操作系统复习整理

第一章

操作系统：为裸机配置的一种系统软件。

作用：有效的控制和管理计算机系统中的各种硬件和程序软资源，未用户提高更好的服务。操作系统的主要特性：

并发性：多个事件或活动在同一段时间间隔内同时发生。

共享性：操作系中的资源可被多个并发执行的进程共同使用。

异步性:进程以不同的速度向前推进，执行时间是不可预知的。

操作系统的分类及其特点：

一、批处理操作系统：服务于一系列称为批（batch）的作业。

特点：批量集中处理、多道程序运行、作业脱机工作。

二、分时操作系统：多到程序的一个变种，cpu被多个交互式用户多路复用。

特点：①同时性；②独立性；③及时性；④交互性

三、实时操作系统：当外部事件或数据产生时，能够接收并以足够快的速度处理。

特点：提供及时响应和高可靠性

多道程序设计：是指允许多个作业（程序）同时进入计算机系统的内存并发并启动交替计算的方法。

目的：为了实现cpu和外部设备的并行工作提供坚实的基础。

优点：提高cpu、内存和设备的利用率；提高系统吞吐率，使单位时间内完成的作业数量增加；充分发挥系统的并发性，使设备与设备，cpu与设备之间都可以并行工作。

缺点：作业周转的时间变长。

实现多到程序设计必须解决的3个问题：

(1)存储保护与程序浮动

(2)处理器管理与分配

(3)资源管理与调度

系统调用：由系统提供给用户的特殊接口

系统调用的作用：（1）内核可以基于权限和规则对资源访问进行裁决，保证系统的安全性；（2）系统调用对资源进行抽象，提供一致性接口，避免用户在使用资源时发生错误，大大提高了编程效率

系统调用的分类（4个管理+2个信）：

(1)进程管理。包括创建和撤销进程、终止或异常终止进程、阻塞和唤醒进程、挂起和激活

进程、监视和追踪进程、获取和设置进程的属性。

(2)文件管理。

(3)设备管理。

(4)存储管理。包括申请和释放内存。

(5)进程通信。包括建立和断开通信连接、发送和接收消息、链接和断开共享内存、套接字

操作、传送状态信息。

(6)信息维护。获取和设置日期及时间、获取和设置系统数据、生成诊断和统计数据。

系统调用和函数调用的区别：

(1)调用的形式和实现方式不同；（①函数调用所转向的地址是固定不变的，但系统调用中

不包含内核服务例程入口地址，仅提供功能号，按功能号调用；②函数调用是在用户态执行的，只能访问用户栈；③系统调用要通过系统陷阱机制，从用户态转到内核态，服务例程在内核态执行并访问核心栈）

(2)被调用代码的位置不同；（①函数调用时静态调用，调用程序和被调用代码处于同一线

程序内，经链接后可作为目标代码的一部分，这是用户级程序，当函数升级或修改时，必须重新编译和链接；②系统调用时动态调用，系统调用的服务例程是在操作系统中，这时系统级程序，所以当系统调用的服务例程升级或修改时与调用程序无关，而且调用程序的长度大为缩短，能减少其所占用的内存空间）

(3)提供方式不同。（函数调用有编程语言提供，系统调用由操作系统提供）

响应时间：从终端发送命令道操作系统，以及应答所需的时间

影响响应时间的因素：时间片大小、用户数量、切换进程时的交换信息量

第二章

特权指令与非特权指令:

特权指令：仅在内核状态下才能使用的指令；

飞特权指令：在目态和管态下都能工作的指令。

目态：用户程序被执行时机器所处的状态

管态：又称为核心态

中断

中断：（外中断或异步中断）指来至处理器之外的中断信号（与现执行的指令无关）

异常：（内中断或同步中断）来至处理器内部的中断信号，通常由于在程序执行过程中，出现与当前指令关联的、不正常的或错误的事件。

中断异常的响应处理：

(1)发现中断源。

(2)保护现场。

(3)转向中断/异常事件处理程序执行。

(4)恢复现场。

中断优先级：根据中断源的迫切程度分级，级别高的优先获得响应的权利。中断装置所预设的响应顺序称为中断优先级。

中断屏蔽：防止同级的中断源相互干扰，给多级中断系统中断级别的设置带来很大的灵活性。

进程：是操作系统对资源分配、保护和调度的基本单位。

提出进程的原因：刻画系统的动态性，发挥系统的并发性，解决资源的共享性，提高资源的利用率。

进程的属性：

(1)动态性:进程具有一定的生命周期

(2)共享性：多个进程可执行同一个程序，进程可以共享同公共资源

(3)独立性：每个进程是操作系统的一个独立体，邮自己的虚存空间，程序计数器和内部状

态

(4)制约性：进程因共享资源或协同工作产生相互制约的关系

(5)并发性：执行时间上有所重叠

(6)结构性

进程的组成元素：

(1)进程控制块（动态）：用来存储进程的标志信息、现场信息和控制信息

(2)进程程序块（静态）：规定进程一次运行应完成的功能

(3)进程核心栈（动态）：用来保存中断/异常现场，保存函数调用的参数，局部变量和返回地址等

(4)进程数据块（静态）：是进程的私有空间，存放各种私有数据

进程控制快：是操作系统用来记录和刻画进程状态及环境信息的数据结构，是进程动态特征的汇集，也是操作系统掌握进程的唯一资料结构和管理进程的主要依据。

进程控制块包含三类信息：(1)标识信息(2)现场信息(3)控制信息

进程创建的过程：

(1)从PCB池中申请一个空闲的PCB，为新进程分配唯一的进程标识符

(2)为新进程映像分配地址空间

(3)为新进程分配各种资源

(4)初始化PCB

(5)把新进程的状态设置为就绪态

(6)通知操作系统

进程切换步骤：

(1)保存现场信息

(2)修改被中断进程PCB的相关信息

(3)把被中断进程的PCB加入相关的队列

(4)选择占用处理器运行的另一个进程

(5)修改被选中进程PCB的相关信息

(6)设置被选中进程的地址空间，恢复存储管理信息

(7)根据被选中进程的上下文信息来恢复现场

三态模型：

运行态：进程占有处理器正在运行的状态。

就绪态：进程具备运行条件，等待系统分配处理器（cpu）。

等待态：又称阻塞态或睡眠态，进程不具备运行的条件，正在等待某个事件完成。

进程挂起状态的原因：资源不足、出现故障、请求挂起。