自考操作系统概论(2017)-知识总结

操作系统概论知识总结第一章操作系统简介1.操作系统是覆盖在裸机上的第一层系统软件2.操作系统的两个主要目标：a)与硬件部分相互作用，为包含在硬件平台上的所有底层可编程部件提供服务b)为运行在计算机系统上的应用程序（即所谓用户程序）提供执行环境3.现代计算机系统的一个重要特点就是支持多任务4.操作系统所管理的资源主要包括处理机、内存、设备和文件，在网络操作系统中还包括网卡、宽带等5.操作系统的主要功能：a)处理机管理b)内存管理c)设备管理d)文件管理6.操作系统的发展从时间顺序上经历了从无操作系统到单道批处理系统、多道程序系统（多道批处理系统、分时系统）的发展过程，随着计算机应用领域的扩大、计算机体系结构的多样化，又出现了微机操作系统、网络操作系统、实时操作系统、嵌入式操作系统和物联网操作系统7.单道批处理系统内存中只有一道作业，可以自动成批处理作业。单道批处理系统特点：自动性、顺序性、单道性。单道批处理系统与无操作系统相比，减少了等待人工操作的时间8.多道批处理系统的特点是多道性、无序性、调度性、复杂性。其优点是能够提高CPU、内存和I/O设备的利用率和系统的吞吐量，缺点是系统平均周转时间长，缺乏交互能力。9.分时操作系统允许多个用户通过终端同时使用计算机，特点是多路性、独立性、及时性和交互性，优点是向用户提供了人机交互的方便性，使多个用户可以通过不同的终端共享主机。分时系统的实现需要解决两个关键问题，即及时接收和及时处理10.实时系统主要用于实时控制和实时信息处理领域。实时系统必须能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行11.实时系统的特点：多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性12.实时系统比分时系统要求有更高的可靠性13.现代操作系统都支持多任务，具有并发、共享、虚拟和异步性特征14.并发两个或多个事件在同一时间间隔内发生15.共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用，资源共享有两种方式：互斥共享和同时共享16.内存管理的主要任务是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用内存，提高内存的利用率，以及从逻辑上扩充内存以实现虚拟存储17.内存管理应具有内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充功能18.操作系统可以采用两个方式实现内存分配，即静态分配方式和动态分配方式19.内存保护的任务：a)使操作系统内核的空间不会被用户随意访问，以保证系统的安全和稳定b)确保每道用户程序都在自己的内存空间中运行，互不干扰20.CPU执行程序过程中访问内存时，需要把程序的逻辑地址转变为物理地址，这个转换过程称为地址映射21.内存扩充的任务是借助于虚拟存储技术，从逻辑上扩充内容容量，使系统能够向用户提供比物理内存大的存储容量。为了能从逻辑上扩充内存，系统必须具有内存扩充机制，以实现请求调入功能和置换功能22.进程的管理功能主要包括进程的描述与组织、进程控制、进程同步、进程通信及进程调度23.设备管理主要功能：a)缓冲管理b)设备分配c)设备处理d)设备独立性和虚拟设备24.目录项包括文件名、文件属性、文件的地址等信息。25.操作系统向用户提供了用户与操作系统之家的接口。主要包括：命令接口、图形接口和程序接口26.命令接口分为联机用户接口和脱机用户接口。联机用户接口是为联机用户设计的。脱机用户接口是为批处理作业的用户提供的，也称处理厂用户接口27.操作系统提供给程序员的接口是系统调用28.软件系统结构是一个复杂软件体系的高层结构，为软件系统提供了一个结构、行为和属性的高级抽象29.明确清晰的软件系统结构是一条贯穿软件系统整个生命周期的主线，是软件设计成功的基础和关键，也是对软件大型化、复杂化趋势的一种很好的应对决策30.单体内核是操作系统中最早、最常见的体系结构31.微内核技术是操作系统发展的一个里程碑，它的核心思想是核心功能外移32.程序是指令的集合，程序的执行就是按照某种控制流执行指令的过程33.一个单一指令需要的处理称为指令周期，一个指令周期可以划分成两个步骤，分别是取指周期和执行周期34.在每个执行周期开始时，处理器从存储器中取一条指令35.程序的执行就是反复取指令和执行指令36.取指令和执行指令都是由硬件完成的。第二章进程管理1.操作系统中最核心的概念是进程2.程序的顺序执行的特点：顺序性，封闭性，可再现性3.程序的并发执行的特点：间断性、失去封闭性、不可再现性4.引入进程的原因：当操作系统支持程序并发执行时，并发执行的程序可能是同一程序在不同数据集合上的执行，也可能是不同的程序在不同数据集合上的执行，它们共享系统资源，用程序已不能描述程序的并发执行，所以引入了进程的概念5.进程的定义：a)进程是允许并发执行的程序在某个数据集合上的运行过程b)进程是由正文段、用户数据段和进程控制块共同组成的执行环境。6.正文段存放被执行的机器指令，用户数据段存放进程在执行时直接进行操作的用户数据，进程控制块存放程序的运行环境，操作系统通过这些数据描述和管理进程7.进程的特征：a)并发性。b)动态性c)独立性d)异步性e)结构特征8.进程与程序的区别：a)程序是静态的，进程是动态的。b)程序是永久的，进程是暂时存在的c)程序与进程的存在实体不同。9.进程与程序的联系a)进程是程序的一次执行，进程总是对应至少一个特定的程序，执行程序的代码b)一个程序可以对应多个进程。同一个程序可以在不同数据集合上运行，因而构成若干个不同的进程，几个进程能并发地执行相同的程序代码，而同一个进程能顺序地执行几个程序10.进程由程序、用户数据和操作系统管理进程所需要的进程控制块构成。进程实体存在的标志是操作系统管理进程所使用的数据结构——进程控制块11.进程控制块中包含的信息：进程标识符信息（用于唯一标识一个进程）、处理机状态信息（通用寄存器、指令计数器、程序状态字PSW、用户栈指针）、进程调度信息（进程状态信息、进程优先级和进程调度所需的其他信息）、进程控制信息（包括程序、数据的地址、进程同步、通信机制、资源清单、链接指针）12.进程的三种基本状态：就绪态、阻塞态和执行态13.进程的组织：链接方式、索引方式和进程队列14.需要创建新进程的情况：用户登录、作业调度、提供服务、应用请求15.调用创建新进程的系统调用来创建进程的步骤：1.申请空白PCB，2.为新进程分配资源，3.初始化进程控制块，4.将新进程插入就绪队列16.进程的阻塞和唤醒操作：a)请求系统服务b)启动某种操作c)新数据尚未到达d)无新工作可做17.完成进程阻塞的简化过程如下：a)将进程的状态改为阻塞态b)将进程插入相应的阻塞队列c)转进程调度程序，从就绪队列中选择进程为其分配CPU18.进程唤醒的过程：a)将进程从阻塞队列中移出b)将进程状态由阻塞态改为就绪态c)将进程插入就绪队列19.进程终止：a)当进程正常秩序完毕，调用终止进程的系统调用，请求操作系统删除该进程b)一个进程调用适当的系统调用，终止另外一个进程。20.父进程终止其子进程的原因：a)子进程使用了超过它所分配到的一些资源b)分配给子进程的任务已经不再需要c)父进程退出。21.完成进程终止的过程：a)从进程PCB中读进程状态b)若进程正在执行，则终止进程的执行c)若进程由子孙进程，在大多数情况下需要终止子孙进程d)释放资源e)将终止进程的PCB移出22.操作系统内核是计算机硬件的第一次扩充，内核执行操作系统与硬件关系密切，执行频率高的模块，常驻内存23.操作系统内核的功能：支撑功能（中断处理、时钟管理和原语操作）和资源管理功能（包括进程管理、存储管理和设备管理）24.中断是改变处理器执行指令顺序的一种事件，这样的事件与CPU芯片内外部硬件电路产生的电信号相对应25.计算机在执行程序的过程中，当出现中断时，计算机停止现行程序的运行，转向对这些中断事件的处理，处理结束后再返回到现行程序的间断处26.引入中断的原因：使CPU可以与其他设备并行工作，能有效提高CPU的利用率，改善系统性能，支持系统的异步性。27.中断的类型：a)同步中断（内部中断或异常），是指指令执行时由CPU控制单元产生的，之所以称为同步，是因为只有在一条指令终止执行后CPU才会发出中断，如除法出错、调试、溢出和浮点出错等b)异步中断（外部中断），是由其他硬件设备随机产生的，又分为外部可屏蔽中断和外部不可屏蔽中断。外部不可屏蔽中断是由紧急事件引起的中断，如硬件故障28.引起中断的原因：人为设置中断、程序性故障、硬件故障、I/O设备和外部事件29.单重中断的处理过程：a)系统管理中断，保护断点，把当前要执行的下一条指令的地址保存到内存中，以便中断返回时，能把这个地址恢复到程序计数器PC中，使被中断的程序从断点处开始继续执行b)转中断处理程序。在中断处理程序中完成保护现场的工作，就是把相关的硬件上下文信息保存到内存中，硬件上下文就是中断返回恢复被中断程序的执行时，需要写回CPU寄存器的值c)保护完现场后，要根据中断向量到中断向量表中找到与中断处理子例程入口地址相关信息，由这些信息得到中断处理子例程的入口地址，以执行中断处理子例程，完成本次中断处理的特定处理工作d)最后，恢复现场，开中断，CPU返回断点处继续执行被中断的程序30.时钟的重要性：时钟是计算机系统的脉搏，计算机的很多活动都是由定时测量来驱动的；操作系统的内核可以利用时钟机制防止一个进程垄断CPU或其他资源；计算机中当前时间显示功能、即时通信程序等与时间相关的软件都需要时钟机制的支持31.大部分PC中有两个时钟源，分别称为实时时钟（RTC）和OS时钟。RTC时钟也称CMOS时钟，是一块时钟芯片，靠电池供电，为计算机提供计时标准，是最原始、最底层的数据。OS时钟产生于PC主板上的定时/计数芯片，在开机时有效，由操作系统控制32.操作系统内核需要完成两种主要的定时测量，一是保存当前的日期和时间，以便能通过系统调用把它们返回给用户程序，让用户程序获得当前的日期和时间，也可以由内核本身把当前时间作为文件和网络包的时间戳。二是维持定时器，这种机制能够告诉内核或用户程序某一时间间隔已经过去33.操作系统依靠时钟硬件和时钟驱动程序完成上述两种定时测量功能34.时钟驱动程序也成为时钟中断处理程序，每产生一次时钟中断信号，操作系统内核要执行时钟驱动程序，时钟驱动程序完成如下功能：a)维护日期和时间；b)递减当前进程在一个时间片内的剩余执行时间，并检查是否为零，防止进程运行超时；c)对CPU的使用情况记账；d)递减报警计数器35.系统调用是一群预先定义好的模块，它们提供一条管道让应用程序或一般用户能由此得到核心程序的服务。36.用户空间是指用户进程所处的地址空间，一个用户进程不能访问其他进程的用户空间，只有系统程序才能访问其他用户空间。当CPU执行用户空间的代码时，称该进程在用户态执行37.系统空间是指含有一切系统核心代码的地址空间，当CPU执行系统核心代码时，称进程处于系统态执行38.系统调用与一般函数的区别：a)系统调用运行在系统态（核心态），而一般函数运行在用户态b)系统调用与一般函数调用的执行过程不同。系统调用执行时，当前进程被中断，由系统找到相应的系统调用子程序，并在系统态下执行，执行结果返回进程c)系统调用要进行“中断处理”，比一般函数调用多了一些系统开销39.系统调用的类型：a)进程控制类系统调用。创建、撤销进程；获得、改变进程属性b)文件操纵类系统调用。创建、删除、打开、关闭和读/写文件c)设备管理类系统调用。请求、释放设备d)通信类系统调用。打开、关闭连接，交换信息e)信息维护类系统调用。返回系统当前日期、时间、版本号、用户数、空闲内存和磁盘空间大小等信息40.进程同步的任务：a)对具有资源共享关系的进程，保证诸进程以互斥的方式访问临界资源b)对具有相互合作关系的进程，保证相互合作的诸进程协调执行。41.同步机制应遵循的准则：a)空闲让进b)忙则等待c)有限等待d)让权等待42.管程是描述共享资源的数据结构和在数据结构上的共享资源管理程序的集合。