操作系统知识

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　　一：操作系统简介

　　　　1.1 操作系统的定义与作用

　　　　1.2 操作系统的功能及特征

　　　　1.3 操作系统的类型

　　二：处理机管理　　

　　　　2.1 进程的基本概念
　　　　2.2 进程的状态和转换
　　　　2.3 进程的描述
　　　　2.4 进程的同步与互斥
　　　　2.5 死锁

　　三：存储管理

　　　　3.1 存储器的层次
　　　　3.2 地址转换与存储保护
　　　　3.3 分区存储管理
　　　　3.4 分页式存储管理
　　　　3.5 分段式存储管理
　　　　3.6 虚拟存储管理

　　四：设备管理

　　　　4.1 I/O硬件原理
　　　　4.2 I/O软件原理
　　　　4.3 Spooling系统
　　　　4.4 硬盘调度

　　五：文件管理

　　　　5.1 文件与文件系统
　　　　5.2 文件目录
　　　　5.3 文件的组织和结构
　　　　5.4 文件的共享和保护

　　六：作业管理

　　　　6.1 作业及作业管理的概念
　　　　6.2 作业调度
　　　　6.3 多道程序设计

一：操作系统简介

1.1 操作系统的定义与作用

1.操作系统的定义：操作系统是管理软硬件资源，控制程序执行，改善人机界面，合理组织计算机工作流程和为用户使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。

2.操作系统的作用：

（1）通过资源管理，提高计算机系统的效率。

（2）改善人机界面，向用户提供友好的工作环境。

1.2 操作系统的功能及特征

1.操作系统的特征：

（1）并发性（指两个或以上的运行程序在同一时间间隔段内同时执行）

（2）共享性（操作系统中的资源可被多个并发执行的进程所使用）

（3）异步性（又称随机性）

2.操作系统的功能：

（1）处理器管理

（2）存储管理

（3）设备管理

（4）文件管理

（5）作业管理

（6）网络与通信管理

1.3 操作系统的类型

1.操作系统的类型：（1）批处理操作系统（2）分时操作系统（3）实时操作系统

2.批处理操作系统：用户把要计算的应用问题编程程序，连同数据和作业说明书一起交给操作员，操作员集中一批作业，并输入到计算机中。然后由操作系统来调度和控制用户作业的执行。

3.批处理系统的主要特征：

（1）用户脱机工作

（2）成批处理作业

（3）多道程序运行（实现了多道批处理）

（4）作业周转时间长

4.分时操作系统：每个用户在自己的终端上以问答的方式控制程序运行，系统把cpu的时间划分为时间片，轮流分配给各个联机终端用户，每个用户只能在极短的时间内执行，若时间片用完，而程序还未做完，则挂起等待下次分得时间片。

5.分时操作系统的特征：

（1）同时性

（2）独立性

（3）及时性

（4）交互性

6.实时操作系统：是指当外界事件或数据产生时，能够接收并以足够快的速度予以处理，其处理结果又能在规定的时间内控制监控的生产过程或对处理系统做出快速相应，并控制所有实行任务协调一致运行的操作系统。

7.实时操作系统的组成部分：

（1）数据采集

（2）加工处理

（3）操作控制

（4）反馈处理

二：处理机管理

2.1 进程的基本概念

1.进程的定义：进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。

2.进程具有的属性：（1）结构性；（2）共享性；（3）动态性；（4）独立性；（5）制约性；（6）并发性。

2.2 进程的状态和转换

1.三态模型：（1）运行态；（2）就绪态；（3）等待态（又称阻塞态，睡眠态）

 运行态——等待态：等待使用资源

等待态——就绪态：资源得到满足

运行态——就绪态：运行时间片到，出现有更高优先权进程

就绪态——运行态：cpu空闲时选择一个就绪进程

2.五态模型

2.3 进程的描述

1.进程上下文：操作系统中把进程物理实体和支持进程运行的环境合称为进程上下文。

2.一个进程映像包括：

（1）进程程序块

（2）进程数据块

（3）系统/用户堆栈

（4）进程控制块PCB

3.进程控制块PCB组成：

（1）标识信息

（2）现场信息

（3）控制信息

2.4 进程的同步与互斥

1.进程之间存在两种基本关系：竞争关系，协作关系

2.进程的互斥：指若干个进程要使用同一共享资源时，任何时刻最多允许一个进程去使用，其他要使用该资源的进程必须等待，直到占有该资源的进程释放该资源。

3.进程的同步：指一个进程的执行依赖与另一个进程的消息。

4.生产者——消费者问题是典型的同步问题。

5.最常用的同步机制：信号量及PV，管程。

2.5 死锁

1.死锁的定义：两个进程分别等待对方占有的一个资源，于是两者都不能执行而处于永远等待。

2.死锁产生的条件：

（1）互斥条件

（2）占有和等待条件

（3）不剥夺条件

（4）循环等待条件

三：存储管理

1.主存储空间一般分为两部分：系统区，用户区。

2.存储管理的功能：

（1）主存储空间的分配和回收

（2）地址转换和存储保护

（3）主存储空间的共享

（4）主存储空间的扩充

3.1 存储器的层次

1.目前，计算机系统均采用分层结构的存储子系统。

3.2 地址转换与存储保护

1.相对地址（逻辑地址）：用户编程时使用的地址。

2.物理地址（绝对地址）：程序在内存中的实际地址。

3.地址转换（重定位）：程序和数据的逻辑地址转换为物理地址。

4地址转换的方式：

（1）静态重定位：在作业装入时转换

（2）动态重定位：在程序执行时转换

3.3 分区存储管理

1.存储管理的类型：

（1）分区存储管理

（2）分页存储管理

（3）分段存储管理

（4）虚拟存储管理

2.分区存储管理分类：固定分区管理，可变分区管理。

3.常用的可变分区管理的分配算法：

（1）最先适用分配算法

（2）最优适应分配算法

（3）最坏适应分配算法

3.4 分页式存储管理

1.绝对地址 = 块号 * 块长 + 单元号

3.5 分段式存储管理

3.6 虚拟存储管理

1.定义：具有部分装入和部分对换功能，能从逻辑上对内存容量进行大幅度扩充，使用方便的一种存储系统。

2.基本思路：作业提交时，先全部进入辅助存储器，作业投入运行时，不把全部作业同时装进主存，而是将其中当前使用的部分装入主存储器，其余部分放在辅存中，等到需要这些信息时，系统再将其装入主存。

四：设备管理

1.计算机的外围设备分为两大类：存储型设备，输入输出型设备。

2.设备管理的功能：

（1）外围设备中断处理

（2）缓冲区管理

（3）外围设备的分配

（4）外围设备驱动调度

4.1 I/O硬件原理

1.按照输入输出的特性，可将I/O设备分为：输入型，输出型，存储型外围设备。

2.I/O设备的控制方法：询问方式，中断方式，DMA方式（直接存储器存取），通道方式。

4.2 I/O软件原理

1.I/O软件的总体设计目标：高效率和通用性。

2.I/O软件的层次：

（1）I/O中断处理程序（底层）

（2）设备驱动程序

（3）与设备无关的操作系统I/O软件

（4）用户层I/O软件

3.输入输出中断类型：
（1）通知用户程序输入输出操作沿链推进的进度。

（2）通知用户程序输入输出操作正常结束。

（3）通知用户程序发现的输入输出操作异常。

（4）通知程序外围设备上重要的异步信号。

4.设备驱动程序功能：从设备无关的软件中接受抽象的请求并执行。

5.由设备无关软件完成的功能：
（1）对设备驱动程序的统一接口

（2）设备命名

（3）设备保护

（4）提供独立于设备的块大小

（5）缓冲区管理

（6）块设备的存储分配

（7）独占性外围设备的分配和释放

（8）错误报告

4.3 Spooling系统

1.外围设备剪辑操作，简称Spooling系统，假脱机系统。

2.Spooling系统实际上是用一类物理设备模拟另一类物理设备的技术，是使独占使用的设备变成多台虚拟设备的一种技术，也是一种速度匹配技术。

4.4 硬盘调度

1.为了保证信息的安全，系统每一时刻只允许一个进程启动磁盘进行I/O操作，其余的进程只能等待。

2.磁盘调度分为：移臂调度，旋转调度

五：文件管理

5.1 文件与文件系统

1.文件概念：文件是由文件名字标识的一组相关信息的集合。

2.操作系统一般支持下列类型文件：
（1）普通文件

（2）目录文件

（3）块设备文件

（4）字符设备文件

3.文件系统面向用户的功能：
（1）文件的按名存取

（2）文件目录的建立和维护

（3）实现从逻辑文件到物理文件的转换

（4）文件存储空间的分配和管理

（5）提供合适的文件存取方法

（6）实现文件的共享，保护和保密

（7）提供一组可供用户使用的文件操作

4.文件的存取方式：
（1）顺序存取

（2）直接存取

（3）索引存取

5.2 文件目录

1.文件目录包括的内容：

（1）有关文件存取控制的信息

（2）有关文件结构的信息

（3）有关文件管理的信息

2.文件目录结构分类：

（1）一级目录结构

（2）二级目录结构

（3）树型目录结构

5.3 文件的组织和结构

1.文件的逻辑结构分为两种形式：流式文件，记录式文件。

2.文件的物理结构：顺序文件，连接文件，索引结构。

5.4 文件的共享和保护

1.文件的保护指防止文件被破坏：一是防止系统崩溃时造成的文件破坏；二是防止其他用户的非法操作造成的文件破坏。

2.为防止系统崩溃造成文件破坏方式：定时转储。

3.为防止其他用户非法操作造成文件破坏：建立三元组（用户，对象，存取权限）。

4.文件的保密方法：设置密码，使用密码。

5.设置密码：两种方式，一种是为每个文件设置密码；另一种是终端密码，用户回答相应的密码后才可使用终端，该方法缺点是回收权限后，新密码要通知其他的授权用户。

6.使用密码：它将文件中的信息翻译成密码形式，使用时再解密。

六：作业管理

6.1 作业及作业管理的概念

1.作业（job）是用户提交给操作系统计算的一个独立任务。

2.作业管理分为：脱机和联机两种方式。

6.2 作业调度

1.常用的作业调度算法：

（1）先来先服务

（2）最短作业优先

（3）相应比最高者（HRN）优先。相应比=已等待时间 / 估计等待时间

（4）优先数法

6.3 多道程序设计

1.优点：

（1）提高了cpu的利用率

（2）提高了内存和I/O设备的利用率

（3）改进了系统的吞吐率

（4）充分发挥了系统的并行性

2.缺点：作业周转时间延长 

φ(゜▽゜*)♪ 感谢观看，希望对你有帮助！

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