操作系统知识点

操作系统书本知识点

第一章 操作系统引论

主要内容

? 操作系统的目标、作用和模型 ? 操作系统的发展过程 ? 操作系统的基本特征

? OS（Operating Systems)的主要功能 ? OS的结构设计 本章要点

? 计算机系统结构：了解操作系统的地位 ? 什么是操作系统：3种基本观点 ? 现代操作系统的功能、特性、类型

? 基本概念：批处理、多道程序、作业、进程、任务、虚拟技术、并发性、异步性 操作系统的作用(1)

? 作为用户与计算机硬件系统之间的接口 ? 作为计算机系统资源的管理者

? 处理机管理：分配和控制处理机 ? 存储器管理：分配及回收内存

? I/O(Input/Output)设备管理：I/O分配与操作 ? 文件管理：文件存取、共享和保护

监视这些资源

实施某种资源分配策略 分配这种资源 回收这种资源

? OS实现了对计算机资源的抽象 操作系统的发展过程

1.2.1无操作系统时的计算机系统

? 人工操作方式

? 如纸带输入机。

? 特点是用户独占全机及CPU等待人工操作。

? 脱机I/O方式（图1.3）

? 引入I/O机的概念，解决前者的缺点。

? 特点是减少了CPU的空闲时间且提高I/O速度。

单道批处理系统

? 处理过程（图1.4）

? 概念：系统对作业的处理都是成批进行的、且内存中始终只保持一道作业，

称为单道批处理系统（simple batch system）。

? 批处理系统的引入是为了提高系统资源的利用率和吞吐量 ? 概念：运行控制权

? 特征

? 自动性、顺序性、单道性

多道批处理系统（1）

1

? 优点

? 资源利用率高 ? 系统吞吐量大 ? 平均周转时间长 ? 无交互能力

? 缺点

? 平均周转时间长、无交互能力

分时系统

? 分时系统的产生

? 概念：指一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用

户共享主机中的资源，各个用户都可通过自己的终端以交互方式使用计算机。

? 分时系统在实现中的关键问题

? 及时接收：多终端卡、输入缓冲区

? 及时处理：交互作业应在内存、响应时间应短

? 分时系统的特征

? 多路性 ? 独立性 ? 及时性 ? 交互性 ? 可靠性

? 类型

? 实时控制 ? 实时信息处理

实时系统(2)

? 实时任务类型

? 按任务执行是否呈现周期性来划分

? 周期性的（联系周期）；

? 非周期性的（联系开始或完成截止时间）

? 根据对截止时间的要求来划分

? 硬实时任务 ? 软实时任务

? 实时、分时的比较

? 多路性：相同 ? 独立性：相同

? 及时性：实时系统要求更高 ? 交互性：分时系统交互性更强 ? 可靠性：实时系统要求更高

思考

试在交互性、及时性和可靠性方面，将分时系统和实时系统进行比较。 操作系统的基本特征(1)

? 并发性

? 并行是指两或多个事件在同一时刻发生。 ? 并发是两或多个事件在同一时间间隔内发生。

2

? 进程：系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位。引入线程后，独立运

行的单位变为线程。

? 共享性

? 系统中资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用 ? 互斥共享：一段时间只允许一个进程访问该资源 ? 同时访问：微观上仍是互斥的

? 虚拟性

? 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。若n是某一物理

设备所对应的虚拟的逻辑设备数，则虚拟设备的速度必然是物理设备速度的1/n。

? 异步性

? 运行进度不可预知。

操作系统的功能 处理器管理功能 (1)进程和作业调度

? 进程：指在系统中能独立运行并作为系统资源分配的基本单位，它是由一组机器指

令、数据和堆栈等组成的，是一个活动实体。 ? 作业调度（又称高级调度或长程调度）：用于把外存上处于后备队列中的哪些作业调

入内存，并为它们创建进程、分配必要的资源，然后再将新创建的进程排在就绪队列上，准备执行。

2）进程控制

? 为作业创建进程，撤消已结束的进程、阻塞进程和唤醒进程。 （3）进程同步

? 使并发执行的诸进程之间能有效的共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可

再现性。

可能存在两种制约关系：间接相互制约关系、直接相互制约关系。 （4）进程通信

? 进程间信息的交换 存储器管理功能

? 主要指内存管理，即如何分配内存空间，如何提高存储器的利用率以及能从逻辑上

扩充内存。

（1）内存的分配

? 静态分配方式：每个作业的内存在作业装入时确定；在作业装入后的整个运行期间，

不允许该作业再申请新的内存空间，也不允许作业在内存中“移动”。 ? 动态分配方式：允许作业在内存中“移动”。

为此，需内存分配的数据结构及内存分配和回收功能 2）存储保护

? 指存储管理应确保每道用户程序都只在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰。例：

设置上、下界寄存器，每条指令进行越界检查（一般是硬件实现）

（3）地址映射

? 完成逻辑地址到物理地址的转换 （4）内存扩充

? 采用虚拟技术实现内存扩充，具有请求调入和页面置换功能。 设备管理功能

3

? 完成设备的分配和回收，设备的控制和信息传输，提高CPU和I/O设备的并行程度

和利用率，方便、快捷地完成用户提出的I/O请求。

如：CPU快则应多创建缓冲区 （1）缓冲管理

有效地缓和CPU和I/O设备速度不匹配问题，提高 CPU利用率，提高系统吞吐量。

常见的缓冲区机制有：单缓冲机制、双缓冲机制 （2）设备分配

? 包括：设备，设备控制器，I/O通信的分配和回收

（3）设备处理

? 指控制设备进行实际的操作，包括读、写等以及向CPU发中断。 ? 设备处理/驱动程序应能根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。

4）设备独立性

? 独立性，即program与设备无关性，使program易于重定向，增加了可移植性。 （5）虚拟设备管理 文件管理功能

对用户文件和系统文件进行管理，以方便用户使用，并保证文件的安全性。 （1）文件存储空间的管理 （2）目录管理

? 使用户按名存取，提高速度。

（3）文件的读/写管理和保护 用户接口

? 一、命令接口

? 由一组“命令”集组成，分为联机和脱机用户接口 ? 1.联机用户接口

– 由一组键盘操作命令及命令解释程序所组成

? 2.脱机（批处理用户接口）

– 用JCL写作业说明书

? 二、程序接口

? 系统调用

? 高级语言的库函数

? 三、图形接口

? 如 win的copy文件，采用“拖”来完成，生动，不需记忆

OS的结构设计

? 无结构操作系统 ? 模块化结构操作系统 ? 分层式结构操作系统 ? 微内核操作系统结构 ? 1.无结构操作系统

? 一组过程集，各过程可相互调用，也叫整体系统结构。 ? 缺点：逻辑复杂，维护困难.

? 2、模块化操作系统

? 通过分解来控制大型软件复杂度。

? 如：进程模块、内存模块?，各模块内进一步划分子模块。

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