操作系统概论

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1、操作系统概论1.操作系统的主要目标方便用户使用 扩大机器功能 管理系统资源 提高系统效率 构筑开放环境2.资源复用空分复用共享 -该资源可进一步分割成更多和更小的单位供进程使用 。时分复用共享-并不把资源进一步分割成更小的单位，进程可在一个时间片内独占使用整个物理资源。3.资源虚化 是对资源进行转化、模拟或整合，把物理上的一个资源变成逻辑上的多个对应物的一类技术。 虚化的例子虚拟设备、虚拟存储器、虚拟屏幕(终端) 、虚拟信道 、虚拟文件 4.资源抽象 资源抽象用于处理系统的复杂性，重点解决资源的易用性。 资源抽象指通过创建软件来屏蔽硬件资源物理特性和接口细节，简化对硬件资源的操作、控制和使用的

2、一类技术。 单级资源抽象与多级资源抽象5.操作系统中最基础的抽象 进程抽象-是对已进入主存正在运行的程序在处理器上操作的状态集的抽象 。 虚存抽象-是对物理主存的抽象，进程可获得一个硕大的连续地址空间来存放可执行程序和数据，可使用虚拟地址来引用物理主存单元。 文件抽象-是对磁盘之类存储设备的抽象 。6.文件抽象是操作系统对磁盘设备的多层次抽象 第一层抽象，从磁盘到分区。 第二层抽象，从分区到扇区。 第三层抽象，从扇区到簇。 第四层抽象，从簇到文件系统分区7.虚拟计算机虚拟计算机是一台抽象计算机。它在硬件的基础上由软件来实现，并且与物理机器一样，具有指令及可用的存储空间 操作系统虚拟机的组成：1

3、) 虚处理器 2) 虚拟主存 3) 虚拟辅存 4) 虚拟设备8.操作系统的功能 处理机管理 存储管理 设备管理 文件管理 网络与通信管理 用户接口处理机管理 (1)进程控制和管理； (2)进程同步和互斥； (3)进程通信； (4) 进程死锁； (5)线程控制和管理； (6)处理器调度，又分高级调度，中级调度和低级调度。存储管理 (1)主存分配 ； (2)地址转换与存储保护； (3)主存共享 ； (4) 存储扩充 。处理机管理 (1)进程控制和管理； (2)进程同步和互斥； (3)进程通信； (4) 进程死锁； (5)线程控制和管理； (6)处理器调度，又分高级调度，中级调度和低级调度。设备管理

4、 (1)提供设备中断处理； (2)提供缓冲区管理； (3)提供设备独立性，实现逻辑设备到物理设备之间的映射； (4)设备的分配和回收； (5)实现共享型设备的驱动调度； (6)实现虚拟设备。文件管理 (1)提供文件的逻辑组织方法； (2)提供文件的物理组织方法； (3)提供文件的存取和使用方法； (4)实现文件的目录管理； (5)实现文件的共享和安全性控制； (6)实现文件的存储空间管理。网络与通信管理 (1)网络资源管理； (2)数据通信管理； (3) 网络管理。9.操作系统中的并发性(1) 并发性-指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生 发挥并发性能够消除系统中部件和部件之间的相

5、互等待，有效地改善系统资源利用率，改进系统的吞吐率，提高系统效率采用并发技术的系统称多任务系统 并发的实质是一个物理 CPU(也可以多个物理 CPU) 在若干道程序之间多路复用，并发性是对有限物理资源强制行使多用户共享以提高效率。 结论：实现并发技术的关键之一是如何对系统内的多个活动(进程) 进行切换的技术10.并发与并行关系并行性指-指两个或两个以上的事件或活动在同一时刻发生并行的事件或活动一定是并发的，但反之并发的事件或活动未必是并行的。并行性是并发性的特例，而并发性是并行性的扩展11.操作系统中的共享性共享指操作系统中的资源可被多个并发执行的进程所使用 ： 透明资源共享：资源隔离与授权访

6、问 显式资源共享：临界资源与独占访问12.操作系统中的异步性异步性给系统带来潜在危险,有可能导致与时间有关的错误。操作系统的一个重要任务是必须确保捕捉任何一种随机事件，正确处理可能发生的随机事件，正确处理任何一种产生的事件序列，否则将会导致严重后果13.虚拟性：我们用的都是经操作系统包装虚化之后的计算机14.操作系统的发展和形成人工操作阶段管理程序阶段多道程序设计与操作系统的形成15.系统调用与函数调用之间的区别1.调用形式和实现方式不同2.被调用代码的位置不同。3.提供方式不同。 16.用户界面可以分为以下几种1.字符型用户界面 a 命令行方式 b 批命令方式2.图形用户界面3.新一代用户界

7、面17.运行模型1.独立运行的内核模型 2.在应用进程内执行的模型3.作为独立进程运行的模型处理器管理1.如果一个计算机系统只包含一个运算处理器，成为单处理器系统，如果是多个则是多处理器系统2.特权指令与非特权指令从资源管理和控制程序执行的角度出发，必须把指令系统中的指令分作两部分：特权指令和非特权指令。 特权指令是指只能提供给操作系统的核心程序使用的指令，如启动 I/O 设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、清主存、建立存储键，加载 PSW 等。3.处理器状态（核心态和用户态） 处理器状态标志: 管理状态（特权状态、系统模式、特态或管态）和用户状态（目标状态、用户模式、常态或目态)。处理器状态的转

8、换。 处理器处于管理状态时，程序可以执行全部指令，使用所有资源，具有改变处理器状态的能力；处理器处于用户状态时，程序只能执行非特权指令4.处理器模式转换有两类情况会导致处理器从用户态向核心态转换，一是程序请求操作系统服务，执行系统调用，二是在程序运行时，产生中断或异常事件，运行程序被中断，转向中断处理程序或异常处理程序工作（都通过中断来实现）实现核心态到用户态的转换，计算机通常提供一条称为加载程序状态字的特权指令。用来实现从系统核心态返回用户态，将控制权交给应用进程5.程序状态字 PSWPSW 用来控制指令执行顺序并保留和指示与程序有关的系统状态，主要作用是实现程序状态的保护和恢复6.中断和异

9、常的相应及服务发现中断源，保护现场，转向中断/异常事件的处理程序，恢复现场7.进程映像（某时刻进程的内容及其状态集合）进程控制块，进程程序块（进程运行依赖的主体） ，进程核心快，进程数据块后三个是进程的实体8.进程上下文进程物理实体和进程运行的环境合称为进程上下文包括用户级上下文，寄存器上下文，系统级上下文9.由等待状态变成就绪状态叫唤醒从内存搬出去到磁盘叫挂起10.进程可以分为两个部分：资源集合和线程集合11.创建进程需要的工作1.在进程列表中增加一项，从 PCB 池中申请一个空闲 PCB，为新进程分配唯一的进程标识符；2.为新进程的进程映像分配地址空间。以便容纳进程实体。由进程管理程序确定

10、加载至进程地址空间中的程序；3.为新进程分配除主存空间以外的其他各种资源4.初始化 PCB， 5.把新进程的状态设置为就绪态，并将其移入就绪进程队列6.通知操作系统的某些模块。如记账程序同步，通信和死锁 12.死锁：一组进程如果都获得部分资源，还想要得到其他进程所占用的资源，最终所有进程将陷入永远等待的状态12.饥饿：一个可运行的进程由于其他进程总是优先于它，而被调度程序无限期地拖延而不能被执行13.信号通信机制信号是一种软中断，是传递短消息的简单通信机制，通过发送指定信号来通知进程某个异步事件发生，以迫使进程执行信号处理程序。14.管程作用在进程共享主存的前提下，如果能集中和封装针对一个共享

11、资源的所有访问，包括所需的同步操作，即把相关的共享变量及其操作集中在一起统一控制和管理。就可以方便地管理和使用共享资源，使并发进程之间的相互作用更为清晰，更易于编写正确的并发程序15.若信号量 s.value 为正值，此值等于在封锁进程之前对信号量 s 可施行的 P 操作数，亦即 s 代表的实际可用的物理资源数若信号量 s.value 为负值，其绝对值等于登记排列在 s 信号量队列中等待的进程数，即恰好等于对信号量 s 实施 P 操作而被封锁并进入信号量 s 等待队列的进程数P 操作通常意味着请求一个资源，V 操作意味着释放一个资源，在一定的条件下。P操作代表挂起进程的操作，而 V 操作代表唤

12、醒被挂起进程的操作存储管理 1.静态重定位：由装入程序实现装载代码模块和地址转换，把它装入分配给进程的主存指定区域，其中所有逻辑地址改成主存物理地址（程序执行前）动态重定位：由硬件截取此逻辑地址，并在它被发送到主存储器之前加上重定位寄存器的值，以便实现地址转换。 （程序执行中）2.可变分区算法中，必须把进程装入一个连续的主存区域，由于进程不断地装入和撤销，导致主存中常常出现分散的小空闲区，称之为“碎片（外部碎片） ”【内存中不可能被使用到的是内部碎片】 。3.主存不足的存储管理技术移动技术：当在未分配区表中找不到足够大的空闲区装入新进程时，可采用移动技术把已经在主存中的进程分区连接到一起，使分

13、散的空闲区汇集成片对换技术：如果当前一个或多个驻留进程都处于阻塞态。这时选择一个其中一个进程将其暂时移出主存，腾出空间给其他进程使用，同时把磁盘中的某个进程换入主存，让其投入运行。覆盖技术：指程序执行过程中程序的不同模块在主存中相互替代以达到小主存执行大程序的目的4.分段和分页的比较分段是信息的逻辑单位由源程序的逻辑结构及含义所决定，是用户可见的，段长由用户根据需要来确定，段起始地址可从任何主存地址开始分页是信息的物理单位与源程序的逻辑结构无关，是用户不可见的。页长由系统确定。页面只能从页大小的整数倍地址开始。5.为了提高运算速度，在硬件中设置相联存储器，用来存放进程最近访问的部分页表项，也称

14、转换后援缓冲或快表6.存储保护？在分区管理中如何实现存储保护？存储保护涉及防止地址越界和控制正确存取。当逻辑地址大于限长值时。表示进程所访问的地址超出所分得的区域，此时不允许访问。达到存储保护的目的7.分页式存储管理中。试分析大页面与小页面各自的优点大页面：虚存量大，适合多道程序运行。用户不必担心内存不够的调度操作，没有零星碎片小页面：内存的利用率高8.试述缺页中断与一般中断的区别中断：在计算机系统中，由于某些事件的出现，打断了当前程序的运行，而使 CPU去处理出现的时间1.两种中断产生的时刻不同。缺页中断是在执行一条指令中间时产生的中断，并立即转去处理，而一般中断则是在一条指令执行完毕后，当

15、硬件中断发现有中断时才去相应和处理 2.处理完毕后归属不同。缺页中断处理完后。仍返回到源指令去重新执行。因为那条指令并未执行，而一般中断则是返回到终端进程的下一条指令去执行或者重新调度去执行别的进程程序设备管理1.I/O 控制方式1.轮询方式：又称程序直接控制方式，使用查询指令测试设备控制器的忙闲状态位，确定主存储器和设备是否能否交换数据。2.中断方式：要求 CPU 与设备控制器及设备之间存在中断请求线，设备控制器的状态寄存器有相应的中断允许位。3.DMA 方式：主存储器和设备之间有一条数据通路，成块的传送数据，无须 CPU 干扰。实际数据传送操作由 DMA 完成4.通道方式：又称 I/O 处理器，能完成主存储器和设备之间的信息传送，与 CPU 并行地执行操作。