自考操作系統(tǒng)概論筆記

1、一、操作系統(tǒng)概論1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制系統(tǒng)、各種輸入輸出設(shè)備組成、軟件由系統(tǒng)軟件、支撐軟件、應(yīng)用軟件組成；2、操作系統(tǒng)：是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、改善人機(jī)界面和為應(yīng)用軟件提供支持的一種系統(tǒng)軟件；主要作用有：1、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源；2、為用戶提供方便的使用接口；3、擴(kuò)充硬件；?操作系統(tǒng)按功能分為：處理器管理、存儲(chǔ)管理、文件管理、設(shè)備管理；?操作系統(tǒng)的類型：批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

2、；?微機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)3、處理器的工作狀態(tài)：特權(quán)指令：不允許用戶程序中直接執(zhí)行的指令稱特權(quán)指令；管態(tài)和目態(tài)：能執(zhí)行特權(quán)指令時(shí)稱管態(tài)，否則稱目態(tài)4、程序狀態(tài)字：用來控制指令執(zhí)行順序并且保留和指示與程序有關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)，分成程序基本狀態(tài)、中斷碼、中斷屏蔽位三個(gè)部分；操作系統(tǒng)與用戶程序的接口：系統(tǒng)調(diào)用操作系統(tǒng)與用戶的接口：操作控制命令；二、處理器管理1、多道程序設(shè)計(jì)：是指允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

3、的主存儲(chǔ)器并啟動(dòng)進(jìn)行計(jì)算的方法。?多道程序技術(shù)運(yùn)行的特征：多道、宏觀上并行、微觀上串行。?多道程序設(shè)計(jì)不僅提高了處理器的利用率，而且降低了完成計(jì)算所需的總時(shí)間、從而提高了單位時(shí)間內(nèi)的算題能力，也提高了吞吐量。2、進(jìn)程的概念：把一個(gè)程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集上的一次執(zhí)行稱為一個(gè)進(jìn)程。?為什么要引入進(jìn)程：1.提高資源的利用率；2.正確描述程序的執(zhí)行情況?進(jìn)程的屬性：1.進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，它包含了數(shù)據(jù)和運(yùn)行在數(shù)據(jù)集上的程序2.多個(gè)進(jìn)程可以含有相同的程序3.

4、多個(gè)進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行4.進(jìn)程有三種基本狀態(tài)：等待態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)。每個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過程中的任一時(shí)刻當(dāng)且僅當(dāng)處于上述三種基本狀態(tài)之一。（運(yùn)行態(tài)等待態(tài)、等待態(tài)就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)就緒態(tài)、就緒態(tài)運(yùn)行態(tài)）?進(jìn)程的三個(gè)特性：動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性、異步性。3、進(jìn)程控制塊：是對(duì)進(jìn)程進(jìn)行管理和調(diào)度的信息集合。它包含四類信息：標(biāo)識(shí)信息、說明信息、現(xiàn)場(chǎng)信息、管理信息。?原語：操作系統(tǒng)中往往設(shè)計(jì)一些能完成特定功能且不可中斷的過程，稱為原語。原語分為兩類：1.機(jī)器指令級(jí)：

5、其特點(diǎn)是執(zhí)行期間不允許中斷，是一個(gè)不可分割的單位。2.功能級(jí)的：其特點(diǎn)是作為原語程序段不允許并發(fā)執(zhí)行。?用于進(jìn)程控制的原語有：1.創(chuàng)建原語：為一個(gè)程序分配一個(gè)工作區(qū)和建立一個(gè)進(jìn)程控制塊，并置該進(jìn)程為就緒態(tài)；2.撤銷原語：一個(gè)進(jìn)程完成工作后，收回它的工作區(qū)和進(jìn)程控制塊；3.阻塞原語：進(jìn)程運(yùn)行過程中發(fā)生等待事件時(shí)，把進(jìn)程改為等待態(tài)；4.喚醒原語：當(dāng)進(jìn)程等待事件發(fā)生時(shí)，把進(jìn)程的狀態(tài)改為就緒態(tài)。4、進(jìn)程隊(duì)列：把處于相同狀態(tài)的進(jìn)程鏈接在一起，稱進(jìn)

6、程隊(duì)列，由于進(jìn)程控制塊能標(biāo)示進(jìn)程的存在和動(dòng)態(tài)刻畫進(jìn)程的特性，因此，進(jìn)程隊(duì)列可以用進(jìn)程控制塊的鏈接來形成。（兩種鏈接方式：?jiǎn)蜗蚝碗p向）?進(jìn)程的基本隊(duì)列：1.就緒隊(duì)列：由若干就緒進(jìn)程按一定次序鏈接起來的隊(duì)列；2.等待隊(duì)列：把等待資源或等待某些事件的進(jìn)程排隊(duì)的隊(duì)列。?出隊(duì)：一個(gè)進(jìn)程從所在的隊(duì)列退出的操作稱為出隊(duì)；?入隊(duì)：一個(gè)進(jìn)程排入到一個(gè)指定的隊(duì)列稱為入隊(duì)；?隊(duì)列管理：系統(tǒng)中負(fù)責(zé)進(jìn)程出隊(duì)和入隊(duì)的工作稱為隊(duì)列管理。5、中斷與中斷處理：由于某些事

7、件的出現(xiàn)，中止現(xiàn)行進(jìn)程的運(yùn)行，而由操作系統(tǒng)去處理出現(xiàn)的事件，待適當(dāng)?shù)臅r(shí)候讓被中止的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，這個(gè)過程稱為中斷。而引起中斷的事件稱為中斷源。對(duì)出現(xiàn)的事件進(jìn)行處理的程序稱為中斷處理程序。?最高響應(yīng)比優(yōu)化法：同時(shí)考慮每個(gè)作業(yè)的等待時(shí)間長(zhǎng)短和估計(jì)需要的執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)短，從中選出響應(yīng)比最高的作業(yè)投入執(zhí)行。?優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法：為每一個(gè)作業(yè)確定一個(gè)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的作業(yè)優(yōu)先被選取，當(dāng)幾個(gè)作業(yè)有相同優(yōu)先級(jí)時(shí)，對(duì)這些具有相同優(yōu)先級(jí)的作業(yè)再按照先來先服務(wù)原則

8、進(jìn)行調(diào)度。?均衡調(diào)度算法：這種算法是根據(jù)作業(yè)對(duì)資源的要求進(jìn)行分類，作業(yè)調(diào)度輪流從不同的作業(yè)中去挑選作業(yè)，盡可能地使得不同資源的作業(yè)同時(shí)執(zhí)行。?進(jìn)程切換：一個(gè)進(jìn)程讓出處理器由另一個(gè)進(jìn)程占用處理器的過程稱。以下情況會(huì)引起進(jìn)程切換：1.一個(gè)進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)變成等待狀態(tài)；2.一個(gè)進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)變成就緒狀態(tài)；3.一個(gè)進(jìn)程從等待狀態(tài)變成就緒狀態(tài)；4.一個(gè)進(jìn)程完成工作后背撤銷。?常用的進(jìn)程調(diào)度算法有以下幾種：1.先來先服務(wù)調(diào)度算法：按進(jìn)程先進(jìn)入就緒隊(duì)列

9、的先后次序選擇可以占用處理器的進(jìn)程。2.最高優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法：進(jìn)程調(diào)度總是讓當(dāng)時(shí)具有最高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程先使用處理器。（對(duì)于高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程占用處理器的兩種對(duì)待方式：非搶占式和可搶占式）3.時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法：時(shí)間片是指允許進(jìn)程一次占用處理器的最長(zhǎng)時(shí)間。時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法讓就緒進(jìn)程按就緒的先后次序排成隊(duì)列，每次總選擇該隊(duì)列中第一個(gè)進(jìn)程占用處理器，但規(guī)定只能使用一個(gè)時(shí)間片，如該進(jìn)程尚未完成，則排入隊(duì)尾，等待下一個(gè)供它使用的時(shí)間片。（該算法經(jīng)常用于分

10、時(shí)操作系統(tǒng)中）7、線程的概念：又稱輕型進(jìn)程，線程是程序執(zhí)行流的最小單元。一個(gè)線程由線程ID，當(dāng)前指令指針，寄存器集合和堆棧組成。線程有就緒、阻塞和運(yùn)行三鐘基本狀態(tài)。?引入線程的原因：進(jìn)程可以提高CPU的利用率，進(jìn)程之間的切換是非常耗費(fèi)資源和時(shí)間的，為了能更進(jìn)一步的提高操作系統(tǒng)的并發(fā)性，從而引進(jìn)了線程。?線程的屬性：1.同一進(jìn)程中的各線程駐留在分配給進(jìn)程的主存地址空間中，且共享該進(jìn)程的所有資源。2.一個(gè)線程被創(chuàng)建后便開始了他的生命周期直到

11、執(zhí)行結(jié)束而終止。線程在生命周期內(nèi)會(huì)經(jīng)歷等待態(tài)、就緒態(tài)和運(yùn)行態(tài)。3.線程是處理器的獨(dú)立調(diào)度單位，多個(gè)線程可以并發(fā)執(zhí)行。4.不同線程可以執(zhí)行相同的處理程序，即一個(gè)服務(wù)程序被不同的用戶調(diào)用時(shí)，操作系統(tǒng)為他們創(chuàng)建不同的線程。?進(jìn)程與線程的根本區(qū)別是把進(jìn)程作為資源分配單位，而線程是調(diào)度和執(zhí)行單位。每一個(gè)進(jìn)程都有自己的主存空間，但同一進(jìn)程中的各線程共享該進(jìn)程的主存空間，進(jìn)程中所有線程對(duì)進(jìn)程的整個(gè)主存空間都有存取權(quán)限。三、存儲(chǔ)管理1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存

12、儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器可分為：寄存器、主存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器（包括磁帶、軟盤、硬盤、光盤等）三個(gè)層次。?寄存器：計(jì)算機(jī)中價(jià)格最昂貴的存儲(chǔ)器，它的存取速度快，但容量小。常用的有：指令寄存器用于存放當(dāng)前從主存儲(chǔ)器中讀出的指令；通用寄存器用于存放當(dāng)前參加運(yùn)算的操作數(shù)、操作結(jié)果等；控制寄存器用于存放控制信息以保證程序的正確執(zhí)行和系統(tǒng)的安全。?主存儲(chǔ)器：唯一能夠由CPU直接訪問的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)容量較大，存儲(chǔ)速度也較快。主存用于存放用戶當(dāng)前需要執(zhí)

13、行的程序和數(shù)據(jù)，以及操作系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理的信息。?高速緩沖存儲(chǔ)器：速度快于主存，造價(jià)高于主存，存儲(chǔ)容量不大。用于存放經(jīng)常被訪問的單元，以提高主存的速度。?輔助存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)容量大，可用來長(zhǎng)期存儲(chǔ)信息，但處理器不能直接讀寫輔助存儲(chǔ)器，故速度較慢。用于存放當(dāng)前暫不參與運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)以及一些需要永久性保存的信息。2.重定位：把邏輯地址轉(zhuǎn)換稱絕對(duì)地址的工作稱為重定位或者地址轉(zhuǎn)換。?絕對(duì)地址：主存儲(chǔ)器以字節(jié)為編址單位，容量為n的主存儲(chǔ)器中，每個(gè)

14、單元有唯一的編號(hào)，從0到n1，這個(gè)唯一的編號(hào)就是主存儲(chǔ)器的絕對(duì)地址，與絕對(duì)地址對(duì)應(yīng)的主存空間稱為物理地址空間。?邏輯地址：在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)為了方便用戶，就允許每個(gè)用戶都認(rèn)為自己的作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)存放在地址是0開始的連續(xù)空間中。這樣用戶程序中使用的地址就是邏輯地址，與其對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)空間稱為邏輯地址空間。?靜態(tài)重定位：在裝入一個(gè)作業(yè)時(shí)，把作業(yè)中的指令地址和數(shù)據(jù)地址全部轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址，由于地址轉(zhuǎn)換工作是在作業(yè)執(zhí)行前集中一次完成的