操作系统（一）

title: 操作系统（一）
date: 2019-12-09 20:03:43
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操作系统
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1．操作系统的定义及主要目标

定义：操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件
目标
- 方便性 易于使用
- 有效性
  - 提高系统资源的利用率
  - 提高系统的吞吐量
- 可扩充性
  - 方便增加新功能与模块
- 开放性
  - 兼容性好

2．操作系统的基本类型及特征

单道批处理系统
- 一批作业，一个作业一个作业的处理
- 缺点：系统中资源得不到充分利用
多道批处理系统
- 一批作业，多个作业批处理
- 优缺点：
  - 资源利用率高
  - 系统吞吐量大
  - 平均周转时间长
  - 无交互能力
分时系统
- 一批作业，有个收作业的(内存)统一接收，及时分配，谁提交谁处理，及时处理
- 多终端多用户同时使用，能够及时接收命令与数据，及时处理作业
- 特点：
  - 多路性多用户
  - 独立性互不干扰
  - 及时性短时间响应
  - 交互性人机对话
实时系统
- 一批作业，提交后及时处理，实时处理，对处理时间有限制
- 类型
  - 周期性任务和非周期性实时任务
  - 硬实时任务和软实时任务
- 特点
  - 多路性
  - 独立性
  - 及时性
  - 交互性
  - 可靠性系统可靠度高，具有容错措施

3．操作系统的功能及特征

功能

处理机管理功能
- 进程控制创建和撤销进程
- 进程同步为多个进程的运行进行协调。
  - 进程互斥方式
    
    诸进程对临界资源进行访问时，采用互斥方式
  - 进程同步方式
    
    在相互合作去完成共同任务的诸进程间，由同步机构对他们的执行次序加以协调
- 进程通信
  - 一组相互合作的进程共同完成一个共同的任务时，在他们之间进行的交换信息的通信方式
- 调度
  - 作业调度
    
    从后备队列中选择而是的作业，为其分配运行需要的资源，然后将作业调入内存，分别建立进程，使其称为就绪进程
  - 进程调度
    
    从就绪队列选择一个进程，将处理机分配给它，为它设置运行现场，使其投入执行
存储器管理功能
- 内存分配
  - 静态分配
    
    每个作业的内存空间在作业装入时确定，装入后不允许再申请新内容空间，且不允许作业在内存中"移动"
  - 动态分配
    
    在装入后可以继续申请附加内存空间，适应程序与数据的动态增长，运行作业在内存中"移动"
- 内存保护
  - 确保每道用户都仅在自己的内存空间内运行，互不干扰
  - 决不允许用户程序访问操作系统的程序和数据，也不允许用户程序转移到非共享的其他用户程序中去执行
- 地址映射
  - 将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址
- 内存扩充
  - 从逻辑上扩充，类似linux中交换空间swap
  - 请求调入功能，系统允许仅部分装入程序与数据的情况下，启动程序，当需要更多程序与数据时，再请求调用
  - 置换功能，当内存无足够空间装入被调用程序与数据时，将部分空间用硬盘空间替代，将暂时不被使用的部分内存调转到硬盘。
设备管理功能
- 缓冲管理
  
  有效地缓和CPU和I/O设备速度的不匹配矛盾，提高CPU利用率，提高系统吞吐量
- 设备分配
  
  根据用户进程的I/O请求、系统现有资源情况及某种设备分配策略，进行分配设备。
  
  及时分配，及时回收
- 设备处理
  
  设备驱动程序，实现CPU和设备控制器间的通信，迅速响应与处理
文件管理功能
- 文件存储空间的管理
- 目录管理
- 文件读写管理和保护

特征

并发
- 并行性与并发性
 - 并行是多个事件同时刻发生
 - 并发是指多个事件同时间间隔发生
- 进程 指系统中能独立运行并作为系统资源分配的基本单位
共享
- 互斥共享
- 同时访问
虚拟
- 时分复用技术
  - 时间划分
  - 一定空间，一段时间内多个事件发生，但是宏观上是同时发生
- 空分复用技术
  - 空间划分
  - 把一段时间内的多个事件，利用多个空间，同时发生
异步
- 进程并发执行，但是执行的先后顺序不可知，即是异步。

4．进程的定义、特征

定义

进程 指系统中能独立运行并作为系统资源分配的基本单位，能独立运行的活动实体
进程是进程实体的运行过程，是系统资源分配和调度的独立系统
进程实体(映象)由程序段、相关数据段、PCB 三部分构成

特征

动态性进程实体的执行过程
并发性多个进程实体同存与内存中，且一段时间内能同时进行
独立性进程实体是独立运行、独立获取资源和独立接受调度的基本单位
异步性各自独立，互不干扰的进行，导致并发的结果的不可再现性

5．进程控制块概念、作用及主要内容

概念：为使参与并发执行的每个程序都能够独立运行，操作系统中必须位置配置一个专门的数据结构，进程控制块(PCB)
作用利用PCB来描述进程的基本情况和活动过程，进而控制和管理进程
- 作为独立运行基本单位的标志
- 能实现间断性运行方式
- 提供进程管理所需要的信息
- 提供进程调度所需要的信息
- 实现与其他进程的同步与通信
内容
- 进程标识符
- 处理机状态
- 进程调度信息
- 进程控制信息