操作系统重点总结

第一章操作系统引论1、操作系统概念（几种观点）：1）操作系统是硬机器的扩展：虚拟机的观点2）操作系统是机器的管理者★资源管理的观点:1按性质把计算机资源分成四类：处理机（即CPU），存储器，外部设备，程序和数据。前三种属于硬资源，后一种属于软资源。2计算机运行对硬资源的使用解决四个问题：记住资源当前状态，制定资源分配策略，实施资源分配，完成资源回收。2、Os的基本特征和功能：处理机管理存储管理设备管理文件管理3、Os系统的引入和发展（多道程序、批处理系统、分时系统、实时系统各自特征、存在问题）1批处理系统指用户作业被分批处理。2“多道”批处理系统，即是在内存中同时存放一批中的几个作业程序，它们对系统资源进行共享与竞争。具有“多路共享自动封闭”等特点。3配有分时操作系统的计算机系统称为分时系统。分时系统采用“时间片轮转”的处理机调度策略。分时系统的特点多路性交互性独立性及时性4实时操作系统是能对来自外部的请求和信号在限定的时间范围内做出及时响应的操作系统。（常用于控制系统）实时系统的特点高及时性高可靠性4、三种接口类型：1程序接口：系统调用命令2命令接口：命令行和图形用户界面5、中断概念是指在CPU执行程序过程中，由于内部或某个外部事件的发生，让CPU暂时中止正在执行的程序而转向该突发事件的处理，处理完毕后返回被中止的程序继续执行的这样一个处理过程。（os”中断驱动”，中断使os重新获得对系统的控制权。典型中断：系统调用、时间片到、输入/输出完成时）中断分为两类：由CPU进行内部处理或执行特定指令时产生的中断，称为软中断，也称内中断（例：系统调用）；由外部事件引发的中断称为硬中断，也称外中断。硬中断又可细分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断两种类型。具体中断源的种类1外部设备中断2程序中断3时钟中断4硬件失效中断■OS特征：并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征；最基本的特征是并发性。★OS功能：1处理机管理：作业和进程调度；2存储器管理：内存分配，地址映射，内存保护，内存扩充；3设备管理：缓冲区管理，设备分配，设备驱动，设备无关性；4文件管理：文件存储空间的管理，文件操作的一般管理，目录管理，文件的存取控制；5OS与用户之间的接口：程序接口，用户接口，联机接口，脱机接口，图形接口；★多道批处理系统：优点：资源利用率高、系统吞吐量大；缺点：平均周转时间长、无交互能力。★分时系统概念：将一台计算机很好的提供给多个用户同时使用，提高计算机的利用率。★实时系统概念：是计算机系统可以立即对用户程序要求或者外部信号作出反应的系统，它可以分为硬实时系统和软实时系统。●分时系统与实时系统的比较(及时性、交互性、可靠性、多路性、独立性)：1及时性：实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的及时性，是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的，一般为秒级到毫秒级，甚至有的要低于100微妙。2交互性：实时信息处理系统具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。3可靠性：分时系统也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统具有高度的可靠性。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失，甚至是灾难性后果，所以在实时系统中，往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。★计算机系统把资源管理和控制程序执行的功能集中组成一种软件，称为操作系统，是系统软件操作系统的两个设计目标：1、使计算机系统使用方便2、使计算机系统能高效地工作（扩充硬件的功能，使硬件的功能发挥得更好；使用户合理共享资源，防止相互干扰；以文件形式管理软件资源，保证信息的安全和快速存取。设置操作系统的作用1，用户观点：操作系统是裸机与用户的一个界面。2，系统观点：操作系统是计算机系统资源的一个“管理员”。操作系统的分类用户要求计算机系统进行处理的一个计算问题称为一个“作业”。按照操作系统提供的服务，大致可以把操作系统分为：1、单道批处理系统；2、多道批处理系统，简称“多道系统”，即多个作业可同时装入主存储器进行运行的系统。多道系统能极大提高计算机系统的效率，表现为：（1）并行工作，减少了CPU的空闲时间，提高了CPU的利用率。（2）合理搭配多道使用不同资源的作业，可充分利用计算机系统的资源。（3）直接在高速的磁盘上存取信息，缩短了作业执行时间，使单位时间内的处理能力得到提高。（4）作业成批输入、自动选择和控制作业执行减少了人工操作时间和作业交接时间，提高了系统的吞吐率；3、分时系统，具有同时性、独立性、及时性、交互性。批处理兼分时系统中，由分时系统控制的作业称为“前台”作业，由批处理控制的作业称为“后台”作业。4、实时系统：在严格时间规定内处理必须结束；分类：（1）实时控制（2）实时信息处理5、网络系统：可实现资源共享的，为计算机网络配置的的操作系统我们使用的windows是网络式系统；6、分布式系统可协调多个计算机以完成一个共同任务的；发展：MS-DOS:单用户单任务，WindowsXP：单用户多任务，UNIX：多用户多任务操作系统的特性：1，并发性2，共享性3，不确定性操作系统的基本功能：处理器管理、存储器管理、文件管理、设备管理、文件管理。（1）为用户和应用程序之间提供一个控制底层硬件功能的接口；（2）给用户和应用程序分配硬件资源；（3）按用户要求加载和执行应用程序。操作系统具有层次结构，最大特点是整体问题局部化来优化系统，提高系统的正确性、高效性、使系统可维护、可移植。主要优点是有利于系统设计和调试；主要困难在于层次的划分和安排。★临界区是一段程序。★实现多道批处理系统需要解决的问题：1处理机管理问题；2内存管理问题；3I/O设备管理问题；4文件管理问题；5作业管理问题。★多道批处理系统形成和发展的主要动力：1不断提高计算机资源的利用率；2方便用户；3器件的不断更新换代；4计算机体系结构的不断发展。★单道批处理系统的特征：自动性、顺序性、单道性。★分时系统特点：多路性、交互性、及时性、独占性、。★实时系统按应用需求可分为：实时控制；实时信息处理；★实时系统特点：有严格的时间限制，每一个信息的接受、分析处理和发送的过程必须在规定的时间内完成。第二章进程管理程序的特点：i，顺序执行：顺序性，封闭性，再现性；ii，并发执行：无顺序执行时的特点，受约与其他程序进程是一个程序在一个数据集上的一次执行。由定义知进程关键组成是程序、数据集。是资源分配的基本单位。进程是程序运行的一个实例进程是一个可以和别的运算并发执行的运算进程是一个独立的可以调度的活动进程是一个程序及其数据在处理机上被执行时所发生的活动过程进程是一个程序一次执行的过程进程与程序的关系：①程序是一组有序指令的集合（静态），进程是程序的一次执行过程（动态）②一个程序可由多个进程同时执行，一个进程可包含多个程序③进程是系统进程资源分配和调度的一个独立单位，而程序则不是④程序可长期保存进程通过一个控制块来被系统所指挥，因此进程由程序、数据集和进程控制块三部分组成。进程控制块是进程存在的唯一标志.进程是要执行的，据这点可将进程的状态分为等待态然后是就绪态最后是运行态。进程的三种基本调度状态i，就绪状态：进程已获得除CPU外的所有运行所需要的资源；ii，运行状态：已占用CPU，正在运行；iii，阻塞状态：进程因等待某一事件的发生而暂时不能运行，即使CPU空闲，它也无法运行进程的基本队列也就是就绪队列和等待队列，（因为进程运行了，也就用不上排队了，也就没有运行队列了。）如果进程由一所在队列退出的操作称为出队，排入到一个指定的队列的操作称为入队。系统中负责进程入队和出队的工作称为队列管理。进程的切换：进程切换指一个进程进处理器，另一个进程出处理器的过程。若有一个进程从运行态变成等待态，或完成工作后就撤消，则必定会发生进程切换。进程的同步（综合应用）：1、进程同步的含义：进程的同步是指并发进程之间存在一种制约关系，一个进程的执行依赖另一个进程的消息，当一个进程没有得到另一个进程的消息时应等待，直到消息到达才被唤醒。有生产者、消费者问题；哲学家就餐问题，变形问题的例子。“生产者”与“消费者”是同步问题的典型。这里有两个消息量：一是“缓冲器里有物品”，二是“可把物品存入缓冲器”，这两个消息量对应需要两个信号量SPut和SGet.SP的初始值为1，如果初始时可用的缓冲器为n个，则SP＝n；SG的初始值为0。生产者进程调用P（SP）和V（SG），消费者进程调用P（SG）和V（SP），根据SG和SP的值来决定是否可以存或取物。2、正确使用PV操作实现进程同步。（1）用一个信号量与一个消息联系起来，当信号量的值为0时表示期望的消息尚未产生，当信号量值为非0时表示期望的消息已经存在。（2）在用PV操作实现同步时，一个信号量与一个消息量联系在一起，当有多个消息时必须定义多个信号量；测试不同的消息是否到达或发送不同消息时，应对不同的信号调用P操作或V操作。（3）仔细领会教材中的例子，关于PV操作，在考试中出现的可能性极大，但是难度基本不超过教材上例题。3、使用PV操作实现进程同步与互斥的混合问题。进程的同步与进程的互斥都涉及到并发进程访问共享资源的问题。可以看到进程的互斥实际上是进程同步的一种特殊情况。若干进程互斥使用资源时，一个等待使用资源的进程在得到占用资源的进程发出“归还资源”的消息（调用了V操作）后，它就可去使用资源。因此，互斥使用资源的进程之间实际上也存在一个进程依赖另一个进程发出信息的制约关系。所以，也把进程的互斥与进程的同步称为进程的同步。进程通信（领会）：1、进程通信的含义：通过专门的通信机制实现进程间交换大量信息的通信方式称为“进程通信”2、实现进程通信的基本原语：有两条：“send（发送）”和“receive（接收）”原语。3、利用信箱通信时“发送”和“接收”原语的功能：send（N，M）功能：把信件M送到指定的信箱N中。receive（N，X）功能：从指定信箱N中取出一封信，存放到指定的地址X中。4、信箱的基本结构：一个信箱由“信箱说明”和“信箱体”两部分组成。线程的概念（识记）：线程是进程中可独立执行的子任务，一个进程中可以有一个或多个线程，每个线程都有一个唯一的标识符。支持线程管理的操作系统有Mach，OS/2，WindowsNT，UNIX等。临界区：进程程序中，涉及访问共享资源的程序段，称为“临界区（CS）”，临界资源：只能排他使用的资源称为“临界资源”。管程：一个管程（monitor）定义了一种数据结构和并发进程在该数据结构上执行的一组操作，这组操作用来实现进程间的同步和改变管程中的数据★进程在三个基本状态之间转换：1绪状态→执行状态：进程分配到CPU资源；2执行状态→就绪状态：时间片用完；3执行状态→阻塞状态：I/O请求；4阻塞状态→就绪状态：I/O完成。★进程的同步和互斥：是指进程在推进时的相互制约关系，在多道系统中，由于资源共享与进程合作，这种进程间的制约成为了可能。★进程的同步：主要源于进程合作，是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系。为进程之间的直接制约关系。再多道环境下，这种进程间在执行次序上的协调是必不可少的。★进程的互斥：主要源于资源共享，市进程之间简介制约关系。再多得到系统中每次只允许一个进程访问的自愿成为临界资源，进程互斥就是保证每一次只有一个进程使用临界资源。★线程的概念：在操作系统中引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性，提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位，而线程则是系统调度的基本单位。★PCB(ProcessControlBlock进程控制块的概念)：PCB是为了描述和控制进程的运行系统，为每个进程定义的一个数据结构，它是进程实现的一部分，也是操作系统中最重要的记录型数据结构。■PCB的作用，为什么PCB是进程存在的惟一标志：PCB是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。作用是使