操作系统总结(考试重点)

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进程同步的基本概念
1、 进程的相互制约 ① 间接相互制约——资源共享引起 互斥关系 ② 直接相互制约——相互合作引起 进程同步 2、 临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资 源。（排他性资源） 3、 临界区：访问临界资源的那段代码称为临界区。 4、 同步机制应遵循的准则： ① 空闲让进 —— 充分利用资源 ② 忙则等待 —— 保证同步与互斥 ③ 有限等待 ———— 防止陷入“死等” ④ 让权等待 —— 防止陷入“忙等”
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答：
Ta、Tb和Tc并行工作共用CPU时间： （10+15+35）/60%=100 Ta、Tb和Tc顺序工作共用CPU时间： （60+90+120）=270 系统效率提高：
（270-（100+20））/270 =150/270 =55.5%
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二、
进程的基本概念
1、 进程的定义——可并发执行的程序在一个数据集合 上的运行过程。（程序、数据、进程控制块） 2、进程的基本特征 ① 动态性 ② 并发性 ③ 独立性 ④ 异步性 ⑤ 交往性 3、 进程的基本状态及其转变
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单道批处理系统
1、在内存中仅存一道作业运行，运行结 束或出错，才自动调另一道作业运行。 2、单道批处理系统主要特征：自动性、 顺序性、单道性。 3、单道批处理系统主要优点：减少人工 操作，解决了作业的自动接续。 4、单道批处理系统主要缺点：平均周转 时间长，没有交互能力。
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多道批处理系统
一、多道程序的概念： 在内存中存放多道作业运行，运 行结束或出错，自动调度内存中的 另一道作业运行。 ●多道程序带来的好处： 1、提高CPU的利用率。 2、提高内存和I/O设备利用率。 3、增加系统吞吐率。
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三、
进程控制
1、进程管理 进程图：表明进程的创建关系，创建的进程和被创 建的进程可以并发执行。 2、引起进程创建的原因 ① 用户登录：为终端用户建立进程。 ② 作业调度：选中的作业建立进程。 ③ 提供服务：为用户提供的服务进程。 例如：I/O进程等。 ④ 应用请求：应用程序自己创建的进程。 3、原语：由若干条指令构成，用于完成一定功能的一个 过程。不允许被中断的程序段，不许并发执行。 4、原子操作（原子性）：一个操作中的所有动作，要么 全做，要么全不做。是一个不可分割的操作。
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OS的作用
●计算机用户需要的用户命令
由OS实现的所有用户命令所构成的集合常被人们称为 OS的Interface(用户接口)；有时也称为命令接口。 命令的表示形式： 字符形式：较灵活但因繁琐而难记； 菜单形式：(试图在字符终端上提供友好的用户界面) 图形形式：因直观而易记但不灵活。
●应用软件需要的System Call(系统调用)
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实时系统
● 所谓实时系统：是计算机及时响应外部 事件的请求，在规定的时间内完成对该 事件的处理，并控制所有实时设备和实 时任务协调一致的运行。 一、实时系统分为两类 1、实时控制系统 2、实时信息处理系统 二、实时任务的类型 1、按任务执行是否为周期性来划分 2、按截止时间来划分
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三、实时系统的特征 1、多路性：能对多个对象进行控制。 2、独立性：独立运行，不混淆，不破 坏。 3、交互性：仅限于访问系统中某些特 定的专用服务程序。 4、可靠性：高可靠性，应具有过载防 护能力。 5、及时性：不同的系统要求不一样， 控制对象必须在截止时间内完成。
●操作系统用作扩充机器功能，使其便于 使用，这种只安装了OS的机器又称为虚拟 机。
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操 作 系 统 的 发 展
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无操作系统时的计算机系统
1、 人工操作方式 一台计算机的所有资源由用户独占，降低 了计算机资源利用率，人操作慢，出现了 严重的人机矛盾。 2、 脱机输入输出方式 •在外围计算机的控制下，实现输入输出。 •主要解决了CPU与设备之间不匹配的矛盾
多道运行的时间为： 30+1+40+1+10+1+20+1+30+1+40+1+20=196 则多道程序比单道程序节省的时间为： 274一196＝ 78ms
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分时操作系统 (time-sharing system)——70年代 中期至今
• “分时”的含义：分时是指多个用户分享使用 同一台计算机。多个程序分时共享硬件和软件 资源。 分时(Time Sharing)操作系统的工作方式 是：一台主机连接了若干个终端，每个终端有 一个用户在使用。用户交互式地向系统提出命 令请求，系统接受每个用户的命令，采用时间 片轮转方式处理服务请求，并通过交互方式在 终端上向用户显示结果。用户根据上步结果发 出下道命。分时操作系统将CPU的时间划分成 若干个片段，称为时间片。操作系统以时间片 为单位，轮流为每个终端用户服务。每个用户 轮流使用一个时间片而使每个用户并不感到有 别的用户存在。
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共享
• 所谓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。
1、互斥共享方式：
- 把在一段时间内只允许一个进程访问的资源，称为 临界资源。
- 系统中的临界资源可以提供给多个进程使用，但一 次仅允许一个进程使用，称为互斥共享方式。例如 打印机。
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2、同时访问方式：
- 从宏观上看，资源共享是指多个任务可以同时使用 系统中的软硬件资源
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操作系统的定义
• OS就是一个“大管家”，可以这样去定 义：
• 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 便用户的程序的集合。
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操作系统的基本特征
• 现代OS的四个基本特征： 1、并发 2、共享 3、虚拟 4、异步 • 并发是最重要的特征，其它特征都
以并发为前提。
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并发
• 并发——并行性和并发性，并发执行的
过程。
- 并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生。 - 并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
• 任务共行
- 从宏观上看，任务共行是指系统中有多个任务同时运行 - 从微观上看，任务共行是指单处理机系统中的任务并发 （Task Concurrency：即多个任务在单个处理机上交替运行） 或多处理机系统中的任务并行（Task Parallelism：即多个任 务在多个处理机上同时运行）。
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… 进入控制 临界区 解除限制 … 互斥的加锁实现：临界区有空闲和占有两个状态 while lock=1 do skip lock=1; 临界区 lock=0; 借助硬件来实现
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第二章 进程的描述与控制
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一、
相关概念
1、 前趋图——有向无循环的图。 表示程序执行的偏序关系。 2、程序的顺序执行——严格按照程序给定的顺序执 行，仅当前一个执行结束才执行后一个。 3、 程序的顺序的特征： ① 顺序性 ② 封闭性 ③ 可再现性 4、程序的并发执行——是指两个或两个以上程序段 在执行的时间上是重叠的，即使这种重叠只有一小 部分，则称这些程序为共行执行。
B
C
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答：多道程序运行时间关系图如下图所示：
CPU I/O
A30 B40 A10 B20 C20 B16 C20
A40
B30
C40
由图可计算出在多道程序运行下执行了196ms的时间，而 在单道运行的时间为：
30＋1+40＋1＋10＋1+60＋1＋30＋1＋16＋1+20＋1＋40＋1＋20 ＝274ms
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分时系统
分时系统实现中的关键问题： 及时接收：实现多个用户的信息及时 接收。 及时处理：及时控制作业的运行。
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分时系统的特征： 多路性：同时有多个用户使用一台计算机，宏 观上看是多个人同时使用一个CPU，微观上是 多个人在不同时刻轮流使用CPU。 独立性：用户感觉不到计算机为其他人服务， 就像整个系统为他所独占。 及时性：系统对用户提出的请求及时响应。 交互性：用户根据系统响应结果进一步提出新 请求(用户直接干预每一步)。“ 影响响应时间的若干因素: Ti = NQ + To.s + Twap • 改善响应时间的方法 采用重入码减少信息的对换量
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• • • • •
创建原语 撤销原语 阻塞原语 唤醒原语 挂起与激活原语
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5、 线程的基本概念 （1） 线程：一个被调度和分派的基本单位并可独立 运行的实体。 （2） 线程分类： ① 内核支持线程：依赖于内核进行控制和管理。 ② 用户级线程：在用户级创建、撤消和切换。 （3） 在引入线程的OS中，则把线程作为调度和分派 的基本单位，而把进程作为资源的拥有的基本单 位。 （4） 在同一进程中的线程切换不会引起进程切换。 （5） 在不同一进程中的线程切换会引起进程切换。
- 从微观上看，资源共享是指多个任务可以交替互 斥地使用系统中的某个资源。例如磁盘。
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虚拟
• 所谓虚拟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。 • 虚拟处理机：分时实现 • 虚拟设备：SPOOLING技术 • 虚拟存储器：虚拟存储管理实现
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异步性
• 异步性—— 是指进程以异步的方式
执行，进程是以人们不可预知的速 度向前推进。内存中的每个进程何时
执行,何时暂停,以怎样的速度向前推进, 每道程序总共需要多少时间才能完成等, 都构设计
• 操作系统是一个大型系统软件，其
结构已经历了四代的变革：
整体式结构、核心结构和层次结构。
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整体式结构是指将整个操作系统作为一个整体运行操作 系统时，不能响应其他中断。 核心结构是指把操作系统分为外壳部分和核心部分。 CPU在执行外壳部分时，可以响应其他中断；而在执 行核心部分时，禁止响应中断。通常核心部分只是操 作系统的一小部分，每次运行时间较短。核心部分通 常包括进程控制和调度，进程的通信原语中断和中断 处理，时钟处理，外设驱动等。 层次结构是把操作系统的功能分层，每层有明确的功能， 提供接口与上下层联系，上层软件调用下层软件提供 的服务。对层次结构实现功能描述的另一种方法是把 层次画为同心圆，内层的环比外层的环有较高的特权， 当外层环的过程调用内层环的过程时要进行严格的检 查。操作系统的核心和层次结构如图所示。
操作系统辅导
汤子赢、哲风屏、汤小丹
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第一章 操作系统引论
操作系统的目标、作用和模型
l 操作系统——是裸机上的第一层软 件，它是对硬件系统功能的首次扩充，是 填补人与机器之间的鸿沟。
用户 OS 计算机
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操作系统的目标
● 设置操作系统的目的： 1、方便性:操作系统使计算机更易于使用 2、有效性:操作系统允许以更有效的方式使 用计算机系统资源。 3、可扩展性:在操作系统中,允许有效地开发， 测试和引进新的系统功能。 4、开放性:实现应用程序的可移植性和互操 作性,要求具有统一的开放的环境。
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5、程序并发执行的特征： ① 间断性 ② 失去封闭性 ③ 不可再现性 例2：若程序Pa、Pb和Pc单独执行时间分别Ta、 Tb和Tc ，Ta=1小时，Tb=1.5小时，Tc=2小时， 其中处理机工作时间分别为Ta=10分钟，Tb=15 分钟，Tc=35分钟。如果采用多道程序设计的 方法，让Ta、Tb和Tc并行工作，假定处理机利 用率达到60%，另加20分钟系统开销，请问系 统效率能提高百分之几？
由OS实现的所有系统调用所构成的集合被人们称为程序 接口或应用编程接口(Application Programming Interface,API)。
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●操作系统作为计算机系统资源管理者。
1、处理机管理：分配和控制CPU。 2、存储器管理：内存分配与回收。 3、I/O设备管理：I/O设备的分配与操纵。 4、文件管理：文件的存取、共享和保护。
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进程的三种基本状态及其 转换
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4、 进程控制块——描述和控制进程运行，系统为每个 进程定义的一个数据结构。 5、 进程控制块的组织方式 进程描述信息 处理机状态信息 进程的调度信息 进程的控制信息 进程控制块是操作系统最重要的数据结构，是进程 存在的唯一标志。进程控制表。 6、进程的挂起状态
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二、多道批处理系统主要特征： 多道性、无序性、调度性（进程 调度和作业调度）。 三、多道批处理的主要优点：提高了 资源利用率和吞吐能力。 多道批处理的主要缺点：平均周 转时间长，没有交互能力。
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例1．设在内存中有三道程序A、B和C，按A、 B、C的优先次序运行，其内部计算和I／O操 作时间由下图给出。 若处理机调度程序每次进行状态转换需要的 时间为1ms，试画出按多道程序运行的时间关 系图。并计算完成这三道程序共使用了多少时 间？并计算比单道运行节省多少时间？