操作系统回顾.ppt
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1、回顾一、操作系统的作用 #include int main(int argc, char *argv)printf(hello world);return 0;1. 用户告诉操作系统执行hello程序2. 操作系统找到该程序文件,检查其类型3. 检查程序文件首部,找出正文和数据的地址4. 文件系统找到该程序文件第一个磁盘块5.父进程需要创建一个新的子进程,执行hello程序6.操作系统需要将执行文件映射到进程结构7.操作系统设置CPU上下文环境,并跳到程序开始处8.程序的第一条指令执行,失败,缺页中断发生9. 操作系统分配一页内存,并将代码从磁盘读入,继续执行10. 更多的缺页中断,读入更多的
2、页面11. 操作系统检查字符串的位置是否正确12. 操作系统找到字符串被送往的设备13. 设备是一个伪终端,由一个进程控制14. 操作系统将字符串送给该进程15. 该进程告诉窗口系统它要显示字符串16. 窗口系统确定这是一个合法的操作,然后将字符串转换成像素17. 窗口系统将像素写入存储映像区18. 视频硬件将像素表示转换成一组模拟信号控制显示器(重画屏幕)19. 显示器发射电子束20. 在屏幕上看到hello world二、操作系统的定义操作系统是计算机系统中的一个系统软件,是一些程序模块的集合 它们能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源 合理的组织计算机的工作流程,控制程序的
3、执行并向用户提供各种服务功能 使得用户能够灵活、方便、有效的使用计算机,使整个计算机系统能高效地运行有效有效:系统效率,资源利用率 (如:CPU利用的充足与否,内存、外部设备是否忙碌)合理合理:公平与否,如果不公平则会产生“死锁”或“饥饿”方便方便:两种角度:用户界面 编程接口 三、操作系统的特征并发并发(concurrency): 处理多个同时性活动的能力在计算机系统中同时存在多个程序 宏观上:这些程序是同时在执行的 微观上:任何时刻只有一个程序在执行(单CPU),即微观上这些程序在CPU上轮流执行并行(parallel):(与并发相似,但多指硬件支持)由并发引起的问题:活动切换、保护、相互
4、依赖的活动间的同步操作系统特征(续)共享共享(sharing): 操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源(共享有限的系统资源) 操作系统要对系统资源进行合理分配和使用 资源在一个时间段内交替被多个进程所用 互斥共享(如音频设备) 同时访问(如可重入代码,磁盘文件)问题:资源分配难以达到最优化,保护操作系统特征(续)虚拟虚拟(Virtual): 一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体分时或分空间。虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段,可提高资源利用率 CPU每个用户(进程)的虚处理机 存储器每个进程都占有的地址空间(指令数据堆栈) 显示设备多窗口或虚拟终端操作系统特征(续)随机性随机
5、性: 操作系统必须随时对以不可预测次序发生的事件进行响应 进程的运行速度不可预知:多个进程并发执行,“走走停停”,无法预知每个进程的运行推进快慢 难以重现系统在某个时刻的状态(包括重现运行中的错误)操作系统特征(续)不确定性不确定性: 由共享和并发引起 在操作系统中可运行多道用户程序,而每个用户程序的运行时间、要使用哪些系统资源、使用多长时间、使用的资源是共享还是独占的,操作系统在程序运行前是不知道的 要求操作系统的设计要很好地解决并发和共享的问题,否则,将会产生不可重现的错误,这种不可重现的错误称为不确定性 例子:两个用户共享一台打印机四、研究操作系统的几种观点 作为软件来看的观点 资源管理
6、的观点 进程的观点 虚机器观点 服务提供者观点1.作为软件来看的观点软件的特性外在特性:软件是种语言,是界面界面:使用方式 (命令、系统调用等)内在特性:软件的结构a.由有几部分组成 b.每个部分的功能 c.部分之间的关系2.资源管理的观点操作系统-资源管理者(自底向上)操作系统管理一个复杂系统的各个部分硬件资源:CPU,内存,设备(I/O设备,外存,时钟,网络接口等)软件资源:硬盘上的文件,信息两种方式实现复用(共享):时间 及 空间管理资源 记录资源使用状况 如 哪些资源空闲,好坏与否,被谁使用,使用多长时间等 合理的分配资源(资源分配策略)静态分配策略 (在程序运行前分配,但效率不高)动
7、态分配策略 (在程序运行过程中何时用资源,何时分配。其缺点是会出现死锁) 具体完成分配 回收资源资源管理的目的 实现资源共享 提高资源利用率操作系统功能操作系统功能n 进程和线程管理进程和线程管理(CPU管理管理)n 存储管理存储管理n 文件管理文件管理n 设备管理设备管理n 用户接口与作业管理用户接口与作业管理1) 处理机管理目标:处理机资源的分配调度等功能 (调度单位可为进程或线程) 进程控制:创建、撤销、挂起、改变运行优先级等主动改变进程的状态 进程同步:协调并发进程之间的推进步骤,以协调资源共享;交换信息能力(弱) 进程通信:进程之间传送数据,以协调进程间的协作;交换信息能力(强),也
8、可以用来协调进程之间的推进 进程调度:作业和进程的运行切换,以充分利用处理机资源和提高系统性能;未必是进程控制操作所引起(可能是时间片轮转、I/O操作) 公平性、高效率(吞吐量大)、执行周转时间等2) 存储管理存储分配与回收存储保护:保证进程间互不干扰、相互保密;如:访问合法性检查、甚至要防止从垃圾中窃取其他进程的信息地址映射(变换):进程逻辑地址到内存物理地址的映射内存扩充(覆盖、交换和虚拟存储):提高内存利用率、扩大进程的内存空间目标:目标:提高利用率,方便用户使用,提供足够提高利用率,方便用户使用,提供足够的存储空间,方便进程并发运行的存储空间,方便进程并发运行存储管理技术 连续 固定分
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