第3章 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

第三章操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識吉林大學(xué)公共計(jì)算機(jī)教學(xué)與研究中心概念

操作系統(tǒng)OS(Operation

System):計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中重要系統(tǒng)軟件。

功能：管理和控制計(jì)算機(jī)軟件和硬件資源，使計(jì)算機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作；合理組織計(jì)算機(jī)工作流程；為用戶使用計(jì)算機(jī)提供友好的人機(jī)接口，方便用戶使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。OS硬件2應(yīng)用程序其他系統(tǒng)程序第一節(jié)操作系統(tǒng)簡介

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)可以分為四部分:硬件、操作系統(tǒng)、其他系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序。

硬件：所有軟件運(yùn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)；操作系統(tǒng)位于硬件之上，是與硬件關(guān)系最密切的系統(tǒng)軟件，是對硬件功能的首次擴(kuò)充。操作系統(tǒng)硬件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu):裸機(jī)33.1.1操作系統(tǒng)發(fā)展歷程1.手工操作階段計(jì)算機(jī)誕生初期根本沒有操作系統(tǒng)。機(jī)器碼時(shí)代,將這個(gè)時(shí)期稱為“手工操作階段”。顧名思義,當(dāng)時(shí)使用計(jì)算機(jī)需要大量的人工控制,只有通曉計(jì)算機(jī)硬件的專業(yè)人員才能使用計(jì)算機(jī)。手工操作階段典型的作業(yè)處理步驟:用戶用機(jī)器語言編寫程序程序和數(shù)據(jù)手工記錄在穿孔紙帶上將紙帶裝入紙帶輸入機(jī)啟動紙帶輸入機(jī)將程序和數(shù)據(jù)讀入計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)處理作業(yè)用戶拿走結(jié)果作業(yè)：由程序、數(shù)據(jù)及程序運(yùn)行控制說明組成。4特點(diǎn):用戶獨(dú)占全機(jī)CPU等待人工操作串行性缺點(diǎn):有效機(jī)時(shí)嚴(yán)重浪費(fèi)效率低為了解決人機(jī)矛盾,20世紀(jì)50年代末出現(xiàn)了脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)。在主機(jī)與輸入輸出設(shè)備之間設(shè)一臺外圍控制機(jī)，由它完成輸入輸出任務(wù)。5讀卡機(jī)打印機(jī)外圍控制機(jī)輸入磁帶輸出磁帶主機(jī)監(jiān)督程序以脫機(jī)方式成批裝入磁帶的作業(yè)用戶作業(yè)結(jié)果操作系統(tǒng)的萌芽

1)單道批處理系統(tǒng)作業(yè)成批進(jìn)入系統(tǒng)，但逐個(gè)完成在磁帶上選一個(gè)作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存2.批處理階段計(jì)算機(jī)系統(tǒng)6讀卡機(jī)打印機(jī)I/O處理機(jī)通道磁帶主機(jī)用戶作業(yè)結(jié)果

2)假脫機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中斷請求通道：輸入／輸出(I/O)處理機(jī)，與CPU并行中斷：執(zhí)行某程序過程中，出現(xiàn)某突發(fā)事件時(shí)，CPU暫?，F(xiàn)程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行事件處理程序，執(zhí)行完處理程序再回到被暫停的程序繼續(xù)執(zhí)行。73)多道批處理系統(tǒng)批處理系統(tǒng)+多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)多道批處理操作系統(tǒng)輸出機(jī)輸入機(jī)作業(yè)結(jié)果作業(yè)1作業(yè)2：作業(yè)m輸入井結(jié)果1結(jié)果2：結(jié)果k輸出井內(nèi)存+CPU進(jìn)程1進(jìn)程2：進(jìn)程n主機(jī)后備隊(duì)列內(nèi)存中有多個(gè)進(jìn)程交替運(yùn)行算法作業(yè)預(yù)先在外存中排成(后備)隊(duì)列，由作業(yè)調(diào)度程序從后備隊(duì)列中選若干個(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存，交替運(yùn)行。8多道程序運(yùn)行原理程序1程序2程序3調(diào)度程序CPU時(shí)間t1t7t3t9t5t2t4t6t8t10需要I/O或時(shí)間到9監(jiān)督程序要解決下系列管理問題：作業(yè)調(diào)度：合理調(diào)度作業(yè)，使系統(tǒng)中硬件資源有效利用；CPU管理：多個(gè)作業(yè)交替運(yùn)行，需要合理安排處理機(jī)時(shí)間；內(nèi)存管理：為每道程序分配內(nèi)存空間；I/O設(shè)備管理：為程序分配輸入/輸出設(shè)備。10為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，必須改變批處理系統(tǒng)中作業(yè)處理方式。3.操作系統(tǒng)的完善

分時(shí)操作系統(tǒng)：將CPU時(shí)間分成若干個(gè)相等的時(shí)間片，一個(gè)時(shí)間片運(yùn)行一個(gè)作業(yè)，下一個(gè)時(shí)間片運(yùn)行另一個(gè)作業(yè)，在短時(shí)間內(nèi)所有作業(yè)都能得到輪流執(zhí)行。113.1.2常見操作系統(tǒng)簡介1.DOS操作系統(tǒng)DOS是磁盤操作系統(tǒng)(DiskOperatingSystem)，是一種單用戶、單任務(wù)的微型機(jī)操作系統(tǒng)。主要功能：命令處理、文件管理和設(shè)備管理。主要特點(diǎn)：系統(tǒng)開銷小,運(yùn)行效率高,但資源管理功能簡單，字符型用戶界面,操作不太方便。122.Windows操作系統(tǒng)1985年11月到現(xiàn)在，Windows操作系統(tǒng)的優(yōu)良性能奠定了微軟在操作系統(tǒng)上的壟斷地位。優(yōu)點(diǎn)：直觀、易用的面向?qū)ο髨D形界面用戶界面統(tǒng)一與設(shè)備無關(guān)性：支持即插即用

多任務(wù)：同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序先進(jìn)的內(nèi)存管理：支持大內(nèi)存，虛擬內(nèi)存等13各種系統(tǒng)管理工具：資源管理器：從我的電腦右擊菜單中選擇資源管理器，對磁盤和文件等對象進(jìn)行管理。打印管理器：單擊開始菜單→設(shè)置→打印機(jī)。系統(tǒng)工具：單擊開始菜單→程序→附件→系統(tǒng)工具，磁盤備份、磁盤清理或磁盤碎片整理。內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)通信功能：支持多種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。從網(wǎng)上鄰居右擊菜單中選擇屬性，從對象右擊菜單中選擇屬性，可設(shè)置和安裝協(xié)議。出色的多媒體功能：對音頻、視頻可編輯和播放。

單擊開始菜單→程序→WindowsMediaPlayer

。143.UNIX操作系統(tǒng)家族通用、交互式分時(shí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。兩大流派：BSDUNIX和AT&T公司。平臺：在大中小計(jì)算機(jī)上運(yùn)行較多，也有微型機(jī)的UNIX。154.Linux操作系統(tǒng)Linux是芬蘭籍科學(xué)家Linus

Torvalds于1991年編寫的一種操作系統(tǒng)，具有UNIX的全部功能。優(yōu)點(diǎn)：源代碼開放,免費(fèi)；系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；速度快，效率高；功能完善；具有網(wǎng)絡(luò)支持優(yōu)勢等。163.1.3操作系統(tǒng)分類1.批處理系統(tǒng)(BatchProcessing)

主要特征：多道性、成批性。多道性：內(nèi)存同時(shí)駐留多道程序，并發(fā)執(zhí)行。成批性：作業(yè)成批進(jìn)入系統(tǒng)，成批處理。作業(yè)完成順序與進(jìn)入內(nèi)存順序沒有緊密聯(lián)系。

缺點(diǎn)：缺乏人機(jī)交互性。基本類型：批處理、分時(shí)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

17

特征：多路性、交互性、獨(dú)占性和及時(shí)性。分時(shí)操作系統(tǒng)硬件層…...終端1終端2終端nCPU時(shí)間分成時(shí)間片處理終端請求

連接多個(gè)終端每個(gè)終端獨(dú)立使用自己的時(shí)間片2.分時(shí)操作系統(tǒng)

CPU時(shí)間18

特征：實(shí)時(shí)性：實(shí)時(shí)響應(yīng)外部事件請求，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成事件的處理任務(wù)?？煽啃裕很浻布魏喂收隙伎赡芙o系統(tǒng)帶來嚴(yán)重后果，更注重硬件穩(wěn)定性和可靠性。

3.實(shí)時(shí)系統(tǒng)

分類：實(shí)時(shí)控制：機(jī)器人、工業(yè)和宇航控制等。實(shí)時(shí)信息處理：信息采集、信息檢索和航空訂票系統(tǒng)等。19基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。除具備普通操作系統(tǒng)功能外，還具有網(wǎng)絡(luò)管理模塊、通信、安全和資源共享等模塊。打印機(jī)主機(jī)1NOS主機(jī)2NOS主機(jī)3DOS4.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

20在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，解決地域分布很廣的計(jì)算機(jī)之間資源共享、并行處理等問題。特征：統(tǒng)一性、共享性、可靠性和透明性。Win主機(jī)3Win主機(jī)2Win主機(jī)1統(tǒng)一性作業(yè)可遷移至其他主機(jī)上處理,實(shí)現(xiàn)處理機(jī)資源共享系統(tǒng)中多臺主機(jī)處于同等地位,沒有主從關(guān)系;沒有地理位置上的差異。可靠性透明性5.分布式操作系統(tǒng)21設(shè)計(jì)目標(biāo)：易用性、響應(yīng)性。特征：單用戶、虛擬內(nèi)存和多任務(wù)處理。6.個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)7.嵌入式操作系統(tǒng)支持嵌入式計(jì)算機(jī)，由一個(gè)小內(nèi)核及一些必要模塊組成，能運(yùn)行在各種硬件平臺上，提供基本程序運(yùn)行環(huán)境和接口。特征：實(shí)時(shí)性、多任務(wù)、對硬件依賴性、軟件固化和專用性等。22具有公共內(nèi)存和時(shí)鐘，多個(gè)CPU，共享計(jì)算機(jī)總線和外部設(shè)備。也稱為并行操作系統(tǒng)或緊耦合系統(tǒng)。對稱多處理系統(tǒng)：CPU之間沒有主從關(guān)系。CPU公共內(nèi)存CPUCPU…8.多處理機(jī)操作系統(tǒng)

23第二節(jié)操作系統(tǒng)的作用及特征3.2.1操作系統(tǒng)的作用

1.管理系統(tǒng)中軟件硬件資源*CPU*內(nèi)存*設(shè)備*文件2.為用戶(應(yīng)用程序)提供良好的界面命令接口：通過命令完成相關(guān)任務(wù)。程序接口：通過系統(tǒng)調(diào)用（如ＡＰＩ）獲得操作系統(tǒng)服務(wù)。字符型命令接口圖形命令接口243.2.2操作系統(tǒng)功能5.文件管理管理軟件資源，包括文件存儲空間管理、目錄管理、文件存取控制、文件共享與保護(hù)。4.設(shè)備管理分配、控制和管理外部設(shè)備(打印機(jī)、顯示器等)，用戶不必過多了解接口而方便地使用外部設(shè)備。主要功能有緩沖區(qū)管理、設(shè)備分配和設(shè)備控制。3.存儲管理管理內(nèi)存資源,方便程序使用存儲器，提高內(nèi)存利用率。主要包括存儲分配、存儲保護(hù)、虛擬內(nèi)存和地址映射。2.進(jìn)程管理

程序只有獲得CPU才能運(yùn)行，進(jìn)程管理主要分配和管理處理機(jī)（CPU）。

以進(jìn)程為基本單位分配和使用處理機(jī)，處理機(jī)管理歸結(jié)為進(jìn)程管理。進(jìn)程管理主要功能：進(jìn)程控制、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程同步及進(jìn)程通信。1.作業(yè)管理合理組織工作流程，對作業(yè)進(jìn)行控制和管理。主要包括作業(yè)輸入、作業(yè)調(diào)度和作業(yè)控制。253.2.3操作系統(tǒng)的特征在一段時(shí)間內(nèi)多個(gè)程序同時(shí)運(yùn)行，宏觀上同時(shí)，微觀上串行。共享性程序并發(fā)性虛擬性異步性多個(gè)程序或作業(yè)共享系統(tǒng)資源。一個(gè)物理實(shí)體變成邏輯上多個(gè)對應(yīng)物，或?qū)⒍鄠€(gè)物理實(shí)體變成邏輯上一個(gè)對應(yīng)物。

先進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)可能后完成，而后進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)可能先完成。程序并行性

在同一時(shí)刻運(yùn)行多個(gè)程序，從微觀和宏觀上都是同時(shí)。26第三節(jié)作業(yè)管理

3.３.1基本概念

作業(yè)：要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成的任務(wù)集合。操作系統(tǒng)以作業(yè)為單位管理用戶任務(wù)。

作業(yè)組成：程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書。作業(yè)說明書是描述批作業(yè)處理過程中控制意圖的一種特殊程序。

作業(yè)步：處理一個(gè)作業(yè)通常經(jīng)過若干個(gè)相對獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的加工步驟,一個(gè)相對獨(dú)立的處理步驟稱為一個(gè)作業(yè)步(JobStep)。27按作業(yè)提交和處理方式,作業(yè)分為兩大類：批處理作業(yè)和交互式作業(yè)。1.

批處理作業(yè)

多個(gè)作業(yè)由輸入設(shè)備依次輸入到輔存中，形成作業(yè)流。2.

交互式作業(yè)又稱為終端作業(yè)或會話式作業(yè)。在分時(shí)系統(tǒng)中，將用戶的一次登錄作為一個(gè)作業(yè)，一次登錄可以完成多項(xiàng)任務(wù)。283.３.2作業(yè)管理

主要任務(wù)：作業(yè)控制和作業(yè)調(diào)度。1.

作業(yè)控制

功能：控制作業(yè)輸入、運(yùn)行和輸出。

作業(yè)控制塊：操作系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)入系統(tǒng)的作業(yè)建立一個(gè)作業(yè)控制塊(JCB)，記錄系統(tǒng)對作業(yè)管理所需要的信息。作業(yè)存在的標(biāo)志。作業(yè)標(biāo)識用戶名稱用戶帳號調(diào)度信息資源需求作業(yè)狀態(tài)

::JB001提交USER0829作業(yè)的4個(gè)狀態(tài)：提交、后備、運(yùn)行和完成。spooling輸入spooling輸出輸出機(jī)輸入機(jī)作業(yè)結(jié)果作業(yè)1作業(yè)2：作業(yè)m輸入井結(jié)果1結(jié)果2：結(jié)果k輸出井進(jìn)程1進(jìn)程2：進(jìn)程N(yùn)主機(jī)提交從作業(yè)交給機(jī)房到完全進(jìn)入輸入井后備從作業(yè)完全進(jìn)入輸入井到進(jìn)入內(nèi)存之前運(yùn)行調(diào)度到內(nèi)存，創(chuàng)建第一個(gè)進(jìn)程，……，直到完成完成從作業(yè)進(jìn)入輸出井到退出系統(tǒng)作業(yè)狀態(tài)1作業(yè)狀態(tài)2302.作業(yè)調(diào)度根據(jù)作業(yè)控制塊信息，按一定策略選取若干作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存，以便獲得處理機(jī)。常見作業(yè)調(diào)度算法有：先來先服務(wù)按照進(jìn)入系統(tǒng)后備隊(duì)列先后次序選擇作業(yè)。算法容易實(shí)現(xiàn)，但效率低。最短作業(yè)優(yōu)先選擇計(jì)算時(shí)間最短的作業(yè)投入運(yùn)行。使平均作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間短，且易于實(shí)現(xiàn)，但效率不高。31第四節(jié)進(jìn)程管理

多道程序系統(tǒng)中，多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)，一個(gè)程序的活動規(guī)律：

推進(jìn)(執(zhí)行)，暫停，推進(jìn)(執(zhí)行)，暫停，……

暫停時(shí)：保存現(xiàn)場(斷點(diǎn)，寄存器）

推進(jìn)時(shí)：恢復(fù)現(xiàn)場

暫停原因：

1．

自身原因——等待資源，啟動I/O

2．剝奪CPU——給其他程序運(yùn)行機(jī)會323.４.1進(jìn)程定義1.進(jìn)程定義具有一定獨(dú)立功能的程序段關(guān)于一個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動，是系統(tǒng)資源分配和CPU調(diào)度的基本單位。進(jìn)程強(qiáng)調(diào)兩個(gè)方面：動態(tài)性：并發(fā)性：執(zhí)行中的程序，體現(xiàn)運(yùn)行性可與其他進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行。332.進(jìn)程組成1.程序塊2.數(shù)據(jù)塊3.進(jìn)程控制塊PCB由指令代碼組成，代碼必須是純代碼,即在運(yùn)行期間不修改自身。進(jìn)程執(zhí)行時(shí)所需數(shù)據(jù)和工作單元及開辟的工作區(qū)。

標(biāo)志進(jìn)程存在的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),保存進(jìn)程所需的信息。進(jìn)程標(biāo)識所屬用戶進(jìn)程狀態(tài)調(diào)度參數(shù)現(xiàn)場信息進(jìn)程地址

::PCB001就緒USER08

PCB隨進(jìn)程的創(chuàng)建而生成，隨進(jìn)程的消亡而收回。34

程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊構(gòu)成進(jìn)程實(shí)體。程序和數(shù)據(jù)位于內(nèi)存中用戶空間，進(jìn)程控制塊位于系統(tǒng)空間。PCB數(shù)據(jù)代碼系統(tǒng)空間用戶空間353.進(jìn)程的基本特征動態(tài)性：動態(tài)地產(chǎn)生、消亡，生存期內(nèi)動態(tài)變化；動態(tài)性是進(jìn)程的基本特征。并發(fā)性：可并發(fā)執(zhí)行。獨(dú)立性：在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行、分配資源和接受調(diào)度。進(jìn)程是系統(tǒng)資源分配的基本單位。異步性：每個(gè)進(jìn)程以各自獨(dú)立，不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。結(jié)構(gòu)性：每個(gè)進(jìn)程由程序塊、數(shù)據(jù)塊和進(jìn)程控制塊３部分組成。36分為系統(tǒng)進(jìn)程和用戶進(jìn)程兩類。系統(tǒng)進(jìn)程：運(yùn)行操作系統(tǒng)程序,完成系統(tǒng)功能,包括特權(quán)指令在內(nèi)的所有機(jī)器指令,優(yōu)先級高于用戶進(jìn)程。用戶進(jìn)程：運(yùn)行用戶程序,只能執(zhí)行非特權(quán)指令。4.進(jìn)程類型

注：從Windows的任務(wù)管理器中可以查看到各類進(jìn)程。375.進(jìn)程與程序的關(guān)系及區(qū)別

程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動態(tài)的。

程序是指令及所需數(shù)據(jù)集合,可以長期保存在存儲介質(zhì)上；進(jìn)程具有創(chuàng)建性、運(yùn)行性和消亡性。程序與進(jìn)程是一對多關(guān)系。38６.作業(yè)與進(jìn)程的關(guān)系

作業(yè)是任務(wù)實(shí)體，進(jìn)程是完成任務(wù)的執(zhí)行實(shí)體;作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存后變?yōu)檫M(jìn)程，通常一個(gè)作業(yè)對應(yīng)多個(gè)進(jìn)程；在某時(shí)刻，一個(gè)運(yùn)行的作業(yè)可能有多個(gè)進(jìn)程處于活動狀態(tài)（就緒、運(yùn)行或等待）。沒有作業(yè)任務(wù)就沒有進(jìn)程，反過來，沒有進(jìn)程，就不能完成作業(yè)任務(wù)。典型作業(yè)輸入進(jìn)程計(jì)算進(jìn)程……完成（消亡）活動待創(chuàng)建393.４.2進(jìn)程的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換CPU是執(zhí)行進(jìn)程的必要資源，而資源有限。操作系統(tǒng)不會讓一個(gè)進(jìn)程一直占用CPU。因此一個(gè)進(jìn)程不會一直處于運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)程可能有多種狀態(tài)。進(jìn)程的三種基本狀態(tài)為：40就緒等待運(yùn)行所等事件發(fā)生阻塞時(shí)間到進(jìn)程調(diào)度創(chuàng)建進(jìn)程運(yùn)行態(tài)(run):獲得CPU，正在運(yùn)行進(jìn)程中指令。就緒態(tài)(ready):進(jìn)程本身具備運(yùn)行條件,等待獲得CPU資源

等待態(tài)(wait):進(jìn)程本身不具備運(yùn)行條件，正等待某一事件發(fā)生或釋放某資源。消亡完成進(jìn)程標(biāo)識所屬用戶進(jìn)程狀態(tài)調(diào)度參數(shù)現(xiàn)場信息進(jìn)程地址

::PCB001就緒USER08運(yùn)行恢復(fù)現(xiàn)場保存現(xiàn)場等待占用413.3.3進(jìn)程調(diào)度在多道程序環(huán)境下，進(jìn)程數(shù)往往多于處理機(jī)數(shù)，致使它們爭用處理機(jī)。系統(tǒng)按某種算法，動態(tài)地把處理機(jī)分配給就緒隊(duì)列中的一個(gè)進(jìn)程。分配處理機(jī)的任務(wù)由進(jìn)程調(diào)度程序完成，所以進(jìn)程調(diào)度也稱為處理機(jī)調(diào)度。42常用進(jìn)程調(diào)度算法1.

先到先服務(wù)(FCFS)按進(jìn)程到達(dá)先后順序分配處理機(jī)。進(jìn)程執(zhí)行過程中操作系統(tǒng)不會強(qiáng)行搶占處理機(jī)。特點(diǎn)：比較有利于計(jì)算時(shí)間長的進(jìn)程，而不利于頻繁輸入/輸出的進(jìn)程。進(jìn)程處理時(shí)間P127P230P335P1P2P30275792等待時(shí)間:P10P227P357到達(dá)順序執(zhí)行順序FCFS432.

高優(yōu)先級優(yōu)先在就緒隊(duì)列中選取優(yōu)先級最高的進(jìn)程運(yùn)行。優(yōu)先級1優(yōu)先級2……優(yōu)先級n就緒隊(duì)列進(jìn)程按優(yōu)先級排隊(duì)靜態(tài)優(yōu)先級：在進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)確定，進(jìn)程運(yùn)行期間保持固定不變。動態(tài)優(yōu)先級：在進(jìn)程的生命期內(nèi)，隨著進(jìn)程的運(yùn)行情況而不斷動態(tài)變化。44將CPU時(shí)間分成固定大小的時(shí)間片，所有就緒進(jìn)程按先來先服務(wù)原則分配處理機(jī)，一次使用一個(gè)時(shí)間片。當(dāng)時(shí)間片用完時(shí)，如果該進(jìn)程既未結(jié)束也未因某種原因而等待，則剝奪其處理機(jī)，將它送到就緒隊(duì)列末尾，等待下一次調(diào)度。3.

時(shí)間片輪轉(zhuǎn)法

以上進(jìn)程調(diào)度的討論都是局限于單處理機(jī)情況，在實(shí)際操作系統(tǒng)中，往往使用多種調(diào)度算法或某些算法的混合體。45第五節(jié)存儲管理功能包括存儲分配、存儲保護(hù)、虛擬存儲器管理和地址映射。目的：為多道程序提供運(yùn)行環(huán)境，提高存儲器利用率，從邏輯上擴(kuò)充存儲容量。3.5.1基本概念

系統(tǒng)區(qū)：存放操作系統(tǒng)核心程序和一些標(biāo)準(zhǔn)子程序以及例行程序

用戶區(qū)：存放用戶程序和數(shù)據(jù)存儲管理：指內(nèi)存儲器管理，主要對用戶區(qū)進(jìn)行管理。461)

物理地址：內(nèi)存被分為許多單元（存一個(gè)字節(jié)），將每個(gè)單元從0編號，內(nèi)存單元順序號稱為物理地址。每個(gè)單元物理地址惟一，ＣＰＵ通過物理地址讀寫內(nèi)存。32根地址總線，內(nèi)存物理地址為32位，ＣＰＵ可尋址0~232-1，4GB。２）邏輯地址：由程序員編寫的程序經(jīng)過編譯后所產(chǎn)生的地址稱為邏輯地址，也叫相對地址或偏移地址。每個(gè)程序中邏輯地址都從0開始，程序中其他地址都相對起始地址進(jìn)行計(jì)算。012:N程序2012:K程序1012:M47操作系統(tǒng)在程序裝入內(nèi)存時(shí)，將程序中指令和數(shù)據(jù)的邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址，其轉(zhuǎn)換過程稱作地址映射或地址重定位。靜態(tài)重定位：在程序裝入內(nèi)存時(shí)完成地址轉(zhuǎn)換，在執(zhí)行程序時(shí)，地址不再變化

。

動態(tài)重定位：將程序裝入內(nèi)存后并不立即進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，而執(zhí)行程序過程中物理地址可能發(fā)生變化，動態(tài)進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。３）地址映射

48LoadAdata1data1123源程序地址映射編譯連接LoadA200123邏輯地址空間0100200LoadA1100123物理地址空間10001100外存空間內(nèi)存空間程序指令邏輯地址程序指令物理地址90049在多道程序系統(tǒng)中，內(nèi)存中既有系統(tǒng)進(jìn)程，又有許多用戶進(jìn)程。要確保每道程序都只在自己的內(nèi)存空間中運(yùn)行。防止地址越界：保證程序不會轉(zhuǎn)移到非共享的其他程序區(qū)中執(zhí)行。防止操作越權(quán)：保證程序的運(yùn)行不會超過它的權(quán)限。4）存儲保護(hù)50共享區(qū)多個(gè)進(jìn)程共用內(nèi)存中相同區(qū)域，即它們的物理空間有相交部分。共享P1P2存放程序代碼或數(shù)據(jù)目的：節(jié)省內(nèi)存空間：主要是代碼共享。實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信：數(shù)據(jù)共享。513.5.2存儲器連續(xù)分配方式在程序裝入內(nèi)存時(shí)，為其分配存儲區(qū)域，存儲區(qū)域分配有多種方式。1.單一連續(xù)分配程序只能分配到一個(gè)連續(xù)的存儲區(qū)域，采用靜態(tài)重定位方式，由裝入程序完成邏輯地址到物理地址的映射。適合于單用戶、單任務(wù)操作系統(tǒng)。52用戶內(nèi)存空間劃分為若干個(gè)連續(xù)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域位置固定，每個(gè)分區(qū)中只裝入一道程序。程序裝入時(shí)地址映射采用靜態(tài)或動態(tài)重定位方式。缺點(diǎn)：在內(nèi)存中運(yùn)行的程序數(shù)受分區(qū)數(shù)限制；小程序易造成內(nèi)存資源浪費(fèi)，而大程序可能又無法裝入。2.固定分區(qū)管理

程序1程序2程序3533.可變分區(qū)管理系統(tǒng)初始用戶區(qū)是一個(gè)空閑分區(qū)。在裝入作業(yè)時(shí)按程序大小劃內(nèi)存分區(qū)，使分區(qū)正好適應(yīng)程序需求。剩余部分作為一個(gè)空閑區(qū)，可裝入其他程序。分區(qū)數(shù)可變。54內(nèi)存碎片：不能用于裝載程序的空閑分區(qū)。前三種方式的共同缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片。作業(yè)A(16K)僅有作業(yè)A操作系統(tǒng)作業(yè)D作業(yè)C作業(yè)B作業(yè)A(16K)操作系統(tǒng)加入作業(yè)B,C,D作業(yè)D作業(yè)B操作系統(tǒng)作業(yè)AC完成用戶區(qū)55將內(nèi)存中程序位置進(jìn)行移動，原來分散的碎片拼接成一個(gè)大空閑分區(qū)，用于裝入新程序。4.可重定位分區(qū)分配

作業(yè)D作業(yè)B操作系統(tǒng)作業(yè)B作業(yè)D操作系統(tǒng)用動態(tài)重定位方式才可移動內(nèi)存中的程序。

移動內(nèi)存中程序位置，要多占用ＣＰＵ時(shí)間，即增加系統(tǒng)開銷。56第六節(jié)文件管理程序和數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī)軟件資源，它們以文件形式存儲在計(jì)算機(jī)外部存儲器上。文件管理:對文件、目錄和文件存儲空間進(jìn)行管理，為用戶提供按名存取文件的手段。文件存儲空間管理：主要是外存管理，為文件分配存儲空間，與內(nèi)存分配方法類似，可以采用連續(xù)或離散分配方式。存儲空間基本分配單位是磁盤塊（扇區(qū)，512個(gè)字節(jié)）。573.6.1文件系統(tǒng)基礎(chǔ)知識文件：具有符號名的相關(guān)信息集合。文件系統(tǒng)：文件與文件管理程序的集合。1.文件命名當(dāng)進(jìn)程創(chuàng)建文件時(shí)，為文件命名，其他進(jìn)程只要給出文件名就可以使用這個(gè)文件，操作系統(tǒng)根據(jù)文件名對其進(jìn)行控制和管理。不同操作系統(tǒng)對文件的命名規(guī)則有所不同。通常，文件名是由字母、數(shù)字、分隔符組成的字符串，字母不區(qū)分大小寫。58文件主名.擴(kuò)展名在Windows2000/XP中，觀察文件擴(kuò)展名的方法：右擊我的電腦→資源管理器→工具菜單→文件夾選項(xiàng)→文件類型卡片，以觀察到很多擴(kuò)展名。在Windows2000/XP中規(guī)定其長度最多不超過256個(gè)字符。定義文件類型592.文件分類

文件性質(zhì)用戶文件庫文件系統(tǒng)文件存取屬性讀寫文件只讀文件只執(zhí)行文件信息流向

輸出文件

輸入／輸出文件

輸入文件

組織形式普通文件目錄文件設(shè)備文件普通文件二進(jìn)制文件ASCII碼文件60基本屬性：包括文件名、文件長度、文件創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間、文件所有者等。類型屬性：包括普通文件、目錄文件、系統(tǒng)文件、隱含文件、設(shè)備文件等；保護(hù)屬性：包括可讀、可寫、可修改、可刪除。在Windows2000/XP中，文件右擊菜單→屬性，可以觀察文件屬性。3.文件屬性

61指文件的外部結(jié)構(gòu)，即用戶存取、檢索和管理信息時(shí)文件的組織形式。有兩種形式：

4.文件邏輯結(jié)構(gòu)

記錄式文件：由一系列記錄構(gòu)成的文件，結(jié)構(gòu)化。記錄是一個(gè)具有特定意義的信息單位。如數(shù)據(jù)庫文件等。流式文件：由字符流構(gòu)成的文件，基本單位是字節(jié)，是有序字符集合，無結(jié)構(gòu)。Word文檔、源程序?qū)儆诹魇轿募?2物理結(jié)構(gòu)：指文件在存儲設(shè)備上的存放方法。常用結(jié)構(gòu)有順序、鏈接和索引結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)：文件中的信息依次存放在連續(xù)編號的物理塊中。鏈接結(jié)構(gòu)：文件中的信息依次存放在若干不連續(xù)的物理塊中，各個(gè)物理塊以指針相連。索引結(jié)構(gòu)：文件中的信息依次存放在若干不連續(xù)的物理塊中，文件系統(tǒng)為每個(gè)文件建立一張索引表。5.文件物理結(jié)構(gòu)63順序存?。簭那暗胶笠来卧L問文件。對記錄式文件按記錄順序存取；對流式文件則根據(jù)當(dāng)前讀寫指針位置存取。隨機(jī)存?。河址Q直接存取。只有記錄式文件可以隨機(jī)存取，根據(jù)記錄編號存取文件中的任一記錄。索引存?。河址Q按鍵存取，是基于索引(目錄)文件的存取方法。6.文件存取文件存取方式：由存儲器物理特性和文件結(jié)構(gòu)決定。一般有：

643.6.3文件目錄為方便查找、訪問，要為文件建立目錄。文件目錄也是一種文件，由目錄項(xiàng)組成。一個(gè)文件信息構(gòu)成一個(gè)目錄項(xiàng)，目錄項(xiàng)存儲于文件控制塊(FCB)中。文件名文件類型存儲地址文件長度記錄大小創(chuàng)建時(shí)間

::FN019DCHDOC目錄項(xiàng)結(jié)構(gòu)關(guān)系到文件系統(tǒng)的存取速度、文件共享性和安全性。常見目錄結(jié)構(gòu)有單級目錄、二級目錄和多級目錄。65整個(gè)文件系統(tǒng)只建立一張目錄表，每個(gè)文件占一個(gè)目錄項(xiàng)。這種目錄結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)基本功能“按名存取”。缺點(diǎn)：文件查找速度慢，不允許文件重名，而且很難實(shí)現(xiàn)文件共享。1.單級目錄結(jié)構(gòu)66建立一個(gè)主目錄文件，再為每個(gè)用戶建立一個(gè)用戶目錄文件，在主目錄文件中，為每個(gè)用戶建立一個(gè)目錄項(xiàng)，目錄項(xiàng)包括用戶名和用戶目錄文件指針。優(yōu)點(diǎn)：二級目錄能提高目錄檢索速度，在不同目錄中可以使用相同文件名。2.二級目錄結(jié)構(gòu)

67多級目錄結(jié)構(gòu)又稱為樹型目錄結(jié)構(gòu)。根目錄為主目錄并且只有一個(gè)。在根目錄中可以生成子目錄，子目錄文件作為樹的結(jié)點(diǎn)，又可以包含子目錄，……。子目錄的目錄項(xiàng)可以是文件控制塊，也可以是下一級子目錄的文件控制塊。binusrlibdevetcunixlpccviusersLiWangd1d2f1consolepasswdbinyaccsroot3.多級目錄結(jié)構(gòu)

68路徑名：將路徑上的目錄名依次用\連起來。絕對路徑：從根目錄開始的路徑。相對路徑：從當(dāng)前目錄開始的路徑。\Tools\office2003\完整安裝程序\setup.exe若當(dāng)前路徑為D:\Tools，金山詞霸\readme.txt路徑：到文件的通路。69第七節(jié)設(shè)備管理設(shè)備管理：管理和控制輸入輸出設(shè)備：為用戶提供統(tǒng)一的接口形式；完成輸入輸出請求；提高設(shè)備使用效率。設(shè)備管理包括緩沖管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理和虛擬設(shè)備等功能。在windows

2000/XP中：開始菜單→控制面板→性能和維護(hù)→系統(tǒng)→硬件選項(xiàng)卡上→設(shè)備管理器

703.7.1設(shè)備分類1.按用途分類輸入型設(shè)備：將程序、數(shù)據(jù)、聲音和圖像等數(shù)據(jù)和控制信息輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，如鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。輸出型設(shè)備：將處理結(jié)果以人可以識別的形式呈現(xiàn)出來，如顯示器、打印機(jī)和音箱等。存儲型設(shè)備：指輔助存儲器。如磁盤、磁帶和光盤等，用于長期保存信息。71字符設(shè)備：是以字符為單位組織和處理信息。通常輸入和輸出型設(shè)備(包括通訊設(shè)備)屬于字符型設(shè)備。如顯示器、鍵盤和打印機(jī)等。塊設(shè)備：以一定長度數(shù)據(jù)塊為單位組織和處理信息。長度通常為2i。存儲設(shè)備屬于塊設(shè)備。如：通常磁盤塊長度為29=512個(gè)字節(jié)。2.按信息交換基本單位分類

723.按設(shè)備共享屬性分類獨(dú)占型設(shè)備：在某一時(shí)刻只允許一個(gè)進(jìn)程訪問。包括所有字符型設(shè)備和磁帶機(jī)。共享型設(shè)備：在某一時(shí)刻允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問。除磁帶機(jī)之外所有塊設(shè)備都屬于共享型設(shè)備。733.7.2設(shè)備控制器CPU與設(shè)備控制器通