搜索
操作系统的定义：操作系统是以一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。1.1.1操作系统的目标：1.方便性2.有效性3.可扩充性4.开放性2.1.2操作系统的作用：1.os作为用户与计算机硬件系统之间的接口2.os作为计算机系统资源的管理者3.os用作扩充机器1.1.3推动操作系统发展的主要动力：1.不断提高计算机资源利用率2.方便用户3.器件的不断更新换代4.计算机体系结构的不断发展1.2操作系统的发展过程：1.2.1无操作系统的计算机系统：1.人工操作方式2.脱机输入输出（Off-LineI/O）方式1.2.2单道批处理系统（特征：自动性；顺序性；单道性）1.2.3多道批处理系统：1.多道程序设计的基本概念：（1）提高CPU的利用率）（2）可提高内存和I/O设备利用率（3）增加系统吞吐量2.多道批处理系统的特征：（1）多道性（2）无序性（3）调度性3.多道批处理系统的优缺点：（1）资源利用率高（2）系统吞吐量大（3）平均周转时间长（4）无交互能力4.多道批处理系统需要解决的问题：（1）处理机管理问题（2）内存管理问题（3）I/O设备管理问题（4）文件管理问题（5）作业管理问题1.2.4分时系统：分时系统是指，在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。1.分时系统的产生：推动分时系统形成和发展的主要动力，是用户的需求（需要的具体表现：人-机交互、共享主机、便于用户上机）2.分时系统实现中的关键问题：（1）及时接收（2）及时处理3.分时系统的特征：（1）多路性（2）独立性（3）及时性（4）交互性1.2.5实时系统：实时系统是指系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，在规定的时间内对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。1.应用需求：（1）实时控制（2）实时信息处理2.实时任务：1）按任务执行时是够呈现周期性来划分：（1）周期性实时任务（2）非周期性实时任务2）根据对截至时间的要求来划分：（1）硬实时任务（2）软实时任务3.实时系统与分时系统特征的比较：（1）多路性（2）独立性（3）及时性（4）交互性：仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序，它不像分时系统那样能向终端用户提供数据处理、资源共享等服务（5）可靠性：实时系统要求更高P111.3操作系统的基本特性：1.3.1并发：并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；而并发性是指两个或多个时间在同一时间间隔内发生。进程是指在系统中能独立运行并作为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。1.3.2共享：所谓共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程（线程）共同使用。1.互斥共享方式2.同时访问方式1.3.3虚拟：所谓“虚拟”，是指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。1.3.4异步性：进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。1.4操作系统的主要功能：1.4.1处理机管理功能：1.进程控制2.进程同步①进程互斥方式②进程同步方式啊（P14）3.进程通信：进程通信的任务就是用来实现在互相合作的进程之间的信息交换。4调度1.4.2.存储器管理功能：（目的：提高利用率，方便用户使用，提供足够的空间方便进程的开发运行）1.内存分配2.内存保护（内存保护的主要任务，是确保每道用户程序都只是在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰。越界检查都由硬件实现）3.地址映射4.内存扩充1.4.3设备管理功能：1.缓冲管理2.设备分配：设备分配的基本任务就是根据用户进程的I/O请求、系统的现有资源情况以及按照某种设备分配策略，为之分配其所需的设备。3.设备处理：设备处理程序又称为设备驱动程序。其基本任务是用于实现CPU和设备控制器之间的通信，即由CPU向设备控制器发出I/O命令，要求它完成指定的I/O操作；反之由CPU接收从控制器发来的中断请求，并给予迅速的响应和相应的处理。1.4.4文件管理功能：1.文件存储空间的管理：其主要任务是为每个文件分配必要的外存空间，提高外存的利用率，并能有助于提高文件系统的运行速度。2.目录管理：目录管理的主要任务，是为每个文件建立其目录项，并对众多的目录项加以有效的织，以实现方便的按名存取。即用户只须提供文件名，即可对该文件进行存取。其次，目录管理还应能实现文件共享。3.文件的读/写管理和保护：（1）文件的读/写管理，该功能是根据用户的请求，从外存中读取数据；或将数据写入外存。（2）文件保护：①防止未经核准的用户存取文件；②防止冒名顶替存取文件；③防止以不正确的方式使用文件。1.4.5用户接口1.命令接口：（1）联机用户接口（2）脱机用户接口2.程序接口：该接口是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的，是用户程序取得操作系统服务的唯一途径。3.图形接口1.5.3微内核os结构1.客户/服务器模式（Client-ServerModel）1）基本概念：为了提高OS的灵活性和可扩充性而将OS划分为两部分，一部分是用于提供各种服务的一组服务器（进程），如用于提供进程管理的进程服务器、提供存储器管理的存储器服务器、提供文件管理的文件服务器等，所有这些服务器（进程）都运行在用户态。当有一用户进程（现在成为客户进程）要求读文件的一个盘块时，该进程便向文件服务器（进程）发出一个请求；当服务器完成了该客户的请求后，便给该客户回送一个响应。操作系统的另一部分是内核，用来处理客户和服务器之间的通信，即由内核来接收客户的请求，再将该请求送至相应的服务器；同时它也接收服务器的应答，并将此应答回送给请求客户。2）客户/服务器模式的优点：（1）提高了系统的灵活性和可扩充性（2）提高了OS的可靠性（3）可运行于分布式系统中2.面向对象的程序设计技术（Object-OrientatedProgramming）1）面对对象技术的基本概念：该技术是基于“抽象”和“隐蔽”原则来控制大型软件的复杂度的。所谓对象，是指在现实世界中具有相同属性、服从相同规则的一系列事物的抽象，而把其中的具体事物成为对象的实例。在面对对象的技术中，是利用被封装的数据结构和一组对它进行操作的过程，来表示系统中的某个对象的。2）面向对象技术的优点：（1）可修改性和可扩充性（2）继承性（3）正确性和可靠性3.微内核技术：1）微内核技术的引入：所谓微内核技术，是指精心设计的，能实现现代OS核心功能的小型内核，它与一般的OS（程序）不同，它更小更精炼，它不仅运行在核心态，而且开机后常驻内存，它不会因内存紧张而被换出内存。微内核并非是一个完整的OS，而只是为构建通用OS提供一个重要基础。由于在微内核OS结构中，通常是采用了客户/服务器模式，因此OS的大部分功能和服务，都是由若干服务器来提供的，如文件服务器、作业服务器和网络服务器等。2）微内核的基本功能：（1）进程管理（2）存储器管理（3）进程通信管理（4）I/O设备管理第二章进程管理2.1.1程序顺序执行时的特征：（1）顺序性（2）封闭性（3）可再现性2.1.2前趋图P27注意：前趋图中必须不存在循环2.1.3程序的并发执行及其特征：P28程序并发执行时的特征：（1）间断性（异步性）（2）失去封闭性（3）不可再现性2.1.4进程的特征和状态：P301.进程的特征和定义：1)结构特征：通常的程序是不能并发执行的。为使程序（含数据）能独立运行，应为之配置一进程控制块，即PCB；而由程序段、相关的数据段和PCB三部分便构成了进程实体。2)动态性：动态性是进程的最基本的特征，动态性还表现在：“它由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡”。进程有一定的生命期，而程序是静态的。3）并发性：并发性是进程的重要特征，同时也成为OS的重要特征。而程序（没有建立PCB）是不能并发执行的。4）独立性5）异步性进程的定义：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。2.进程的三种基本状态：1）就绪状态：当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，即可立即执行，进程这时的状态称为就绪状态。2）执行状态：进程已获得CPU，其程序正在执行。3）阻塞状态：正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，亦即撑劲的执行受到阻塞，称为阻塞状态，也称为等待状态。3．挂起状态：1）引起挂起状态的原因：（1）终端用户的请求（2）父进程请求（3）负荷调节的需要（4）操作系统的需求2）进程状态的转换：（1）活动就绪→静止就绪（2）活动阻塞→静止阻塞（3）静止就绪→活动就绪（4）静止阻塞→活动阻塞2.1.5进程和控制块1.进程控制块的作用：进程控制块是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。进程控制块的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据），成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。（或者说，OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的）PCB是进程存在的唯一标志。PCB常驻内存。2.进程控制块中的信息：1）进程标识符：（1）内部标识符（2）外部标识符2）处理机状态3）进程调度信息4）进程控制信息3.进程控制块的组织方式：1）链接方式：这是把具有同一状态的PCB，用其中的链接字链接成一个队列。2）索引方式：系统根据所有进程的状态建立几张索引表。2.2进程控制：进程控制是进程管理中最基本的功能。它用于创建一个新进程，终止一个已完成的进程，或去中止一个因出现事件而使其无法运行下去的进程，还可以负责进程运行中的状态转换。2.2.1进程的创建1.进程图P34子进程可以继承父进程所拥有的资源2.引起创建进程的事件：（1）用户登录（2）作业调度（3）提供服务（4）应用请求3.进程的创建：一旦操作系统发现了要求创建新进程的事件后，便调用进程创建原语Creat（）按下述步骤创建一个新进程。（1）申请空白PCB（2）为新进程分配资源（3）初始化进程控制块（4）将新进程插入就绪队列2.2.2进程的终止1.引起进程终止的事件1）正常结束：P35批处理系统中，通常在程序的最后安排一条Holt指令来终止系统的调用；在分时系统中，用户可利用Logsoff去表示进程运行完毕。2）异常结束3）外界干预：①操作员或操作系统干预②父进程请求③父进程终止2.进程的终止过程：（1）根据被终止进程的标识符，从PCB集合中检索出该进程的PCB。从中读出该进程的状态。（2）若被终止进程正处于执行状态，应立即终止该进程的执行，并置调度标志为真，用于指示该进程被终止后应重新进行调度。（3）若该进程还有子孙进程，应将起所有子孙进程予以终止，以防他们成为不可控的进程。（4）将被终止进程所拥有的全部资源，或者归还其父进程，或者归还给系统。（5）将被终止进程（它的PCB）从所在队列（或链表）中移出，等待其他程序来搜集信息。2.2.3进程的阻塞与唤醒1.引起进程阻塞和唤醒的事件：1）请求系统服务2）启动某种操作3）新数据尚未到达4）无新工作可做2.进程阻塞过程：P37阻塞原语block进程的阻塞是进程自身的一种主动行为。3.进程唤醒过程：首先把被阻塞的进程从等待事件的阻塞队列中移出，将其PCB中的现行状态由阻塞改为就绪，然后再将该PCB插入到就绪队列中。注：5种原语：P原语、V原语、block原语、wakeup原语、进程调度原语2.2.4进程的挂起与激活1.进程的挂起：挂起原语（suspend（））的执行过程是：首先检查被挂起进程的状态，若处于活动就绪状态，便将其改为静止就绪；对于活动阻塞状态的进程，则将之改为静止阻塞。2.进程的激活过程：激活原语（active（））先将进程从外存调入内存，检查该进程的现行状态，若是静止就绪，将之改为活动就绪；若为静止阻塞，便改为活动阻塞。2.3进程同步进程同步的主要任务，是使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和互相合作，从而使程序的执行具有可再现性。2.3.1进程同步的基本概念1.两种形式的制约关系：（1）间接相互制约关系（