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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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