第3章3.2 操作系统

纲要第三部分操作系统原理北京大学 软件与微电子学院3-1、基本概念 3-2、处理器管理 3-3、存储管理 3-4、设备管理 3-5、文件管理123-1、操作系统基本概念定义： 定义 ：操作系统是管理软硬件资源、 操作系统是管理软硬件资源、控制程序执行、 控制程序执行、 改善人机界面、 改善人机界面、合理组织计算机工作流程和为用户使 用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。

用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。

操作系统的功能从资源管理的角度来看， 从资源管理的角度来看 ， 操作系统的功 能主要分为： 能主要分为：处理机管理 存储管理 设备管理 文件系统 用户接口3 4操作系统是怎样引导和控制计算机的 呢？OS引导过程与原理• STEP 1: 上电上电是指按下计算机的电源按钮让计算机开始加电运行。

上电是指按下计算机的电源按钮让计算机开始加电运行。

这个过 程与计算机的硬件电路关系非常密切， 因为计算机加电的第一个 程与计算机的硬件电路关系非常密切 ，因为 计算机加电的第一个 状态是由硬件电路决定的， 状态是由硬件电路决定的，加电后第 一个状态主要由计算机处理 器(CPU)生产商决定， 生产商决定，对于x86系列的CPU，一加电就将指令寄存 器设置为： 器设置为：0ffff:0000，表示CPU开始从 0ffff:0000这个内存中取 出一条指令执行， 出一条指令执行，通常在0ffff:0000处是一条地址转跳指令， 处是一条地址转跳指令，转向 BIOS (Basic Input Output System) 的入口 的入口。

。

由于BIOS是固化在 内存中的， 内存中的，所以， 所以，一加电后， 一加电后，CPU可以直接读取BIOS中的指 令。

56STEP 2:自检进入BIOS后，BIOS的主要功能包括以下两项： 的主要功能包括以下两项：第一项 功能是进行计算机自检， 功能是进行计算机自检，第二项功能是加载引导扇 区。

3.3 进程管理
信号量的使用：
• • • 必须置一次且只能置一次初值 初值不能为负数 只能执行Down、Up操作
用Down、Up操作解决进程间互斥问题
进程 P1 进程 P2 进程 P3 Down(S) Down(S) Down(S) Up(S) Up(S) Up(S)
互斥区
用信号量实现互斥
S的初始值为1 进程 P Down(s) {对共享内存操作} up(s) 进程 Q Down(s) {对共享内存操作} up(s)
3.3 进程管理 3.3.6 进程的同步与互斥
进程的同步就是指相互协作的进程不断调整它们之间的相 对速度，以实现共同有序地推进。 换句话说,在操作系统中，允许多个进程并发运行。然而， 有些进程之间本身存在某种联系，它们在系统中需要一种协作， 以保证进程能正确有序地执行并维护数据的一致性。
例:A、B两进程同步工作如下图（A进程负责从键盘读数据到缓冲区，B进程从缓冲 区取数据并计算。 A进程
• Linux内核源代码情景分析
– 毛德操，胡希明 浙大出版社
• 莱昂斯unix源代码
3.1 操作系统概念及构成 3.1.1 操作系统的概念
操作系统：是管理计算机软硬件资源的程序，同 时它又是用户与计算机硬件的接口。
没有操作系 统，应用软 件如同空中 楼阁，无法 运行。
用户 系统程序和应用程序 操 作 系 统 硬 件 层
用信号量实现互斥解决竞争问题
x, y初始值为10
进程 P: x=x+1 P0. DOWN( S )
S的初始值为1
进程 Q: y=y-1 Q0. DOWN( S )
P1. MOV R0, X
P2. INC R0 P3. MOV X, R0 P4. UP( S ) 此时x=11, y=9

3.2 计算机操作系统3.2.1 什么是操作系统3.2.2 多任务处理3.2.3 文件与文件管理3.2.4 存储管理3.2.5 设备管理3.2.6 常用操作系统3.2.1 什么是操作系统什么是操作系统(OS)？⏹OS屏蔽了计算机中几乎所有物理设备的技术细节，为使用、开发和运行其他软件提供了一个高效、可靠的平台。

⏹OS非常庞大和复杂，它由许多程序模块组成为什么需要操作系统？操作系统的作用（1）管理系统中的各种软硬件资源（2）为用户提供友善的人机界面（图形用户界面gui）（3）为开发和运行应用程序提供高效率的平台⏹其它辅助功能：⏹辅导用户操作（帮助功能）⏹显示系统状态⏹处理软硬件错误⏹保护系统安全操作系统的主要功能⏹从管理资源的角度来看，操作系统的主要功能是：处理器管理、存储管理、文件管理、I/O设备管理、为用户提供GUI。

⏹GUI的特点（了解）用窗口显示正在运行的程序的状态和输出用ICON形象地表示系统中的文件、程序、设备借助菜单来选择执行命令；利用鼠标来执行命令直观、灵活⏹注意:⏹内存容量是有一定限制的。

开机后，执行BIOS中的系统转入程序进而启动OS。

操作系统启动成功后，只有一部分OS程序放在主存中，剩余部分仍在硬盘上，需要时调入主存。

真题再现⏹一般情况下，计算机加电后，操作系统可以从硬盘装载到内存中，这是由于执行了固化在ROM中的（）（填英文缩写词）⏹2.计算机软件中操作系统的作用是。

(2006单选)⏹A. 管理系统资源，控制程序的执行⏹B. 实现软硬件功能的转换⏹C. 把源程序翻译成目标程序⏹D. 便于进行数据处理⏹[分析] 操作系统(operating System ，简称OS) 是计算机配置的一种必不可少的系统软件。

只有在操作系统的支撑下，整个计算机系统才能正常运行。

操作系统的作用是：管理系统中的各种软硬件资源；为用户提供各种友善的服务界面。

⏹[点评] 基本原理题。

考查操作系统的作用。

(2) 作业步(Job Step)。通常，在作业运行期间，每个 作业都必须经过若干个相对独立，又相互关联的顺序加工步 骤才能得到结果，我们把其中的每一个加工步骤称为一个作 业步，各作业步之间存在着相互联系，往往是把上一个作业 步的输出作为下一个作业步的输入。
例如，一个典型的作业可分成三个作业步：
另一种较常用的是基于作业优先级的调度算法，该算法是将外存上 优先级最高的作业优先调入内存；
比较好的一种算法是“响应比高者优先”的调度算法。
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在批处理系统中，作业进入系统后，总是先驻留在外存的 后备队列上，因此需要有作业调度的过程，以便将它们分批 地装入内存。
然而在分时系统中，为了做到及时响应，用户通过键盘输 入的命令或数据等都是被直接送入内存的，因而无需再配置 上述的作业调度机制，但也需要有某些限制性措施来限制进 入系统的用户数。即，如果系统尚未饱和，将接纳所有授权 用户，否则，将拒绝接纳。
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每当作业进入系统时，系统便为每个作业建立一个JCB，根 据作业类型将它插入相应的后备队列中。
作业调度程序依据一定的调度算法来调度它们，被调度到的 作业将会装入内存。
在作业运行期间，系统就按照JCB中的信息对作业进行控制 。
当一个作业执行结束进入完成状态时，系统负责回收分配给 它的资源，撤消它的作业控制块。
① “编译”作业步，通过执行编译程序对源程序进行编译，产生若 干个目标程序段；
② “连结装配”作业步，将“编译”作业步所产生的若干个目标程 序段装配成可执行的目标程序；
③ “运行”作业步，将可执行的目标程序读入内存并控制其运行。
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(3) 作业流。若干个作业进入系统后，被依次存放在外 存上，这便形成了输入的作业流；在操作系统的控制下，逐 个作业进行处理，于是便形成了处理作业流。