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计算机操作系统笔记第一章

------------- ——第一章 --------- ——-------操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充，其主要作用是管理好这些设备。

操作系统的目标与应用环境有关。

操作系统的目标：1. 方便性 2. 有效性：提高系统资源的利用率，系统的吞吐量 3. 可扩充性4. 开放性：系统能遵循世界标准规范。

操作系统是一组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理地堆各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。

OS作为用户与计算机硬件系统之间接口的含义是：OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。

或者说，用户在OS帮助下能够方便、快捷、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。

OS是铺设在计算机硬件上的多层软件的集合，它们不仅增强了系统的功能，还隐藏了对硬件操作的具体细节，实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象模型。

用户通过命令方式，系统调用方式，图标-窗口方式来实现与操作系统的通信。

处理机管理是用于分配和控制处理机。

主要功能：创建和撤销进程，对诸进程的运行进行协调，实现进程之间的信息交换，以及按照一定的算法把处理机分配给进程。

进程控制。

进程同步：主要任务是为多个进程(含线程)的运行进行协调，进程互斥式，进程同步式。

进程通信：任务是实现相互合作进程之间的信息交换。

存储器管理主要负责内存的分配和回收。

主要任务：为多道程序的运行提高良好的环境，提高存储器的利用率，方便用户使用，并能从逻辑上扩充内容。

功能：内存分配：主要任务是：(1) 为每道程序分配内存空间，使它们“各得其所”。

(2) 提高存储器的利用率，尽量减少不可用的内存空间( 碎片)。

(3) 允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要。

(静态分配方式：固定内存大小位置，动态分配方式) 内存保护：主要任务是：①确保每道用户程序都仅在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰。

②绝不允许用户程序访问操作系统的程序和数据，也不允许用户程序转移到非共享的其它用户程序中去执行。

操作系统_第一章操作系统引论_笔记(下载后可转化为word,pdf只是为了不乱码)

第一章操作系统引论1、操作系统（OS）：计算机硬件→OS→系统程序→应用程序->用户2、OS是计算机配置在硬件上的第一层软件，是现代计算机最基本和最重要的系统软件.3、OS的主要目标：方便性、有效性、可扩充性、开放性①方便性：OS可用编译命令将高级语言翻译成机器代码或直接通过以的命令操作计算机②有效性：提高系统资源的利用率和吞吐量③可扩充性：可扩充性推动了OS结构的不断发展④开放性：指系统它遵循世界标准规范（兼容性）4、OS的定义：OS是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程以及方便用户的程序集合5、OS的作用：①作为用户与计算机硬件系统之间的接口②作为计算机系统资源管理者③实现了对计算机资源的抽象（虚拟机）6、计算机四大资源分配：处理机、存储器、输入输出设备、文件（数据和程序）7、推动操作系统发展的动力：①不断提高计算机资源利用率②方便用户③器件的不断更新迭代④计算机体系结构的不断发展⑤不断提出新的应用需求8、操作系统的发展过程：手工操作→早期批操作→联机批操作→脱机批处理→单道批处理系统（操作系统出现）→多道批处理系统→分时系统→实时系统→微机操作系统、网络操作系统等①单道：资源利用率不高②多道：推动多道发展的动力（提高资源利用率和系统吞吐量）优缺点：资源利用率高，系统吞吐量大，平均周期长、无交互能力（对小型作业不利）需解决问题：处理机争用、内存分配和保护、输入输出设备分配、文件的组织和管理、作业管理、用户与系统的接口③分时系统：推动分时发展的动力（满足用户人机交互和共享主机的需求）分时特征：多路性（多台终端可连到一台主机）、独立性（各用户间互不干扰）、及时性（用户请求短时间内获得响应）、交互性（用户通过终端与系统进行人机对话）终端用户发出一个命令到系统处理完这条命令并作出回答所需时间T=n*Q④实时系统：及时响应外部请求，且规定时间内完成对该事件的处理，并控制实时任务和实时设备协调一致地运行类型：工业控制系统、信息查询系统、多谋体系统、嵌入式系统实时任务类型：周期性实时任务和非周期性、硬实时任务和软实时任务、实时控制系统和实时信息处理系统硬实时（必须满足对截止时间的需求）软实时（有截止时间但并不严格）实时特征：多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性⑤微机操作系统：单用户单任务(CPM.MS DOS)→单用户多任务(Windows)→多用户多任务(UNIX、Solaris、Linux)⑥网络操作系统：模式：对等模式、客户/服务模式、浏览器/服务器模式功能：网络通信、资源管理、网络服务、网络管理和互操作能力⑦分布式OS：任意两台计算机可通过通信来交换信息、一个程序分布于多台计算机上并行地运行、资源为所有用户共享、各计算机无主次优点：坚定性强、维护方便，易于扩充、高效率、经济性好特点：实现系统的操作的统一性、系统透明性、分布式系统的基础是网络9、OS特征：并发、共享、虚拟、异步(并发是最基础特征)①并行：多个事件在同一时刻发生并发：多个事件在同一时间间隔内发生②共享：互相共享，同时访问③虚拟：把物理上的一个变成逻辑上的若干或扩大容量④异步：多个作业执行顺序和每个作业执行时间不确定10、OS的主要功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、提供用户接口①处理机管理：进程控制、进程同步、进程通信、调度②存储器管理：内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充③设备管理：缓冲管理、设备分配、设备处理④文件管理（信息管理）：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理和保保⑤提供用户接口：用户接口（联机用户，脱机用户，图形用户）、程序接口以上是传统功能，以下是现代OS的新功能（面向网络，面向安全，面向多媒体）⑥系统安全：认证技术、密码技术、访问控制技术、反病毒技术⑦网络的功能和服务：网络通信、资源管理、应用互操作⑧支持多媒体：接纳控制功能、实时调度、多媒体文件的存储11、OS结构设计：无结构的OS→模块化结构→分层式结构→微内核结构（现代结构）①模块化结构独立性：内聚性越高、模块独立性越好②分层结构特点：易保证系统正确性、易推、易维护（不会产生递归，避免锁死）。

(完整word版)(统考02326)操作系统笔记_共83页

第一章引论第一节什么是操作系统(识记)1.计算机系统定义:是按用户的要求接收和存储信息,自动进行数据处理并输出结果信心的系统2.计算机系统构成:硬件系统和软件系统3.硬件系统组成:中央处理器(CPU),主存储器,辅助存储器,各种输入/输出设备二.操作系统1.操作系统定义:是一种管理计算机系统资源,控制程序执行,改善人机界面和为其它软件提供支持的系统软件操作系统的两个主要设计原则2.能使得计算机系统使用方便.3.能使得计算机高效的工作第二节操作系统的形成1.控制台:早期,程序的装入,调试以及控制程序的运行都是程序员通过控制台上的开关来实现2.原始汇编系统:用汇编语言编写的程序称为源程序,它不能直接在机器上执行,只有通过汇编语言解释程序把源程序转换成用机器指令序列表示的目标程序后才能在计算机上运行.3.设备驱动程序:是最原始的操作系统.是一种控制设备工作的程序4.管理程序:是初级的操作系统.是一种能对计算机硬件和软件进行管理和调度的程序5.操作系统:采用了SPOOLING的处理形式SPOOLING又称”斯普林”.从本质上说,SPOOLING是把磁盘作为一个巨大的缓冲器.在一个计算问题开始之前,把计算所需要的程序和数据从读卡机或其它输入设备上预先输入到磁盘上读取程序和数据,同样,对于计算的结果也是先在磁盘上缓冲存放,待计算完成后,再从打印机上打印出该计算问题的所有计算结果第三节操作系统的基本类型按照操作系统提供的服务进行分类,可分为批处理操作系统,分时操作系统,实时操作系统,网络操作系统,分布式操作系统,多机操作系统和嵌入式操作系统等.其中批处理操作系统,分时操作系统,实时操作系统是基本的操作系统一批处理操作系统1.定义:用户为作业准备好程序和数据后,再写一份控制作业执行的说明书.然后把作业说明书连同相应的程序和数据一起交给操作员.操作员将收到一批作业的有关信息输入到计算机系统中等待处理,由操作系统选择作业,并按其操作说明书的要求自动控制作业的执行.采用这种批量化处理作业的操作系统称为批处理操作系统.2.分类●批处理单道系统:一次只选择一个作业装入计算机系统的主存储器运行.批处理多道系统:允许多个作业同时装入主存储器,使中央处理器轮流的执行各个作业,各个作业可以同时使用各自所需要的外围设备3.批处理多道系统优点多道作业并行减少了处理器的空闲时间,既提高了处理器的利用率作业调度可以按一定的组合选择装入主存储器的作业,只要搭配合理作业执行过程中,不再访问低速的设备,而是直接从高速的磁盘上存取信息,从而缩短了作业执行时间,使单位时间内的处理能力得到提高作业成批输入,自动选择和控制i作业执行,减少了人工操作时间和作业交接时间,有利于提高系统的吞吐率●分时操作系统1.定义:能使用户通过与计算机相连的终端来使用计算机系统,允许多个用户同时与计算机系统进行①系列的交互,并使得每个用户感到好像自己独占一台支持自己请求服务的计算机系统.具有这种功能的操作系统称为分时操作系统,简称分时系统2.分时技术:既把CPU时间划分成许多时间片,每个终端用户每次可以使用一个由时间片规定的CPU时间.这样,多个用户就轮流的使用CPU时间,如果某个用户在规定的一个时间片内还没有完成它的全部工作,这时也要把CPU让给其他用户,等待下一轮再使用一个时间片的时间,循环轮转,直至结束.3.分时系统主要特点:同时性.允许多个终端用户同时使用一个计算机系统独立性:用户在各自的终端上请求系统服务,彼此独立,互不干扰及时性:对用户的请求能在较短的时间内给出应答交互性:采用人机对话的方式工作实时操作系统定义:能使计算机系统接受到外部信息后及时处理,并且在严格的规定时间内处理结束,再给出反馈信号的操作系统称为实时操作系统,简称为实时系统1.设计实时系统注意点要及时响应,快速处理实时系统要求高可靠性和安全性,不强求系统资源的利用率第四节操作系统的发展1.单用户微机操作系统:是指早期的微型计算机上运行的操作系统每次只允许一个用户使用计算机2.网络操作系统:为计算机网络配置的操作系统称为网络操作系统.网络操作系统把计算机网络中各台计算机系统有机的联合起来,为用户提供一种统一,经济而有效的使用各台计算机系统的方法,可使各台计算机系统相互间传送数据,实现各台计算机系统之间的通信以及网络中各种资源的共享3.分布式操作系统:为分布式计算机系统配置的操作系统称为分布式操作系统.分布式操作系统能使系统中若干计算机相互协作完成一个共同的任务,或者说把一个计算问题可以分成若干个子计算,每个子计算可以在计算机系统中的各计算机上并行执行4.多机操作系统:为多处理器系统配置的操作系统称为多机操作系统5.嵌入式操作系统:是指运行在嵌入式系统中对各种部件,装置等资源进行统一协调,处理和控制的系统软件(主要特点是微型化和实时性)第五节Unix操作系统简介1.诞生Unix的第一个版本version 1 是AT&TTA公司下属的Bell实验室里两位程序员Ken Thompson和Dennis Ritchie凭兴趣和爱好1969年在一台闲置的PDP-7上开发的.2.特点Unix是一个交互式的分时操作系统Unix系统的源代码公开第六节操作系统的功能1.操作系统的功能:(从资源管理的角度来分)]处理器管理:对CPU进行管理存储管理:对主存储器进行管理文件管理:通过对磁盘进行管理,实现对软件资源进行管理设备管理:对各类输入.输出设备进行管理2.操作系统为用户提供的使用接口程序员接口:通过”系统调用使用操作系统功能(开发者)操作员接口:通过操作控制命令提出控制要求.第二章计算机系统结构简介第一节计算机系统结构一层次结构1.计算机系统构成:硬件系统和软件系统硬件系统构成:中央处理器(cpu),存储器,输入,输出控制系统和各种输入/输出设备软件系统组成:系统软件,支撑软件,应用软件2.层次结构:最内层是硬件系统,最外层是使用计算机系统的人,人与硬件系统之间是软件系统.软件系统又依次为系统软件-支撑软件应用软件二.系统工作框架1.引导程序:进行系统初始化,把操作系统中的核心程序装入主存储器,并让操作系统的核心程序占用处理器执行.2.操作系统核心程序:完成自身的初始工作后开始等待用户从键盘或鼠标输入命令,每接受一条命令就对该命令进行处理第二节硬件环境一. CPU与外设的并行工作在现代的通用计算机系统中,为提高计算机的工作效率,均允许中央处理器和外设并行工作.当执行到一条启动外设的指令时,就按指令中给定的参数启动指定的设备,并把控制移交给输入/输出控制系统,由输入/输出控制系统控制外围设备与主存储器之间的信息传送,外围设备独立工作,不再需要中央处理器干预,于是中央处理器可继续执行其它程序二. 存储体系1.寄存器:是处理器的组成部分,用来存放处理器的工作信息.存取速度快,但造价高.●通用寄存器:存放参加运算的操作数.指令的运算结构等●指令寄存器:存放当前从主存储器读出的指令●控制寄存器:存放控制信息以保证程序的正确执行和系统的安全程序状态字寄存器:存放当前程序执行时的状态.中断字寄存器:记录出现的事件基址寄存器:设定程序执行时可访问的主存空间的开始地址限长寄存器:设定程序执行时可访问的主存空间的长度2.主存储器:以字节为单位进行编址.主存储器容量较大,能被处理器直接访问,但断电会丢失数据.3.高速缓冲存储器:也称cache,位于处理器和主存储器之间起到缩短存储时间和缓冲存储的作用4.辅助存储器:最常用的辅助存储器有磁盘和磁带.优点是容量大且能永久保存信息,但不能被中央处理器直接访问.三. 保护措施一般是硬件提供保护手段和保护装置,操作系统利用这些设施配合硬件实现保护1.指令分类●特权指令:不允许用户程序中直接执行的指令.如:启动i/o,设置时钟,设置控制器等●非特权指令:允许用户程序中直接执行的指令2.cpu工作状态●管态:可执行包括特权指令在内的一切机器指令.一般是操作系统程序占用中央处理器时,cpu处于管态●目态:不允许执行特权指令.一般是用户程序占用中央处理器时,CPU处于目态.3.存储保护:不同的存储管理方式有不同的实现保护方法,如可变分区存储管理方式中:基址寄存器的值<=访问地址<=基址寄存器的值+限长寄存器的值第三节操作系统结构一设计目标●正确性:能充分估计和把握各种不确定的情况,使操作系统不仅能保证正确性,且易于验证其正确性●高效性:减少操作系统的开销从而提高计算机系统的效率,尤其对常驻主存储器的核心程序部分更要精心设计●维护性:当系统发现错误或为提高效率而对算法进行调整等工作时,应使操作系统容易维护●移植性:移植性是指能否方便的把操作系统从一个硬件环境移植到另一个新的硬件环境之中.在结构设计时,应尽量减少与硬件直接有关的程序量,且将其独立封装.二. 操作系统的层级结构1.设计方法:无序模块法,内核扩充法,层次结构法,管理设计法等2.层次结构法:最大特点是把整体问题局部化.一个大型复杂的操作系统被分解成若干单向依赖的层次,由各层的正确性来保证整个操作系统的正确性.采用层次结构不仅结构清晰,而且便于调试,有利于功能的增加,删减和修改3.操作系统层次结构:处理器管理要对中断事件进行处理,要为程序合理的分配中央处理器的工作事件,它是操作系统的核心程序,是与硬件直接有关的部分,因而把它放在最内层.以后的各层依次存放的是存储管理,设备管理和文件管理.即:硬件-处理器管理-存储管理-设备管理-文件管理主要优点:有利于系统的设计和调试主要困难:层次的划分和安排三 .Unix系统的结构1.Unix层次结构:内核层和外壳层●内核层:是unix操作系统的核心.它具有存储管理,文件管理,设备管理,进程管理以及为外壳层提供服务的系统调用等功能●外壳层:为用户提供各种操作命令和程序设计环境2.外壳层组成:由shell解释程序,支持程序设计的各种语言,编译程序,解释程序,使用程序和系统库等组成.其中其它模块归shell解释程序调用,shell解释程序用来接收用户输入的命令并进行执行.3.内核层组成:内核程序用C语言和汇编语言编写.按编译方式可分为:汇编语言文件,C语言文件和C语言全局变量文件.4.程序运行环境:用户态和核心态.外壳层的程序在用户态运行,内核层的程序在核心态运行.用户态运行的程序称为用户程序,核心态运行的程序称为系统程序(外壳层的用户程序在执行时可通过系统调用来请求内核层的支持)第四节操作系统与用户的接口一. 操作控制命令●联机用户:操作控制命令●批处理系统用户:作业控制语言,用来编制作业控制说明书二. 系统调用1.系统调用定义:既系统功能调用程序,是指操作系统编制的许多不同功能的供程序执行中调用的子程序.2.执行模式:系统调用在管态下运行,用户程序在目态下运行,用户程序可以通过”访管指令:实现用户程序与系统调用程序之间的转换.(访管指令本身是一条在目态下执行的指令)3.系统调用分类:文件操作类,资源申请类,控制类,信息维护类.第五节 Unix的用户接口一. shell命令1.注册和注销●注册:用户可通过login输入用户名和通过password输入口令,系统注册成功后在shell解释程序控制下,出现提示符(采用C shell 提示符:%)以交互方式为用户服务.●注销:输入logout或同时按下crtl +D键2.常见的shell命令Mkdir:请求系统建立一个新的文件目录Rmdir:请求系统删除一个空目录Cd:切换当前的工作目录Pwd:显示用户的当前目录Ls:显示用户一个目录中的文件名.Cp:复制一个文件Mv:对文件重新命名Rm:删除一个指定的文件Cat:显示用ascll码编写的文本文件More:分屏显示文件内容,按空格键显示下一屏3.后台执行的shll命令方法:在请求后台执行的命令末尾输入字符”&”.特点:Unix把一个程序转入后台执行后,不等该程序执行完就显示可以输入新命令的提示符.因此,允许多个任务在后台执行,也允许后台任务和前台任务同时执行4.shell文件●定义:用shell命令编辑成的文件称为shell文件●执行shell文件:csh shell文件名●把shell文件改成可执行文件:chmod+ x shell 文件名-以后就可直接在提示符后面直接输入文件名就可执行二 Unix系统调用1.常用的系统调用●有关文件操作的系统调用Create:建立文件 open:打开文件Read:读文件 write:写文件Close:关闭文件 link:链接一个文件Unlink:解除文件的链接 lseek:设定文件的读写位置Chmod:改变对文件的访问权限 rename:更改文件名●有关控制类的系统调用Fork:创建一个子进程 wait:父进程等待子进程终止Exit:终止子进程的执行 exec:启动执行一个指定文件●有关信号与时间的系统调用:Unix把出现的异常情况或异步事件以传送信号的方式进行Kill:把信号传送给一个或几个相关的进程Sigaction:声明准备接收信号的类型Sigreturn:从信号返回,继续执行被信号中断的操作Stime:设置日历时间 time:获取日历时间Times:获取执行所花费的时间2.trap指令:是unix系统中的访管指令3.系统调用程序入口表●作用:实现对系统功能调用程序的统一管理和调度●构成:系统调用编号,系统调用所带参数个数,系统调用处理程序入口地址,系统调用名称.4.系统调用实现过程●步骤一:当处理器执行到trap指令时便形成一个中断事件.此时将暂停当前用户程序的执行,而由unix系统内核的”trap处理子程序来处理这个中断事件●步骤二:trap处理子程序根据trap指令中的系统调用编号查系统调用程序入口表,得到该系统调用所带的参数个数和相应的处理程序的入口地址.然后,把参数传送到内核的系统工作区,再按处理程序入口地址转向该系统调用的处理程序执行●步骤三:当系统调用程序完成处理后,仍需返回到trap处理子程序,由trap处理子程序对被暂停的用户程序进行状态恢复等后续处理,再返回用户程序执行.第三章处理器管理一.什么是多道程序设计1.定义:让多个计算问题同时装入一个计算机系统的主存储器并行执行,这种程序设计称为多道程序设计.这种计算机系统称为多道程序设计系统.2.注意事项●存储保护:必须提供必要的手段使得在主存储器中的各道程序只能访问自己的区域,避免相互干扰●程序浮动:是指程序可以随机的从主存储器的一个区域移动到另一个区域,程序被移动后,仍丝毫不影响它的执行(可集中分散的空闲区,提高主存空间的利用率)●资源的分配和调度:多道程序竞争使用处理器和各种资源时,多道程序设计的系统必须对各种资源按一定的策略进行分配和调度.二.为什么要采用多道程序设计1.程序的顺序执行:处理器和外围设备,外围设备之间都得不到高效利用2.程序的并行执行:让程序的各个模块可独立执行,并行工作,从而发挥外围设备之间的并行能力3.多道并行执行:在一个程序各个模块并行工作的基础上,允许多道程序并行执行,进一步提高处理器与外围设备之间的并行工作能力,具体表项在:●提高了处理器的利用率●充分利用外围设备资源.●发挥了处理器与外围设备之间的并行能力三.采用多道程序设计应注意的问题1.可能延长程序执行时间:多道程序设计能提高资源使用效率,增加单位时间的算题量.但是对每个计算问题来说,从算题开始到全部完成所需的计算时间可能要延长2.并行工作道数与系统效率不成正比;并不是并行工作的道数越多,系统的效率就越高,而要根据系统配置的资源和用户对资源的要求而定⏹主存储器空间的大小限制了可同时装入的程序数量⏹外围设备的数量也是一个制约条件⏹多个程序同时要求使用同一资源的情况也会经常发生第二节进程概述一.进程的定义1.程序:具有独立功能的一组指令或一组语句的集合,或者说是指出处理器执行操作的步骤2.进程:是指一个程序在一个数据集上的一次执行3.程序和进程的区别:程序是静态的文本,进程动态的过程.进程包括程序和数据集.二.为什么要引入进程1.提高资源的利用率:一个程序被分成若干个可独立执行的程序模块,每个可独立执行的程序模块的一次执行都可看作一个进程,通过进程的同步可提高资源的利用率.2.正确描述程序的执行情况:可以方便描述一个程序被执行多次时,各自的执行进度.三. 进程的属性1.进程的基本属性●进程的动态性●多个不同的进程可以包含相同的程序●进程可以并发执行●进程的三种基本状态等待态就绪态运行态2.进程的状态变化:运行态-等待态等待态-就绪态运行态--就绪态就绪态-运行态3.进程特性: 动态性,并发性,异步性第三节进程队列一. 进程控制块1.进程控制块作用:既PCB,是进程存在的标识2.进程控制块构成⏹标识信息:用来标识进程的存在和区分各个进程.进程名⏹说明信息:用于说明本进程的情况.包括:进程状态,等待原因,进程程序存放位置,进程数据存放位置⏹现场信息:用来当进程由于某种原因让出处理器时,记录与处理器有关的各种现场信息,包括:通用寄存器内容,控制寄存器内容,程序状态字寄存器内容⏹管理信息:用来对进程进行管理和调度的信息.包括进程优先级,队列指针二. 进程的创建和撤销1.进程创建:当系统为一个程序分配一个工作区(存放程序处理的数据集)和建立一个进程控制块后就创建了一个进程,刚创建的进程其状态为就绪状态(若执行过程中还缺少资源可以再将其转为等待状态).2.进程的撤销:当一个进程完成了特定的任务后,系统收回这个进程所占的工作区和取消该进程控制块,就撤销了该进程.3.原语:是操作系统设计用来完成特定功能且不可中断的过程,包括创建原语,撤销原语,阻塞原语,唤醒原语.三 . 进程队列的链接1.进程队列概念:为了管理方便,进程把处于相同状态的进程链接在一起,称为进程队列2.进程队列分类⏹就绪队列:把若干个等待运行的进程(就绪)进程按一定的次序链接起来的队列.⏹等待队列:是指把若干个的等待资源或等待某些事件的进程按一定的次序链接起来的队列.等待队列:是把若干个等待资源或等待某些事件的进程按一定的额次序链接起来的队列3.对列实现方法:只需将状态相同的进程控制块链接起来就可以.链接的方式包括单向链接和双向链接.4.队列管理:是指系统中负责进程入队和出队的工作⏹入队:是指一个进程进入到指定的队列从队首入队成为新的队首进程从队尾入队成为新的队尾进程插入到队列中某两个进程之间⏹出队:是指一个进程从所在的队列中退出,也存在三种情况第四节 unix系统中的进程一.unix进程的特点Unix中的进程执行用户程序时在用户态执行,执行操作系统程序时在核心态执行.在用户态执行的进程请求系统功能调用时,便转换到核心态执行操作系统程序,当一次系统调用结束时,该进程从核心态的执行返回到用户态执行用户程序二.Unix进程的组成1.进程控制块:⏹进程基本控制块:用来记录进程调度时必须使用的一些信息,常驻主存储器.把进程基本控制块的数据结构称为proc结构标识信息:包括用户标识(分为实际用户标识号和设置用户标识号)和进程标识.有关进程非常驻主存部分的信息:用来建立信息在主存与磁盘之间传送.包括:非常驻主存部分的=所在的地址,长度和一些必要的指针.有关进程调度的信息:包括:进程状态,标志,优先数以及调度有关的其他信息.其它信息:用于管理和控制的信息,如进程扩充控制块的地址,进程共享正文段和共享主存段的管理信息,进程接收的信号.⏹进程扩充控制块:随用户程序和数据装入主存储器或调出主存储器.把进程扩充控制块的数据结构称为user结构.包括:标识,现场保护,主存管理,文件读写,系统调用,进程控制与管理等.2,正文段:是指Unix中可供多个进程共享的程序.系统中设置了一张正文表TEXT[],用来指正该正文段在主存和磁盘上的位置,段的大小和调用该正文段的进程数等钱情况3.数据段:包括进程执行的非共享程序和程序执行时用到的数据.⏹用户zhai区:是进程在用户态执行时的工作区,主要用于函数调用的参数传递,现场保护,存放返回地址,存放局部变量等.⏹用户数据区:存放进程执行中的非共享程序和用户工作数据.⏹系统工作区:核心zhai:是进程在核心态执行时的工作区,主要用于函数调用的参数传递,现场保护,存返回地址,存放局部变量等 user区:存放进程扩充控制块.三 .Unix进程的状态运行状态,就绪状态,睡眠状态,创建状态,僵死状态.四.unix进程的创建和终止1.unix的进程树:0号进程(也称交换进程,是系统启动后unixde核心程序完成初始化后创建的第一个进程,在核心态运行.用来进行进程调度和让进程在主存与磁盘上进行交换-1号进程(页称初始化进程,由0号进程创建,在用户态运行,用来为终端用户请求注册时创建login进程-login进程(用来处理用户的登录过程,登录成功后创建shell进程-shell进程(等待用户输入命令).2.进程的创建:在unix中,除了0号进程和1号进程外,其他的进程总是使用系统调用fork来创建新进程,形成父子进程.子进程时父进程的一个印像,除了进程的状态,标识和时间有关的控制项外,全部复制父进程的。

操作系统第一章笔记

第一章操作系统引论1、Android DOS LINUX WINDOWS Symbian iOS UNIX CentOS是操作系统2、计算机系统的组成计算机系统：计算机硬件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备计算机软件：包括操作系统3、相关概念裸机：没有配置任何软件的计算机。

软件:是在硬件基础之上对硬件的性能加以扩充和完善。

虚拟机：一个裸机在每加上一层软件后，就变成了一个功能更强的机器，我们把这种“功能更强的机器”称之为“虚拟机”或“扩展机”。

4、操作系统的定义操作系统（operating system，简称OS）操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。

操作系统是系统软件的核心。

5、操作系统的目标（1）.方便性：用户通过命令使用计算机（2）.有效性：保持忙碌且内外存数据有序,节省空间（3）.可扩充性：采用层次化结构便于增加和修改（4）.开放性：遵循OSI国际标准彼此兼容实现互连6、操作系统的作用（1）OS作为用户与计算机硬件系统的接口（2）OS作为计算机系统资源的管理者（3）OS用作扩充机器7、推动操作系统发展的主要动力•不断提高计算机资源利用率•方便用户•器件的不断更新换代•计算机体系结构的不断发展•不断的提出新的要求8、计算机的发展过程计算机发展分为四个阶段：⏹1946～50年代末：第一代，电子管时代，无操作系统。

⏹50年代末～60年代中：第二代，晶体管时代，批处理系统。

⏹60年代中～70年代中：第三代：集成电路时代，多道程序设计。

⏹70年代中期～至今：第四代：大规模、超大规模集成电路时代，分时系统。

9、操作系统的发展过程（1）. 人工操作方式电子管计算机，无操作系统，由手工控制作业的输入输出,通过控制台开关启动程序运行。

人工操作方式的缺点：用户独占全机。

计算机及其全部资源只能由上机用户独占。

手工装卸、人工判断、手工修改与调试内存指令等造成CPU空闲，CPU 等待人工操作。

《计算机操作系统》MOOC笔记1-计算机系统概论

《计算机操作系统》MOOC笔记1-计算机系统概论南京⼤学的骆斌⽼师主讲的，考研可能会⽤得上计算机系统的组成计算机系统：包括硬件⼦系统和软件⼦系统硬件：借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机组合，是系统⼯作的实体CPU，主存储器，I/O控制系统，外围设备软件：各种程序和⽂件，⽤于指挥计算机系统按指定的要求进⾏协同⼯作包括系统软件、⽀撑软件和应⽤软件关键系统软件是：操作系统与语⾔处理程序计算机系统的⽤户视图计算机硬件系统组成中央处理器运算单元控制单元 :解译机器指令主存储器外围设备输⼊设备输出设备存储设备⽹络通信设备总线存储程序计算机体系结构存储器是这个模型的核⼼以运算单元为中⼼，控制流由指令流产⽣采⽤存储程序原理，⾯向主存组织数据流主存是按地址访问、线性编址的空间指令由操作码和地址码组成数据以⼆进制编码总线总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信⼲线，它是CPU、内存、输⼊输出设备传递信息的公⽤通道计算机的各个部件通过总线相连接，外围设备通过相应的接⼝电路再与总线相连接，从⽽形成了计算机硬件系统按照所传输的信息种类，总线包括⼀组控制线、⼀组数据线和⼀组地址线内部总线：⽤于CPU芯⽚内部连接各元件系统总线：⽤于连接CPU、存储器和各种 I/O模块等主要部件通信总线：⽤于计算机系统之间通信（⽹络）为了加快通信效率，系统总线也是分级的，PCI连接块设备（较快），E（ISA）总线连接字符设备（较慢）。

中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的运算核⼼（Core）和控制单元（ Control Unit），主要包括：运算逻辑部件：⼀个或多个协运算器寄存器部件：包括通⽤寄存器、控制与状态寄存器，以及⾼速缓冲存储器（Cache）控制部件：实现各部件间联系的数据、控制及状态的内部总线；负责对指令译码、发出为完成每条指令所要执⾏操作的控制信号、实现数据传输等功能的部件存储器L0 L1 L2 L3 L4都是挥发性存储，加电存储，断电失效外围设备设备类型输⼊设备输出设备存储设备机机通信设备(本质上属于输⼊输出设备，但是不同⽹络设备块⼤⼩不⼀致（包，块，字）)设备控制⽅式轮询⽅式：CPU忙式控制+数据交换中断⽅式：CPU启动外围设备/中断+数据交换DMA⽅式：CPU启动/中断，DMA独⽴进⾏数据交换软件系统组成系统软件：操作系统、实⽤程序、语⾔处理程序、数据库管理系统操作系统实施对各种软硬件资源的管理控制实⽤程序为⽅便⽤户所设，如⽂本编辑等语⾔处理程序把⽤汇编语⾔/⾼级语⾔编写的程序，翻译成可执⾏的机器语⾔程序⽀撑软件有接⼝软件、⼯具软件、环境数据库，⽀持⽤户使⽤计算机的环境，提供开发⼯具应⽤软件是⽤户按其需要⾃⾏编写的专⽤程序软件开发的不同层次计算机硬件系统：机器语⾔-操作系统之资源管理：机器语⾔+⼴义指令（扩充了硬件资源管理）操作系统之⽂件系统：机器语⾔+系统调⽤（扩充了信息资源管理）数据库管理系统：+数据库语⾔（扩充了功能更强的信息资源管理）语⾔处理程序：⾯向问题的语⾔计算机程序的执⾏过程操作系统的概念OS是计算机系统最基础的系统软件，管理软硬件资源、控制程序执⾏，改善⼈机界⾯，合理组织计算机⼯作流程，为⽤户使⽤计算机提供良好运⾏环境从⽤户⾓度看，OS管理计算机系统的各种资源，扩充硬件的功能，控制程序的执⾏从⼈机交互看，OS是⽤户与机器的接⼝，提供良好的⼈机界⾯，⽅便⽤户使⽤计算机，在整个计算机系统中具有承上启下的地位从系统结构看，OS是⼀个⼤型软件系统，其功能复杂，体系庞⼤，采⽤层次式、模块化的程序结构操作系统组成进程调度⼦系统进程通信⼦系统内存管理⼦系统设备管理⼦系统⽂件管理⼦系统⽹络通信⼦系统作业控制⼦系统从操作控制⽅式分类多道批处理操作系统，脱机控制⽅式分时操作系统，交互式控制⽅式实时操作系统从应⽤领域分类服务器操作系统、并⾏操作系统⽹络操作系统、分布式操作系统个⼈机操作系统、⼿机操作系统嵌⼊式操作系统、传感器操作系统计算机的资源-硬件资源处理器、内存、外设信息资源数据、程序资源的共享与分配⽅式资源共享⽅式独占使⽤⽅式并发使⽤⽅式资源分配策略静态分配⽅式动态分配⽅式资源抢占⽅式多道程序同时计算CPU速度与I/O速度不匹配的⽭盾，⾮常突出只有让多道程序同时进⼊内存争抢CPU运⾏，才可以够使得CPU和外围设备充分并⾏，从⽽提⾼计算机系统的使⽤效率多道程序设计的特点CPU与外部设备充分并⾏外部设备之间充分并⾏发挥CPU的使⽤效率提⾼单位时间的算题量多道程序的实现为进⼊内存执⾏的程序建⽴管理实体：进程如何使⽤资源：调⽤操作系统提供的服务例程(如何陷⼊操作系统)如何复⽤CPU：调度程序(在CPU空闲时让其他程序运⾏)如何使CPU与I/O设备充分并⾏：设备控制器与通道(专⽤的I/O处理器)如何让正在运⾏的程序让出CPU：中断(中断正在执⾏的程序，引⼊OS处理)计算机的操作⽅式OS规定了合理操作计算机的⼯作流程OS的操作接⼝——系统程序 OS提供给⽤户的功能级接⼝，为⽤户提供的解决操作计算机和计算共性问题的所有服务的集合OS的两类作业级接⼝脱机作业控制⽅式：作业控制语⾔联机作业控制⽅式：操作控制命令脱机作业的控制⽅式OS：提供作业说明语⾔⽤户：编写作业说明书，确定作业加⼯控制步骤，并与程序数据⼀并提交操作员：通过控制台输⼊作业OS：通过作业控制程序⾃动控制作业的执⾏例：批处理OS的作业控制⽅式，UNIX的shell程序， DOS的bat⽂件联机作业控制⽅式计算机：提供终端（键盘/显⽰器）⽤户：登录系统OS：提供命令解释程序⽤户：联机输⼊命令，直接控制作业步的执⾏例：分时OS的交互控制⽅式命令解释程序命令解释程序：接受和执⾏⼀条⽤户提出的对作业的加⼯处理命令当⼀个新的批作业被启动，或新的交互型⽤户登录进系统时，系统就⾃动地执⾏命令解释程序，负责读⼊控制卡或命令⾏，作出相应解释，并予以执⾏会话语⾔：可编程的命令解释程序（shell）图形化的命令控制⽅式多通道交互的命令控制⽅式命令解释程序的处理过程OS启动命令解释程序，输出命令提⽰符，等待键盘中断/⿏标点击/多通道识别每当⽤户输⼊⼀条命令(暂存在命令缓冲区)并按回车换⾏时，申请中断CPU响应后，将控制权交给命令解释程序，接着读⼊命令缓冲区内容，分析命令、接受参数，执⾏处理代码前台命令执⾏结束后，再次输出命令提⽰符，等待下⼀条命令后台命令处理启动后，即可接收下条命令操作系统的程序接⼝操作系统的程序接⼝——系统调⽤操作系统实现的完成某种特定功能的过程；为所有运⾏程序提供访问操作系统的接⼝系统调⽤的实现机制陷⼊处理机制：计算机系统中控制和实现系统调⽤的机制陷⼊指令：也称访管指令，或异常中断指令，计算机系统为实现系统调⽤⽽引起处理器中断的指令每个系统调⽤都事先规定了编号，并在约定寄存器中规定了传递给内部处理程序的参数系统调⽤实现：编写系统调⽤处理程序设计⼀张系统调⽤⼊⼝地址表，每个⼊⼝地址指向⼀个系统调⽤的处理程序，并包含系统调⽤⾃带参数的个数陷⼊处理机制需开辟现场保护区，以保存发⽣系统调⽤时的处理器现场操作系统的系统结构-OS构件内核、进程、线程、管程等设计概念模块化、层次式、虚拟化内核设计是OS设计中最为复杂的部分操作系统内核单内核：内核中各部件杂然混居的形态，始于1960年代，⼴泛使⽤；如Unix/Linux，及 Windows(⾃称采⽤混合内核的CS结构)微内核：1980年代始，强调结构性部件与功能性部件的分离，⼤部分OS研究都集中在此混合内核：微内核和单内核的折中，较多组件在核⼼态中运⾏，以获得更快的执⾏速度外内核：尽可能减少内核的软件抽象化和传统微内核的消息传递机制，使得开发者专注于硬件的抽象化；部分嵌⼊式系统使⽤层次结构操作系统的规模在计算机软件发展史上，OS是第⼀个⼤规模的软件系统1960年代，由OS开发所衍⽣的体系结构、模块化开发、测试与验证、演化与维护等研究，直接催⽣了软件⼯程这⼀新兴研究领域（另⼀个催⽣来源是 DB应⽤引发的需求与规格）。

现代操作系统读书笔记(一到七章)

第一章：引论操作系统是运行在内核态的软件，为程序猿提供资源集抽象以及管理硬件1.1.2主要任务：记录那个程序在用什么资源，管理资源分配，评估使用代价，调节冲突1.3.11.操作系统必须知道所有的寄存器，以便中断时保存进度2.用户程序在用户态运行时，仅允许执行至灵级的一个子集，一般不能调用IO和内存保护指令3.陷阱：a. 用于执行系统调用b. 多数由硬件引起，用于警告异常4.超线程：无并行处理，线程切换纳秒级1.3.2存储器1. 寄存器（和CPU一样快）-》高速缓存（多级缓存）-》主存（RAM ROM EEROM 闪存）1.3.3上下文切换：多道程序系统中从一个程序切换到另一个程序1.3.51. 设备驱动程序：控制IO设备，与控制器对话并收发命令2. 设备存储器：映射到操作空间A．优点：不需要特定IO指令B．缺点：占地址空间（8088）3. 实现输入输出的方法：A．忙等待：设备驱动循环检查IOB．操作完成时中断C．使用特殊的直接存储器访问芯片DMA1.3.61. USB：通用串行总线，键盘鼠标等慢速设备1.3.7启动1. 加电-》BIOS检查硬件-》BIOS查询启动设备（设备第一扇区用启动签名才可以作为启动设备）-》硬盘第一区（MBR），分区表，超级块等1.5.1进程1. 本质：正在执行的程序的实例，地址空间（core image 进程可读写，有数据和堆栈）。

2. 相关：资源集（寄存器，报警，文件清单等）3. 容许运行一个程序所需要所有信息的容器4. UID与GID1.5.31. IO设备的分类：A．块设备：硬盘，可随机读取B．字符特殊文件：键盘鼠标2．管道：虚文件，连接进程1.6系统调用1. 用户程序与操作系统交互：处理抽象2. 能进入内核的过程调用用户态切换到核心态三种方法：中断，异常，系统调用3.TRAP指令：副作用切换到内核态1.7.3微内核1. 高可靠性，把操作系统划分成小的，定义良好的模块，只有微内核运行在内核，其他是普通用户程序2. 设备驱动：崩溃不会导致系统死机3. 机制与策略分离第二章：进程与线程2.1进程模型1. 多道程序设计：CPU在多个程序之间快速切换2. UNIX: 开始是相同，之后不同。

第1章操作系统笔记

操作系统的定义：操作系统(Operating System, OS)是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充1.1操作系统的目标和作用在计算机系统上配置操作系统主要目标与计算机系统的规模和应用环境有关。

1.1.1操作系统的目标方便性●硬件只能识别机器代码（0、1）●OS提供命令，方便用户使用计算机有效性●使CPU、I/O保持忙碌，充分利用●使存、外存数据存放有序，节省空间●合理组织工作流程，改善资源利用率，提高吞吐量可扩充性●计算机技术的发展：硬件/体系结构/网络/Internet●OS应采用层次化结构，便于扩充和修改功能层次和模块开放性●支持网络环境，兼容遵循OSI标准开发的硬件和软件1.1.2 操作系统的作用1. 用户与计算机硬件系统之间的接口●命令方式用户通过键盘输入联机命令(语言)●系统调用方式用户程序通过系统调用，操纵计算机●图形、窗口方式用户通过窗口、图标等图形界面操纵计算机2.计算机系统资源管理者●4大类资源：处理机；存储器；I/O设备；信息（文件：程序、数据）3.对计算机资源的抽象(扩充机器)●裸机：只有硬件的计算机，难以使用●虚机器：在裸机增加软件(OS等)，功能增强，使用方便1.1.3 推动操作系统发展的主要动力1.不断提高计算机资源利用率早期计算机很昂贵，为提高资源利用率，产生了批处理系统2.方便用户为改善用户上机、调试程序时的条件，产生了分时系统3.器件的不断更新换代OS随之更新换代，如：8位->16位->32位4.计算机体系结构的不断发展单处理机OS->多处理机OS->网络操作系统1.2 操作系统的发展过程无操作系统时代OS尚未出现，人们如何使用计算机？人工操作方式人工操作方式的缺点用户独占全机CPU等待人工操作结果：资源利用率低下脱机输入输出系统低速设备⏹纸带机/卡片机高速设备⏹磁带/磁盘⏹I/O速度提高，缓解了I/O设备与CPU的速度矛盾主机：用于计算的主计算机外围机：也是计算机，处理输入输出，使之不占用主机CPU时间外围机控制输入/输出⏹输入：低速设备->高速设备⏹输出：高速设备->低速设备⏹输入和输出使用独立于主机的外围机，不占用主机的CPU时间，是脱机过程，因此叫做脱机输入/输出方式单道批处理系统计算机发展的早期，没有任何用于管理的软件，所有的运行管理和具体操作都由用户自己承担，任何操作出错都要重做作业，CPU的利用率甚低。

操作系统各章知识点

(3) 掌握备管理功能：监视设备状态，进行设备分配，完成I/O操作，缓冲管理与地址转换。
(4) 掌握常用设备分配技术：独占分配，共享分配，虚拟分配。
(5) 了解SPOOLing系统的功能和实现思想。
(6) 了解处理I/O请求的步骤。
(7) 记住UNIX系统中安装打印机的主要步骤。
第七章中断和信号机构
(3) 结合1.1.2节，理解存储器管理的功能：内存分配、地址映射、内存保护、内存扩充。
(4) 牢固掌握以下概念：逻辑地址、物理地址、可重定位地址、重定位、静态重定位、动态重定位、碎片、虚拟存储器。
(5) 理解虚拟存储器的基本特征：虚拟扩充、部分装入、离散分配、多次对换。虚存容量主要受到哪些方面的限制？
(3) 有关地址、重定位、虚拟存储器、分页、分段等概念；
(4) 分页存储管理技术的实现思想；
(5) 分段存储管理技术的实现思想；
(6) 页面置换及先进先出法。
2．教学要求：
(1) 理解三级存储器结构：高速缓存，内存，外存。
(2) 记住用户程序的主要处理阶段：编辑、编译、连接、装入、运行。
1．学习重点：
(1) 微内核、客户与服务器、进程和线程的概念；
(2) 网络操作系统的功能；
(3) 系统管理员的职责；
(4) 微内核一般结构。
2．教学要求：
(1) 理解操作系统代的划分。
(2) 理解微内核的概念，了解微内核结构的特点。
(3) 理解现代操作系统中客户与服务器的概念。
--确定进程间的制约关系——是互斥，还是同步；
--各相关进程间通过什么信号量实现彼此的制约，标明信号量的含义和初值；

《操作系统概念》学习笔记-第一章

《操作系统概念》学习笔记-第⼀章【操作系统概念学习笔记⼀】计算机系统可以分为四个部分1. 计算机硬件2. 操作系统3. 系统程序与应⽤程序4. ⽤户操作系统的设计⽬的是为了⽤户使⽤⽅便，性能是次要的，不在乎资源使⽤率可以将系统看作资源分配器。

⽬前没有⼀个关于操作系统的⼗分完整的定义。

操作系统的基本⽬的是：执⾏⽤户程序，并能更容易的解决⽤户问题⼀个⽐较公认的定义是：操作系统是⼀直运⾏在计算机上的程序(通常称为内核)，其他程序则为系统程序和应⽤程序。

现代通⽤计算机系统由⼀个或多个CPU和若⼲设备控制器通过共同的总线相连⽽成，该总线提供了对共享内存的访问。

内存控制器：确保对共享内存的有序访问。

引导程序：计算机开始运⾏时的⼀个初始化程序，通常位于ROM或EEPROM中，成为计算机硬件中的【固件】。

事件的发⽣通常通过硬件或软件中断来表⽰。

硬件可随时通过系统总线向CPU发出信号，以触发中断。

软件通过执⾏特别操作如系统调⽤（system call）（也称为监视器调⽤（monitor call））也能触发中断。

中断处理程序：发出中断请求的那个程序。

处理转移的简单⽅法是调⽤⼀个通⽤⼦程序以检查中断信息，接着，该⼦程序会调⽤相应的中断处理程序。

因为只有少量的预先定义的中断，所以可使⽤中断处理⼦程序的指针表，通过指针表可间接调⽤中断处理⼦程序，⽽不需要通过其他中间⼦程序。

通常，指针表位于低地址内存(前100左右)。

这些位置包含各种设备的中断处理⼦程序的地址，这种地址的数组或中断向量可通过唯⼀设备号来索引，以提供设备的中断处理⼦程序的地址。

内存（RAM）是处理器可以直接访问的唯⼀⼤容量存储区域。

DRAM是动态随机访问内存，是⼀种半导体技术实现的⼀组内存字的数组，每个字都有其地址。

通过对特定内存地址执⾏⼀系列load或store指令来实现交互。

⼀个典型的指令执⾏周期(在冯诺依曼体系结构上执⾏时):1．⾸先从内存中获取指令，并保存在指令寄存器。

计算机操作系统(第一章)

2013-11-25
第一章绪论
第29页
个人计算机操作系统
1. 磁盘操作系统代表的是MS—DOS 设备管理、文件系统功能
2. Windows系统图形用户界面多任务、多线程可剥夺式调度段页式虚拟存储管理技术动态连接
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第一章绪论
第30页
1.2.7 操作系统的进一步发展
第12页
成批处理经历了两个阶段：
联机批处理阶段和脱机批处理阶段。
联机批处理系统：作业的I/O和计算全部由CPU直接控制。
第一章绪论
第13页
脱机批处理系统：由主机和外围计算机（卫星机）组成，外围计算机负责I/O处理，主机和外围计算机可以并行工作。
卡片输入机
输入带卫星机
2. 脱机批处理
系统带应用带
计算机操作系统第一章绪论
2013-11-25
第一章绪论
第1页
学习内容
• • • • • • • 1.1操作系统概念 1.2操作系统的历史 1.3操作系统的基本类型 1.4操作系统功能 1.5计算机硬件简介 1.6算法的描述 1.7研究操作系统的几种观点
第一章绪论第2页
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综上所述：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机工 2013-11-25 作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功第一章绪论第7页
1.2 操作系统的形成和发展
手工操作阶段联机批处理脱机批处理批处理多道程序系统个人计算机操作系统网络操作系统分布式操作系统
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操作系统概论学习笔记

操作系统概论第一章：引论一、计算机系统：硬件由中央处理器、存储器、输入输出控制系统、各种输入输出设备组成、软件由系统软件、支撑软件、应用软件组成；二、操作系统：是管理计算机系统资源、控制程序执行、改善人机界面和为应用软件提供支持的一种系统软件；主要作用有：1、管理计算机系统资源；2、为用户提供方便的使用接口；3、扩充硬件；操作系统按功能分为：处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理；操作系统的类型：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统；微机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统三、处理器的工作状态：特权指令：不允许用户程序中直接执行的指令称特权指令；管态和目态：能执行特权指令时称管态，否则称目态程序状态字：用来控制指令执行顺序并且保留和指示与程序有关的系统状态，分成程序基本状态、中断码、中断屏蔽位三个部分；操作系统与用户程序的接口：系统调用操作系统与用户的接口：操作控制命令；第二章：处理器管理一、多道程序设计：顺序执行、并行执行；让多个计算题同时进入一个计算机系统的主存储器并行执行，这种程序设计方法称为多道程序设计，这样的计算机系统称为多道程序设计系统。

二、进程的概念：一个程序在一个数据集上的一次执行称为一个进程，程序是静止的，进程是动态的。

为什么要引入进程：一是提高资源的利用率；二是正确描述程序的执行情况。

三、进程的三个特性：动态性、并发性、异步性；四个属性：1、进程是动态的，它包含了数据和运行在数据集上的程序；2、多个进程可以含有相同的程序；3、多个进程可以并发执行；4、进程有三个种状态：等待态、就绪态、运行态；四、进程控制块：1、标识信息；2、说明信息；3、现场信息；4、管理信息操作系统中往往设计一些能完成特定功能且不可中断的过程。

这些不可中断的过程称为原语；用于控制进程的原语有：创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语；五、进程队列：就绪队列、各程等待队列、出队：进程从所在队列中退出；入队：进程排入到一个指定的队列中；系统中负责进程入队和出队的工作称为队列管理。

操作系统笔记

第一章操作系统概述1.一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两大部分组成。

2.按功能硬件分为五大部分：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备，运算器和控制器称为CPU中央处理机。

3.按功能软件分为系统软件和应用软件。

4.通常，将未配置任何软件的计算机称为“裸机”。

5.第二代计算机中出现“人—机矛盾”，出现“批处理系统”(系统一次集中处理一批用户作业，但是，此时在一个用户作业运行时仍独占计算机)；第三代计算机，人们开始把CPU、存储器、外部设备以及各种软件都视为计算机系统中的“资源”，提出不仅要合理地，而且要高效地利用这些资源，为此软件设计上提出了“多道程序设计”技术，即在计算机内存中同时放几个相互独立的程序让它们去“竞争”、去“共享”系统中的这些资源，使系统中的资源尽可能地满负荷工作，从而提高整个计算机系统的使用效率。

6.什么是“虚拟机”？操作系统是在裸机上加载的第一层软件，是对计算机硬件系统功能的首次扩充。

从用户角度看，计算机系统配置了操作系统后，由于操作系统隐藏了硬件的复杂细节，用户感到机器使用起来更简单、更容易了。

通常说操作系统为用户提供了一台功能经过扩展的机器或“虚拟机”，因为现实生活中并不存在具有这种功能的真实机器，它只是用户的一种感觉而已。

7.操作系统是控制和管理计算机硬件资源和软件资源、合理组织计算机工作流程以及方便用户使用计算机的一个大型程序。

8.从资源管理角度看，操作系统具有五个方面的功能：处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理以及作业管理。

9.有的操作系统实行处理机两级调度：第一级是作业调度，涉及作业管理；第二级才是处理机调度，属于处理机管理。

10.多道程序运行时竞争的存储资源是内存，所以操作系统中的存储管理是针对内存而言的。

11.操作系统的分类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统和网络操作系统。

12.“单道批处理操作系统”的“单道”指一次只让一个作业程序进入系统内存加以运行，也可以说它是一个单用户操作系统；“多道批处理操作系统”允许若干个作业程序同时装入内存，造成对系统资源共享与竞争的态势。

计算机操作系统第一章笔记

第一章操作系统引论1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标:方便性有效性: 提高系统资源利用率, 提高系统的吞吐量可扩充性: (应采用新的OS结构:入位内核结构, 客户/服务器模式)开放性操作系统的作用:作为用户与计算机硬件系统之间的接口(用户通过OS来使用计算机系统)命令方式系统调用方式图形窗口方式作为计算机系统资源的管理者处理器管理:用于分配和控制处理机存储器管理:主要负责内存的分配和回收I/O设备管理:负责I/O设备的分配与操纵文件管理:负责文件的存取,共享和保护实现了对计算机资源的抽象OS是铺设在计算机硬件上的多层系统软件,他们不仅增强了系统的功能,而且还隐藏了对硬件操作的细节,有他们实现了对计算机硬件操作的多个层次的抽象推动操作系统发展的主要动力:不断提高计算机资源的利用率方便用户器件的不断更新换代计算机体系结构的不断发展1.2 操作系统的发展无操作系统的计算机系统人工操作方式(缺点)用户独占全机CPU等待人工操作脱机输入/输出方式Off-Line I/O(优点)减少了CPU的空闲时间提高了I/O速度单道批处理系统Simple Batch Processing System单道批处理系统的特征: 自动性,顺序性,单道性多道批处理系统Multiprogrammed Batch Processing System好处提高CPU的利用率可提高内存和I/O设备利用率增加系统吞吐量多道批处理系统的优缺点:资源利用率高系统吞吐量大:指系统在单位时间内所完成的总工作量帄均周转时间长无交互能力多道批处理系统需要解决的问题处理机管理问题内存管理问题I/O设备管理问题文件管理问题作业管理问题操作系统: 一组控制和管理计算机硬件和软件资源,合理地对各类作业进行调度,以及方便用户使用的程序的集合分时系统Time Sharing System满足用户的需求人机交互共享主机便于用户上机分时系统实现中的关键问题及时接收及时处理分时系统的特征多路性: 每个用户作业轮流运行一个时间片, 多路性即同时性独立性: 每个用户各占一个终端,彼此独立工作,互不干扰及时性：用户的请求能在很短的时间内获得响应交互性：用户可以请求系统提供多方面的服务实时系统Real Time System应用需求：实时控制，实时信息处理（飞机火车的订票系统）实时任务: 周期性实时任务/非周期性实时任务, 硬实时任务/软实时任务实时系统与分时系统特征的比较: 多路性,独立性,即时性,交互性,可靠性微机操作系统的发展单用户单任务操作系统: CP/M, MS-DOS单用户多任务操作系统: Windows多用户多任务操作系统: Unix OS(Solaris OS, Linux OS)1.3 操作系统的基本特性并发性1.并行与并发: 相似又有区别的概念2.引入进程: 为使多个程序能并发执行,系统必须为每个程序建立进程Process,晋城市只在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位,它由一组机器指令、数据和对栈等组成3.引入线程:作为独立运行和独立调度的基本单位共享性互斥共享方式: (某些资源规定一段时间内只允许一个进程访问,叫做临界资源或者独占资源)同时访问方式: (允许一段时间内有多个进程”同时”对它们进行访问)并发和共享是操作系统的两个最基本的特征,它们又是互为存在的条件虚拟技术: 是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物操作系统通过两种方式实现虚拟技术时分复用技术:虚拟处理机技术: 利用多道程序设计技术,把一台物理上的处理继续你为多台逻辑上的处理机,在每台逻辑处理机上运行一道程序虚拟设备技术: 将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备,可使原来仅允许在一段时间内有一个用户访问的设备(即临界资源)变为在一段时间内允许多个用户同时访问的共享设备空分复用技术: 在计算机中利用存储器的空闲空间提高存储空间的利用率虚拟磁盘技术: 将一台硬盘虚拟为多台虚拟磁盘虚拟存储器技术: 虚拟存储技术在本质上就是使内存分时复用, 是一道程序通过时分复用技术在远小于它的内存空间中运行异步性Asynchronism: 各用户程序是不可预知的,是以人们不可预知的速度向前推进1.4 操作系统的主要功能处理机管理功能: 对进程(线程)的管理进程控制: 为作业创建进程,撤销已结束的进程,以及控制进程在运行过程中的状态转换进程同步: 为多个进程(含线程)的运行进行协调进程互斥方式: 诸进程(线程)对临界资源进行访问时(机制是为每个临界资源设置一把锁W)进程同步方式: 在相互合作去完成共同任务的诸进程间(机制是信号量机制)进程通信: 多个进程相互合作去完成一个共同的任务调度: 后备队列上等待的每个作业都需要经过调度才能执行作业调度: 从后备队列中按照一定的算法,选择若干个作业,为它们分配运行所需的资源(首先是分配资源)进程调度: 从进程的就绪队列中按照一定的算法选出一个进程,把处理及分配给它,使进程投入执行存储器管理功能: 为多道程序的运行提供良好的环境,方便用户使用存储器,提高存储器的利用率以及能从逻辑上扩充内存内存分配: 为每道程序分配内存空间，使它们“各得其所”；提高存储器的利用率，以减少不可用的内存空间；允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应程序和数据动态增长的需要(静态和动态两种分配方式) 内存分配数据结构。

操作系统知识点(第一章概论)

一.操作系统的定义:
1. 系统的观点:管理所有资源,并提供给用户方便使用的界面的一组程序集合.
2.用户的观点:为用户及其程序提供一个良好的使用计算机的环境.
3 虚拟机观点: 覆盖一层软件的计算机系统.
注:操作系统是计算机系统中永久运行的程序.
二操作系统的特征
1.并发性(基本), , 2 共享性(基本）３虚拟性４异步性（不确定性）
三操作系统的功能
１ CPU管理(进程控制, 进程同步,进程通信, 进程调度)
2 存储器管理(内存的分配与回收,内存保护地址变换, 内存扩充)
3 设备管理(设备分配与回收,设备传输控制,设备的独立性)
4 文件管理(文件存储空间管理, 目录管理,文件操作, 文件保护)
5 用户接口(命令接口,程序接口,图形接口)
四操作系统性能指标
1. 资源利用率 2 吞吐量 3 周转时间(从提交时间到结束) 4 平均周转时间
五操作系统的发展史
人工操作阶段,--->脱机输入输出(卫星机,主机)-->批处理系统( 多道程序设计技术,中断技术)--->分时系统-->实时系统--->分布式系统,网络操作系统
推进原因:
1.提高系统资源利用率
2.满足用户需求
3.满足实用领域需求
六用户态与核心态
核心态(管态):操作系统程序运行状态.
用户态(目态):用户程序运行状态
用户态通过系统调用(访管指令)进入核心态. (会产生中断类型为访管中断)。

操作系统第一章笔记

操作系统第一章笔记
知识点框架：
- 操作系统的定义与功能
- 操作系统的分类
思维方面：
- 理解操作系统如何管理和调度资源的思路
- 分析不同类型操作系统特点的思路
重难点：
- 操作系统核心功能的理解
- 不同操作系统的适用场景
易错点：
- 对某些操作系统概念的混淆
补充点：
- 实际应用中不同操作系统的案例
- 操作系统的最新发展动态
自己的总结和思考：
- 思考操作系统在整个计算机系统中的关键地位
- 尝试构建不同操作系统之间的对比框架，加深理解。

第1章操作系统笔记

第1章操作系统笔记操作系统是计算机系统中非常重要的一部分，它负责管理和控制计算机硬件与软件资源，提供给用户一个良好的工作环境。

本章将介绍操作系统的基本概念、功能和特点，并深入探讨其中的核心原理和关键技术。

1. 操作系统的定义和目标操作系统是一种系统软件，它是计算机系统中与硬件和应用程序直接交互的核心软件。

它的主要目标是提供一个方便、高效、可靠和安全的工作环境，使得应用程序能够在计算机上有效运行。

2. 操作系统的功能2.1 进程管理进程是计算机上运行的程序的实例，操作系统负责创建、调度和终止进程，以保证系统资源的合理利用和多个程序的顺利运行。

2.2 内存管理内存是计算机系统中非常宝贵的资源，操作系统负责将物理内存划分为多个逻辑区域，并管理进程的内存分配和回收，以及虚拟内存的管理。

2.3 文件系统文件系统是操作系统中重要的数据组织和管理方式，它负责文件的创建、读写、删除等操作，以及对文件进行组织和保护。

2.4 设备管理设备管理是操作系统中与硬件设备交互的一部分，它负责设备的分配和控制，以及设备驱动程序的管理和调度。

3. 操作系统的特点3.1 并发性操作系统能够同时运行多个程序，提供给用户一个多任务的工作环境。

它通过进程调度和时间片轮转等技术，实现了程序之间的快速切换。

3.2 共享性操作系统能够有效地管理计算机系统中的硬件资源和软件资源，并为多个程序提供共享访问的机制。

它通过进程间通信、文件系统等机制，实现了资源的共享和互斥。

3.3 虚拟性操作系统能够为每个应用程序提供一个独立的虚拟环境，使得程序感觉自己独占了整个计算机系统。

它通过虚拟内存、虚拟文件系统等技术，实现了对硬件资源的虚拟化。

3.4 可抢占性操作系统能够在必要时，中断当前正在执行的程序，将CPU资源分配给更高优先级的程序。

它通过时钟中断和中断处理程序等机制，实现了对进程执行的抢占。

4. 操作系统的核心原理4.1 进程管理操作系统通过进程控制块（PCB）来管理和控制进程的创建、调度和终止。

计算机操作系统笔记（1）

计算机操作系统笔记（1）注：笔记主要来⾃西安电⼦科技⼤学出版的《计算机操作系统》⼀书，侵删若有不当，欢迎指出第⼀章（操作系统引论）1.1（操作系统的⽬标和应⽤）操作系统（OS）是配置在计算机硬件上的第⼀层软件，是对硬件系统的⾸次扩充。

操作系统的定义：操作系统是⼀组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进⾏调度，以及⽅便⽤户使⽤的程序的集合。

（关键点：系统软件、程序模块集合、资源管理和⽤户接⼝功能）配置操作系统的主要⽬标：⽅便性、有效性、可扩充性和开放性。

操作系统的作⽤：1. ⽤户与计算机硬件系统之间的接⼝；2. 计算机系统资源的管理者；3. 实现了对计算机资源的抽象（作为扩充器/虚拟机）。

虚拟机：在裸机上加上⼀层软件形成“功能更强的机器”。

1.2（操作系统的发展过程）⼈⼯操作⽅式：缺点（⼈机⽭盾）1、⽤户独占全机2、CPU等待⼈⼯操作（利⽤率低）脱机输⼊/输出⽅式：（程序和数据的输⼊/输出是外围机控制下完成的（脱离主机，不受CPU控制））优点1、减少了CPU的空闲时间2、提⾼了I/O速度单道批处理系统（OS前⾝）：（提⾼系统资源利⽤率和系统吞吐量；监督程序：运⾏控制权）特点：⾃动性、顺序性、单道性。

缺点：系统资源得不到充分的利⽤（运算为主，则外设空闲，I/O为主，则运算空闲）多道批处理系统：优点1、资源利⽤率⾼2、系统吞吐量⼤缺点1.平均周转时间长2.⽆交互能⼒需要解决的问题1、处理机争⽤问题2、内存分配和保护问题3、I/O设备分配问题4、⽂件的组织和管理问题5、作业管理问题6、⽤户与系统的接⼝问题缺点解决：增加⼀组软件，包括1、组织和管理四⼤资源的软件2、调度作业和控制运⾏的软件3、⽅便⽤户使⽤的软件分时系统：特征：⼀台主机，多个终端，这些终端以交互⽅式使⽤计算机，共享主机中的资源。

终端：只有输⼊和输出。

⽤户需求：⼈-机交互，共享主机。

分时系统要处理的问题：及时接受及时处理（运作⽅式：作业直接进⼊内存，采⽤轮转运⾏机制）实时系统：特征：能及时响应外部事件的要求，在规定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。

操作系统学习笔记

《操作系统》学习笔记汤承林第1章概述本章介绍了操作系统的基本概念。

主要包括：计算机系统由硬件和软件两大部分组成，操作系统是计算机系统中的一种系统软件，它管理计算机系统的资源和控制程序的执行，改善人机界面和为其他软件提供支持。

它的设计目标是使用户方便地使用计算机系统和使得计算机系统能高效地工作。

计算机配置操作系统的目的是提高资源利用率。

操作系统的形成和发展与计算机硬件和其他软件的发展密切相关。

随着计算机应用的日益广泛，操作系统的功能也日趋完善，根据计算机系统的功能和应用，操作系统可分成几类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。

批处理操作系统按照用户预先规定好的步骤控制作业的执行，实现计算机操作的自动化，无须人工干预。

批处理多道系统还可以充分利用计算机系统的资源，缩短作业执行时间，提高系统的吞吐率。

分时操作系统支持多个终端用户同时以交互方式使用计算机系统，为用户在测试、修改和控制程序执行方面提供了灵活性。

实时操作系统是实现实时控制的系统，它由外部信号触发而工作，并在特定的时间内完成处理，且给出反馈信号。

实时系统对可靠性和安全性的要求极高，不强求系统资源的利用率。

个人计算机系统都是使用微行计算机。

比起大型机来，微行机既小又便宜。

但是，个人计算机系统的资源和功能相对有限。

为了满足较大规模的应用，可把若干台个人计算机系统构成计算机网络。

根据计算机网络的结构、通信方式和资源管理方法，分别配置网络操作系统或分布式操作系统。

操作系统的资源管理功能可以分为四大部分：处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理。

重点内容（一）操作系统的定义操作系统是一种管理计算机系统资源、控制程序执行、改善人机界面和为其他软件提供支持的系统软件。

（二）操作系统的类型批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、多机操作系统和嵌入式操作系统。

其中前三种是基本的操作系统。

（四）操作系统的功能操作系统负责管理计算机系统的所有资源，并调度这些资源的使用。

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