操作系统根据复习提纲-整理文档格式.doc
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你用到的是操作系统提供的接口。
感觉上,程序似乎是运行在操作系统这一台“虚拟计算机”上。
5、操作系统的管理资源的三种方法(正确区分)
(1)资源复用:
解决物理资源数量不足的问题。
两种基本方法:
空分复用共享(内存、磁盘)和时分复用共享(CPU)
(2)资源虚化:
解决物理资源数量不足,提高操作系统用户服务的能力和水平。
(虚拟打印机)
(3)资源抽象:
处理系统的复杂性,重点解决资源的易用性。
(CPU->
进程,磁盘->
文件,显示器->
窗口,物理计算机->
虚拟机)
细化理解:
之一:
资源复用
既然资源不够,那就尽量实现共享
空分复用共享:
把资源细分成更小的单位,把这些单位分给各个进程使用
典型例子:
内存,磁盘
时分复用共享:
资源本身不能再分,那么可以把使用它的时间细分,把时间片分给各个进程,大家轮流用
典型:
CPU
之二:
资源虚化
这个技术源于以下的问题:
如果大家同时都要使用一种独占设备,怎么办?
比如多个用户同时请求打印服务
通俗地说,所谓虚化,就是创造出一种虚拟的资源,然后将若干个这种虚拟资源,对应于一种实际的真实资源,进程需要使用真实资源时,只需要使用这种虚拟资源即可,由操作系统来负责协调各个虚拟资源同时对真实资源的访问,进程无需关心竞争问题。
之三:
资源抽象
计算机的外围设备,如磁盘,内存等,都有对外的接口,但很难于直接使用,资源抽象就是为了解决这个问
思路:
对内封装实现细节,对外提供更方便的接口
做法:
创建软件来屏蔽硬件资源的物理特性和接口细节,简化对硬件操作、控制和使用,使程序员在编程序时,不需要了解硬件知识,而专心于问题的解决。
6、三种基础抽象方法(正确区分)
(1)进程抽象:
对于进入主存的当前运行的程序在CPU上的状态的一种抽象,包括处理器状态和内存状态
(2)虚存抽象:
物理内存被抽象成一种数组形式的虚拟主存,给进程造成独占整个主存的假象,由操作系统负责管理虚拟主存到真实物理内存的对应。
(3)文件抽象:
将磁盘、光盘的存储介质设备上存放的信息抽象为一个逻辑字节流,称为“文件”,用户通过创建、打开、读写、关闭等操作来控制文件,或者控制磁盘等的运行。
7、操作系统几大主要功能
1、处理器管理2、存储器管理3、设备管理
4、文件管理5、网络与通信管理6、提供用户接口
8、三种基本的操作系统类型、他们各自使用于什么地方
(1)批处理操作系统适合处理一些事先安排好步骤,无需人工干预,而执行时间长的工作(计算大型的微分方程)
(2)分时操作系统允许多个用户同时连接到操作系统上,进行交互式访问(以时间片形式分给每个用户的每个进程)
(3)实时操作系统有一些应用场合,操作系统在运行时,需要及时快速地响应来自外界的请求,对外部事件和数据,需要进行快速处理并及时给予回应(飞机自动驾驶系统,导弹自动控制系统,银行业务处理系统等)
注:
除了以上三种基本的类型外,还可以有下面一些类型:
微机操作系统:
如DOS,Windows,Linux等
网络操作系统:
如Unix,NetWare,WindowsNT等
9、系统调用的概念、作用,特别理解它是内核对外的唯一接口
(1)概念:
给编程使用的接口
(2)作用:
①内核可以基于权限和规则对资源访问进行裁决,保证系统的安全性②对资源进行抽象,提供一致性接口,避免用户在使用资源时发生错误,且使编程效率提高。
PS:
系统调用是应用程序获得操作系统服务的唯一途径
11、API、库函数与系统调用
系统调用尽管已经对内核服务进行了一定的抽象,但还是很难用,需要对其进一步的包装。
API(ApplicationProgramInterface)是一个函数定义,说明如何获得给定的服务。
库函数与API的概念差不多,都是提供经过包装的、更好用的接口,来为程序员编写程序提供方便
库函数和API中,可以是对系统调用的包装,也可以是对其他非系统调用的函数的包装。
第二章处理器管理
1、处理器管理的内容
处理器管理的主要任务是对处理器进行分配,并对其进行有效的控制和管理。
在现代操作系统中,处理器的分配和运行都是以进程为基本单位的,因而对处理器的管理也可以视为对进程的管理。
(程是程序的一次执行)
2、理解处理器管理在操作系统中的核心地位
(1)处理器管理是操作系统中最核心的部分,因为它管理的也是计算机中最重要的硬件
(2)处理器管理负责管理、调度和分配处理器,并控制程序的执行。
(3)处理器管理的优劣直接影响系统的性能
(4)操作系统中最重要的是处理器管理
(5)处理器管理中最重要的是处理器调度
3、特权指令与非特权指令
特权指令:
仅供内核使用的指令(启动设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、清空主存、建立存储键、加载PSW等敏感性操作)
非特权指令:
非特权指令,是指可以被应用程序使用的一些指令,当然内核也可以使用PS:
如果应用程序执行特权指令,会导致非法执行而产生保护中断,继而转向操作系统的“用户非法执行特权指令”的异常处理程序进行处理
4、处理器状态:
核心态、用户态,它们之间的切换,尤其是用户态如何转为核心态
核心态(管态):
运行在内核上,可以执行所有指令,可以访问所有内存与其他资源,可以改变处理器状态
用户态(目态):
运行在一般应用程序上,只能执行非特权指令,只能访问属于该进程的内存和其他资源,不能改变处理器状态,除非采用特定的方式
它们之间的切换(从用户态到核心态):
(1)程序请求操作系统的服务,执行系统调用。
(2)程序运行时,产生中断或异常事件,运行程序被中断,转向中断处理程序或异常处理程序工作。
PS:
通过中断机制发生,是用户态到核心态的仅有途径。
5、PSW(程序状态字)里面装了什么(系统不一,内容各异)?
PSW用来指示处理器状态,控制指令的执行顺序,并且保留和指示与运行程序有关的各种信息,主要作用是实现程序状态的保护和恢复。
每个正在执行的程序都有一个与其当前状态相关的PSW,而每个处理器都设置一个硬件的PSW寄存器,一个程序占用处理器执行时,其PSW将占用硬件PSW寄存器。
6、中断的概念
在程序执行过程中,遇到急需处理的事件时,暂停中止现行程序在CPU上的运行,转而执行相应的事件处理程序,待处理完成后再返回断点或调度其他执行程序。
7、中断的分类(按事件的来源和实现的手段)
硬中断:
由硬件发给CPU的中断
(1)外中断(中断、异步中断),来自处理器之外的硬件产生的中断信号(键盘中断,设
备中断)
①可屏蔽中断
②不可屏蔽中断:
紧急情况,不可忽略,须立即处理
(2)内中断(异常、同步中断),来自处理器内部的硬件产生的中断。
不可屏蔽,一旦出
现须立即响应,进行处理
①访管中断:
由执行系统调用而引起
②硬件故障中断:
电源失效、协处理器错误、奇偶校验错误等
③程序性异常:
非法操作、地址越界、页面故障、调试指令等
软中断:
由软件发给软件的中断
(1)信号:
用于内核或进程,对某个进程的中断
(2)软件中断:
用于硬中断服务程序对内核的中断
8、为何外部中断有些可屏蔽,而异常都不可屏蔽*
有一些中断,是比较紧急的情况,是不可以忽略的,CPU在收到这些中断信号后,必须马上进行处理,否则会引起系统的问题,这些就是不可屏蔽中断。
9、异常的几种处理方式
①故障(Fault):
发生问题处理完毕后,再执行一次原来的指令
②陷阱(Trap):
执行特定的调试指令时触发,被调试的进程遇到所设置的断点处会暂
停等待
③终止(Abort):
某些错误发生后,无法恢复,不会返回原进程,有时甚至需要重启
计算机
④编程异常(ProgrammedException):
用于实现系统调用
总结:
故障发生后,处理完毕后将原来引发故障的指令再执行一遍
陷阱与编程异常发生后,处理完毕之后,执行原指令的下一条指令
终止则不再返回原来的指令。
11、中断处理的一般过程
是指CPU在正常运行程序时,由于内部/外部事件或由程序预先安排的事件,引起CPU暂时停止正在运行的程序,转到为该内部/外部事件或预先安排的事件服务的程序中去,服务完毕,再返回去继续运行被暂时中断的程序,这个过程称为中断。
12、时钟中断及其作用(主要的两大作用)
时钟是内核进行调度工作的重要工具,利用定时器能够确保内核可以获得控制权
(1)规定时间内,内核可以获得CPU控制权
(2)获取时间
13、进程的概念,进程包括哪些东西(代码,数据,管理结构)
进程是可并发执行的程序在某个数据集合上的一次计算活动,也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。
控制块:
存储进程的标志信息,现场信息和控制信息,每一个进程分配一个进程控制块程序块:
组成程序的代码集合
数据块:
全局数据
栈:
用来管理函数调用关系的结构
(通俗讲:
进程就是一个正在执行的程序)
14、进程与程序的区别与联系(为什么要引入进程)
程序:
存放在磁盘上的文件
进程:
运行着的程序实例,包括代码,数据,信号,栈等多种信息
在多道程序设计之下,原来的“程序”概念已经不能用来描述这时候的情况了,程序只是一个静态的概念,而进程是一个动态的概念
15、进程的几种状态,它们之间的转换(尤其注意,不存在从阻塞态到运行态的转换)
(1)运行态(running):
满足运行条件、占;
(2)就绪态(ready):
满足运行条件、不占有;
(3)等待态(wait):
不满足运行条件、不占有;
为了便于管理,特意加了:
;
新建态(new)和终止态(exit),描述进程刚;
挂起态(suspend),指暂时把进程换到磁盘缓;
(1)就绪→执行;
处于就绪状态的进程,当进程调度分配了处理机后,该;
(2)执行→就绪
满足运行条件、占有CPU
满足运行条件、不占有CPU(等待被调度)
不满足运行条件、不占有CPU,也叫睡眠,阻塞
新建态(new)和终止态(exit),描述进程刚创建和结束时候的两种状态
挂起态(suspend),指暂时把进程换到磁盘缓冲区内
(1)就绪→执行
处于就绪状态的进程,当进程调度分配了处理机后,该进程便由就绪状态转变成执行状态。
(2)执行→就绪
处于执行状态的进程在其执行过程中,因分配给它的一个时间片而不得不让出处理机,于是进程从执行状态转变成就绪状态。
(3)执行→阻塞
正在执行的进程因等待某种事件发生而无法继续执行时,便从执行状态变成阻塞状态。
(4)阻塞→就绪
处于阻塞状态的进程,若其等待的事件已经发生,于是进程由阻塞状态转变为就绪状态。
16、进程的三种上下文
(1)用户级上下文(userlevelcontex):
进程自己的代码、数据、栈等
(2)