操作系统讲义
孙清
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Contents
课程内容安排
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
操作系统概述 系统启动及用户界面 进程管理与调度 进程同步 存储器管理 文件管理 设备管理
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管态（核心态）：系统态 目态：用户态
状态之间的转换
• 目态→管态：唯一途径是中断 • 管态→目态：设置程序状态字PSW
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进程控制块（PCB）
PCB：用于存放管理进程运行的必要信息。 PCB处于核心段，用户不能直接访问和修改PCB。 OS把所有PCB组织在一起，放在固定的内存区域， 构成PCB表。
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进程的状态迁移
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3.2 进程的控制
进程的控制使用原语实现。
原语（primitive）是在管态下运行，执行期间不 允许被中断。
原语的实现方法是以系统调用方式提供原语接口， 采用中断屏蔽方式来实现原语功能。
进程的控制原语包括：
创建、撤销、阻塞、唤醒、挂起、激活。
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1、进程的创建
父进程创建子进程时，系统从空PCB池中取一个 空PCB，并在进程表中增加一项； 为新进程分配地址空间，传递环境变量，构造共 享地址空间； 查找辅存，将新进程正文装到内存；
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4、进程的唤醒 当进程所等待的事件发生，由系统进程或 事件发生进程调用唤醒原语。
将被唤醒的进程置为就绪态，并将其PCB 加入相关的就绪队列。
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5、进程的挂起
主要用于中级调度，可以对活动等待态或活动就 绪态的进程挂起到静止等待态或静止就绪态。 将被挂起进程的非常驻部分交换到磁盘对换区。
PCB表的大小决定了系统可同时运行程序的最大 数目---道数。
进程的静态组成包括进程的程序、数据、系统/用 户栈和PCB，这些统称为进程影像。
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PCB包含四部分内容
进程描述信息：pid，gid 进程控制信息：状态、优先级、运行统计信息、 同步和通信、代码执行入口地址、程序的外存地 址。。。 所拥有的资源和使用情况：占用内存大小及其管 理用数据结构指针、虚拟地址空间、共享数据段、 输入/输出设备、数据缓冲区、打开文件列表等。 CPU现场保护信息：寄存器值
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2、进程的撤销（或终止）
撤销进程的情况：
正常终止； 由于错误导致非正常终止； 由祖先进程的要求而撤销。
调用exit()可终止进程。
找到该进程的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； 撤销进程出队列，归还它的PCB。
copy_process()
重点 理解！
verify_area()：进程内存区域验证 copy_mem()：内存分配函数
写时复制机制(copy on write)：
在fork()执行过程中，新进程将与父进程共同使用父进 程已有的代码和数据内存页面。 只有当以后执行过程中，如果其中一个进程以写方式 访问内存时，才会在写操作前被复制到新申请的内存 页面中。
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创建进程实例
#include <stdio.h> main() { int p1,p2,i; while ((p1=fork())==-1) ; if (p1 ==0) for(i=0;i<10;i++) printf(“daughter %d\n”,i); else { while ((p2=fork())==-1) ; if (p2 ==0) for(i=0;i<10;i++) printf (“son %d\n”,i); else for(i=0;i<10;i++) printf(“parent %d\n”,i); }
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6、进程的激活 激活是挂起的逆过程 将被挂起进程的非常驻部分交换到内存,并修改状 态。
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源代码阅读理解----fork.c fork（）调用以下模块：
find_empty_process()
房地产E行态进入等待态，由于等待某个事件（如， I/O存取）的发生。 停止进程执行，保存现场信息到PSW； 修改PCB的有关内容，将进程由执行态改为等待 态；
将PCB加入等待态队列。
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copy_process()
用于创建并复制进程的代码段和数据段以及环境。 为进程申请一页内存放PCB，并复制当前进程的PCB作为 新进程的PCB模板。 随后对数据进行修改，把当前进程设为父进程，复位新进 程各统计值。 设置新进程的代码段和数据段的基址和段限长， 复制当前进程内存分页管理的页目录项和页表项。 Linux0.11版，所有进程共用一个页目录表，新进程的页 表则需要另申请一页内存。 在GDT中设置新进程的TSS和LDT 将新进程设置成可运行状态，并向当前进程返回新进程号。
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第三章 进程管理与调度
进程的状态迁移及PCB 进程的控制 处理机调度 线程及其基本概念
Linux中相关源代码分析
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3.1 进程的状态迁移及PCB
进程的定义 运行中的程序，有生命周期，占用系统资源，包 括：程序、数据、PCB(进程控制块) CPU处理机的工作状态
初始化PCB，为新进程分配PID，初始化PSW；
加入就绪队列。
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用fork()系统调用创建子进程：
pid=fork() fork()的返回值：
0 在子进程中； >0 在父进程中； -1 创建失败。
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