計算機操作系統(tǒng)課程論文(共10頁)

1、 計算機科學與技術(shù)(jsh)系 課 程 總 結(jié)專業(yè)(zhuny)名稱 網(wǎng)絡(luò)工程 課程名稱 計算機操作系統(tǒng)(co zu x tn) 項目名稱 操作系統(tǒng)與其進程和線程 班 級 12級網(wǎng)絡(luò)工程2班 學 號 1204032007 姓 名 白麗麗 同組人員 日 期 2014年11月4日 操作系統(tǒng)(co zu x tn)與其進程(jnchng)和線程白麗麗(l l)（1204032007）概述操作系統(tǒng)（Operating System，OS）是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對硬件系統(tǒng)的首次擴充。其主要作用是管理好這些設(shè)備，提高他們的利用率和系統(tǒng)吞吐量，并為用戶和應(yīng)用程序提供一份簡單的借口，便于用戶使用

2、。OS是現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中最基本和最重要的系統(tǒng)軟件，而其他的諸如編譯程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件，以及大量的應(yīng)用軟件，都依賴于操作系統(tǒng)的支持，取得它所提供的服務(wù)。事實上OS已成為現(xiàn)代計算機系統(tǒng)、多處理機系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)中都必須配置的系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)是管理計算機系統(tǒng)的全部硬件資源包括軟件資源及數(shù)據(jù)資源；控制程序運行；改善人機界面；為其它應(yīng)用軟件提供支持等，使計算機系統(tǒng)所有資源最大限度地發(fā)揮作用，為用戶提供方便的、有效的、友善的服務(wù)界面。操作系統(tǒng)是一管理電腦硬件與軟件資源的程序，同時也是計算機系統(tǒng)的內(nèi)核與基石。操作系統(tǒng)身負諸如管理與配置內(nèi)存、決定系統(tǒng)資源供需的優(yōu)先次序、控制輸入與輸出設(shè)備、操作網(wǎng)

3、絡(luò)與管理文件系統(tǒng)等基本事務(wù)。操作系統(tǒng)是管理計算機系統(tǒng)的全部硬件資源包括軟件資源及數(shù)據(jù)資源;控制程序運行;改善人機界面;為其它應(yīng)用軟件提供支持等，使計算機系統(tǒng)所有資源最大限度地發(fā)揮作用，為用戶提供方便的、有效的、友善的服務(wù)界面。操作系統(tǒng)是一個龐大的管理控制程序，大致包括5個方面的管理功能:進程與處理機管理、作業(yè)管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理。目前微機上常見的操作系統(tǒng)有DOS、OS/2、UNIX、XENIX、LINUX、Windows、Netware等。但所有的操作系統(tǒng)具有并發(fā)性、共享性、虛擬性和不確定性四個基本特征。目前的操作系統(tǒng)種類繁多，很難用單一標準統(tǒng)一分類。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域來劃分，可分為桌

4、面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、主機操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)。而進程和線程作為操作系統(tǒng)的兩個主模塊，在操作系統(tǒng)中起著不可或缺的作用。進程是具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動,進程是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位.線程是進程的一個實體,是CPU調(diào)度和分派的基本(jbn)單位,它是比進程更小的能獨立運行的基本單位.線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源,只擁有一點在運行中必不可少的資源(如程序計數(shù)器,一組寄存器和棧),但是它可與同屬一個進程的其他的線程共享進程所擁有的全部資源.一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程;同一個進程(jnchng)中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行.相對進程而言，線程是

5、一個更加(gnji)接近于執(zhí)行體的概念，它可以與同進程中的其他線程共享數(shù)據(jù)，但擁有自己的棧空間，擁有獨立的執(zhí)行序列。在串行程序基礎(chǔ)上引入線程和進程是為了提高程序的并發(fā)度，從而提高程序運行效率和響應(yīng)時間。隨著微型計算機的越來越興盛，對進程的資源掌控，已經(jīng)不再適用于微型計算機的資源分配模式，線程的出現(xiàn)也就成為了必然。所以說線程是為了提高操作系統(tǒng)的執(zhí)行效率而引入的，它是進程的一段程序的基本調(diào)度單位。進程具有動態(tài)性、并發(fā)性等特點。線程可以合理的分配進程從CPU占用的資源，并與其他線程共享。每個程序最少有一個進程，每個進程最少有一個線程。發(fā)展現(xiàn)狀操作系統(tǒng)之本意原為提供簡單的工作排序能力，后為輔助更新更復

6、雜的硬件設(shè)施而漸漸演化。從最早的批次模式開始，分時機制也隨之出現(xiàn)，在多處理器時代來臨時，操作系統(tǒng)也隨之添加多處理器協(xié)調(diào)功能，甚至是分布式系統(tǒng)的協(xié)調(diào)功能。其他方面的演變也類似于此。另一方面，在個人電腦上，個人電腦之操作系統(tǒng)因襲大型電腦的成長之路，在硬件越來越復雜、強大時，也逐步實踐以往只有大型電腦才有的功能。1、手工操作階段。在這個階段的計算機,主要元器件是電子管,運算速度慢,沒有任何軟件,更沒有操作系統(tǒng)。用戶直接使用機器語言編寫程序,上機時完全手工操作,首先將預先準備好的程序紙帶裝入輸入機,然后啟動輸入機把程序和數(shù)據(jù)送入計算機,接著通過開關(guān)啟動程序運行,計算完成后,打印機輸出結(jié)果。用戶必須是非

7、常專業(yè)的技術(shù)人員才能實現(xiàn)對計算機的控制。2、批處理階段。由于20世紀50年代中期,計算機的主要元器件由晶體管取代,運行(ynxng)速度有了很大的提高,這時軟件也開始迅速發(fā)展,出現(xiàn)了早期的操作系統(tǒng),這就是早期的對用戶提交的程序進行管理的監(jiān)控程序和批處理軟件。3、多道程序系統(tǒng)階段。隨著中、小規(guī)模的集成電路在計算機系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,CPU的運動速度大大提高,為了提高CPU的利用率,引入了多道程序設(shè)計技術(shù),并出現(xiàn)了專門支持多道程序的硬件機構(gòu),這一時期,為了進一步提高CPU的利用效率,出現(xiàn)了多道批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)等等,從而產(chǎn)生了更加強大的監(jiān)管程序,并迅速發(fā)展(fzhn)成為計算機科學中的一個重要分支

8、,就是操作系統(tǒng)。統(tǒng)稱為傳統(tǒng)操作系統(tǒng)。4、現(xiàn)代操作系統(tǒng)階段。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路急速的迅速發(fā)展,出現(xiàn)了微處理器,使得計算機的體系結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化,計算機的運行速度進一步提高,而體積卻大大減少,面向個人的計算機和便攜式計算機出現(xiàn)并普及。它的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)清晰、功能(gngnng)全面、可以適應(yīng)多種用途的需要并且操作使用方面。三、內(nèi)容進程1、進程的引入多道程序在執(zhí)行時，需要共享系統(tǒng)資源，從而導致各程序在執(zhí)行過程中出現(xiàn)相互制約的關(guān)系，程序的執(zhí)行表現(xiàn)出間斷性的特征。這些特征都是在程序的執(zhí)行過程中發(fā)生的，是動態(tài)的過程，而傳統(tǒng)的程序本身是一組指令的集合，是一個靜態(tài)的概念，無法描述程序在 HYPERLINK

9、/doc/176561.html t /doc/_blank 內(nèi)存中的執(zhí)行情況，即我們無法從程序的字面上看出它何時執(zhí)行，何時停頓，也無法看出它與其它執(zhí)行程序的關(guān)系，因此，程序這個靜態(tài)概念已不能如實反映程序并發(fā)執(zhí)行過程的特征。為了深刻描述程序動態(tài)執(zhí)行過程的性質(zhì)，人們引入“進程（Process）”概念。什么是進程進程的概念主要有兩點：第一，進程是一個實體。每一個進程都有它自己的地址空間，一般情況下，包括文本區(qū)域（text region）、數(shù)據(jù)區(qū)域（data region）和 HYPERLINK /doc/4915223.html t /doc/_blank 堆棧（stack region）。文本區(qū)

10、域存儲處理器執(zhí)行的 HYPERLINK /doc/4469555.html t /doc/_blank 代碼；數(shù)據(jù)區(qū)域存儲 HYPERLINK /doc/2977483.html t /doc/_blank 變量和進程執(zhí)行期間使用的動態(tài)分配的 HYPERLINK /doc/176561.html t /doc/_blank 內(nèi)存；堆棧區(qū)域存儲著活動過程調(diào)用的指令和本地變量。第二，進程是一個“執(zhí)行中的程序”。程序是一個沒有生命的實體，只有處理器賦予程序生命時，它才能成為一個活動的實體，我們稱其為進程。進程是操作系統(tǒng)中最基本、重要的概念。是多道程序系統(tǒng)出現(xiàn)后，為了刻畫系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)的動態(tài)情況，描述(

11、mio sh)系統(tǒng)內(nèi)部各道程序的活動規(guī)律引進的一個概念,所有多道 HYPERLINK /doc/3745498.html t /doc/_blank 程序設(shè)計(chn x sh j)操作系統(tǒng)都建立在進程(jnchng)的基礎(chǔ)上。進程的特征1）、動態(tài)性：進程的實質(zhì)是程序在多道程序系統(tǒng)中的一次執(zhí)行過程，進程是動態(tài)產(chǎn)生，動態(tài)消亡的。2）、并發(fā)性：任何進程都可以同其他進程一起并發(fā)執(zhí)行獨立性：進程是一個能獨立運行的基本單位，同時也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度的獨立單位；3）、異步性：由于進程間的相互制約，使進程具有執(zhí)行的間斷性，即進程按各自獨立的、不可預知的速度向前推進。結(jié)構(gòu)特征：進程由程序、數(shù)據(jù)和進程控制塊三

12、部分組成。多個不同的進程可以包含相同的程序：一個程序在不同的數(shù)據(jù)集里就構(gòu)成不同的進程，能得到不同的結(jié)果；但是執(zhí)行過程中，程序不能發(fā)生改變。線程線程的引入如果多個進程間使用很多相同數(shù)據(jù)的話，對資源來說是種浪費。所以線程出現(xiàn)了，同一個進程下可以擁有多個線程，它們共享這個進程的資源，它們之間切換也不再需要PCB，而只需要極少的一點資源就可以了。在這樣的操作系統(tǒng)里，線程變成了系統(tǒng)調(diào)度和分派的基本單位。在操作系統(tǒng)中再引入線程，是為了減少程序在并發(fā)執(zhí)行時所付出的時空開銷，使OS具有更好的并發(fā)性。2、什么是線程線程通常描述為輕權(quán)進程或輕量級進程（lightweightprocess）。線程是進程內(nèi)的一個執(zhí)行

13、單元，是進程內(nèi)的一個可調(diào)度實體，是進程中相對獨立的一個控制流序列。線程分為用戶級線程和系統(tǒng)級線程（核心級線程）。3、線程的特征(tzhng)1）、輕型實體(sht)。線程除了運行中必不可少的資源（如線程控制塊、用戶棧、核心棧、靜態(tài)局部變量）外，基本上不擁有系統(tǒng)資源。2）、獨立調(diào)度單位。線程是能獨立運行的基本單位，因而也是獨立調(diào)度單位。為此，因此線程中必須包含(bohn)調(diào)度所必需的信息。3）、可并發(fā)執(zhí)行。同一個進程中的多個線程，不同進程中得多個線程均可并發(fā)執(zhí)行。4）、共享進程資源。同一個進程中的各線程共享該進程所擁有的全部資源，如進程的地址空間、以打開的文件、定時器和信號量機構(gòu)等。進程與線程1

14、、進程與線程的聯(lián)系進程是具有一定獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動,進程是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位.線程是進程的一個實體,是CPU調(diào)度和分派的基本單位,它是比進程更小的能獨立運行的基本單位.線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源,只擁有一點在運行中必不可少的資源(如程序計數(shù)器,一組寄存器和棧),但是它可與同屬一個進程的其他的線程共享進程所擁有的全部資源.一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程;同一個進程中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行.2、進程與線程的區(qū)別1）、調(diào)度。傳統(tǒng)操作中，擁有資源的基本單位和獨立調(diào)度的基本單位都是進程。引入線程的基本操作系統(tǒng)中，線程作為CPU調(diào)度的基本單位，真正在處

15、理機上運行的是線程，進程仍作為擁有資源的基本單位。同一進程中的線程切換不會引起進程切換；但一個進程中得線程切換到另外一個進程中的線程時，仍將會引起進程切換。2）、并發(fā)性。引入線程的操作中，一個進程可有多個線程，并且線程只能在該進程的地址空間內(nèi)活動。進程之間的并發(fā)執(zhí)行，操作系統(tǒng)具有更好得并發(fā)性。3）、擁有資源。不論是傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)，還是設(shè)有線程的操作系統(tǒng)，進程都是擁有資源的一個獨立單位。一般來說，線程自己不擁有系統(tǒng)資源（只有一些必不可少的資源），它們共享所在進程的所有資源。4）、系統(tǒng)開始。在創(chuàng)建或撤銷進程時，系統(tǒng)都要為之分配(fnpi)或回收資源，如內(nèi)存空間、I/O設(shè)備等。因此，操作系統(tǒng)為此付出

16、發(fā)的開銷將對創(chuàng)建或撤銷線程是的開銷。5）、通信。由于同一進程的線程共享該進程的所有資源，所以不須任何措施就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。而進程通信則相當復雜，必須借助諸如通信機制、消息緩沖(hunchng)、管道機制等措施。從邏輯角度來看，多線程的意義在于一個應(yīng)用程序中，有多個執(zhí)行部分可以同時執(zhí)行。但操作系統(tǒng)(co zu x tn)并沒有將多個線程看做多個獨立的應(yīng)用，來實現(xiàn)進程的調(diào)度和管理以及資源分配。這就是進程和線程的重要區(qū)別。基本上，進程代表一個正在執(zhí)行的應(yīng)用程序，而線程則是進程內(nèi)部任何一段可執(zhí)行的程序代碼。由于運算速度，現(xiàn)代的計算機已經(jīng)能夠很輕易地以多任務(wù)形式執(zhí)行應(yīng)用程序。例如：可以在一臺計算機上使用

17、Word等文檔編輯器進行文字的編輯操作，同時啟用InternetExplorer瀏覽器瀏覽網(wǎng)頁。此時，你的計算機上正同時進行著倆個應(yīng)用程序的執(zhí)行工作，這倆個應(yīng)用程序Word和InternetExplorer分別是一個獨立的進程，互不干擾，而能夠同時并行執(zhí)行。四、個人學習總結(jié)在學習操作系統(tǒng)之前，我只是很膚淺地認為操作系統(tǒng)只是單純地講一些關(guān)于計算機方面的操作應(yīng)用，并不了解其中的具體操作過程和實用性。通過這一學期的學習，我才知道操作系統(tǒng)(Operating System，簡稱OS)是管理計算機系統(tǒng)的全部硬件資源包括軟件資源及數(shù)據(jù)資源；控制程序運行；改善人機界面；為其它應(yīng)用軟件提供支持等，使計算機系統(tǒng)

18、所有資源最大限度地發(fā)揮作用，為用戶提供方便的、有效的、友善的服務(wù)界面。經(jīng)過一個學期的學習，我也知道了計算機操作系統(tǒng)是鋪設(shè)在計算機硬件上的多層系統(tǒng)軟件，不僅增強了系統(tǒng)的功能，而且還隱藏了對硬件操作的細節(jié)，由它實現(xiàn)了對計算機硬件操作的多層次的抽象。操作系統(tǒng)的一些原理在生活中也有所應(yīng)用，以下是我通過這一學期的學習，把操作系統(tǒng)的一些原理聯(lián)系生活所得的心得體會：1.生產(chǎn)(shngchn)消費者問題(wnt)在實際的操作系統(tǒng)操作過程中，經(jīng)常會碰到如下場景：某個模塊負責(fz)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由另一個模塊來負責處理（此處的模塊是廣義的，可以是類、函數(shù)、線程、進程等）。產(chǎn)生數(shù)據(jù)的模塊，就形象地稱為生產(chǎn)者；而

19、處理數(shù)據(jù)的模塊，就稱為消費者。單單抽象出生產(chǎn)者和消費者，還夠不上是生產(chǎn)者消費者問題。該問題還需要有一個緩沖區(qū)處于生產(chǎn)者和消費者之間，作為一個中介。生產(chǎn)者把數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)，而消費者從緩沖區(qū)取出數(shù)據(jù)。為了理解這一問題，我們舉一個寄信的例子。假設(shè)你要寄一封平信，大致過程如下： 1）、你把信寫好相當于生產(chǎn)者制造數(shù)據(jù) 2）、你把信放入郵筒相當于生產(chǎn)者把數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)3）、郵遞員把信從郵筒取出相當于消費者把數(shù)據(jù)取出緩沖區(qū)4）、郵遞員把信拿去郵局做相應(yīng)的處理相當于消費者處理數(shù)據(jù)2、銀行家算法避免死鎖死鎖的產(chǎn)生是指兩個或兩個以上的進程在執(zhí)行過程中，因爭奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象，若無外力作用，它們都將無

20、法推進下去。此時稱系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)或系統(tǒng)產(chǎn)生了死鎖，這些永遠在互相等待的進程稱為死鎖進程。由于資源占用是互斥的，當某個進程提出申請資源后，使得有關(guān)進程在無外力協(xié)助下，永遠分配不到必需的資源而無法繼續(xù)運行，這就產(chǎn)生了一種特殊現(xiàn)象死鎖。我覺得操作系統(tǒng)所講的死鎖就好像兩個人竟過獨木橋，兩輛車竟過單行橋等阻塞現(xiàn)象，原因是共享資源，即道路。為提高系統(tǒng)資源的利用率，避免死鎖并不嚴格限制死鎖必要條件的存在，而是在資源的動態(tài)分配過程中，使用某種方法去防止系統(tǒng)進入不安全狀態(tài)，從而避免死鎖的最終出現(xiàn)。然而，最有代表性的避免死鎖的算法，是Dijkstra的銀行家算法。在該方法中把系統(tǒng)的狀態(tài)分為安全狀態(tài)和不安全狀態(tài)，

21、只要能使系統(tǒng)始終都處于安全狀態(tài)，便可以避免發(fā)生死鎖。銀行家算法的基本思想是分配資源之前，判斷系統(tǒng)是否是安全的；若是安全的，才分配。我們可以把操作系統(tǒng)看作是銀行家，操作系統(tǒng)管理的資源相當于銀行家管理的資金，進程向操作系統(tǒng)請求分配資源相當于用戶向銀行家貸款(di kun)。為保證資金的安全,銀行家規(guī)定：（1）當一個顧客對資金的最大需求量不超過銀行家現(xiàn)有(xin yu)的資金時就可接納該顧客；（2）顧客可以分期(fn q)貸款,但貸款的總數(shù)不能超過最大需求量；（3）當銀行家現(xiàn)有的資金不能滿足顧客尚需的貸款數(shù)額時，對顧客的貸款可推遲支付，但總能使顧客在有限的時間里得到貸款；（4）當顧客得到所需的全部資金后，一定能在有限的時間里歸還所有的資金。另外，我們也可以把操作系統(tǒng)看作是建造房子，操作系統(tǒng)的資源看作是造房子的起吊機臺數(shù)，進程向操作系統(tǒng)請求分配資源相當于建造房子時申請的起吊機臺數(shù)。為保證工程的順利進行，其操作過程如下：1）、當一棟房子對起吊機的最大需求量不超過建造房子現(xiàn)有的起吊機時可接納該房子的建造；2）、所要建造的房子可以分開幾次申請起吊機，但申請的起吊機的總數(shù)不能超過最大需求量；3）、當現(xiàn)有的起吊機臺數(shù)不能滿足某棟房子尚需的起吊機時，對該棟房子所需的起吊機數(shù)可推遲給予，但總能是房子在有限的時間里得到貸款；4）、當建造的房子得到所需的全部