操作系统各章重点总结。

第一章概述1.操作系统的定义：是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软硬件资源的分配，调度工作，控制并协调并发活动，实现信息的存取及保护，它提供用户接口，使用户获得更好的工作环境，操作系统使整个计算机实现了高效率及高度自动化。

操作系统属于应用软件。

2.操作系统的基本功能（1）人-机交互界面：用户可直接使用键盘命令或Shell命令语言，调用操作系统内部功能模块（系统调用）（2）资源管理：文件管理、存储管理、设备管理、处理器管理、作业管理3.操作系统的分类（1）单用户操作系统：一个用户独占计算机系统资源，系统所有软硬件资源全为一个用户服务，单独地执行该用户提交的一个任务；优点：操作系统简单，易被人们掌握；缺点：系统资源未能充分利用；（2）批处理操作系统：采用批量化处理作业技术的操作系统a.单道批处理系统b.多道批处理系统二者区别：的操作系统特点：a.较少有人为干预的监督和控制系统；b.软件依赖于应用的性质和实际使用的计算机类型；c.专用系统：许多实时系统是专用系统。

d.实时控制：实时系统用于控制实时过程，要求对外部事件的迅速响应，具有较强的中断处理机构。

e.高可靠性：实时系统用于控制重要过程，要求高度可靠，具有较高冗余。

如双机系统。

f.事件驱动和队列驱动：实时系统的工作方式：接受外部消息，分析消息，调用相应处理程序进行处理。

g.可与通用系统结合成通用实时系统：实时处理前台作业，批处理为后台作业。

应用：监督生产线，流水线生产的连续过程，监督病人的临界功能，监督和控制交通灯系统，监督和控制实验室的实验，监督军用飞机的状态等；（4）分时操作系统：多个用户分享使用同一台计算机，把计算机的系统资源进行时间上的分割，即将整个工作时间分成一个个的时间段，每个时间段称为一个时间片；特点：a.同时性：若干个终端用户可以同时使用计算机,共享系统资源，提高了资源利用率；b.独立性：用户彼此独立，互不干扰；c.及时性：用户的请求能在较短的时间内得到响应；d.交互性：用户能进行人机对话，联机地调试程序，以交互方式工作，加快了调试时间；（5）网络操作系统：提供网络通信和网络资源共享功能的操作系统特点：a.系统中任意两台计算机可以通过通信来交换信息b.系统中各台计算机五主次之分c.系统的资源为所有用户所共享d.系统中若干台计算机可以互相协作来完成一个共同任务功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理，提供高效、可靠的网络通信能力，提供多种网络服务功能分布式操作系统是一种特殊的网络操作系统4.处理器状态，特权非特权指令，程序状态字（1）处理器状态a.管态：操作系统管理程序运行的状态；b.目态：用户程序运行的状态；（2）指令a.特权指令：操作系统中只能由操作系统使用的指令,控制中断屏蔽的某些指令，清主存指令，建立存储保护指令等等。

b.非特权指令：操作系统和用户都可以使用的指令说明：当处理器处于管态时，可以执行全部的指令（包括特权指令），使用所有资源，并具有改变处理器状态的能力，当处理器处于目态时，就只能执行非特权指令。

（4）程序状态字：用来指示处理器状态，控制指令执行顺序，并且保留和指示与相应程序有关的系统状态第二章处理器管理1.多道程序并发执行的特点（1）程序执行时的资源共享性；（2）程序失去了封闭性和可再现性；（3）并发程序之间的相互制约性；3.进程（1）进程的定义：进程是能和其他程序并发执行的程序段在某数据集合上的一次运行过程，它是系统资源分配和调度的一个独立单位；☆（2）进程与程序间的区别：a.程序是一组指令的集合，它只规定了运行活动时所要完成的功能，本身没有运行的含义，因此程序是静态的概念，而进程是一段程序的一次运行活动，它的着眼点是活动，运行，过程，因此进程是动态概念；b.进程是一个独立调度并能和其他进程并行运行的单位，而程序通常不能作为独立调度进行的单位；C.一个程序运行在两个不同数据集合上，就是两个不同的进程，因此进程和程序不存在一一对应关系，一个程序可以对应多个进程，反之，一个进程至少要对应一个程序，或对应多个程序，多个进程也可以对应相同的程序；（3）进程的组成：a.程序b.数据集合c.进程控制块（PCB）（4）进程的三种基本状态：(P48 习题2.4)a.就绪状态：进程已得到除CPU以外的全部资源，是一旦获得CPU就可以执行的状态；b.执行状态：进程已获得必要的资源并占有CPU，正在执行的状态；c.☆（5）进程的三态转换：（6）进程控制的任务：对系统中所有进程从创建到消亡的全过程实行有效的管理和控制；（7）原语：由若干条机器指令构成的程序模块，它是用于完成特定功能的一段程序.为了保证操作的正确性原语在执行期间不可分割；（一旦开始执行，直到完毕之前，是不允许中断的）（8）进程控制原语：a.创建原语b.撤销原语c.阻塞原语d.唤醒原语4.进程调度（1）进程调度的概念：系统按照一定算法把CPU动态分配给就绪队列中的某个进程，并使之执行（在批处理系统中）；（2）进程调度的层次：a.高级调度：按照某种原则从外存上的后备作业中选一个或几个进入内存，并为其运行做好有关准备工作；b.中级调度：负责内外存之间的进程对换，以解决内存紧张问题，即将内存中处于等待状态的某些进程调到外存对换区以腾出空间，再将外存对换区中已具备运行条件的进程重新调入内存准备运行；c.低级调度：决定就绪队列中哪个进程将获得处理器，并实际执行将处理器分配给该进程的工作（批处理系统和分时系统都必须配备）；（3）进程调度的功能：a.保护当前正在执行的进程的现场，将程序状态寄存器，指令计数器及所有通用寄存器的内容放到特定单元保存起来；b.查询，登记和更新进程控制表PCB中的相应表项，根据表项中的内容和状态，按一定的算法，从就绪进程中选择一个，并把CPU分给它；c.恢复被调度到的进程的原来现场，从而使它按上次放弃CPU时的状态继续运行；（4）进程调度的方式：a.剥夺（抢占）式 b.非剥夺（抢占）式（5）进程调度的常用算法：☆时间片轮转法（剥夺式）：把CPU按时间片，按顺序赋予就绪队列中的每一个进程，即就绪队列中各进程轮流占用CPU执行一定时间，若某个进程在规定时间片内未执行完毕，也必须释放CPU，并把CPU分配给下一个进程；☆优先级调度：把处理器分配给就绪队列中具有最高优先级的进程；a.静态优先级：在进程创建时即被确定，在以后执行的过程中不在改变（确定依据：进程类型，进程对资源的需求，用户要求的优先级）；b.动态优先级:在进程的执行期间按某种原则不断修改进程的优先级，优先级一般素进程的等待时间，占用CPU的时间的变化而变化。

☆多重队列轮转法：把时间片轮转法中的单就绪队列改为双就绪队列或多就绪队列，并赋给每个队列不同的优先权；（特点：先来先服务；获得CPU的优先权按序数上升而递减，而时间片的长度按序数上升而递增；CPU）；5.线程（1）线程的定义：线程是进程中的一个实体，它是比进程更小的能够独立运行的基本单位；（2）引入线程的意义：为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使操作系统具有更好的开发性；(P48 习题2.9)☆（3）线程与进程的区别：a.线程是进程的一部分，它是进程的一个执行单元，通常，一个进程含有若干线程，至少要有一个线程，一个进程的多个线程都在进程的地址空间里活动；b.在引入线程的操作系统中，资源分配的对象是进程，而不是线程，进程仍是拥有资源的一个独立单位，它拥有自己的资源，一般而言，线程除有少量必不可少的资源外不拥有系统资源，线程使用的资源是进程分到的资源；c.在引入线程的操作系统中，调度的基本单位是线程而不是进程；d.进程之间可以并发执行，而一个进程中的每个线程之间亦可以并发执行，而且在并发执行过程中，也需要协作同步；第三章存储管理1.存储管理（1）存储管理的功能：a.存储空间的分配和回收b.地址映射和重定位c.存储共享和保护d.主存扩充（2）存储分配的三种方式a.直接存储分配方式：在程序设计过程中，或汇编程序对源程序进行编译时，所用的是实际物理地址，以确保各程序所用的地址之间互不重叠；b.静态存储分配方式：编写程序或由编译系统产生的目标程序中采用的地址空间为逻辑地址，当连接装入程序时对它们进行装入，连接时，才确定它们在主存中的相应位置，从而产生可执行程序，这种分配方式要求用户在进行装入，连接时，系统必须分配其要求的全部存储空间，若存储空间不够，则不能装入该用户程序，同时，用户程序一旦装入到主存空间后，它将一直占据着分配给它的存储空间，直到程序结束时才释放该空间，再者，在整个运行过程中，用户程序所占据的存储空间是固定不变的，也不能动态地申请存储空间；c.动态存储分配方式：用户程序在存储空间中的位置也是在装入时确定，但它不必一次性将整个程序装入到主存，可根据执行的需要，一部分一部分地动态装入，同时，装入主存的程序不在执行时，系统可以回收该程序所占据的主存空间，再者，用户程序装入主存后的位置，在运行期间可根据系统需要而发生改变，此外，用户程序在运行期间也可动态地申请存储空间以满足程序需求；2.重定位的定义、两种重定位的特点与区别、覆盖与交换（1）重定义定义：由于用户程序的装入而引起地址空间中的相对地址转换为存储空间中的绝对地址的地址变换过程，称为地址重定位，也称地址映射；（2）实现地址重定位的方法：静态地址重定位，动态地址重定位a.静态地址重定位：用户程序在装入时由装配程序一次完成，即地址变换只是在装入时一次完成，以后不再改变；优点：实现简单；缺点：用户程序必须分配一个连续的存储空间；难以实现程序和数据的共享；b.动态地址重定位：在程序执行的过程中，当CPU要对存储器进行访问时，通过硬件地址变换机构（重定位寄存器BR和相对地址寄存器VR），将要访问的程序和数据地址转换成主存地址；优点：有利于提高主存的利用率和存储空间使用的灵活性；有利于程序段的共享实现；为实现虚拟存储器管理提供了基础；缺点：实现存储器管理的软件比较复杂；需要附加的硬件支持；（3）覆盖与交换（从逻辑上扩充主存,解决在较小主存空间中如何执行大程序的问题）a.覆盖：把程序划分为若干个功能相互独立的程序段，并且让那些不会同时被CPU执行的程序段共享同一主存区，通常这些程序段被保存在外存中，当CPU要求某一程序段执行时，才将该程序段装入主存来覆盖以前的某一程序段；b.交换：将系统暂时不用的程序或数据部分部分或全部地从主存中调出，以腾出更大的存储空间，同时将系统要求使用的程序和数据调入主存中，并将控制权转交给它，让其在系统上运行；c.交换技术主要是在进程或作业间进行，覆盖技术则主要是在同一个进程或作业之间进行，交换技术的运用，可以在较小的存储空间中运行较多的作业或进程，覆盖技术的运用，可以在较小的存储空间中运行比其容量大的作业或进程；☆3.分区存储管理、页式存储管理(各种方法采用的分配回收算法，数据结构，地址变换过程，共享与保护，优缺点比较）（1）分区存储管理：将主存的用户可用区域划分成若干大小不等的区域，每一个进程占据一个区域或多个区域，从而实现多道程序设计环境下各并发进程共享主存空间；固定分区法：系统在初始化时，将主存空间划分为若干个固定大小的区域，用户程序在执行过程中，不允许改变划分区域的大小，只能够根据各自的要求，由系统分配一个存储区域；(P94 习题3.5)数据结构：分区说明表动态分区法：采用将主存的空闲区单独构成一个可用分区表或可用分区自由链表的形式来描述系统主存管理；(P94 习题3.6)①分配方法：a.最先适应法：将作业分配到主存的第一个足够装入它的可用空闲区中；b.最佳适应法：将作业分配到主存中与它所需大小最接近的一个可用空闲区中；（要求分区表或自由链接表按照空闲区从小到大的次序排列）c.最坏适应法：将作业分配到主存中最大的空闲区中；（要求分区表或自由链接表按照空闲区从大到小的次序排列）②回收方法：a.释放区与上下两个空闲区相邻，在这种情况下，将三个空闲区合并为一个空闲区；b.释放区与上空闲区相邻，在这种情况下，将释放区与上空闲区合并为一个空闲区；c.释放区与下空闲区相邻，在这种情况下，将释放区与下空闲区合并为一个空闲区；d.释放区与上下两个空闲区都不相邻，在这种情况下，释放区作为一个新的空闲可用区插入到可用分区表或自由链表中；③数据结构：可用分区表或可用分区自由链表；④地址变换过程：采用动态重定位装入作业，当作业执行时由硬件地址转换机构完成地址转换（基址寄存器，限长寄存器）；⑤分区共享：各道作业的共享存储区域部分有相同的基址/限长值，就可实现分区共享；⑥分区保护：对共享区的信息规定只能执行或读出，不能写入；⑦分区存储管理的优缺点：a.优点：实现了多道程序的设计，从而提高了系统资源的利用率；系统要求的硬件支持少，管理简单，实现容易；b.缺点：由于作业在装入时的连续性，导致主存利用率不高；主存的扩充只能采用覆盖和交换技术，无法真正实现存储器；（2）页式存储管理：页式存储器管理取消了存储分配的连续性，它能够将用户进程分配到不连续的存储单元中连续执行；（根据作业装入主存的时机不同，一般分为：1，静态分页管理2，虚拟分页管理）分页存储器的逻辑地址格式：页号单元号分配的考虑：将进程的页分配到主存的块中。