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1、第一章 引论为什么发明计算机系统：方便、有效、可扩充、开放计算机系统作用：做接口、管理资源、资源的抽象发展计算机系统的动力：提高利用率、更加方便、应用.体系.硬件更新都要跟上计算机系统发展史一、无操作系统（一）人工操作：单用户、CPU. 内存长期空闲（二）脱机输入/输出（OFF-LINE I/0）：装好卡片再上机。节约CPU空闲时间、提高I/O速度二、单道批操作系统描述：有个监督程序将磁带上的作业调入计算机缺点：I/O太慢，CPU太快三、多道批操作系统描述：A在I/0，B趁机CPU优点：肯定提高资源利用率、系统吞吐量变大缺点：每个程序都要很久才处理完（作业要排队）、无交互能力未解难题：内存、处
2、理机争用、I/O设备、文件的组织和管理、作业管理、用户和系统的接口四、分时系统描述：解决人机交互问题优点：终于有人机交互、多用户共享主机实际问题：由于多用户，所以要有“多路卡”、作业直接入内存、有个“时间片”调度作业特征：多路、独立、及时（用户可接受）、交互五、实时系统描述：工业（武器）控制系统、信息查询系统、多媒体系统、嵌入式系统类型1：周期性实时：真的很周期；非周期性实时：有开始截止时间和完成截止时间类型2：硬实时：工业、武器系统；软实时：信息查询系统和多媒体系统与分时系统比较： 多路、独立、及时（毫秒级）、交互、可靠六、微机时代（一）单用户单任务：8位机的CP/M、16位机的MS-DOS
3、（二）单用户多任务：目前的32位系统，如Windows（三）多用户多任务：UNIX、Solaris、Linux操作系统共同特性：一、并发（一）并发和并行宏观上一样，并发：单处理机系统，微观上交替运行并行：多处理机系统，微观上同时运行（二）引入进程进程：在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，由机器指令、数据和堆栈等组成，能独立运行的活动实体特点：用进程就可以并发执行了二、共享（一）互斥共享方式例子：临界资源，打印机、磁带机描述：你要先申请才能获得资源（二）同时访问方式描述：微观上还是并发例子：多用户磁盘设备条件：系统允许进程并发、系统能有效管理资源三、虚拟（一）时分复用技术（利用空闲时间服
4、务其他用户）虚拟处理机技术：分身之术虚拟设备：又是分身之术，骗用户以为有专人服务时分复用：速度：1/N（二）空分复用技术描述：将程序、电话线分成若干部分，然后各部分分时进入内存运行空分复用：空间：1/N四、异步描述：因为要并发，所以需要一个机制调度进程操作系统主要功能一、处理机管理功能（一）进程控制描述：要并发，就要进程、要进程，就要管理（二）进程同步进程互斥方式：临界资源要互斥进程同步方式：合作完成共同任务，同步机构要协调先后次序（信号量控制）（三）进程通信描述：对合作进程而言，需要交换信息。当他们处于同一计算机系统时，通常采用直接通信的方式。例子：输入进程、计算进程、打印进程，需要信息交换
5、（四）调度作业调度：选择作业、建立进程、分配资源、插入就绪队列进程调度：从就绪队列中选出进程，分配CPU二、存储器管理功能（一）内存分配任务：分配空间、减少碎片、追加内存空间方式：静态分配，装入内存时确定，不允许追加、不允许移动；动态分配，允许追加、允许移动（二）内存保护任务1：每道程序只在自己的内存空间运行，互不干扰任务2：不允许用户程序访问操作系统程序和数据、也不允许用户程序转移到非共享的其他用户程序中执行（三）地址映射任务：存储器要负责地址映射，在硬件支持下完成（四）内存扩充描述：用虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存容量任务1：请求-调入功能任务2：置换功能三、设备管理功能任务1：完成用户进
6、程的I/O请求：分配I/O设备，完成I/O操作任务2：提高CPU和I/O利用率：提高I/O速度，方便用户使用I/O设备（一）缓冲管理描述：在内存中设置缓冲区（CPU高速性和I/O低速性）例子：单缓冲机制、双向同时传送数据的双缓冲机制、多个设备共同使用的公用“缓冲池”机制（二）设备分配描述：在系统中设置“设备控制表”、“控制器控制表”等数据结构，用于记录设备和控制器等标识符和状态。根据表就知道指定设备当前是否可用、忙碌。分配时，针对不同设备要有不同“分配方式”，对独占设备还要考虑分配后是否安全（三）设备处理描述：CPU向设备控制器发出I/O命令，要求完成I/O操作、反之，CPU接收控制器发出的中
7、断请求，并响应.处理四、文件管理功能描述：管理用户、系统文件，方便使用；保证安全性（一）文件储存空间管理背景：多用户环境下，用户自己管理文件存储，会困难和低效任务1：为每个文件分配外存空间、提高外存利用率、进而提高存取速度任务2：系统中设置数据结构，记录文件存储空间使用情况，以供分配时参考任务3：分配和回收（二）目录管理任务1：为每个文件建立目录项，包括文件名、属性、物理位置等，以实现按名存取任务2：实现文件共享。任务3：提供目录查询手段（三）文件读/写管理和保护文件读/写管理：根据用户请求，从外存中读取数据，或将数据写入外存文件保护：防止未经核准的用户存取文件、防止冒名顶替存取文件、防止以不
8、正确方式使用文件五、操作系统与用户之间的接口（一）用户接口描述：方便用户直接.间接控制自己的作业联机用户接口：等待用户键入命令脱机用户接口：一开始就提供作业说明书，直到作业结束语句图形用户接口：移动鼠标选择菜单项（二）程序接口描述：旧系统用汇编语言写，所以只有汇编语言的才能直接使用系统调用；如果是高级语言，就用一一对应的库函数六、现代操作系统的新功能（一）系统安全描述：确保存储和传送数据的保密性、完整性和系统可用性，要用几种技术技术：认证技术、密码技术、访问控制技术、反病毒技术（二）网络的功能和服务功能：网络通信、资源管理、应用互操作（三）支持多媒体功能：接纳控制功能、实时调度、多媒体文件的存
9、储OS结构设计一、传统操作系统结构（一）无结构操作系统又名：整体系统结构（二）模块化结构OS基本概念：又名：模块-接口法描述：有模块、子模块、接口模块独立性：标准：内聚性越高，模块独立性越高、耦合度越低，模块独立性越高优点：提高设计正确性.可理解性和可维护性、增强可适应性、加快加速过程缺点：接口难以满足需求、无序（三）分层式结构OS基本概念：有序分层，自底向上法铺设中间层优点：易保证系统正确性、易扩充和易维护缺点：系统效率降低二、客户/服务器模式(Client/Server Model)简介（一）客户/服务器模式的由来、组成和类型组成：客户机、服务器、网络系统（二）客户/服务器之间的交互描述：
10、客户发送请求消息、服务器接收消息、服务器回送消息、客户机接收消息（三）客户/服务器模式的优点描述：数据分布处理和存储、便于集中管理、灵活性和可扩充性、易于改编应用软件三、面向对象的程序设计（一）OOP的基本概念描述：抽象，具体事物为对象对象：封装好对象类：创建多个相似对象继承：继承父类，增加部分（二）OOP的优点描述：“重用”提高产品质量和生产率、使系统具有更好的易修改性和易扩展性、易于保证系统“正确性”和“可靠性”四、微内核OS结构描述：支持多处理机例子：卡内基梅隆的Mach OS、Windows 2000/XP（一）基本概念描述：足够小的内核、基于C/S模式、应用“机制与策略分离”原理、采
11、用OOP技术（二）基本功能描述：进程管理、低级存储器管理、中断和陷入处理（三）优点描述：提高可扩展性、增强可靠性、可移植性强、提供对分布式系统的支持、融入OOP（四）缺点描述：效率降低第二章 进程描述与控制前趋图与程序执行一、前趋图与程序执行（一）前趋图描述：前一个做完，才到后一个做、禁止循环二、顺序执行描述：一个跟一个特征：顺序、封闭（独占资源）、可再现三、并发执行描述：互不依赖才能并发执行特征：间断、失去封闭、不可再现进程的描述一、进程的定义和特征进程实体：程序段、相关的数据段和PCB定义：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位特征：动态、并发、独立、异步二、进程
12、的基本状态及转换进程的三基态：就绪（只欠CPU）、执行、阻塞（因故无法继续执行）三态转换：如图新增两态：创建状态、终止状态五态转换：如图三、挂起操作和进程状态的转换挂起原因：终端用户需要、父进程请求、负荷调节、操作系统需要引入挂起后的三态转换：如图引入挂起后的五态转换：如图四、进程管理中的数据结构用于管理控制的数据结构：每个资源、进程都有一个数据结构用于表征实体资源信息表、进程信息表，包括：标识、描述、状态等和一批指针，通过指针能够链接成队列，便于查找分类：内存表、设备表、文件表、进程表PCB的作用：作为独立运行基本单位的标识、能实现间断运行、提供进程管理所需的信息、实现与其他进程的同步与通信
13、PCB的信息：进程标识符（内外部）、处理机状态、进程调度信息、进程控制信息PCB组织方式：线性方式、链接方式、索引方式进程控制一、操作系统内核描述：常驻内存的模块目的：保护软件、提高OS运行效率系统态、管态、内核态：高特权、访问所有寄存器.存储区、传统OS都在系统态运行用户态、目态：低特权、执行指定指令.访问指定寄存器和存储区支撑功能：中断处理、时钟管理、原语操作资源管理功能：进程管理、存储器管理、设备管理二、进程的创建层次结构：UNIX有父子关系，Windows只有控制与被控制关系进程图：描述家庭关系的图引起创建进程的事件：用户登录、作业调度、提供服务（譬如打印）、应用请求进程的创建：申请空
14、白PCB、分配物理.逻辑资源、初始化PCB、如果能插入就绪，就插三、进程的终止引起进程终止的事件：正常结束、异常结束、外界干预进程的终止过程：根据标识符、终止执行.立即调度、子孙终止、资源归还、移出队列四、进程的阻塞与唤醒引起进程阻塞和唤醒的事件：向系统请求共享资源失败、等待某操作完成、新数据尚未到达、等待新任务到达进行阻塞过程：发生上述的某事件，就进入block过程，主动将状态改为阻塞，PCB插入阻塞队列（分类插入），处理机分配给另一就绪进程，切换，并保留被阻塞进程的处理机状态进程唤醒过程：由释放资源的进程调用wakeup原语，即移出阻塞队列，合作/相关的进程中安排wakeup五、进程的挂起与激活进程的挂起：活动静止，suspend原语进程正在执行，就转向调度程序重新调度进程的激活过程：从外存调入active原语到内存，检查进程现行状态，静止活动抢占调度策略：静止就绪进程就绪队列，比较当前进程优先度，有机会立即剥夺当前进程运行进程同步描述：能够并发、改善利用率、提高吞吐量、但使系统复杂一、进程同步的基本概念制约关系：间接相互制约关系、直接相互制约关系间接相互制约关系：互斥共享直接相互制约关系：合作共享，异步性要做好临界资源：生产者-消费者问题、临界区、：进
