操作系统原理复习

目录一、操作系统 (3)1.操作系统的地位 (3)2.操作系统四种基本观点 (3)3系统历程 (3)4.单道批处理系统 (3)5.多到批处理系统 (3)6.多道程序设计技术 (3)7.分时系统与实时系统 (3)8.操作系统三大基本类型 (4)9.操作系统的进一步发展 (4)10.操作系统功能（主要任务） (4)11.操作系统的特征 (4)12.基本概念 (4)13.操作系统的分类 (5)二、处理机管理 (5)1.程序并发执行与顺序执行 (5)2.进程与程序对应关系 (5)3.进程的特征 (6)4.引入进程带来的问题 (6)5.进程的结构和基本属性 (6)6.PCB的4大类 (6)7.PCB组织方式... (6)8.进程的状态 (6)9.多个进程竞争内存资源引发的问题及解决 (7)10．进程挂起的原因；特征 (7)11.进程的控制 (8)12.进程调度（批处理系统） (8)13.实时任务/进程（实时系统） (9)14.线程 (10)15.进程与线程的比较 (10)16.线程的类型 (10)17.进程互斥与同步 (10)18.死锁 (11)19.总结 (11)三、存储器管理 (12)1.存储管理的任务 (12)1.1存储分配 (12)1.2地址映射 (12)1.3存储保护 (12)1.4存储共享 (13)1.5存储扩充 (13)2.内存划分与分配技术 (13)2.1内存划分 (13)2.4伙伴系统（应用实例） (14)3.程序装入技术 (14)4.简单存储管理技术 (15)程序在内存中如何组织？ (15)5.虚拟存储管理技术 (18)虚拟存储的典型问题：抖动 (19)5.2虚拟存储的软件策略 (20)小结 (22)四、设备管理 (23)1.设备管理的主要功能、模型 (23)2.I/O子系统的组成、结构 (23)3.设备的控制、I/O控制 (24)4.设备的类型 (24)5.设备的分配 (24)6.I/O缓冲技术 (24)7.虚拟设备与Spooling系统 (25)8.磁盘设备的管理 (25)影响磁盘I/O性能的技术 (25)9.小结 (27)五、文件管理 (27)1.文件管理系统 (27)1.1文件系统的功能 (27)1.2交互式文件系统的基本服务 (27)1.3文件系统与数据库管理系统 (27)2.文件的基本概念、操作 (28)2.1文件中的数据结构 (28)2.2对记录的操作 (28)2.3文件的类型 (28)2.4对文件的操作 (29)3.文件目录 (29)3.1内容 (29)3.2目录内容的组织方式及分析 (29)4.文件的逻辑组织与访问 (30)5.文件记录与数据块的关系 (30)6.文件共享 (30)7.文件存储空间与空闲空间的管理 (30)8.问题 (31)一、操作系统1.操作系统的地位起纽带作用；计算机硬件->操作系统->系统软件->应用程序2.操作系统四种基本观点操作系统为用户提供了使用计算机的环境（用户接口、程序接口）；操作系统是在硬件的基础上扩充其没有的功能，管理协调计算机硬件软件资源的协调者；管理所有软硬资源；是作业流程组织者。

操作系统定义：计算机系统中的一个系统软件，管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，合理的组织计算机的工作流程，以便有效利用这些资源为用户提供一个功能强、使用方便的工作环境，从而在计算机与用户之间起到接口的作用。

3系统历程无操作系统的计算机系统->单道批处理系统->多道批处理系统->分时系统->实时系统。

（程序先进入外存在进入内存）4.单道批处理系统（任意时刻只允许一道作业在内存中运行）：减少了机器时间的浪费提高了I/O速度；但资源利用率低，一旦处理机运行就直到作业完成才停止，交互性差。

系统特征：自动性、顺序性、单道性。

5.多到批处理系统（允许多个程序同时存在于主存中，逐个执行）：资源利用高，系统吞吐量大；作业周转时间长，用户无法与作业交互。

特征：多道性、无序性、调度性（作业调度(外存->内存)，进程调度(内存->CPU)）。

6.多道程序设计技术：提高系统吞吐量和资源利用率。

引发的问题->处理机的分配与回收，内存的分配与保护，I/O设备的共享与效率，文件的有效管理，作业的组织。

7.分时系统与实时系统a.分为：单道分时，多道分时（现代分时都属于多道分时）。

分时+批处理功能（前台+后台），前台先运行（分时具有优先权）。

运行方式->时间片原理（每个作业只能运行一段很少的时间，这段时间叫时间片）。

特征->交互性，多路性，独立性，及时性。

b. 分为：实时控制系统（如监控系统，武器系统），实时信息处理系统（如售票系统）特征->多路性，及时性，可靠性(比分时高)，交互性(比分时低)，独立性。

8.操作系统三大基本类型：批处理、分时、实时操作系统。

9.操作系统的进一步发展个人计算机操作系统：UNIX，Windows系列，Windows NT，LINUX等；网络操作系统；分布式操作系统；嵌入式操作系统。

10.操作系统功能（主要任务）：处理机管理：进程控制，进程同步，进程通信，进程调度；存储器管理：内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充；（目标：提高内存的存储率）设备管理：目标->为用户程序分配I/O设备，完成用户程序请求的I/O操作，提高处理机和I/O设备的利用率，改善人机界面功能->缓冲管理，设备分配，设备处理（启动设备、中断处理），虚拟设备功能，RAID技术、磁盘调度；文件管理：任务->管理用户文件和系统文件，管理文件的存储空间，保证文件数据的安全，方便用户使用文件功能->文件目录管理，文件共享与安全，文件的逻辑组织与访问方式，存储空间的管理（文件的无力阻止、空闲磁盘空间的管理）；用户接口管理：命令接口（如UNIX，DOS），图形化用户接口（如Windows系列），程序接口（几乎各种系统都有）。

11.操作系统的特征：共行（宏观上同时运行；微观上并发--多个任务在单个处理机上交替执行，或者并行—多个任务在多个处理机上同时运行）共享（宏观上同时使用资源，微观上交替互斥使用资源）不确定性（程序执行结果不确定且程序不可再现，多到程序环境下进程异步执行）虚拟（将一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物）。

12.基本概念临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源。

临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码。

多道程序设计：系统允许多道程序同时准备运行，当正在运行的程序因为某种原因暂时不能运行时，系统将自动启动另一道程序运行，但当问题解决时暂停现在运行的程序，恢复问题解决了的程序运行，而暂停的程序可以等待以后运行。

进程：程序的一次执行，包括程序、程序所需数据、程序相关状态信息（是程序动态执行的一种过程），进程是申请资源的最小实体，在传统OS中进程也是是系统调度的最小单位。

线程：程序的一次相对独立的运行过程，现代OS中线程是系统调度的最小单位。

作业：计算机用户再一次上机过程中要求计算机系统为期所做动作的集合，分为：脱机作业、联机作业；作业步：作业中的每项相对独立的工作。

人们用一组命令来描述作业，每个命令定义一个作业部。

任务：从系统资源分配的角度描述程序在系统中的运行。

任务与进程是等同的，都被认为是系统的最小工作单位。

文件：是一种具有符号名的、相关联元素的有序集合。

各种程序、数据集合。

系统调用：用户接口：13.操作系统的分类按硬件：单机操作系统、嵌入式操作系统和多及操作系统（并行操作系统、分布式操作系统、网络操作系统、集群操作系统）按用户界面和功能特征：批处理系统、分时系统、实时系统二、处理机管理1.程序并发执行与顺序执行a.多道程序设计技术：多个程序并发执行；并发特征：间断性、非封闭性、不可再现性。

b.程序执行：编辑、编译、链接、执行；程序：源代码程序、目标程序和可执行程序。

程序结构：顺序、分支、循环。

2.进程与程序对应关系一个程序对应一个进程或多个进程，一个进程对应一个程序，或者一段程序；3.进程的特征动态性（有生命周期）、并发性、独立性（每个进程独自申请/拥有资源）、异步性。

4.引入进程带来的问题a.增加了空间开销：为进程建立数据结构b.额外的时间开销：管理协调跟踪进程等c.更难控制d.处理机的竞争尤为突出5.进程的结构和基本属性组成：程序、数据集合、进程控制块PCB（PCB是进程存在的唯一标志，进程在则它在，进程不在它也不在，反之亦然）。

属性：进程是一个拥有资源的独立单位；进程同时又是一个可以独立调度的基本单位。

6.PCB的4大类a.进程标识信息（进程内外标识符）；b.处理机状态信息（通用寄存器值、指令计数器值）；c.进程调度信息（进程状态、进程优先权）；d.其他信息（程序及数据地址、资源清单。

7.PCB组织方式…A．单一队列方式，链式。

适用于进程数目不多的系统，如Windows。

B．表格结构方式，有就绪进程表、执行进程表（只有多级系统有）、阻塞进程表（阻塞事件不同，可有多个）C．多级队列，减少了空间的开销8.进程的状态分派程序是否执行时间片原理，是？两状态：执行、未执行（可分为：就绪、阻塞）；五状态：执行、就绪、阻塞（等待某事件发生后才执行）、新状态（进程以创建，未被OS接纳）、终止状态。

执行->就绪：分时系统中时间片用完；优先级高的进程到来。

执行->阻塞：进程需要的系统调用不能立即完成，如读文件。

阻塞->就绪：等待的事件发生了。

9.多个进程竞争内存资源引发的问题及解决问题：内存资源紧张；无就绪进程，处理机空闲。

解决：采用交换技术（将内存暂时不能运行的进程和不用的数据、程序换出内存在外存（叫挂起状态），反之换入）；采用虚拟存储技术。

10．进程挂起的原因；特征A．进程全部堵塞；B.系统负荷过重；C.操作系统的需要。

A．不能立即执行；B.可能是等待事件发生。

注：处理机可调度执行的进程有两种：新创建的进程；换入一个以前挂起的进程（为了避免增加系统负载）。

11.进程的控制执行模式：系统模式、控制模式（特点：具有较高特权，运行系统特定指令，内部功能受保护）；用户模式（具有较低特权）。

操作系统内核：基于硬件的第一层软件扩充，与硬件紧密相关的公共的、基本的，且常驻内存；如：设备驱动程序、时钟管理、进程调度。

操作系统内核功能：资源管理功能（进程、存储、I/O设备管理）和支撑功能（中断处理、时钟管理、原子操作、统计、监测）。

进程控制【原语】有哪些：进程切换、创建与终止、阻塞与唤醒、挂起与激活。

【原语执行】进程创建原因：提交新的批处理作业；交互式用户注册；操作系统提供服务；父进程创建子进程。

进程创建的步骤：为进程分配一个唯一标识号ID；为进程分配空间；初始化PCB；建立连接；建立或扩展其他数据结构。