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1、1 1 操作系统目标 : 有效性、方便性、可扩充性、开放性 2 操作系统作用： 为用户和计算机之间提供接口、管理计算机系统资源、实现对计算机资源的抽象 3 操作系统发展： 人工操作方式、脱机输入输出方式、单道批处理系统、多道批处理系统、分时系统、实 时系统。 单道批处理系统特点： 自动性：磁带上的作业能自动逐个依此运行 顺序性：各道作业是顺序进入内存，顺序完成操作（类似队列） 单道性：内存中只有一道程序运行 多道批处理系统： 用户提交的作业都先放在外存排成一个队列，称为后备队列；之后，由作业调度程序按 一定的算法从后备队列中选择若干作业调入内存，共享CPU和系统资源。 多道批处理系统的优缺点：
2、 资源利用率高、系统吞吐量（单位时间内完成的总工作量）大、平均周转时间（从作业 进入系统，到完成并退出系统为止的时间）长，缺点在于无交互能力。 4 操作系统五大功能： 处理机管理、内存管理、I/O 设备管理、文件管理、作业管理 5 分时系统： 为了弥补多道批处理系统交互性问题，引入分时系统，可以将一台计算机提供给多个用 户同时使用，提高计算机利用率。 分时系统的特点： 多路性：宏观上，允许多用户同时工作。微观上，每个用户作业轮流运行一个时间片。 独立性：每个用户各占一个终端 及时性：用户请求可在较短时间内相应 交互性：人机对话 6 实时系统： 系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间内完成对该
3、事件的处理，并控制所有实时 任务协调一致的运行。 实时系统与分时系统特点的区别： 多路性：分时系统中的多路性与用户情况有关，时多时少。 独立性： 实时信息处理系统中，每个终端用户提出请求时，互不干扰。 实时控制系统中， 对信息采集和控制也是彼此互不干扰。 及时性：实时控制系统的及时性要求比实时信息处理系统，分时系统更加严格。 交互性：实时信息处理系统的交互性仅限于访问系统中的专用服务程序。 可靠性：实时系统的可靠性更高 7 操作系统发展： 单用户单任务、单用户多任务、多用户多任务 8 操作系统的基本特征： 1.并发性： 并发性指的是多个事件在同一时间间隔内发生。并行性是多个事件在同一时刻发生。
4、 进程：指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， 数据和堆栈组成。 线程：一个进程包含若干线程，可利用进程的资源。进程是分配资源的基本单位，线程 是独立运行和独立调度的基本单位。 操作系统期末复习资料 一 操作系统引论 古月编辑 2 2 共享性： 即资源共享，有互斥共享方式、同时访问方式。 3 虚拟技术： 分为时分复用技术、空分复用技术。 如果虚拟的实现是通过时分复用方式，即对物理设备进行分时使用，设 N 是谋设备所对 应的逻辑设备数，则每台虚拟设备的平均速度必然小于等于1/N。类似，空分复用实现 虚拟，空间利用也小于等于1/N 。 4 异步性： 进程的推进速度不可预知。 9
5、操作系统五大功能 1 处理机管理 进程控制：为作业创建进程，撤销结束的进程，以及控制进程的状态转换 进程协调方式：进程互斥、进程同步两种方式 进程通信： 调度： 作业调度，即分配内存。将若干作业调入内存，为其建立进程，使之成为就需进程，并 按一定规则插入就绪队列。 进程调度： 即分配 CPU。 从进程的就绪队列中，按一定算法选出一个进程，为其分配CPU。 2 存储器管理： 内存分配：为每道程序分配内存空间 内存保护：保证每道用户程序互不干扰 地址映射：将地址空间的逻辑地址转换为内存空间的物理地址 内存扩充：借助虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存 3 设备管理： 缓冲管理： 设备分配：根据用户进程的
6、I/O 请求，为之分配所需设备。 设备处理：实现CPU与设备控制器之间的通信 4 文件管理： 文件存储空间管理：为每个文件分配外存空间 目录管理：为每个文件建立目录项 文件读写管理和保护 5 操作系统与用户间的接口： 用户接口、程序接口 10 操作系统结构设计 1 传统的操作系统结构： 无结构操作系统： 模块化结构：将大的功能分为若干子功能，每个子功能为一个模块，再进一步细分，使 之每一个模块只实现一个子功能。需要考虑模块的独立性，即模块的内聚性，耦合性。 分层式结构：将一个操作系统分为若干层，每层由若干模块组成。各层之间只存在单向 依赖关系，即高层仅依赖紧邻它的低层。保证系统的正确性，易于扩
7、展，但效率低。 2 C/S模式 由客户机、服务器、网络系统构成。完成一次交互可分为，客户发送请求信息，服务器 接受信息，服务器反馈消息，客户机接受消息。此种模式实现了数据的分布存储，便于 集中管理，可扩展性。但可靠性差。 3 面向对象程序设计: 古月编辑 3 4 微内核操作系统结构： 将操作系统分为：微内核和多个服务器。有如下功能，进程线程管理、低级存储器管理、 中断和陷入处理。 二进程管理 1 程序顺序执行的特征： 顺序性：每一操作必须在上一个操作完成后开始 封闭性：程序运行独占全部资源，不受外界影响 可再现性：只要程序执行环境和初始条件相同，当程序重复执行时，结果相同 2 程序并发执行的特
8、点： 间断性：并发执行的程序由于共享资源，以及为了完成同一任务相互合作，相互制约。将导 致并发程序具有“执行-暂停 -执行”间断性活动规律。 失去封闭性：多个程序共享资源。 不可再现性：由于失去封闭性，也就失去了再现性。即使执行环境和初始条件相同，结果却 各不相同。 3 进程的特征： 结构特征：进程由程序段，相关数据段和PCB三部分组成 动态性：进程的实质是进程实体的一次执行过程。而程序只是一组有序指令集合。 并发性：多个进程同时存在于内存中，在同一时间段内同时运行。而程序不行。 独立性：进程实体可以独立运行，独立分配资源和独立接受调度（线程）。而未建立PCB的 程序不能作为一个单独的单位参与
9、运行。 异步性：指进程按各自独立的，不可预知的速度向前推进。 4进程的三个基本状态： 就绪状态：进程已分配到除了CPU之外的所有必要资源，只要再获得CPU，便可立即执行。 执行状态：进程已获得CPU，程序正在运行 阻塞状态：进程的暂停状态称为阻塞状态。 进程的挂起状态： 当发生终端用户请求、父进程请求、负荷调节的需求、操作系统需求时，可以发生挂起。 进程状态转换： 许可 I/0 完成进程调度时间片完 I/O 请求释放 进程创建：首先创建一个PCB ，将该进程转入就绪状态并插入就绪队列 进程终止：首先等待操作系统进行善后处理，然后清空PCB，并将 PCB空间返还系统。 5 进程控制块PCB PC
10、B记录操作系统所需的，用于描述进程当前情况以及控制进程运行的全部信息。使得一个 在多道程序环境下不能独立运行的程序成为一个可独立运行的基本单位。PCB是进程存在的 创建就绪 执行终止阻塞 古月编辑 4 唯一标识。 进程控制块信息： 1 进程标识符：用于唯一标识一个进程 内部标识符：为了方便系统使用。 外部标识符：由创建者提供，由用户进程访问该进程时使用。 2 处理机状态：由处理机各种寄存器内容组成。 3 进程调度信息： 进程状态、进程优先级、进程调度所需其他信息、事件（阻塞原因）。 4 进程控制信息： 进程控制块的组织方式： 1 链式方式：把同一状态的PCB ，用链接字链接成一个队列，形成就绪
11、队列。 2 索引方式：根据进程状态建立索引表，在每个索引表中，记录有相应状态的某个PCB在 PCB表中的地址。 5 进程控制 原语：由若干指令组成，用于完成一定功能的一个过程，是原子操作。在管态（核心态）下 执行，常驻内存。 进程创建： 可以由进程树来描述，子进程可以继承父进程的所拥有的资源，当子进程被撤销时，应将其 从父进程中获取的资源归还父进程。当父进程被撤销时，同时撤销子继承。 引起进程创建的事件： 在多道程序环境中，只有进程才能在系统中运行，为了能让程序运行，需要建立进程。引起 进程创建的事件有，用户登录、作业调度、提供服务、应用请求。 进程创建步骤： 申请空白PCB 、为新进程分配资
12、源、初始化进程控制块、将新进程插入就绪队列 进程终止： 引起进程终止的事件： 正常结束、异常结束、外界干预（父进程请求，父进程终止，操作系统干预等） 进程终止过程： 1根据被终止进程的标识符，从PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程状态。 2. 若该进程正处于执行状态，则立即终止其执行，并置调度状态为真，表示该进程被终止 后应重新进行调度。 3若该进程还有子进程，则将其子进程终止。 4将被终止进程的全部资源，或归还父进程，或归还操作系统 5. 将被终止进程的PCB从所在队列中移出。 进程的阻塞状态：当正在执行的进程，发现阻塞事件时，由于无法继续执行，于是进程调用 block 原语把自
13、己阻塞。进程的阻塞是进程自身的一种主动行为。 进程的唤醒过程：首先将被阻塞的进程从等待队列中移出，将其PCB 中的现行状态改为就 绪，然后将该PCB插入就绪队列。 进程挂起与激活： 古月编辑 5 进程挂起：首先检查被挂起进程的状态，若处于活动就绪状态，便将其改为静止就绪；对于 活动阻塞状态，改为静止阻塞。 进程激活：将进程从外存调入内存，检查其现行状态，若是静止就绪，便改为活动就绪；若 是静止阻塞，改为活动阻塞。 6 进程同步 1 由于资源共享和进程合作，进程间存在两种形式的制约关系： 间接相互制约关系：源于资源共享 直接相互制约关系：源于进程合作 2 临界资源：进程间应采用互斥方式，实现对这
14、种资源的共享 临界资源实例 - 生产者消费者 /* 生产者消费者例子 采用循环队列方式存放数据，当队列中为空时，消费者不能取数据， 当队列为满时，生产者不能输入数据 */ #include #define MAX 10 typedefstruct queue int bufferMAX; int front; int rear; queue; void producer(queue void customer(queue 单独运行生产者或消费者函数，都不会出现错误，但当两者并行执行时，会因为同时访问了 同一个数据量而引起错误，因此，需要互斥的令生产者和消费者访问变量。 3 临界区： 进程中访问
15、临界资源的那段代码称为临界区，临界区前面需要增加一段用于冲突检验的代 码，叫做进入区。相应的，在临界区后面加上一段退出区代码，用于将临界区正被访问的标 志恢复为未被访问的标志。余下区域为剩余区。 同步机制应当遵循的原则： 空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待 古月编辑 6 4 信号量机制 整型信号量：定义一个用于表示资源数目的整型量S ，除初始化外，仅能通过两个标准的原 子操作 wait(), signal() 来访问，即P，V 操作。原子操作在执行时不可中断。 void wait(int s) while (s=0) / 当没有资源可以利用时，等待 ; s=s-1; / 当有资源时，使用。
16、每使用一个，资源个数减一 void signal(int s) s=s+1; / 释放资源，资源个数加一 记录型信号量： 当信号量S=0 时，就会不断检测，未遵循让权等待。因此，除了需要一个用于代表资源数 目的整型变量value 外，还需增加一个进程链表指针L， 用于链接上述因s=0而等待的进程。 / 记录型结构体 typedefstruct semaphore int value;/ 记录资源个数 struct semaphore *L;/ 链接等待进程 semaphore; void wait(semaphore /value值可以一直减下去，为负数也可以，当为负数的时候，说明有进程自我阻塞了 if (s.value0) block(s.L);/ 当没有资源可用时，进程调用block 将自己阻塞。 / 此时， value 的绝对值表示该信号量链中已阻塞的进程数 void signal(semaphore if (s.value=
