计算机操作系统内容详解

多道程序设计的概念：若干作业同时驻留主存。各作业轮流使用CPU。为什么文件系统具有文件分配存储空间的能力：要把文件保存到存储介质上时，必须要记住那些存贮空间已经被占用，那些存储空间是空闲的，文件要被保存在空闲的空间去，否则会被破坏已经保存的信息。分时操作系统中，每个用户都感觉有一台独占的与自己交互的计算机。每个进程都有一个生命周期，：这个周期从进程被创建开始，到进程被撤销。早期个人计算机的存储管理一般采用单用户连续存储管理方式。按照组织方式分类文件，可以将文件分为逻辑文件和物理文件。。对资源采用抢夺式分配可以防止死锁，能对处理器进行抢夺式分配的算法有：时间片轮转，可抢占的最高优先级算法。在批处理减分使得系统中，往往由分时系统控制的作业被称为前台作业，由批处理系统控制的作业被称为后台作业。操作系统为用户提供两种类型的使用接口。他们是操作员或用户接口，和程序员或程序接口。操作系统为用户程序完成与硬件相关和应用无关的工作。进程控制块中的现场信息由中断处理程序中断处理前保存。文件系统中文件被按照名字存取是为了：方便用户的使用。文件存储与存储管理密切相关，他们共同为用户使用文件提供方便。文件系统的功能：方便用户使用信息。提供用户共享信息的手段。分配磁盘的存储空间。操作系统的目标：方便性：是计算机系统更容易使用。有效性：是计算机资源的使用更加有夏普，资源的利用率提高。可扩充性：能方便的开发，测试和引进新的系统功能，以适应计算机硬件和体系结构的飞速发展以及用用的不断扩大的要求。开放性。提供统一开发的环境。操作系统的作用：操作系统是用户与计算机之间的接口。操作系统是计算机资源的管理者。操作系统是扩充裸机功能的软件。操作系统是计算机工作流程的管理者。分时系统：为解决批处理系统的无法人机交互问题，为使多个用户能够同时使用主机资源。单刀批处理系统的特征；自动性，顺序性，单道性（内存中仅能存放一道作业）多道批处理系统的特征：调度性，无序性，多道性。在分时系统中，用户可以通过终端，分时系统的特征：多路性；独立性；及时性；交互性。实时系统的特征：多路性；独立性，及时性；交互性；可靠性；分时系统与实时系统的比较：交互性：与系统进行广泛的人机交互，如文件编译，数据处理，资源共享，实时系统也具有交互性，但仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序，交互性具有很大的限制，。及时性：分时系统在很短的时间内获得系统的响应，此时间由人们所能接受的时间为准。但实时系统的及时性由被控对象所要求的开始截止时间和完成截止时间决定的，可靠性：实时系统要求非常高，分时系统要求较低。批处理系统，分时系统，实时系统是三种基本的操作系统类型。如果一个操作系统中兼有其中两个及以上，则称为通用处理及系统。操作系统的基本特征：并发性（两个或多个事件在同一时间间隔内完成。）共享性：止系统中的资源可供内存中多个并发执行的作业同时使用。（资源共享分为：互斥共享，同时访问）虚拟：通过眸中技术，讲一个物理试题变为若干个逻辑上的对应物。用来实现虚拟的技术，称为虚拟技术。异步性：不确定性，程序执行结果反而不确定性，程序不可再现性。多道程序环境下异步执行。操作系统四个特征之间的关系：并发和共享是操作系统的最基本的特征。为了提高计算机资源的利用率，采用多道程序设计技术，是多个程序共享系统的资源并发的执行。并发和共享互为存在的条件。虚拟以并发和资源共享为前提。（为解决这个问题产生的）异步性是并发和共享的必然结果。（进程之间相互影响。）操作系统的功能：处理机功能，存储器功能，设备功能，文件管理和提供友好的用户接口。处理及功能：主要是对处理机的分配和运行进行管理。包括进程管理，有的还包括线程管理。进程管理的主要功能包括：进程控制：创建进程等。进程同步：对进程的执行顺序进行调度，使进程更有效的执行。进程调度：分配到处理机的进程。进程通信：实现进程之间的信息交换。存储器管理的功能：内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充。虚存。设备管理的的功能：缓冲管理（缓和CPU和I/O设备速度的不匹配性矛盾。提高利用率和效率）设备分配（设备和设备控制器的分配）设备处理（响应并处理设备控制器发来的中断请求。文件管理的功能：文件存储空间的管理。目录管理（实现文件的按名存取，提高文件的检索速度）。文件的读写管理和保护。提供有好的用户接口：命令接口，程序接口：图形用户接口。也可以说是命令接口和系统接口。操作系统的四代变革：整体式系统。模块化结构。分层式结构。微内核是结构。进程与线程：进程包括可执行的程序，程序所需要的数据，程序连续执行所需要的状态信息。线程是进程的细化。使进程执行的步骤。线程是系统调用的最小单位，进程是系统资源分配的最小单位。任务是系统的最小工作单位。作业：是指用户要求计算机系统所做的工作的集合，如：一次用算过程，一次数据处理，一次信息查询。作业时高级的宏观的管理，进程管理是低级的管理。任务是从系统的资源分配的角度来说的，进程是从处理机利用和工作流程的角度来说的。操作系统的相关硬件的：时钟：系统周期性取值。分为系统时钟日历时钟，实时时钟。中断：正在执行的工作被临时打断，这个工作被保存下来，转去执行别的程序，待中断执行结束后，返回继续执行。计算机分类：从计算机体系结构上来说：单机操作系统，并行操作系统，网络操作系统，分布式操作系统。从操作系统的工作角度上来说：单用户，批处理，分时，实时操作系统。进程的顺序执行的：指的是若干个程序或程序段之间必须严格按照某种顺序，来执行。仅当前一段程序或程序段执行完毕后，才能执行后面的程序或程序段。程序的顺序执行的特征:顺序性，（顺序完成）；封闭性：程序执行时独占系统资源。可再现性：初始条件相同，一个程序多次执行，执行结果是相同的。前趋图：一个有向无限循环图。（可能出现大题）程序的并发执行的特征：间断性，失去封闭性（程序本身的执行受到外界程序的影响），不可再现性。进程的特征：结构特征，进程控制快。动态性，并发性，独立性（进程实体是一个能够独立运行，独立分享资源和独立接受调度的基本单位。）异步性：进程可独自的不可预知的速度向前推进。进程的三种状态：已获得CPU以外的所有资源，得到CPU后就可自行，执行状态：正在CPU上执行，阻塞状态，正在执行的进程因某种事件的发生而暂时无法执行。进程控制快所包含的内容：进程标识符：用于唯一的标志系统中的某个进程。进程之间的家族关系。处理及状态：用于CPU转换时保存现场和恢复现场。主要用于处理机中各种寄存器内容的组成。进程调度和状态信息：用于进程的调度和状态信息。进程状态，优先级，等待时间的综合，数据和程序的地址。进程同步和通信信息。资源清单和进程队列指针等。5.系统状态：管tai和核心态，具有较高的特权，能够执行一切程序，访问所有存储器和寄存器。操作系统内核在该状态下。46.用户状态：也叫目态。只能执行规定的指令，访问规定的寄存器和存储区。47.导致进程创建的原因：分时系统的用户登录，批处理系统中的作业调度。48.进程创建的具体过程：先从PCB集合中申请一个空闲的PCB，在为新进程分配内存等资源，并根据父进程提供的参数和分配到的资源情况来对PCB进行初始化，最后将新进程插入就绪队列。9.进程的终止具体过程：找到要终止的进程的PCB，若该进程正在执行，则终止他的执行，并置重新调度标志，终止属于该进程的所有子孙进程，释放进程拥有的全部资源，将终止进程移除他所在的队列并回收PCB。0.进程阻塞的具体过程：停止进程的执行，将其状态改为阻塞状态，并把他的PCB插入阻塞队列，转调度程序重新调度。51.唤醒进程的具体过程;等待队列中移出该进程，调用唤醒原语将该进程的额状态从阻塞抬转换成就绪状态。插入就绪队列。52.进程挂起的具体操作：若进程为活动阻塞，否则将他转换成就绪队列，将PCB复制到指定的内存区域进行考察，若挂起钱进程正在执行，则需要重新调度。53.临界资源：一次只能允许一个进程使用，如果多个进程同时使用这些资源，则有可能造成系统的混乱。这些资源。54.临界区：访问进程的那段代码被称为临界区。55.进程同步遵循的规律：空闲等待，忙则等待，有限等待。让权等待。56.管程：一组局部的变量，对局部变量进行操作的一组过程，以及对局部变量初始化的语句系列构成的一个软件模块。57.管程的特点：管程的局部变量只能被局部与管程内部的过程访问；进入管程需要调用管程提供的管程入口。58.任意时刻最多只能允许一个进程在管程中执行。9.进程通信类型：共享存储系统，消息传递系统，管道通信。0.线程的类型：用户级线程和内核级线程。用户级线程：用户控制，调度灵活，独立于系统内核，可运行在不同的操作系统之下。缺点：易引起阻塞，消弱了进程的并发性。进程切换时，强行中断某个执行的线程，很难实现不同线程的并发。内核级线程：有系统内核完成：系统以线程为调度单位，进行线程切换时，要同时保存整个进程的上下文以及线程的上下文信息。在某一线程阻塞时，可调度别的线程，但是切换线程是，需要进行模式切换。调度目标防止进程不能长期获得调度，尽量提高处理器的吞吐率，提高系统的额吞吐量，减少进程的额响应时间。进程调度面向用户的原则：响应时间（用户通过键盘提交一个请求后，直到系统首次响应为止的时间）周转时间：作业提交给系统，到完成为止的而这段时间的间隔。截止时间：某任务必须开始执行的最后时间。面向系统的原则：系统吞吐量：单位时间内系统完成的作业数。中央处理器利用率，各类资源的平很实用，公平性，优先级、。进程调度的类型：长城调度（调度作业或用户创建进程），短程调度（决定就绪队列中那个进程获得系统资源），中程调度（对换）。进程调度算法：先来先服务（FCFS），短进程优先（SPN）时间片轮转算法，基于优先级的调度算法。剩余时间最短优先。响应比高者优先。反馈调度算法。实时调度算法：基于时间片的轮转算法，基于优先级的菲薄度算法，基于优先级的剥夺点剥夺算法，以及立即剥夺调度算法。互斥与同步的解决方法：软件方法，硬件方法，信号量方法，管程。引起死锁的原因：互斥，占有且等待，非剥夺，循环等待。解决思索的方法：预防死锁，避免死锁，解除死锁。预防死锁：限制四种原因。1、 离散分配和连续分配的异同点：连续存储方式是指为用户程序分配一个连续的内存空间；连续分配会形成碎片，虽然紧凑可拼接成大块空间，但开销较大，离散分配将进程分散的装入许多不联结的分区中。以下是自己的分析和总结出来的，仅供参考：相同点：都是对存储器管理的一种方法，离散分配在每一段或页也是连续分配的；不同点：（1）连续分配不需要地址变换机构，所以说实现相对简单，而离散分配需要，所以现实相对复杂；（2） 连续分配容易产生内存碎片，对存储器利用率不是很高，离散分配相对来说内存碎片较少；（3） 连续分配对存储器没有保护功能，而离散分配可以通过设置相应的访问权限位来达到保护的目的；（4） 连续分配不利于存储器的共享，而离散分配可以很好的实现存储器共享；（5） 连续分配对于虚拟存储器的现实不是很好，因为不能从逻辑上扩大内存，所以虚拟存储器基本上都是采用离散分配现实的。2、 重定位的概念：答：通常是把在装入时对目标程序中指令和数据的修改过程称为重定位。由于一个作业装入到与其地址空间不一致的存储空间所引起的，对有关地址部分的调整过程称为地址的重定位。这个调整过程就是把作业地址空间中使用的逻辑地址变换成主存中物理地址的过程。这种地址变换也称为地址映射.（下面帮助理解）重定位类型：1静态重定位（1） 含义：静态重定位是在程序运行之前由装配程序完成的。（2） 优点：它的主要优点是，无需增加硬件地址变换机构，因而可在一般计算机上实现。（3） 缺点主要缺点有：要求给每个作业分配一个连续的存储空间，且在作业的整个执行期间不能再移动，因而也就不能实现重新分配主存。用户必须事先确定所需的存储量，若所需的存储量超过可用存储空间时，用户必须考虑覆盖结构。用户之间难以共享主存中的同一程序副本。2动态重定位（1） 含义：动态重定位是在程序执行过程中由硬件地址变换机构实现的。（2） 例子：最简单的办法是利用一个重定位寄存器。该寄存器的值由调度程序根据作业分配到的存储空间的起始地址来设定。在具有这种地址变换机构的计算机系统中，当作业执行时，不是根据CPU给出的逻辑地址去访问主存，而是将逻辑地址与重定位寄存器中的内容相加后得到的地址作为访问主存的地址。（3） 动态重定位的主要优点有：用户作业不要求分配连续的存储空间。用户作业在执行过程中，可以动态申请存储空间和在主存中移动。有利于程序段的共享。（4） 动态重定位的主要缺点有：需要附加的硬件支持。实现存储管理的软件算法比较复杂。3、 分段、分页异同点：（P138）相同点：两者都采用离散分配方式，且都要通过地址映射机构来实现地址变换。不同点：（1）页是信息的物理单位，用离散方式消减内存外零头，提高内存利用率，出于系统管理需要。段是信息的逻辑单位，更好满足用户需要。（2） 页的大小由系统固定，逻辑地址分页号和页内地址，有机器硬件实现， 页面大小只有一种。段长根据信息性质划分，不固定。（3） 分页地址空间是一维的，程序员只需利用一个记忆符，即可表示一个地址。分段的作业地址空间是二维的，既需给出段名，也要给出段内地址。4、 为什么说分段比分页易于实现共享：答：分段可以直接以段位单位实现共享；通常一个完整的程序都存在一个段中，所以以段的形式共享就能完整共享一个程序（不论这个程序有多大，因为一个程序通常是不能跨段运行的），而分页的话，一个程序可能需要多个页，这样就需要共享多个页，所以没有段共享来的方便。5、 什么是虚拟存储器：答：具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。局部性原理虚拟存储器是由操作系统提供的一个假想的特大存储器，是操作系统采用内外存的交换技术逻辑上提供对物理内存的扩充。采用虚拟存储器技术时，操作系统根据程序执行的情况，随机对每个程序进行换入、换出，用户却没有察觉，得到了一个比真实内存空间大得多的地址空间。所以从逻辑上说采用虚拟存储器能扩大内存存储空间。6、 什么是逻辑地址与物理地址以及二者之间的转换答：在有地址变换功能的计算机中，访内指令给出的地址（操作数）叫逻辑地址，也叫相对地址。物理地址也叫实际地址或绝对地址。逻辑地址加上偏移地址就是物理地址。当对源程序进行编译时，编译后一个目标程序所限定的地址范围称为该作业的逻辑地址空间。所谓物理空间（也称存储空间）是指主存中物理单元的集合。这些单元的编号称为物理地址或绝对地址。因此，物理空间的大小，是由主存的实际容量决定的。把作业地址空间中使用的逻辑地址变换成主存中物理地址的过程。这种地址变换也称为地址映射.7、 四种请求分页的置换算法（OPT、FIFO、LRU、CLOCK）原理特点，会计算缺页次数：答：（1）最佳置换算法（OPT）:最好的性能，难于实现。置换的页是最晚被使用的（2） 先进先出页面置换算法（FIFO）:置换驻留内存最久的页面，性能较差，实际有用较少。（3） 最近最久未使用（LRU）置换算法：该算法赋予每个页面一个访问字段，记录自上次被访问以来所经历的时间，每次淘汰时间最久的。需要的硬件支持：为进程的每个页面配置一个移位寄存器，值最小的页面将被置换，或者设置一个栈，访问页面时，将该页压栈，栈低即为淘汰页。（4） Clock算法：LRU算法较好，但须硬件支持，实际多采用近似算法如Clock1） 、简单Clock算法（NotRecentlyUsed）：为每页设置一访问位，所要页链接成循环队列，某页被访问，置为1，按FIFO依次检查，如为0换出，如为1，置0，向后继续查找，到最后仍为1，再返回队首。2） 、改进型Clock算法：考虑页面使用情况和是否重写磁盘，未使用过的页和未被修改过的页即为最佳淘汰页。1，说明I/O控制发展的主要推动因素：（也是映入缓冲去的原因）（1） 力图减少cpu对I/O设备的干预，把cpu从繁杂的i/o控制中解脱出来。以充分发挥cpu对设备的处理能力。（2） （2）缓和cpu的高速型和输入输出设备的低俗性之间的矛盾。（3） 提高并行性。什么事中断？中断是计算机正在执行期间，系统内部或外部设备发生了某一件紧要解决的时间，使得CPU暂停执行当前指令，转而执行别的指令。待处理完成某一指令后返回继续执行。Cpu响应中断的一般过程：（1）保存现场。（2）转中断处理程序进行中断处理。（3）中断返回。中断驱动I/o方式和DMA方式之间的异同：i/o中断频率，（输入输出较为频繁），数据的传送方式。为什么要实现设备的独立性，为什么要实现设备的独立性？可是应用程序独立与具体的物理设备，显著的改善资源的利用率以及适应性。独立与设备的类型，更方便得进行输入输出重定向。为了实现设备的独立性：在应用程序中应使用逻辑设备名称来请求使用某种设备，而系统中必须具有一张逻辑设备表来实现逻辑设备到物理设备的映射，其中每一项应包括逻辑设备名，物理设备名，设备驱动程序入口地址三项，什么事虚拟设备？实现虚拟设备等关键年技术是什么？通过某种虚拟技术，将一台物理设备转换成若干逻辑设备，从而实现多个用户对物理设备的同时共享。由于多态逻辑设备实际上并不存在，而只是给用户的一种错觉，因此称为虚拟设备。虚拟设备通过可共享的告诉的磁盘上开辟的两个大的存储空间以及预输入缓输出技术来实现、spopling系统有哪些部分组成？由磁盘上的输入输出井，内存中的输入缓存区，输出缓冲区以及输入进程和输出进程来实现。设备处理程序具有哪些功能？（1）接受由i/o进程发来的i/o命令和参数，并将命令中的抽象要求转化成具体要求，（2）检查用户i/o请求的合法性（3）了解I/o设备的状态。文件的定义：具有文件名的一组相关信息的集合，文件名有文件创建者在创建文件时给出，文件系统：操作系统中与文件管理有关的恩啊部分软件以及他们管理的文件和文件属性的集合。文件系统的对象和属性：文件目录和文件存储器，对对箱操作和管理的软件集合。文件系统的接口（11，，1,2,13是文件系统的层次结构文件系统的操作：创建，删除，读写，设置文件的指针，打开关闭文件。文件的分类：从逻辑角度上来说：文件分为有结构稳健和无结构