操 作 系 统
中央广播电视大学计算机课程
1,,操作系统, 教材
2,,操作系统实验, 教材
3、操作系统课程录像 15讲
主编 /主讲：孟庆昌
中央电大出版社出版
课程使用的媒体
一,操作系统的有关概念
二、进程管理
三、存储器管理
? 什么是操作系统
? 操作系统的性质
操作系统 是控制和管理计
算机系统内各种硬件和软件资
源、有效地组织多道程序运行
的 系统软件 (或 程序集合 ),是用
户与计算机之间的接口。
以下软件哪些是操作系统?
UNIX Word DOS
VB Office FoxPro
Windows 98 Windows NT
Linux PowerPoint
以下软件是操作系统：
UNIX DOS Linux
Windows 98 Windows
NT
操作系统的共同性质
1、从功能上看
具有 五大功能 ----存储
器管理, 处理机管理, 设
备管理, 文件管理, 用户
接口
2、从层次上看
是裸机之上的第一层软
件,为其他软件的建立和
运行提供基础 。
裸机
操作系统
其他软件
.,,
用户
3、从服务上看
提供众多基础服务,
方便用户使用,构成软
件平台 。
4、从内部特征上看
---支持并发性
---实现资源共享
---完成进程的异步前进
一、操作系统的有关概念
二,进程管理
三、存储器管理
1,进程与程序的区别
2、进程的组成
3、进程的同步与互斥
进程的定义
程序在并发环境中的执
行过程
进程与程序的主要区别
（ 1）
? 进程是动态概念
? 程序是静态概念
（ 2）
? 进程具有并发性，宏观上同
时运行
? 程序本身具有顺序性, 程序
的并发执行是通过进程实现的
（ 3）
? 进程具有独立性，是一个能
独立运行的单位，是系统资源
分配的基本单位，是运行调度
的基本单位
? 程序本身没有此特性
（ 4）
? 进程和程序无一一对应关系，
一个进程可顺序执行多个程序
? 一个程序可由多个进程共用
（ 5）
? 进程异步前进，会相互制约
? 程序不具备此特性
（ 6）
? 进程实体具有一定结构，
组成进程映象
? 程序没有这种结构
进程 和 程序 是两个完
全不同的概念，但二者间
又存在密切关系
1、进程与程序的区别
2、进程的组成
3、进程的同步与互斥
PCB
程序
数据集合进程的组成
进程与 PCB的关系
?每个进程有唯一的 PCB
?系统中所有进程都有自己的
PCB
?操作系统依据 PCB管理进程
进程与 PCB的关系
?操作系统利用 PCB实现进程
的动态和并发
?PCB是进程存在的唯一标志
1、进程与程序的区别
2、进程的组成
3、进程的同步与互斥
进程在活动中会相互制约
?所有进程都是相互独立的
?进程以异步方式并发执行
同步
同步是进程间共同完成
一项任务时直接发生相互
作用的关系
—— 同步进程间具有合作关系
—— 在执行时间上必须按一定
的顺序协调进行
互斥
互斥是并发执行的多
个进程由于竞争同一资源
而产生的相互排斥的关系
—— 互斥进程彼此在逻辑上是
完全无关的
—— 它们的运行不具有时间次
序的特征
进程间的通信
—— 临界资源和临界区
—— 信号量
—— P,V操作
临界资源
一次仅允许一个进程使用的
共享资源
如：打印机, 磁带机, 表格
临界区
在每个进程中访问临界资源的
那段程序
?进程必须互斥进入临界区
进程间的通信
—— 临界资源和临界区
—— 信号量
—— P,V操作
信号量
?信号量是一种数据结构
?一般由两个成员组成：
数值
指针
信号量
?一般说来, 信号量的值与相应
资源的使用情况有关
?信号量的值仅由 P,V操作改变
进程间的通信
—— 临界资源和临界区
—— 信号量
—— P,V操作
P,V操作原语
—— P操作（ wait）原语
—— V操作（ signal）原语
P,V操作都是原语
—— P操作：申请一个单位资源
—— V操作：释放一个单位资源
用 P,V原语实现互斥
例：打印机分配
互斥信号量 mutex（初值为 1）
Pa为分配进程
Pb为释放进程
Pa：
...
P（ mutex）
分配打印机
（读写分配表）
V（ mutex）
...
Pb：
...
P（ mutex）
释放打印机
（读写分配表）
V（ mutex）
...
用 P,V原语实现简单同步
例：供者和用者对缓冲区的同步
信号量：
S1—— 缓冲区空否（初值为 1）
S2—— 缓冲区满否（初值为 0）
供者进程
L1,P（ S1）
启动读卡机
…
收到输入结束中断
V（ S2）
goto L1
用者进程
L2,P（ S2）
从缓冲区取出信息
…
V（ S1）
goto L2
一、操作系统的有关概念
二、进程管理
三,存储器管理
1,存储管理的功能
2、几个概念
3、虚拟存储器
存储管理的功能
（ 1） 内存分配 —— 为每个进程分
配一定的内存空间
（ 2） 地址映射 —— 把程序中所用
的相对地址转换成内存的物理地址
存储管理的功能
（ 3） 内存保护 —— 检查地址的合
法性，防止越界访问
（ 4） 内存扩充 —— 解决“求大于
供”的问题，采用虚拟存储技术
1、存储管理的功能
2,几个概念
3、虚拟存储器
? 相对地址（或逻辑地址）
用户程序经编译之后的每
个目标模块都以 0为基地址顺序
编址，这种地址称为相对地址
LOAD 1,500
12345
LOAD 1,500
12345
0
100
500
700
5000
5100
5500
5700程序 A的地址空间
程序 A的内存空间.,,
.,,
.,,
.,,
.,,
.,,
? 绝对地址（或物理地址）
内存中各物理存储单元的
地址是从统一的基地址顺序编
址，这种地址称为绝对地址
? 逻辑地址空间
（或地址空间）
由程序中逻辑地址组成的
地址范围
? 内存空间（或物理空间、
绝对空间）
由内存一系列存储单元所
限定的地址范围
? 重定位
把逻辑地址转变为内存的
物理地址的过程
? 连接
将编译或汇编后得到的一
组目标模块以及它们所需的库
函数装配成一个完整的装入模
块的过程
1、存储管理的功能
2、几个概念
3,虚拟存储器
虚拟存储器
由操作系统提供的一个假想
的特大存储器
实现虚存技术的物质基础
? 二级存储结构 —— 内存 +外存
? 动态地址转换机构 —— 将逻辑
地址转换成物理地址
虚拟存储器的基本特征
（ 1） 虚拟扩充 —— 不是物理上，而是
逻辑上扩充了内存容量
（ 2） 部分装入 —— 每个作业（进程）
不是全部一次性地装入内存，而是只
装入其一 部分
虚拟存储器的基本特征
（ 3） 离散分配 —— 每个作业（进程）
装入内存的那部分不必占用连续的内
存空间，而是“见缝插针”
虚拟存储器的基本特征
（ 4） 多次对换 —— 在一个进程运行
期间，它所需的全部程序和数据要分
成多次调入内存
请求分页的基本思想
（ 1） 请求分页 =分页 +请求
逻辑空间分页 物理空间分块
页与块同样大 页连续块离散
用页号查页表 硬件做重定位
分
页
请求分页的基本思想
（ 2）作业部分装入内存
（ 3）作业所占的内存块不连续
（ 4）硬件通过页表生成访问内存的
地址
请求分页的基本思想
（ 5）若发生缺页，则进行缺页中断
处理，将该页调入内存
（ 6）利用快表可以加速地址转换
操作系统的学习方法
1、抓住重点，掌握基本概念和基本
方法，注意知识的前后连贯
2、注重上机实验和平时作业
中央广播电视大学计算机课程
1,,操作系统, 教材
2,,操作系统实验, 教材
3、操作系统课程录像 15讲
主编 /主讲：孟庆昌
中央电大出版社出版
课程使用的媒体
一,操作系统的有关概念
二、进程管理
三、存储器管理
? 什么是操作系统
? 操作系统的性质
操作系统 是控制和管理计
算机系统内各种硬件和软件资
源、有效地组织多道程序运行
的 系统软件 (或 程序集合 ),是用
户与计算机之间的接口。
以下软件哪些是操作系统?
UNIX Word DOS
VB Office FoxPro
Windows 98 Windows NT
Linux PowerPoint
以下软件是操作系统：
UNIX DOS Linux
Windows 98 Windows
NT
操作系统的共同性质
1、从功能上看
具有 五大功能 ----存储
器管理, 处理机管理, 设
备管理, 文件管理, 用户
接口
2、从层次上看
是裸机之上的第一层软
件,为其他软件的建立和
运行提供基础 。
裸机
操作系统
其他软件
.,,
用户
3、从服务上看
提供众多基础服务,
方便用户使用,构成软
件平台 。
4、从内部特征上看
---支持并发性
---实现资源共享
---完成进程的异步前进
一、操作系统的有关概念
二,进程管理
三、存储器管理
1,进程与程序的区别
2、进程的组成
3、进程的同步与互斥
进程的定义
程序在并发环境中的执
行过程
进程与程序的主要区别
（ 1）
? 进程是动态概念
? 程序是静态概念
（ 2）
? 进程具有并发性，宏观上同
时运行
? 程序本身具有顺序性, 程序
的并发执行是通过进程实现的
（ 3）
? 进程具有独立性，是一个能
独立运行的单位，是系统资源
分配的基本单位，是运行调度
的基本单位
? 程序本身没有此特性
（ 4）
? 进程和程序无一一对应关系，
一个进程可顺序执行多个程序
? 一个程序可由多个进程共用
（ 5）
? 进程异步前进，会相互制约
? 程序不具备此特性
（ 6）
? 进程实体具有一定结构，
组成进程映象
? 程序没有这种结构
进程 和 程序 是两个完
全不同的概念，但二者间
又存在密切关系
1、进程与程序的区别
2、进程的组成
3、进程的同步与互斥
PCB
程序
数据集合进程的组成
进程与 PCB的关系
?每个进程有唯一的 PCB
?系统中所有进程都有自己的
PCB
?操作系统依据 PCB管理进程
进程与 PCB的关系
?操作系统利用 PCB实现进程
的动态和并发
?PCB是进程存在的唯一标志
1、进程与程序的区别
2、进程的组成
3、进程的同步与互斥
进程在活动中会相互制约
?所有进程都是相互独立的
?进程以异步方式并发执行
同步
同步是进程间共同完成
一项任务时直接发生相互
作用的关系
—— 同步进程间具有合作关系
—— 在执行时间上必须按一定
的顺序协调进行
互斥
互斥是并发执行的多
个进程由于竞争同一资源
而产生的相互排斥的关系
—— 互斥进程彼此在逻辑上是
完全无关的
—— 它们的运行不具有时间次
序的特征
进程间的通信
—— 临界资源和临界区
—— 信号量
—— P,V操作
临界资源
一次仅允许一个进程使用的
共享资源
如：打印机, 磁带机, 表格
临界区
在每个进程中访问临界资源的
那段程序
?进程必须互斥进入临界区
进程间的通信
—— 临界资源和临界区
—— 信号量
—— P,V操作
信号量
?信号量是一种数据结构
?一般由两个成员组成：
数值
指针
信号量
?一般说来, 信号量的值与相应
资源的使用情况有关
?信号量的值仅由 P,V操作改变
进程间的通信
—— 临界资源和临界区
—— 信号量
—— P,V操作
P,V操作原语
—— P操作（ wait）原语
—— V操作（ signal）原语
P,V操作都是原语
—— P操作：申请一个单位资源
—— V操作：释放一个单位资源
用 P,V原语实现互斥
例：打印机分配
互斥信号量 mutex（初值为 1）
Pa为分配进程
Pb为释放进程
Pa：
...
P（ mutex）
分配打印机
（读写分配表）
V（ mutex）
...
Pb：
...
P（ mutex）
释放打印机
（读写分配表）
V（ mutex）
...
用 P,V原语实现简单同步
例：供者和用者对缓冲区的同步
信号量：
S1—— 缓冲区空否（初值为 1）
S2—— 缓冲区满否（初值为 0）
供者进程
L1,P（ S1）
启动读卡机
…
收到输入结束中断
V（ S2）
goto L1
用者进程
L2,P（ S2）
从缓冲区取出信息
…
V（ S1）
goto L2
一、操作系统的有关概念
二、进程管理
三,存储器管理
1,存储管理的功能
2、几个概念
3、虚拟存储器
存储管理的功能
（ 1） 内存分配 —— 为每个进程分
配一定的内存空间
（ 2） 地址映射 —— 把程序中所用
的相对地址转换成内存的物理地址
存储管理的功能
（ 3） 内存保护 —— 检查地址的合
法性，防止越界访问
（ 4） 内存扩充 —— 解决“求大于
供”的问题，采用虚拟存储技术
1、存储管理的功能
2,几个概念
3、虚拟存储器
? 相对地址（或逻辑地址）
用户程序经编译之后的每
个目标模块都以 0为基地址顺序
编址，这种地址称为相对地址
LOAD 1,500
12345
LOAD 1,500
12345
0
100
500
700
5000
5100
5500
5700程序 A的地址空间
程序 A的内存空间.,,
.,,
.,,
.,,
.,,
.,,
? 绝对地址（或物理地址）
内存中各物理存储单元的
地址是从统一的基地址顺序编
址，这种地址称为绝对地址
? 逻辑地址空间
（或地址空间）
由程序中逻辑地址组成的
地址范围
? 内存空间（或物理空间、
绝对空间）
由内存一系列存储单元所
限定的地址范围
? 重定位
把逻辑地址转变为内存的
物理地址的过程
? 连接
将编译或汇编后得到的一
组目标模块以及它们所需的库
函数装配成一个完整的装入模
块的过程
1、存储管理的功能
2、几个概念
3,虚拟存储器
虚拟存储器
由操作系统提供的一个假想
的特大存储器
实现虚存技术的物质基础
? 二级存储结构 —— 内存 +外存
? 动态地址转换机构 —— 将逻辑
地址转换成物理地址
虚拟存储器的基本特征
（ 1） 虚拟扩充 —— 不是物理上，而是
逻辑上扩充了内存容量
（ 2） 部分装入 —— 每个作业（进程）
不是全部一次性地装入内存，而是只
装入其一 部分
虚拟存储器的基本特征
（ 3） 离散分配 —— 每个作业（进程）
装入内存的那部分不必占用连续的内
存空间，而是“见缝插针”
虚拟存储器的基本特征
（ 4） 多次对换 —— 在一个进程运行
期间，它所需的全部程序和数据要分
成多次调入内存
请求分页的基本思想
（ 1） 请求分页 =分页 +请求
逻辑空间分页 物理空间分块
页与块同样大 页连续块离散
用页号查页表 硬件做重定位
分
页
请求分页的基本思想
（ 2）作业部分装入内存
（ 3）作业所占的内存块不连续
（ 4）硬件通过页表生成访问内存的
地址
请求分页的基本思想
（ 5）若发生缺页，则进行缺页中断
处理，将该页调入内存
（ 6）利用快表可以加速地址转换
操作系统的学习方法
1、抓住重点，掌握基本概念和基本
方法，注意知识的前后连贯
2、注重上机实验和平时作业
