第 3 章操作系统基础 3.1 操作系统概述 3.2 操作系统的功能模块 3.3 典型操作系统概述.

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1 第 3 章操作系统基础 3.1 操作系统概述 3.2 操作系统的功能模块 3.3 典型操作系统概述

2 YOUR SITE HERE 3.1 操作系统概述 3.1.1 什么是操作系统 3.1.2 操作系统的分类 3.1.3 操作系统的基本特性 3.1.4 操作系统的基本功能

3 YOUR SITE HERE 3.1.1 什么是操作系统  操作系统 (Operating System ， OS) 是计算机系统中的一个系 统软件，它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源， 为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境。  它是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件功能的扩 充。  操作系统在整个计算机系统中具有极其重要的特殊地位，它 不仅是硬件与其他软件系统的接口，也是用户和计算机之间 进行 “ 交流 ” 的界面

4 3.1.1 什么是操作系统 计算机系统硬件、软件和用户的关系

5 YOUR SITE HERE 3.1.3 操作系统的基本特性  并发性 : 在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，计算机中有 多个程序在同时运行。  共享性 : 是指多个并发执行的程序可以共享系统中的资源。  虚拟性 : 是指通过虚拟技术把一个物理实体变为多个逻辑上的对应物。 物理实体是实际存在的，而逻辑上的对应物是虚的，是用户感觉上 的东西。通过虚拟技术，可以实现虚拟处理器、虚拟内存、虚拟外 部设备等。  异步性 : 程序执行顺序、完成时间等都是不可预知的。

6 YOUR SITE HERE 3.1.4 操作系统的基本功能 现代操作系统功能示意图 操作系统 用户接口 处理器管理 存储器管理 设备管理 文件管理

7 YOUR SITE HERE 3.2 操作系统的功能模块 3.2.1 进程及处理器管理3.2.1 进程及处理器管理 3.2.2 存储器管理3.2.2 存储器管理 3.2.3 文件管理3.2.3 文件管理 3.2.4 设备管理3.2.4 设备管理 3.2. ５ 用户管理3.2. ５ 用户管理

8 YOUR SITE HERE 3.2.1 进程及处理器管理 1. 进程概念 进程是执行起来的程序，是系统进行资源调度和分配的一个 独立单位 2. 进程的基本特性： ① 动态性。 ② 并发性。 ③ 独立性。 ④ 异步性。 ⑤ 结构特征。 ⑥ 制约性。

9 YOUR SITE HERE 进程控制块  进程由程序、数据和进程控制块 (Process Control Block ， PCB) 三部分组成。  程序是用于描述进程所要完成的功能。  数据是进程执行时的操作对象。  进程控制块 PCB 包含了有关进程的描述信息、控 制信息以及资源信息量。

10 YOUR SITE HERE 进程的状态及其转换 在任何时刻，任何进程都处于以下三种基本状态之一 ① 就绪状态。进程已经获得除 CPU 之外的其他资源，只要再获 得 CPU ，就立即执行的状态。在多道程序环境下，可能有多 个处于就绪状态的进程，通常将它们排成一队，称为就绪队 列。 ② 执行状态。进程获得了需要的所有资源正在处理机上执行的 状态。对单 CPU 系统中，任一时刻处于执行状态的进程只能 有一个，对多处理机系统来说，则可能有多个进程处于执行 状态。 ③ 阻塞状态，也称为等待状态。阻塞状态是指正在执行的进程 由于发生某事件而暂时无法继续执行的状态。处于等待状态 的进程也可能有多个，组成等待队列。

11 YOUR SITE HERE 进程状态转换示意图 就绪 等待 运行 调度 I/O 完成 I/O 等待 时间片到

12 YOUR SITE HERE 进程控制  进程从一个状态转换到另一个状态都是在操作系 统的控制下进行。这种控制通过原语来实现。  所谓原语是机器指令的延伸，它是由若干条机器 指令构成的用于完成特定功能的一段程序。为了 保证操作的正确性，规定在一个原语执行期间不 许插入任何其他操作。  用于进程控制的原语主要有创建原语、撤销原语、 等待原语和唤醒原语

13 YOUR SITE HERE ① 创建原语：一般在操作系统中，都采用树型结构来表示进程之 间的关系。一个进程可以创建若干个新进程，创建者称为父进 程，被创建者称为子进程。父进程为完成指定的任务创建若干 子进程，子进程也可以再去创建自已的子进程，如此下去，构 成一个进程家族。 创建进程的主要任务就是建立进程控制块 PCB 。 ② 撤销原语：若干个进程在完成指定的任务后或因某种原因不再 需要时由撤销原语将其撤销，以便释放它所占用的资源。撤销 进程的本质就是删除进程控制快 PCB 。 ③ 等待原语：一个处于执行状态的进程因等待某一事件 ( 如等待输 人／输出完成、等待另一进程发来消息等 ) 而中止执行时，可使 用等待原语将自己转变为等待状态。 ④ 唤醒原语：处于等待状态而暂停执行的进程，当其所等待的事 件出现或所受的制约消失时，由唤醒原语将其唤醒，变换为就 绪状态。

14 YOUR SITE HERE 进程调度 进程调度：进程调度的任务是为了控制、协调进程对 CPU 的 竞争，按照一定的调度算法使就绪状态的某一进程获得 CPU ， 使该进程转换成运行状态。 几种进程调度算法 先来先服务法：进程调度总是把处理机分配给最先进 入就绪队列的进程。刚进入就绪队列的进程排在队尾， 每次调度总是从就绪队列中，选择队头进程为之分配处 理机，使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某 事件而阻塞后，才放弃处理机。

15 YOUR SITE HERE 进程调度 最高优先权优先调度法。进程调度总是把 CPU 分配给就绪队列中具有最高 优先权的进程。最高优先权可在进程创建时设定，并在进程的生存期 内保持不变。也可在进程创建时给一个初值，随进程的推进或随其等 待时间的增加而改变。前者称为静态优先权，后者称为动态优先权。 时间片轮转法。时间片轮转法主要在分时系统中采用。系统将所有就绪 进程按先来先服务的原则排成一个队列，每次调度时，将 CPU 的使用 权分配给队头进程，并令其执行一个时间片。所谓时间片是指系统规 定进程每次执行的最长时间 ( 例如 100 ms) ，处于执行状态的进程时间 片用完后即被剥夺 CPU 的使用权，并排到就绪队列的末尾。

16 YOUR SITE HERE 3.2.2 存储器管理  存储器管理的主要对象是内存。计算机的内存空间一般分 为系统存储区和用户存储区两个部分，系统存储区存放操 作系统以及一些标准子程序和例行程序，用户存储区存放 用户的程序和数据，存储管理实际上是对用户存储区的管 理。 1. 存储器管理的任务 内存分配与回收 内存共享与保护 地址变换 内存扩充

17 YOUR SITE HERE 3.2.3 文件管理  文件管理的主要任务 是实现按名存取；实现对文件的共享、保护和保密，保证文件 的安全性；并提供给用户一套方便操作文件的命令。  文件的分类 按文件性质和用途可分为系统文件、用户文件和库文件。 按文件的操作保护可分为只读文件、读写文件、执行文件和不保护文件。 按文件中的数据形式可分为源文件、目标文件和可执行文件。

18 YOUR SITE HERE 3.2.4 设备管理  设备管理的对象主要是指所有输入／输出 (I/O) 设备、控制 器和通道。  设备管理的目的是完成用户提出的 I/O 请求，让用户方便有 效地使用 I/O 设备，同时提高设备的利用率以及提高 CPU 与 I/O 设备之间的并行工作能力。  I/O 设备分类 按传输速度的高低， I/O 设备分为低速设备、中速设备和高速设备三类 按资源特点， I/O 设备分为独占设备、共享设备和虚拟设备三类。 按信息交换的单位， I/O 设备分为块设备和字符设备两类。

19 YOUR SITE HERE 3.2. ５ 用户管理 1. 用户接口  为方便用户使用计算机，操作系统为计算机硬件和 用户之问提供了交流的接口界面，体现在两方面： 一个是系统为用户提供的各种命令接口界面；另一 个接口是系统调用。

20 YOUR SITE HERE ３. 用户接口分类 ① 命令接口界面。 ② 菜单接口界面。 ③ 图形用户接口界面 (GUI) 。 ④ 专家系统接口界面。 ⑤ 网络形式接口界面 。

21 YOUR SITE HERE 3.3 典型操作系统概述 3.3.2 UNIX 操作系统 3.3.1 WINDOWS 操作系统3.3.1 WINDOWS 操作系统 3.3.3 Linux 返回

22 YOUR SITE HERE 3.3.1 WINDOWS 操作系统  WINDOWS 是 MicroSoft 公司的产品。  WINDOWS 是一个单用户多任务操作系统。  WINDOWS 操作系统的特点 全新的图形用户界面。 多任务并行执行能力。 灵活多样的操作方式。 功能强大的应用程序携带。 外部设备的即插即用。 系统配置的个性化。 自由直观的文件命名。 强大的多媒体表现能力 。 方便便捷的联网手段。 数据安全的得力措施。

23 YOUR SITE HERE 3.3.2 UNIX 操作系统  UNIX 操作系统是一个多用户、多任务的分时操作系统。  其主要特点表现在以下方面： ① 多用户的分时操作系统。 ② 可移植性好。 ③ 可靠性强。 ④ 开放式系统。 ⑤ 向用户提供了两种友好的用户界面。 ⑥ 具有可装卸的树型分层结构文件系统。 ⑦ 设备独立性。

24 YOUR SITE HERE 3.3.3 Linux  Linux 是一套免费使用和自由传播的类 Unix 操作 系统，它主要用于基于 Intel x86 系列 CPU 的计 算机上 。  Linux 有很多发行版本，较流行的有： RedHat Linux 、 Debian Linux 、 RedFlag Linux 等。