计算机操作系统教程第三版左万历 课件【精选】
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全套课件计算机操作系统教程第三版
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1.4操作系统的硬件介绍
• 1.4.1中央处理器（CPU） • 1.4.2存储系统 • 1.4.3 中断机制 • 1.4.4 I/O设备
• 1.4.5 时钟
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1.4.1中央处理器（CPU）
• 计算机的“大脑”是CPU，它从内存中取出指令并执行。 在每个CPU的基本周期中，首先从内存中取出指令，解码 以确定其类型和操作数，然后执行。循环以上过程，程序 得以执行完毕。
机上覆盖一层I/O设备管理软件，用户便可以利用这层
I/O设备管理软件提供给用户的接口来进行数据的输入
和输出，那么用户此时看到的计算机是一台功能强大、
使用方便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没
有变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称软
件虚拟机。
返回本节
1.1.2 作为资源管理的操作系统
• 从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用户提供基 本的方便的接口，这是一种自顶向下的观点或是自内向外 的观点。但是从用户向机器的观点或自底向上的观点来看， 操作系统则用来管理一个复杂计算机系统的各个部分。现 代计算机包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络 接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来看，操作 系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、 存储器以及其他I/O接口设备的分配。
1.4.2 存储系统
• 1、存储系统的层次结构
•
最高层是CPU中的寄存器，由于采用和CPU相同的材料制造，所以速度和CPU
一样快。但寄存器一般容量比较小，在1KB以下。
•
第二层是高速缓存，它主要被硬件控制使用。当一个程序要读一个存储字时，
通过硬件系统首先检查是否在高速缓存中。如果在，称为高速缓存命中，直接读
1.4操作系统的硬件介绍
• 1.4.1中央处理器（CPU） • 1.4.2存储系统 • 1.4.3 中断机制 • 1.4.4 I/O设备
• 1.4.5 时钟
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1.4.1中央处理器（CPU）
• 计算机的“大脑”是CPU，它从内存中取出指令并执行。 在每个CPU的基本周期中，首先从内存中取出指令，解码 以确定其类型和操作数，然后执行。循环以上过程，程序 得以执行完毕。
机上覆盖一层I/O设备管理软件，用户便可以利用这层
I/O设备管理软件提供给用户的接口来进行数据的输入
和输出，那么用户此时看到的计算机是一台功能强大、
使用方便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没
有变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称软
件虚拟机。
返回本节
1.1.2 作为资源管理的操作系统
• 从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用户提供基 本的方便的接口，这是一种自顶向下的观点或是自内向外 的观点。但是从用户向机器的观点或自底向上的观点来看， 操作系统则用来管理一个复杂计算机系统的各个部分。现 代计算机包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络 接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来看，操作 系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、 存储器以及其他I/O接口设备的分配。
1.4.2 存储系统
• 1、存储系统的层次结构
•
最高层是CPU中的寄存器，由于采用和CPU相同的材料制造，所以速度和CPU
一样快。但寄存器一般容量比较小，在1KB以下。
•
第二层是高速缓存，它主要被硬件控制使用。当一个程序要读一个存储字时，
通过硬件系统首先检查是否在高速缓存中。如果在，称为高速缓存命中，直接读
计算机操作系统教程(第三版)左万历
文件系统结构
文件系统通常采用树形结构，根 目录下可以有多个子目录，每个 子目录可以包含文件和子目录。
文件属性
每个文件在文件系统中都有一个 或多个属性，如文件名、扩展名、 文件大小、创建时间、修改时间 等。
文件的存储与检索
文件存储
文件存储是将数据持久化到存储介质的过程，通常采用磁盘、SSD 等作为存储介质。
03
设备的分配与回收需要考虑到设备的共享性和并发性，以实现设备的充分利用 和提高系统的吞吐量。
设备的输入与
设备的输入与输出操作是设备管理中的重要环节。设备的输入操作是指将数据从设备传输到计算机内 存或磁盘中，而设备的输出操作是指将数据从计算机内存或磁盘中传输到设备中。
设备的输入与输出操作涉及到数据的传输、转换和处理。操作系统需要提供相应的机制和接口，使得应 用程序能够方便地进行输入和输出操作。
内存共享
在一些情况下，多个进程需要共享一些数据结构或信息，这时就需要实现内存共享。通过共享内存， 多个进程可以访问同一块内存空间，实现信息的传递和共享。但需要注意的是，共享内存需要谨慎处 理访问权限和同步问题，以避免出现数据不一致或死锁等问题。
04
文件系统
文件系统的概念与结构
文件系统定义
文件系统是操作系统中用于实现 文件存储、检索和管理的一组软 件和数据结构。
如Windows Server和Linux，支 持网络资源共享和管理。
实时系统
如RTOS，用于控制和监控实时任 务。
操作系统的分类
根据使用环境
批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统。
根据功能
单用户操作系统、多用户操作系统、网络操作系 统、分布式操作系统。
根据硬件结构
个人计算机操作系统、服务器操作系统、嵌入式 操作系统。
计算机操作系统课件(第三版)第四章_
第 四 章 存 储 器 管 理
4.5分段存储管理
操 3、地址转换： 作 控制寄存器 系 统
段表始址 ＋ 段号 段长 基址 0 1K 6K 1 6 00 4 K 2 5 00 8 K 3 2 00 9 20 0 ＋ 段号S 2 位移量W 1 00 有效地址
越界 ＞
段表长度
第 四 章 存 储 器 管 理
20
4.5分段存储管理
操 作 系 统 一、基本段式存储器管理 1、基本原理：一个段定义为一组逻辑信息，如主程序、过程、数组等都可 作为一个段，每个作业地址空间按其内在的逻辑关系分成若干段，每段 都有自己的段名，且段内都是从0开始编址的连续地址空间。 要点：*段的长度是不固定的、由相应逻辑组的大小决定 *段间的地址空间是不连续的，整个作业的地址空间是二维的。 *页式存储管理中提供连续的逻辑地址，有系统自动地进行分页；而在段式 存储管理中作业的分段由用户决定的，每段独立编程，因此，段间的逻 辑地址是不连续的。 *段式管理中，为作业的每一段分配一个连续的主存区域，作业的各段可被 封装到不相连的几个区域中。 *系统为每个作业建立一个段表（段名、长度、在主存中的起始地址等） *原理图示：（下页）
17
4.4分页式存储器管理
操 作 系 4、淘汰算法 统 淘汰算法：也称臵换算法，当要访问的页面不在主存中，需要将其调入主 存，如果此时主存中无空闲页面，则需要将内存中某页面移植外存，被 移出的页面称作淘汰页面，用来选择淘汰页面的算法称作淘汰算法。 （1）最佳淘汰算法：淘汰以后不会再需要的页面，或者在最长的时间以后 才会用到的页面。（缺页率低、不是一种实际的算法，因页面访问的未 第 来顺序不能预先确定，可作为评价其他算法优劣的一种算法） 四 （2）先进先出淘汰算法：基于CPU按线性顺序访问地址空间，易于理解编 章 程，但效率低，而且有异常现象，事实上许多时候CPU不是按线性顺序 存 访问的。 储 器 （3）最近最久未使用页面臵换算法：淘汰最近一段时间内最久不用的页面 管 予以淘汰，（实现方法：计时法（访问计时器）、堆栈法（见教材P106 理 页）。 （4-)最近最不常用调度算法：将最近访问次数最少的淘汰（计数器）
操作系统教程(第三版)课件
操作系统的基本概念
要点一
总结词
操作系统的基本概念
要点二
详细描述
操作系统的基本概念包括进程、线程、内存管理、文件系 统等。进程是程序的一次执行过程，是系统进行资源分配 和调度的基本单位；线程是进程内的一条执行路径，是系 统调度的基本单位。内存管理负责分配和回收内存空间， 以及管理内存中的程序和数据。文件系统负责管理磁盘存 储空间和文件，以及提供文件访问接口。
用户界面设计的基本原则 用户友好、易于使用、一致性、可靠性等。
系统桌面环境
系统桌面的定义 系统桌面是操作系统中提供给用户的主要界面，包括图标、 菜单、窗口等元素。
系统桌面的功能 系统桌面提供了一系列功能，如启动应用程序、管理文件 和目录、设置系统参数等。
系统桌面的个性化设置 用户可以根据自己的习惯和喜好，对系统桌面进行个性化 设置，如调整背景颜色、添加小工具等。
设备的回收处理
03
在设备回收后，需要进行一些处理工作，如关闭设备驱动程序、
释放系统资源等。
设备的虚拟化技术
设备虚拟化技术的概念
设备虚拟化技术是一种将物理硬件资源虚拟化为多个独立资源的 技术，使得多个虚拟资源可以共享物理硬件资源。
设备虚拟化的优点
设备虚拟化的优点包括提高硬件资源利用率、简化系统管理、提高 系统的可扩展性和可靠性等。
操作系统的分类
总结词
操作系统的分类
详细描述
根据不同的分类标准，操作系统可以分为多种类型。根据运行环境可以分为单机操作系 统和网络操作系统；根据使用性质可以分为通用操作系统和专用操作系统；根据处理方 式可以分为批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统；根据功能可以分为微机操
作系统和服务器操作系统等。
计算机操作系统(第3版)(微课版)
2.6 Linux 系统的特权 级与中断处
理
习题2
3.1用户工作环境 3.2用户接口
3.3系统功能调用
3.4 UNIX系统功能 调用
3.5 Linux 系统功能调
用
习题3
1
4.1进程引入
2
4.2进程概念
3
4.3进程控制
4 4.4进程之间
的约束关系
5
4.5同步机构
4.6进程互斥
1
与同步的实现
计算机操作系统（第3版）（微课 版）
读书笔记模板
01 思维导图
03 读书笔记 05 作者介绍
目录
02 内容摘要 04 目录分析 06 精彩摘录
思维导图
关键字分析思维导图
实现
概述
操作
方法
多用户
管理
操作
版
现代
技术 系统
文件
系统
习题
功能
结构
处理机
进程
机制
内容摘要
本书全面、系统地阐述了现代操作系统的基本原理、主要功能及实现技术。重点论述多用户、多任务操作系 统的运行机制；系统资源管理的策略和方法；操作系统提供的用户界面。讨论了现代操作系统采用的并行处理技 术和虚拟技术。
读书笔记
是了解计算机操作系统一本难的好书，对比了其他相关书籍，觉得这本书对概念描述是最清晰易懂的。 对于非计算机专业人员有点难懂，也大致过了一遍。 我买的MAC电脑的MacOS系统，使我的苹果电脑系统实现了高度自动化，高效率，高利用率，高可靠性。
目录分析
1.1操作系统 1
在计算机系统 中的地位
控制
5 8.5 UNIX系统
的设备管理
8.6 Linux 系统的设备
计算机操作系统第三版课件 第二章
第二章 处理机调度
6
所示的前趋图， 对于图 2-2(a)所示的前趋图， 存在下述前趋关系： 所示的前趋图 存在下述前趋关系： P1→P2, P1→P3, P1→P4, P2→P5, P3→P5, P4→P6, P4→P7, P5→P8, P6→P8, P7→P9, P8→P9 或表示为： 或表示为： P={P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9} →={ (P1, P2), (P1, P3), (P1, P4), (P2, P5), (P3, P5), (P4, P6), (P4, P7), (P5, P8), (P6, P8), (P7, P9), (P8, P9)} 应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图2-2(b)中却有着 应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图 中却有着 下述的前趋关系： 下述的前趋关系： S2→S3, S3→S2
第二章 处理机调度
第二章 处理机调度
2
2.1 进程的基本概念
2.1.1 程序的顺序执行及其特征
1. 程序的顺序执行 仅当前一操作(程序段)执行完后，才能执行后继操作。 例如，在进行计算时，总须先输入用户的程序和数据，然后 进行计算，最后才能打印计算结果。 S1: a∶=x+y; S2: b∶=a-5; S3: c∶=b+1;
第二章 处理机调度
7
2.1.3 程序的并发执行及其2
I3
I4
C1
C2
C3
C4
P1
P2
P3
P4
图 2-3 并发执行时的前趋图
第二章 处理机调度
8
在该例中存在下述前趋关系： 在该例中存在下述前趋关系： Ii→Ci，Ii→Ii+1, Ci→Pi, Ci→Ci+1，Pi→Pi+1 是重迭的，亦即在P 以及I 之间， 而Ii+1和 Ci及Pi-1是重迭的，亦即在 i-1和Ci以及 i+1之间，可以并 发执行。 对于具有下述四条语句的程序段： 发执行。 对于具有下述四条语句的程序段： S1: a∶=x+2 ∶ S2: b∶=y+4 ∶ S3: c∶=a+b ∶ S4: d∶=c+b ∶
计算机操作系统第三版课件
1.3.2 共享(Sharing)
在操作系统环境下，所谓共享是指系统中的资源可 供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。由于资 源属性的不同，进程对资源共享的方式也不同，目前主 要有以下两种资源共享方式。
1. 互斥共享方式
系统中的某些资源，如打印机、磁带机，虽然它们可以提 供给多个进程(线程)使用，但为使所打印或记录的结果不致造 成混淆，应规定在一段时间内只允许一个进程(线程)访问该资 源。为此，当一个进程A要访问某资源时，必须先提出请求， 如果此时该资源空闲，系统便可将之分配给请求进程A使用， 此后若再有其它进程也要访问该资源时(只要A未用完)则必须 等待。 仅当A进程访问完并释放该资源后， 才允许另一进程 对该资源进行访问。我们把这种资源共享方式称为互斥式共 享，而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界 资源或独占资源。 计算机系统中的大多数物理设备，以及某 些软件中所用的栈、变量和表格，都属于临界资源，它们要 求被互斥地共享。
用户 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
操作系统 计算机硬件
图 1-1 OS作为接口的示意图
(1) 命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语 言)， 用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算 机系统。
(2) 系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户 可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵 计算机。
(1) 人—机交互。 (2) 共享主机。 (3) 便于用户上机。
2. 分时系统实现中的关键问题
为实现分时系统，其中，最关键的问题是如何使用户 能与自己的作业进行交互，即当用户在自己的终端上键入 命令时， 系统应能及时接收并及时处理该命令，再将结 果返回给用户。 此后， 用户可继续键入下一条命令，此 即人—机交互。应强调指出，即使有多个用户同时通过自 己的键盘键入命令，
教材：《计算机操作系统(第三版)》汤小丹、汤子瀛等编西安电子科_版17样版.ppt
精品课件
第一章 操作系统引论 3. OS用作扩充机器
•裸机：一台完全无软件的计算机系统。 •扩充机器或虚机器：覆盖了软件的机器。 •若在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件，可用来进行数据 输入和打印输出。 •若再覆盖上一层文件管理软件，可用来进行文件的存取。 •若再覆盖一层面向用户的窗口软件，则用户便可在窗口环 境下方便地使用计算机，形成一台功能更强的虚机器。
1. 方便性(机器语言难使用， OS可编译) 2. 有效性 (改善资源的利用率及提高系统呑吐量) 3. 可扩充性 (层次化和模块化使之可扩充) 4. 开放性 (遵循同一标准，软硬件兼容)
精品课件
第一章 操作系统引论
1.1.2 操作系统的作用
1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口： OS处于用户与计算机硬件系统之间， 用户通过OS来使用计算机系统。 OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接口。
精品课件
第一章 操作系统引论 2. 内存保护 内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间内
运行，彼此互不干扰。 一种比较简单的内存保护机制：设置两个界限寄存器。 须对访问的地址进行越界检查，越界则停止程序执行。
程序A
A完成
程序B I/ O请求
程序B
程序B I/ O完成
程序C I/ O请求
C I/ O完成 C 再 被 调 度
程序C
程序D I/O请求
程序D
调 度 程序
(b) 四 道 程 序 运 行 情 况 精品课件
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论 (2) 可提高内存和I/O设备利用率。 (3) 增加系统吞吐量。
1.2.4 分时系统
1. 分时系统(Time-Sharing System)的产生 •“用户的需求”是分时系统发展的动力。 •用户的需求具体表现在以下几个方面： (1) 人—机交互。（如调试程序） (2) 共享主机。 (3) 便于用户上机。 （终端直接连入）
第一章 操作系统引论 3. OS用作扩充机器
•裸机：一台完全无软件的计算机系统。 •扩充机器或虚机器：覆盖了软件的机器。 •若在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件，可用来进行数据 输入和打印输出。 •若再覆盖上一层文件管理软件，可用来进行文件的存取。 •若再覆盖一层面向用户的窗口软件，则用户便可在窗口环 境下方便地使用计算机，形成一台功能更强的虚机器。
1. 方便性(机器语言难使用， OS可编译) 2. 有效性 (改善资源的利用率及提高系统呑吐量) 3. 可扩充性 (层次化和模块化使之可扩充) 4. 开放性 (遵循同一标准，软硬件兼容)
精品课件
第一章 操作系统引论
1.1.2 操作系统的作用
1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口： OS处于用户与计算机硬件系统之间， 用户通过OS来使用计算机系统。 OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接口。
精品课件
第一章 操作系统引论 2. 内存保护 内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间内
运行，彼此互不干扰。 一种比较简单的内存保护机制：设置两个界限寄存器。 须对访问的地址进行越界检查，越界则停止程序执行。
程序A
A完成
程序B I/ O请求
程序B
程序B I/ O完成
程序C I/ O请求
C I/ O完成 C 再 被 调 度
程序C
程序D I/O请求
程序D
调 度 程序
(b) 四 道 程 序 运 行 情 况 精品课件
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论 (2) 可提高内存和I/O设备利用率。 (3) 增加系统吞吐量。
1.2.4 分时系统
1. 分时系统(Time-Sharing System)的产生 •“用户的需求”是分时系统发展的动力。 •用户的需求具体表现在以下几个方面： (1) 人—机交互。（如调试程序） (2) 共享主机。 (3) 便于用户上机。 （终端直接连入）
教学课件：《计算机操作系统教程》左万利
• 操作系统的完善
– 多道批处理系统 – 分时系统 – 实时处理系统 – 通用操作系统
• 操作系统的发展
– 网络操作系统 – 分布式操作系统 – 多处理机操作系统 – 单用户操作系统 – 面向对象操作系统 – 嵌入式操作系统 – 智能卡操作系统
1.2.1 操作系统的产生
1、手工操作阶段（20世纪40年代，无操作系统） 作业处理步骤： ⑴ (程序、数据)→穿孔机→纸带； ⑵ 穿孔纸带→光电机→机器内存； ⑶ 控制台开关启动第一条指令 （出错时显示地址,修改指令）； （如有输入需要安装数据纸带）； ⑷ 运行结果在电传打字机上输出。 缺点： (1)资源独占；(2)手工费时。
1.1.2 操作系统的作用
• 管理系统中软件硬件资源
– CPU: 一个CPU, 多个可运行的程序 – 内存: 进程空间相对独立, 支持共享 – 设备: 分配, 驱动 – 文件: 实现文件系统, 支持文件操作
• 为用户(应用程序)提供良好的服务(界面)
– API – GUI, 行式命令(ls, cd, cat, vi, rm, mount, …) – JCL (Job Control Language)
• 实时信息处理
– 航班定票，联机情报检索，…….
实时控制
Real Time HAL OS
t2-t1: response time
A/D t1
被控对象
t2 D/A
实时信息处理
Real Time HAL OS
终端 终端
通常为远程终端
….
终端
特点：
（1）响应及时（prompt response） （2）可靠性高（high reliability）
操作系统的初级阶段，通道和中断技术的出现。
– 多道批处理系统 – 分时系统 – 实时处理系统 – 通用操作系统
• 操作系统的发展
– 网络操作系统 – 分布式操作系统 – 多处理机操作系统 – 单用户操作系统 – 面向对象操作系统 – 嵌入式操作系统 – 智能卡操作系统
1.2.1 操作系统的产生
1、手工操作阶段（20世纪40年代，无操作系统） 作业处理步骤： ⑴ (程序、数据)→穿孔机→纸带； ⑵ 穿孔纸带→光电机→机器内存； ⑶ 控制台开关启动第一条指令 （出错时显示地址,修改指令）； （如有输入需要安装数据纸带）； ⑷ 运行结果在电传打字机上输出。 缺点： (1)资源独占；(2)手工费时。
1.1.2 操作系统的作用
• 管理系统中软件硬件资源
– CPU: 一个CPU, 多个可运行的程序 – 内存: 进程空间相对独立, 支持共享 – 设备: 分配, 驱动 – 文件: 实现文件系统, 支持文件操作
• 为用户(应用程序)提供良好的服务(界面)
– API – GUI, 行式命令(ls, cd, cat, vi, rm, mount, …) – JCL (Job Control Language)
• 实时信息处理
– 航班定票，联机情报检索，…….
实时控制
Real Time HAL OS
t2-t1: response time
A/D t1
被控对象
t2 D/A
实时信息处理
Real Time HAL OS
终端 终端
通常为远程终端
….
终端
特点：
（1）响应及时（prompt response） （2）可靠性高（high reliability）
操作系统的初级阶段，通道和中断技术的出现。
计算机操作系统(第三版)复习课件
接纳
执行
完成
退出
就绪
时间片用完
等待事件
时间发生
阻塞
进程控制
1、进程的创建 导致一个进程去创建另一个进程的典型事件，可有以下 四类： （1）用户登录。 （2）作业调度。 （3）提供服务。例如：I/O请求 （4）应用请求。基于应用进程的需求，由它自己创建一个 新进程，以便使新进程以并发运行方式完成特定任务。
操作系统的形成和发展
操作系统的发展经历了以下几个阶段：
手工存在阶段（无操作系统） 脱机输入输出技术阶段 批处理技术阶段 多道程序设计技术阶段。
操作系统的基本类型
最常用分类方法（按照操作系统的用户服务方式分）
主要有：
多道批处理系统； 分时系统； 实时系统。
其它操作系统还包括 通用操作系统 网络操作系统 并发操作系统 ..
多道批处理系统
•运行方式（了解）
•特征：多道性、无序性、调度性 •优缺点：
优点：资源利用率高，系统吞吐量大。 缺点：平均周转时间长、无交互能力。
•在设计批处理系统时，首先要考虑的是周转时间和系统的 吞吐量。
分时系统
实现基本方法；设立时间片 特性：多路性、独立性、及时性、交互性。 响应时间：指从终端用户发出一条命令开始，到系统
进程控制
2、进程的终止 引起进程终止的事件 1）正常结束。 2）异常结束： ①越界错误。 ②保护错。 ③非法指令。 ④特权指令错。 ⑤运行超时。 ⑥等待超时。 ⑦算术运算错。被0除： ⑧I/O故障。 3）外界干预：外界干预并非指在本进程运行中出现了异常 事件，而是指进程应外界的请求而终止运行。
执行
完成
退出
就绪
时间片用完
等待事件
时间发生
阻塞
进程控制
1、进程的创建 导致一个进程去创建另一个进程的典型事件，可有以下 四类： （1）用户登录。 （2）作业调度。 （3）提供服务。例如：I/O请求 （4）应用请求。基于应用进程的需求，由它自己创建一个 新进程，以便使新进程以并发运行方式完成特定任务。
操作系统的形成和发展
操作系统的发展经历了以下几个阶段：
手工存在阶段（无操作系统） 脱机输入输出技术阶段 批处理技术阶段 多道程序设计技术阶段。
操作系统的基本类型
最常用分类方法（按照操作系统的用户服务方式分）
主要有：
多道批处理系统； 分时系统； 实时系统。
其它操作系统还包括 通用操作系统 网络操作系统 并发操作系统 ..
多道批处理系统
•运行方式（了解）
•特征：多道性、无序性、调度性 •优缺点：
优点：资源利用率高，系统吞吐量大。 缺点：平均周转时间长、无交互能力。
•在设计批处理系统时，首先要考虑的是周转时间和系统的 吞吐量。
分时系统
实现基本方法；设立时间片 特性：多路性、独立性、及时性、交互性。 响应时间：指从终端用户发出一条命令开始，到系统
进程控制
2、进程的终止 引起进程终止的事件 1）正常结束。 2）异常结束： ①越界错误。 ②保护错。 ③非法指令。 ④特权指令错。 ⑤运行超时。 ⑥等待超时。 ⑦算术运算错。被0除： ⑧I/O故障。 3）外界干预：外界干预并非指在本进程运行中出现了异常 事件，而是指进程应外界的请求而终止运行。
计算机操作系统课件(第三版)第一章_操作
操 作 系 统
二、 操作系统的完善 1． 多道批处理系统
多道程序设计技术是指在计算机内存中同时存放多 多道程序设计技术是指在计算机内存中同时存放多 个作业，它们在管理程序控制之下交替执行， 个作业 ，它们在管理程序控制之下交替执行，共享系统 中的各种资源。 中的各种资源。 多道程序运行的特征： 多道程序运行的特征： 1）主存中存放多道程序； 主存中存放多道程序；
操 作 系 统
§1.2 操作系统的历史
一、 操作系统的产生 1．人工操作阶段
电子管时代，计算机的运算速度较慢， 没有操作系统， 电子管时代， 计算机的运算速度较慢 ， 没有操作系统， 人们采用人工操作方式使用计算机。 人们采用人工操作方式使用计算机。
操 作 系 统
手工操作计算机
7
操 作 系 统
2.成批处理阶段
操 作 系 统
18
操 作 系 统
实时控制系统。 1. 实时控制系统。通常是指以计算机为中心的生产过程 控制系统。 控制系统。 实时控制系统的应用：对导弹发射、飞机飞行、 实时控制系统的应用：对导弹发射、飞机飞行、钢 铁生产、电力生产、石油化工生产过程的自动控制等。 铁生产、电力生产、石油化工生产过程的自动控制等。
第 一 章 操 作 系 统 引 论
19
2. 实时信息处理系统。在这类系统中，用户通过终端提 实时信息处理系统。在这类系统中， 出服务请求， 出服务请求，计算机系统根据用户提出的问题对信息进行 检索和处理，并在很短的时间内通过终端对用户作出回答。 检索和处理，并在很短的时间内通过终端对用户作出回答。 实时信息处理系统的应用：情报检索系统、 实时信息处理系统的应用：情报检索系统、航空订票 系统、银行系统和图书管理系统等。 系统、银行系统和图书管理系统等。
计算机操作系统第三版课件
计算机操作系统第三版课件计算机操作系统第三版课件第一章：引言本章为计算机操作系统第三版的引言部分，介绍了计算机操作系统的基本概念和作用，以及本书的结构和组织方式。
1.1 计算机操作系统的定义计算机操作系统是一种软件，它管理和控制计算机系统中的硬件资源和软件资源，为用户提供一个方便、高效、可靠的计算环境。
1.2 计算机操作系统的功能计算机操作系统具有以下几个主要功能：- 进程管理：负责进程的创建、调度和终止，实现进程间的通信和同步。
- 存储管理：管理计算机系统的内存资源，提供内存的分配和回收功能。
- 文件系统：提供文件的管理和访问功能，实现文件的存储和检索。
- 设备管理：管理计算机系统中的各种设备，包括输入输出设备和外部存储设备。
- 用户接口：提供用户与计算机系统之间的交互方式，包括命令行界面和图形界面等。
1.3 本书的结构和组织方式本书共分为以下几个章节：- 第二章：进程管理- 第三章：存储管理- 第四章：文件系统- 第五章：设备管理- 第六章：用户接口每一章节都包含了该主题的详细内容和相关的案例分析，帮助读者理解和应用计算机操作系统的知识。
第二章：进程管理本章介绍了进程管理的基本概念和原理，包括进程的创建、调度和终止等。
同时讨论了进程间的通信和同步机制，以及常见的进程调度算法。
2.1 进程管理的定义进程是一个正在执行的程序实例，它包含了程序的指令和数据。
进程管理指的是对进程的创建、调度和终止进行管理。
2.2 进程的创建与终止进程的创建包括了创建进程控制块、分配资源和初始化进程环境等步骤。
进程的终止包括了释放资源和回收进程控制块等操作。
2.3 进程间的通信与同步进程间通信是指进程之间通过共享内存、消息传递或管道等方式进行信息交换。
进程同步是指进程之间通过信号量、互斥锁等机制协调彼此的执行顺序。
2.4 进程调度算法进程调度算法决定了进程在系统中的执行顺序。
常见的进程调度算法包括先来先服务、短作业优先、轮转调度等。
操作系统第三版第二章PPT共171页
DHU 白恩健
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操操作作系系统统课讲程义讲义
为了保证在平分CPU时间的进程之间能够正确执行， 必须在内存中开辟一个区域，将这些通用寄存器的 值和被中断地点的地址保存起来，已备再用。对于 这个区域，可用一个数据结构描述，它存放了对程 序的控制信息，包括：程序的起始地址、程序的断 点地址、通用寄存器的内容、程序的当前状态。 把 这个数据结构与对应的程序一起，命名为进程，这 个记录程序控制信息的数据结构称之为进程控制块。
DHU 白恩健
9
操操作作系系统统课讲程义讲义
程序的并发执行
并发执行是指若干个程序(或程序段) 在一个处理 器上的交替执行，这种交替执行在宏观上表现为 同时执行。目的是为了提高资源利用率。 例3：一个程序由三个程序段组成：输入数据(I)、 计算(C)和结果打印(P)。四个相同类型程序并发执 行：
DHU 白恩健
DHU 白恩健
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操操作作系系统统课讲程义讲义
多个程序并发执行轮流占有CPU，这种情况下，被 中断的程序如果不把中断点的地址保存下来，不把 通用寄存器的内容保存下来，下次再轮到它执行时， 便不能保证能够从曾被中断的地方继续执行。即便 是从曾被中断的地方继续执行，也不能保证其结果 是正确的。因为在它被中断期间，已有别的程序在 执行，可能已经对通用寄存器的内容进行了变更。
操操作作系系统统课讲程义讲义
第二章 进程管理
本章主要讨论进程的基本概念，进程的描述和进程 控制，并引入了线程的基本概念。 学习要点: (1) 掌握进程的定义及特征 (2) 深入领会进程状态及引起状态变化的典型原因 (3) 掌握进程同步与互斥 (4) 能够灵活运用信号量描述同步问题
DHU 白恩健
1
操操作作系系统统课讲程义讲义
计算机操作系统教程(第三版)左万历_课件
标志。进程的创建，进 进程标识(pid) 家族联系 程的撤销…… 进程状态 地址信息 现场信息 打开文件 调度参数 消息指针 所属用户(uid) 队列指针
请见教材29页分析…… 导航 结束
16
Process Control Block
2.2.4 进程的组成与上下文
进程的组成
进程控制块(process control block)
表记1
2.2.4 进程的组成与上下文
进程上下文（process context)
– 进程的物理实体与支持进程运行的物理环境统称为
进程上下文
PCB+程序 系统环境：地址空间，系统栈，打开文件表，…
上下文切换（context switch)
– 由一个进程的上下文转到另外一个进程的上下文
系统开销（system overhead)
吞吐量
=
作业道数 全部 处部时间
Multi-programming
导航
结束
2
2.1.1 单道程序设计的缺点 2.1.2 多道程序设计的提出 2.1.3 多道程序设计的问题
导航
结束
3
2.1.1 单道程序设计的缺点
处理机利用率低 设备利用率低 内存利用率低
t1 CPU 设备1 t2
运行程序A
t5
运行程序A
导航 结束
44
2.3.6 线程的应用
例子：
Word字处理（不同代码）
交互编辑(T1) 词法检查(T2) 定时保存(T3)
HTTP server（相同代码）
对每个http请求，pop up一个线程
导航
结束
45
2.4 作业（Job)
请见教材29页分析…… 导航 结束
16
Process Control Block
2.2.4 进程的组成与上下文
进程的组成
进程控制块(process control block)
表记1
2.2.4 进程的组成与上下文
进程上下文（process context)
– 进程的物理实体与支持进程运行的物理环境统称为
进程上下文
PCB+程序 系统环境：地址空间，系统栈，打开文件表，…
上下文切换（context switch)
– 由一个进程的上下文转到另外一个进程的上下文
系统开销（system overhead)
吞吐量
=
作业道数 全部 处部时间
Multi-programming
导航
结束
2
2.1.1 单道程序设计的缺点 2.1.2 多道程序设计的提出 2.1.3 多道程序设计的问题
导航
结束
3
2.1.1 单道程序设计的缺点
处理机利用率低 设备利用率低 内存利用率低
t1 CPU 设备1 t2
运行程序A
t5
运行程序A
导航 结束
44
2.3.6 线程的应用
例子：
Word字处理（不同代码）
交互编辑(T1) 词法检查(T2) 定时保存(T3)
HTTP server（相同代码）
对每个http请求，pop up一个线程
导航
结束
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2.4 作业（Job)
相关主题
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宏观同时，“交替执行”，不要求多个CPU
并行：parallel
微观同时，要求多个CPU “并行算法”
导航 结束 12
2.2.2 进程状态及状态转换
2.2.2.1 进程状态(基本状态)
运行态(RUN): 占有CPU正在向前推进 就绪态(READY): 可以运行，但未得到CPU 等待态(WAIT): 等待某一事件发生
第二章 进程、线程与作业
2.1 多道程序设计
Multi-programming
2.2 进程的引入
Process
Active objects
2.3 线程与轻进程
Thread and light-weighted process
2.4 作业
Job
导航 结束 1
2.1 多道程序设计
多道程序设计目标
提高系统效率(吞吐量)
导航 结束 6
2.1.3 多道程序设计的问题
处理机资源的管理
程序个数处理机个数(如何分配?)
存储资源的管理
地址空间的相对独立性、共享性 内存、外存(swap space)的分配与去配
设备资源管理
分配策略 IO控制
导航 结束 7
程序的顺序执行 程序的并序执行
导航 结束 8
2.2 进程的引入
2.2.1 进程的概念 2.2.2 进程状态及状 态转换 2.2.3 进程控制块 2.2.4 进程的组成与 上下文 2.2.5 进程的队列
PCB+程序 系统环境：地址空间，系统栈，打开文件表，…
上下文切换（context switch)
– 由一个进程的上下文转到另外一个进程的上下文
系统开销（system overhead)
– 运行操作系统程序完成系统管理工作所花费的时间 和空间
导航 结束 19
2.2.5 进程的队列
PCB构成的队列：（不一定FIFO，单向或双向）
导航 结束 21
2.2.6 进程的类型与特征
进程类型
系统进程
运行操作系统程序，完成系统管理(服务)功能.
用户进程
运行用户(应用)程序，为用户服务。
导航 结束 22
2.2.6 进程的类型与特征(Cont.)
进程的特征
并发性：可以与其它进程一道向前推进； 动态性：动态产生、消亡，生存期内状态动 态变化； 独立性：一个进程是可以调度的基本单位； 交互性：同时运行的进程可能发生相互作用； 异步性：进程以各自独立，不可预知的速度 向前推进； 结构性：每个进程有一个PCB。
head
PCB
PCB
……
PCB
1. 就绪队列：系统一个或若干个（根据调度算法确定） 2. 等待队列：每个等待事件一个 3. 运行 队列：每个处理机一个
导航 结束 20
进程队列模型
创建
就绪队列 时间片用完
完成 CPU
事件1发生
等待队列1
等待事件1
事件2发生
等待队列2
等待事件2
…
事件n发生
等待队列n
等待事件n
导航 结束 23
2.2.7 进程间相互联系与相互作用
相互联系
相关进程
同一家族的进程 可以共享文件，需要相互通讯，协调推进速度… 父进程可以监视子进程，子进程完成父进程交给 的任务。
t5
t6
t
运行程序A
导航 结束 4
2.1.2 多道程序设计的提出
提高处理机、设备、内存等各种资源的 利用率，从而提高系统效率。
t1
t2 t3
t4
CPU 设备1 设备2
程序A
程序B
t5
t6
t
程序A
导航 结束 5
2.1.2 多道程序设计的提出(Cont.)
增加同时运行程序的道数可以提高资源 利用率，从而提高系统效率，但道数应 与系统资源数量相当。 道数过少，系统资源利用率低。 道数过多，系统开销(system overhead)增大，程序响应速度下降。
现场信息 调度参数
打开文件 消息指针
Process Control
所属用户(uid)
队列指针
Block
请见教材29页分析……
导航 结束 16
2.2.4 进程的组成与上下文
进程的组成
进程控制块(process control block)
建立进程建立PCB 撤销PCB撤销进程
程序
代码(code) 数据(data) 堆栈(stack+heap)
吞吐量 =
作业道数
全部 处部时间
Multi-programming
导航 结束 2
2.1.1 单道程序设计的缺点 2.1.2 多道程序设计的提出 2.1.3 多道程序设计的问题
导航 结束 3
2.1.1 单道程序设计的缺点
处理机利用率低
设备利用率低
内存利用率低
t1
t2
CPU 运行程序A 设备1 设备2
(2) 剥夺CPU—给其它程序运行机会
导航 结束 10
2.2.1 进程的概念
定义：
可参与并发执行的程序称为进程。 进程是具有一定独立功能的程序关于一个数 据集合的一次运行活动。
定义强调两个方面：
动态：执行中的程序; 并发：可与其他进程同时执行。
导航 结束 11
并发 vs. 并行
并发：concurrent
2.2.2.2 状态转换
就绪运行：获得处理机 运行就绪：剥夺处理机 运行等待：申请资源未得到，启动IO 等待就绪：得到资源，IO中断
导航 结束 13
2.2.2.2 进程状态转换图
就绪
获得处理机 剥夺处理机
运行
事件发生
等待
等待事件
演示
导航 结束 14
2.2.2.2 进程状态转换图
创建 初创
栈：保存返回点、参数、返回值、局部变量 堆：动态变量
导航 结束 17
2.2.4 进程的组成与上下文
进程的表记
PCB 程序
表记1
PCB
系统空间
代码
数据
+ 堆栈
用户空间
表记2
导航 结束 18
2.2.4 进程的组成与上下文
进程上下文（process context)
– 进程的物理实体与支持进程运行的物理环境统称为 进程上下文
2.2.6 进程的类型与特征
2.2.7 进程间相互联系与 相互作用
2.2.8 进程的创建与撤销
2.2.9 进程与程序间的联 系与差别
导航 结束 9
2.2 进程的引入(Cont.)
多道系统中的程序： 推进，暂停，推进，暂停，…….
暂停：保存现场(PSW+PC，寄存器） 推进：恢复现场(寄存器，PSW+PC) 暂停原因：(1) 自身原因：等待资源，启动IO
就绪
获得处理机 剥夺处理机
运行
事件发生
等待
等待事件
结束 终止
导航 结束 15
2.2.3 进程控制块(PCB)
标志进程存在的数据结构，其中保存系 统管理进程所需的全部信息
PCPBCB内是容进：程(不存同在系的统唯不一尽相同)
标进志程。标进识程(p的id创) 建，进家族联系
程进的程撤状销态……
地址信息
并行：parallel
微观同时，要求多个CPU “并行算法”
导航 结束 12
2.2.2 进程状态及状态转换
2.2.2.1 进程状态(基本状态)
运行态(RUN): 占有CPU正在向前推进 就绪态(READY): 可以运行，但未得到CPU 等待态(WAIT): 等待某一事件发生
第二章 进程、线程与作业
2.1 多道程序设计
Multi-programming
2.2 进程的引入
Process
Active objects
2.3 线程与轻进程
Thread and light-weighted process
2.4 作业
Job
导航 结束 1
2.1 多道程序设计
多道程序设计目标
提高系统效率(吞吐量)
导航 结束 6
2.1.3 多道程序设计的问题
处理机资源的管理
程序个数处理机个数(如何分配?)
存储资源的管理
地址空间的相对独立性、共享性 内存、外存(swap space)的分配与去配
设备资源管理
分配策略 IO控制
导航 结束 7
程序的顺序执行 程序的并序执行
导航 结束 8
2.2 进程的引入
2.2.1 进程的概念 2.2.2 进程状态及状 态转换 2.2.3 进程控制块 2.2.4 进程的组成与 上下文 2.2.5 进程的队列
PCB+程序 系统环境：地址空间，系统栈，打开文件表，…
上下文切换（context switch)
– 由一个进程的上下文转到另外一个进程的上下文
系统开销（system overhead)
– 运行操作系统程序完成系统管理工作所花费的时间 和空间
导航 结束 19
2.2.5 进程的队列
PCB构成的队列：（不一定FIFO，单向或双向）
导航 结束 21
2.2.6 进程的类型与特征
进程类型
系统进程
运行操作系统程序，完成系统管理(服务)功能.
用户进程
运行用户(应用)程序，为用户服务。
导航 结束 22
2.2.6 进程的类型与特征(Cont.)
进程的特征
并发性：可以与其它进程一道向前推进； 动态性：动态产生、消亡，生存期内状态动 态变化； 独立性：一个进程是可以调度的基本单位； 交互性：同时运行的进程可能发生相互作用； 异步性：进程以各自独立，不可预知的速度 向前推进； 结构性：每个进程有一个PCB。
head
PCB
PCB
……
PCB
1. 就绪队列：系统一个或若干个（根据调度算法确定） 2. 等待队列：每个等待事件一个 3. 运行 队列：每个处理机一个
导航 结束 20
进程队列模型
创建
就绪队列 时间片用完
完成 CPU
事件1发生
等待队列1
等待事件1
事件2发生
等待队列2
等待事件2
…
事件n发生
等待队列n
等待事件n
导航 结束 23
2.2.7 进程间相互联系与相互作用
相互联系
相关进程
同一家族的进程 可以共享文件，需要相互通讯，协调推进速度… 父进程可以监视子进程，子进程完成父进程交给 的任务。
t5
t6
t
运行程序A
导航 结束 4
2.1.2 多道程序设计的提出
提高处理机、设备、内存等各种资源的 利用率，从而提高系统效率。
t1
t2 t3
t4
CPU 设备1 设备2
程序A
程序B
t5
t6
t
程序A
导航 结束 5
2.1.2 多道程序设计的提出(Cont.)
增加同时运行程序的道数可以提高资源 利用率，从而提高系统效率，但道数应 与系统资源数量相当。 道数过少，系统资源利用率低。 道数过多，系统开销(system overhead)增大，程序响应速度下降。
现场信息 调度参数
打开文件 消息指针
Process Control
所属用户(uid)
队列指针
Block
请见教材29页分析……
导航 结束 16
2.2.4 进程的组成与上下文
进程的组成
进程控制块(process control block)
建立进程建立PCB 撤销PCB撤销进程
程序
代码(code) 数据(data) 堆栈(stack+heap)
吞吐量 =
作业道数
全部 处部时间
Multi-programming
导航 结束 2
2.1.1 单道程序设计的缺点 2.1.2 多道程序设计的提出 2.1.3 多道程序设计的问题
导航 结束 3
2.1.1 单道程序设计的缺点
处理机利用率低
设备利用率低
内存利用率低
t1
t2
CPU 运行程序A 设备1 设备2
(2) 剥夺CPU—给其它程序运行机会
导航 结束 10
2.2.1 进程的概念
定义：
可参与并发执行的程序称为进程。 进程是具有一定独立功能的程序关于一个数 据集合的一次运行活动。
定义强调两个方面：
动态：执行中的程序; 并发：可与其他进程同时执行。
导航 结束 11
并发 vs. 并行
并发：concurrent
2.2.2.2 状态转换
就绪运行：获得处理机 运行就绪：剥夺处理机 运行等待：申请资源未得到，启动IO 等待就绪：得到资源，IO中断
导航 结束 13
2.2.2.2 进程状态转换图
就绪
获得处理机 剥夺处理机
运行
事件发生
等待
等待事件
演示
导航 结束 14
2.2.2.2 进程状态转换图
创建 初创
栈：保存返回点、参数、返回值、局部变量 堆：动态变量
导航 结束 17
2.2.4 进程的组成与上下文
进程的表记
PCB 程序
表记1
PCB
系统空间
代码
数据
+ 堆栈
用户空间
表记2
导航 结束 18
2.2.4 进程的组成与上下文
进程上下文（process context)
– 进程的物理实体与支持进程运行的物理环境统称为 进程上下文
2.2.6 进程的类型与特征
2.2.7 进程间相互联系与 相互作用
2.2.8 进程的创建与撤销
2.2.9 进程与程序间的联 系与差别
导航 结束 9
2.2 进程的引入(Cont.)
多道系统中的程序： 推进，暂停，推进，暂停，…….
暂停：保存现场(PSW+PC，寄存器） 推进：恢复现场(寄存器，PSW+PC) 暂停原因：(1) 自身原因：等待资源，启动IO
就绪
获得处理机 剥夺处理机
运行
事件发生
等待
等待事件
结束 终止
导航 结束 15
2.2.3 进程控制块(PCB)
标志进程存在的数据结构，其中保存系 统管理进程所需的全部信息
PCPBCB内是容进：程(不存同在系的统唯不一尽相同)
标进志程。标进识程(p的id创) 建，进家族联系
程进的程撤状销态……
地址信息