自考操作系统概论笔记.docx

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自考操作系统概论笔记

一、操作系统概论

1、计算机系统：

硬件由中央解决器、存储器、输入输出控制系统、各种输入输出设备构成、软件由系统软件、支撑软件、应用软件构成；

2、操作系统：

是管理计算机系统资源、控制程序执行、改进人机界面和为应用软件提供支持一种系统软件；重要作用有：

1、管理计算机系统资源；2、为顾客提供以便使用接口；3、扩充硬件；

✧操作系统按功能分为：

解决器管理、存储管理、文献管理、设备管理；

✧操作系统类型：

批解决操作系统、分时操作系统、实时操作系统；

✧微机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统

3、解决器工作状态：

特权指令：

不容许顾客程序中直接执行指令称特权指令；

管态和目态：

能执行特权指令时称管态，否则称目态

4、程序状态字：

用来控制指令执行顺序并且保存和批示与程序关于系统状态，提成程序基本状态、中断码、中断屏蔽位三个某些；

操作系统与顾客程序接口：

系统调用　操作系统与顾客接口：

操作控制命令；

二、解决器管理

1、多道程序设计：

是指容许各种程序同步进入一种计算机系统主存储器并启动进行计算办法。

✧多道程序技术运营特性：

多道、宏观上并行、微观上串行。

✧多道程序设计不但提高了解决器运用率，并且减少了完毕计算所需总时间、从而提高了单位时间内算题能力，也提高了吞吐量。

2、进程概念：

把一种程序在一种数据集上一次执行称为一种进程。

✧为什么要引入进程：

1.提高资源运用率；2.对的描述程序执行状况

✧进程属性：

1.进程是动态，它包括了数据和运营在数据集上程序

2.各种进程可以具有相似程序

3.各种进程可以并发执行

4.进程有三种基本状态：

等待态、就绪态、运营态。

每个进程在执行过程中任一时刻当且仅当处在上述三种基本状态之一。

（运营态-等待态、等待态-就绪态、运营态-就绪态、就绪态-运营态）

✧进程三个特性：

动态性、并发性、异步性。

3、进程控制块：

是对进程进行管理和调度信息集合。

它包括四类信息：

标记信息、阐明信息、现场信息、管理信息。

✧原语：

操作系统中往往设计某些能完毕特定功能且不可中断过程，称为原语。

原语分为两类：

1.机器指令级：

其特点是执行期间不容许中断，是一种不可分割单位。

2.功能级：

其特点是作为原语程序段不容许并发执行。

✧用于进程控制原语有：

1.创立原语：

为一种程序分派一种工作区和建立一种进程控制块，并置该进程为就绪态；

2.撤销原语：

一种进程完毕工作后，收回它工作区和进程控制块；

3.阻塞原语：

进程运营过程中发生等待事件时，把进程改为等待态；

4.唤醒原语：

当进程等待事件发生时，把进程状态改为就绪态。

4、进程队列：

把处在相似状态进程链接在一起，称进程队列，由于进程控制块能标示进程存在和动态刻画进程特性，因而，进程队列可以用进程控制块链接来形成。

（两种链接方式：

单向和双向）

✧进程基本队列：

1.就绪队列：

由若干就绪进程按一定顺序链接起来队列；

2.等待队列：

把等待资源或等待某些事件进程排队队列。

✧出队：

一种进程从所在队列退出操作称为出队；

✧入队：

一种进程排入到一种指定队列称为入队；

✧队列管理：

系统中负责进程出队和入队工作称为队列管理。

5、中断与中断解决：

由于某些事件浮现，中断现行进程运营，而由操作系统去解决浮现事件，待恰当时候让被中断进程继续运营，这个过程称为中断。

而引起中断事件称为中断源。

对浮现事件进行解决程序称为中断解决程序。

✧中断事件类型：

一、逼迫性中断事件：

是由于外界因素迫使正在运营进程被打断，不是正在运营进程所期待，称为逼迫性中断事件。

断点也许发生在任何位置。

涉及如下事件：

●硬件故障中断：

它是由机器故障导致。

●程序中断：

是由于程序执行到某条机器指令时也许浮现各种问题而引起中断。

●外部中断：

这是由各种外部事件引起中断。

●输入/输出中断：

输入输出控制系统发现外围设备完毕了输入输出操作而引起中断，或在执行输入输出操作时通道或外围设备产生错误而引起中断。

二、自愿性中断事件：

表达正在运营进程对操作系统有某种需求，是正在运营进程所期待，称为自愿性中断事件。

在小型和微型计算机中称系统调用。

自愿中断断电是拟定。

涉及：

●访管中断：

它是正在运营进程为了祈求调用操作系统某个功能而执行一条访管指令而引起中断。

✧中断响应：

解决器没执行一条指令后，硬件中断装置及时检查有无中断事件发生，若有，则暂停现行进程执行，而让操作系统中断解决程序占用解决器，这一过程称中断响应。

中断响应过程中，中断装置三项工作：

●判断与否有中断事件发生；

●鉴别自愿性中断，只要检查操作码与否为访管指令即可；

●鉴别逼迫性中断，则要检查中断寄存器内容。

若为0则无中断，若非0则有中断发生，若有中断发生，保护断点信息。

✧程序状态字（PSW）：

每一种程序均有一种程序状态字来反映本程序执行状态，如基本状态、中断码和中断屏蔽位等内容。

✧程序状态字寄存器：

系统设立一种用来存储当前运营进程PSW寄存器。

✧三种PSW：

●当前PSW：

放在程序状态寄存器中断PSW是当前正在占用解决器进程PSW。

●新PSW：

中断解决程序PSW。

●旧PSW：

把保护好被中断进程PSW称为旧PSW。

●当浮现中断事件后，把被中断进程PSW保存为旧PSW，即完毕断点信息保护。

✧启动操作系统中断解决程序工作：

中断装置通过“互换PSW”过程完毕此项任务，即把浮现中断事件放到当前PSW中断码位置，然后当前PSW保存为旧PSW，再把操作系统中断解决程序新PSW送到程序状态字寄存器中，称为当前PSW。

✧中断解决：

中断解决程序对中断事件解决分两步：

第一步是保护好被中断进程现场信息，即把中断进程通用寄存器和控制寄存器内容以及被中断进程旧PSW保存起来，这些信息可以保存在被中断进程进程控制块。

第二步是依照旧PSW中批示中断事件进行详细解决。

✧各类中断事件解决原则：

多数状况下，中断解决程序只需做某些现场保护、分析事件性质等原则性解决，而详细解决可由恰当例行程序来完毕。

6、解决器调度：

解决器两级调度：

作业调度和进程调度。

✧在操作系统中，把磁盘上用来存储作业信息专业区域称为输入井，把在输入井中档待解决作业称为后备作业。

✧作业调度：

从输入井中选用后备作业装入主存储器工作称为作业调用。

（必要遵循一种必要条件：

即系统既有尚未分派资源可以满足被选作业资源规定）。

✧进程调度职责：

按选定进程调度算法从就绪队列中选取一种进程，让它占用解决器。

✧选取进程调度算法几种准则：

1.提高解决器运用率；2.增大吞吐量；3.减少等待时间；4.缩短响应时间。

✧作业调度算法：

设计算法是时考虑原则：

公平性、平衡资源使用、极大流量。

●先来先服务（FCFS）办法：

按照作业进入输入井先后顺序来挑选作业，先进入作业优先被挑选。

长处（具备一点公平性，容易实现。

）缺陷（也许使计算时间短作业周转时间很长，从而也增长了平均周转时间，减少了系统吞吐能力。

）

●短作业优先算法（SJF）：

对预测执行时间短作业（进程）优先分派解决器。

长处（改进平均周转时间和平均带权周转时间，缩短作业等待时间；提高系统吞吐量）。

缺陷（对长作业非常不利，也许长时间得不到执行；未能根据作业急迫限度来划分执行优先级；难以精确预计作业（进程）执行时间，从而影响调度性能。

）

●最高响应比优化法：

同步考虑每个作业等待时间长短和预计需要执行时间长短，从中选出响应比最高作业投入执行。

●优先级调度算法：

为每一种作业拟定一种优先级，优先级高作业优先被选用，当几种作业有相似优先级时，对这些具备相似优先级作业再按照先来先服务原则进行调度。

●均衡调度算法：

这种算法是依照作业对资源规定进行分类，作业调度轮流从不同作业中去挑选作业，尽量地使得不同资源作业同步执行。

✧进程切换：

一种进程让出解决器由另一种进程占用解决器过程称。

如下状况会引起进程切换：

1.一种进程从运营状态变成等待状态；2.一种进程从运营状态变成就绪状态；

3.一种进程从等待状态变成就绪状态；4.一种进程完毕工作后背撤销。

✧惯用进程调度算法有如下几种：

1.先来先服务调度算法：

按进程先进入就绪队列先后顺序选取可以占用解决器进程。

2.最高优先级调度算法：

进程调度总是让当时具备最高优先级进程先使用解决器。

（对于高优先级进程占用解决器两种对待方式：

非抢占式和可抢占式）

3.时间片轮转调度算法：

时间片是指容许进程一次占用解决器最长时间。

时间片轮转调度算法让就绪进程按就绪先后顺序排成队列，每次总选取该队列中第一种进程占用解决器，但规定只能使用一种时间片，如该进程尚未完毕，则排入队尾，等待下一种供它使用时间片。

（该算法经惯用于分时操作系统中）

7、线程概念：

又称轻型进程，线程是程序执行流最小单元。

一种线程由线程ID，当前指令指针，寄存器集合和堆栈构成。

线程有就绪、阻塞和运营三钟基本状态。

✧引入线程因素：

进程可以提高CPU运用率，进程之间切换是非常耗费资源和时间，为了能更进一步提高操作系统并发性，从而引进了线程。

✧线程属性：

1.同一进程中各线程驻留在分派给进程主存地址空间中，且共享该进程所有资源。

2.一种线程被创立后便开始了她生命周期,直到执行结束而终结。

线程在生命周期内会经历等待态、就绪态和运营态。

3.线程是解决器独立调度单位，各种线程可以并发执行。

4.不同线程可以执行相似解决程序，即一种服务程序被不同顾客调用时，操作系统为她们创立不同线程。

✧进程与线程主线区别是把进程作为资源分派单位，而线程是调度和执行单位。

每一种进程均有自己主存空间，但同一进程中各线程共享该进程主存空间，进程中所有线程对进程整个主存空间均有存取权限。

三、存储管理

1.计算机系统中存储器：

存储器可分为：

寄存器、主存储器和高速缓冲存储器、辅助存储器（涉及磁带、软盘、硬盘、光盘等）三个层次。

✧寄存器：

计算机中价格最昂贵存储器，它存取速度快，但容量小。

惯用有：

指令寄存器--用于存储当前从主存储器中读出指令；

通用寄存器--用于存储当前参加运算操作数、操作成果等；

控制寄存器--用于存储控制信息以保证程序对的执行和系统安全。

✧主存储器：

唯一可以由CPU直接访问存储器。

存储容量较大，存储速度也较快。

主存用于存储顾客当前需要执行程序和数据，以及操作系统进行控制和管理信息。

✧高速缓冲存储器：

速度快于主存，造价高于主存，存储容量不大。

用于存储经常被访问单元，以提高主存速度。

✧辅助存储器：

存储容量大，可用来长期存储信息，但解决器不能直接读/写辅助存储器，故速度较慢。

用于存储当前暂不参加运营程序和数据以及某些需要永久性保存信息。

2.重定位：

把逻辑地址转换称绝对地址工作称为重定位或者地址转换。

✧绝对地址：

主存储器以字节为编址单位，容量为n主存储器中，每个单元有唯一编号，从0到n-1，这个唯一编号就是主存储器绝对地址，与绝对地址相应主存空间称为物理地址空间。

✧逻辑地址：

在多道程序设计系统中，操作系统为了以便顾客，就容许每个顾客都以为自己作业程序和数据存储在地址是0开始持续空间中。

这样顾客程序中使用地址就是逻辑地址，与其相应存储空间称为逻辑地址空间。

✧静态重定位：

在装入一种作业时，把作业中指令地址和数据地址所有转换成绝对地址，由于地址转换工作是在作业执行前集中一次完毕，因此在作业执行过程中就无需再进行地址转换工作，这种定位方式称为静态重定位。

✧动态重定位：

在装入一种作业时，不进行地址转换，而是直接把作业装到分派主区域中。

在作业执行过程中，每当执行一条指令时都由硬件地址转换机构转换成绝对地址。

这种方式地址转换是在作业执行时动态完毕。

✧动态重定位由软件（操作系统）和硬件（地址转换机构）互相配合来实现，动态重定位系统支持“程序浮动”，而静态重定位则不能。

3.单顾客持续存储管理：

是一种最简朴存储管理方式。

在这种管理方式下，操作系统占了一某些主存空间，别的剩余主存空间都