操作系统要点总结

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1、操作系统操作系统 定义定义：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合，它们能以尽量 有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源，合理的组织计算机的工作流程，控制 程序的执行并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效的使用计算机， 使整个计算机系统能高效地运行 主要功能主要功能 进程(处理机)管理，存储管理，设备管理，文件管理，用户接口 特征特征 并发性并发性(concurrency）：处理多个同时性活动的能力。在计算机系统中同时存在多个程序宏观并行，微观串行。 共享性共享性（sharing）： 操作系统与多个用户的程序共同使用计算机系统中的资源（共享有限 的系统

2、资源） ， 操作系统要对系统资源进行合理分配和使用，资源在一个时间段内交替被 多个进程所用 虚拟性虚拟性（Virtual）：一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体分时或分空间。虚拟 是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率 不确定性不确定性程序执行结果的不确定性不允许出现多道程序设计环境，程序的异步执行，导致每道程序何时执行，每个程序执行的顺序 以及运行多长时间都是不确定的，不可预知的允许出现多道程序设计的特点多道程序设计的特点 1 多道 2 宏观上并行,微观上串行 多道程序实现基础多道程序实现基础 多道程序设计的硬件支持 1 中断系统 2 通道技术 3 CPU 和通道的通信 多道程

3、序实现的三个问题 1 存储保护和地址重定位 2 处理机管理和调度 3 资源的管理和分 配虚拟机、内核、虚拟存储器虚拟机、内核、虚拟存储器 内核内核操作系统内核是对硬件功能的首次延伸，是操作系统实现各项功能的基础 操作系统的内核部分运行于系统保护状态(系统态)之下，为系统的基本工作提供 良好的运行环境。一般将一些与硬件密切相关部分的模块、运行效率较高的模块、关 键性的数据结构以及公共的基础操作模块等纳入内核，以提高系统效率。 虚拟机虚拟机：一个裸机在每加上一层软件之后，就会变成一个功能更强大的机器，把这种新的 功能更强大的机器叫做虚拟机。 虚拟存储器虚拟存储器 是具有申请调入和置换功能，能把作业

4、一部分装入内存便可运行，能从逻辑上 对内存容量进行扩充的一种存储器系统访管指令：访管指令：指令系统中的一条硬指令，其功能是产生访管中断后，引出操作系统来处理访 管要求 系统调用：系统调用：用户在程序一级上请求系统为之服务的一种手段，它的功能由操作系统中的一 些专门程序段完成，这样的模块成为系统调用模块，简称系统调用 管态与算态：管态与算态：管态(系统态或核心态)系统程序运行的状态 目态(用户态)计算机运行用户 作业时的状态 进程是执行中的程序进程是执行中的程序 原语：原语：是机器指令的延伸，是若干条机器指令构成的，用以完成特定功能的一段程序 进程与线程的关系进程与线程的关系线程是进程的一个组成

5、部分，每个进程在创建时通常只有一个线程，由这个线程可以 再创建其它线程。通常一个进程可由若干个线程，至少有一个线程 进程的多线程都在进程的地址空间活动 资源是分配给进程的，而不是分配给线程的 处理机调度的基本单位是线程 线程在执行过程中需要同步进程的同步：进程的同步：指系统中多个进程中发生的事件间存在某种时序关系，需要相互合作，共同 完成一项任务。具体说，一个进程运行到某一点时要求另一伙伴进程为它提供消息，在未 获得消息之前，该进程处于等待状态，获得消息后被唤醒进入就绪状态 进程的互斥：进程的互斥：由于各进程要求共享资源，而有些资源需要互斥使用，因此各进程间竞争使 用这些资源，进程的这种关系为

6、进程的互斥临界资源临界资源（critical resource）：系统中某些资源一次只允许一个进程使用，称这样的资源为 临界资源或互斥资源，如外设、共享代码段、共享数据结构 临界区：临界区：在进程中访问临界资源的代码称为临界区，或称为互斥段死锁死锁:在多道程序系统，当某一个进程提出资源请求后，使得系统中一些进程处于无休止的 阻塞状态，在无外力的作用下，这种现象一直继续下去，把这种现象称为死锁 死锁的必要条件死锁的必要条件:互斥条件、不可抢占条件、请求和保持条件、环路等待条件 互斥互斥(Mutual exclusion)条件条件：一个资源一次只能被一个进程所使用，即是排它性使用 （某资源要么已经

7、分配给一个进程，要么是可用的） 不可抢占不可抢占(No preemption)条件条件：一个资源仅能被占有它的进程所释放，而不能被别的 进程强占 请求和保持请求和保持(Hold-and-wait )条件条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资 源要求，而该资源又已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对已经获得的其它资源 保持不放 环路等待环路等待(Circular wait)条件条件：当每类资源只有一个时，在发生死锁时，必然存在一个 进程资源的环形链。死锁定理死锁定理 S 为死锁状态的充分条件是：尚且仅当 S 状态的资源状态图是不可完全简化的，该充分条 件称为死锁定理。地址变换：地

8、址变换：程序加载(装入)时的重定位技术，即静态地址重定位和动态地址重定位 进程运行时硬件和软件的地址变换技术和机构 碎片：碎片：存储划分过小或无法使用的存储分块 文件：文件：一个具有符号名的一组相关联元素的有序的集合。通俗地说，文件表示程序和数据。文件系统：文件系统：是对软件资源的管理，通常也称文件系统为数据管理系统或信息管理系统 。文 件系统就是操作系统中负责管理、控制和存取文件信息的软件机构 文件系统的功能：文件系统的功能：1 实现从逻辑文件到物理文件的转换 2 有效地分配和管理文件存储空间 3 建立文件目录 4 提供合适的存取方法，适应各种不同的应用 5 给用户提供一组文件操作 按名存取

9、、逻辑文件、物理文件按名存取：按名存取：文件系统主要实现“按名存取” 。就是说，当用户要求系统保存一个已命名的文 件时，文件系统根据预先选定的结构把它的文件放到文件存储器中适当的地方；当用户要 使用该文件时，文件系统根据用户给出的文件名，能够从文件存储器中找出所要的文件， 或文件中的某个记录 。故文件系统的用户只要知道他们所需文件的文件名，就可以存取文 件中的信息，而无需知道这些文件放在何处。 逻辑文件：逻辑文件：从用户(或使用)的观点来进行研究，它研究的是用户思维中的抽象文件，也叫 逻辑文件 。 目的：是为用户提供一种结构清晰、使用简便的逻辑结构，用户按此去存储、检索和 加工处理有关文件信息

10、 。 物理文件：物理文件：从系统(或实现)的观点来进行研究，它研究的是存储在物理设备介质上的实际 文件，即就是物理文件。 目的：选择一些性能良好、设备利用率高的物理文件结构，系统按此和外部设备打交 道、控制信息的传输 。物理的文件结构对用户来说是透明的 。设备独立性：设备独立性：用户程序不直接使用物理设备名（或设备的物理地址） ，而只能使用逻辑设备 名；而系统在实际执行时，将逻辑设备名转换为某个具体的物理设备名，试试 I/O 操作。设备管理为用户提供方便，统一的界面。所谓方便，是指用户能独立于具体设备的复 杂物理特性之外而方便地使用设备。所谓统一，是指对不同的设备尽量使用统一的操作方 式，例如

11、各种字符设备用一种 I/O 操作方式。这就要求用户操作的是简便的逻辑设备，而 具体的 I/O 物理设备由操作系统去实现，这种性能常常被称为设备的独立性。多处理机系统多处理机系统：广义上，使用多台计算机协同工作来完成所要求的任务的计算机系统都是 多处理机系统。传统的狭义多处理机系统是指利用系统内的多个 CPU 并行执行用户多个程 序，以提高系统的吞吐量或用来进行冗余操作以提高系统的可靠性。 多计算机系统：多计算机系统：由两台以上的电子计算机组成的计算机系统。 SMPSMP 系统：系统：对称多处理机系统死锁推断思想死锁推断思想 1 系统中的所有进程各次按照不可预知的速度向前推进，一旦一个进程能够获

12、得所需资源， 他就能运行结束，进而释放所占有的资源，供其他进程使用，以此类推 2 进程能否继续推进检测程序测试系统是否存在死锁状态 3 结局：要么由一部分进程仍为阻塞状态（死锁状态） ，要么全部都能结束（非阻塞状态）局部性原理：局部性原理：在一段时间内，程序的执行仅局限于某个部分；相应地，它所访问的存储空 间也局限于某个区域内。时间局部性：如果程序中的某条指令一旦执行，则不久的将来该 指令可能再次被执行；如果某个存储单元被访问，则不久的将来该存储单元可能再次被访 问。空间局部性：一旦程序访问了某个存储单元，则在不久的将来，其附近的存储单元也 最有可能被访问。SPOOLing 系统系统的核心思想

13、核心思想是利用一台可共享性、高速大容量的块设备（磁盘）来模拟独 占设备的操作，使一占设备变成多台可并行使用的虚拟设备。 SPOOLing 系统的组成系统的组成 1 输入井和输出井 在磁盘上开辟的两个大的存储空间。输入井模拟脱机输入时的磁盘，用于收容 I/O 设备输入的数据。输出井模拟脱机输出时的磁盘，用于收容用户程序的输出数据。 2 输入缓冲区和输出缓冲区 在内存中开辟两个缓冲区：输入缓冲区和输出缓冲区。输入缓冲区用于暂存由输入设 备送来的数据，再传送到输入井。输出缓冲区用于暂存从输出井送来的数据，再传送给输 出设备。 3 输入进程 SPi 和输出进程 SPo 进程 SPi 模拟脱机输入时的外围控制机，将用户要求的数据从输入机通过输入缓冲区 再送到输入井。当 CPU 需要输入数据时，直接从输入井读入内存。SPo 进程模拟脱机输 出时的外围控制机，把用户要求输出的数据，先从内存送到输出井，待输出设备空闲时， 再将输出井中的数据，经过输出缓冲区送到输出设备上。