操作系统Word文件下载.docx

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1、程序执行:

能将程序装入内存并执行

2、I/O操作：

用户通过OS来和I/O设备通信

3、文件系统操作管理文件

4、通信

5、错误检测

6、资源分配

7、统计

8、保护

操作系统的作用

1、提供用户和计算机资源之间的接口

2、OS提供对计算机系统资源的管理

3、OS提供扩充机器

操作系统接口

1、命令接口

（1）联机用户接口

（2）脱机用户接口

2、程序接口

是用户程序在执行中访问系统资源而设置的，用户程序取得OS服务的唯一途径，由一组系统调用组成。

每一个系统调用是一个能完成特定功能的子程序。

（是向用户程序提供的接口）

3、图形接口

（二）操作系统的发展与分类

1.无操作系统的计算机人工—脱机

2.单道批处理

（1）单道：

内存仅有一道程序

（2）批处理：

系统监督程序控制下磁带里的一批作业

能一个接一个连续处理。

特点：

用户脱机使用CS，作业成批处理

3.多道批处理

多道批处理系统优缺点：

优点：

系统内多道程序并发执行

缺点：

交互能力差

4.分时系统

一台主机上连接了多个终端，同时允许多个用户共享主机资源

特征：

（1）多路性

（2）独立性

（3）及时性

（4）交互性

产生原因

（1）人机交互

（2）共享主机

（3）便于用户上机

5.实时系统

6.单用户操作系统

（1）单用户单任务pc—dos

（2）单用户多任务

7.多用户操作系统UNIX

（三）操作系统的运行环境二、进程管理

（一）进程与线程1.进程概念

程序的一次执行、有生命周期

2.进程的状态与转换进程的三个状态:

就绪、执行、阻塞

3.进程控制

/*PCB:

（processcontrolblock）是为了使进程并发执行而设置的

进程唯一标识符.通过每一个进程设置PCB使进程成为独立

调度单元*/

1.进程控制块PCB

2.进程的创建与终止

I.进程的创建

1）为新进程分配一个唯一的进程标识号,并申请一个空白PCB.

2）为进程分配空间.这包括进程映像中的所有元素,如程序段、数据段、用户栈及进程控制块等.

3）初始化进程控制块.

4）设置链接.如果os把每个调度队列保存成链表,则新进程必须放入就绪链表中.

5）创建或扩充其他数据结构.

II.进程终止

引起进程终止的事件:

正常结束;

异常结束,常见的异常事件:

越界错误、算术运算错误等

进程终止过程:

1）根据进程标识符,检索进程PCB,从中读出进程的状态.

2）若进程处于执行状态,立即中断该进程的执行,并等待以后重新进行调度.

3）若进程还有子进程,应将其所有子进程终止.

4）将进程所拥有的全部资源,归还给其父进程或操作系统.

5）将其PCB从所在链表中删除.

3.模式切换

4.进程切换

4.进程组织

（1）批处理系统中作业与进程的关系

（2）分时系统中作业与进程的关系

5.进程通信

（1）共享存储系统

（2）消息传递系统

（3）管道通信

6.线程概念与多线程模型

（二）处理机调度1.调度的基本概念

2.调度时机、切换与过程

3.调度的基本准则

（1）周转时间短

（2）响应时间快

（3）截止时间有保证

（4）优先权准则

4.调度方式

（1）高级调度（作业调度）

（2）中级调度（为了提高内存利用和系统吞吐量）

（3）低级调度（进程调度）

5.典型调度算法

（1）先来先服务调度算法（FCFS）

（2）短作业（短任务、短进程、短线程）优先调度算法（SJF）

（3）时间片轮转调度算法（RR）

（4）优先级调度算法

（5）高响应比优先调度算法

（6）多级反馈队列调度算法

（三）进程同步

/*原语:

要么全做,要么不做.实现特定功能的程序段,执行过程不可中断.当有一个在修改某信号量时,不能有其他进程同时进行修改*/

1.进程同步的基本概念2.实现临界区互斥的基本方法

/*临界区:

有关临界资源的代码区域*/

/*临界资源:

必须互斥访问的资源*/

软件实现方法

算法1:

若干进程轮流进入临界区,保证了每次只允许一个进程进入临界区.

但这样资源利用率不高

算法2:

每一个进程访问临界资源之前,先去查看临界资源是否正被访问,该进程需等待.否则才进入自己的临界区.

但这个违背了”忙则等待准则”.

算法3:

使要进入临界区的进程先设置其要求进入的标志,然后,在去查看其它进程的标志.

但如果想要利用临界资源的进程同时把各自的进入标志设为true.致使导致互相芒等.

算法4:

在算法1和算法3中的关键概念的基础上设置了一个turn变量.

硬件实现方法

3.信号量管程PV编成题

5.经典同步问题

生产者-消费者问题（利用记录型信号量）

（1）资源信号量empty,full

互斥信号量mutex

wait和signal必须成对出现

资源信号量empty和full也必须成对,但他们在不同的程序段中

先对资源进行wait,然后对互斥信号量进行wait

（2）利用and信号量swait（empty,mutex）signal（mutex,full）

读者-写者问题（利用记录型信号量）

Reader,writer互斥访问Wmutex

可同时多个读者进行读操作

但读者对Rmutex必须互斥访问

资源信号量readcount

读者优先

写者优先

哲学家进餐问题

（四）死锁1.死锁的概念

多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程将无法向前推进。

死锁产生的必要条件：

1）互斥条件

2）不剥夺条件

3）请求和保持条件

4）环路等待条件

2.死锁处理策略为使系统不发生死锁，必须设法破坏产生死锁的四个必要条件之一，或者允许死锁产生，但当死锁发生时能检测并能恢复。

（1）死锁预防

破坏产生死锁的四个必要条件之一.

1）破坏互斥条件难以实现

2）破坏不剥夺条件当一个进程申请新资源而未能得到满足时，系统强行剥夺以申请到并保持的资源。

3）破坏请求和保持条件进程如果未能分配到所需全部资源，则不开始运行。

4）破坏环路等待条件采用有序资源分配法。

系统将所有的资源按类型进行排队，并赋予不同的序号。

如打印机1号，磁盘为2号等。

所有进程对资源的请求

必须严格按资源序号递增的次序提出。

（2）死锁避免

1）系统安全状态

安全状态指系统中所有进程能够按照某个进程序列获得所需系统资源，顺序执行完毕。

如果，不存在这样序列则不安全。

2）银行家算法

基本思想：

操作系统按照银行家规定的规则给进程分配资源。

当进程首次申请资源时，要测试该进程对资源的最大需求量，如果系统现存的资源可以满足它的最大需求量

则按当前的申请量分配资源（说明第一次进程不是按照最大需求量申请的），否则，就推迟分配。

当进程在执行中继续申请资源时，先测试该进程以占用的资源数与本次申请的资源数是否超过了该进程对资源

的最大需求量。

若，超过则拒绝分配资源

若，没有超过则，再测试系统现存资源能否满足该进程尚需的最大资源量。

若，能，则按当前申请量分配资源。

若，不能，则等待。

（实际上是这样实现的：

如果系统现存资源能满足进程当前申请量，则试着分配给该进程所需资源。

并执行安全性算法，检查此次资源分配后，系统是否处于安全状态，如果安全，则正式分配资源。

否则，本次试探作废，并让该进程等待）。

安全性算法：

work……。

（3）死锁检测和解除

1）死锁分配图

2）死锁定理

3）死锁的解除

三、内存管理

（一）内存管理基础1.内存管理概念

（1）程序装入与链接

（2）逻辑地址与物理地址空间

（3）内存保护

（4）重定位:

程序地址空间中把逻辑地址变换为内存中物力地址的过程.

2.交换与覆盖

交换:

把作业从主存中换入换出.（但这并未给用户提供大于实际内存空间的逻

辑空间以供用户使用）

覆盖:

（本质是:

多个程序段共享相同内存区域）指一个作业的若干程序段,或几

个作业的某些部分轮流使用某一段存储空间.

3.连续分配管理方式

（1）单一连续分配

（2）分区分配

4.非连续分配管理方式

（1）分页管理方式页表映射

（2）分段管理方式

（3）段页式管理方式。

（二）虚拟内存管理1.虚拟内存基本概念2.请求分页管理方式

页表访问

3.页面置换算法

最佳置换算法（OPT）；

先进先出置换算法（FIFO）；

最近最少使用置换算法（LRU）；

时钟置换算法（CLOCK）。

4.页面分配策略5.抖动

抖动现象；

工作集。

6.请求分段管理方式7.请求段页式管理方式

四、文件管理目录管理的要求：

（1）按名存取

（2）提高对目录的检索速度

（3）文件共享

（4）允许文件重名

（一）文件系统基础1.文件概念

记录:

一组相关数据项的集合

关键字:

唯一地标示一个记录

文件:

一个具有符号名的一组相关联元素的有序序列

文件系统:

指OS中与文件管理有关的那部分软件和被管理的文件以及管理所

需要的一些数据结构的总体.

2.文件结构

文件的逻辑结构（从用户观点出发）

（1）有结构文件（记录式）

（2）无结构文件（流式）

文件的物理结构（文件的存储结构）

3.目录结构

文件控制块（FCB）

文件目录:

FCB的有续集

索引节点（文件目录存放在磁盘上）把文件名与文件描述信息分开

目录组织方式：

（1）单级目录结构

优点：

简单

缺点：

查找速度慢

不允许重名

不便于文件共享

（2）两级目录结构（为每一个用户建立一个单独的用户文件目录UFD）

在系统中建立一个主文件目录MFD

提高检索目录的速度

在不同的用户目录中，可用相同文件名

不同用户可用不同文件名访问文件中同一个共享文件

缺点

用户之间不便于文件共享

（3）树形目录结构（用户建立自己的子目录）

（4）图形目录结构

4.文件共享

（1）共享动机

（2）共享方式

（3）共享语义

5.文件保护

访问类型；

访问控制。

（二）文件系统实现1.文件系统层次结构2.目录实现3.文件实现（三）磁盘组织与管理1.磁盘的结构2.磁盘调度算法磁臂调度,旋转延时计算扇区,簇的概念

3.磁盘的管理磁盘空闲区管理,位示图

外存分配：

块：

每个扇区大小相当于一个盘块

五、输入输出（I/O）管理

（一）I/O管理概述1.I/O设备

1）I/O设备的类型

2）设备与设备控制器之间的接口（设备通过设备控制器与上一级通信,因此,在设备与设备与设备控制器之间应有接口）

该接口中有三种类型的信号

数据信号

控制信号

状态信息

2.I/O管理目标3.I/O管理功能4.I/O应用接口5.I/O控制方式（设备控制方式）

（二）I/O核心子系统1.I/O调度概念2.高速缓存与缓冲区3.设备分配与回收4.假脱机技术（SPOOLing）特别注意数据的路径.外围操作与CPU对数据的处理同时进行,把这种联机情况下实现的同时外围

操作称为SPOOLing或假脱机技术.

SPOOLing技术是用于将一台独占设备改造成共享设备的技术.

SPOOLing系统的组成:

输入井:

模拟脱机输入时的磁盘,用于收容I/O设备输入的数据

输出井:

模拟脱机输出时的磁盘,用于收容用户程序的输出数据

输入缓冲区和输出缓冲区

输入缓冲区:

用于暂存由输入设备送来的数据,以后在传送到输入井

输出缓冲区:

用于暂存从输出井送来的数据,以后再传送给输出设备

注意以上两个缓冲区的作用

输入进程SPi和输出进程SP0

输入进程SPi:

模拟脱机输入时的外围控制机,将用户要求的数据从

输入机,通过输入缓冲区再送到输入井.当CPU需要输入数据时,直接

从输入井读入内存（这里要注意,此时的内存是指内存中用户程序所

指定的用于存放数据的地方,而不是输入缓冲区）.

输出进程SP0:

模拟脱机输出时的外围控制机,把用户要求输出的数据,

先从内存送到输出井,待输出设备空闲时,再将输出井中的数据,经过

输出缓冲区送到输出设备上.

SPOOLing系统的特点

提高了I/O速度

将独占设备改造为共享设备

实现了虚拟设备功能

5.出错处理

五、输入输出（I/O）管理

（一）I/O管理概述1.I/O设备2.I/O管理目标3.I/O管理功能4.I/O应用接口5.I/O控制方式

（二）I/O核心子系统1.I/O调度概念2.高速缓存与缓冲区3.设备分配与回收4.假脱机技术（SPOOLing）特别注意数据的路径.

页式虚拟存储管理中,假设主存中驻留m个页帧,长为p的引用串中有n个不

同的页号,则缺页的上限为p（即每次访问一个页号,该页都不在主存）,缺页的下限为n

互斥同步问题

一、分清哪些是互斥问题,哪些是同步问题:

/*互斥访问临界资源的,只设置一个信号量*/

/*同步:

有前后执行顺序的.如从缓冲区中取数时必须等生产者放数据,有几类进程,就有几个信号量*/

/*pv必须成对出现*/

二、与经典同步问题比较

如:

生产者-消费者问题（利用记录型信号量）