第4章操作系统原理4.1操作系统简介4.1.1操作系统的概念系统软件、支撑软件和应用软件分工不同，但又是一个以应用为中心的整体，并共同构成了计算机软件系统的层次结构。从不同角度来定义操作系统:从功能角度。即从操作系统所具有的功能来看，操作系统是一个计算机资源管理系统，负责对计算机的全部硬、软件资源进行分配、控制、调试和回收从用户角度。即从用户使用来看，操作系统是一台比裸机功能更强，服务质量更高，用户使用更方便、更灵活的虚拟机从管理者角度。即从机器管理者控制来看，操作系统是计算机工作流程的自动而高效的组织者，计算机硬、软资源合理而协调的管理者从软件系统角度。从软件范围静态地看，操作系统是一种系统软件，由控制和管理系统的程序和数据结构等内容构成。操作系统追求的主要目标有两点：一是要方便用户使用计算机，一个好的操作系统应提供给用户一个清晰、简洁、易于使用的用户界面；二是要提高系统资源的利用率，尽可能使计算机系统中的各种资源得到最充分的利用。现代操作系统的共性如下：1、并发性。又称共行性，是指能处理多个同时性活动的能力。2、共享性。共享是指多个计算机任务对资源的共同享用。3、不确定性。同一个程序，给定相同的初始数据，无论什么时候运行，其结果应该是相同的。4、虚拟性。在现代操作系统中，无论是内存、CPU还是I/O设备都采用了虚拟技术，在逻辑上扩充了物理设备的数量，使得配备了操作系统后的计算机系统在资源的使用上更加自由和灵活，不受物理设备数量的限制。操作系统必须解决如下几个问题：1、提供解决各种冲突的策略。2、协调并发活动的关系。3、保证数据的一致性。4、实现数据的存取控制。4.1.2操作系统的类型与功能操作系统的主要功能是协调管理计算机资源，围绕这一主要功能，操作系统被具体分为如下五个功能部分：作业管理(jobmanagement)文件管理(filemanagement)存储管理(storagemanagement)设备管理(devicesmanagement)进程管理(processmanagement)4.2进程管理4.2.1进程的概念从进程的定义可知进程具有以下两个最基本的特性：1、动态性2、并发性3、独立性4、不可再现性5、特征结构性顺序程序的特点如下：顺序性封闭性再现性2、程序的并发执行若干个程序段同时在系统中运行，这些程序段的执行在时间上是重迭的，一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始，即使这种重迭是很小的一部分，也称这几个程序段的并发执行的。并发程序有如下的特点：并发程序的执行结果与它们的相对速度有关；并发程序与它的执行过程并非一一对应；并发程序之间相互依赖、相互制约。4.2.2进程控制从结构上来看，进程是由PCB、程序及数据集合组成。2、进程状态及其转换由于进程的动态性，势必会引发进程状态的转换。虽然不同的操作系统对进程状态的规定各有不同，但至少有下述的三种基本状态：（1）就绪态（2）执行状态（3）阻塞状态进程状态的转换如图3、进程控制方式和控制原语用于进程控制的原语有：（1）进程创建原语。在初启系统时，要创建一些必需的、承担系统资源分配和管理工作的系统进程。（2）进程的阻塞原语与唤醒原语。当一个进程期待的某事件尚未出现时，该进程就调用阻塞原语将自己阻塞。唤醒处于某一阻塞队列中的进程，使其从阻塞队列中移出，将PCB中的进程状态置为“就绪”，然后再将该进程插入就绪队列中。（3）进程的挂起原语与激活原语挂起原语的功能是，将要挂起的进程插入相应的静止就绪或静止阻塞队列中，并释放挂起进程的内存和设备资源。激活原语的功能是，将被挂起进程插入相应的就绪队列或阻塞队列中，并恢复进程被挂起之前占有资源。（4）进程撤消原语撤消原语的功能是，被撤消进程的PCB须从所在队列中移出，释放并归还所有的资源，同时还要审查该进程是否有子进程，若有一并撤消。4.2.3进程的同步、互斥和通信（1）进程的互斥为了描述资源共享的情况，引入了临界资源和临界区的概念。把一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源（CriticalResource），须互斥使用的资源很多，如打印机、绘图机、磁带机等硬件资源和一些公用变量、表格、队列、数据等软件资源。同时，把一个进程访问临界资源的那段程序代码称为临界区(CriticalSection)。进程的互斥即为，两个进程不能同时进入访问同一临界资源的临界区的要求称为进程的互斥。值得注意的是，临界区是对某一资源而言的，共享同一临界资源的诸进程必须互斥地进入临界区，但对于不同资源的临界区，并发进程之间不必互斥地执行。为保证诸进程间互斥地进入临界区，可以采用软件方法或系统提供的同步机构来实现，它们都应遵循以下四条准则：①空闲