操作系統(tǒng)實(shí)用教程第1章操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第1頁。第1章操作系統(tǒng)概述

1.1操作系統(tǒng)的定義

1.2操作系統(tǒng)的功能1.3操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展1.4操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第2頁。1.1操作系統(tǒng)的定義

1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖1-1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次視圖操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第3頁。1.1操作系統(tǒng)的定義

近年來，大型軟件都是采用層次式結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建的，也就是將一個(gè)軟件分成若干個(gè)層次。在此，同樣可以用一個(gè)層次式的0S模型來描述操作系統(tǒng)，該模型分為三個(gè)層次（如圖1-2所示），包括：用戶接口；對(duì)對(duì)象操縱和管理的軟件集合；操作系統(tǒng)對(duì)象。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第4頁。1.1操作系統(tǒng)的定義

用戶接口（命令接口、程序接口、圖形用戶接口）對(duì)對(duì)象操縱和管理的軟件集合（處理機(jī)管理軟件、存儲(chǔ)器管理軟件、設(shè)備管理軟件、文件管理軟件）操作系統(tǒng)對(duì)象（處理機(jī)、存儲(chǔ)器、設(shè)備、文件和作業(yè)）圖1-20S層次模型操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第5頁。1.1操作系統(tǒng)的定義1.1.2操作系統(tǒng)的定義狹義操作系統(tǒng)包含程序:核心態(tài)運(yùn)行程序，用戶態(tài)運(yùn)行的命令解釋器和系統(tǒng)調(diào)用庫。廣義操作系統(tǒng)包含程序:除上述外，許多提供系統(tǒng)常用功能的實(shí)用程序，庫程序。因此，操作系統(tǒng)可以被定義為集如下三方面為一體的程序集合：（1）控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源；（2）合理的組織計(jì)算機(jī)的工作流程；（3）方便用戶使用。管理目標(biāo)：使硬件、軟件資源的利用率最高；服務(wù)宗旨：給用戶盡可能多的服務(wù)和最大的方便；服務(wù)項(xiàng)目：程序界面—由系統(tǒng)調(diào)用命令組成，給用戶編程提供方便；聯(lián)機(jī)用戶界面—由鍵盤命令、屏幕命令組成；脫機(jī)用戶界面—作業(yè)控制命令。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第6頁。1.1操作系統(tǒng)的定義1.1.3操作系統(tǒng)的發(fā)展1．人工操作階段2．早期的批處理3．多道程序系統(tǒng)4．分時(shí)操作系統(tǒng)5．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)6．通用操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第7頁。1.2操作系統(tǒng)的功能1.2.1操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位及運(yùn)行環(huán)境1．操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位（1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理中心（相當(dāng)于社會(huì)中的政府地位）；（2）最復(fù)雜最精確的人工開發(fā)的管理系統(tǒng)；（3）在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少，如果缺少操作系統(tǒng)，用戶不可能上機(jī)使用計(jì)算機(jī)資源。2．操作系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境操作系統(tǒng)是一個(gè)眾多程序模塊的集合。根據(jù)運(yùn)行環(huán)境，這些模塊大致分為3類：第1類是在系統(tǒng)初啟時(shí)便與用戶程序一起主動(dòng)參與并發(fā)運(yùn)行的，如作業(yè)管理程序、輸入輸出程序等。它們由時(shí)鐘中斷、外設(shè)中斷所驅(qū)動(dòng)。第2類是直接面對(duì)用戶態(tài)（亦稱常態(tài)、或目態(tài)）程序的，這是一些“被動(dòng)”地為用戶服務(wù)的程序。這類程序的每一個(gè)模塊都與一條系統(tǒng)調(diào)用指令對(duì)應(yīng)，僅當(dāng)用戶執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用指令時(shí)，對(duì)應(yīng)的程序模塊才被調(diào)用、被執(zhí)行。系統(tǒng)調(diào)用指令的執(zhí)行是經(jīng)過陷入中斷機(jī)構(gòu)處理的。因此從這個(gè)意義上說，第2類程序也是由中斷驅(qū)動(dòng)的。第3類是那些既不主動(dòng)運(yùn)行也不直接面對(duì)用戶程序的、隱藏在操作系統(tǒng)內(nèi)部的、由前2類程序調(diào)用的模塊。既然前2類程序是由中斷驅(qū)動(dòng)的，那么第3類程序也是由中斷驅(qū)動(dòng)的。應(yīng)當(dāng)注意，操作系統(tǒng)本身的代碼運(yùn)行在核心態(tài)（亦稱管態(tài)、特態(tài)）。從用戶態(tài)進(jìn)入核心態(tài)的惟一途徑是中斷。

操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第8頁。1.2操作系統(tǒng)的功能1.2.2操作系統(tǒng)的特征操作系統(tǒng)具有五大特征，其中前兩項(xiàng)是操作系統(tǒng)的基本特征，不具備這兩項(xiàng)的管理程序不能被稱為操作系統(tǒng)。

1．并發(fā)性2．共享性

3．虛擬性4．異步性5．可重構(gòu)性操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第9頁。1.2操作系統(tǒng)的功能1.2.3操作系統(tǒng)的功能

從資源管理的角度看，操作系統(tǒng)主要功能分四大模塊，包括處理機(jī)管理，存儲(chǔ)器管理，設(shè)備管理，文件、作業(yè)管理、通信事務(wù)管理。此外，為了方便用戶使用操作系統(tǒng)，還給用戶提供了一個(gè)友好的用戶接口。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第10頁。1.2操作系統(tǒng)的功能1.2.4操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式

1．模塊化結(jié)構(gòu)2．層次化結(jié)構(gòu)3．微內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)4．客戶/服務(wù)器模式5．對(duì)象模式6．對(duì)稱多處理模式操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第11頁。1.2操作系統(tǒng)的功能1.2.5操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范1．系統(tǒng)效率系統(tǒng)效率是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)。它包括資源利用率（高）、吞吐量（大）、周轉(zhuǎn)時(shí)間（短）及響應(yīng)時(shí)間（少）等。2．系統(tǒng)可靠性系統(tǒng)可靠性是指系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)、診斷和恢復(fù)硬件與軟件故障的能力。可以通過以下三個(gè)指標(biāo)說明。可靠性R(Reliability)：通常用系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間MTBF(MeanTimeFailures)來度量。指系統(tǒng)能正常工作的平均時(shí)間值。R越大，系統(tǒng)可靠性越高?？删S護(hù)性S(Serviceability)：通常用平均故障修復(fù)時(shí)間MTRF(MeanTimeRepairFault)來度量。指從故障發(fā)生到故障修復(fù)所需要的平均時(shí)間。S越小，系統(tǒng)可修復(fù)能力越強(qiáng)，可維護(hù)性越高。可用性A(Availability)：指系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)時(shí)間內(nèi)，能正常工作的概率。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第12頁。1.2操作系統(tǒng)的功能3．可移植性可移植性是指把一個(gè)操作系統(tǒng)從一種硬件環(huán)境移植到另一種硬件環(huán)境時(shí)，系統(tǒng)仍能正常工作的能力。操作系統(tǒng)發(fā)生移植時(shí)，代碼修改的量越小，系統(tǒng)效率越高。4．可伸縮性可伸縮性是指操作系統(tǒng)對(duì)添加軟、硬件資源的適應(yīng)能力，尤其是指可添加到硬件中的CPU資源的能力。亦即操作系統(tǒng)可運(yùn)行在不同種類的計(jì)算機(jī)上，例如從原來的單處理機(jī)擴(kuò)充到多處理機(jī)的系統(tǒng)上，操作系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。5．兼容性它主要指軟件的兼容性，是操作系統(tǒng)能夠執(zhí)行為其他版本操作系統(tǒng)或?yàn)閷偻幌盗械脑缙诎姹静僮飨到y(tǒng)所編寫的軟件的能力。6．安全性安全性是指操作系統(tǒng)應(yīng)具有一定的安全保護(hù)措施，包括保護(hù)和保密。諸如密碼設(shè)置、賬號(hào)檢查、系統(tǒng)接入檢測(cè)、各用戶資源分配和資源保護(hù)、用戶的資源不受他人侵犯等。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第13頁。1.3操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展

1.3.1操作系統(tǒng)的分類1．批處理操作系統(tǒng)

批處理操作系統(tǒng)是一種早期的大型機(jī)用操作系統(tǒng)。批處理出現(xiàn)的目的在于提高系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)的吞吐量，現(xiàn)代操作系統(tǒng)大都具有批處理功能。（1）單道批量處理系統(tǒng)單道批處理系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的雛形。優(yōu)點(diǎn)是：①自動(dòng)性。順利情況下，磁帶上的作業(yè)可一個(gè)接一個(gè)地運(yùn)行，無需人工干預(yù)。②順序性。按進(jìn)入磁帶的順序進(jìn)入主存。③單道性。主存中只有一個(gè)作業(yè)在運(yùn)行。缺點(diǎn)是：一次只能運(yùn)行一個(gè)作業(yè)，這對(duì)于昂貴的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來說，資源的利用率就顯得有點(diǎn)低了。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第14頁。1.3操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展（2）多道批處理系統(tǒng)多道批處理系統(tǒng)，就是在外存中存在有大量作業(yè)，并將這些作業(yè)按一定要求排成隊(duì)列，從這些隊(duì)列中，選出幾個(gè)作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存多道運(yùn)行。當(dāng)有作業(yè)運(yùn)行完成退出系統(tǒng)時(shí)，就自動(dòng)從作業(yè)隊(duì)列中選取若干作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存，從而使作業(yè)批量運(yùn)行，而無需人工干預(yù)。在OS中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)可帶來以下好處：①提高CPU的利用率。②可提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率。③增加系統(tǒng)吞吐量。多道批處理系統(tǒng)的特征：多道性、無序性、調(diào)度性。

多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大、平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)、無交互能力。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第15頁。1.3操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展2．分時(shí)操作系統(tǒng)

分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題是及時(shí)接收、及時(shí)處理。一般采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方式，使一臺(tái)計(jì)算機(jī)為多個(gè)終端用戶服務(wù)，能保證足夠快的響應(yīng)時(shí)間，并提供交互會(huì)話能力。因此它具有下述特點(diǎn)：（1）交互性。（2）及時(shí)性。（3）多用戶同時(shí)性。（4）獨(dú)立性。分時(shí)系統(tǒng)技術(shù)為現(xiàn)代操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，也為網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來開辟了新路。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第16頁。1.3操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展3．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)是另外一類聯(lián)機(jī)的操作系統(tǒng)。它主要隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)信息處理領(lǐng)域中而發(fā)展起來的。所謂“實(shí)時(shí)”就是表示要“及時(shí)”，實(shí)時(shí)系統(tǒng)就是指系統(tǒng)能及時(shí)（或即時(shí)）響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。

實(shí)時(shí)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是提供即時(shí)響應(yīng)和高可靠性，往往具有一定的專用性。實(shí)時(shí)系統(tǒng)在一般領(lǐng)域具有五個(gè)獨(dú)特的要求：決定性、響應(yīng)性、用戶控制、可靠性和弱失效操作。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特征為多路性、獨(dú)立性、及時(shí)性、交互性、高可靠性。實(shí)時(shí)系統(tǒng)與批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)相比，資源的利用率可能較低。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第17頁。1.3操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)是有區(qū)別的，主要是：（1）分時(shí)系統(tǒng)提供一種隨時(shí)可供多個(gè)用戶使用的、通用性很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程，用戶與系統(tǒng)之間具有較強(qiáng)的交互作用或會(huì)話能力；而實(shí)時(shí)系統(tǒng)的交互作用能力相對(duì)來說較差。一般地，實(shí)時(shí)系統(tǒng)是具有特殊用途的專用系統(tǒng)，僅允許終端操作員訪問數(shù)量有限的專用程序，即命令較簡(jiǎn)單，操作員不能書寫程序或修改一組已存在的程序。（2）分時(shí)系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求是以人們能接受的等待時(shí)間為依據(jù)的，其數(shù)量級(jí)通常規(guī)定為秒；而實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間一般有嚴(yán)格要求，它是以控制過程或信息處理過程所能接受的延遲來確定的，數(shù)量級(jí)可達(dá)毫秒，甚至微秒級(jí)。（3）雖然分時(shí)系統(tǒng)也要求系統(tǒng)可靠，但實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)可靠性的要求更高。因?yàn)閷?shí)時(shí)系統(tǒng)控制、管理的目標(biāo)往往是重要的經(jīng)濟(jì)、軍事、商業(yè)目標(biāo)，而且需要現(xiàn)場(chǎng)立即進(jìn)行處理，任何差錯(cuò)都可能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至引發(fā)災(zāi)難性的后果。因此，在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中必須采取相應(yīng)的硬件和軟件措施來提高系統(tǒng)的可靠性，如硬件往往采取雙機(jī)工作方式，軟件加入多種安全保護(hù)措施等。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第18頁。1.3操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展4．通用操作系統(tǒng)批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的三種基本類型，在此基礎(chǔ)上又發(fā)展了具有多種類型操作特征的操作系統(tǒng)，稱為通用操作系統(tǒng)。它可以同時(shí)兼有批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)處理和多重處理的功能，或其中兩種以上的功能。5．個(gè)人計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)是一聯(lián)機(jī)的交互式的單用戶操作系統(tǒng)，它提供的聯(lián)機(jī)交互功能與通用分時(shí)系統(tǒng)所提供的十分相似。6．網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通過通信設(shè)施將物理上分散的具有自治功能的多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來，實(shí)現(xiàn)具有網(wǎng)絡(luò)通信、資源管理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理和相互操作能力功能的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為星形網(wǎng)絡(luò)、樹形網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照地域范圍又可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)。配置在網(wǎng)絡(luò)上的操作系統(tǒng)就是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的研制開發(fā)是在原來各自計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的各個(gè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)，包括網(wǎng)絡(luò)管理、通信、資源共享、系統(tǒng)安全和多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)等。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第19頁。1.3操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展7．分布式操作系統(tǒng)

所謂分布式處理系統(tǒng)，是指由多個(gè)分散的處理單元，經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)的連接而形成的系統(tǒng)。其中，每個(gè)處理單元既具有高度的自治性，又相互協(xié)同，能在系統(tǒng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源管理、動(dòng)態(tài)地分配任務(wù)，并能并行地運(yùn)行分布式程序。分布式系統(tǒng)中的各項(xiàng)系統(tǒng)工作對(duì)用戶來說完全透明。分布式操作系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的功能，是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級(jí)形式，比網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)更有特色、更有優(yōu)點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)在于它的分布式，這種分布式可以以較低成本獲得較高的運(yùn)算性能。而分布式的可靠性又是其他系統(tǒng)所望塵莫及的，在一個(gè)CPU出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常工作，并不影響整個(gè)任務(wù)的運(yùn)行，只是速度略慢一些。這種高可靠性環(huán)境，特別適用于高新技術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)代操作系統(tǒng)將分布式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)統(tǒng)稱為分布式操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第20頁。1.3操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展1.3.2操作系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)入20世紀(jì)80年代，大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的飛躍發(fā)展，微處理機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，掀起了計(jì)算機(jī)大發(fā)展、大普及的浪潮。一方面迎來了個(gè)人操作系統(tǒng)的時(shí)代，另一方面又向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式處理、巨型計(jì)算機(jī)和智能化方向發(fā)展，操作系統(tǒng)有了進(jìn)一步發(fā)展。1．大型機(jī)操作系統(tǒng)2．服務(wù)器操作系統(tǒng)

3．多處理機(jī)操作系統(tǒng)4．個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

5．實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)6．嵌入式操作系統(tǒng)7．智能卡操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第21頁。1.3操作系統(tǒng)的分類和發(fā)展1.3.3操作系統(tǒng)的實(shí)例

隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，面向個(gè)人使用的微型計(jì)算機(jī)得到了極大的發(fā)展和普及，微機(jī)操作系統(tǒng)也得以發(fā)展。早期微機(jī)操作系統(tǒng)基本上是單用戶系統(tǒng)。所有資源采用獨(dú)占方式。微機(jī)操作系統(tǒng)通常提供較強(qiáng)的文件管理功能，通過命令解釋器支持用戶以交互方式使用計(jì)算機(jī)，微機(jī)操作系統(tǒng)隨著微機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)向多用戶多任務(wù)系統(tǒng)及多媒體方向發(fā)展，為計(jì)算機(jī)走向千家萬戶，遍及各行各業(yè)、深入各個(gè)領(lǐng)域打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

較典型的微機(jī)操作系統(tǒng)MS-DOS、Windows、UNIX、Linux的運(yùn)行環(huán)境可以通過實(shí)際的操作進(jìn)行了解和掌握。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第22頁。1.4操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1.4.1操作系統(tǒng)開發(fā)與升級(jí)1．交叉開發(fā)（1）建立交叉開發(fā)環(huán)境，主要包括五方面：①目標(biāo)機(jī)：操作系統(tǒng)將運(yùn)行的機(jī)器；②工作機(jī)：開發(fā)操作系統(tǒng)的機(jī)器；③交叉編譯：在工作機(jī)上將源代碼編譯成目標(biāo)機(jī)可運(yùn)行代碼；④模擬調(diào)試工具：在工作機(jī)上模擬執(zhí)行目標(biāo)機(jī)代碼；⑤內(nèi)核生成環(huán)境：工作機(jī)上編譯鏈接工具。（2）在交叉環(huán)境開發(fā)后到目標(biāo)機(jī)運(yùn)行。2．增量開發(fā)在已有操作系統(tǒng)上作內(nèi)核,驅(qū)動(dòng)程序更新和升級(jí)。增量開發(fā)體現(xiàn)在“更新”上，主要包括四方面：①編譯系統(tǒng)更新和升級(jí)；②內(nèi)核調(diào)試器更新和升級(jí)；③內(nèi)核生成環(huán)境更新和升級(jí)；④打包工具(生成driver，boot盤，系統(tǒng)安裝盤)更新和升級(jí)。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第23頁。1.4操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)1.4.2操作系統(tǒng)的安裝1.4.3系統(tǒng)啟動(dòng)與關(guān)機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第24頁。范立南劉颯編著北京大學(xué)出版社操作系統(tǒng)實(shí)用教程第2章linux操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第25頁。第2章linux操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1Linux操作系統(tǒng)的概述2.2Linux操作系統(tǒng)的使用操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第26頁。2.1Linux操作系統(tǒng)的概述2.1.1Linux操作系統(tǒng)的歷史

Linux可以看做是Unix系統(tǒng)的一種。它具有最新Unix的全部功能包括真正的多任務(wù)、虛擬存儲(chǔ)、共享庫函數(shù)、即時(shí)負(fù)載、優(yōu)越的存儲(chǔ)管理和TCP／IP、UUCP網(wǎng)絡(luò)工具。

Linux系統(tǒng)及其發(fā)展均符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)。其內(nèi)核支持Ethernet、PPP、SLIP、NFS、AX．25、IPX／SPX（Novell)、NCP(Novell)等網(wǎng)絡(luò)類型。系統(tǒng)應(yīng)用包括telnet、ftp、mail、gopher、talk、term、news等全套Unix工具包。此外還具有x圖形庫，以及xterm、fvwm、xxgdb、mosaic、xv、xman等全部X-Window應(yīng)用程序。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第27頁。2.1Linux操作系統(tǒng)的概述目前比較流行的幾個(gè)Linux版本有：SlackwareLinux：這是最早出現(xiàn)的Linux發(fā)行版本。它比較適合有經(jīng)驗(yàn)的Linux老手，對(duì)于那些想學(xué)習(xí)系統(tǒng)是怎么工作的并想安裝和編譯他們自己的軟件的人來說這是最好的。不過，現(xiàn)在使用這一版本的人越來越少了。不建議大家使用。RedHatLinux：這是最風(fēng)行的一種發(fā)行版本。其因?yàn)椴捎靡粋€(gè)頭帶紅帽子的人作為吉祥物而得名的。它一度成為L(zhǎng)inux的代名詞。它支持的硬件平臺(tái)多，具有優(yōu)秀的安裝界面、獨(dú)特的RPM升級(jí)方式、豐富的軟件包、并且安全性能好、系統(tǒng)管理界面便捷。DebianLinux：這是由自由軟件基金會(huì)發(fā)行的，是完全由網(wǎng)絡(luò)上的Linux愛好者負(fù)責(zé)維護(hù)的發(fā)行版本。軟件極豐富，升級(jí)容易，軟件間聯(lián)系強(qiáng)，安全性較佳。不過該發(fā)行版本更新太頻繁，不易把握。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第28頁。2.1Linux操作系統(tǒng)的概述2.1.2Linux操作系統(tǒng)的特點(diǎn)

1．自由開放的源代碼2．真正的多用戶多任務(wù)系統(tǒng)3．良好的用戶界面4．強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能5．可靠的系統(tǒng)安全6．良好的可移植性7．完整的開發(fā)平臺(tái)8．與UNIX兼容操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第29頁。2.1Linux操作系統(tǒng)的概述2.1.3Linux操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

Linux的基本思想有兩點(diǎn)：第一，一切都是文件；第二，每個(gè)軟件都有確定的用途，同時(shí)它們都盡可能被編寫得更好。其中第一條詳細(xì)的講就是系統(tǒng)中的所有都?xì)w結(jié)為一個(gè)文件，包括命令、硬件和軟件設(shè)備、操作系統(tǒng)、進(jìn)程等等對(duì)于操作系統(tǒng)內(nèi)核而言，都被視為擁有各自特性或類型的文件。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第30頁。2.1Linux操作系統(tǒng)的概述2.1.4Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核模塊Linux內(nèi)核能夠根據(jù)需要裝載或卸載任意內(nèi)核代碼段。這些可裝載的內(nèi)核模塊運(yùn)行于特權(quán)內(nèi)核模式，所以這些內(nèi)核模塊能夠完全訪問其所運(yùn)行的計(jì)算機(jī)的硬件。Linux環(huán)境下模塊支持體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①模塊管理（modulemanagement）允許該模塊被導(dǎo)入內(nèi)存并能與內(nèi)核的其他模塊進(jìn)行通信。②驅(qū)動(dòng)程序注冊(cè)（driverregistration）允許該模塊告訴其他模塊一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)可以使用。③沖突—解決機(jī)制（conflict-resolutionmechanism）允許不同的設(shè)備驅(qū)動(dòng)器保留硬件資源，并且保護(hù)那些被其他驅(qū)動(dòng)器突發(fā)使用的資源。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第31頁。2.2Linux操作系統(tǒng)的使用

2．2．1Linux系統(tǒng)引導(dǎo)系統(tǒng)的引導(dǎo)過程是指計(jì)算機(jī)啟動(dòng)時(shí)，由系統(tǒng)BIOS以及操作系統(tǒng)引導(dǎo)程序?qū)⒉僮飨到y(tǒng)內(nèi)核可執(zhí)行代碼逐級(jí)裝入內(nèi)存并開始執(zhí)行，直到系統(tǒng)控制臺(tái)顯示“l(fā)ogin：”登錄提示符為止的系統(tǒng)引導(dǎo)階段。在這個(gè)執(zhí)行過程中需要進(jìn)行許多初始化操作以便為用戶提供各種服務(wù)，如編輯文件、打印以及網(wǎng)名服務(wù)等。1．Linux引導(dǎo)程序的基本概念在RedHatLinux裝載系統(tǒng)前，它必須由一個(gè)引導(dǎo)裝載程序（BootLoader，啟動(dòng)管理程序）中的特定指令告訴它去引導(dǎo)系統(tǒng)。這個(gè)程序一般位于系統(tǒng)的主硬盤驅(qū)動(dòng)器或其他知道如何引導(dǎo)Linux內(nèi)核的媒介驅(qū)動(dòng)器上。Linux默認(rèn)選擇GRUB（GRandUnifiedBootloader）作為引導(dǎo)裝載程序。GRUB是一個(gè)多重啟動(dòng)管理器，它可以在多個(gè)操作系統(tǒng)共存時(shí)選擇引導(dǎo)哪個(gè)系統(tǒng)。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第32頁。2.2Linux操作系統(tǒng)的使用2．引導(dǎo)程序菜單界面3．設(shè)置引導(dǎo)程序的密碼

本節(jié)主要講述如何使用以下兩種方法設(shè)置GRUB開啟系統(tǒng)的密碼：一是直接在GRUB配置文件中加密，但此時(shí)設(shè)置的密碼能在GRUB配置文件／etc／grub．conf中直接看到，因而安全性不夠；另一種方法就是通過md5進(jìn)行加密和校驗(yàn)，這種辦法值得推薦，在安全方面能夠得到保證。（1）直接在GRUB配置文件中設(shè)置密碼（2）用md5加密校驗(yàn)GRUB密碼操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第33頁。2.2Linux操作系統(tǒng)的使用4．系統(tǒng)引導(dǎo)的過程下面以RedHat9.0和i386平臺(tái)為例，

當(dāng)用戶打開PC的電源，BIOS開機(jī)自檢，按BIOS中設(shè)置的啟動(dòng)設(shè)備(通常是硬盤)啟動(dòng)，接著啟動(dòng)設(shè)備上安裝的引導(dǎo)程序lilo或grub開始引導(dǎo)Linux，Linux首先進(jìn)行內(nèi)核的引導(dǎo)，接下來執(zhí)行init程序，init程序調(diào)用了rc.sysinit和rc等程序，rc.sysinit和rc當(dāng)完成系統(tǒng)初始化和運(yùn)行服務(wù)的任務(wù)后，返回init；init啟動(dòng)了mingetty后，打開了終端供用戶登錄系統(tǒng)，用戶登錄成功后進(jìn)入了Shell，這樣就完成了從開機(jī)到登錄的整個(gè)啟動(dòng)過程。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第34頁。2.2Linux操作系統(tǒng)的使用2.2.2文件存取權(quán)限和所有權(quán)限每一個(gè)目錄和文件都有一個(gè)所有者、一個(gè)分組和一系列存取權(quán)限。存取權(quán)限本身又分為對(duì)應(yīng)的所有者、分組和全體用戶的幾個(gè)組成部分。文件的存取權(quán)限是使用長(zhǎng)格式化文件列表命令（ls-l）列文件清單時(shí)出現(xiàn)在最左邊的第一數(shù)據(jù)段。這個(gè)數(shù)據(jù)段又可以被分解為10個(gè)標(biāo)志位。1．類型標(biāo)志位存取權(quán)限數(shù)據(jù)段的第一位，或者第一個(gè)字母表示的是這個(gè)項(xiàng)目的類型，許多不同的項(xiàng)目會(huì)用到這個(gè)標(biāo)志位：-—表示該項(xiàng)目是一個(gè)普通文件；d—表示該項(xiàng)目是一個(gè)目錄；l—表示該項(xiàng)目是一個(gè)符號(hào)鏈接；s—表示該項(xiàng)目是一個(gè)可執(zhí)行文件，不論誰都可以像它的所有者那樣調(diào)用它運(yùn)行；c—表示該項(xiàng)目是一個(gè)字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；b—表示該項(xiàng)目是一個(gè)塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第35頁。2.2Linux操作系統(tǒng)的使用2．存取權(quán)限三位組存取權(quán)限的其余部分每三位一組，分為三組。類型位后面的第1個(gè)三位組定義了其所有者的存取權(quán)限。第2個(gè)三位組定義了其所在分組的存取權(quán)限；第3個(gè)三位組則說明了系統(tǒng)上任何人的存取權(quán)限。從上面的介紹可以看出，認(rèn)真設(shè)置這些標(biāo)志位是非常重要的。3．解讀三位組解讀各個(gè)三位組的方法是完全一樣的。每一個(gè)三位組是由3個(gè)不同的數(shù)據(jù)位組成的：①讀標(biāo)志位（r）②寫標(biāo)志位（w）③執(zhí)行標(biāo)志位（x）這些標(biāo)志位永遠(yuǎn)都按照同一個(gè)順序顯示為rwx的形式。區(qū)別某個(gè)標(biāo)志位是處于允許（on）還是禁止(off)的狀態(tài)就要看該標(biāo)志位是顯示為一個(gè)字母還是一個(gè)連字符(-)。舉例來說，在rw-存取權(quán)限數(shù)據(jù)段表示讀標(biāo)志位在允許狀態(tài)、寫標(biāo)志位在允許狀態(tài)，但是執(zhí)行標(biāo)志位就是禁止?fàn)顟B(tài)。所以這個(gè)三位組就表示具有讀和寫的權(quán)限，但是沒有可執(zhí)行權(quán)限。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第36頁。2.2Linux操作系統(tǒng)的使用2.2.3常用命令

查詢命令說明的man命令、列出文件列表的ls命令、切換目錄的cd命令、建立目錄的mkdir命令、刪除目錄的rmdir命令、拷貝文件的cp命令、刪除文件或目錄的rm命令…操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第37頁。2.2Linux操作系統(tǒng)的使用2.2.4vi的用法

任何計(jì)算機(jī)用戶最常做的事之一就是創(chuàng)建和編輯文件，包括文檔、報(bào)告和文字等。在Linux/Unix操作系統(tǒng)中vi是一個(gè)有效的、相對(duì)簡(jiǎn)單的全屏幕編輯。使用vi，只要知道少量基本命令，然后，就能逐步擴(kuò)大應(yīng)用能力，去使用大量更復(fù)雜的命令。2.2.5實(shí)例——Linux運(yùn)行一個(gè)用戶程序操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第38頁。范立南劉颯編著北京大學(xué)出版社操作系統(tǒng)實(shí)用教程第3章進(jìn)程管理操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第39頁。第3章進(jìn)程管理

3.1并發(fā)控制3.2進(jìn)程的定義和特征3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)3.4線程模型3.5Linux的進(jìn)程管理操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第40頁。3.1并發(fā)控制3.1.1多道程序設(shè)計(jì)1．程序的順序執(zhí)行（1）順序性處理機(jī)的操作嚴(yán)格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行。程序中一條指令的執(zhí)行結(jié)束是下一條指令開始執(zhí)行的充分必要條件。（2）封閉性程序是在封閉的環(huán)境下執(zhí)行的。即程序運(yùn)行時(shí)獨(dú)占全機(jī)資源，資源的狀態(tài)（除初始狀態(tài)外）只有本程序才能改變它，其執(zhí)行結(jié)果不受外界因素的影響。（3）可再現(xiàn)性只要程序執(zhí)行時(shí)的環(huán)境和初始條件相同的情況下，程序執(zhí)行的最終結(jié)果與執(zhí)行過程中向前推進(jìn)的速度無關(guān)。多次重復(fù)執(zhí)行該程序都將獲得相同的結(jié)果。

程序順序執(zhí)行的以上三個(gè)特點(diǎn)，為程序員在單道環(huán)境下檢測(cè)和校正程序的錯(cuò)誤帶來了極大的方便。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第41頁。3.1并發(fā)控制I1C1P1I2C2P2圖3-1程序的順序執(zhí)行2．前趨圖前趨圖(PrecedenceGraph)是一個(gè)有向無循環(huán)圖，通常被記為DAG(DirectedAcyclicGraph)。它用于描述進(jìn)程之間執(zhí)行的前后關(guān)系，圖中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)可用于表示一個(gè)程序段或進(jìn)程，乃至是一條語句；圖中的每一條有向邊表示相鄰結(jié)點(diǎn)之間的前趨關(guān)系（PrecedenceRelation），也稱偏序（PartialOrder）關(guān)系，記為Si→Sj，即Sj僅在Si執(zhí)行完成后才能開始執(zhí)行，稱Sj是Si直接后繼，而稱Si是Sj的直接前趨。此外，圖中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)還具有一個(gè)重量（Weight），用來表示該結(jié)點(diǎn)所含有的程序量或結(jié)點(diǎn)執(zhí)行所需的時(shí)間。示例程序順序執(zhí)行過程的圖3-1就是一個(gè)簡(jiǎn)單的前趨圖。注意，前趨圖中必須不存在循環(huán)。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第42頁。3.1并發(fā)控制圖3-2示出了輸入、計(jì)算和打印這三個(gè)程序?qū)σ慌鳂I(yè)進(jìn)行處理的情況。圖3-2并發(fā)執(zhí)行時(shí)的前趨圖操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第43頁。3.1并發(fā)控制3.1.2程序的并發(fā)執(zhí)行對(duì)于具有下述四條語句的程序段:Sl：a:=x+2S2：b:=y+4S3：C:=a+bS4：d:=c+b可畫出圖3-3所示的前趨關(guān)系可以看出：

S3必須在a和b被賦值后方能執(zhí)行；S4必須在S3之后執(zhí)行；但S1和S2則可以并發(fā)執(zhí)行，因?yàn)樗鼈儽舜嘶ゲ灰蕾嚒?/p>

圖3-3四條語句的前趨關(guān)系操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第44頁。3.1并發(fā)控制根據(jù)前趨圖可以較為直觀的描述多道環(huán)境中的各個(gè)程序的相互次序，了解到哪些程序是可以并發(fā)執(zhí)行的。但是，由于多道環(huán)境下的并發(fā)程序共享了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的各種軟、硬件資源，所以使得并發(fā)程序的執(zhí)行產(chǎn)生了與程序的順序執(zhí)行不同的新特性。程序并發(fā)執(zhí)行的特點(diǎn)如下：1．失去程序的封閉性和可再現(xiàn)性2．并發(fā)程序之間具有相互制約關(guān)系3．程序與程序的執(zhí)行不再意一一對(duì)應(yīng)4．獨(dú)立性

操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第45頁。3.2進(jìn)程的定義和特征3.2.1進(jìn)程的定義進(jìn)程是可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過程，它是系統(tǒng)資源分配與調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第46頁。3.2進(jìn)程的定義和特征3.2.2進(jìn)程的特征進(jìn)程具有以下五大特征。1．動(dòng)態(tài)性2．并發(fā)性3．獨(dú)立性4．異步性5．結(jié)構(gòu)性操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第47頁。3.2進(jìn)程的定義和特征3.2.3進(jìn)程與程序的區(qū)別和聯(lián)系

進(jìn)程和程序是兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念。進(jìn)程與程序的區(qū)別和聯(lián)系可以簡(jiǎn)述如下：（1）進(jìn)程是程序的執(zhí)行過程，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念；而程序是完成某特定功能的指令的有序集合，是一個(gè)靜態(tài)的概念。（2）進(jìn)程具有并發(fā)性、獨(dú)立性和異步性，而程序不具備這些特征。（3）進(jìn)程是具有結(jié)構(gòu)的。為了描述進(jìn)程的運(yùn)行變化過程，操作系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程提供了一個(gè)特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表格：PCB表。進(jìn)程包括程序、數(shù)據(jù)和記錄進(jìn)程狀態(tài)信息的進(jìn)程控制塊PCB組成。（4）進(jìn)程和程序并非是一一對(duì)應(yīng)的。即一個(gè)程序可以對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程，一個(gè)進(jìn)程也可以包含多個(gè)程序。多個(gè)進(jìn)程可以對(duì)應(yīng)同一個(gè)程序，但它們又是彼此分離的多個(gè)執(zhí)行序列。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第48頁。3.2進(jìn)程的定義和特征3.2.4進(jìn)程與作業(yè)的區(qū)別一個(gè)進(jìn)程是一個(gè)程序?qū)δ硞€(gè)數(shù)據(jù)集的執(zhí)行過程，是分配資源的基本單位。作業(yè)是用戶需要計(jì)算機(jī)完成某項(xiàng)任務(wù)，而要求計(jì)算機(jī)所做工作的集合。一個(gè)作業(yè)的完成要經(jīng)過作業(yè)提交、作業(yè)收容（后備）、作業(yè)執(zhí)行和作業(yè)完成4個(gè)階段。而進(jìn)程是已提交完畢的程序所執(zhí)行過程的描述，是資源分配的基本單位。其主要區(qū)別如下：（1）作業(yè)是用戶向計(jì)算機(jī)提交任務(wù)的任務(wù)實(shí)體。在用戶向計(jì)算機(jī)提交作業(yè)之后，系統(tǒng)將它放入外存中的作業(yè)等待隊(duì)列中等待執(zhí)行。而進(jìn)程則是完成用戶任務(wù)的執(zhí)行實(shí)體，是向系統(tǒng)申請(qǐng)分配資源的基本單位。任一進(jìn)程，只要它被創(chuàng)建，總有相應(yīng)的部分存在于內(nèi)存中。（2）一個(gè)作業(yè)可由多個(gè)進(jìn)程組成。且必須至少由一個(gè)進(jìn)程組成，但反過來不成立。（3）作業(yè)的概念主要用在批處理系統(tǒng)中。分時(shí)系統(tǒng)中沒有作業(yè)的概念。進(jìn)程的概念幾乎用在所有的多道程序系統(tǒng)中。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第49頁。3.2進(jìn)程的定義和特征3.2.5操作系統(tǒng)與進(jìn)程的控制執(zhí)行1．內(nèi)核和微核

操作系統(tǒng)的內(nèi)核（kernel）是基于硬件的第1層軟件，它包含管理并發(fā)活動(dòng)的基本程序，而這些基本程序本身最好不是并發(fā)執(zhí)行的。目前商用操作系統(tǒng)內(nèi)核包括進(jìn)程控制、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、進(jìn)程同步、中斷處理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊、時(shí)鐘管理等。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第50頁。3.2進(jìn)程的定義和特征對(duì)傳統(tǒng)的內(nèi)核模塊進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)能剝離與硬件無關(guān)的代碼，使操作系統(tǒng)最基本的功能放在一個(gè)小核心中，其他功能盡量放到核外，通過調(diào)用小核心來實(shí)現(xiàn)，這就是當(dāng)今流行的微核技術(shù)。這樣的小核心稱為微核（microkernel）或微內(nèi)核，它僅提供四類小型服務(wù)：①進(jìn)程間通信（IPC，InterProcessCommunication）；②底層輸入輸出；③有限調(diào)度和有限進(jìn)程控制；④最低級(jí)的存儲(chǔ)管理。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第51頁。3.2進(jìn)程的定義和特征微核的代碼量大體控制在10KB～100KB之間。微核是對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)核涵義的回歸與進(jìn)一步提煉，它有四種優(yōu)點(diǎn)：（1）簡(jiǎn)化了代碼的維護(hù)工作（2）系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險(xiǎn)很?。?）方便于移植（4）靈活性操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第52頁。3.2進(jìn)程的定義和特征2．進(jìn)程控制原語內(nèi)核或微核提供核外調(diào)用的過程或函數(shù)稱為原語（primitive）。原語是一段用機(jī)器指令編寫的完成特定功能的程序，在執(zhí)行過程中不允許中斷，所以原語是常駐內(nèi)存的。原語和系統(tǒng)調(diào)用（systemcall）在調(diào)用的語法形式上相同，但系統(tǒng)調(diào)用在執(zhí)行期間允許中斷而原語不行。系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)過程可能使用了原語，但原語的實(shí)現(xiàn)絕不會(huì)使用系統(tǒng)調(diào)用。在進(jìn)程管理的過程中使用了各種功能的原語：·建立一個(gè)進(jìn)程的原語·撤消一個(gè)進(jìn)程的原語·掛起一個(gè)進(jìn)程的原語·解除掛起進(jìn)程的原語·改變優(yōu)先數(shù)的原語·阻塞一個(gè)進(jìn)程的原語·喚醒一個(gè)進(jìn)程的原語·調(diào)度進(jìn)程運(yùn)行的原語操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第53頁。3.2進(jìn)程的定義和特征3．操作系統(tǒng)得到控制與進(jìn)程間的開關(guān)4．操作系統(tǒng)的執(zhí)行方式（1）非進(jìn)程的內(nèi)核方式（2）在用戶進(jìn)程內(nèi)部執(zhí)行（3）操作系統(tǒng)進(jìn)程方式操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第54頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)3.3.1進(jìn)程控制塊PCB1．進(jìn)程控制塊的定義進(jìn)程控制塊PCB是系統(tǒng)為了描述和控制進(jìn)程的運(yùn)行而為進(jìn)程定義的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它包含了有關(guān)進(jìn)程的描述信息、控制信息和資源信息，是進(jìn)程動(dòng)態(tài)特征的集中反映。一個(gè)進(jìn)程的進(jìn)程控制塊結(jié)構(gòu)是全部或部分常駐內(nèi)存的。為了便于管理，系統(tǒng)將所有的進(jìn)程控制塊形成一個(gè)結(jié)構(gòu)數(shù)組（稱為PCB表），放在操作系統(tǒng)常駐區(qū)內(nèi)。2．進(jìn)程控制塊的作用（1）PCB使一個(gè)在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序，成為一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，一個(gè)能與其他進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程。這也是進(jìn)程的并發(fā)性和獨(dú)立性的含義。（2）標(biāo)識(shí)進(jìn)程的存在。操作系統(tǒng)是通過進(jìn)程的進(jìn)程控制塊感知相應(yīng)進(jìn)程的存在的，也可以說，進(jìn)程控制塊是進(jìn)程存在的惟一標(biāo)識(shí)。當(dāng)系統(tǒng)創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)，PCB被創(chuàng)建；當(dāng)系統(tǒng)撤消進(jìn)程時(shí)，PCB被收回。（3）PCB提供了系統(tǒng)在控制和管理進(jìn)程時(shí)所需的一切信息。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第55頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)3．進(jìn)程控制塊中的內(nèi)容在進(jìn)程控制塊PCB中，主要包含有以下用以描述和管理控制進(jìn)程的信息以及相關(guān)的資源信息等。（1）進(jìn)程標(biāo)識(shí)符信息①內(nèi)部標(biāo)識(shí)符。②外部標(biāo)識(shí)符。（2）進(jìn)程調(diào)度信息①進(jìn)程狀態(tài)。②進(jìn)程優(yōu)先級(jí)。③進(jìn)程調(diào)度相關(guān)信息。（3）處理機(jī)狀態(tài)信息（4）進(jìn)程控制信息①程序和數(shù)據(jù)地址。②進(jìn)程同步和通信機(jī)制。③進(jìn)程資源清單。④進(jìn)程鏈接字。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第56頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)3.3.2進(jìn)程上下文進(jìn)程的靜態(tài)描述由進(jìn)程控制塊PCB、有關(guān)程序段和數(shù)據(jù)集組成。進(jìn)程上下文實(shí)際上是進(jìn)程執(zhí)行活動(dòng)全過程的靜態(tài)描述。具體地說，進(jìn)程上下文包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中與執(zhí)行該進(jìn)程有關(guān)的各種寄存器（例如通用寄存器、程序計(jì)數(shù)器PC、程序狀態(tài)字寄存器PSW等）的值、程序段在經(jīng)過編譯之后形成的機(jī)器指令代碼集（或稱正文段）、數(shù)據(jù)集及各種堆棧值和PCB結(jié)構(gòu)（如圖3-6所示）。圖3-6進(jìn)程上下文結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第57頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)

進(jìn)程上下文可按一定的執(zhí)行層次組合，例如用戶級(jí)上下文、系統(tǒng)級(jí)上下文等。顯然，一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行是在該進(jìn)程的上下文中執(zhí)行，而當(dāng)系統(tǒng)調(diào)度新進(jìn)程占有處理機(jī)時(shí)，新老進(jìn)程的上下文發(fā)生轉(zhuǎn)換。在UNIX系統(tǒng)V中，進(jìn)程的上下文由3部分組成：用戶級(jí)上下文，系統(tǒng)級(jí)上下文，寄存器上下文。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第58頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)3.3.3進(jìn)程三態(tài)轉(zhuǎn)換分析1．就緒狀態(tài)（Ready）當(dāng)進(jìn)程已分配到了除CPU以外的所有必需資源，只要再獲得CPU便可立即執(zhí)行，此時(shí)的進(jìn)程狀態(tài)稱為就緒狀態(tài)。在一個(gè)多道程序系統(tǒng)中，可以有多個(gè)進(jìn)程處于就緒狀態(tài)。為了便于管理，一般把它們組織成一個(gè)隊(duì)列，稱為就緒隊(duì)列。2．執(zhí)行狀態(tài)（Running）正在CPU上運(yùn)行的進(jìn)程狀態(tài)稱為執(zhí)行狀態(tài)。顯然，在一個(gè)單處理機(jī)系統(tǒng)中，只能有一個(gè)進(jìn)程處于執(zhí)行狀態(tài)；而在多處理機(jī)系統(tǒng)中，則可以有多個(gè)進(jìn)程處于執(zhí)行狀態(tài)。3．阻塞狀態(tài)（Blocked）阻塞狀態(tài)又稱為等待狀態(tài)，當(dāng)一個(gè)正在CPU上執(zhí)行的進(jìn)程，因等待某事件發(fā)生而暫時(shí)無法執(zhí)行時(shí)，便放棄CPU而處于阻塞狀態(tài)。處于阻塞狀態(tài)的進(jìn)程在邏輯上是不可運(yùn)行的，即使CPU空閑也不能占有CPU。如果進(jìn)程處于以上三種基本狀態(tài)之一，則進(jìn)程存在于內(nèi)存。

操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第59頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)4．新狀態(tài)（New）該狀態(tài)是一個(gè)進(jìn)程剛剛被建立，但還未將其送入就緒隊(duì)列時(shí)的狀態(tài)。5．終止?fàn)顟B(tài)（Terminated）當(dāng)一個(gè)進(jìn)程以正?；虍惓７绞浇Y(jié)束運(yùn)行，操作系統(tǒng)就將它從就緒隊(duì)列中移出，但尚未撤消它的狀態(tài)。6．掛起狀態(tài)（Suspend）為了有效地利用內(nèi)存，滿足系統(tǒng)和用戶的需要，常常將進(jìn)程靜止下來。也就是說，若進(jìn)程處于執(zhí)行狀態(tài)，則暫停執(zhí)行；若進(jìn)程處于就緒狀態(tài)，則使其暫不接受調(diào)度。此時(shí)的靜止?fàn)顟B(tài)被稱之為掛起狀態(tài)。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第60頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)圖3-7進(jìn)程基本狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖3-8具有掛起狀態(tài)的進(jìn)程狀態(tài)圖操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第61頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)下面選擇一些典型的引起狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件。（1）就緒狀態(tài)-執(zhí)行狀態(tài)處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程一旦被進(jìn)程調(diào)度程序選中后，便可獲得CPU并開始執(zhí)行。這個(gè)事件通常與CPU的調(diào)度策略有關(guān)。（2）執(zhí)行狀態(tài)-就緒狀態(tài)處于執(zhí)行狀態(tài)的進(jìn)程中，當(dāng)分給它的CPU時(shí)間片已用完時(shí)，該進(jìn)程就不得不放棄轉(zhuǎn)去等待下一次時(shí)間片的到來。這個(gè)事件也通常與CPU的調(diào)度策略有關(guān)。（3）執(zhí)行狀態(tài)-阻塞狀態(tài)處于執(zhí)行狀態(tài)的進(jìn)程中，因等待某個(gè)事件的發(fā)生或申請(qǐng)某個(gè)資源而未能得到滿足時(shí)，不得不放棄CPU而處于阻塞狀態(tài)。這個(gè)事件是由執(zhí)行狀態(tài)的進(jìn)程自己主動(dòng)改變的。（4）阻塞狀態(tài)-就緒狀態(tài)在其等待的事件已經(jīng)發(fā)生或申請(qǐng)的資源可以分配時(shí)，又具備執(zhí)行條件，此時(shí)進(jìn)程轉(zhuǎn)為就緒狀態(tài)。這個(gè)事件是由外部事件引起的。事實(shí)上，進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是一個(gè)極其復(fù)雜的過程。一個(gè)進(jìn)程在某一時(shí)刻只能處于某一狀態(tài)，進(jìn)程間狀態(tài)轉(zhuǎn)換并非均是可逆的，主動(dòng)的。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第62頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)3.3.4進(jìn)程的組織進(jìn)程隊(duì)列，指的是把具有相同狀態(tài)的PCB，按照某種原則鏈接在一起組成的隊(duì)列。目前常用的組織方式通常有鏈接方式和索引方式兩種。3.3.5內(nèi)核創(chuàng)建進(jìn)程1．進(jìn)程創(chuàng)建原語（CreatePrimitive）PCB是感知進(jìn)程存在的惟一標(biāo)識(shí)，創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程的主要任務(wù)就是為其建立一個(gè)PCB。一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過程中，使用創(chuàng)建原語（Create-Process）或系統(tǒng)調(diào)用來創(chuàng)建多個(gè)新進(jìn)程。創(chuàng)建進(jìn)程稱為父進(jìn)程，而新進(jìn)程稱為子進(jìn)程。

在一個(gè)父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程時(shí)，子進(jìn)程可以從操作系統(tǒng)那里直接獲得必需的資源，也可以只從父進(jìn)程資源子集那里獲得資源。當(dāng)父進(jìn)程在其子進(jìn)程之間分配資源或共享資源時(shí)，需要對(duì)它們加以限制以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。進(jìn)程在創(chuàng)建時(shí)除了獲取必需的各種硬件和軟件資源以外，還能夠從父進(jìn)程那里獲得所需的初始化數(shù)據(jù)（即輸入數(shù)據(jù)）。此外，新進(jìn)程的地址空間通常有兩種可能：子進(jìn)程的地址空間是父進(jìn)程的地址空間的復(fù)制；或者子進(jìn)程的地址空間為另一個(gè)新的程序的地址空間。

操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第63頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)在操作系統(tǒng)中，引起創(chuàng)建進(jìn)程的事件有以下兩種：（1）當(dāng)操作系統(tǒng)為了滿足某用戶的服務(wù)要求，或進(jìn)程調(diào)度程序調(diào)度到某個(gè)作業(yè)并將其裝入內(nèi)存運(yùn)行時(shí)，由系統(tǒng)專門創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程。（2）基于應(yīng)用進(jìn)程（或父進(jìn)程）的需要，由它自己創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程。

無論是由操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，還是由其他進(jìn)程來創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，其基本操作是一樣的。進(jìn)程創(chuàng)建原語的主要操作過程為：（1）向系統(tǒng)申請(qǐng)一個(gè)空閑的PCB，為新進(jìn)程獲得其內(nèi)部標(biāo)識(shí)符i。（2）為新進(jìn)程分配所需的內(nèi)存空間等資源。（3）根據(jù)調(diào)用者提供的參數(shù)，初始化PCB的內(nèi)容（如進(jìn)程內(nèi)部標(biāo)識(shí)符、進(jìn)程的初始狀態(tài)、優(yōu)先級(jí)、內(nèi)存存放的起始地址和所需資源清單等）。（4）若就緒隊(duì)列能夠容納新進(jìn)程，使將新進(jìn)程插入到就緒隊(duì)列。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第64頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)2．進(jìn)程撤消原語（TerminatePrimitive）所謂撤消，是指撤消進(jìn)程存在的標(biāo)志——PCB。此時(shí)，進(jìn)程返回?cái)?shù)據(jù)（輸出）給其父進(jìn)程，所占有的全部資源，包括物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存、訪問的文件和I／0緩沖區(qū)等等的各類資源，都會(huì)被操作系統(tǒng)所釋放。引起進(jìn)程被撤消的事件主要有以下幾種：（1）該進(jìn)程已執(zhí)行完所有任務(wù)而正常終止；（2）由于出現(xiàn)某種錯(cuò)誤和故障而導(dǎo)致異常終止，比如程序越界、算術(shù)運(yùn)算、運(yùn)行超時(shí)或I／0故障等；（3）進(jìn)程應(yīng)外界的請(qǐng)求（如父進(jìn)程請(qǐng)求或終止）而被迫終止。一個(gè)進(jìn)程可以通過適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)調(diào)用（如abort）來終止另一個(gè)進(jìn)程。但通常情況下，只有被終止進(jìn)程的父進(jìn)程才有權(quán)利執(zhí)行這一系統(tǒng)調(diào)用。否則，用戶都可能會(huì)任意地終止自己或他人的作業(yè)。因此，父進(jìn)程需要知道其所有子進(jìn)程的標(biāo)識(shí)符，每有一個(gè)新的進(jìn)程被創(chuàng)建，它的標(biāo)識(shí)符就要傳遞給父進(jìn)程。父進(jìn)程撤銷其子進(jìn)程的原因有很多，如子進(jìn)程使用了超過它所分配到的一些資源；分配給子進(jìn)程的任務(wù)已不再需要；父進(jìn)程撤銷等等。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第65頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程撤消原語的主要操作過程如下：（1）根據(jù)被撤消進(jìn)程的標(biāo)識(shí)符去檢索PCB集合，獲得該進(jìn)程的狀態(tài)。（2）若被撤消進(jìn)程為正處于執(zhí)行狀態(tài)，則應(yīng)立即中止該進(jìn)程的執(zhí)行，并置調(diào)度標(biāo)志為真，用于表明該進(jìn)程被終止后應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)度，選擇新的進(jìn)程并分配處理機(jī)給它。（3）釋放該進(jìn)程所擁有的全部資源，歸還給其父進(jìn)程或系統(tǒng)。（4）把該進(jìn)程的PCB從所在隊(duì)列或鏈表中移出，然后轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度程序。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第66頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)3．進(jìn)程阻塞原語（BlockPrimitive）處于運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程，在其運(yùn)行過程中期待某個(gè)事件發(fā)生：如等待鍵盤輸入，等待磁盤的數(shù)據(jù)傳輸完成，或等待其他進(jìn)程發(fā)送一個(gè)信息等。當(dāng)被等待的事件還沒有發(fā)生時(shí)，進(jìn)程執(zhí)行阻塞原語，由運(yùn)行態(tài)變?yōu)樽枞麘B(tài)。4．進(jìn)程喚醒原語（WakcupPrimitive）當(dāng)某進(jìn)程期待的事件到來時(shí)，根據(jù)等待事件的不同，可分以下兩種情況進(jìn)行討論。①當(dāng)進(jìn)程期待的事件是等待輸入／輸出完成時(shí)，在輸入／輸出完成后，由硬件設(shè)備提出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷，暫停當(dāng)前進(jìn)程的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去進(jìn)行中斷處理。在中斷處理中，檢查有無等待該輸入／輸出完成的進(jìn)程。若有，則將該進(jìn)程從等待隊(duì)列抽出，將其由阻塞態(tài)置為就緒態(tài)，插入就緒隊(duì)列。然后結(jié)束中斷處理，或者返回被中斷進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，或者轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度，重選一個(gè)進(jìn)程投入運(yùn)行。②若期待的事件是等待某進(jìn)程發(fā)送一個(gè)信息，當(dāng)信息發(fā)送給該等待進(jìn)程時(shí)，由發(fā)送進(jìn)程把該等待進(jìn)程喚醒，且將其由阻塞態(tài)置為就緒態(tài)，插入就緒隊(duì)列即可。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第67頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)5．進(jìn)程掛起原語（SuspendPrimitive）在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，根據(jù)實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的需要，通常引入掛起原語和解掛（激活）原語，以便將正執(zhí)行的或沒有執(zhí)行的進(jìn)程掛起一段時(shí)間。此時(shí)被掛起的進(jìn)程由活動(dòng)狀態(tài)變?yōu)殪o止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)執(zhí)行的條件成熟時(shí)再將它解掛而變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)。只有處于活動(dòng)狀態(tài)的進(jìn)程才有可能被進(jìn)程調(diào)度選中運(yùn)行。當(dāng)需要把某進(jìn)程掛起時(shí)，使用掛起原語。其掛起方式有：①掛起當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程；②掛起指定進(jìn)程；③掛起指定進(jìn)程及其子孫進(jìn)程等。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第68頁。3.3內(nèi)核中進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)進(jìn)程掛起原語的執(zhí)行過程：從PCB隊(duì)列中讀出被掛起進(jìn)程的狀態(tài)，若正處于活動(dòng)就緒狀態(tài)，就改為靜止就緒狀態(tài)；若為活動(dòng)阻塞狀態(tài)，就將其改為靜止阻塞狀態(tài)；若正在執(zhí)行，則轉(zhuǎn)到進(jìn)程調(diào)度程序重新調(diào)度。為了能讓系統(tǒng)在掛起一個(gè)進(jìn)程后仍能考察其狀態(tài)信息，應(yīng)該把該進(jìn)程的PCB副本存放到指定的內(nèi)存區(qū)域。6．進(jìn)程激活原語（ActivePrimitive）當(dāng)發(fā)生激活進(jìn)程的事件時(shí)，如用戶進(jìn)程或父進(jìn)程要求激活指定進(jìn)程，系統(tǒng)就調(diào)用進(jìn)程激活原語將進(jìn)程從外存調(diào)入內(nèi)存，將處于靜止?fàn)顟B(tài)的進(jìn)程變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)，即把“靜止就緒”變?yōu)椤盎顒?dòng)就緒”，把“靜止阻塞”變?yōu)椤盎顒?dòng)阻塞”。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第69頁。3.4線程模型在程序代碼運(yùn)行期間，CPU的執(zhí)行流程由“經(jīng)過”程序計(jì)數(shù)器的指令地址序列來描述，這個(gè)地址序列就是指令的執(zhí)行軌跡，叫做執(zhí)行線程，簡(jiǎn)稱線程。它是進(jìn)程的控制流程。3.4.1多線程在一個(gè)進(jìn)程中允許有多個(gè)線程時(shí)，它們都共享該進(jìn)程的狀態(tài)和資源，也就是說它們駐留在同一個(gè)用戶地址空間中，可以訪問相同的數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)線程改變了所屬進(jìn)程的變量時(shí)，其他線程在下次訪問該變量時(shí)就會(huì)看到這種改變。由于每個(gè)線程具有自己的執(zhí)行堆棧、程序計(jì)數(shù)器、寄存器集和狀態(tài)標(biāo)志，所以同樣要為每個(gè)線程定義一個(gè)抽象數(shù)據(jù)類型來包含這些數(shù)據(jù)成員，以實(shí)現(xiàn)線程之間的切換。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第70頁。3.4線程模型引入多線程后為系統(tǒng)管理帶來了許多好處：①線程之間的切換減輕了內(nèi)存管理的負(fù)擔(dān)，另外線程之間的切換所花時(shí)間也比進(jìn)程間切換少。②系統(tǒng)創(chuàng)建或終止一個(gè)線程的開銷要比創(chuàng)建或終止一個(gè)進(jìn)程的開銷少得多。③線程之間通信的效率要高于進(jìn)程之間的通信效率。進(jìn)程間通信需要內(nèi)核介入，而同一進(jìn)程中的多線程由于共享同一地址空間，所以通信時(shí)無須內(nèi)核介入。但是，引入線程后也需要解決一些問題：①需要增加CPU開銷，以便跟蹤線程。②線程之間也存在爭(zhēng)用共享資源的問題。

所以，當(dāng)編制程序時(shí)，如果要求完成一組相關(guān)任務(wù)的應(yīng)用程序或函數(shù)，應(yīng)該首選使用多線程的組織方式。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第71頁。3.4線程模型3.4.2內(nèi)核線程和用戶線程

內(nèi)核中的線程是一個(gè)調(diào)度的實(shí)體。它的創(chuàng)建與撤銷和用戶進(jìn)程沒有聯(lián)系，而是根據(jù)核心的內(nèi)部管理需求來確定的，例如為了執(zhí)行一個(gè)指定的函數(shù)，它們沒有虛擬地址空間，可共享內(nèi)核正文段和全局?jǐn)?shù)據(jù)，并有自己的內(nèi)核堆棧，它可以被單獨(dú)地調(diào)度執(zhí)行，也能使用內(nèi)核同步機(jī)制。用戶線程運(yùn)行在操作系統(tǒng)核心之上，但進(jìn)程中的線程對(duì)內(nèi)核是透明的，或者說內(nèi)核無需知道它們的存在。這些線程將競(jìng)爭(zhēng)分配給進(jìn)程的資源。當(dāng)內(nèi)核不支持用戶級(jí)線程時(shí)，可以通過使用POSIX.1C提供的標(biāo)準(zhǔn)線程庫來實(shí)現(xiàn)用戶級(jí)線程，其線程包括線程的創(chuàng)建、刪除、互斥和條件變量的同步操作以及調(diào)度和管理線程的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，而無需內(nèi)核來幫助。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第72頁。3.4線程模型3.4.3線程與進(jìn)程的主要區(qū)別（1）進(jìn)程是資源管理的基本單位，它擁有自己的地址空間和各種資源；線程只是處理機(jī)調(diào)度的基本單位，它只和其他線程一起共享進(jìn)程資源，但自己沒有任何資源。（2）以進(jìn)程為單位進(jìn)行處理機(jī)切換和調(diào)度時(shí)，由于涉及到資源轉(zhuǎn)移以及現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)等問題，將導(dǎo)致處理機(jī)切換時(shí)間變長(zhǎng)，資源利用率降低。以線程為單位進(jìn)行處理機(jī)切換和調(diào)度時(shí)，由于不發(fā)生資源變化，特別是地址空間的變化，處理機(jī)切換的時(shí)間較短，從而處理機(jī)效率也較高。（3）對(duì)用戶來說，多線程可減少用戶的等待時(shí)間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。對(duì)于多線程系統(tǒng)而言，則可以在同一進(jìn)程中使用不同的線程同時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程過程調(diào)用，從而縮短進(jìn)程的等待時(shí)間。（4）線程和進(jìn)程一樣，都有自己的狀態(tài)，也有相應(yīng)的同步機(jī)制，不過，由于線程沒有單獨(dú)的數(shù)據(jù)和程序空間，因此，線程不能像進(jìn)程的數(shù)據(jù)與程序那樣，交換到外存存儲(chǔ)空間。從而線程沒有掛起狀態(tài)。（5）進(jìn)程的調(diào)度、同步等控制大多由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成，而線程的控制既可以由操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行，也可以由用戶控制進(jìn)行。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第73頁。3.5Linux的進(jìn)程管理3.5.1Linux的進(jìn)程的組成一般來說，Linux系統(tǒng)中的進(jìn)程都具有以下四個(gè)要素。①有一個(gè)程序正文段供其執(zhí)行。②進(jìn)程專用的系統(tǒng)堆棧空間。③有一個(gè)進(jìn)程描述符，即在內(nèi)核中的一個(gè)task_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。有了這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)程才能成為內(nèi)核調(diào)度的一個(gè)基本單位，接受內(nèi)核的調(diào)度。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)還記錄著進(jìn)程所占用的各項(xiàng)資源。④有一個(gè)獨(dú)立的地址空間，即擁有專有的用戶空間和專用的用戶空間堆棧。

缺了四個(gè)要素中的任何一個(gè)就不能成為進(jìn)程了。如果只具備前三條，那么就稱其為線程。如果完全沒有用戶空間，就稱為內(nèi)核線程。如果共享用戶空間，則稱為用戶線程。

Linux內(nèi)核提供了對(duì)線程的支持，因此也就沒有必要再在進(jìn)程內(nèi)部，即用戶空間中自行實(shí)現(xiàn)線程。在Linux系統(tǒng)中，許多進(jìn)程在創(chuàng)建之初都與其父進(jìn)程共用同一個(gè)存儲(chǔ)空間，所以嚴(yán)格說來還是線程；但是子進(jìn)程可以建立自己的存儲(chǔ)空間，并與父進(jìn)程分道揚(yáng)鑣，成為真正意義上的進(jìn)程。在Linux中，沒有為線程單獨(dú)定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此，Linux中進(jìn)程和線程沒有區(qū)別。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第74頁。3.5Linux的進(jìn)程管理3.5.2進(jìn)程描述符Linux系統(tǒng)用進(jìn)程描述符（processdescriptor，或進(jìn)程控制塊）來管理進(jìn)程，進(jìn)程描述符是一個(gè)task_struct類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它的字段包含與一個(gè)進(jìn)程相關(guān)的所有信息Linux系統(tǒng)能處理多達(dá)NR_TASKS個(gè)進(jìn)程。內(nèi)核在它自己的地址空間保存一個(gè)大小為NR_TASKS的全局靜態(tài)數(shù)組task。數(shù)組中的元素就是進(jìn)程描述符指針。Linux系統(tǒng)的進(jìn)程描述符被存放在內(nèi)核之外的主存中。每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)task_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和用做系統(tǒng)核心棧的存儲(chǔ)區(qū)。內(nèi)核在為每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)task_struct結(jié)構(gòu)時(shí)，實(shí)際上分配了兩個(gè)連續(xù)的物理頁框（共8192字節(jié)），頁框的底部用來存放進(jìn)程的task_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，頂部用做進(jìn)程的核心棧，如圖3-13所示。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第75頁。3.5Linux的進(jìn)程管理圖3-13進(jìn)程描述符和進(jìn)程核心棧的存放操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第76頁。3.5Linux的進(jìn)程管理3.5.3進(jìn)程狀態(tài)進(jìn)程描述符中的進(jìn)程狀態(tài)字段描述進(jìn)程當(dāng)前所處的狀態(tài)。進(jìn)程可能有以下幾個(gè)狀態(tài)。TASK_RUNNING：可運(yùn)行狀態(tài)。進(jìn)程要么在CPU上執(zhí)行，要么在就緒隊(duì)列準(zhǔn)備執(zhí)行。TASK_INTERRUPTIBLE：可中斷的等待狀態(tài)。運(yùn)行中的進(jìn)程由于某些條件，使進(jìn)程處于阻塞等待狀態(tài)，直到一些條件變?yōu)檎鏁r(shí)將其喚醒為止。這些條件包括：等待一個(gè)I／O操作完成中斷，等待某進(jìn)程釋放一個(gè)資源或等待一個(gè)進(jìn)程傳遞一個(gè)信號(hào)等。TASK_UNINTERRUPTIBLE：不可中斷的等待狀態(tài)。運(yùn)行中的進(jìn)程由于某些條件,使進(jìn)程必須等待，不能被中斷，直到給定的條件發(fā)生為止。與前一個(gè)狀態(tài)不同的是，它不會(huì)因接收信號(hào)而終止等待狀態(tài)。與UNIX的高優(yōu)先級(jí)睡眠類似。TASK_STOPPED：暫停狀態(tài)。由于接收到一個(gè)信號(hào)，進(jìn)程的執(zhí)行被暫停，或者進(jìn)程由暫停改變?yōu)榭蛇\(yùn)行。TASK_ZOMBIE：僵死狀態(tài)。進(jìn)程執(zhí)行完成并退出時(shí)處于終止?fàn)顟B(tài)。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第77頁。3.5Linux的進(jìn)程管理圖3-14Linux的進(jìn)程狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第78頁。3.5Linux的進(jìn)程管理3.5.4進(jìn)程鏈表為了對(duì)進(jìn)程管理，將處于同一狀態(tài)的所有進(jìn)程用一個(gè)雙向循環(huán)鏈表連接起來，如圖3-15所示。鏈表中的第一個(gè)元素是init_task描述符，它是所有進(jìn)程的祖先，又叫做0號(hào)進(jìn)程或swapper進(jìn)程。

圖3-15進(jìn)程鏈表為了實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)進(jìn)程的管理，內(nèi)核建立了幾個(gè)進(jìn)程隊(duì)列鏈表：運(yùn)行隊(duì)列和等待隊(duì)列。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第79頁。3.5Linux的進(jìn)程管理3.5.5進(jìn)程控制Linux系統(tǒng)中的每個(gè)進(jìn)程要經(jīng)過被創(chuàng)建、調(diào)度執(zhí)行，以及最后消亡的過程。用于進(jìn)程創(chuàng)建的系統(tǒng)調(diào)用：fork（），clone（），vfork（）。3.5.6Linux線程Linux內(nèi)核在2.2版中引入了線程機(jī)制。Linux提供了fork，這是具有傳統(tǒng)進(jìn)程復(fù)制功能的系統(tǒng)調(diào)用。Linux還提供了系統(tǒng)調(diào)用clone，其功能類似于創(chuàng)建一個(gè)線程。clone與fork的行為很相似，它不是創(chuàng)建調(diào)用進(jìn)程的復(fù)制，而是創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立進(jìn)程以共享原來調(diào)用進(jìn)程的的地址空間。通過共享父進(jìn)程的地址空間，clone任務(wù)能像獨(dú)立線程一樣工作。由于Linux內(nèi)核進(jìn)程的特定表示方式，所以允許共享地址空間。系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)惟一的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。不過，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不保存該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中進(jìn)程本身的數(shù)據(jù)，而是保存了此數(shù)據(jù)保存處的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針。

Linux并不區(qū)分進(jìn)程和線程

操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第80頁。3.5Linux的進(jìn)程管理3.5.7Linux進(jìn)程的創(chuàng)建與撤銷1．進(jìn)程的創(chuàng)建在使用Linux系統(tǒng)的時(shí)候，每次在終端下面輸入一行命令，就由shell進(jìn)程接收這個(gè)命令并創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，這個(gè)新的進(jìn)程還可以通過fork（）系統(tǒng)調(diào)用，繼續(xù)創(chuàng)建自己的子進(jìn)程，系統(tǒng)中的多個(gè)進(jìn)程構(gòu)成了一棵進(jìn)程樹。在Linux系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候，最早產(chǎn)生的進(jìn)程是idle進(jìn)程，其pid號(hào)為0，該進(jìn)程會(huì)創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)核線程，該線程進(jìn)行一系列初始化動(dòng)作后最終會(huì)執(zhí)行／sbin／init文件，執(zhí)行該文件的結(jié)果是運(yùn)行模式從核心態(tài)切換到了用戶態(tài)，該線程演變成了用戶進(jìn)程init，pid號(hào)為l。init進(jìn)程是一個(gè)非常重要的進(jìn)程，一切用戶態(tài)進(jìn)程都是它的后代進(jìn)程。2．進(jìn)程的撤消進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束后，需要被操作系統(tǒng)銷毀。最普遍的情況是進(jìn)程正常運(yùn)行結(jié)束后顯式或隱式地調(diào)用exit（）函數(shù)?；蛘?，當(dāng)進(jìn)程收到某種信號(hào)時(shí)，該信號(hào)的處理函數(shù)會(huì)結(jié)束當(dāng)前進(jìn)程運(yùn)行并將其銷毀，對(duì)于最常使用的shell命令之一kill，在不指定信號(hào)的情況下，默認(rèn)信號(hào)SIGTERM將被發(fā)給相應(yīng)進(jìn)程并導(dǎo)致該進(jìn)程結(jié)束運(yùn)行。另一種常見的情況是，用戶程序訪問了非法地址空間，使內(nèi)核向進(jìn)程發(fā)送SIGSEGV信號(hào)從而導(dǎo)致進(jìn)程結(jié)束運(yùn)行。無論進(jìn)程因?yàn)槭裁丛蚨Y(jié)束，進(jìn)程銷毀的最終動(dòng)作都是調(diào)用函數(shù)do_exit（）。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第81頁。3.5Linux的進(jìn)程管理3.5.8實(shí)例——使用庫函數(shù)clone()與pthread_create()在Linux環(huán)境下創(chuàng)建兩種不同執(zhí)行模式的線程程序3.5.9實(shí)例——Linux操作系統(tǒng)下守護(hù)進(jìn)程的編程方法操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第82頁。范立南劉颯編著北京大學(xué)出版社操作系統(tǒng)實(shí)用教程第4章進(jìn)程控制操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第83頁。第4章進(jìn)程控制

4.1同步和互斥4.2經(jīng)典的進(jìn)程同步問題4.3管程機(jī)制4.4進(jìn)程通信4.5線程間的同步和通信4.6Linux進(jìn)程通信機(jī)制操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第84頁。第4章進(jìn)程控制

進(jìn)程是申請(qǐng)系統(tǒng)資源的基本單位，但由于系統(tǒng)資源數(shù)量有限，必然導(dǎo)致各個(gè)進(jìn)程間的資源競(jìng)爭(zhēng)。用戶進(jìn)程與系統(tǒng)進(jìn)程之間，同一用戶作業(yè)內(nèi)部各個(gè)進(jìn)程之間，不同用戶各作業(yè)的進(jìn)程之間，各系統(tǒng)進(jìn)程之間都存在資源競(jìng)爭(zhēng)問題，因此進(jìn)程之間的關(guān)系非常復(fù)雜。如果對(duì)競(jìng)爭(zhēng)失控，產(chǎn)生的后果是：要么資源在使用過程中遭到破壞，要么是各個(gè)進(jìn)程為爭(zhēng)奪資源而形成僵持局面（死鎖）。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第85頁。4.1同步和互斥4.1.1并發(fā)問題1．并發(fā)的需求（1）操作系統(tǒng)利用進(jìn)程（線程）機(jī)制支持用戶態(tài)程序最大限度地并行執(zhí)行。（2）操作系統(tǒng)核心程序也要盡可能地并發(fā)運(yùn)行。由此，可以看出無論系統(tǒng)工作在管態(tài)還是目態(tài)，要想提高系統(tǒng)性能必須解決好并發(fā)問題。2．并發(fā)程序（1）傳統(tǒng)的串行程序存在著并行成分，以下面的程序?yàn)槔? Read(a)； Read(b)； c=a+b； Write(c)從上述程序段可以看出，Read(a)和Read(b)兩個(gè)語句如果不通過同一輸入設(shè)備則可并發(fā)執(zhí)行。因此，在程序中可以并發(fā)執(zhí)行的語句和程序段會(huì)有很多。（2）識(shí)別算法中的并發(fā)成分有兩種方法：①程序員寫順序程序，用并行識(shí)別工具識(shí)別并發(fā)成分，組織使用操作系統(tǒng)的并發(fā)機(jī)制。②由程序員識(shí)別并發(fā)成分，用并發(fā)程序設(shè)計(jì)語言設(shè)計(jì)并發(fā)程序，由編譯系統(tǒng)安排并發(fā)；或直接利用操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用，或高級(jí)并發(fā)程序庫設(shè)計(jì)并發(fā)程序。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第86頁。4.1同步和互斥3．并發(fā)程序設(shè)計(jì)語言并發(fā)語句并發(fā)語句是一種高級(jí)語言，其語法形式為：ParbeginS1；S2；…Sn；Parend；其中Si（i=1，2，…，n）是單個(gè)語句，Parbegin和Parend之間的語句可以并發(fā)執(zhí)行。并發(fā)語句描述手段的優(yōu)缺點(diǎn)①并發(fā)語句Parbegin/Parend的結(jié)構(gòu)化特征非常好。②存在著描述能力不強(qiáng)的缺點(diǎn)，即存在著用Parbegin/Parend語句無法描述的并發(fā)優(yōu)先關(guān)系。③若能輔以其他手段（如本章后續(xù)將介紹的信號(hào)量機(jī)制），則并發(fā)語句可以大大增加其描述并發(fā)的能力。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第87頁。4.1同步和互斥4并發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)操作系統(tǒng)提供進(jìn)程創(chuàng)建，結(jié)束和同步的系統(tǒng)調(diào)用，可直接提供給用戶編寫并行程序；或由并行語言編譯器將并發(fā)語言的語句轉(zhuǎn)化為對(duì)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用。5．與進(jìn)程相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用以Unix操作系統(tǒng)為例，Unix利用進(jìn)程（或線程）支持并發(fā)執(zhí)行，提供了如下系統(tǒng)調(diào)用：①fork（）：創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程。②exit（status）：進(jìn)程結(jié)束。③wait（&status）：等待子進(jìn)程結(jié)束。④waitpid（pid，…）：等待pid所指定的進(jìn)程結(jié)束。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第88頁。4.1同步和互斥6．多進(jìn)程實(shí)現(xiàn)前述的讀寫并發(fā)程序示意（假設(shè)a，b都在兩進(jìn)程都可訪問的共享區(qū)）pid=fork（）；ifpid==0then{read（b）；exit（0）；}elseread（a）；return_pid=wait（&status）；c=a+b；write（c）；操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第89頁。4.1同步和互斥4.1.2進(jìn)程同步和互斥的基本概念在多道程序系統(tǒng)中，各個(gè)進(jìn)程之間是彼此獨(dú)立、并發(fā)地執(zhí)行著的。但是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源是有限的，這就導(dǎo)致了進(jìn)程之間的資源競(jìng)爭(zhēng)和共享，也就是說，使得這些進(jìn)程之間存在著相互制約的關(guān)系。這種制約關(guān)系可以歸納為以下兩種形式。1．間接制約關(guān)系它主要源于對(duì)資源的共享。這種制約關(guān)系就是進(jìn)程的“互斥”關(guān)系。2．直接制約關(guān)系它主要源于進(jìn)程之間的合作。這種直接制約關(guān)系稱為進(jìn)程的“同步”關(guān)系。

間接制約關(guān)系是由系統(tǒng)中諸并發(fā)進(jìn)程同時(shí)訪問共享變量或?qū)εR界資源的競(jìng)爭(zhēng)而引起的，稱為“進(jìn)程互斥”問題。而直接制約關(guān)系是由諸并發(fā)進(jìn)程之間的合作而引起的，一組合作的并發(fā)進(jìn)程以各自的速度向前推進(jìn)，但各自的執(zhí)行卻互為對(duì)方的執(zhí)行前提，從而限制了諸進(jìn)程的執(zhí)行速度。

操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第90頁。4.1同步和互斥

所謂進(jìn)程同步，指的是多道程序系統(tǒng)中兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程之間為了合作完成同一個(gè)任務(wù)，在執(zhí)行時(shí)必須利用相應(yīng)的制約措施來相互協(xié)調(diào)，即一個(gè)進(jìn)程在未獲得與之相合作的進(jìn)程發(fā)來消息之前應(yīng)阻塞等待，在收到合作進(jìn)程發(fā)來的消息后，才能繼續(xù)向前推進(jìn)的一種進(jìn)程合作關(guān)系。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第91頁。4.1同步和互斥進(jìn)程互斥是一組并發(fā)進(jìn)程之間存在的一種源于資源共享的間接制約關(guān)系，當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程需要同時(shí)訪問某個(gè)共享變量或公有資源時(shí)，如果有一個(gè)進(jìn)程正在使用，則其他進(jìn)程就必須等待。進(jìn)程的互斥主要是由被共享資源的使用性質(zhì)所決定的，即限定進(jìn)程只能互斥的訪問資源。

操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第92頁。4.1同步和互斥臨界資源，是指在一段時(shí)間內(nèi)僅允許一個(gè)進(jìn)程使用的資源。例如共享的某變量或某表格，屬于軟件臨界資源；而像打印機(jī)或磁帶機(jī)等都屬于硬件臨界資源。臨界資源限定了進(jìn)程只能互斥地使用它，即當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正在使用臨界資源時(shí)，別的進(jìn)程只能等待，直到使用者用完并釋放資源后，才可以使用。進(jìn)程中訪問臨界資源的程序代碼或程序段稱為臨界區(qū)或臨界段。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)臨界資源的互斥訪問，應(yīng)保證諸進(jìn)程不能同時(shí)進(jìn)入臨界區(qū)，否則就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致，產(chǎn)生與時(shí)間有關(guān)的錯(cuò)誤。操作系統(tǒng)實(shí)用教程全文共603頁，當(dāng)前為第93頁。4.1同步和互斥在操作系統(tǒng)中，可以采用軟件方法，或者通過硬件指令或設(shè)置專門的