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<mark>时刻</mark>发生
    • 并发是指多个事件同<mark>时间间隔</mark>发生
  • <mark>进程</mark> 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

• <mark>进程</mark> 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
• <mark>进程</mark>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

6． 进程基本状态及其转换，以及转换的原因

• 基本状态

  • 就绪状态 进程已准备好被运行，已分配好除CPU外的所有必要资源，再获取CPU就可以执行
  • 执行状态 进程已获取CPU，其程序是执行状态
  • 阻塞状态 正在执行的进程由于发生某些事件(I/O请求、申请缓存失败等)暂时无法继续执行的状态

• 转换