操作系统概念
操作系统
操作系统的引导
启动计算机时，操作系统的核心程序及其它需 要经常使用的指令就被从硬盘装入内存。操作 系统的核心部分的功能就是管理存储器和其它 设备，维持计算机的时钟，调配计算机的设备、 程序、数据和信息等资源。操作系统的核心部 分是常驻内存的，而其它部分通常存放在硬盘 上，当需要的时候才调入内存。
1) 内存分配
内存分配的主要任务是为每道程序分配一定的 内存空间。为此，操作系统必须记录整个内存 的使用情况，处理用户提出的申请，按照某种 策略实施分配，接收系统或用户释放的内存空 间。
单一连续分区存储 页式存储 段式存储 段页式存储
2)地址映射
用户在编写程序时不可能知道程序运行过程中程序和 数据存放在内存中的具体位置,各程序中用到的其他地 址都分别相对起始地址计算。这样一来，在多道程序 环境下，用户程序中所涉及的相对地址与装入内存后 实际占用的物理地址就不一样。CPU执行用户程序时， 要从内存中取出指令或数据，为此就必须把所用的相 对地址(这种地址称为逻辑地址)转换成内存的实际地 址(这种地址称为物理地址)。这就是操作系统的地址 映射功能(一般需要有硬件支持)。
进程被调度 就绪状态 时间片到 等待事件已发生 阻塞状态 等待某事件发生 执行状态
处理机管理程序功能
作业 调度 进程调度 作业 调度
进入 状态
后备 状态
就绪状态
执行状态
完成 状态
阻塞状态
交通控制
2. 存储管理
存储器资源是计算机系统中最重要的资源之一，而 存储器的容量总是有限的，存储管理的主要目的就 是合理高效地管理和使用存储空间，为多道程序的 运行提供安全可靠的运行环境，合理利用内存的有 限空间来满足各种作业的需求。 存储管理就是对计算机内存的分配、回收、保护和 扩充进行协调管理，随时掌握内存的使用情况，根 据用户的不同请求，按照一定的策略进行存储资源 的分配和回收。同时保证内存中不同程序和数据之 间彼此隔离、互不干扰。并保证数据不被破坏和丢 失。
第三章 计算机操作系统
3.3 进程管理
信号量的使用：
• • • 必须置一次且只能置一次初值 初值不能为负数 只能执行Down、Up操作
用Down、Up操作解决进程间互斥问题
进程 P1 进程 P2 进程 P3 Down(S) Down(S) Down(S) Up(S) Up(S) Up(S)
互斥区
用信号量实现互斥
S的初始值为1 进程 P Down(s) {对共享内存操作} up(s) 进程 Q Down(s) {对共享内存操作} up(s)
3.3 进程管理 3.3.6 进程的同步与互斥
进程的同步就是指相互协作的进程不断调整它们之间的相 对速度，以实现共同有序地推进。 换句话说,在操作系统中，允许多个进程并发运行。然而， 有些进程之间本身存在某种联系，它们在系统中需要一种协作， 以保证进程能正确有序地执行并维护数据的一致性。
例:A、B两进程同步工作如下图（A进程负责从键盘读数据到缓冲区，B进程从缓冲 区取数据并计算。 A进程
• Linux内核源代码情景分析
– 毛德操，胡希明 浙大出版社
• 莱昂斯unix源代码
3.1 操作系统概念及构成 3.1.1 操作系统的概念
操作系统：是管理计算机软硬件资源的程序，同 时它又是用户与计算机硬件的接口。
没有操作系 统，应用软 件如同空中 楼阁，无法 运行。
用户 系统程序和应用程序 操 作 系 统 硬 件 层
用信号量实现互斥解决竞争问题
x, y初始值为10
进程 P: x=x+1 P0. DOWN( S )
S的初始值为1
进程 Q: y=y-1 Q0. DOWN( S )
P1. MOV R0, X
P2. INC R0 P3. MOV X, R0 P4. UP( S ) 此时x=11, y=9
操作系统概念第七版第一部分知识点整理
Cpu 可直接访问
电源+硬盘
每上一层都是下一层的高速缓存
操作系统保持在一套体系中的一致性★
操作系统主要管 内存+磁盘
6. I/O 结构
Synchronous（同步）:CPU 发出 I/0 请求后等待 I/0 完成 会出现等待和阻塞
Asynchronous（异步）：CPU 不用等待 I/O
设备有状态表（state table）——type address state（idle/busy） 由 kernel 管理
Java API
② 参数存在内存中，将地址写入寄存器
③ 压栈（程序）出栈（操作系统）方式
3. 系统调用类型（进程控制 文件管理 设备管理 信息维护 通信）
MS-DOS 执行状态
4. 系统结构 单体结构
多程序
分层方法：易维护 耗费大 微内核：不是完整的操作系统，只是为构建通用操作系统提供基础
好处：便于扩充操作系统 容易从一种硬件平台设计转移到另一种硬件设计平台 安全性和可靠性
定时器（timer）:减到 0 发生中断或归位（周期 timer） 10. 进程管理 内存管理 存储管理（文件系统管理 大容量存储器管理 高速缓存） 保护和
安全。。。。。略
第二章 操作系统结构
1. 操作系统服务： 用户界面：命令解释程序（command-line interface CLI） 图形用户界面（GUI） 程序执行
进程（process）：装入到内存并执行的程序。是资源分配的基本单位，资源面向进
程分配 作业（job）：在外存中的作业池，需要执行的程序 作业调度（job scheduling）:多个作业需要调入内存但没有足够的内存 CPU 调度（CPU scheduling）:在内存中有多个任务同时需要执行 虚拟内存（virtual memory）：存在于外存 但其编制，管理，结构与内存一样。允 许将一个执行的作业不完全放在内存中。通过 I/O 与内存交换。 8. 双重模式操作（dual-mode operation） 用户模式 user mode（1） 内核模式 kernel mode（0） 9. 系统调用（system call）
操作系统概念
操作系统：是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合.提供一个计算机用户与计算机硬件系统之间的接口，使计算机系统更易于使用，有效地控制和管理计算机系统中的各种硬件和软件资源，使之得到更有效的利用合理地组织计算机系统的工作流程，以改善系统性能（如响应时间、系统吞吐量）。
功能：处理机管理存储器管理设备管理文件管理作业控制特点：并发，共享，虚拟，不确定系统调用：也视作同步异常，或trap。
它是某一特定指令执行的结果。
在相同条件下，异常可以重现。
例如内存访问错误、调试指令以及被零除。
（Synchronous exceptions)进程：进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
进程与程序的区别：进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。
通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和可以复制。
进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。
进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）。
进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。
进程同步：指多个相关进程在执行次序上的协调，用于保证这种关系的相应机制称为同步机制一次只允许一个进程使用的资源称为临界资源，如打印机变量每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区原语：由若干条指令所组成的指令序列，来实现某个特定的操作功能，指令序列执行是连续的，不可分割，是操作系统核心组成部分，必须在管态（内核态）下执行，且常驻内存。
信号量是一种新的变量类型（semaphore）只能通过初始化和两个标准的原语来访问，作为OS核心代码执行，不受进程调度的打断。
P(S) :while S<=0 do skip；S:=S-1；V(S) :S:=S+1；信号量的使用：必须置一次且只能置一次初值，只能由P、V操作来改变，物理意义：S.value为正时表示资源的个数，S.value为负时表示等待进程的个数，P操作分配资源，V操作释放资源。
操作系统概念
操作系统概念操作系统概念1.引言操作系统是计算机系统中最重要的软件之一。
它负责管理和控制计算机的硬件资源，提供用户与计算机之间的接口，同时也执行各种任务调度和资源分配的工作。
本文将介绍操作系统的基本概念和原理。
2.操作系统的定义操作系统是一种系统软件，它是在计算机硬件基础上开发的一层软件，用于管理和控制计算机的各种资源，为用户和应用程序提供一个友好和高效的运行环境。
2.1 操作系统的基本功能2.1.1 进程管理2.1.1.1 进程调度2.1.1.2 进程同步2.1.1.3 进程通信2.1.2 内存管理2.1.2.1 内存分配2.1.2.2 内存释放2.1.2.3 虚拟内存管理2.1.3 文件系统管理2.1.3.1 文件的创建和删除2.1.3.2 文件的读写2.1.3.3 文件的权限管理2.1.4 设备管理2.1.4.1 设备的分配和释放2.1.4.2 设备的驱动程序3.操作系统的主要概念3.1 进程进程是指计算机中执行的一个程序，它包括了程序执行时所需要的资源和上下文信息。
操作系统通过进程管理来对应用程序进行调度和执行，实现多任务的并发执行。
3.2 线程线程是进程的一部分，它是进程中的一个独立的执行单元。
一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源和上下文信息。
线程可以实现并发执行和多任务的效果。
3.3 内存管理内存管理是指操作系统对计算机的内存空间进行分配和释放的过程。
它负责维护进程之间的内存隔离和保护，以及实现虚拟内存的功能，提供更大的内存空间。
3.4 文件系统文件系统是操作系统用来管理计算机存储设备上的文件和目录的一种机制。
它提供了对文件的创建、读写和删除等操作，以及对文件的权限管理和文件系统的完整性保护。
3.5 设备管理设备管理是指操作系统对计算机设备的管理和控制。
它负责分配和释放设备资源，并提供驱动程序来与计算机设备进行交互和通信。
4.附件本文档涉及的附件一共有X个，包括相关图表、代码示例和参考文献等。
操作系统基本概念
操作系统基本概念操作系统基本概念1：引言- 定义：操作系统是计算机系统中的核心软件，负责协调和管理计算机硬件和其他软件的资源，为用户提供接口和服务。
- 作用：实现计算机资源的有效管理和利用，提供良好的用户界面和服务，保证计算机系统的稳定运行。
2：操作系统结构- 单体结构：操作系统的各个组件全部包含在一个单独的程序中。
- 分层结构：操作系统分为多个层次，每个层次都提供不同的功能和服务。
- 微内核结构：将操作系统的核心功能放在微内核中，其他功能通过进程间通信与微内核交互。
3：进程管理- 进程：是指一个正在运行的程序的实例，是操作系统分配资源的基本单位。
- 进程调度：操作系统根据一定的算法决定哪些进程可以执行。
- 进程同步：操作系统提供机制确保多个进程之间的正确交互和数据共享。
- 进程通信：多个进程之间进行信息的传递和共享。
4：内存管理- 内存分配：操作系统负责管理计算机内存的分配和回收。
- 内存保护：操作系统通过访问权限设置和虚拟内存技术保护进程间的内存空间。
- 内存交换：将部分不常用的程序或数据从内存交换到磁盘，以提供更多的可用内存空间。
5：文件系统- 文件组织：操作系统将文件组织为层次化的目录结构，以便用户存储和管理文件。
- 文件存储：操作系统负责将文件存储在磁盘或其他存储介质上，并提供文件访问接口。
- 文件保护：操作系统通过权限设置和加密技术保护文件的机密性和完整性。
6：输入输出系统- 设备管理：操作系统管理各种输入输出设备，负责控制数据的传输和设备的访问。
- 设备驱动程序：操作系统提供与设备通信的接口，驱动程序负责具体的设备控制。
- 缓冲区管理：操作系统通过缓冲区来提高输入输出的效率。
附件：附件1：操作系统基本概念详解：pdf附件2：操作系统概念图表：png法律名词及注释：1：版权：法律规定的对创作作品的独占权，保护原作者的权益。
2：许可证：机关颁发的允许某个实体从事特定活动的文件。
3：商标：与特定商品或服务相关联的标识，用于区分不同商家的产品或服务。
操作系统概念——
操作系统概念——操作系统概念——计算机世界的基石在当今数字化的时代，计算机已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。
而在计算机系统中，操作系统扮演着至关重要的角色，它就像是一个大管家，默默地管理着计算机的各种资源，为用户和应用程序提供了一个稳定、高效的运行环境。
那么，什么是操作系统呢？简单来说，操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。
它负责控制和协调计算机的各个部件，使得计算机能够正常运行，并为用户提供各种服务。
操作系统的首要任务是管理计算机的硬件资源。
这包括中央处理器（CPU）、内存、硬盘、输入输出设备（如键盘、鼠标、显示器、打印机等）。
它需要合理地分配这些资源，确保每个正在运行的程序都能够得到足够的资源来完成其任务，同时避免资源的浪费和冲突。
以 CPU 资源为例，操作系统会通过一种叫做进程调度的机制来决定哪个程序在什么时候使用 CPU。
当多个程序同时需要 CPU 时，操作系统会根据一定的算法，如优先级、时间片轮转等，来安排它们的执行顺序和时间，以保证系统的响应性和公平性。
内存管理也是操作系统的一项关键任务。
计算机的内存是有限的，而操作系统需要确保不同的程序能够安全、有效地使用内存。
它会为每个程序分配内存空间，并在程序不再需要时及时回收这些空间，以防止内存泄漏和浪费。
同时，操作系统还会采用虚拟内存技术，将部分硬盘空间作为内存的扩展，从而让计算机能够运行更大的程序。
除了硬件资源，操作系统还负责管理软件资源。
它提供了一个平台，让各种应用程序能够在上面运行。
操作系统会为应用程序提供一系列的服务和接口，例如文件系统、网络通信、图形用户界面等。
文件系统是操作系统用于管理存储在硬盘等存储设备上的文件和目录的机制。
它使得用户能够方便地创建、读取、写入、删除和组织文件。
用户可以通过直观的文件名和目录结构来访问和操作文件，而无需关心文件在物理存储设备上的具体位置和存储方式。
网络通信功能则让计算机能够与其他计算机进行数据交换和通信。
操作系统概念
操作系统概念操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，负责管理和控制计算机的硬件资源，并提供用户与计算机之间的接口。
本文将介绍操作系统的概念、组成和功能。
一、概念操作系统是一个软件系统，它是计算机硬件和其他软件之间的桥梁，为用户提供了一个友好的界面，使得用户可以方便地使用计算机。
二、组成操作系统由多个组件组成，包括内核（kernel）、文件系统、设备驱动程序等。
内核是操作系统的核心部分，它负责管理和分配计算机的资源。
文件系统是操作系统用于管理文件和存储设备的组件，它提供了对文件的访问和操作功能。
设备驱动程序是连接硬件设备和操作系统的重要环节，它负责将硬件设备的操作转化为操作系统能够理解的命令。
三、功能1. 管理资源：操作系统负责管理计算机的硬件资源，包括内存、处理器、磁盘等。
它通过分配和调度这些资源，使得多个程序可以同时运行，并且能够有序地访问和利用这些资源。
2. 提供界面：操作系统提供了用户与计算机之间的接口，使得用户可以通过命令行或图形界面与计算机进行交互。
用户可以通过操作系统来执行程序、访问文件、管理设备等。
3. 文件管理：操作系统负责管理计算机的文件系统，使得用户可以方便地存储、查找和操作文件。
它提供了文件的创建、删除、复制、移动等功能，同时还通过权限管理来保护文件的安全性。
4. 进程管理：操作系统管理着计算机上运行的各个进程。
它通过进程调度算法来决定哪些进程优先执行，确保计算机资源的高效利用。
操作系统还提供了进程间通信的机制，使不同进程之间能够相互协作。
5. 设备管理：操作系统管理计算机的硬件设备，包括输入输出设备、网络设备等。
它负责设备驱动程序的加载和管理，以及设备的分配和控制。
6. 安全性管理：操作系统通过访问控制和权限管理来确保计算机系统的安全性。
它对用户进行身份验证，控制用户的访问权限，并监控系统中的异常行为，防止未经授权的访问和恶意攻击。
7. 故障处理：操作系统负责检测和处理计算机系统中的各种故障和异常情况。
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实时系统：用于对处理器操作和数据流动有严格时间控制，分硬实时系统和软实时系统。硬实时系统保证关键任务按时完成。软实时系统保证关键任务的优先级要高于其他任务的优先级且在完成之前保持其高优先级
特点：系统分层采用模块化，简化了系统的设计和实现，每层都是利用较低层所提供的功能来实现的，但是对层的仔细认证的定义比较困难，与其他方法相比效率略差。
微内核：将所有非基本部分从内核中移走，并将它们实现为系统程序或用户程序，剩余部分即为微内核。
优点：便于扩充操作系统，具有更好的安全性和可靠性，操作系统很容易从一种硬件平台设计移植到另一种硬件平台设计。
1.操作系统：操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度以及方便用户的程序集合，并充当计算机硬件和计算机用户的中介，控制和协调各用户的应用程序对硬件的使用。
2.DMA（直接内存存取）
3.存储设备层次金字塔：寄存器、高速缓存、主存、电子磁盘、磁盘、光盘、磁带。（都是双向）
4.OS（操作系统）三种基本类型：批处理系统、分时系统、实时系统
批处理系统：脱机输入系统，批量送入执行，自动运行作业表
优点：节省作业装入时间
缺点：CPU经常空闲，人机交互性差
多道程序设计系统：同时在内存中驻留多个程序，当一个进程等待时，系统会自己切换到另一个进程执行。
优点：通过组织作业使CPU中总有一个作业可执行，充分利用CPU
缺点：引起作业调度，CPU调度和内存磁盘管理的问题
PCB：进程控制块，能感知进程的存在，是进程存在的唯一标识。包括许多与一个特定进程相关的相关信息。如进程状态，程序计数器，CPU寄存器，CPU调度信息，内存管理信息。
19.进程状态：
新的：进程正在被创建运行：指令正在被执行
等待：进程等待一定时间的出现就绪：进程等待分配给某个处理器
终止：进程已经完成执行
5.操作系统的主要设计目标：从用户方面，是为了方便用户使用；从系统方面，是为了保证计算机系统高效执行
6.操作系统是控制程序，控制程序管理用户，程序的执行和防止错误和计算机的使用不当
7.大型计算机系统：是最早的计算机系统，用于处理许多商业和科学应用。包括，批处理系统，多道程序设计系统，分时系统
8.各种系统的思想特点
14.API：一系列适用于应用程序管理员的函数
系统调用提供了操作系统的有效服务界面
15.I/O系统：一个包括缓冲、高速缓存和假脱机的内存管理部分。包括通用设备驱动器接口和特定硬件设备的较小，简单且功能有限
分层方法：将操作系统模块化，分成若干层，每层建立在较低层上。最底层为硬件，最高层使用用户接口。（操作系统分为八个模块：进程管理、内存管理、文件管理、输入/输出系统管理、二级存储管理、联网、保护系统、命令解释系统）
中期调度程序：也称为交换，将进程移出内存，因此降低了多道程序设计的程度，之后，进程能被重新调用并从中断处继续执行。分时系统，引入中期调度程序。
短期调度程序：从准备可执行的进程中选择进程，并为其分配CPU。
区别:选择进程的位置不一样。
执行频率上看，短期调度程序执行频率最高，中期次之，长期最低。
21.上下文切换：
20.调度程序：进程在其生命周期中会在各种调度队列之间进行迁移，进程选择是由相应的调度程序来完成的。
长期调度程序：从大容量存储设备的缓冲池中选择进程并将他们装入内存以执行。长期调度程序控制多道程序设计的程度，即内存的进程数量。创建进程的平均速度等于进城离开系统的平均速度。因此，长期调度程序需要在进程离开系统时才被唤起。由于每次执行之间的较长的时间间隔，长期调度程序能使更多的时间来选择执行进程。
b.寄存器传递参数块首地址
c.参数通过程序存放或压入堆栈中，并通过操作系统弹出堆栈
13.shell：命令解释程序，含于内核中，主要作用是获取并执行用户指定的下一条指令。
操作系统中最重要的服务是程序执行，即系统必须能将程序装入内存并运行程序。程序必须能结束执行，包括正常或不正常结束。友好且有用的用户设计界面不再是操作系统统管的功能
原因：在并行运行几个不同的执行环境（即不同的操作系统）时能共享相同的硬件
优点：在虚拟机环境中，不同的系统资源具有完全的保护；不存在安全问题；系统容易被调试，为运作体系提供了一个很好地平台，用于开发和研究的平台
18.进程：可并发执行程序在一个数据集合上运行过程。进程是程序的一次执行，是可开发的程序在一个数据集合上的运行过程。通常包括堆栈段和数据段。
将CPU切换到另一个进程需要保护当前进程的状态并回复另一进程的状态。
通过fork系统调用，创建一个新进程；对于新（子）进程，系统调用fork返回值为0，而对于父进程，返回值为子进程的进程标识符。
当进程完成执行最后的语句并使用系统调动exit（）请求操作系统删除自身时，进程终止。这时，进程可以返回状态值（通常为整数）到父进程（通过系统调用wait（））所有进程资源被操作系统释放。
缺点：要忍受系统功能总开销的增加而导致系统性能下降
17.虚拟机：单个计算机的硬件抽象为几个不同的执行部件。有的系统程序可以很容易的被应用程序调用，虽然系统程序比其他子程序的层次要高，但是应用程序还是可以将他们的一切下层当成硬件的一部分看做一个整体，这种分成方法自然而然的逻辑延伸为虚拟机的概念
功能：提供与基本硬件的相同的接口
11.硬件保护：
I/O保护：为防止用户执行非法I/O，可定义所有I/O指令为特权指令
内存保护：通过基址寄存器和界限寄存器来确定程序所能访问的合法地址空间并保护其他内存空间
CPU空间：使用定时器来防止用户程序运行的时间过长。作用：防止用户程序无限占用CPU
12.传递参数的三种方法：
a.通过寄存器来传递参数
9.多道程序设计和分时是现代操作系统的主题
10.双重模式操作分为用户模式和内核模式。
解决问题：保护资源不被非法使用，保护计算机的安全
特权指令：将能引起机器损害的指令成为特权指令，硬件仅允许在监督程序模式下执行
系统调用：用户与操作系统交互，从而请求系统执行一些只有操作系统才能做的指令，每个这样的请求都是由用户调用来执行特权指令的，这种请求称为系统调用