操作系统第二章课件第二章练习
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
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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
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操操作作系系统统课讲程义讲义
《操作系统第二章》PPT课件
文件的逻辑结构与物理结构
文件的逻辑结构
从用户观点出发所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立 于文件的物理特性，又称为文件组织。
文件的物理结构
又称文件的存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式。这不仅与存储介质的存储性能 有关，而且与所采用的外存分配方式有关。
文件的逻辑结构与物理结构之间的关系
实时操作系统
是指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理， 其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出 快速响应，并控制所有实时任务协调一致地运行。
操作系统的分类与特点
网络操作系统
是基于计算机网络的，是在各种计算 机操作系统上按网络体系结构协议标 准开发的软件，包括网络管理、通信 、安全、资源共享和各种网络应用。
设备分配算法
常用的有先来先服务（FCFS）、优先级高者优先（HPF）等算法 ，根据实际需求选择合适的算法进行设备分配。
设备回收机制
在用户进程使用完设备后，及时回收设备资源，以便其他进程使用 。
设备驱动程序与中断处理
设备驱动程序
与硬件直接交互的软件模块，提供对 设备的控制和管理功能。驱动程序需 要处理设备的初始化、数据传输、错 误处理等问题。
构。
PCB中包含了进程标识符、处理 器状态信息、进程调度信息、进
程控制信息等。
操作系统通过PCB对进程实施管 理和控制，如进程的创建、撤销 、阻塞、唤醒等操作都需要修改
PCB中的信息。
进程调度算法
01
进程调度算法是操作系统用来确定处理器分配给哪个进程使 用的策略和方法。
02
常见的进程调度算法包括：先来先服务FCFS、短作业优先 SJF、优先级调度算法PSA、时间片轮转RR等。
操作系统第二章课件第二章
§2.1 什么是操作系统一、操作系统的定义我们从系统的层次结构和资源管理这两个角度来看，操作系统的定义为：操作系统（Operating System，简称OS）是直接控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源的最基本的系统软件，合理地组织计算机工作流程以及方便用户的程序集合，是用户与计算机之间的接口。
解释：资源的概念被计算机系统工作时所引用的一切客体都称为资源。
这里所说的客体可能是处理机、设备、内存、外存等硬件，也可能是程序、数据、信息等软件。
为了资源可以被引用，资源都有名字。
控制资源的使用，有两条资源管理命令：申请资源和释放资源。
我们约定：申请命令在程序使用资源前发出，如果所申请的资源可以使用，则程序可立即得到该资源的使用权，称为程序占有该资源或把这个资源分配给申请它的程序。
释放命令在程序使用资源后发出，表示程序放弃对于资源的使用权，称为程序释放该资源或把这个资源由占有它的程序处收回。
操作系统需要管理的资源一般多是下面三种类型：单一资源--由一个资源实体组成的资源。
如一台打字机、一台处理机等。
根据单一资源被占用的情况，分为“空闲”和“工作”两个状态。
有限资源--由若干个相同的单一资源组成的资源集合。
它的使用限制与集合中元素的个数有关，它可以被多次占用，也可以被不同的程序同时占用。
如内存是由多个单一资源即单元构成的，是有限资源。
无穷资源--由无限多个相同单一资源组成的资源集合。
如果有限资源中的元素个数多到充分够用，可以看作由无穷多个单一资源所组成。
如当内存的容量无限大时，可以看成是无穷资源。
二、操作系统的主要功能操作系统主要有五大功能：★存储器管理：内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充。
★处理机管理：作业和进程调度、进程控制和进程通信。
★设备管理：缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性。
★文件管理：文件存储空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制。
★用户界面管理：命令界面、程序界面和图形界面。
操作系统第二章PPT课件
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2.1.3 进程挂起
有挂起状态的进程转换图
创建 准许 就绪
激活 事件 发生
挂起
就绪 挂起
分派 超时
运行 准许
等待 事件
消失
(a) 带有一个挂起状态
创建
准许
准许
挂起
就绪， 挂起
事件 发生
阻塞 挂起
激活 挂起
激活
就绪
事件 发生 阻塞
分派 超时
运行
等待 事件
释放
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消失
(b) 带有两个挂起状态
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2.1.3 进程挂起
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2.4.1 线程及其管理
2.线程的定义及特征
线程是进程内的一个相对独立的、可独立调度 和指派的执行单元。
线程具有以下性质：
• 线程是进程内的一个相对独立的可执行单元。
• 线程是操作系统中的基本调度单元 。
• 一个进程中至少应有一个线程 。
• 线程并不拥有资源，而是共享和使用包含它的 进程所拥有的所有资源。
• ③当运行中获取用户程序提出的某种请求后，OS可以 代用户程序产生进程以实现某种功能，使用户不必等 待。
• ④基于应用进程的需要，由已存在的进程产生另一个 进程，以便使新程序以并发运行方式完成特定任务。
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2.1.1 进程产生和终止
2.进程终止 导致进程终止的事件大致有14种 ：正常 结束 、超时限制 、内存不足 、超界 、 保护错误 、算术错误 、超越时限 、I/O 失败 、非法指令 、特权指令 、错误使 用数据 、操作员或OS干预 、父进程终 止 、父进程需要 。
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2.3.1 执行模式
大多数处理器都至少支持两种执行模式， 一种是同操作系统有关的模式，另一种则 是同用户程序有关的模式。较低特权模式 称为用户模式。较高特权模式指系统模式、 控制模式或内核模式。内核是操作系统中 最核心功能的集合。
操作系统课程2精品PPT课件
图2.2 作业说明书的主要内容
2.2 作业的建立
严格地说，在分时系统中，从系统角度来看甚至没有作业的 概念。因此，这里主要介绍批处理系统的作业建立过程。
建立一个作业必须把该作业所包含的全部程序和 数据输入到计算机的外部辅助存储设备上(简称为外 存或辅存)，而且,还要由作业注册程序在系统中为该 作业申请建立起一个相应的作业控制块。作业控制块 和作业之间具有一一对应关系。当一个作业的全部程 序和数据输入到外存且在系统中建立了相应的作业控 制块之后，就说一个作业已经建立起来了。
2. 脱机输入方式
又称为预输入方式。脱机输入方式利用低档个人计算 机作为外围处理机进行输入处理。在低档个人机上， 用户通过联机方式把作业首先输入到后援存储器，例 如磁盘或磁带上；然后，用户把装有输入数据的后援 存储器拿到主机的高速外围设备上和主机连接，从而 在较短的时间内完成作业的输入工作。
脱机输入解决了快速输入输出问题，提高了主机的资 源利用率，但反过来说，这又是以牺牲低档机为代价 的。而且，脱机输入需要用户进行干预或进行一定的 操作，例如移动存储介质和连接后援存储器等。另外， 脱机输入输出方式存在灵活性差的缺点，即遇到紧急 任务需要处理时，无法直接交给主机以便优先处理。
一个作业的建立过程包括两个子过程，一个是作 业的输入，另一个是作业控制块的建立。
作业的输入指将作业的程序、数据和作业说明书 从输入设备(例如键盘)输入到外存，并形成有关初始 信息。
必须有外部启动信号，通知系统调用相应的输入 管理程序来负责控制和完成作业的输入工作。
同样，作业输入过程的结束也必须由用户给出信 号，使得相应设备发出中断信号后结束输入过程。
第2章 操作系统用户界面
2.1 作业的基本概念 2.2 作业的建立 2.3 命令控制界面接口 2.4 系统调用
《操作系统第二章》课件
6. 操作系统内核
- 内核的概念 - 内核的功能 - 内核的分类
什么是操作系统
1 定义
操作系统是一种控制和管 理计算机硬件与软件源 的系统软件。
2 特点
操作系统具有并发性、共 享性、虚拟性、异步性等 特点。
第三代：分时系统
实现多用户同时访问计算机，提供了交 互式操作环境。
第五代：虚拟机系统
实现了多个操作系统在一台计算机上同 时运行的虚拟机系统。
操作系统的功能
管理硬件资源
操作系统负责调度和分配计算机的硬件资源， 如处理器、内存、设备等。
管理文件系统
操作系统负责管理计算机的文件系统，包括文 件的创建、读写、删除等操作。
《操作系统第二章》PPT 课件
欢迎参加《操作系统第二章》PPT课件。本课程将介绍操作系统的定义、发展 历程、功能、分类、结构和内核的概念。
目录
1. 什么是操作系统
- 定义 - 特点 - 作用
4. 操作系统的分类
- 单用户单任务操作系统 - 单用户多任务操作系统 - 多用户操作系统 - 实时操作系统
操作系统的结构
单体结构
操作系统采用单一大型程序的 结构，所有功能模块都集中在 一个程序中。
分层结构
操作系统按功能划分为多个层 次，每个层次提供一组相关的 功能模块。
微内核结构
操作系统核心精简为微内核， 其他功能以服务的形式运行在 用户空间。
操作系统内核
1 内核的概念
内核是操作系统的核心部 分，负责管理和控制计算 机的各种资源。
3 作用
操作系统用于提供用户界 面、管理硬件资源、实现 多任务等功能。
操作系统第二章课件
调 度
挂 起
激 活
等
待
事 完
运行
件 用
挂 起
时 间 片
挂 起
激 活 活 跃 静止 阻塞 静 止
创建
静止 就绪 事件到达
具有挂起操作的进程状态转换图
2.3 进程的控制
2.3.1 进程的控制结构 OS采用层次化的模块结构，一般将与硬件紧密相关的模块安排在同一个 软件层次中，并使它们常驻内存(以便提高OS的运行效率，并对它们加以 特殊的保护),通常把这一部分称为OS的内核。内核不是进程。
调 度
请 I/O 求
时
间
片 用
完
2.
细分进程的调度状态 细分方法A 就绪状态可细分为低优先级就绪、中优先级就绪和高优先级就绪。 阻塞状态细分为因等待盘、带的I/O而阻塞，因等待终端的I/O而阻 塞和因等待页面的I/O而阻塞。
超过时限
低优先 级就绪
运行500ms 运行
缺页
因页面 阻塞
m s
运 行 50
中优先 级就绪
运
行
10
0m s
I/O完成
因盘、 带阻塞
I/O完成 高优先 级就绪 I/O完成 因 I/O 阻塞
细分的进程状态转换图
细分方法B 将基本调度状态的就绪和阻塞细分为活跃的和静止的两部分。这是因为有 时需要人为的把正在运行或没有运行的进程挂起(suspend),使其处于静止 状态(正在运行的进程停止运行,没有运行的进程不再运行)。系统的三种基 本调度状态演变为五种调度状态:运行、活跃就绪、活跃阻塞、静止就绪 和静止阻塞。 事件到达
支撑部分 OS内核 中断处理 时钟管理 原语操作
பைடு நூலகம்
操作系统(徐宗元主编)ppt第二章-第二部分解析
Windows2000的基元成分――对象-1
• Windows 2000中的实体，当数据或资源对用户态开放时， 或者当数据访问是共享的或受限制时，才使用对象。采 用对象方法表示的实体有文件、进程、线程、信号量、 互斥量、事件、计时器等。Windows 2000通过对象管理 器以一致的方法创建和管理所有的对象类型，对象管理 器代表应用程序负责创建和删除对象，并负责授权访问 对象的数据和服务。 • 每一个对象都有一个对象头和一个对象体。对象管理 器控制对象头，各执行体组件控制它们自己创建的对象 类型的对象体。 • 当进程通过名称来创建或打开一个对象时，它会收到一 个代表进程访问对象的句柄。所有用户态进程只有获得 了对象句柄之后才可以使用这个对象。句柄作为系统资 源的间接指针来使用，这种不直接的方式阻止了应用程 序对系统数据结构直接地随便操作。
4.Windows 2000的基元成分― ― 对象(object)、进程(process)、线程(Thread) 对象、进程、线程是Windows2000三个基元成 份，它们之间有互相交叉的关系。
• 对象是一个抽象的数据结构，在Windows2000中用以 表示广义的资源。它是构成OS的三个基元成份中非 活动的成份，对象是数据和有关操作的封装体，它 包装数据、数据的属性以及可以施加于数据的操作 等三个成份。具有相同特性的对象也可归为一个对 象类，在软件设计中定义了对象类（称为类Class）， 而对象则是对象类一个具体实现的示例。对象作为 抽象数据而封装在其内部的操作函数所提供的操作 也给人活动成份的感觉，但是从操作系统这一角度 来认识，对象是构成操作系统的非活动成份。而进 程和线程则是构成OS的两个活动成份。
当一个线程调用CreateProcess时，系统就会创建 一个进程内核对象，为新进程创建一个虚拟地 址空间，并将可执行文件加载到该进程的地址 空间中。然后系统再为新进程的主线程创建一 个线程内核对象。通过执行启动代码，该主线 程便开始运行，它最终调用WinMain、 wWinMain、main或wmain函数。如果系统成功 地创建了新进程和主线程，该函数便返回 TRUE。
操作系统第二章 ppt课件
第二章 进程管理
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进程的状态变迁图
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第二章 进程管理
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进程的状态转换
①就绪→执行：调度 ②执行→等待：等待某个事件发生而睡眠 ③等待→就绪：因等待的事件发生而唤醒 ④执行→就绪：时间片用完 问题1：为什么不能从等待态变为运行态呢？ 问题2：为什么不能从就绪态变为等待态呢？ 答案：
可再现性：程序的结果与它的执行速度无 关（即与时间无关），只要给定相同的输 入，一定会得到相同的结果。
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第二章 进程管理
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多道程序系统中程序执行环境的变化
▪ 计算机能够同时处理多个具有独立功能的程序（批处理系统，分时系统、 实时系统、网络与分布式系统）。这样的执行环境具有三个特点： ➢ 独立性:每道程序都是逻辑上独立的，之间不存在制约关系。 ➢ 随机性：程序和数据的输入与开始执行时间都是随机的。这种随机性形 成了操作系统必须同时处理多道程序的客观要求。 ➢ 资源共享
程序 输入 运行
干净衣服
洗衣进程
第二章 进程管理
输出 22
进程同程序的比较
程序是指令的有序集合，其本身没有任何运 行的含义，是一个静态的概念。而进程是程 序在处理机上的一次执行过程，它是一个动 态的概念；
程序可以作为一种软件资料长期存在，而进 程是有一定生命期的。程序是永久的，进程 是暂时的；
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第二章 进程管理
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进程的引入
并发执行的各程序段由于同时存在于主存中，共享软硬件资 源，造成其执行结果受执行速度影响的局面。 在多道程序系统所带来的复杂环境中，程序段具有了并发、 制约、动态的特性，原来的程序概念，难以刻画系统中的情况。
➢ 程序本身完全是静态的概念
操作系统第2章ppt课件
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第二章 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
进
程
管
理
2.1.3 程序的并发执行及其特征
1. 程序的并发执行
程序并发执行可分为两种：
• 多道程序系统的程序执行环境变化所引起的多道程序的并发 执行
由于资源有限，多道程序的并发执行总是伴随着资源的共享与 竞争，制约了各道程序的执行速度。
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第二章 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
进
程
管
理
例：若有两条语句c:＝a－b和w:＝c＋1，判断它们是否 可以并发执行？
解：它们的“读集”和“写集”分别为
R（c:＝a－b）＝{a，b}；R（w:＝c＋1）＝{c} W（c:＝a－b）＝{c} ； W（w:＝c＋1）＝{w} R（c:＝a－b）∩W（w:＝c＋1）={Φ} R（w:＝c＋1）∩W（c:＝a－b）={c} 所以：两条语句不能并发执行。
图 2-2 前趋图
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第二章 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
进
程
管
理
注意，前趋图中必须不存在循环。
如在图2-2(b)中的前趋关系：
S2→S3, S3→S2
图 2-2 前趋图
显然这种前驱关系是不可能满足的，S3的执行要依赖于S2的 执行结果，S2的执行结果又要依赖于S3的执行结果，这种程 序是不可能执行下去的。
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第二章 烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
计算机操作系统(第三版)第二章复习PPT课件
线程的定义存在多种不同的提法。这些提法可以相互补 充对线程的理解： •线程是进程内的一个执行单元，比进程小。 •线程是进程内的一个可调度实体。 •线程是程序或进程中相对独立的一个控制流序列。 •线程本身不能单独运行，只能包含在进程中，只能在进程中 执行。
这种制约关系主要源于进程间的合作，同步设置在不同进 程之间以达到多种进程间的同步
若某一进程要求使用某种资源，而该资源被另一进程使用。
并且这一资源不允许两个进程同时使用，那么该等待已占用资
源释放资源后再使用，这种制约关系称为互斥，基本形式为“进
程－资源－进程。”
这种制约关系源于多个同种进程需要互斥地共享某种系统
6. 进程控制块的初始化工作包括初始化标识符信息、初始化 处理机状态信息、初始化控制信息。
7. 运行中的进程可以处于三种状态之一：运行、就绪、阻塞 （等待）。系统中进程排成队列，就绪队列、阻塞队列。 当进程执行的时间片用完时，进行由执行状态转变为就绪 状态。执行状态只能由就绪状态转换；而无法由阻塞状态 直接转换。（重点）
2. 并发程序和顺序程序有本质上的差异。为了能更好地描述程 序的并发执行，程序并发执行与顺序执行相比产生了一些新 特性：间断性、失去封闭性、不可再现性。实现操作系统的 并发性和共享性，引入“进程”的概念。
3. 进程：是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一 次运行活动,是系统进行资源分配和调度的一大于等于0
信号量及 Wait 或P、 signal 或V操作讨论
操作系统第二章ppt
第二章 处理机调度
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每个结点还具有一个重量(Weight)， 用于表示该结点 ， 每个结点还具有一个重量 所含有的程序量或结点的执行时间。 所含有的程序量或结点的执行时间。
P2 P5 P1 P3 P6 P4 P7 (a) 具有九个结点的前趋图 (b) 具有循环的前趋图 P8 P9 S2 S1
S3
图 2-2 前趋图
第二章 处理机调度
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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
就绪
获得资源，事件到来 图3-5：进程的基本状态转换
有些操作系统，将进程状态分为五种：就绪状态、运行状态、 有些操作系统，将进程状态分为五种：就绪状态、运行状态、 阻塞状态 4.新状态 4.新状态 5.终止状态 5.终止状态
第二章 处理机调度
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新状 态
接 纳
完成
运行
结束
这是一个进程刚刚 建立， 建立，但还未将它 送入就绪队列时的 状态。 状态。
《操作系统第二章》PPT课件
• 系统调用的处理过程
• 为执行系统调用命令作准备。其主要工作是把用户程序的 “现场”保留起来，并把系统调用命令的编号等参数放入 约定的存储单元。访管指令有“参数区”、“参数”和 “操作数”组成。“操作数”用来表示请求操作系统所要 干的工作，并说明是否要有参数区和具体参数。
•例 – DOS：库函数，…… – Windows:API，……
• 系统调用的分类 – 设备管理 – 文件管理 – 进程管理 – 进程通信 – 存储管理
• 调用中的几个概念 – 陷入（访管）指令—把由于系统调用引起的处理机中断的指令称 为陷入（访管）指令。
– 广义指令(或称管理程序调用)—利用陷入指令来实现特殊过程调 用的指令称为广义指令。是通过执行相应的程序模块来实现的， 它是机器指令的扩充。采用访管方式来实现。通过产生一个访管 中断，使处理机由目态（用户态）转为管态（系统态）。（当中 央处理器处于目态时不允许执行特殊指令；而处于管态时可这些 包括特殊指令在内的一切机器指令）
• 命令调用 • 系统调用 • 用户接口的发展
命令调用方式
• 命令形式 – 内部命令
• 系统启动时与操作系统一起装入内存——OS的一部分 •例
– DOS：Type,Dir,copy,…… – Windows:资源管理器中的菜单、按钮，…… – 外部命令
• 以文件形式存放，调用时装入内存 •例
– DOS：Edit,…… – Windows:桌面上的图标，快捷方式（图标），……
直接耦合系统
SPOOLING方式
• 命令分类 – 环境设置 – 执行权限管理 – 系统管理 – 文件管理 – 执行管理 – 通信 – 资源要求
第二章 操作系统基础PPT课件
依次1,2…n
依次1,2…n
监督程序
批处理系统示意图
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通道和中断技术的出现，实现了主机、通道和 输入输出设备的并行操作，提高了系统效率，方便 用户对输入输出设备的使用。
中断是指处理机在执行某一任务的过程中，接
收到中断信号而中断正在执行的任务，转而执行另 一任务的过程。
通道称为输入/输出处理机，它把主机和外部设
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返回
3.1.2 操作系统的形成与发展
1. 无操作系统 2. 单道批处理系统 3. 多道批处理系统 4. 分时系统 5. 实时系统 6. 通用操作系统 7. 操作系统的进一步发展
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1.无操作系统阶段
手工方式
特点： ①用户独占一台计算机的全部 资源
②CPU等待人工操作 问题：人机矛盾，CPU与I/O速度不匹 配
用户的角度：用户和计算机之间的接 口
资源管理的角度：管理者
任务组织的角度：合理的组织工作流 程，以提高资源利用率
软件的角度：重要的程序和数据的集
合
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3.操作系统的定义
控制计算机软件、硬件资源， 合理地组织计算机工作流程以及方 便用户的程序的集合，是为建立用 户与计算机之间的接口而为裸机配 置的一种系统软件。
3.1.4 操作系统的特征及功能
返回
3.1.1 操作系统的作用和目的
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1.操作系统的用概户应念用软件
系统应用软件 操作系统
裸机
任何用户都是通过OS
使用计算机的。
如 Dos，Windows，
Unix，Linux……
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没有操作系统拷 贝一个文件真难!
我的计算机有拷贝 功能!
DOS
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第二章(操作系统)PPT课件
返回
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计算机应用基础案例教程》编写小组》编写小组》编写小组》编 写小组》编写小组》编写小组》编写小组》编写小组》编写小组
2.1.1 操作系统的功能
处理器管理
处理器管理主要是对中央处理器（CPU）进行动态管理。 在多个程序运行时，所有的程序都是在处理器中运行得到结果 的，而现在大多的计算机都只有一块CPU，因此处理器管理实 际上是对处理器执行的“时间”管理，即如何将CPU真正合理分 配给每个任务。
返回
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计算机应用基础案例教程》编写小组》编写小组》编写小组》编 写小组》编写小组》编写小组》编写小组》编写小组》编写小组
2.1.2 几种主要的操作系统
1.DOS操作系统 2.Windows操作系统 3.MAC操作系统 4.UNIX系列 5.Linux操作系统
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计算机应用基础案例教程》编写小组》编写小组》编写小组》编 写小组》编写小组》编写小组》编写小组》编写小组》编写小组
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计算机应用基础案例教程》编写小组》编写小组》编写小组》编 写小组》编写小组》编写小组》编写小组》编写小组》编写小组
2.1.1 操作系统的功能
文件管理
文件管理是操作系统对计算机系统中软件资源的管理，通
常由操作系统中的文件系统来完成这一功能。文件系统由文件、 管理文件的软件以及相应的数据结构组成。文件管理提供文件 的存储、检索、修改等操作功能，解决文件的共享、保密和保 护问题，并为用户提供方便的应用界面，实现文件的按名存取。
Windows的发展
1983 年 12 月 微 软 公 司 首 次 推 出 Windows 1.0 ； 1987 年 10 月 Windows 2.0推出；1990年5月发行了Windows 3.0；1992年4月推 出Windows 3.1，Windows 3.x趋于成熟。 1993 年 微 软 又 推 出 了 具 有 网 络 支 持 功 能 的 全 新 32 位 操 作 系 统 Microsoft WindowsNT 3.1，将操作系统和网络软件集为一体。 1995年推出Windows 95，继承了Windows 3.x的许多功能，充分发 挥了80386、80486和奔腾处理器的性能。1998年5月Windows 98 正式推出，在Windows 95系统功能的基础上，提供强有利的网络功 能，它和网络浏览器Internet Explorer 4.0的无缝集成，可以很方便 地浏览网页。 之后又推出了Windows 98、 Windows 2000和Windows XP， 2003年发布了Windows 2003
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第2章操作系统的基本概念一、单项选择题1. 操作系统是计算机系统中的（）软件。
A.应用B.系统C.支撑D.工具2. 在计算机系统中配置了批处理操作系统，则能够（）。
A.提高资源使用效率B.及时响应外部事件C.是用户直接干预作业的执行D.实现计算机间的通信3. 设计实时操作系统适应首先考虑（）。
A.系统效率B.交互能力C.可移植性D.可靠性4. 如用户要利用计算机系统直接调试和控制程序的执行，则应在其上配置（）操作系统。
A.批处理B.实时C.分时D.单用户5. 访管指令是一条（）指令。
A.特权B.只允许在目态执行的C.只允许在管态执行的D.在目态和管态均可执行的6. 单操作系统完成了用户请求的“系统功能调用”后，应让中央处理器（）工作。
A.维持在管态B.从管态转换到目态C.维持在目态D.从目态转换到管态二、多项选择题1. 在任何计算机系统中（）。
A.主存储器可被中央处理器直接访问B.当ＣＰＵ处于管态时只能执行特权指令C.操作系统只负责管理软件资源D.操作系统能接受用户输入的命令并控制用户程序的执行E.操作系统能为应用程序提供比裸机强的功能支持2. 各种类型的操作系统各有所长，它们追求的设计目标也不同，例如（）。
A.多到批处理系统是为了提高系统的资源用率B.分时系统允许用户直接与计算机系统交互C.实时系统首先要考虑实时性和可靠性D.网络操作系统必须实现激素算计之间的通信及资源共享E.分布时操作系统要让多台计算机协作完成一个共同的任务3. 程序状态字是用来控制指令执行顺序并且保留和知识与程序有关的系统状态。
所以，（）。
A. 每个程序都应该有一个PSWB. 程序状态字寄存器是用来存放当前运行程序的PSWC. 在多道程序设计系统中应设置多个程序状态自己村起来分别存放个成粗的PSW，以便多道并行执行D. 在用户程序的PSW中应置为管态，以便实用访管指令E. 处理器总是按程序状态字寄存器中的PSW控制程序的执行三、填空题1．计算机系统是由计算机________和计算机________两大部分组成。
2．不配有任何软件的计算机通常被称为___________。
3．计算机的软件可分成________、________和应用软件三类。
4．操作系统管理的计算机系统中的资源可分成_______资源和_______资源两大类。
5．操作系统的形成与发展与_________技术的发展密切相关。
6．20世纪50年代在IBM701计算机上实现了第一个操作系统，它是一种________操作系统。
7．_________操作系统能充分利用中央处理器与各种外围设备的并行工作能力。
8．_________操作系统使用户能直接操纵计算机系统进行交互式的工作。
9．在用于控制生产流水线的计算机系统中应配置________操作系统。
10．在实时操作系统控制下，计算机系统对接收到的_________信号应及时处理。
11．设计实时操作系统时必须首先考虑系统的_______和________，其次才考虑系统效率。
12．网络操作系统的功能是实现各台计算机之间的________以及网络中________的共享。
13．分布式操作系统能使系统中若干台计算机________完成一个共同的任务。
14．分布式操作系统是把_________分布在几台计算机上并行地运行。
15．把不允许用户程序中直接使用的指令称为_________指令。
16．中央处理器区分两种工作状态，它们是_______和_______。
17．中央处理器处于_______时拒绝执行特权指令。
18．________是用来控制指令执行顺序并且保留和指示与程序有关的系统状态。
19．每个程序都要有一个________来刻画本程序的执行状态。
20．中央处理器设置一个________寄存器用来存放当前运行程序的PSW。
21．由操作系统提供的可供用户程序执行中调用的子程序被称为__________。
22．用户程序中使用_________指令来请求调用操作系统功能。
23．当用户请求调用操作系统功能时应使中央处理器的工作状态从_________转换成________。
24．从资源管理的观点看，操作系统的功能可分成________、________、_______、_______和_______五大部分。
四、问答题1．操作系统为用户程序提供哪些良好的运行环境？2．操作系统怎样提高系统效率？3．什么是特权指令？把“I／O指令”定义为特权指令有什么好处？4．中央处理器有哪两种工作状态？为什么要区分两种工作状态？5. 程序状态字的作用是什么？它包含哪些基本内容？6．中央处理器怎样知道当前的程序应在目态执行，还是应在管态执行？ 7．为什么现代计算机系统都设计一条“访管指令”？第2章操作系统的基本概念答案一、单项选择题1．B 2．A 3．D 4．C 5．D 6．B二、多项选择题1．A，D，E2．A，B，C，D，E3．A，B,E三、填空题1．硬件，软件2．裸机3．系统软件，支撑软件4．硬件，软件5．软、硬件6．单道批处理7．多道批处理8．分时9．实时10．外部11．实时性，可靠性12．通信，资源13．相互协作14．一个任务15．特权16．目态，管态17．目态18．程序状态字（或PSW）19．程序状态字20．程序状态字21．系统功能调用22．访管23．目态，管态24．处理器管理，存储管理，文件管理，设备管理，作业管理四、问答题1. [分析]如果用户直接使用裸机（不配有任何软件的计算机硬件）是很麻烦的，他必须了解各种硬件资源的物理特性，这不仅不方便而且容易出错。
操作系统能为用户提供方便的使用接口和有效地管理软、硬件资源，为用户创造良好的运行环境。
[题解]操作系统为用户提供操作命令和系统功能调用等方便的使用接口，用户不必关心硬件的结构和特性；为用户提供按名存取文件信息的功能，用户不必关心文件的存放位置；使用户合理地共享资源，防止用户间的相互干扰，用户不必担心信息的丢失。
2．[分析]本题要求回答操作系统怎样提高计算机系统的效率，一般可以从面向用户和面向系统两个方面去考虑。
面向用户应考虑怎样缩短服务时间，提高工作效率；面向系统应尽量提高资源的使用效率。
[题解]操作系统能提高计算机系统的效率，主要表现在：为用户提供方便、友善的使用接口，减少了手工操作时间；充分利用硬件具有的中央处理器与各种外围设备的并行工作能力，缩短作业的执行时间，提高了系统的吞吐能力；实现多道并行工作，让多用户合理共享计算机系统的各种资源，提高了系统的资源利用率。
3．[题解]不允许用户在程序中直接使用的指令称为“特权指令”。
把“I／O指令”定义为特权指令有以下好处：（1）防止用户元意地启动一台正在工作的外围设备而引起冲突；（2）防止错误地存取文件信息而造成文件信息的丢失或处理结果的不正确；（3）减少用户为启动外围设备而必须了解外围设备特性、组织启动等工作，大大方便了用户。
4．[分析]计算机系统中往往同时存在操作系统程序和各种用户程序，任何程序都必须占用了中央处理器后才能执行。
为保证计算机系统能可靠地工作，限定用户程序中不能使用特权指令，而操作系统程序中可使用一切的机器指令。
因而，中央处理器必须区分能执行特权指令和拒绝执行特权指令两种不同的工作状态，分别称为管态和目态。
[题解]中央处理器有管态和目态两种工作状态。
当处于管态时，允许执行包括特权指令在内的所有指令；当处于目态时，将拒绝执行特权指令，凡用户程序占用中央处理器则置为目态工作，这样，万一用户程序中误用了特权指令，中央处理器会拒绝执行而保证系统的安全。
凡操作系统程序占用中央处理器则置为管态工作，这样，操作系统程序使用的指令不受限制，可为用户提供各种服务。
所以，中央处理器区分两种工作状态能使计算机系统安全可靠地工作。
5．[题解]程序状态字是用来控制指令执行顺序并且保留和指示与程序有关的系统状态。
它的基本内容包含三个部分：（1）程序的基本状态。
指示程序执行的基本情况，例如：指出处理器应该执行的下一条指令的存放地址；指令执行结果的特征；本程序应在目态还是管态执行，等等。
（2）中断码。
保存程序执行时当前发生的中断事件。
（3）中断屏蔽位。
指示对程序执行时所发生的中断事件要不要响应。
6．[分析]哪个程序能占用中央处理器是由操作系统调度决定的，当某个程序占用中央处理器时，中央处理器就应按该程序的程序状态字的指示要求来控制程序的执行。
由于一个中央处理器在任何时刻只能为一个程序所占用，所以，设置一个“程序状态字寄存器”，用来存放当前占用中央处理器的程序的程序状态字。
当中央处理器被另一程序占用时，则程序状态字寄存器中的程序状态字也要随之更改。
每个程序的程序状态字中都指出了本程序应在目态还是应在管态执行，因而中央处理器只要查看程序状态字寄存器就可知当前程序应在什么状态执行。
[题解]每个程序都有一个程序状态字（PSW），其中指出了该程序执行时应处的状态（目态或管态）；每个中央处理器设置了一个程序状态字寄存器，用来存放当前占用中央处理器的那个程序的PSW；操作系统调度到某个程序占用中央处理器时就会把该程序的PSW送入程序状态字寄存器中。
所以，在任何时刻，中央处理器只要查看程序状态字寄存器中的状态（目态或管态）就可知道当前程序应在目态执行，还是应在管态执行。
7．[分析]由于用户程序在目态下执行，不能使用特权指令，但用户经常要读／写文件或使用其它资源，而这些工作都要执行“启动I／O”等特权指令。
为了系统的安全和方便用户，凡需使用特权指令才能完成的工作都由操作系统来完成。
于是，操作系统编制了许多称为“系统功能调用”的子程序，供用户需要时调用。
现代计算机系统都设置了一条“访管指令”（可在目态下执行的指令），凡用户要读／写文件或使用其它资源时，可用“访管指令”来请求调用操作系统功能。
处理器执行到访管指令时就产生一个中断事件，然后，处理器将从目态下执行用户程序转换成在管态执行操作系统功能子程序，操作系统完成用户指定的工作后，再让处理器继续执行用户程序。
[题解]由于用户程序只能在目态执行，因此经常要调用操作系统的功能子程序来完成读／写文件等工作。
为了方便用户，硬件设计了一条可在目态下执行的“访管指令”作为用户调用操作系统功能的手段。
用户只要设置好参数且安排一条访管指令，那么系统就会按参数指出的要求让相应的功能子程序来完成指定的工作。