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1第一章概论1.操作系统设计原则A.能使计算机系统使用方便B.能使计算机高效的工作2.操作系统基本类型:批处理、分时、实时、网络（计算机网络配置的）、分布（多台计算机组成的体术网络）、多机、嵌入式批处理系统：批量化处理作业的系统。1.批处理单道系统；2.批处理多道系统：*并行工作减少了处理器的空闲时间，提高了效率；*作业调度可以按一定的组合装入主存储器，充分利用系统资源；*作业过程中，不访问低速设备，直接访问高速磁盘，单位时间处理能力提高；*作业成批输入，自动选择控制，减少人工和作业交接时间，提高系统吞吐率。分时操作系统：准许多个用户同时与计算机系统交互。多采用分时技术。分时多道程序特点：同时性（多用户）、独立性（用户服务各自独立）、及时性（三秒内响应用户请求）、交互性（人机对话工作方式）实时操作系统：能及时处理计算机系统接收的外部信号并及时处理，在严格规定的时间里处理结束，并反馈信号。3.UNIX简介：交互式分时系统。UNIXVersion1（AT&T-Bell）KT&DR1969PDP-74.操作系统功能：处理器管理（处理器的调度）；存储管理（对主存管理）；文件管理（面向用户实现按名存取，存储、检索、共享、保护、保密）；设备管理（管理外围设备，分配、启动、故障处理）；操作系统的两类接口：程序员级接口：用户通过“系统调用”使用操作系统功能；操作员级：用户通过操作控制命令提出要求。2第二章计算机系统结构简介1.计算机系统结构A.层次结构：硬件系统：CPU、存储器、输入输出控制、输入输出设备软件系统：系统软件（与硬件结合最紧密）；支撑软件（支持其他软件开发和维护）应用软件（专用程序等）B.工作框架：先由引导程序引导2.硬件环境A.CPU与外设并行工作:CPU按程序规定的顺序执行指令。B.存储体系：1.寄存器:1.通用寄存器：操作数，指令结果；2.指令寄存器：从主存读出的指令；3.控制寄存器：程序状态字寄存器、中断字寄存器、基址寄存器、限长寄存器2.主存储器：“字节”为单位，几个字节为“字”。32位四字、64位八字。被CPU直接访问，断电易失。3.高速缓存：cache减少对主存访问时间，加快程序执行速度。4.辅助存储器：磁盘磁带等。C.保护措施：1.特权指令:不允许用户程序直接使用的指令。2.非特权指令:特权指令以外的指令。3.管态和目态:管态下可执行所有机器指令。目态只能执行非特权指令。4.存储保护：（基址寄存器值=访问地址值=基址寄存器值+限长寄存器值）3.操作系统结构A.操作系统结构设计目标：正确性、高效性、维护性、移植性。B.操作系统的层次结构：文件管、理设备管理、存储管理、处理器管理、硬件C.unix系统结构：内核（a.汇编语言文件、b.C语言文件、c.C语言全局变量文件）、外壳（shell解释支持程序）4.操作系用与用户接口：程序员级的（一组系统功能调用，为用户程序提供服务）、操作员级的（用于用户提出作业控制要求）A.操作控制命令：操作系统提供的让联机用户（操作员一级）表示作业执行步骤的手段。B.系统调用：操作系统提供的子程序可分为：a.文件操作类:打开文件、建立文件、读文件、关闭文件、删除文件。b.资源申请类：请求分配主存空、归还主存空间、分配外围设备、归还外围设备。c.控制类：d.信息维护类：如设置日期，文件属性等。5.UNIX的用户接口：Shell命令：UNIX提供的操作控制命令。6.UNIX系统调用：A.常用系统调用：文件操作类、控制类、信号与时间类。B.trap指令：系统调用指令，访管指令。C.系统调用程序入口表D.系统调用实现过程3第三章处理器管理1.什么是多道程序设计系统（多道系统）：让多个计算问题同时装入一个计算机系统的主存储器并行执行的系统。（设计时注意a.存储保护；b.程序浮动（内存中浮动）；c.资源分配和调度；）2.为什么采用多道程序设计：A.程序的顺序执行（任何时间只有一个作业执行、使用设备）；B.程序的并行执行（发挥CPU与外设并行工作能力，使CPU处理效率有所提高）；C.多道并行执行（提高CPU利用率、充分利用外设资源、发挥了CPU与外设、外设与外设的并行工作能力）。3.多道程序设计注意的问题：a.可能延长程序的执行时间；b.并行工作道数与系统效率不成正比。（主存空间限制装入作业量、外围设备量、多道程序使用统一资源冲突）4.进程的定义：把一个程序在一个数据集合上的一次执行称为一个进程(Process)5.为什么要引入进程：a.提高资源利用率（通过使用同步从而提高资源利用率）；b.正确描述程序的执行情况。（系统进程、用户进程）6.进程的属性：动态性、并发性、异步性:A.进程的动态性；B.多个不同的进程可以包含不同的程序可再入程序：能被多个用户同时调用的程序C.进程可以并发；D.进程三种基本状态。等待态、就绪态（等待系统分配资源）、运行态（占用CPU）。运行→等待→就绪→运行→就绪7.进程控制块(PCB)：组成：A.标识信息：每个进程有唯一标示符，用以标示进程存在和区分各进程；B.说明信息：说明本进程的情况，其中“进程状态”（运行、就绪、等待）；C.现场信息：进程离开CPU时，用以保留与CPU有关的各种现场信息，以便恢复；D.管理信息：对进程进行管理和调度。8.进程的创建和撤销：A.进程创建：系统为程序分配工作区和建立进程控制块B.进程完成后，回收工作区和撤销进程控制块.原语：创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语、9.进程队列：就绪队列、等待队列。队列管理：管理出队入队.(队首进程出队、非队首或队尾进程出队、队尾进程出队)10.unix进程特点:用户态、核心态有不同的权利11.unix进程的组成：进程控制块、正文段、数据段。A.进程控制块：进程基本控制块（数据结构为proc结构）：标示、进程常驻内存、进程调度以及其他信息；进程扩充控制块（数据结构为user结构）：B.正文段：UNIX中可供多个进程共享的程序C.数据段：包括进程执行的非共享程序和程序执行时用到的数据。由用户栈（用户态）、用户数据区（存放进程执行中的非共享程序和用户数据）、系统工作区（分核心栈（核心态）、user区，用于函数调用参数传递‘现场保护、存放返回地址和局部变量）组成412.UNIX进程的状态：任何进程都有生命周期。A.运行状态：占用CPUB.就绪状态：从CPU出来，等待下一次分配C.睡眠状态：进程等待某事件，让出CPU时D.僵死状态：进程消亡时的暂时状态13.UNIX进程的创建和终止A.UNIX进程树，第一建立0号进程（或称交换进程，始终核心态），0→1（初始化进程），1→login→shell（shell为用户的第一个进程）B.进程的创建：其他进程由fork创建形成父子进程C.进程的终止：子进程调用exec请求终止自己，并释放父进程，僵死状态后，由父进程作善后处理。14.进程的换进换出：进程在主存与磁盘之间的转换（由0号进程来做）15.进程的睡眠与唤醒：sleep和wakeup16.中断和中断类型：A.中断：一个进程占用CPU时，由于自身或外界原因使运行被打断，让操作系统处理所出现的事件，适当时再回复进程的运行。B.中断类型：1.强迫性中断（随机发生，不可预知）:硬件故障中断、出现性中断事件、外部中断事件、驶入输出中断事件。2.自愿性中断（访管中断）：请求系统调用引起的中断，断点是确定的。17.中断响应：CPU没执行完一条指令，硬件的中断装置立即检查有无中断事件发生。若有，则暂停现行进程的执行，让操作系统的中断处理程序占用CPU。中断装置主要做三件事：1检查是否有中断；2有则暂停现行进程，保存中断点以便恢复执行；3启动中断程序怎么完成三件事：a.中断字寄存器（0无或1有）b.程序状态字（PSW）和其寄存器：指令地址（下一条）、条件码（指令执行结果特征）、管目态）c.中断响应：当前PSW（占用CPU的），新PSW（中断程序的，中断地址入口）、旧PSW（保护好的被中断的PSW）18.中断事件的处理：保护被中断进程的现场信息、分析中断原因、处理发生的中断事件19.中断优先级和中断屏蔽位：中断处理程序只屏蔽比自己级别低的中断事件。中断码：保存程序执行时当前发生的中断事件中断屏蔽位：指出程序执行中发生中断事件时，要不要响应出现的中断事件。20.unix中断处理：......21.处理器调度：担负对处理器的分配工作，决定谁能先占用CPU，一次能占用CPU的时间22.处理器的两级调度：批处理作业：采用批处理操作系统和分时系统控制下的作业。输入井：磁盘上用来存放作业信息的专用区。后备作业：输入井中等待处理的作业。5作业调度：从输入井中选取后备作业装入主存的工作。进程调度：从就绪进程中选取一个进程占用处理器的工作。终端作业：在分时操作系统下的作业。23.批处理作业调度算法：公平性、平衡资源使用、极大流量。周转时间：进入输入井的时间减去计算结果的时间A.先来先服务算法：既有一定的公平性，易实现，可能是计算时间段的作业长时间等待，周转时间变长，降低了系统的吞吐能力。B.计算时间短的作业优先算法：降低作业平均周转时间，提高了系统的吞吐能力；C.响应比高者优先：响应比=等待时间/计算时间；D.优先级调度算法：E.均衡调度算法.24.进程调度算法：进程切换：一个进程如昂出CPU由另一个进程占用CPU的过程哪些情况引起进程切换：A.一个进程从运行状态变等待状态B.一个进程从运行状态变成就绪状态C.一个进程从等待状态变成就绪状态D.一个进程完成工作后被撤销1.先来先服务调度算法2.最高优先级调度算法3.时间片轮转调度算法：时间片是指允许进程一次占用CPU最长的时间。4.分级调度算法25.UNIX系统进程调度算法A.优先数和优先权（没个进程都有，随执行情况变化，优先数越小，优先权越高）B.进程的优先权：UNIX由优先数决定优先权UNIX确定优先权原则如下：1.进入核心态运行的进程优先权高于在用户态的进程优先权；2.时间片用完被剥夺CPU使用权，应降低该进程的优先权，以使其他进程有机会使用CPU；3.对与睡眠的进程，系统将按照他们等待时间的轻重急缓程度赋予他们不同的优先权；4.应相应降低累计使用CPU时间较长的进程的优先权，以减少这些进程占用CPU的机会C.进程的优先数：设置法（即将进入睡眠的进程）、计算法（当进程转入用户态时）1.设置优先数：进程进入睡眠时，系统按睡眠原因设置优先数。2.计算优先数：UNIX采用计算方法动态改变进程的优先数。D.进程调度程序swtch：进程调度工作由swtch完成。1.哪些情况要启动swtch程序重新选择一个进程占用CPU？*进程完成预定的工作终止；*进程因等待某事件而进入睡眠状态；*进程用完了一个规定的时间片；对复活岛的异常情况处理结束后；2.进程调度程序swthc的主要任务：在主存就绪的进程中，选择一个优先数最小的进程；为被选中的进程恢复现场信息。6第四章存储管理1.信息的二级存储：由于CPU只能直接访问只存储器，所以进程运行时，必须把他的程序和数据放到主存储器中。由于程序占用主存空间越来越大，所以采用二级存储辅助存储器。2.存储管理功能：对主存空间的用户区进行管理，目的尽可能的方便用户和提高主存空间使用率。主存储器的空间分为：系统区（存放操作系统与硬件接口信息、系统管理信息、程序、标准子程序）和用户区。（存放用户的程序和数据）3.存储器管理的功能如下：A.主存空间的分配与回收：系统建立“主存空间分配表”记录使用状况空闲区（自由区）：尚未占用的空间B.实现地址的转换：由于用户程序使用的是相对地址（逻辑地址），CPU执行程序时按主存的绝对地址（物理地址）访问主存，所以存储器必须配合硬件进行地址的转换工作。C.主存空间的共享与保护：为防止各个作业相互干扰和保护各个区域的信息不被破坏，必须实现存储保护。保护措施措施：1.程序执行时，若访问属于自己的主存区域中的信息，则允许读写；2.对共享区域中的信息只许读，不许写；3.程序执行时不允许访问分配给其他程序的主存空间，对非所属空间不许读和写。D.主存空间的