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任何一个计算机系统都是由两部分组成：计算机硬件和计算机软件。计算机硬件通常是由中央处理机（运算器和控制器）、存储器、输入设备和输出设备等部件组成。计算机软件包括系统软件和应用软件。操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。分时技术，就是把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算，则该作业暂时中断，把处理机让给另一作业使用，等待下一轮时再继续其运行。由于计算机速度很快，作业运行轮转得很快，给每个用户的印象是好像他独占了一台计算机。而每个用户可以通过自己终端向系统发出各种操作控制命令，完成作业的运行。分时系统一般采用时间片轮转的方式，使一台计算机为多个终端用户服务。对每个用户能保证足够快的响应时间，并提供交互会话能力。具有下述特点。(1)交互性：首先，用户可以在程序动态运行情况下对其加以控制。其次，用户上机提交作业方便。第三，分时系统还为用户之间进行合作提供方便。(2)多用户同时性：多个用户同时在自己的终端上上机，共享CPU和其他资源，充分发挥系统的效率。(3)独立性：客观效果上用户彼此间感觉不到有别人也在使用该台计算机，如同自己独占计算机一样。处理机管理:在多道程序或多用户的情况下，要组织多个作业同时运行，就要解决对处理机分配调度策略、分配实施和资源回收等问题。存储管理:对内部存储器进行分配、保护和扩充。(1)内存分配。如何分配内存，以保证系统及各用户程序的存储区互不冲突。(2)存储保护。保证一道程序在执行过程中不会有意或无意地破坏另一道程序，保证用户程序不会破坏系统程序。(3)内存扩充。当用户作业所需要的内存量超过计算机系统所提供的内存容量时，把内部存储器和外部存储器结合起来管理，为用户提供一个容量比实际内存大得多的虚拟存储器。设备管理:(1)通道、控制器、输入输出设备的分配和管理。设备管理的任务就是根据一定的分配策略，把通道、控制器和输入输出设备分配给请求输入输出操作的程序，并启动设备完成实际的输入输出操作。为了尽可能发挥设备和主机的并行工作能力，常需要采用虚拟技术和缓冲技术。(2)设备独立性。输入输出设备种类很多，使用方法各不相同。设备管理应为用户提供一个良好的界面，而不必去涉及具体的设备特性，以使用户能方便、灵活地使用这些设备。计算机提供的最基本功能是执行指令。任何应用程序都只有通过指令的执行才能得以完成。执行指令的基本过程分为两步，即处理机从内存把指令读入的过程和执行的过程。把指令的读入和执行过程称为一个执行周期。在指令的执行过程中或一条指令执行结束时，尽管指令地址计数器中已指明了下一条被访问指令的地址，但是，外部设备或计算机内部可能会发来亟须处理的数据或其他紧急事件处理信号。这就需要处理机暂停正在执行的程序，转去处理相应的紧急事件，待处理完毕后再返回原处继续执行，这一过程称为中断操作系统为用户提供两个接口界面。一个是系统为用户提供的各种命令接口界面。用户利用这些操作命令来组织和控制作业的执行或管理计算机系统。另一个接口是系统调用。编程人员使用系统调用来请求操作系统提供服务。一般把处理机在用户程序中执行称为用户态，而把处理机在系统程序中执行称为系统态。现代操作系统的重要特点是程序的并发执行，及系统所拥有的资源被共享和系统的用户随机地使用。操作系统的重要任务之一是使用户充分、有效地利用系统资源。采用一个什么样的概念，来描述计算机程序的执行过程和作为资源分配的基本单位才能充分反映操作系统的执行并发、资源共享及用户随机的特点呢？这个概念就是进程。程序的顺序执行具有如下特点：(1)顺序性:程序顺序执行时，其执行过程可看作一系列严格按程序规定的状态转移过程。(2)封闭性:程序执行得到的最终结果由给定的初始条件决定，不受外界因素的影响。(3)可再现性:只要输入的初始条件相同，则无论何时重复执行该程序都会得到相同的结果。多道程序系统中程序执行环境三个特点：(1)独立性:每道程序都是逻辑上独立的，它们之间不存在逻辑上的制约关系。(2)随机性:在多道程序环境下，特别是在多用户环境下，程序和数据的输入与执行开始时间都是随机的。(3)资源共享:资源共享将导致对进程执行速度的制约。程序的并发执行可进一步分为两种：第一种是多道程序系统的程序执行环境变化所引起的多道程序的并发执行。由于资源的有限性，多道程序的并发执行总是伴随着资源的共享与竞争。从而制约各道程序的执行速度。而无法作到在微观上，也就是在指令级上的同时执行。因此，尽管多道程序的并发执行在宏观上是同时进行的，但在微观上仍是顺序执行的；第二种并发执行是在某道程序的几个程序段中（例如几个程序），包含着一部分可以同时执行或顺序颠倒执行的代码。程序的并发执行可总结为：一组在逻辑上互相独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上互相重叠，即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的这种执行方式。进程和程序是两个既有联系又有区别的概念，它们的区别和关系可简述如下：(1)进程是一个动态概念，而程序则是一个静态概念。程序是指令的有序集合，没有任何执行的含义。而进程则强调执行过程，它动态地被创建，并被调度执行后消亡。(2)进程具有并行特征，而程序没有。由进程的定义可知，进程具有并行特征的两个方面，即独立性和异步性。也就是说，在不考虑资源共享的情况下，各进程的执行是独立的，执行速度是异步的。显然，由于程序不反映执行过程，所以不具有并行特征。(3)进程是竞争计算机系统资源的基本单位，从而其并行性受到系统自己的制约。这里，制约就是对进程独立性和异步性的限制。(4)不同的进程可以包含同一程序，只要该程序所对应的数据集不同。进程的静态描述由三部分组成：进程控制块PCB，有关程序段和该程序段对其进行操作的数据结构集。进程控制块包含了有关进程的描述信息、控制信息以及资源信息，是进程动态特征的集中反映。系统根据PCB感知进程的存在和通过PCB中所包含的各项变量的变化，掌握进程所处的状态以达到控制进程活动的目的。由于进程的PCB是系统感知进程的唯一实体，因此，在几乎所有的多道操作系统中，一个进程的PCB结构都是全部或部分常驻内存的。任一进程，都有一个自己的地址空间，把该空间称为进程空间或虚空间。进程空间的大小只与处理机的位数有关。进程空间被划分为两大部分，用户程序在用户空间内执行，而操作系统内核程序则在进程的系统空间内执行。为了防止用户程序访问系统空间，造成访问出错，计算机系统还通过程序状态寄存器等设置不同的执行模式，即用户模式和系统模式来进行保护。人们也把用户执行模式和系统执行模式分别称为用户态和系统态。一个进程的生命期可以划分为一组状态，这些状态刻划了整个进程。系统根据PCB结构中的状态值控制进程。在进程的生命期内，一个进程至少具有三种基本状态，它们是：执行状态、等待状态和就绪状态。处于就绪状态的进程已经得到除CPU之外的其他资源，只要由调度得到处理机，便可立即投入执行。在单CPU系统中，任一时刻处于执行状态的进程只能有一个。只有处于就绪状态的进程经调度选中之后才可进入执行状态。进程的执行状态又可进一步划分为用户执行状态和系统执行状态。划分用户态和系统态最主要的原因是要把用户程序和系统程序区分开来，以利于程序的共享和保护。进程因等待某个事件发生而放弃处理机进入等待状态。等待状态可根据等待事件的种类而进一步划分为不同的子状态，例如内存等待、设备等待、文件等待和数据等待等。这样做的好处是系统控制简单，发现和唤醒相应的进程较为容易。但系统中设置过多的状态又会造成系统参数和状态转换过程的增加。进程控制，就是系统使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤消进程以及完成进程各状态间的转换，从而达到多进程高效率并发执行和协调、实现资源共享的目的。把系统态下执行的某些具有特定功能的程序段称为原语。原语可分为两类：一类是机器指令级的，其特点是执行期间不允许中断，在操作系统中，它是一个不可分割的基本单位。另一类是功能级的，其特点是作为原语的程序段不允许并发执行。这两类原语都在系统态下执行用于进程控制的原语有：创建原语、撤消原语、阻塞原语、唤醒原语等。进程创建:(1)由系统程序模块统一创建(2)由父进程创建，例如在层次结构的系统中，父进程创建子进程以完成并行工作。由系统统一创建的进程之间的关系是平等的，它们之间一般不存在资源继承关系。而在父进程创建的进程之间则存在隶属关系，且互相构成树型结构的家族关系。属于某个家族的一个进程可以继承其父进程所拥有的资源。另外，无论是哪一种方式创建进程，在系统生成时，都必须由操作系统创建一部分承担系统资源分配和管理工作的系统进程。创建原语扫描系统的PCB链表，在找到一定PCB表之后，填入调用者提供的有关参数，最后形成代表进程的PCB结构。这些参数包括：进程名、进程优先级、进程正文段起始地址、资源清单等。进程撤消:以下几种情况导致进程被撤消：(1)该进程已完成所要求的功能而正常终止。(2)由于某种错误导致非正常终止。(3)祖先进程要求撤消某个子进程。无论哪一种情况导致进程被撤消，进程都必须释放它所占用的各种资源和PCB结构本身，以利于资源的有效利用。撤消原语首先检查PCB进程链或进程家族，寻找所要撤消的进程是否存在。如果找到了所要撤消的进程的PCB结构，则撤消原语释放该进程所占有的资源之后，把对应的PCB结构从进程链或进程家族中摘下并返回给PCB空队列。如果被撤消的进程有自己的子进程，则撤消原语先撤消其子进程的PCB结构并释放子进程所占用的资源之后，再撤消当前进程的PCB结构和释放其资源。阻塞原语在一个进程期待某一事件发生，但发生条件尚不具备时，被该进程自己调用来阻塞自己。阻塞原语在阻塞一个进程时，由于该进程正处于执行状态，故应先中断处理机和保存该进程的CPU现场。然后将被阻塞进程置“阻塞”状态后插入等待队列中，再转进程调度程序选择新的就绪进程投入运行。当等待队列中的进程所等待的事件发生时，等待该事件的所有进程都将被唤醒。唤醒一个进程有两种方法：一种是由系统进程唤醒。当由系统进程唤醒等待进程时，系统进程统一控制事件的发生并将“事件发生”这一消息通知等待进程。从而使得该进程因等待事件已发生而进入就绪队列。另一种是由事件发生进程唤醒。唤醒原语首先将被唤醒进程从相应的等待队列中摘下，将被唤醒进程置为就绪状态之后，送入就绪队列。在把被唤醒进程送入就绪队列之后，唤醒原语既可以返回原调用程序，也可以转向进程调度，以便让调度程序有机会选择一个合适的进程执行。把不允许多个并发进程交叉执行的一段程序称为临界部分（criticalsection）或临界区（criticalregion）。一组并发进程中的一个或多个程序段，因共享某一公有资源而导致它们必须以一个不允许交叉执行的单位执行。也就是说，不允许两个以上的共享该资源的并发进程同时进入临界区称为互斥。一组并发进程互斥执行时必须满足如下准则：(1)不能假设各并发进程的相对执行速度。即各并发进程享有平等的、独立的竞争共有资源的权利，且在不采取任何措施的条件下，在临界区内任一指令结束时，其他并发进程可以进入临界区。(2)并发进程中的某个进程不在临界区时，它不阻止其他进程进入临界区。(3)并发进程中的若干个进程申请进入临界区时，只能允许一个进程进入。(4)并发进程中的某个进程申请进入临界区时开始，应在有限时间内得以进入临界区。一次Ｐ原语操作使得信号量sem减1，而一次Ｖ原语操作将使得信号量sem加1。当某个进程正在临界区内执行时，其他进程如果执行了Ｐ原语操作，则该进程并不像调用lock时那样因进不了临界区而返回到lock的起点，等以后重新执行测试，而是在等待队列中等待有其他进程做Ｖ原语操作释放资源后，进入临界区，这时，Ｐ原语的执行才算真正结束。Ｐ原语操作的主要动作是：(1