一、绪论
1、操作系统的定义
操作系统是将系统中的各种软、硬资源有机地组合成一个整体,合理地组织计算机的工作流程,为用户提供方便、快捷、友好的应用程序使用接口。
2、操作系统的特征
- 并发性
- 共享性
- 不确定性
3、操作系统的功能
- 管理处理机
- 管理存储器
- 管理设备
- 管理信息(或文件)
4、操作系统的分类
(1)批量操作系统
(2)分时操作系统
(3)实时操作系统
(4)个人计算机操作系统
(5)网络操作系统
(6)分布式操作系统
二、处理机的态及中断
处理机的态
- 管态:又称系统态,是操作系统的管理程序执行时机器所处的状态。在此状态下,中央处理机可以使用全部机器指令,包括一组特权指令,可以使用所有的资源,允许访问整个存储区。
- 用户态:又称目态,是用户程序执行时机器所处的状态。在此状态下,禁止使用特权指令,不能直接取用资源与改变机器状态,并且只允许用户程序访问自己的存储区域。
特权指令
在核态下操作系统可以使用所有指令,包括一组特权指令。范围:
1.改变机器状态的指令;
2.修改特殊寄存器的指令;
3.涉及外部设备的I/O指令;
中断概念
中断,是指某个事件(例如电源断电、定点加法溢出或I/O设备传输结束等)发生时,系统中止现行程序的运行、引出处理该事件的程序进行处理,处理完毕后返回断点,继续执行。
三、接口
1、用户接口
用户接口是操作系统提供给用户与计算机打交道的外部机制。用户能够通过用户接口和系统提供的手段来控制用户所在的系统。操作系统的用户接口分为以下两类。
- 操作接口:用户通过这个操作接口来组织自己的工作流程和控制程序的运行。
- 程序接口:任何一个用户程序在其运行过程中,可以使用操作系统提供的功能调用来请求操作系统的服务(如申请主存、使用各种外设、创建进程或线程等)不论哪类操作系统都必须同时提供操作接口和程序接口。
2、系统调用
系统调用提供了用户程序与操作系统之间的接口。
实现过程:在用户程序中,在请求操作系统服务的地方安排一条系统调用,当程序执行到这一点命令时发生中断,系统由用户态转为管态,操作系统按照系统调用的功能号去执行程序,完成了用户所需服务功能之后,返回到用户程序的断点继续执行。
四、进程的管理
1、进程的定义
- 进程是一个程序与其数据一道通过处理机的执行所发生的活动。
- 进程是一个程序在给定活动空间和初始环境下,在一个处理机上的执行过程。
2、进程的组成
进程(进程实体)由程序段、数据段和PCB(进程控制块)三部分组成。
3、进程的状态及转换
在一个进程的活动期间至少具备3种基本状态,即就绪状态、运行状态、等待状态(又称阻塞状态)。
- 就绪状态(ready)
当进程获得了除CPU之外所有的资源,它已经准备就绪,一旦得到了CPU控制权,就可以立即运行,该进程所处的状态为就绪状态。 - 运行状态(running)
进程通过进程调度和处理机分派后,得到中央处理机的控制权,该进程对应的程序正在处理机运行,它所处的状态称为运行状态。 - 等待状态(wait)
若以进程正在等待某一事件(如等待输入/输出操作的完成)而暂时停止执行。这时,即使给它CPU控制权,它也无法执行,则称该进程处于等待状态,又可称为阻塞状态。
进程的状态随着自身的推进和外界条件的变化而发生变化,如图所示:
4、进程控制块
进程控制块(Process Control Block,PCB)是一个数据结构,是标识进程存在的实体。系统创建以一个进程时,必须为它设置一个PCB,然后根据PCB的信息对进程实施控制和管理。进程任务完成时,系统撤销它的PCB,进程也随之消亡。
5、进程控制
进程控制一般由OS内核中的原语实现。
用于进程控制的原语:创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语等。
1、 创建原语:创建一个就绪状态的进程,使进程从创建状态变迁为就绪状态。
2、 撤销原语:使进程从执行状态变迁为完成状态。
3、 阻塞原语:使进程从运行状态变迁为阻塞状态。
4、 唤醒原语:使进程从阻塞状态变迁为就绪状态。