操作系统知识点
2016-03-07 10:47:25 0 举报AI智能生成
操作系统知识
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大纲/内容
1.引论
1.1计算机系统概论
硬件结构
1运算器、2控制器、3存储器、4输入输出设备
CPU
工作周期
1.从内存中提取指令
2.指令译码
3.执行指令
寄存器
通用寄存器—存放关键变量和中间结果
专用寄存器
1.程序计数器
2.栈指针
3.PSW（程序状态字）
状态
核心态：执行OS程序，可执行所有指令，包括特权指令和非特权指令
用户态：执行用户程序，仅执行非特权指令
目的：保护操作系统程序，尤其内核部分，受到用户程序的损害
指令的种类
存储器
寄存器
高速缓存(Cache)
内存
磁盘、CD、DVD
磁带
I/O设备
组成
控制器——I/O设备的电子部分
设备——I/O设备的机械部分
控制方式
程序控制方式
程序中断方式
DMA方式等
总线
数据总线
地址总线
控制总线
1.2 什么是操作系统
定义
1.控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源
2.有效地控制组织多道程序的运行
3.提供用户与计算机之间的接口
主要功能
1．存储管理
内存分配
地址映射
内存保护
内存扩充
2．作业和进程管理
作业和进程调度（scheduler）
进程控制（states）
进程通信（关联进程间的关系）
3．设备管理
缓冲区管理
设备分配（共享与独占）
设备驱动（完成read/write）
设备无关性（又称设备独立性，面向用户）
4．文件管理
文件存储空间的管理（磁盘管理）
文件操作的一般管理
目录管理
文件的读写管理和存取控制
5．用户接口
命令行接口——如DOS
程序接口——系统调用
图形用户界面——如windows
操作系统地位
硬件
硬件指计算机物理装置本身，如处理器
软件
软件是相对硬件而言的，它是与数据处理操作有关的计算机程序、过程、规则和相关的文档资料的总称
分为应用、支撑、系统软件三种
计算机中，硬件配置称之为硬件平台，操作系统称之为软件平台（Platform）
1.3 操作系统的发展历程
形成
1．手工操作阶段（人工干预）
2．早期批处理阶段
联机—对作业处理是在CPU直接控制下进行
脱机—I/O管理不受主机控制,由卫星机实施
3．多道批处理系统——引入进程的概念
基本思想
在内存中同时存放多道程序
在管理程序的控制下交替地执行
这些作业共享CPU和系统中的其他资源
并发：多道程序的这种交替运行称做并发执行
吞吐量
在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量——称为系统吞吐量。多道程序设计技术使系统吞吐量增加
发展
分时系统、实时系统
动力
硬件技术更新
应用需求扩大
1.4 操作系统的类型
基本类型5类
多道批处理系统
1.作业Job
用户定义的、由计算机完成的工作单位（程序）
包括一组计算机程序、文件和对操作系统的控制语句。
利用作业控制语言（JCL）书写的作业控制语句标识一个作业，描述对操作系统的需求明确。
标识计算机程序的执行过程
2.流程
3.特点
多道
指内存中存放多个作业，并且在外存上存放大量的后备作业
成批
在运行过程中不允许用户和机器之间发生交互作用
优点
① 系统资源利用率高 ② 系统吞吐量大
缺点
① 用户作业的等待时间长 ② 交互能力差
分时系统
1．分时概念和分时系统的实现方法
分时——对CPU时间的共享
并发——计算机系统在同一时段
有两个或两个以上的活动发生，
并发的目的是提高计算机系统
的资源利用率。
分时系统：指若干并发程序对CPU时间的共享
时间片：分时系统每个并发程序分享的单位时间
2．分时系统的特征和优点
同时性
交互性
独立性
及时性
实时系统
1．实时系统的引入
实时系统是指具有实时特性，能够支持实时控制系统工作的操作系统
典型类型
过程控制系统
信息查询系统
事务处理系统
2．实时系统性能特征
交互性（高优先级程序或任务较好保证）
实时性（高优先级程序或任务保证响应时间）
可靠性（要求高，连续运行）
3．实现方式
硬实时系统
1.对时间严格约束。
2.保证关键任务按时完成。
软实时系统
1.对时间限制稍弱一些。
2.关键任务具有高优先权。
网络系统
计算机网络：多个计算机通过通信连接在一起进行数据通信和资源共享的计算机系统
计算机网络特征：分布性、自治性、互连性、可见性
网络操作系统功能：网络通信、资源管理、网络服务、网络管理
网络操作系统：客户机和服务器进行资源共享和信息交互的系统
网络操作系统工作模式
客户-服务器模式
提供数据和服务——服务器
发出服务和数据请求——客户机
对等模式
工作站作为客户和服务器的双重功能
分布式系统
1、分布式系统特征
分布式处理、模块化结构、利用信息通信实施整体控制
2、分布式系统设计目标(特性)
使用透明性
结构灵活性
可靠性
高性能
可扩充性
3、分布式操作系统
集中式操作系统。管理控制整个系统资源，支持远程进程通信
其他类型3类
PC机操作系统
1．单用户操作系统
MS-DOS
Windows XP
2．多用户操作系统
UNIX系统、LINUX系统
多处理器操作系统
多处理器系统有一个以上的处理器，
它们共享总线、时钟、内存和外设
多处理器系统主要优点
增加吞吐量
提高性能/价格比
提高可靠性
最常用的是对称多处理（SMP）系统
嵌入式操作系统
实现对家电、汽车、手机等设备的控制
一般规模较小
具有实时操作系统特点
操作系统和应用程序集成
1.5 操作系统的特征
并发：指两个或多个活动在同一时间段内进行
共享： 指计算机系统中的资源被多个进程所共用
不确定性：指系统中各个进程的各种事件发生顺序的不可预测性
1.6 操作系统的结构
1.6.1 整体系统
完全是面向过程的、无序的。
优点：模块间任意调用，耦合紧密，实现效率高。
缺点：结构关系不清晰，难修改，可靠性低。
1.6.2 层次式系统（如UNIX）
按照功能和相互关系对模块分层、单向调用
优点
① 结构关系清晰，提高系统的可靠性和安全性。
② 各层模块的功能明确，提高系统的可扩充性和可移植性。
③ 各层间具有单向依赖性，增强系统的可维护性。
④ 符合软件工程的思想，便于实施研制开发
缺点：层次划分困难，系统较大
1.6.3 虚拟机
一台物理机通过共享资源实现多个虚拟机
1.6.4 客户——服务器系统
微内核是操作系统的小核心，将各种操作系统共同需要的核心功能纳入其中
优点
① 精减核心的功能。
② 可移植性好。
③ 可伸缩性好。
④ 实时性好。
⑤ 提供多线程机制。
⑥ 系统安全性好
缺点：
消息传递机制较复杂,运行效率受影响
2.进程和线程
2.1 进 程 概 念
2.1.1 多道程序设计
顺序程序（单道程序）活动的特点
顺序性
封闭性
可再现性
子主题
2.2 进程的状态和组成
2.3 进程管理
2.4 线程
2.5 进程的同步和通信
2.6 经典进程同步问题
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