操作系统复习

操作系统复习

第一章 操作系统引论

操作系统的作用

1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
2.OS作为计算机系统资源的管理者

操作系统的发展过程

无操作系统的计算机系统

人工操作方式
脱机输入/输出方式

单道批处理系统

单道批处理系统的特征
(1) 自动性
(2) 顺序性
(3) 单道性

多道批处理系统
1.多道程序设计的基本概念

过程:
作业先存放在外存上并排成一个队列,称为“后备队列”;然后,由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存,使它们共享CPU和系统中的各种资源。
优点:
提高CPU的利用率
提高内存和I/O设备利用率
增加系统吞吐量

2.多道批处理系统的特点

多道:
多道指某个作业占用CPU,若由于某种原因暂时不用CPU,则系统让第二个作业占用CPU。
成批处理:
用户自己不能干预自己作业的运行,一旦发现作业错误不能及时改正,并延长开发软件时间,所以适用于成熟的程序。
无序性。
调度性。

3.多道批处理系统的优缺点

(1) 资源利用率高
(2) 系统吞吐量大
(3) 可提高内存和I/O设备利用率
(4) 平均周转时间长
(5) 无交互能力。

适合大型科学计算、数据处理。
4.多道批处理需要解决的问题

(1) 处理机管理问题。
(2) 内存管理问题。
(3) I/O设备管理问题。
(4) 文件管理问题。
(5) 作业管理问题。

分时系统(Time-Sharing System)
1.分时系统的产生

满足用户如下需求:
(1) 人—机交互
(2) 共享主机
(3) 便于用户上机

2.分时系统的思想

采用时间片轮的方法,同时为许多终端用户服务,对每个用户能保证足够快的响应时间,并提供交互会话的功能。
时间片: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
设计目标:对用户的请求及时响应,并在可能条件下尽量提高系统资源的利用率。
适合办公自动化、教学及事务处理等要求人机会话的场合。

3.分时操作系统工作方式

一台主机连接了若干个终端
每个终端有一个用户在使用
交互式的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令

4.分时系统实现中的关键问题

(1) 及时接收。
(2) 及时处理。

5.分时操作系统特点

多路性
交互性
独立性
及时性

6.影响响应时间的因素

终端数目多少
调度算法(时间片的选取)
信息交换量和信息交换速度
机器处理能力
请求服务的时间长短及服务请求的分布

实时系统(Real-Time System)

“实时”,是表示“及时”,而实时系统(Real-Time System)是指系统能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,并控制所有实时任务协调一致地运行。
特点:及时性要求高,系统可靠性高。

1.实时操作系统的分类

实时控制系统:通常是指以计算机为中心的生产过程控制系统,又称计算机控制系统。
如:钢铁冶炼和钢板轧制的自动控制、炼油、化工生产过程的自动控制,军事控制等。
实时信息处理系统:计算机及时接收从远程终端发来的服务请求,根据用户提出的问题对信息进行检索和处理,并在很短时间内对用户做出正确回答。
例如:银行,机票订购系统、股市行情实时信息处理系统等

2.实时任务

按任务执行时是否呈现周期性可分为:
周期性实时任务
非周期性实时任务
根据对截止时间的要求可分为:
硬实时任务
软实时任务

3.实时系统与分时系统特征的比较

(1)多路性
(2)独立性
(3)及时性
(4)交互性
(5)可靠性

微机操作系统的发展

单用户单任务: CP/M 8位操作系统、MS-DOS 16位操作系统
单用户多任务操作系统: windows 系列
多用户多任务操作系统: unix linux

操作系统的基本特性

操作系统的定义

操作系统(Operating System,简称OS)是控制和管理计算机硬件和软件资源的一个系统软件,是一些程序模块的集合。
它能以尽量有效、合理的方式组织和管理计算机的软硬件资源,合理的组织计算机的工作流程,控制程序的执行并向用户提供各种服务功能,使得用户能够灵活、方便、有效的使用计算机,使整个计算机系统能高效地运行。
它是系统软件的核心,是计算机处理时必不可少的非常重要的软件。

操作系统的特征

并发性
共享性
虚拟性
异步性

并发性

并行性是指两个或多个事件在同一时间发生。
并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 (与并发相似,但多指硬件支持)
进程、线程

共享性

互斥共享方式:打印机、磁带机
同时访问方式: 磁盘、文件

虚拟性

时分复用技术:分时使用
(1)虚拟处理机技术
(2)虚拟设备技术:如共享打印机
空分复用技术
(1)虚拟磁盘技术
(2)虚拟存储器技术

操作系统的主要功能

从资源管理观点看,操作系统具有五大功能:
处理机管理
存储器管理
设备管理
文件管理
作业管理

第二章 进程的描述与控制

进程的定义和特征

进程的定义:
进程是程序在一个数据集合上的运行过程,是系统进行资源分配和调度的一个独立的基本单位。
进程实体组成:程序段、数据段、PCB(进程控制块)
进程的特征:
(1)动态性:进程是程序的一次运行过程,有生命周期。
(2)并发性
(3)独立性:进程是一个能独立运行的基本单位,同时也是系统分配资源和调度的独立单位
(4)异步性:进程按各自独立的、 不可预知的速度向前推进.

进程的基本状态及转换

1.进程的三种基本状态

就绪状态(Ready):得到了除CPU以外的所有必要资源。
执行状态(Running):已获得处理机,程序正在被执行。
阻塞状态(Blocked):因等待某事件发生而暂时无法继续执行,从而放弃处理机,使程序执行处于暂停状态。

2.三种基本状态的转换

3.创建状态和终止状态

挂起操作和进程状态的转换

进程控制块

进程控制块的作用

概念
用于描述进程情况及控制进程运行所需要的全部信息
作用
通过PCB,使得原来不能独立运行的程序(数据),成为一个可以独立运行的基本单位,一个能够并发执行的进程。进程控制块是进程存在的唯一标志。
进程控制块中的信息
进程标识符:唯一地标识一个进程。
处理机状态:保留进程存放在处理器中的各种信息,主要由处理器内的各个寄存器的内容组成。
进程调度信息:进程状态、进程优秀级、阻塞原因等等。
进程控制信息:程序和数据的地址、进程同步和通信机制、资源清单、链接指针

操作系统内核

进程控制是对系统中所有进程从产生、存在到消亡的全过程实行有效的管理和控制。进程控制一般是由操作系统的内核来实现,内核在执行操作时,往往是通过执行各种原语操作来实现的
内核:加在硬件上的第一层软件,通过执行各种原语操作来实现各种控制和管理功能,具有创建、撤消、进程通信、资源管理的功能。
内核的基本功能
支撑功能:中断处理、时钟管理、原语操作
资源管理功能:进程管理、存贮管理、设备管理
原语:是由若干条机器指令所构成,用以完成特定功能的一段程序 。原语在执行期间是不可分割的或不可中断的。
创建原语、撤消原语、阻塞原语、唤醒原语

临界资源

一次仅允许一个进程使用的资源,如打印机、变量。
生产者-消费者(producer-consumer)问题是一个著名的进程同步问题。
要令其互斥地访问变量counter

临界区(critical section)

临界区是每个进程中访问临界资源的那段代码。
while(True)
{
进入区
临界区
退出区
剩余区
}

同步机制应遵循的规则

(1) 空闲让进。
(2) 忙则等待。
(3) 有限等待。
(4) 让权等待

记录型信号量、利用记录型信号量解决生产者-消费者问题

线程的基本概念

线程与进程的比较
调 度: 进程不再是调度的基本单位。
并 发 性: 进程之间可以并发,线程之间也可以并发执行。
拥有资源: 线程几乎不占资源,同一进程的线程共享进程的资源。
独立性: 同一进程中的不同线程之间的独立性要低很多。
系统开销:线程的创建、撤消与切换的系统开销小的多。
支持多处理机系统