操作系统原理

第一章：绪论1.存储程序式计算机的结构：由中央处理器（CPU）、存储器和输入/输出设备组成。

所有的单元都通过总线连接，总线分为地址总线和数据总线，分别连接不同的部件。

2.存储程序式计算机的特点：集中顺序过程控制。

3.操作系统的发展历程：从1950年至今，操作系统的发展主要经历了如下的几个阶段：①手工操作阶段——无操作系统；②批处理系统——早期批处理、执行系统；③操作系统形成——批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统；④现代操作系统——个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。

4.20世纪60年代初期，硬件获得了两方面的进展：一是通道的引入；二是中断技术的出现。

这两项重大成果导致操作系统进入执行系统阶段。

5.多道程序设计技术是在计算机主存中同时存放几道相互独立的程序，使他们在管理程序控制之下，相互穿插地运行。

6.多道程序运行的特点：①多道——计算机主存中同时存放几道相互独立的程序；②宏观上并行——同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕；③微观上串行——从微观上看，主存中的多道程序轮流或分时地占有处理机，交替执行。

7.分时技术是把处理机时间划分成很短的时间片轮流地分配给各个联机作业使用，如果某个作业在分配的时间片用完之前还未完成计算，该作业就暂时中断，等待下一轮继续计算。

8.操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机系统软、硬件资源的分配和管理；控制和协调并发活动；提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。

9.操作系统的资源管理功能：①处理机分配②存储管理③设备管理④软件资源管理10.操作系统的特性：①并发②共享③不确定性11.批量操作系统的优点是系统的吞吐率高，缺点是对用户的响应时间较长，用户不能及时了解自己程序的运行情况并加以控制。

12.分时系统具有以下几个特点：①并行性②独占性③交互性13.分布式系统又称为分布式计算机系统或分布式数据处理系统，简称为分布式系统。

分布式系统是由多个相互连接的处理单元组成的计算机系统。

14.分布式系统和计算机网络的区别在于：前者具有多机合作和坚强性。

15.UNIX操作系统是一个交互式的多用户分时系统，它可运行于从高档微机到大型机的等各种具有不同处理能力的机器，并且提供良好的工作环境。

第二章：操作系统的组织结构1.操作系统虚拟机，系统所提供的全部操作命令的集合成为操作命令语言，它是用户和系统进行通信的手段和界面。

这一用户界面分为两个方面：操作命令（命令接口）和系统功能调用（程序接口）2.处理机的状态及分类：管态：又称为系统态，是操作系统的管理程序执行时机器所处的状态。

用户态：又称为目态，是用户程序执行时机器所处的状态。

3.特权指令涉及以下：①改变机器状态的指令②修改特殊寄存器的指令③涉及外部设备的输入/输出指令。

4中断概念：指某个事件发生时，系统中止现行程序的运行、引出处理该事件程序进行处理，处理完毕后返回断点，继续执行。

5.由处理机内部事件引起的中断称为俘获。

包括访管中断、程序性中断、机器故障中断。

6.中断处理过程：①保护现场和恢复现场②程序状态字③中断响应7.中断响应的实质：交换指令执行地址和处理器状态：以达到如下目的：①保留程序断点及有关信息②自动转入相应的中断处理程序执行，中断响应所需的硬件支持包括：指令计数器，处理器状态寄存器，中断向量表和系统堆栈。

8.向量中断：当中断发生时，由中断源引导处理机进入中断服务程序的中断过程。

第三章系统初启又叫系统引导，它的任务是将操作系统的必要部分装入主存并使系统运行，并最终处于命令接收状态。

系统引导分为三个阶段：①初始引导：把系统核心装入主存中的指定位置，并在指定地址启动。

②核心初始化：执行系统核心的初启子程序，初始化系统核心数据。

③系统初始化：为用户使用系统做准备。

系统引导的方式：①独立引导方式②辅助下装方式初始引导的任务是把系统核心送入主存并启动它运行。

静态链接和动态连接的特点：静态链接是将所需的外部调用函数连接到目标文件中形成一个完整的主存映像文件。

缺点是：当有多个应用程序都需要调用同一个库函数时，这些应用程序的目标文件中都将包含这个外部函数对应的代码。

这将造成主存的极大浪费，不能支持有效的共享。

动态连接是将连接工作延迟到程序运行的时候进行，需要动态链接库的支持，不需要将应用程序所需要的外部函数代码从库中提取出来并连接到目标文件中，而是在应用程序需要调用外部函数的地方作记录，并说明要使用的外部函数名和引用入口号，形成调用链表。

当所需的动态链接库DLL在主存时，就可以确定所需函数的主存绝对地址，并将它填入调用链表相应位置中。

当应用程序运行时，就可以正确地引用这个外部函数了。

系统服务请求（SSR）机构本质上是一个自陷门。

处理应用程序分哪几个作业步？编辑（修改）、编译、连接、运行系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口，编程人员利用系统调用，在源程序一级动态请求和释放系统资源，调用系统中已有的系统功能来完成那些与机器硬件部分相关的工作以及控制程序的执行速度等。

因此，系统调用像一个黑箱子那样，对用户屏蔽了操作系统的具体动作而只提供有关的功能。

简述系统调用的执行过程系统调用命令的具体格式因系统而异，但由用户程序进入系统调用的步骤及执行过程大体相同：首先，将系统调用命令所需的参数或参数区首址装入指定寄存器；然后，在用户程序中适当的位置安排一条调用系统功能指令。

至于系统调用命令的功能号，有的系统直接在调用指令中给出，有的系统则把它当做系统调用命令的参数，在调用时放入指定寄存器。

当用户程序执行到调用系统功能的指令时，就转到系统调用的处理程序执行。

其过程如下：（1）为执行系统调用命令做准备，即将用户程序的“现场”保存起来，同时把系统调用命令的编号等参数放入约定的存储单元。

（2）根据系统调用命令的编号查找系统调用命令执行完毕，相应的结果通常返回给参数，这些参数放在约定的存储单元里。

（3）系统调用命令执行完毕后的处理，包括恢复用户程序执行的“现场”信息，同时把系统调用命令的返回参数或参数区首址放入指定的寄存器中，以供用户程序使用。

第四章并发处理1.顺序程序的特点包括顺序性、封闭性和可再现性。

2.并发程序的特点有三：①失去程序的封闭性；②程序与计算不再一一对应；③程序并发执行的相互制约。

3.进程是指一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。

4.在一个进程的活动期间至少具备三种基本状态，即运行状态、就绪状态和等待状态（即阻塞状态）。

①就绪状态。

当进程获得了除CPU之外所有的资源，它已经准备就绪，一旦得到CPU 的控制权，就可以立即运行，该进程所处的状态为就绪状态。

②运行状态。

当进程由调度/分派模块分派后，得到中央处理机控制权，它的程序正在运行，该进程所处的状态为运行状态。

③等待状态。

若一进程正在等待某一事件发生而暂时停止执行，这时，即使给它CPU 控制权，它也无法执行，则称该进程处于等待状态，又可称为阻塞状态。

5.进程状态变迁图注意：运行状态的进程因请求某种服务而变为等待状态，但当该请求完成后，等待状态的进程并不能恢复到运行状态，它通常是先转变为就绪状态，再重新由调度程序来调度。

6.进程控制块（pcb）是为了描述一个进程与其它他进程以及系统资源的关系，为了刻画一个进程在各个不同时期所处的状态，人为采用地一个与进程相联系的数据块。

进程控制块用进程标识符name、进程的当前状态status、当前队列指针next、总链指针all_q_next、程序开始地址start_addr、进程的优先级priority、CPU现场保护区cpustatus、通信信息communication information、家庭联系process family和占有资源清单own_resource。

7.原语是一种特殊的系统调用，它可以完成一个特定的功能，一般为外层软件所调用，其特点是原语执行时不可中断，所以操作原语具有原子性，即它是不可再分的。

8.用于进程控制块的原语有：创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语等。

9.临界资源：通常把一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。

10.临界区：在每个进程中，访问临界资源的那段程序能够从概念上分离出来，称为临界区或者临界段。

11.同步的实质是使各合作进程的行为保持某种一致性或不变关系。

12.操作系统提供的同步机构有锁和上锁、开锁操作；还有一个称为信号灯的同步机构，包括信号灯和P、V操作。

Page9113.进程通信（IPC）是利用消息，明确地将信息从一个进程的地址空间拷贝到另一个进程的地址空间，而不使用共享储存器的一种通信机制。

14.进程基本控制块（proc）是进程控制块中最常用的一部分常驻主存的信息块。

课后习题1.程序的顺序执行：一个计算由若干个操作组成，而这些操作必须按照某种先后次序来执行，以保证操作的结果是正确的，则这类计算过程就是程序的顺序执行过程。

程序的并发执行：若干个程序段同时在系统中运行，这些程序段的执行在时间上是重叠的，一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始，即使这种重叠是很小的一部分，也称这几个程序段是并发执行的。

3（2）.进程与程序的主要区别：①程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态概念。

而进程是程序在处理机上的一次执行过程，是一个动态概念。

②进程是一个能独立运行的单位，能与其他进程并行地活动。

③进程是竞争计算机系统有限资源的基本单位，也是进行处理机调度的基本单位。

6（2）.如果系统能为每个进程提供一台处理机，则系统中所有进程都可以同时执行，但实际上处理机的数目总是少于进程数，因此，往往只有少数几个进程可真正获得处理机控制权。

7.page115第五章资源分配与调度1.资源分配方法有静态分配和动态分配两种。

在批处理系统中，对作业一级采用资源静态分配方法。

作业所需要的资源是在调度到这个作业时，根据用户给出的信息进行分配，并在作业运行完毕后释放所获得的全部资源，即为资源的静态分配。

进程所需要的资源是在进程运行中根据运行情况动态地分配、使用和释放的，即为资源的动态分配。

2.资源描述器（RD）是描述各类资源的最小分配单位的数据结构。

内容包括资源类型、最小分配单位的大小、最小分配单位的地址、分配标志、描述器链接信息、存取权限、密级、最后一次存取时间、记账信息及资源其他特性。

3.资源信息块（rib）说明资源、请求者以及实施分配所需的必要信息，可将每一类可利用的资源组织成可利用资源队列。

资源信息块包括等待队列头指针、可利用资源队列头指针和资源分配程序入口地址。

4.死锁：在两个或多个并发进程中，如果每个进程持有某种资源而又都等待着别的进程释放它或它们现在保持着的资源，在未改变这种状态之前都不能向前推进，称这一组进程产生了死锁。