邢易成 计算机操作系统章节重点

1、绪论虚拟机：经过操作系统提供的资源管理功能和方便用户的各种服务功能把裸机改造成卫功能更强、使用更为方便的机器。操作系统：是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理的组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个具有足够的功能、使用方便、可扩展、安全和可管理的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。操作系统的类型：1、批处理操作系统。2、分时操作系统。3、实时操作系统。4、个人计算机操作系统。5、网络操作系统。6、分布式操作系统。多道程序运行：按多道程序设计的调度原则，从一批后备作业中选取多道作业调入内存并组织它们

2、运行，成为多批道处理。一般讲，多重处理系统配置多个CPU，因而能真正同时执行多道程序。当然，要想有效地使用多重处理系统，必须采用多道程序设计技术。反之不然，多道程序设计原则不一定要求又多重处理系统的支持。多重处理系统比起单处理系统来说，虽然增加了硬件设计设施，却还来了提高系统吞吐量、可靠性、计算能力和并行处理能力等好处。操作系统的基本功能：1、处理机管理。2、存储管理。3、设备管理。4、信息管理。5、信息管理。6、用户接口。用户界面作业：在一次应用业务处理过程中，从输入开始道输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作。作业步：是在一个作业的处理过程中计算机所做的相对独立的工作。系

3、统通过作业说明书控制文件形式的程序和数据，使之执行和操作。而且，在批处理系统中，作业是抢占内存的基本单位。作业由程序、数据、和作业说明书组成。一个作业可以包含多个数据集，但必须至少包含一个程序。否则将不成为作业。作业说明书则体现用户的控制意图。由作业说明书在系统中生成一个称为作业控制块（JCB）的表格。该表格登记该作业所要求的资源情况、预计执行时间和执行优先级等，从而操作系统通过该表了解到作业要求，并分配资源和控制作业中程序和数据的编译、链接、装入和执行等。作业说明书主要包含三方面内容，即作业的基本描述、作业控制描述和资源要求描述。作业基本描述包括用户名、作业名、使用的编辑语名、允许的最大处理

4、时间等。而作业控制描述则大致包括扩作业在执行过程中的控制方式o 作业说明书是用户用作业控制语言书写的；体现了用户的控制意图。其内容包括作业基本信息、控制信息、资源需求信息的描述。o 作业控制块是系统根据作业说明书在系统中生成的一张表格；该表格登记作业所需的资源情况，预计执行的时间和执行的优先级等；从而，操作系统通过该表格了解到作业的要求，并为其分配资源和控制作业中的程序和数据的编译、连接、装入和执行。系统调用：是操作系统提供给编程人员的唯一接口。编程人员利用系统调用，在源程序一级动态请求和释放资源，调用系统中已有的系统功能来完成那些与机器硬件部分相关的工作以及控制程序的执行的速度等。处理机执行

5、系统调用的过程：用户程序（目态）-（中断转管）处理机执行系统程序（管态）-返回用户程序（目态）。 处理机在PSW（program status word程序状态字）中记录这一状态。由此可以看到系统调用与库函数和实用子程序的区别：系统调用在核心态(管态)执行，调用它需要一个中断处理机构来提供服务。库函数和实用子程序则在用户态执行，不需要一个中断处理机构来提供服务。实际上系统调用语句本身是硬件提供的（机器指令），但其所调用的功能是操作系统提供的。每种机器的机器指令集中都有一条系统调用指令。 通道：它是一个独立于主机的专管输入/输出的处理机，它控制外设或外存与内存之间的信息交换。它有自己的通道命令，

6、以驱动外设进行读写操作。操作系统为用户提供两种接口： 命令接口；系统调用进程管理程序的并发执行: 是为了增强计算机系统的处理能力和提高资源利用率所采取的一种同时操作技术。程序的并发执行分两种：1、是多道程序系统的程序执行环境变化所引起的多道程序的并发执行。2、是在某道程序的几个程序段中，包含着一部分可以同时执行或顺序颠倒执行的代码。进程：并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位。进程和程序的区别与联系：1、进程是一个动态概念，而程序是一个静态概念。2、进程具有并发特征，而程序没有。3、进程是竞争计算机系统资源的基本单位，从而其并发性受到系统自己的制约。4、不同的进程可以包含同一程序，

7、只要该程序所对应的数据集不同。一个程序可以对应一个进程或多个进程，一个进程可以对应一个程序，或者一段程序 进程的状态及其变迁（P48页和课件）临界区：把不允许多个并发进程交叉执行的一段程序称为临界区。临界取是由属于不同并发进程的程序共享公用数据或公用数据变量而引起的。互斥的定义：不允许两个以上的共享某一公有资源的并发进程同时进入临界区称为互斥同步：把异步环境下的一组并发进程，因直接制约而互相发送消息而进行互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程称为进程间的同步。死锁（deadlock）概念可以描述为，多个进程因为竞争资源（原因），或执行时推进的顺序不当，或相互通信而永久阻塞现象，如

8、果没有外力作用，这种现象将永远保持下去。死锁：是指各并发进程互相等待对方所拥有的资源，且这些并发进程在得到对方的资源之前不会释放自己所拥有的资源，从而造成大家都想得到资源而又得不到资源，各并发进程不能继续向前推进的状态。产生死锁的必要条件：1、互斥条件。2、不剥夺条件。3、部分分配。4、环路条件。按照解决死锁的时机不同，可以分为三大类：1、预防死锁：进程申请资源必须遵循某些预先制定的限制条件，以破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或几个，防止死锁发生。该方法严格限制了系统资源的分配和使用，会降低系统资源的利用率。2. 避免死锁 ： 当进程申请资源时，需要首先判断（预测），如果满足这次资源的请求是

9、否会导致死锁，可能导致死锁的资源请求将会被拒绝，让请求资源进程的进程阻塞等待，直到其所需的资源可分配为止。该方法并不严格限制产生死锁的四个必要条件，以提高系统资源的利用率。3.死锁的检测与恢复：当进程申请资源时，不进行任何限制，即允许死锁发生。但，要求系统定期或者不定期检测是否有死锁发生。当检测到死锁时，再力求解除死锁。实践证明，该方法可进一步提高资源利用率处理机调度作业调度：又称宏观调度或高级调度。其主要任务是按一定的原则对外存输入井上的大量后备作业进行选择，给选出的作业分配内存、输入输出设备等必要的资源，并建立相应的根进程，以使该作业的进程获得竞争处理机的权力。进程调度：又称微观调度或低级

10、调度。其主要任务是按照某种策略和方法选取一个处于就绪状态的进程占用处理机。作业与进程之间的关系：作业可看作是用户向计算机提交任务的任务实体，反过来，进程则是计算机为了完成用户任务实体而设置的执行实体，是系统分配资源的基本单位。一个作业总是由一个以上的进程组成。作业分解为进程；首先，系统必须为一个作业创建一个根进程。然后，在执行作业控制语句时，根据任务的要求，系统或根进程为其创建相应的子进程，然后，为各子进程分配资源和调度各子进程执行以完成作业要求的任务。作业调度的功能：1、记录系统中各作业的状况，包括执行阶段的有关情况。2、从后备队列中挑选出一部分作业投入执行。3、为被选中作业做好执行前的准备

11、工作。4、在作业执行结束时做善后处理工作。作业调度的几种算法（先来先服务，短作业优先，最高响应比优先看书）进程调度的功能：1、记录系统中所有进程的执行情况。2、选择占有处理机的进程。3、执行进程上下文切换。进程调度的几种算法（先来先服务，轮转法，优先级法看书）周转时间，带权周转时间，响应时间看书。存储器管理虚拟存储器：将进程中的目标代码、数据等的虚拟地址组成的虚拟空间称为虚拟存储器。地址重定位（地址映射）：将虚拟地址映射为内存地址的问题，称为地址重定位或地址映射静态地址重定位：是在虚拟空间程序执行之前由装配程序完成地址映射工作。优点是不需要硬件支持。动态地址重定位：是在程序执行过程中，在CPU

12、访问内存之前，将要访问的程序或数据地址转换成内存地址。动态重定位依靠硬件地址变换机构完成。覆盖技术：程序分若干个独立的功能段，按照程序的逻辑结构让那些不会同时执行的程序段共享一块存储区。即把未被执行的程序段放在外存，当有关程序段的先头程序执行完，再把后续的程序段调入，覆盖前面的程序段。使用户看起来，好象内存扩大了。交换技术(如右图)：把那些在内存中处于等待状态的进程调出内存，而把那些等待事件已发生，处于就绪状态的进程换入内存。把整个内存划分为若干大小不等的区域，操作系统占用一个区域，其它区域供系统中的多个进程共享，这种方法称为分区存储管理。这是最简单的一种存储管理,按分区划分的时机可分为：固定

13、分区分配动态分区分配动态分区分配的算法：经分析可知：最佳适应法对这个作业序列是合适的，而其它算法对该作业序列是不合适的。页式管理的思想 ：作业分若干个相等的“页”，内存分成相等的“块”，使“页”的大小等于“块”。以“页”为单位，将作业的“页”装入内存的“块”中。特点：可以不连续地使用内存； 实现内外统一管理分页管理的地址结构：系统从一维的逻辑地址分出页，地址的高位部分定义成页号，低位部分定义成页内位移量。 静态页面管理的思想：作业/进程开始执行前，把作业/进程的程序和数据全部装入内存的“块”中；通过地址变换机构实现了虚拟地址到内存物理地址的地址映射。地址变换（P126）例：执行指令load 1

14、,2500的过程。进程运行时将页表的起始地址、长度写入控制寄存器。CPU执行到指令load 1,2500时，将逻辑地址2500分解为p=2（页面地址），w=452（位移量或页内地址）。查页表，找到“页”2所对应的“块”号为8。将“块”号8与位移量w=452并接，形成访问内存的绝对地址：8号1024/块+452=8644从8644号单元中取出数据送寄存器1。优：解决了碎片多的问题，管理简单。劣：取一个数据或指令要两次以上访问内存：一次访问页表以确定所取数据或指令的地址；另一次是根据这个地址去取数据或指令。一次性调入，受内存可用“块”的限制。动态页面管理的思想：1.动态页面管理分两类：预调入式和请

15、求调入式。 淘汰算法 随机淘汰算法（random glongram）：随机地选择某个用户的页面将其淘汰。轮转法（round robin）:轮流换出内存可用区的页面先进先出（FIFO-first input first output）：为调入内存的每一页，以递增方式标明调入顺序，淘汰时选择次序值最小的那一页。特点：效率不高，存在异常现象-Relady现象。最近最少使用（LRU-least frequently used）:在发生本次缺页中断之前的最近一段时间内少被使用，在最近的将来被使用的可能性最小，所以可以淘汰。实现：在页表中增设访问计数器，每访问过一次计数器加1，计数值小的页面被淘汰。段式管

16、理的思想 ：段是作业中具有特定意义的程序或数据模块。 作业按内容或过程（函数）关系分段，每段用自己的段名标识。每个段是一个首地址为零的连续线性空间。 内存空间以段为单位划分分区。将作业的“段”装入内存的“分区”中。 通过地址映射机构，将“段”地址映射成内存的物理地址。 段式管理的地址结构：维的逻辑地址。地址的高位部分定义成段号，低位部分定义成段内地址。作业/进程运行时管理程序将段表的起始地址写入段表地址寄存器。CPU执行到指令load 1, a|120指令时，通过段号1查段表。从段表中取出该段起始地址3400。将该段起始地址3400 与指令中的段内地址相加：3400+120=3520形成访问内

17、存的绝对地址。从3520号单元中取出数据送寄存器1。取一个数据或指令要两次以上访问内存：一次访问段表以确定所取数据或指令的地址；另一次是根据这个地址去取数据或指令。段式管理举例文件系统1文件的定议： 文件是存储在某种介质上的具有标识名的信息集合。 文件是有名的程序或数据的集合。 文件是一组赋名的相关字符流的集合。 文件是一组赋名的相关记录的集合。文件包括两部分： 文件体：文件本身的信息； 文件说明（文件控制块FCB）：文件存储和管理信息；如：文件名、文件内部标识、文件存储地址、访问权限、访问时间等；2.文件系统: 文件系统是操作系统中管理文件的机构，提供文件存储和访问功能。3.文件系统的特点：

18、 友好的用户接口。 对文件按名存取，对用户透明。 使一些文件可以被多个用户或进程所共享。文件系统大都使用磁盘、磁带和光盘等大容量存储器作为存储介质，可存储大量信息。文件系统的功能： 为用户建立文件。 撤消、读写、修改、复制文件。完成对文件按名存取和进行存取控制。1.文件的逻辑结构：文件的逻辑结构是用户可见结构。2.文件的逻辑结构分类：字符流式的无结构文件；记录式的有结构文件。 文件的存取方法：（1）顺序存取法。（2）随机存取法.(3)按关键字存取法。文件的物理结构：是指文件在存储设备上的存放方法。它确定了文件信息的逻辑块号(逻辑地址)到物理块号(物理地址)的变换（对应关系）。常用的文件物理结构：连续文件串联文件索引文件文件存储设备：常用的存储设备有：磁盘、光盘、磁