操作系统原理§1操作系统概述§2操作系统的形成和发展一、操作系统的形成人工操作方式存在严重缺点：用户独占资源。用户的串行算题，上机时独占了全机资源，造成计算机资源利用率不高，系统效率低下。人工干预较多。要求程序员装纸带、按开关、看指示灯等。不但浪费处理机时间，也极易发生差错。计算时间拉长。由于数据输入，程序执行、结果输出均是联机进行，每个用户从上机到下机时间非常长。2、管理程序阶段管理程序提供一套控制命令，并以一定格式穿在卡片上，称控制卡。用户用控制卡来控制程序。管理程序阶段也称为成批处理阶段，成批处理阶段也分为联机批处理阶段和脱机批处理阶段。1）联机批处理：早期批处理系统借助于作业控制语言变革了计算机的手工操作方式。自动控制和成批处理，自动转换作业以减少系统空闲和手工操作时间。2）脱机批处理：把输入输出操作交给一个功能较为单纯的卫星机去做，使主机从繁琐耗时的输入输出操作中解脱出来。二、操作系统的发展操作系统由形成到完善经历如下几个主要发展过程。1、多道成批处理系统（60年代初期）:当一作业因等待I/O等原因暂不能运行，系统可将处理机资源分配给另外一个可运行的程序。2、分时系统（60年代初中期）:分时系统由一个主机和若干个与其相联的终端所构成，系统采用对话的方式为各个终端上的用户服务。3、实时处理系统（60年代中期）:计算机的应用范围迅速扩大，深入各行各业，例如工业自动控制、航班订票等，出现了实时操作系统。4、通用操作系统（60年代后期）:将多道批处理、分时和实时等功能结合在一起，构造出多功能的通用操作系统。(一)多道程序设计的实现1、存储保护与程序浮动2、处理器的管理和调度3、系统资源的管理和调度(二)分时系统分时系统与多道批处理系统相比，具有完全不同的特征，由上所述可以归纳成以下几点：(三)实时操作系统(四)网络操作系统(五)分布式操作系统§3操作系统的功能一、处理机管理二、存储器管理三、文件管理四、设备管理五、作业管理§4进程一、进程的概念进程具有如下属性：结构性：进程包含了数据集合和运行于其上的程序。共享性：同一程序同时运行于不同数据集合上时，构成不同的进程。动态性：进程是程序在数据集合上的一次执行过程，是动态概念，同时，它还有生命周期，由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡。独立性：进程既是系统中资源分配和保护的基本单位，也是系统调度的独立单位。制约性：并发进程之间存在着制约关系，进程在进行的关键点上需要相互等待或互通消息，以保证程序执行的可再现性和计算结果的唯一性。并发性：进程可以并发地执行，进程的并发性能改进资源利用率和提高系统效率。二、进程的表示三、进程的创建和撤销进程创建过程：操作系统发现了要求创建新进程事件后，便调用创建原语create，按下列步骤创建新进程：申请空白PCB。为新进程分配惟一的数字标识符，并从PCB集合中索取一个空白PCB。为新进程分配资源。为新进程的程序和数据及用户栈分配必要的内存空间。初始化进程控制块。包括：初始化标识符信息，初始化处理机状态信息，初始化处理及控制信息。将新进程插入就绪队列。2、进程的撤销一个进程完成了特定的工作或出现了严重的异常后，操作系统则收回它占有的地址空间和进程控制块，此时就说撤销了一个进程。进程撤销的主要原因：进程正常运行结束。进程执行了非法指令。进程运行时间超越了分配给它的最大时间配额。父进程撤销其子进程。父进程撤销，因而，其所有子进程被撤销。操作系统终止。终止进程或子进程，具体步骤如下：根据撤销进程标识号，从相应队列中找到它的PCB；将该进程拥有的资源归还给父进程或操作系统；若该进程拥有子进程，应先撤销它的所有子孙进程，以防它们脱离控制；撤销进程出队，将它的PCB归还到PCB池。四、进程的状态及其转换在一个进程执行过程中，它的状态将会发生改变。下图表示进程的状态转换。引起进程状态转换的具体原因如下：运行态等待态：等待使用资源或某事件发生。等待态就绪态：资源得到满足或某事件己经发生。运行态就绪态：运行时间片到，或出现更高优先权进程。就绪态运行态：CPU空闲时调度一个就绪进程执行。五、操作系统内核六、进程间关系进程通信：进程之间的信息交换。高级进程通信是指用户可直接利用操作系统所提供的一组通信命令高效地传送大量数据的一种通信方式。高级进程通信的类型：共享存储器系统：相互通信的进程共享某些数据结构或共享存储区，进程之间能够通过它们进行通信。消息传递系统：进程间的数据交换以消息为单位。直接利用系统提供的一组通信命令（原语）来实现通信。管道通信系统：管道是指用于连接一个读进程和一个写进程以实现它们之间通信的共享文件。直接通信和间接通信：直接通信指利用操作系统提供的