自考《操作系统概论》串讲笔记

1自考《操作系统概论》串讲笔记第1章引论考情分析本章主要内容：1.计算机系统的概念2.操作系统的定义、作用和功能3.操作系统的分类4.管态、目态、特权指令、访管指令的概念5.操作系统与用户的两个接口重点：1.操作系统的功能、分类2.处理器的工作状态3.程序状态字4.系统功能调用本章考试分值约为8~10分，出题形式多以单选题、多选题、填空题为主。知识网络图串讲内容2一、计算机系统1.计算机系统包括计算机硬件和计算机软件两大部分。2.（1）计算机系统的最内层是硬件。（2）计算机系统的最外层是使用计算机的人。人与计算机硬件之间的接口界面是计算机软件。（3）计算机软件可以分为系统软件、支撑软件以及应用软件三类。二、操作系统1.操作系统的定义：操作系统（OS）是管理计算机系统资源、控制程序执行、改善人机界面和为应用软件提供支持的一种系统软件、2.操作系统在计算机系统中的作用有如下几个方面：（1）操作系统管理计算机系统的资源；（2）操作系统为用户提供方便的使用接口；（3）操作系统具有扩充硬件的功能。3.（重点）从资源管理的观点看，操作系统的功能可分为：处理器管理、存储管理、文件管理和设备管理。三、操作系统的形成与基本类型（重点）1.批处理操作系统：（1）“单道批处理系统”：每次只允许一个作业执行。一批作业的程序和数据交给系统后，系统顺序控制作业的执行，当一个作业执行结束后自动转入下一个作业的执行。（2）“多道批处理系统”：允许若干个作业同时装入主存储器，使一个中央处理器轮流地执行各个作业，各个作业可以同时使用各自所需的外围设备。（3）多道批处理系统提高了计算机系统的资源使用率，但作业执行时用户不能直接干预作业的执行。但作业执行中发现出错，由操作系统通知用户重新修改后再次装入执行。2.分时操作系统（简称分时系统）（1）分时操作系统是多个用户通过终端机器同时使用一台主机，这些终端机器链接在主机上，用户可以同时与主机进行交互操作而不干扰。它以时间片为单位轮流使用计算机中某一资源的系统。（2）分时操作系统的主要特点：同时性、独立性、及时性、交互性。33.实时操作系统（1）计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完接收的事件并且给出反馈信号的系统称为实时系统。（2）实时操作系统的主要特点：快速响应，及时处理；高可靠性和安全性。（3）实时操作系统的及时性更强。4.（补充）：什么是前台作业和后台作业？答：在批处理兼分时的系统中，由分时系统控制的作业称为前台作业；由批处理系统控制点作业称为后台作业。四、操作系统的发展1.（了解）微机操作系统微机操作系统的主要功能是实现文件管理、输入/输出控制和命令的解释。系统每次只允许一个用户使用计算机，称为“单用户操作系统”。如CP/M，MS-DOS等。操作系统提供给用户的接口是“命令语言”，用户通过键盘或鼠标输入命令请求操作系统服务。2.网络操作系统（NOS）把为计算机网络配置的操作系统称为网络操作系统。网络操作系统的主要功能是实现各台计算机系统之间的通信以及网络中各种资源共享。3.分布式操作系统分布式计算机系统是由多台计算机组成的一种特殊的计算机网络。分布式操作系统采用客户/服务器模式（C/S）。分布式操作系统的主要特点：统一性、透明性。4.（补充）：网络操作系统与分布式操作系统的异同：答：相同点：（1）都是安装在计算机网络上的操作系统；（2）都能实现资源共享和通信。不同点：（1）是否有主次之分。网络操作系统有，但分布式操作系统没有。（2）是否共同完成一项任务。分布式操作系统是，但网络操作系统不是。5.嵌入式操作系统嵌入式操作系统是指运行在嵌入式（计算机）系统中对各种部件、装置等资源进行统一协调、处理和控制的系统软件。嵌入式操作系统的主要特点：微型化和实时性。6.当前流行的操作系统简介（1）Windows：多用户、多任务、图形化、窗口式的操作系统。（2）UNIX：多用户、多任务、分时操作系统。UNIX的主要特点：①短小精悍；②具有可装卸的多层次文件系统；③可移植性好；④网络通信功能强。UNIX是目前唯一可以安装和运行在从微机、工作站、大型机到巨型机上的操作系统。（3）Linux：多用户、多任务、通用操作系统。Linux的特点：支持TCP/IP网络协议，并能与其他网络集成，使异种机能方便地入网；它支持并行处理和实时处理，能充分发挥硬件性能；它支持多种文件系统，方便用户使用，等等。4五、处理器的工作状态（重点）1.特权指令（1）把CPU执行的指令分成两类：特权指令和非特权指令。（2）把不允许用户程序中直接使用的指令称为特权指令，其余的为非特权指令。例如，I/O指令、设置时钟、设置控制寄存器、停机指令、设置中断屏蔽、传送PSW的指令等都是特权指令。（3）I/O指令只允许在操作系统中使用，不允许在用户程序中使用。若用户程序直接使用这些指令，则可能引起冲突或由于某些意外而造成错误。2.管态和目态为避免用户程序中错误地使用特权指令，计算机硬件结构中的中央处理器具有两种工作状态：目态和管态。系统程序运行的状态为管态（包括特权指令）。用户程序运行的状态为目态。3.怎样限制用户程序使用特权指令？答：如果中央处理器在目态工作，却取到了一条特权指令，此时中央处理器将拒绝执行该指令，并形成一个“程序中使用了非法指令”的信号。硬件的中断装置识别到该信号后，将暂停用户程序的执行，并转交给操作系统去处理。操作系统通知用户：“程序中有非法指令”，应进行修改。这样可限制用户使用特权指令。4.程序状态字程序状态字（PSW）是用来控制指令执行顺序并且保留和指示与程序有关的系统状态。程序状态字包含三部分内容：（1）程序基本状态（指令地址、条件码、目态/管态、等待/计算）（2）中断码（3）中断屏蔽位。六、操作系统与用户的接口1.操作系统提供了两类接口：程序员接口和操作员接口。2.什么是访管指令？常见的有哪些？答：访管指令不是特权指令，既可在管态下执行，又可在目态下执行，主要功能是自愿进管，引起访管中断。例如，INT，drop。3.（重点）什么是“系统调用”？为什么要提供“系统调用”？答：操作系统编制了许多不同功能的子程序，供用户程序执行中调用。这些由操作系统提供的子程序称为系统功能调用程序，简称系统调用。系统调用是操作系统为用户程序提供的一种服务界面，或者说，是操作系统保证程序设计语言能正常工作的一种支持。在源程序一级，用户用程序设计语言描述算题任务的逻辑要求，例如读文件、写文件、请求主存资源等。这些要求的实现只有通过操作系统的系统调用才能完成，其中有些要求还必须执行硬件的特权指令（如I/O指令）才能达到目的。54.用户程序执行时，若取了访管指令，CPU将转入了管态。当系统调用程序后，CPU回到了目态。5.操作系统提供了让联机用户表示作业执行步骤的手段：操作控制命令、作业控制语言。第2章处理器管理考情分析本章主要内容：1.多道程序涉及的概念2.进程的定义及其四大属性3.进程控制块（PCB）和进程队列的组织4.中断及中断处理的概念5.进程调度和作业调度及其计算6.线程的相关概念重点：1.多道程序设计2.进程、原语3.进程调度和作业调度本章考试分值约为20~25分。出题形式多以单选题、多选题、填空题、简答题、综合应用题为主。知识网络图6串讲内容一、多道程序设计（重点）1.（了解）程序的顺序执行和并行执行一个计算机问题，往往要依一定的顺序执行，执行的顺序是由编制的程序确定的。例如，某个数据处理问题，程序的编制方法如图2-1所示。先来先服务调度算法最高优先级调度算法时间片轮转调度算法中断中断类型中断响应进程是动态的，它包含了数据和运行在数据集上的程序多个进程可以含有相同的程序多个进程可以并发执行进程有三种基本状态等待态就绪态运行态处理的两级调度作业调度算法中断处理硬件故障中断事件处理硬件程序中断事件处理硬件外部中断事件处理硬件输入/输出中断事件处理硬件访管中断事件处理程序的顺序执行程序的并行执行多道程序设计多道程序设计为何要引入进程进程的定义进程的定义进程的概念提高资源的利用率正确描述程序的执行情况进程控制快进程队列中断和中断处理处理器调度先来先服务调度算法最高优先级调度算法时间片轮转调度算法进程调度算法线程的概念处理器管理7图2-1程序的顺序执行这个程序执行时，不能使输入机、处理器、打印机同时忙碌。现代计算机具有处理器与外围设备并行工作的能力，我们可以把上述计算问题的升序分成三个可独立执行的程序模块：输入程序、处理程序、打印程序。这样，输入机、处理机、打印机就可能经常同时在忙碌，实现并行工作。程序的并行执行，发挥了处理器与外围设备并行工作的能力，使处理器的效率有所提高。但是由于处理器的执行速度远远高于外围设备的传输速度。为了进一步提高效率，可以考虑同时接收两道以上的算题，这样有可能当一道算题在等待外围设备传输的同时让另一道算题占用暂时空闲的处理器。2.（重点）多道程序设计让多个计算题同时进入一个计算机系统的主存储器并行执行，这种程序设计方法称为多道程序设计，这样的计算机系统称为多道程序涉及系统。实现多道程序设计的物质基础：通道技术和中断系统。3.多道程序设计的优缺点。答：优点：能充分发挥处理器的使用效率，增加单位时间内的算题量。缺点：（1）系统的效率和道数不成正比；（2）可能延长某些作业的周转时间。二、进程的概念（重点）1.进程的定义程序的执行必须依赖于一个实体——数据集。把一个程序在一个数据集上的一次执行称为一个进程。程序是静止的，进程是动态的。2.进程的组成进程由程序、数据集合和进程控制块（PCB）组成。3.为什么要引入进程？答：（1）提高资源的利用率；（2）正确描述程序的执行情况。4.（重点）进程和程序有什么区别？答：（1）进程是动态的，程序是静态的；（2）多个进程可以有相同的程序；（3）进程可以并发执行，但程序不可以，程序只能并行执行；（4）进程是有生命期的，而程序没有生命期，可以做文档资料，长期保存。5.进程的属性答：（1）进程是动态的，它包含了数据和运行在数据集上的程序输入一批数据处理数据打印处理结果8（2）多个进程可以含有相同的程序（3）多个进程可以并发执行（4）进程有三种基本状态：等待态、就绪态、运行态6.进程的状态转换（重点）（1）运行态→等待态（2）等待态→就绪态（3）运行态→就绪态（4）就绪态→运行态进程刚被创建是，它的初始状态为“就绪态”。当它能占用处理器时变成“运行态”。7.进程的特性（1）动态性（2）并发性（3）异步性。三、进程控制块1.进程控制块（PCB）包含四类信息（1）标识信息（2）说明信息（3）现场信息（4）管理信息。2.一个进程在执行过程中，为了请求某种服务，可以再要求创建其它进程。3.（重点）原语等待的事件发生等待某一事件运行态就绪态等待态落选选中9操作系统中往往设计一些能完成特定功能且不可中断的过程。这些不可中断的过程称为原语。用于控制进程的原语有：创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语。四、进程队列（了解）1.进程的基本队列等待队列和就绪队列。2.入队、出队及队列管理的定义一个进程从所在的队列中退出称为出队。一个进程排入到一个指定的队列中称为入队。系统中负责进程入队和出队的工作称为队列管理。五、中断和中断处理1.中断、中断源及中断处理程序的定义由于某些事件的出现，中止现行进程的运行，而由操作系统去处理出现的事件，待适当的时候让被中止的进程继续运行，这个过程称为中断。引起中断的事件称为中断源。对出现的事件进行处理的程序称为中断处理程序。2.中断类型（1）硬件故障中断（2）程序中断（3）外部中断（4）输入/输出中断（5）访管中断。前四类中断是由于外界的原因迫使正在运行的进程被打断，因此称为强迫性中断，第五类中断是正在运行的进程所期待的，它表示正在运行的进程对操作系统有某种需求，故称为自愿性中断。3.中断响应的定义通常在处理器执行完一条指令后，硬件的中断装置立即检查有无强迫性中断事件发生。无论发生那类中断事件，都由于硬件的中断装置暂停现行进程的运行，而让操作系统的中断处理