖從計算機體系結(jié)構(gòu)上來改善系統(tǒng)的性能。在多處理器系統(tǒng)上配置的操作系統(tǒng)是多處理器操作系統(tǒng)，它可以分為非對稱多處理器模式和對稱多處理器模式兩種。 (2)在對稱多處理器模式中，所有處理器的地位都是相同的。在每個處理器上運行一個相同的操作系統(tǒng)拷貝，用它來管理本地資源，并且控制進程的運行以及計算機之間的通信。這種模式允許多個進程同時運行，但是，必須謹慎控制I/O設備

23、，以保證能將數(shù)據(jù)送至適當?shù)奶幚砥?，同時還必須使各處理器的負載平衡，以免有的處理器超載運行，而有的處理器空閑無事。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 7網(wǎng)絡操作系統(tǒng)：計算機網(wǎng)絡是指通過通信線路和通信的控制設備，將相互獨立的計算機系統(tǒng)連成一個整體，在網(wǎng)絡軟件的控制下，實現(xiàn)信息傳遞和資源共享的系統(tǒng)。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的模式有：客戶機/服務器模式（C/S）和對等模式兩種。 （1）客戶機/服務器模式：在網(wǎng)絡中有兩種站點：服務器和客戶機。服務器是網(wǎng)絡的控制中心，它向客戶機提供一種或多種服務?？蛻魴C是用于本地的處理和訪問服務器的站點。C/S模式具有分布處理和集中控制的特征

24、。 （2）對等模式：各站點的關系是對等的，既可以作為客戶機訪問其他站點，又可以作為服務器向其他站點提供服務。該模式具有分布處理和分布控制的特征。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 8分布式操作系統(tǒng)：分布式處理系統(tǒng)是指由多個分散的處理單元經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)的連接而形成的系統(tǒng)。系統(tǒng)的處理和控制功能，都分散在系統(tǒng)的各個處理單元上。系統(tǒng)的所有任務，也可以動態(tài)地分配到各個處理單元上，并且使它們并行執(zhí)行，實現(xiàn)分布處理。第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 8分布式操作系統(tǒng)： 分布式操作系統(tǒng)具有以下特點： 分布性。分布式操作系統(tǒng)不是集中地

25、駐留在某一個站點上的，而是均勻地分布在各個站點上，它的處理和控制是分布式的。 并行性。分布式操作系統(tǒng)的任務是分配程序?qū)⒍鄠€任務分配到多個處理單元上，使這些任務能并行執(zhí)行，從而提高任務執(zhí)行的速度。 透明性。它可以很好地隱藏系統(tǒng)內(nèi)部的實現(xiàn)細節(jié)，而對象的位置、并發(fā)控制、系統(tǒng)故障等對用戶是透明的。 共享性。分布在各個站點上的軟硬件資源，可以供全系統(tǒng)中的所有用戶共享，并且以透明的方式訪問它們。 健壯性。任何站點上的故障都不會給系統(tǒng)造成太大的影響。當某一設備出現(xiàn)故障時，可以通過容錯技術實現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，從而保證系統(tǒng)的正常運行。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展 8分布

26、式操作系統(tǒng)： 分布式操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的主要區(qū)別： 一是，能否適用不同的操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)可以構(gòu)架于不同的操作系統(tǒng)之上，也就是說，它可以在不同的本機操作系統(tǒng)上，通過網(wǎng)絡協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的統(tǒng)一配置，在大范圍內(nèi)構(gòu)成網(wǎng)絡操作系統(tǒng)；而分布式操作系統(tǒng)是由一種操作系統(tǒng)構(gòu)架的。 二是，對資源的訪問方式不同。網(wǎng)絡操作系統(tǒng)在訪問系統(tǒng)資源時，需要指明資源的位置和類型，對本地資源和異地資源的訪問要區(qū)別對待；而分布式操作系統(tǒng)對所有資源，包括本地資源和異地資源，都用同一方式進行管理和訪問，用戶不必關心資源在哪里，或資源是怎樣存儲的。第1章 操作系統(tǒng)概述1.3 操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展1.3.3 操作系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

27、1. 大型系統(tǒng)：大型系統(tǒng)的典型代表是分布式操作系統(tǒng)和機群操作系統(tǒng)。機群操作系統(tǒng)是分布式系統(tǒng)的一種，一個機群通常由一群處理器密集構(gòu)成。它可以用低成本的微機和以太網(wǎng)設備構(gòu)造出性能相當于超級計算機性能的計算機機群。 2. 微型系統(tǒng)：微型系統(tǒng)的典型代表是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式操作系統(tǒng)是運行在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境中，對整個嵌入式系統(tǒng)以及它所操作的各種部件裝置等資源進行統(tǒng)一調(diào)度和控制的系統(tǒng)軟件。 第1章 操作系統(tǒng)概述返回1.4 操作系統(tǒng)的特征與功能1.4.1 操作系統(tǒng)的特征 1并發(fā)性：是指兩個或多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生，即宏觀上有多道程序同時執(zhí)行，而微觀上，在單處理器系統(tǒng)中每一個時刻僅能執(zhí)行一道程序。并發(fā)的

28、目的是改善系統(tǒng)的利用率和提高系統(tǒng)的吞吐量。 2共享性：是指系統(tǒng)中的資源可以供多個并發(fā)執(zhí)行的進程使用。 3虛擬性：是指通過某種技術把一個物理實體變成若干個邏輯實體。即物理上雖然只有一個實體，但是，用戶使用時感覺有多個實體可以供使用。 4異步性：是指在多道程序環(huán)境下，允許多個進程并發(fā)執(zhí)行。由于資源的限制，進程的執(zhí)行不是“一氣呵成”的，是“走走停?！钡?。但是，只要環(huán)境相同，一個作業(yè)經(jīng)過多次運行，都會得到相同的結(jié)果。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.4 操作系統(tǒng)的特征與功能1.4.2 操作系統(tǒng)的功能 從資源管理角度而言，操作系統(tǒng)的功能主要： 1處理器管理：主要任務是對處理器進行分配，并且對其運行進行有效地控制

29、和管理。處理器管理的主要功能： （1）進程控制：為作業(yè)創(chuàng)建進程，撤消已結(jié)束的進程，以及控制進程在運行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 （2）進程同步：是對多個進程的運行進行協(xié)調(diào)。 （3）進程通信：是為了實現(xiàn)相互合作進程之間的通信。 （4）進程調(diào)度：是從進程就緒隊列中，按照一定的算法選擇一個進程，把處理器分配給它，并且為它設置運行現(xiàn)場，使進程投入運行。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.4 操作系統(tǒng)的特征與功能1.4.2 操作系統(tǒng)的功能 從資源管理角度而言，操作系統(tǒng)的功能主要： 2存儲器管理：主要任務是對為多道程序的運行提供良好的主存環(huán)境，方便用戶使用主存儲器，提高主存儲器的利用率，并且能從邏輯上擴充主存儲器。存儲器管

30、理的主要功能有 ： （1）主存分配：是為每道程序分配主存空間，提高主存空間的利用率。 （2）主存保護：是確保每道用戶程序都在自己的主存空間中運行，互不干擾。 （3）地址映射：是將程序的邏輯地址轉(zhuǎn)換為主存的物理地址 （4）主存擴充 ：是讓小主存運行大程序。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.4 操作系統(tǒng)的特征與功能1.4.2 操作系統(tǒng)的功能 從資源管理角度而言，操作系統(tǒng)的功能主要： 3設備管理：主要任務是完成用戶提出的I/O請求，為用戶分配I/O設備，提高CPU與I/O設備的利用率，提高I/O設備的運行速度，方便用戶使用I/O設備。設備管理的主要功能有 ： （1）緩沖管理：是管理好各種類型的緩沖區(qū)，提高系

31、統(tǒng)的效率。 （2）設備分配：是根據(jù)用戶的I/O請求，為之分配所需要的設備。 （3）設備處理：是實現(xiàn)CPU和設備控制器之間的通信。 （4）設備獨立性：是指應用程序獨立于物理設備，以使用戶編制的程序與實際使用的物理設備無關，從而提高分配的效率。 （5）虛擬設備：是指把每次允許一個進程使用的物理設備，改造為能同時供多個進程使用的設備，從而提高設備的利用率。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.4 操作系統(tǒng)的特征與功能1.4.2 操作系統(tǒng)的功能 從資源管理角度而言，操作系統(tǒng)的功能主要： 4文件管理：主要任務是對用戶文件和系統(tǒng)文件進行管理，方便用戶使用，并且保證文件的安全性。文件管理的主要功能有： （1）文件存儲空

32、間管理：是為每個文件分配必要的外存空間，提高外存的利用率和文件系統(tǒng)的工作速度。 （2）目錄管理：是為每個文件建立目錄項，并且對眾多的目錄加以組織，以實現(xiàn)文件的按名存取，實現(xiàn)文件的共享，提供快速的目錄查詢手段，提高文件的檢索速度。 （3）文件讀寫管理：是根據(jù)用戶請求，從外存上讀取數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)寫入外存。 （4）存取控制：是防止系統(tǒng)中的文件被非法竊取和破壞。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.4 操作系統(tǒng)的特征與功能1.4.2 操作系統(tǒng)的功能 從資源管理角度而言，操作系統(tǒng)的功能主要： 5作業(yè)管理與系統(tǒng)接口： （1）作業(yè)管理：主要任務是完成用戶要求的全過程處理上的宏觀管理。作業(yè)管理的功能有作業(yè)注冊、作業(yè)調(diào)度、作

33、業(yè)運行、作業(yè)終止等。 （2）系統(tǒng)接口：主要任務是方便用戶使用操作系統(tǒng)。系統(tǒng)接口的主要功能有命令接口和程序接口。 第1章 操作系統(tǒng)概述1.4 操作系統(tǒng)的特征與功能1.4.2 操作系統(tǒng)的功能 從資源管理角度而言，操作系統(tǒng)的功能主要： 5處理器管理：主要任務是對處理器進行分配，并且對其運行進行有效地控制和管理。處理器管理的主要功能： （1）進程控制：為作業(yè)創(chuàng)建進程，撤消已結(jié)束的進程，以及控制進程在運行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 （2）進程同步：是對多個進程的運行進行協(xié)調(diào)。 （3）進程通信：是為了實現(xiàn)相互合作進程之間的通信。 （4）進程調(diào)度：是從進程就緒隊列中，按照一定的算法選擇一個進程，把處理器分配給它，并

34、且為它設置運行現(xiàn)場，使進程投入運行。 第1章 操作系統(tǒng)概述返回第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.2 進程描述2.3 進程控制2.4 進程同步與互斥2.5 進程通信2.6 進程調(diào)度2.7 進程死鎖2.8 線程、超線程和雙核的基本概念本章結(jié)束！2.1 處理器管理概述2.1.1 處理器管理的功能 處理器管理的主要任務是對處理器進行分配，并對其運行進行有效的控制和管理。 在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，處理器的分配和運行都是以進程為基本單位的，因而對處理器的管理也可以視為對進程的管理。 進程是程序的一次執(zhí)行過程。 處理器管理包括以下功能： 1. 進程控制。在并發(fā)運行環(huán)境中，要使程序運行，必須先為它創(chuàng)建一個

35、或幾個進程，并給它分配必要的資源。程序運行結(jié)束時，要撤消這些進程，并回收這些進程所占用的各類資源。 進程控制的主要任務就是為程序創(chuàng)建進程，撤消已結(jié)束的進程，以及控制進程在運行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.1 處理器管理的功能 2. 進程同步。在并發(fā)環(huán)境中，進程是以異步方式工作的，并且以不可預知的速度向前推進。為了使多個進程能有條不紊地運行，系統(tǒng)中必須設置進程同步機制。 進程同步的主要任務是對眾多的進程運行進行協(xié)調(diào)。協(xié)調(diào)方式有兩種： (1) 進程互斥方式。進程在對臨界資源訪問時，應采用互斥方式，也就是當一個進程訪問臨界資源時，另一個要訪問該臨界資源的進程必須

36、等待；當獲取臨界資源的進程釋放臨界資源后，其他進程才能獲取臨界資源。這種進程之間的相互制約關系稱為互斥。 簡單地說，互斥就是“有我就沒你，有你就沒我”。 臨界資源是指一次只能被一個進程使用的資源。第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.1 處理器管理的功能 2. 進程同步。 (2) 進程同步方式。相互合作的進程，由同步機構(gòu)對它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。也就是前一個進程結(jié)束，后一個進程才能開始；前一個進程沒有結(jié)束，后一個進程就不能開始。這種進程之間的相互合作關系稱為同步。 簡單地說，同步就是“有你才有我，沒你就沒我”。第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.1 處理器管理的功能 3.

37、 進程通信。在系統(tǒng)中，經(jīng)常會有多個進程需要相互配合去完成一個共同的任務，而在這些進程之間，往往需要相互交換信息。進程通信的任務就是用來實現(xiàn)相互合作進程之間的信息交換。進程的通信方式有： （1）當相互合作的進程處于同一臺計算機系統(tǒng)時，通常采用直接通信方式。由源進程利用發(fā)送命令直接將消息發(fā)送到目標進程的消息隊列上，然后由目標進程利用接收命令從其消息隊列中取出消息。 （2）當相互合作的進程處于不同計算機系統(tǒng)時，通常采用間接通信方式。由源進程利用發(fā)送命令將信息發(fā)送到一個專門存放消息的中間實體中，然后由目標進程利用接收命令從中間實體中取出消息。這個中間實體通常稱為“郵箱”，相應的通信系統(tǒng)稱為電子郵件系統(tǒng)

38、。第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.1 處理器管理的功能 4. 處理器調(diào)度。等待在后備隊列上的作業(yè)，通常要經(jīng)過處理器調(diào)度才能執(zhí)行。處理器調(diào)度包括作業(yè)調(diào)度（也稱為高級調(diào)度）、進程調(diào)度（也稱為低級調(diào)度）和中級調(diào)度。 (1)作業(yè)調(diào)度的基本任務是從后備隊列中按照一定的算法，選擇出若干個作業(yè)，為它們分配必要的資源，將它們調(diào)入主存，然后為它們建立進程，使之成為可能獲得處理器的就緒進程，并按照一定的算法將其插入到就緒隊列。作業(yè)調(diào)度將在第6章作業(yè)管理與系統(tǒng)接口中介紹。 (2)進程調(diào)度的基本任務是從進程的就緒隊列中，按照一定的調(diào)度算法選出一個進程，把處理器分配給它，并為它設置運行現(xiàn)場，使進程投入運

39、行。本章主要介紹進程調(diào)度。第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.1 處理器管理的功能 4. 進程調(diào)度。 （3）中級調(diào)度的基本任務是把那些暫時不能運行的進程從主存移到外存上，釋放其所占有的寶貴資源，讓其他進程運行。當移到外存上的進程具備運行條件時，再由中級調(diào)度把它們重新調(diào)入主存，等待運行。 中級調(diào)度將在第3章存儲器管理的對換技術中詳細介紹，也可以參考本章2.2.4的內(nèi)容。 第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.2 程序的執(zhí)行 程序執(zhí)行是指程序在計算機中的運行過程。程序的執(zhí)行可以用前趨圖表示，程序的執(zhí)行方式有順序執(zhí)行和并發(fā)執(zhí)行。 1.前趨圖。它是一個有向無循環(huán)圖。圖中的每個結(jié)點

40、可用于表示一條語句、一個程序段等；結(jié)點間的有向邊表示在兩個結(jié)點之間存在的前趨關系。如Pi Pj，稱Pi是Pj的前趨，而Pj是Pi的后繼。 在前趨圖中，沒有前趨的結(jié)點稱為初始結(jié)點，沒有后繼的結(jié)點稱為終止結(jié)點。應當注意的是，前趨圖中不能存在循環(huán)。第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.2 程序的執(zhí)行 1.前趨圖。圖2-1所示的前趨圖。 在圖2-1所示的前趨圖中存在下述前趨關系： P1 P2，P1 P3，P2 P5，P3 P4，P4 P5，P5 P6第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.2 程序的執(zhí)行 2.程序的順序執(zhí)行 。程序在執(zhí)行時，必須按照某種先后次序逐個執(zhí)行操作，只有當前一

41、個操作執(zhí)行完后，才能執(zhí)行后一個操作。例如：在進行計算時，總是先輸入需要的數(shù)據(jù)，然后才能進行計算，計算完成后再將結(jié)果輸出。 如果用I代表輸入，C代表計算，P代表打印，則上述情況可用圖2-2所示的前趨圖表示。 第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.2 程序的執(zhí)行 2.程序的順序執(zhí)行 。 程序的順序執(zhí)行通常表現(xiàn)出如下特征： 順序性。嚴格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行。 封閉性。程序在封閉的環(huán)境下執(zhí)行。程序在運行時獨占所有資源，其執(zhí)行結(jié)果不受外界因素的影響。 可再現(xiàn)性。只要程序執(zhí)行的環(huán)境和初始條件相同，程序無論重復執(zhí)行多少次，按照何種方式執(zhí)行，都將獲得相同的結(jié)果。第2章 處理器管理2.1 處理器管

42、理概述2.1.2 程序的執(zhí)行 3.程序的并發(fā)執(zhí)行。是指在一個時間段內(nèi)執(zhí)行多個程序。 程序在并發(fā)執(zhí)行的特征：間斷性。在程序并發(fā)執(zhí)行時，由于它們之間共享資源或相互合作，致使它們之間形成了相互制約的關系，導致并發(fā)程序在執(zhí)行中因為受到影響，表現(xiàn)為“執(zhí)行暫停執(zhí)行執(zhí)行”的間斷性活動規(guī)律。失去封閉性。程序并發(fā)執(zhí)行時，多個程序共享系統(tǒng)中的各種資源，因而這些資源的狀態(tài)將由多個程序來改變，致使程序的運行失去了封閉性。這樣，程序在執(zhí)行時，必然會受到其他程序的影響。不可再現(xiàn)性。由于程序執(zhí)行時失去了封閉性，也將導致失去可再現(xiàn)性。既使并發(fā)程序執(zhí)行的環(huán)境和初始條件相同，程序的多次執(zhí)行或以不同的方式執(zhí)行，可能獲得不相同的結(jié)果

43、。 第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.2 程序的執(zhí)行 3.程序的并發(fā)執(zhí)行?！纠?-1】程序A和程序B為并發(fā)執(zhí)行，它們共享變量M，假設M初值為3；程序A執(zhí)行M=M+1；程序B執(zhí)行print M；M=1。程序A和程序B執(zhí)行的順序若不相同，M的結(jié)果將產(chǎn)生不同的變化。 順序1M = M +1；print M；M = 1。M值依次為4、4、1。 順序2print M；M = M +1；M = 1。M值依次為3、4、1。 順序3print M；M = 1；M = M +1。M值依次為3、1、2。 按照順序1執(zhí)行，M的輸出結(jié)果為4；按照順序2執(zhí)行，M的輸出結(jié)果為3；按照順序3執(zhí)行，M的輸出結(jié)果

44、為3。所以，當執(zhí)行的條件不同時，并發(fā)程序有可能產(chǎn)生不同的執(zhí)行順序，也就會得到不同的執(zhí)行結(jié)果。這樣并發(fā)程序就形成了結(jié)果的不可再現(xiàn)性。 第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.2 程序的執(zhí)行 3.程序的并發(fā)執(zhí)行。判斷程序并發(fā)執(zhí)行的方法有兩種：Bernstein條件和前趨圖。 （1） Bernstein條件。即不同運算（或程序）的讀集與寫集的交集和寫集與寫集的交集的并集為空集時，這幾個運算（或程序）可以并發(fā)執(zhí)行。運算的讀集是指在運算執(zhí)行期間引用的所有變量的集合，運算的寫集是指在運算執(zhí)行期間要改變的所有變量的集合。例如運算w=x+y，其讀集是x,y，其寫集是w。第2章 處理器管理2.1 處理器

45、管理概述2.1.2 程序的執(zhí)行（1） Bernstein條件。【例2-2】有四條語句，哪些語句可以并發(fā)執(zhí)行？ s1：a=x+y; s2：b=z+1; s3：c=a-b; s4：d=c+1;【解】要先確定運算，然后寫出每個運算的讀集與寫集，最后兩兩判斷運算的讀集與寫集，寫集與寫集的交集的并集是否是空集；若是，則可以并發(fā)，若不是空集，則不能并發(fā)。對于本題，四條語句的讀集與寫集分別是：讀集：R(s1)=x,y, R(s2)=z, R(s3)=a,b, R(s4)=c；寫集：W(s1)=a, W(s2)=b, W(s3)=c, W(s4)=d。 由Bernstein條件可知s1與s2可以并發(fā)執(zhí)行，s1

46、與s3，s2與s3，s3與s4不能并發(fā)執(zhí)行。第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.2 程序的執(zhí)行 3.程序的并發(fā)執(zhí)行。（2）利用前趨圖。畫出程序執(zhí)行的前趨圖，根據(jù)該程序或運算在前趨圖中的位置關系，可以判斷其能否并發(fā)執(zhí)行。即在程序或運算的先后順序上，只有前后相鄰的程序或運算不能并發(fā)執(zhí)行，其余程序和運算都可以并發(fā)執(zhí)行?！纠?-3】已知一個求值公式(a2+3b)/(b+5a)，若a、b已賦值，試畫出該公式求值過程的前趨圖，并判斷哪些求值過程可以并發(fā)執(zhí)行。 第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.2 程序的執(zhí)行 3.程序的并發(fā)執(zhí)行?！窘狻堪压?a2+3b)/(b+5a)按照運算順序

47、分解，可以產(chǎn)生如下運算步驟：s1s6，如圖2-4（a）所示；根據(jù)分解的運算順序畫出它的前趨圖，如圖2-4（b）所示。第2章 處理器管理2.1 處理器管理概述2.1.2 程序的執(zhí)行 3.程序的并發(fā)執(zhí)行。 根據(jù)前趨圖，可以看出能夠并發(fā)執(zhí)行的運算是：s1與s2、s1與s3、s2與s3、s1與s5、s2與s5、s3與s4、s4與s5，其余運算不能并發(fā)執(zhí)行。 第2章 處理器管理返回2.2 進程描述2.2.1 進程的概念 1進程的定義。 “進程”這一術語，在20世紀60年代初期，首先出現(xiàn)在麻省理工學院的MULTICS系統(tǒng)和IBM公司的CTSS/360系統(tǒng)中。其后，人們對它不斷加以改進，從不同的方面對它進行

48、描述。關于進程的定義有以下一些描述： 進程是程序的一次執(zhí)行。 進程可以定義為一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及能在其上進行操作的一個程序。 進程是程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程，是系統(tǒng)資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。 第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.1 進程的概念 2進程的特征。進程的五個基本特征：（1）動態(tài)性。進程的動態(tài)性是進程的最基本特征，它表現(xiàn)為“進程因創(chuàng)建而產(chǎn)生，因調(diào)度而執(zhí)行，因得不到資源而暫停，以及因撤消而消亡”。因此，進程具有一定的生命周期，其狀態(tài)也會不斷發(fā)生變化，是一個動態(tài)實體。（2）并發(fā)性。進程的并發(fā)性是指多個進程在一段時間內(nèi)同時運行，交替使用處理器的情況。并發(fā)性是進程也是操作系統(tǒng)的重要特

49、征。（3）獨立性。進程的獨立性是指進程實體是一個能獨立運行的基本單位，同時也是獨立獲得資源和獨立調(diào)度的基本單位。沒有創(chuàng)建進程的程序，是不能參加運行的。（4）異步性。進程的異步性是指系統(tǒng)中的進程按照各自獨立的、不可預知的速度向前推進，即進程按照異步方式運行。（5）結(jié)構(gòu)性。進程的結(jié)構(gòu)性是指在結(jié)構(gòu)上進程實體由程序段、數(shù)據(jù)段和進程控制塊組成，這三部分也統(tǒng)稱為“進程映像”。 第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.1 進程的概念 2進程的特征。 舉一個例子來說明程序和進程。例如從北京西站發(fā)往長沙的T1次列車，它有自己的運行步驟：始發(fā)時間、站臺，中間?？康能囌炯巴？繒r間，到達終點站的時間等，這相當于一個

50、程序。 而2007年3月18日從北京西站發(fā)往長沙的T1次列車就相當于一個進程，它是一個過程，15:00從北京西站出發(fā)，第二天6:10到達長沙結(jié)束。第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.2 進程關系的表示 1進程關系。進程關系主要是指進程間執(zhí)行的次序關系 。在并發(fā)環(huán)境下，進程關系有三種：（1）串行。一個進程結(jié)束，下一個進程才能開始。這兩個進程的關系就是串行關系。（2）并行。多個進程可以同時開始，同時結(jié)束。這幾個進程之間的關系就是并行關系。（3）嵌套。在串行中包含并行，在并行中也包含串行。這種進程間的關系就是嵌套關系。第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.2 進程關系的表示 2進程關系的表

51、示方法。有三種：（1）圖示法?？梢圆捎们摆厛D和進程流圖表示。前趨圖的表示已經(jīng)在上一節(jié)講過，這里不再贅述。進程流圖使用的圖素有：帶圈的“S”表示開始，帶圈的“F”表示結(jié)束，有向線段表示進程。進程的三種關系如圖2-5所示。 第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.2 進程關系的表示 2進程關系的表示方法。有三種：（2）數(shù)學法。就是利用數(shù)學函數(shù)來表示進程關系?！按小笔褂么泻瘮?shù)表示：S（p1，pn）。其中函數(shù)名“S”表示串行，函數(shù)參數(shù)“p1，pn”表示進程，中間用逗號分隔?！安⑿小笔褂貌⑿泻瘮?shù)表示：P（p1，pn） 。其中函數(shù)名“P”表示并行，函數(shù)參數(shù)“p1，pn”表示進程，中間用逗號分隔?！扒?/p>

52、套”使用串行函數(shù)和并行函數(shù)的組合表示。 圖2-5中的嵌套關系可以表示為：S（p1，P（p2，S（p3，P（p5，p6），p4），P（p7，p8）。 第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.2 進程關系的表示 2進程關系的表示方法。有三種：（3）程序法。以cobegin和coend結(jié)構(gòu)指明并行，其格式為：cobegin p1 ; p2 ; ; pn coend 或cobegin p1 / p2 / / pn coend其中pi為進程或一塊代碼或函數(shù)。函數(shù)間用“；”分隔表示串行，用“/”分隔表示并行。 圖2-5中的進程關系用程序法表示為：串行：cobegin p1 ; p2 ; p3 ; p4

53、coend 并行：cobegin p1 / p2 / p3 / p4 coend嵌套：cobegin p1 ; p2 / p3 ; p5/p6 / p4 ; p7/p8 coend第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.3 進程的狀態(tài)1進程的三種基本狀態(tài)（1）就緒狀態(tài)。當進程已分配到除處理器（CPU）以外的所有必要資源后，只要再獲得處理器就可以執(zhí)行的狀態(tài)稱為就緒狀態(tài)。在一個系統(tǒng)里，可以有多個進程同時處于就緒狀態(tài)，通常把這些就緒進程排成一個或多個隊列，稱為就緒隊列。（2）執(zhí)行狀態(tài)。處于就緒狀態(tài)的進程一旦獲得了處理器，就可以運行，進程狀態(tài)也就處于執(zhí)行狀態(tài)。在單處理器系統(tǒng)中，只能有一個進程處于執(zhí)行

54、狀態(tài)。在多處理器系統(tǒng)中，可能有多個進程處于執(zhí)行狀態(tài)。（3）阻塞狀態(tài)。正在執(zhí)行的進程因為發(fā)生某些事件（如請求輸入/輸出、申請額外空間等）而暫停運行，這種受阻暫停的狀態(tài)稱為阻塞狀態(tài)，也可以稱為等待狀態(tài)。通常將處于阻塞狀態(tài)的進程排成一個隊列，稱為阻塞隊列。在有些系統(tǒng)中，也會按照阻塞原因的不同將處于阻塞狀態(tài)的進程排成多個隊列。第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.3 進程的狀態(tài)2進程的其他兩種狀態(tài)（1）新狀態(tài)。當一個新進程剛剛建立，還未將其放入就緒隊列時的狀態(tài)，稱為新狀態(tài)。（2）終止狀態(tài)。當一個進程已經(jīng)正常結(jié)束或異常結(jié)束，操作系統(tǒng)已將其從系統(tǒng)隊列中移出，但是，尚未撤消，這時稱為終止狀態(tài)。第2章 處

55、理器管理2.2 進程描述2.2.3 進程的狀態(tài)3進程狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。 （1）新狀態(tài)就緒狀態(tài)。當就緒隊列能夠接納新的進程時，操作系統(tǒng)就會把處于新狀態(tài)的進程移入就緒隊列，此時進程就從新狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w狀態(tài)。（2）就緒狀態(tài)執(zhí)行狀態(tài)。處于就緒狀態(tài)的進程，當進程調(diào)度程序按照一定的算法為之分配了處理器后，該進程就可以獲得執(zhí)行，從而使進程狀態(tài)由就緒狀態(tài)變?yōu)閳?zhí)行狀態(tài)。處于執(zhí)行狀態(tài)的進程也稱為當前進程。（3）執(zhí)行狀態(tài)阻塞狀態(tài)。正在執(zhí)行的進程因為自身需求發(fā)生某種事件（如I/O請求或等待某一資源等）而無法繼續(xù)執(zhí)行時，只好暫停執(zhí)行，此時進程就由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽枞麪顟B(tài)。（4）執(zhí)行狀態(tài)就緒狀態(tài)。正在執(zhí)行的進程，如果因系統(tǒng)分配

56、給的時間片結(jié)束或優(yōu)先權較低，而暫停執(zhí)行時，該進程將會從執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫途w狀態(tài)。第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.3 進程的狀態(tài)3進程狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。 （5）阻塞狀態(tài)就緒狀態(tài)。處于阻塞隊列中的進程，如果需要的資源得到滿足或完成輸入輸出響應，就會變?yōu)榫途w狀態(tài)，進入就緒隊列，等待下一次調(diào)度。（6）執(zhí)行狀態(tài)終止狀態(tài)。當一個進程正常結(jié)束或出現(xiàn)異常錯誤結(jié)束時，進程將由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻K止狀態(tài)。 第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.3 進程的狀態(tài)3進程狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。 圖2-6給出了具有五種基本狀態(tài)的進程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.4 進程的掛起狀態(tài)1進程掛起狀態(tài)的引入。

57、（1）用戶的需求。當用戶在進程運行期間，發(fā)現(xiàn)有可疑問題時，希望進程暫時停止下來，但是，并不終止進程。若進程處于執(zhí)行狀態(tài)，則暫停執(zhí)行；若進程處于就緒狀態(tài)，則暫時不接受調(diào)度，以便研究進程執(zhí)行情況或?qū)Τ绦蜻M行修改。這種靜止狀態(tài)稱為掛起狀態(tài)。（2）父進程的需求。父進程往往希望考查和修改子進程，或者協(xié)調(diào)各個子進程之間的活動，此時需要掛起自己的子進程。（3）操作系統(tǒng)的需求。操作系統(tǒng)有時需要掛起某些進程，然后檢查系統(tǒng)中資源的使用情況，進行記賬控制，以便改善系統(tǒng)運行的性能。（4）對換的需求。為了緩和主存與系統(tǒng)其他資源的緊張情況，并且提高系統(tǒng)性能，有些系統(tǒng)希望將處于阻塞狀態(tài)的進程從主存換到外存。而換到外存的進程

58、，當?shù)却氖录瓿?，它仍然不具備?zhí)行的條件，不能進入就緒隊列，所以需要一個有別于阻塞狀態(tài)的新狀態(tài)來表示，即掛起狀態(tài)。 第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.4 進程的掛起狀態(tài)2引入進程掛起狀態(tài)后進程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。 （1）執(zhí)行狀態(tài)靜止就緒。正在執(zhí)行的進程，如果用掛起原語將該進程掛起后，此時進程就暫停執(zhí)行，轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止就緒狀態(tài)。（2）靜止就緒活動就緒。處于靜止就緒狀態(tài)的進程，若用激活原語將該進程激活后，進程狀態(tài)就由靜止就緒狀態(tài)變?yōu)榛顒泳途w狀態(tài)，激活后的進程就可以被調(diào)度執(zhí)行了。（3）活動就緒靜止就緒。當進程處于未被掛起的就緒狀態(tài)時，稱之為活動就緒狀態(tài)，在用掛起原語將該進程掛起后，此時進程就轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止

59、就緒狀態(tài)。處于靜止就緒狀態(tài)的進程，不能再被調(diào)度執(zhí)行。第2章 處理器管理2.2 進程描述2.2.4 進程的掛起狀態(tài)2引入進程掛起狀態(tài)后進程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。 （4）活動阻塞靜止阻塞。當進程處于未被掛起的阻塞狀態(tài)時，稱之為活動阻塞狀態(tài)。在用掛起原語將該進程掛起后，此時進程就轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止阻塞狀態(tài)。（5）靜止阻塞活動阻塞。處于靜止阻塞狀態(tài)的進程，若用激活原語將該進程激活，進程狀態(tài)就由靜止阻塞狀態(tài)變?yōu)榛顒幼枞麪顟B(tài)。（6）靜止阻塞靜止就緒。處于靜止阻塞狀態(tài)的進程，在其所需要的資源滿足或完成等待的事件后，就會變?yōu)殪o止就緒狀態(tài)。第2章 處理器管理返回2.3 進程控制2.3.1 進程控制塊PCB 1. 進程控制塊的概念

60、。進程控制塊PCB（Process Control Block）是進程實體的重要組成部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)。 在進程控制塊中記錄了操作系統(tǒng)所需要的、用于描述進程情況及控制進程運行所需要的全部信息。通過PCB，使得原來不能獨立運行的程序（數(shù)據(jù)），成為一個可以獨立運行的基本單位，一個能夠并發(fā)執(zhí)行的進程。換句話說，在進程的整個生命周期中，操作系統(tǒng)都要通過進程的PCB來對并發(fā)執(zhí)行的進程進行管理和控制。 由此看來，進程控制塊是系統(tǒng)對進程控制采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)是根據(jù)進程的PCB而感知進程存在的。所以，進程控制塊是進程存在的惟一標志。 第2章 處理器管理2.3 進程控制2.3.1 進程控制塊