自考操作系統(tǒng)概論筆記

1、自考操作系統(tǒng)概論筆記一、操作系統(tǒng)概論1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件由中央處理器、存儲(chǔ)器輸入輸出控制系統(tǒng)、各種輸入輸出設(shè)備組成軟件由系統(tǒng)軟件、支撐軟件、應(yīng)用軟件組成；2、操作系統(tǒng)：是管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源、控制程序執(zhí)行、改進(jìn)人機(jī)界面和為應(yīng)用軟件提供支持的一種系統(tǒng)軟件；主要作用有：1、管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源；2、為用戶提供方便的使用接口； 3、擴(kuò)充硬件；操作系統(tǒng)按功能分為：處理器管理存儲(chǔ)管理、文件管理、設(shè)備管理；操作系統(tǒng)的類型：批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；微機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)3、處理器的工作狀態(tài)：指今：不允許用戶程序中直接執(zhí)行的指令稱特權(quán)指令； 管態(tài)和目態(tài)：能執(zhí)

2、行特權(quán)指令時(shí)稱管態(tài)，否則稱目態(tài)4、程序狀態(tài)字：用來控制指令執(zhí)行順序而且保留和指示與程序有關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)，分成程序基本狀態(tài) 中斷碼、中斷屏蔽位三個(gè) 部分；操作系統(tǒng)與用戶程序的接口：系統(tǒng)調(diào)用 操作系統(tǒng)與用戶的接口：操作控制命令； 二、處理器管理1、1、2、多道程序技術(shù)運(yùn)行的特征：多道、宏觀上并行、微觀上串行。多道程序設(shè)計(jì)不但提高了處理器的利用率，而且降低了完成計(jì)算所需的總時(shí)間、從而提高了單位時(shí)間內(nèi)的算題能力，也提高 了吞吐量進(jìn)程的概念：把一個(gè)程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集上的一次執(zhí)行稱為一個(gè)進(jìn)鼠為什么要引入進(jìn)程：1.提高資源的利用率；2.正確描述程序的執(zhí)行情況進(jìn)程的屬性：1.進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，它包含了數(shù)據(jù)和運(yùn)行在數(shù)據(jù)

3、集上的程序多個(gè)進(jìn)程能夠含有相同的程序多個(gè)進(jìn)程能夠并發(fā)執(zhí)行進(jìn)程有三種基本狀態(tài)：等待態(tài)、就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)。每個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過程中的任一時(shí)到當(dāng)且僅當(dāng)處于上述三種基本狀態(tài)之一.（運(yùn)行態(tài)-等待態(tài)、等待態(tài)-就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)-就緒態(tài)、 就緒態(tài)-運(yùn)行態(tài)）進(jìn)程的三個(gè)特性：動(dòng)態(tài)性 并發(fā)性 異步性3、進(jìn)程控制塊：是對(duì)進(jìn)程進(jìn)行管理和調(diào)度的信息集合。它包含四類信息：標(biāo)識(shí)信息、說明信息、現(xiàn)場(chǎng)信息、管理信息。原語(yǔ)：操作系統(tǒng)中往往設(shè)計(jì)一些能完成特定功能且不可中斷的過程，稱為原語(yǔ)。原語(yǔ)分為兩類：1.機(jī)器指令級(jí)：其特點(diǎn)是執(zhí)行期間不允許中斷，是一個(gè)不可分割的單位。功能級(jí)的：其特點(diǎn)是作為原語(yǔ)程序段不允許并發(fā)執(zhí)行.用于進(jìn)程控制的原語(yǔ)有：創(chuàng)立

4、原語(yǔ)：為一個(gè)程序分配一個(gè)工作區(qū)和建立一個(gè)進(jìn)程控制塊，并該進(jìn)程為就緒態(tài);撤銷原語(yǔ)：一個(gè)進(jìn)程完成工作后，收回它的工作區(qū)和進(jìn)程控制塊；阻塞原語(yǔ)：進(jìn)程運(yùn)行過程中發(fā)生等待事件時(shí)，把進(jìn)程改為等待態(tài)；喚醒原語(yǔ)：當(dāng)進(jìn)程等待事件發(fā)生時(shí)，把進(jìn)程的狀態(tài)改為就緒態(tài)4、進(jìn)程隊(duì)列：把處于相同狀態(tài)的進(jìn)程鏈接在一起，稱進(jìn)程隊(duì)列，由于進(jìn)程控制塊能標(biāo)示進(jìn)程的存在和動(dòng)態(tài)刻畫進(jìn)程的特性，因 此，進(jìn)程隊(duì)列能夠用進(jìn)程控制塊的鏈接來形成（兩種鏈接方式：?jiǎn)蜗蚝碗p向）進(jìn)程的基本隊(duì)列：1.就緒隊(duì)列：由若干就緒進(jìn)程按一定次序鏈接起來的隊(duì)列；等待隊(duì)列：把等待資源或等待某些事件的進(jìn)程排隊(duì)的隊(duì)列。出隊(duì)：一個(gè)進(jìn)程從所在的隊(duì)列退出的操作稱為出隊(duì)；入隊(duì)：一個(gè)

5、進(jìn)程排入到一個(gè)指定的隊(duì)列稱為入隊(duì)；隊(duì)列管理：系統(tǒng)中負(fù)責(zé)進(jìn)程出隊(duì)和入隊(duì)的工作稱為隊(duì)列管理。5、中斷與中斷處理：由于某些事件的出現(xiàn)，中止現(xiàn)行進(jìn)程的運(yùn)行，而由操作系統(tǒng)去處理出現(xiàn)的事件，待適當(dāng)?shù)臅r(shí)候讓被中止的資料僅供參考進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，這個(gè)過程稱為中斷。而引起中斷的事件稱為中斷源。對(duì)出現(xiàn)的事件進(jìn)行處理的程序稱為中斷處理程序 中斷事件的類型：一、強(qiáng)迫性中斷事件：是由于外界的原因迫使正在運(yùn)行的進(jìn)程被打斷，不是正在運(yùn)行的進(jìn)程所期待的，稱為強(qiáng)迫性中斷事件 斷點(diǎn)可能發(fā)生在任何位置.包括以下事件：硬件故障中斷：它是由機(jī)器故障造成的。程序中斷：是由于程序執(zhí)行到某條機(jī)器指令時(shí)可能出現(xiàn)的各種問題而引起的中斷。外部中斷：這

6、是由各種外部事件引起的中斷。輸入/輸出中斷：輸入輸出控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)外圍設(shè)備完成了輸入輸出操作而引起的中斷，或在執(zhí)行輸入輸出操作時(shí)通道或外圍 設(shè)備產(chǎn)生錯(cuò)誤而引起的中斷。二 自愿性中斷事件：表示正在運(yùn)行的進(jìn)程對(duì)操作系統(tǒng)有某種需求，是正在運(yùn)行的進(jìn)程所期待的，稱為自愿性中斷事件,在 小型和微型計(jì)算機(jī)中稱系統(tǒng)調(diào)用.自愿中斷的斷電是確定的.包括： 訪管中斷：它是正在運(yùn)行的進(jìn)程為了請(qǐng)求調(diào)用操作系統(tǒng)的某個(gè)功能而執(zhí)行一條訪管指令而引起的中斷 中斷響應(yīng)：處理器沒執(zhí)行一條指令后，硬件的中斷裝置立即檢查有無中斷事件發(fā)生，若有，則暫?，F(xiàn)行進(jìn)程的執(zhí)行，而讓操 作系統(tǒng)的中斷處理程序占用處理器，這一過程稱中斷響應(yīng).中斷響應(yīng)過程

7、中，中斷裝置的三項(xiàng)工作：判斷是否有中斷事件發(fā)生；判別自愿性中斷，只要檢查操作碼是否為訪管指令即可；判別強(qiáng)迫性中斷，則要檢查中斷寄存器的內(nèi)容.若為0則無中斷，若非0則有中斷發(fā)生，若有中斷發(fā)生，保護(hù)斷點(diǎn)信息.程序狀態(tài)字（PSW）:每一個(gè)程序都有一個(gè)程序狀態(tài)字來反映本程序的執(zhí)行狀態(tài)，加基本狀態(tài)、中斷碼和中斷屏蔽位等內(nèi)容.程序狀態(tài)字寄存器：系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)用來存放當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程的PSW的寄存器.三種PSW :當(dāng)前PSW :放在程序狀態(tài)寄存器中斷的PSW是當(dāng)前正在占用處理器的進(jìn)程的PSW.新PSW :中斷處理程序的PSW.舊PSW :把保護(hù)好的被中斷進(jìn)程的PSW稱為舊PSW.當(dāng)出現(xiàn)中斷事件后，把被中斷進(jìn)程的P

8、SW保存為舊PSW，即完成斷點(diǎn)信息保護(hù).啟動(dòng)操作系統(tǒng)的中斷處理程序工作：中斷裝置經(jīng)過“交換PSW程完成此任，即把出現(xiàn)的中斷事件放到當(dāng)前PSW 中斷碼位置，然后當(dāng)前PSW保存為舊PSW，再把操作系統(tǒng)中斷處理程序的新PSW送到程序狀態(tài)字寄存器中，稱為當(dāng)前 的 PSW.中斷處理：中斷處理程序?qū)χ袛嗍录奶幚矸謨刹剑旱谝徊绞潜Ｗo(hù)好被中斷進(jìn)程的現(xiàn)場(chǎng)信息，即把中斷進(jìn)程的通用寄存和 控制寄存器內(nèi)容以及被中斷進(jìn)程的舊PSW保存起來，這些信息能夠保存在被中斷進(jìn)程的進(jìn)程控制塊.第二步是根據(jù)舊PSW 中指示的中斷事件進(jìn)行具體處理.各類中斷事件的處理順：多數(shù)情況下，中斷處理程序只需做一些現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、分析事件性質(zhì)等原則性

9、的處理，而具體的處理 可由適當(dāng)?shù)睦谐绦騺硗瓿?、處理器調(diào)度：處理器的兩級(jí)調(diào)度：作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度。 在操作系統(tǒng)中，招磁盤上用來存放作業(yè)信息的專業(yè)區(qū)域稱為輸入井，把在輸入井中等待處理的作業(yè)稱為后備作業(yè).作業(yè)調(diào)度：從輸入井中選取后備作業(yè)裝入主存儲(chǔ)器的工作稱為作業(yè)調(diào)用.（必須遵循一個(gè)必要條件：即系統(tǒng)現(xiàn)有的尚未分配的資源能夠滿足被選作業(yè)的資源要求）進(jìn)程調(diào)度的職責(zé)：按選定的進(jìn)程調(diào)度算法從就緒隊(duì)列中選擇一個(gè)進(jìn)程，讓它占用處理器.選擇進(jìn)程調(diào)度算法的幾個(gè)準(zhǔn)則：1.提高處理器的利用率；2.增大吞吐量；3踏等待時(shí)間；4.縮短響應(yīng)時(shí)間.作業(yè)調(diào)度算法：設(shè)計(jì)算法是時(shí)考慮的原則：公平性、平衡資源使用、極大的流量.先來先

10、服務(wù)。$）方法：按照作業(yè)進(jìn)入輸入井的先后次序來挑選作業(yè)，先進(jìn)入的作業(yè)優(yōu)先被挑選,優(yōu)點(diǎn)（具有一點(diǎn)的公 平性，容易實(shí)現(xiàn).）缺點(diǎn)（可能使計(jì)算時(shí)間短的作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間很長(zhǎng)，從而也增加了平均周轉(zhuǎn)時(shí)間，降低了系統(tǒng)的吞吐能力。）短作業(yè)優(yōu)先算法（SJF）:對(duì)預(yù)計(jì)執(zhí)行時(shí)間短的作業(yè)（進(jìn)程）優(yōu)先分派處理器.優(yōu)點(diǎn)（改進(jìn)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間和平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時(shí)間， 縮短作業(yè)的等待時(shí)間；提高系統(tǒng)的吞吐量）。缺點(diǎn)（對(duì)長(zhǎng)作業(yè)非常不利，可能長(zhǎng)時(shí)間得不到執(zhí)行；未能依據(jù)作業(yè)的緊迫程度 來劃分執(zhí)行的優(yōu)先級(jí)；難以準(zhǔn)確估計(jì)作業(yè)（進(jìn)程）的執(zhí)行時(shí)間，從而影響調(diào)度的性能.）最高響應(yīng)比優(yōu)化法：同時(shí)考慮每個(gè)作業(yè)的等待時(shí)間長(zhǎng)短和估計(jì)需要的執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)短，從中選出響應(yīng)

11、比最高的作業(yè)投入執(zhí)行.優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法：為每一個(gè)作業(yè)確定一個(gè)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的作業(yè)優(yōu)先被選取，當(dāng)幾個(gè)作業(yè)有相同優(yōu)先級(jí)時(shí)，對(duì)這些具有相同優(yōu)先級(jí)的作業(yè)再按照先來先服務(wù)原則進(jìn)行調(diào)度 均衡調(diào)度算法：這種算法是根據(jù)作業(yè)對(duì)資源的要求進(jìn)行分類，作業(yè)調(diào)度輪流從不同的作業(yè)中去挑選作業(yè)，盡可能地使得不同 資源的作業(yè)同時(shí)執(zhí)行。進(jìn)程切換：一個(gè)進(jìn)程讓出處理器由另一個(gè)進(jìn)程占用處理器的過程稱以下情況會(huì)引起進(jìn)程切換：-個(gè)進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)變成等待狀態(tài)；2.個(gè)進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)變成就緒狀態(tài)；一個(gè)進(jìn)程從等待狀態(tài)變成就緒狀態(tài)；4.一個(gè)進(jìn)程完成工作后背撤銷常見的進(jìn)程調(diào)度算法有以下幾種：先來先服務(wù)調(diào)度算法：按進(jìn)程先進(jìn)入就緒隊(duì)列的先后次序選擇能夠

12、占用處理器的進(jìn)程。最高優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法：進(jìn)程調(diào)度總是讓當(dāng)時(shí)具有最高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程先使用處理器（對(duì)于高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程占用處理器的兩種對(duì) 待方式：非搶占式和可搶占式）時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法：時(shí)間片是指允許進(jìn)程一次占用處理的最長(zhǎng)時(shí)鼠時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法讓就緒進(jìn)程按就緒的先后次序排成隊(duì)列，每次總選擇該隊(duì)列中第一個(gè)進(jìn)程占用處理器，但規(guī)定只能使用一個(gè)時(shí)間片，如該進(jìn)程尚未完成，則排入隊(duì)尾，等待下一個(gè)供它使用的時(shí)間片。（該算法經(jīng)常見于分時(shí)操作系統(tǒng)中）7、線程的概念：又:7、線程的概念：又:稱輕型進(jìn)程，線程是程序執(zhí)行流的最小岫。一個(gè)線程由線程ID，當(dāng)前指令指針，寄存器集合和堆棧組成線程有就緒、阻塞和運(yùn)行三鐘基本狀態(tài)。 引入線

13、程的原因：進(jìn)程能夠提高CPU的利用率，進(jìn)程之間的切換是非常耗費(fèi)資源和時(shí)間的，為了能更進(jìn)一步的提高操作系 統(tǒng)的并發(fā)性，從而引進(jìn)了線程線程的屬性：同一進(jìn)程中的各線程駐留在分配給進(jìn)程的主存地址空間中，且共享該進(jìn)程的所有資源。一個(gè)線程被創(chuàng)立后便開始了她的生命周期，直到執(zhí)行結(jié)束而終止。線程在生命周期內(nèi)會(huì)經(jīng)歷等待態(tài)、就緒態(tài)和運(yùn)行態(tài).線程是處理器的獨(dú)立調(diào)度單位，多個(gè)線程能夠并發(fā)執(zhí)行。不同線程能夠執(zhí)行相同的處理程序，即一個(gè)服務(wù)程序被不同的用戶調(diào)用時(shí)，操作系統(tǒng)為她們創(chuàng)立不同的線程。進(jìn)程與線程的根本區(qū)別是把進(jìn)程作為資源分配單位，而線程是調(diào)度和執(zhí)行單位。每一個(gè)進(jìn)程都有自己的主存空間，但同一進(jìn) 程中的各線程共享該進(jìn)程

14、的主存空間，進(jìn)程中所有線程對(duì)進(jìn)程的整個(gè)主存空間都有存取權(quán)限。三存儲(chǔ)管理1.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)器可分為：寄存器、主存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器（包括磁帶、軟盤、硬盤、光盤 等）三個(gè)層次。寄存器：計(jì)算機(jī)中價(jià)格最昂貴的存儲(chǔ)器，它的存取速度快，但容量小。常見的有：指令寄存器-用于存放當(dāng)前從主存儲(chǔ)器中讀出的指令；通用寄存器-用于存放當(dāng)前參加運(yùn)算的操作數(shù)、操作結(jié)果等；控制寄存器-用于存放控制信息以保證程序的正確執(zhí)行和系統(tǒng)的安全。放經(jīng) 主存儲(chǔ)器：唯一能夠由CPU直接訪問的存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)容量較大，存儲(chǔ)速度也較快。主存用于存放用戶當(dāng)前需要執(zhí)行的程序 和數(shù)據(jù)，以及操作系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理的信息。放經(jīng)高速

15、緩沖存儲(chǔ)器：速度快于主存，造價(jià)高于主存，存儲(chǔ)容量不大。用于存放經(jīng)常被訪問的單元，以提高主存的速度。 輔助存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)容量大，可用來長(zhǎng)期存儲(chǔ)信息，但處理器不能直接讀/寫輔助存儲(chǔ)器，故速度較慢。用于存放當(dāng)前暫不參 與運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)以及一些需要永久性保存的信息。重定位：把邏輯地址轉(zhuǎn)換稱絕對(duì)地址的工作稱為重定位或者地址轉(zhuǎn)換. 絕對(duì)地址：主存儲(chǔ)器以字節(jié)為編址單位，容量為n的主存儲(chǔ)器中，每個(gè)單元有唯一的編號(hào)，從0到1，這個(gè)唯一的編號(hào)就 是主存儲(chǔ)器的絕對(duì)地址，與絕對(duì)地址對(duì)成的主存空間稱為物理地址空間邏輯地址：在多道程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)為了方便用戶，就允許每個(gè)用戶都認(rèn)為自己的作業(yè)的程序和數(shù)據(jù)存放在地址 是0開始的連續(xù)空間中這樣用戶程序中使用的地址就是邏輯地址，與其對(duì)成的存儲(chǔ)空間稱為邏輯地址空間.靜態(tài)重定位：在裝入一個(gè)作業(yè)時(shí)，把作業(yè)