计算机四级操作系统部分笔记

四级网络技术操作系统：基本要求：1.掌握操作系统的基本概念、基本结构以及运行机制2.深入理解进程线程模型，深入理解进程同步机制，深入理解死锁概念以及解决方案3.掌握存储管理基本概念，掌握分区存储管理方案，深入理解虚拟页式存储管理方案4.深入理解文件系统的设计、实现，以及提高文件系统性能的各种方法5.了解i/o设备管理的基本概念、i/o软件组成，掌握典型的i/o设备管理技术6.了解操作系统的演化过程、新的设计思想和实现技术第一章操作系统概论1.操作系统是计算机系统的一个系统软件（编译器属于系统软件；支撑软件：网络、多媒体方面的软件，例如数据库，支撑某一方面工作；应用软件：qq，学生管理系统等）2.有效：考虑用户需求，尽可能多地提高资源利用率以及程序运行效率合理：公平性，保证各个进程公平公正运行不会产生死锁饥饿方便：灵活方便界面，应用程序，接口程序供编程时调用3.操作系统是层次结构，操作系统-》支撑软件-》用户软件4.操作系统的特征：并发性（微观上单处理机系统每一时刻仅能执行一道程序）共享性：系统资源可供多个并发执行的进程使用；涉及资源：中央处理器、内存储器、外存储器、外部设备；共享方式：互斥共享（同一时刻只有一个进程可以访问资源，其他进入等待，例如打印机）、同时共享随机性：（也称异步性、不确定性）“走走停停”5.操作系统的功能：进程管理：进程控制、进程同步、进程间通信、调度存储管理：内存分配与回收、存储保护、内存扩展文件管理：文件存储空间的管理、目录管理、文件系统的安全性设备管理：缓冲管理、设备分配、设备处理用户接口：命令接口、程序接口、图形接口6.操作系统分类：按照用户界面的使用环境和功能特征：批处理操作系统、分时系统、实时系统个人操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统7.批处理操作系统：成批处理作业分类：简单~（自动线、顺序性、单道性），多道~（提高利用率增加吞吐量）缺点：用户不直接与计算机交互，不适合调试程序优点：自动化较高，资源利用率高，作业吞吐量大，提高整个系统效率假脱机技术（SPOOLing）：将一台独占设备改造成共享设备（例：打印机，在被占用时可提交任务但是不能马上执行）；输入井输出井，输入缓冲区和输出缓冲区，输入进程和输出进程，请求打印队列组成8.分时系统：用户通过终端交互式地向系统提出命令，系统接到命令之后，采用时间片轮转方式处理服务请求；将CPU的时间划分为若干个时间段，操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务特点：多路性：多个用户同时使用一台计算机；交互性：用户直接干预操作的每一步；独占性：用户感受不到计算机为其他用户服务；及时性9.实时系统：及时响应外部事件的请求，在规定的时间内，完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行；特点：多路，及时，独立，交互，可靠10.嵌入式操作系统：系统内核小、专用性强、系统精简、高实时性、多任务11.个人计算机操作系统：Windows12.网络操作系统：类型：客户服务器模式（c/s模式），对等模式13.分布式操作系统：分布式处理系统是指由多个分散的处理单元经互联网络的连接而形成的系统特点：分布性，并行性，透明性，共享性，健壮性14.智能卡操作系统15.网络和分布式操作系统区别：分布具有各个计算机间相互通讯，无主从关系；网络有主从关系分布式系统资源为用户所共享；网络有限制地共享分布式系统中若干个计算机可相互协作共同完成一项任务16.操作系统结构：整体式结构（根据功能划分模块，总功能分解为子功能，继续分解，最后通过接口连接起来）；层次式结构；微内核（客户机/服务器）结构（核心工作是处理客户和服务器之间通信）17.Dos：单用户系统Unix、Linux：多用户分时系统window7：单用户多任务18.批处理多道系统首先要考虑：系统效率和吞吐量；分时操作系统：交互性和响应时间；实时操作系统：实时性和可靠性第二章操作系统的运行机制1.中央处理器（CPU）由运算器、控制器、一系列寄存器（用户可见寄存器：数据~地址~条件码~；控制和状态寄存器：程序计数器PC（记录将要取出的指令的地址），指令寄存器IR（最近取出的指令），程序状态字寄存器（PSW，处理器的运行模式信息等）以及高速缓存（程序局部性原理））构成2.特权指令和非特权指令：特权指令只能由操作系统使用，一般引起处理器状态的切换。

3.特权指令：输入输出指令、停机指令等，只有监控程序才能执行特权指令。

用户只能执行一般指令，如需执行特权指令，处理器会将控制权移交给监控程序4.处理器的状态：管态（特权态，系统态，可调用全部指令使用所有资源），目态（普通态，用户态）；核心状态，管理状态和用户程序状态（目标状态）5.目态-》管态：通过中断管态-》目态：设置psw（修改程序状态字）可实现6.程序状态字psw：条件码：指令执行后的结果特征中断屏蔽码：指出是否允许中断；cpu的工作状态码：实现管态目态转换7.存储体系：寄存器高速缓存内存外存8.存储保护：界地址寄存器（界限寄存器），存储键9.中断：随机，可恢复，自动处理；中断码中断向量表10.单缓冲区：装满后取完才可以继续输入多缓冲区：一级cache，二级cache，系统内存11.时钟：操作系统时钟由硬件提供在多道程序运行环境中，为系统发现陷入死循环（编程错误）的作业，防止机时浪费在分时系统中，间隔时钟实现作业间按时间片轮转在实时系统中，按要求的间隔输出正确的时间信号给实时的控制设备12.硬件、软件时钟；绝对（不受外界干扰，硬件）、相对时钟（间隔时钟）13.用户程序在目态下使用特权指令引起的中断属于程序中断；访管中断（系统调用中断）14.影响中断响应次序的技术是：中断优先级和中断屏蔽技术通道技术DMA技术缓冲技术第三章进程线程模型1.顺序环境：执行不受外界影响，独占系统资源2.顺序执行的特征：顺序性封闭性程序执行结果的确定性程序结果的可再现性3.多道程序：独立性随机性资源共享性4.并发执行：并发程序在执行期间具有相互制约的关系，程序与计算不再一一对应，并发程序执行结果不可再现5.进程：正在执行的程序，从os角度可分为系统进程和用户进程进程的特征：并发性动态性独立性交互性异步性进程的基本状态及其转换；三状态/五状态/七状态模型6.就绪状态：获得除处理器（CPU）之外的所有资源；运行状态：获得处理器，单处理器只有一个进程处于；等待状态：受阻暂停；创建状态（刚刚建立，未放入就绪队列）；结束状态挂起状态（内存-》外存）；激活状态7.执行-》阻塞：i/o请求或者等待某一资源等暂停执行执行->就绪：时间片结束或优先权较低而暂停阻塞-》就绪：需要的资源得到满足8.进程控制块PCB：分为调度信息（供进程调度时使用，描述进程当前所处的状态）和现场信息（刻画了进程的运行状态）两大部分；9.进程的组成：程序数据进程控制块PCB组成进程控制块保存进程的地址信息，通过进程控制块能够找到进程；PCB是灵魂、程序和数据是进程的“躯体”10.PCB表的组织方式：线性方式索引方式链接方式11.进程控制：特定动能的原语完成创建撤销阻塞唤醒原语12.Unix的fork（）函数：父进程通过fork（）创建子进程特点：只被执行一次，返回两次结果，一次是在调用进程中，一次是在创建的子进程中，父进程中返回的是子进程的pid，子进程中fork返回013.进程的创建；创建一个pcb 赋予一个统一进程标识符为进程映像分配空间初始化进程控制块设置相应的链接14.进程的撤销：引起事件：进程正常结束；在进程运行期间，由于出现某些错误和故障而使进程被迫中止；进程应外界的请求而请求中止运行15.进程的阻塞：请求系统服务；启动某种操作；新数据尚未到达；无新工作可做16.进程的唤醒：请求系统服务得到满足；启动某种操作完成；新数据到达；有新工作可做17.线程的引入：进程作为系统中的一个基本单位，具有两个属性：一个是资源分配和拥有的基本单位，二是一个可以独立调度和执行的基本单位。

为了使进程更好地并发执行，同时又能尽量减少系统开销，将进程的两个属性分开，由操作系统分别处理，即只作为资源分配与拥有的单位，不再是调度和执行的基本单位（线程）18.线程的概念：线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和执行的基本单位。

线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但是它可以与同属于一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源19.一个线程可以创建和撤销另一个线程，线程之间也会相互制约使其在运行中呈现异步性，因此线程同样具有就绪执行阻塞三种基本状态20.线程与进程的比较:调度并发性拥有资源系统开销21.一个程序至少有一个进程（一次动态执行过程）一个进程至少有一个线程22.线程的实现机制：用户级线程内核级线程混合实现方式23.Pthread线程包：一套用户级线程库（API），定义了线程标准，大部分的Unix系统都支持该标准24.进程调度：按层次可分为：高级调度（作业），中级调度（内存中处于等待状态的某些进程调至外存），低级调度（进程调度，从就绪队列中选出一进程把处理机分配给他）25.调度算法原则：面向用户原则（周转时间），面向系统原则（吞吐量高）26.进程（线程调度算法）：先来先服务算法（FCFS）：非抢占式，有利于长进程不利于短进程；最短作业优先调度算法（SPF）：shortest process first，非抢占式，不利于长进程；最短剩余时间优先调度算法（SRT）：shortest remaining time抢占式；时间片轮转调度算法（RR）：round robin适用于交互进程的调度；最高优先级调度算法：抢占或者非抢占；多级反馈队列调度算法（MLF）：抢占或者非抢占，轮转或者按照时间顺序；实时系统中方的调度算法：速率单调，最早最终时限第四章并发与同步1.进程的相互作用相关进程和无关进程；进程间关系：进程互斥，进程同步；（解决办法：由竞争双方平等协商；引入进程管理者）；资源共享的程度分为三个层次：互斥、死锁、饥饿；与时间有关的错误（一个未结束一个开始）；2.临界资源：一段时间内只允许一个进程访问或使用3.进程同步机制应遵循的原则：空闲让进；忙则等待；有限等待；让权等待4.进程互斥的软件方法：单标志算法；双标志、先检查算法；双标志、后检查算法；先修改、后检查、后修改等待算法进程互斥的硬件方法：TS指令；SWAP指令（硬件和软件方法都是平等协商方法）信号量：1956荷兰Dijkstra；整型信号量：大于0时表示系统中对应可用资源的数目，小于0时其绝对值表示因该类资源而被阻塞的进程的数目；等于0表示系统中对应资源已经用完，并且没有因该资源而被阻塞的进程5.对信号量的操作：P操作、V操作，P操作在进入临界区前执行，V操作在退出临界区后执行6.使用PV操作实现进程同步的方法使用PV操作的规则：分清互斥与同步问题，互斥信号量的个数只与临界资源的种类有关，且初值为1表示临界资源可用；同步信号量的个数与参与同步的进程种类有关，表示该进程是否可以开始或该进程是否已经结束；同步有先后顺序互斥没有7.管程：进程同步管理工具；每个访问临界资源的进程都必须使用pv操作，使得大量的同步操作分散在各个进程中。