操作系统第1章复习资料

操作系统基础本课程章节第1章操作系统引论第2章进程管理第3章处理机调度与死锁第4章存储器管理第5章文件管理第6章设备管理第7章Linux操作系统基础第8章Linux操作系统的使用第一章操作系统概述§1.1 什么是操作系统§1.1.1 操作系统是计算机系统的基本系统软件，是硬件系统的延伸1.计算机系统的组成——硬件系统和软件系统硬件系统：裸机，没有配置任何软件的计算机。

软件系统是指计算机系统所使用的各种程序的集合。

计算机软件一般分为两大类：–系统软件用于计算机的管理、维护和运行，以及对程序进行翻译、装入等服务工作，包括操作系统、程序设计语言处理程序、系统实用程序及工具软件等。

–应用软件通常指那些为某一方面应用而设计的程序，或用户为解决某个特殊问题而编写的程序。

2．操作系统用作扩充机器如果在裸机上覆盖一层为用户屏蔽硬件细节的软件，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称虚拟机。

§1.1.2 OS是用户与计算机硬件系统之间的接口这种接口是软件接口，OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系统。

可以用以下两种方式来使用计算机。

(1)系统命令方式。

（命令行、菜单式、命令脚本式、图形用户接口GUI－图标）这是指由OS提供了一组联机命令，用户可通过有关的命令，来直接操纵计算机系统。

(2)系统调用方式。

（形式上类似于过程调用，在应用编程中使用）OS提供了一组系统调用，用户可在应用程序中通过调用相应的系统调用来操纵计算机。

§1.1.3 操作系统是系统资源的管理者在一个计算机系统中，可将资源分为四类，相应地，OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理。

即：(1)处理机管理。

用于分配和控制处理机；(2)存储器管理。

主要负责内存的分配与回收；(3)I/O设备管理。

负责I/O设备的分配与操纵；(4)文件管理。

负责文件的存取、共享和保护。

结论：OS的定义操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是计算机系统所使用的各种程序的集合。

它管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与用户之间起到接口作用。

§1.2 操作系统的功能§1.2.1处理机管理1．进程控制进程控制的基本功能就是创建和撤销进程以及控制进程的状态转换。

2. 进程同步与互斥进程同步是指两个或两个以上进程要协作完成一个任务，他们之间需要互相配合与协调。

进程互斥是指在两个或两个以上的进程竞争某些资源(临界资源)情况下，进程互斥的使用这类资源。

3. 进程通信相互合作的进程运行时，它们之间往往要交换一定的信息，这种进程间进行的信息交换、数据传送称为进程通信。

4. 处理机调度在传统的操作系统中，包括作业调度和进程调度两步。

作业调度的基本任务，是从后备队列中按照一定的算法，选择出若干个作业，在将它们调入内存后，便分别为它们建立进程，并按照一定的算法将它们插入就绪队列。

而进程调度的任务，是按一定算法从进程就绪队列中选出某个进程，把处理机分配给它，使其投入运行。

在多用户环境下，处理机的分配和运行是以进程为基本单位的，因此对处理机的管理可以归结为对进程的管理。

•进程控制：创建、撤销、控制进程的状态转换；•进程同步与互斥：协调进程之间的推进步骤，协调资源共享；•进程通信：完成进程间的信息交换；•进程调度：作业和进程的运行切换，按一定策略进行处理机分配。

§1.2.2 存储器管理1. 内存分配和回收不同的程序有自己的内存空间，这是多道程序并发执行的首要条件。

程序运行结束后，必须释放其占用的存储空间，由存储管理程序回收，以便再分配。

2. 内存保护确保每道用户程序都只在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰。

要求进程在执行时能随时检查对内存的所有访问是否合法。

必须防止因某进程的错误而扰乱了其他进程的运行，尤其应防止用户进程侵犯操作系统的内存区。

3. 地址映射在多进程并发的系统中，操作系统必须提供地址映射机构，把程序地址空间中的逻辑地址转换为内存空间对应的物理地址。

4. 内存扩充内存容量的大小直接影响大型作业或多个作业的并发执行。

为提高内存利用率、扩大进程的内存空间；可通过虚拟存储技术获得内存扩充的效果，使系统的逻辑内存远远大于物理内存，运行比物理内存大得多的应用程序，或让更多的进程并发执行。

存储管理目标：提高内存利用率、提供足够的存储空间、方便进程并发运行。

•存储分配与回收：按一定策略为并发进程分配内存；•存储保护：保证进程间互不干扰、相互保密；如：访问合法性检查；•地址映射：逻辑地址到内存物理地址的映射；•内存扩充：采用虚拟存储技术为多道程序运行提供充足的内存空间；§1.2.3 设备管理1. 缓冲管理当处理机和外围设备交换信息时，利用缓冲区来缓解处理机和外围设备间速度不匹配的矛盾，提高处理机与设备、设备与设备间操作的并行程度。

2. 设备分配系统根据用户程序所请求的设备类型，按分配算法对设备及其相应的控制器和通道进行分配，建立从外设到内存之间传输信息的通路；当进程的输入／输出完成后，应及时回收设备，以便重新分配给其他进程使用；将未获得所需设备的进程放进相应设备的等待队列中。

3．设备驱动设备驱动的任务是将逻辑设备名转换成设备的物理地址，启动指定的I／O设备，完成用户规定的I／O操作，对设备发来的中断请求进行及时响应，根据中断类型进行相应的处理。

4．设备独立性即设备的无关性。

指应用程序独立于具体使用的物理设备。

通过提供统一的I/O设备接口，用户在编制程序时，避免直接使用实际的设备名而使用逻辑设备名。

这样可以方便用户编程，增加设备分配的灵活性。

5．虚拟设备通过虚拟技术将一台独占设备改造成能被多个进程共享的设备，以提高设备的利用率。

这种经过虚拟技术改造后的设备，是一种逻辑上的设备，称为虚拟设备。

每个进程如同独占。

实现外部设备与CPU和内存的数据交换，提高设备的利用率。

•缓冲区管理：按一定策略使用系统缓冲区，匹配CPU和外设的速度，提高两者的利用率。

•设备分配与回收：根据一定策略对设备进行分配，在多用户间共享I/O设备资源。

•设备驱动：利用设备驱动程序完成对设备的操作。

•设备独立性(device independence)：提供统一的I/O设备接口，使应用程序独立于物理设备，提高可适应性；•虚拟设备(virtual device)：通过虚拟技术将一台独占设备改造成能被多个进程共享的设备。

§1.2.4 文件管理文件系统应有效地支持文件的储存、检索和分类等操作，将文件长期，有效、安全、有组织地存放在文件系统之中，并向用户提供方便的存取手段和共享方式。

1. 文件存储空间的管理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。

2. 目录管理为了使用户能方便地在外存上找到自己所需的文件，通常由系统为每个文件建立一个目录项。

目录项包括文件名、文件属性、文件在磁盘上的物理位置等。

由若干个目录项又可构成一个目录文件。

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组织，以实现方便的按名存取。

3.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。

在进行文件读(写)时，系统先根据用户给出的文件名，去检索文件目录，从中获得文件在外存中的位置。

然后，利用文件读(写)指针，对文件进行读(写)。

由于读和写操作不会同时进行，故可合用一个读/写指针。

4. 文件访问控制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。

解决信息安全问题。

系统为用户帐户设口令、针对“用户”的读写权设置“文件权限”。

解决软件资源的存储、共享、保密和保护。

•文件存储空间管理：对存储空间进行分配和回收。

•目录管理：文件系统按名存取。

解决信息检索问题。

•读/写管理：实现对文件的抽象操作，如打开、关闭等。

•文件访问控制：对文件进行保护和保密。

§1.2.5 用户接口操作系统内核通过系统调用向应用程序提供接口，方便用户进程对文件和目录的操作，申请和释放内存，对各类设备进行I／O操作，以及对进程进行控制。

此外，操作系统还通过命令接口向用户提供操作系统命令，使用户方便地与系统交互。

操作系统的重要目标是方便用户使用计算机。

提供一个友好的用户访问操作系统的接口，提供对文件系统的操作命令，提供系统维护、系统开发接口，以及向用户提供有关信息。

操作系统向上提供两种接口：系统命令：供用户用于组织和控制自己的作业运行。

命令行、菜单式或图形接口GUI；命令脚本程序接口：供用户程序和系统程序调用操作系统功能。

系统调用和高级语言库函数；§1.2.6网络管理计算机的发展已经进入了互联网时代，现在流行的操作系统一般都具有内嵌的网络功能，能够控制、管理网络。

操作系统一般都提供网络通信和网络服务等基本功能。

网络部分，主要实现网络设备控制和网络协议，因此，网络管理也就集中在通信这部分。

§1.3 操作系统的发展过程§1.3.1手工操作阶段•工作方式：–用户：用户既是程序员，又是操作员；而且必须是计算机专业人员；–编程语言：为机器语言；–输入输出：纸带或卡片；手工操作方式的特点如下：•资源独占。

–一台计算机的全部硬件资源均由一个用户独占使用，不会出现资源被其他用户占用而引起的等待现象。

•串行工作。

–用户与用户之间，程序与程序之间，操作与计算机运行、计算机各部件之间都是串行工作，系统资源的利用率十分低。

•人工干预。

–计算机在人的直接联机干预下工作，人工操作时，CPU空闲等待：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低；§1.3.2 单道批处理系统（监督程序阶段/执行系统阶段）1．监督程序：（Monitor）为了能通过程序完成计算机的使用、管理和操作，人们把计算机的输入输出、运行控制及出错处理等编为程序，最初称为监督程序，并连同用户程序一起送入计算机，通过执行监督程序管理计算机资源，指挥用户程序的运行，以摆脱人工干预。

这种监督程序就是操作系统的雏型。

2．批处理利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门的监督程序自动依次处理。

•批处理中的作业的组成：–用户程序–数据–作业说明书（作业控制语言）单道批处理：所谓“批处理”，是指计算机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。

实质是指把用户作业以“成批”的方式提交给计算机。

由用户使用控制命令描述自己对作业每一步运行的具体安排意图。

并将这些控制信息连同自己的程序和数据一起作为一个作业提交给操作人员，因此在系统运行过程中，不允许用户与他的作业发生交互作用，即用户不能直接干预自己作业的运行，直至结束。