计算机操作系统:程序控制特性
发布时间: 2024-01-28 20:48:37 阅读量: 13 订阅数: 15
# 1. 计算机操作系统简介
## 1.1 操作系统的定义与作用
在计算机科学中,操作系统(Operating System,简称OS)是一种控制和管理计算机硬件与软件资源的软件系统。它是决定计算机运行方式的核心程序,为用户和其他软件提供了一个与计算机硬件交互的接口。
操作系统的主要作用有:
- 管理和分配计算机的硬件资源,例如处理器、内存、存储设备、输入输出设备等。
- 提供了一套架构和方法,使得用户和应用程序能够轻松地使用和管理计算机系统。
- 实现了对计算机硬件的抽象化,使得不同的应用程序可以在相同的硬件平台上运行。
- 提供了一些管理和保护系统资源的机制,以确保系统的安全、稳定和高效运行。
## 1.2 操作系统的发展历程
操作系统的发展可以追溯到计算机诞生之初。最早的计算机操作系统是一些简单的程序指令集合,用于控制计算机的硬件。随着计算机技术的不断进步,操作系统也在不断演化和发展。经历了批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统等多个阶段。
## 1.3 常见的计算机操作系统类别
根据计算机操作系统的特点和用途,可以将其分为以下几个常见的类别:
- 批处理操作系统:用于连续处理一组作业的操作系统,适用于没有交互性的大型计算任务。
- 分时操作系统:支持多个用户同时访问计算机系统,实现了多路复用和时间片轮转的功能。
- 实时操作系统:用于对时间要求非常严格的实时应用,例如航空控制系统、工业控制系统等。
- 网络操作系统:用于构建分布式计算环境,实现资源共享和远程访问的功能。
以上是计算机操作系统简介的第一章节内容,接下来将介绍程序控制特性概述。
# 2. 程序控制特性概述
### 2.1 程序控制特性的定义与作用
程序控制特性指的是操作系统对程序的控制和管理能力。它可以使得程序在运行过程中能够按照特定的要求和条件进行执行,并根据需要进行资源的分配和调度,以实现程序的正确、高效运行。
程序控制特性在操作系统中的作用非常重要。它可以保证系统资源的合理利用,提高系统的并发性和吞吐量,保证程序的正确性和可靠性,提供友好的用户界面和交互方式等。
### 2.2 程序控制特性的分类
根据不同的标准和需求,程序控制特性可以分为以下几类:
#### 2.2.1 批处理
批处理是指将一系列指令集合放在一个批处理文件中,通过操作系统的批处理命令来运行。批处理适用于那些需要反复重复执行的任务,比如定期备份数据、批量处理文件等。
批处理的特点是自动化和批量化执行,可以提高工作效率,但缺点是不够灵活,只能按照预定的指令顺序执行。
#### 2.2.2 交互式
交互式是指程序与用户之间进行实时的交互操作。用户可以通过终端设备输入指令,程序接收并处理指令后,将结果输出给用户。交互式程序常见于操作系统的命令行界面、图形界面和 Web 应用等。
交互式的特点是实时性和灵活性强,用户可以根据需要输入不同的指令,程序能够根据用户的输入动态地调整运行状态和输出结果。
#### 2.2.3 并行
并行是指多个程序同时运行,彼此之间相互独立,不会相互干扰。并行可以充分利用多核处理器的计算能力,提高系统的并发性和并行度,加快程序的执行速度。
并行的特点是高效和快速,但也需要考虑并行程序之间的数据共享和同步问题,以避免出现冲突和竞争条件。
### 2.3 程序控制特性在操作系统中的应用
程序控制特性在操作系统中得到广泛应用,主要体现在以下几个方面:
#### 2.3.1 进程管理
操作系统通过进程管理来控制和调度各个进程的执行。它可以根据进程的优先级、资源需求等因素,进行进程的创建、终止、调度和同步等操作,以实现系统资源的合理分配和利用。
#### 2.3.2 CPU调度和作业管理
操作系统通过CPU调度和作业管理来控制和调度系统中的作业和进程。它可以根据调度算法和策略,确定进程和作业的执行顺序和权重,以提高系统的运行效率和资源利用率。
#### 2.3.3 存储管理
操作系统通过存储管理来控制和管理系统中的存储器资源。它可以对内存进行分配和回收,实现进程的地址空间隔离和保护,提供虚拟内存和页面置换等功能。
#### 2.3.4 文件系统和IO管理
操作系统通过文件系统和IO管理来控制和管理外部存储设备和设备的输入输出。它可以实现文件的存储和访问控制,提供文件的组织和保护机制,同时也能对设备的输入输出进行控制和同步。
程序控制特性的应用使得操作系统能够更好地进行资源的管理和调度,提高系统的运行效率和可靠性,同时也方便了用户的操作和使用。
# 3. 进程管理
#### 3.1 进程的概念和特点
在操作系统中,进程是指程序执行过程中的一个实例。进程是程序的一次执行过程,它具有动态性、并发性和独立性等特点。每个进程都有自己的地址空间、数据栈、文件描述符、状态和调度信息。
```python
# 示例代码:创建并执行一个简单的进程
import os
def child_process():
print("Child process with PID {} is executing.".format(os.getpid()))
def parent_process():
print("Parent process with PID {} is executing.".format(os.getpid()))
new_pid = os.fork()
if new_pi
```
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