计算机操作系统
2021-01-12 19:13:32 0 举报AI智能生成
计算机操作系统概述
作者其他创作
大纲/内容
内存管理
程序执行过程
编译、链接、装入
逻辑地址和物理地址
扩充内存
覆盖与交换
连续分配
单一连续分配
固定分区分配
动态分区分配
非连续分配
页式存储管理
段式存储管理
段页式存储管理
虚拟内存
概念
请求分页
概论
概念
特征
并发
共享
虚拟
异步
目标和功能
计算机系统资源的管理者
用户与计算机系统之间的接口
命令接口
程序接口（GUI）
扩充机器
发展
手工操作阶段
缺：人机速度矛盾
批处理阶段
单道批处理（引入脱机输入输出技术）
多道批处理（操作系统开始出现）
优：多道程序并发执行，资源利用率高
缺：不提供人机交互
分时操作系统
优：提供人机交互
缺：不能优先处理紧急任务
实时操作系统
硬实时
软实时
优：能优先处理紧急任务
网络操作系统
分布式操作系统
个人计算机操作系统
运行环境
运行机制
内核态→用户态
一条修改PSW的特权指令
用户态→内核态
由“中断”引起，硬件自动完成
中断(Interruption)和异常(Exception)
内中断（异常、例外）
陷阱、陷入(trap)
故障(fault)
终止(abort)
外中断（中断）
时钟中断
I/O中断请求
系统调用
体系结构
大内核/单内核/宏内核
微内核
进程管理
进程
概念：是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个基本单位
组成
PCB（进程控制块，唯一标志）
进程描述信息
进程控制和管理信息
资源分配清单
处理机相关信息
程序段
数据段
特征
动态性
进程的最基本特征
并发性
独立性
进程能独立运行、独立获得资源、独立接受调度的基本单位
异步性
结构性
状态：创建、就绪、运行、阻塞、结束
控制：创建、终止、阻塞和唤醒、切换
通信
共享存储
互斥访问
管道通信
一个管道只能实现半双工通信
写满时，不能再写；读空时，不能再读
没写满，不能读；没读空，不能写
消息传递
线程
概念
与进程的比较
调度：线程是独立调度的基本单位；进程是拥有资源的基本单位，线程不拥有资源（一点必不可少的资源）
并发性：引入线程后，使操作系统具有更好的并发性，提高了系统的吞吐量
系统开销：进程的创建和销毁所付出的开销远大于创建和撤销线程的开销
属性
线程是处理机调度的单位
多CPU计算机中，各个线程可占用不同的CPU
每个线程都有一个线程 ID、线程控制块（TCB）
线程也有就绪、阻塞、运行三种基本状态
线程几乎不拥有系统资源
同一进程的不同线程间共享进程的资源
由于共享内存地址空间，同一进程中的线程间通信甚至无需系统干预
同一进程中的线程切换，不会引起进程切换
不同进程中的线程切换，会引起进程切换
切换同进程内的线程，系统开销很小
切换进程，系统开销较大
线程的实现方式
用户级线程（User-Level Thread, ULT）
内核级线程（Kernel-Level Thread, KLT）
处理机调度
概念、三级调度：高级（作业调度）、中级（内存调度）、低级（进程调度）
调度方式：剥夺式、非剥夺式
调度准则：CPU利用率、系统吞吐量、周转时间、等待时间、响应时间
算法：【批处理→】先来先服务（FCFS）、短作业（SJF）优先、高响应比优先；【交互式→】优先级、时间片轮转、多级反馈队列
进程同步
概念：临界资源、同步、互斥
互斥实现方法
软件实现：单标志法、双标志先(后)检查、Peterson's Algorithm
硬件实现：中断屏蔽、TestAndSet指令、Swap指令
信号量：整型、记录型
经典问题：生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家进餐问题、吸烟者问题
死锁
定义
原因：系统资源竞争、进程推进顺序非法
必要条件：互斥、不剥夺、请求并保持、循环等待
策略
死锁预防
破坏死锁的四个必要条件之一即可
避免死锁
银行家算法
死锁的检测与解除
检测
依次消除与不阻塞进程相连的边，直到无边可消
若资源分配图不可完全简化，说明发生了死锁
解除
资源剥夺法
撤销进程法
进程回退法
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