自考操作系统原理复习资料

自考操作系统原理复习资料自考操作系统原理复习资料操作系统〔operatingsystemOS〕是计算机系统中必不行少的系统软件。它是计算机且有效地工作。通过本课程的学习，我们将知道操作系统要做什么、怎么做和为什么要这样做。学习操作系统，首先我们应当知道操作系统的概念。本章主要表达了以下几个问题。一、什么是操作系统二、操作系统的形成三、操作系统的类型四、操作系统的功能求接收和存储信息、自动进展数据处理并输出结果信息的系统。计算机系统由硬件系统和软件系统组成。软硬件系统的组成局部就是计算机系统的资源，当不同的用户使用计算机时都要占用系统资源并且有不同的掌握需求。的执行。操作系统的设计目标一是使计算机系统使用便利。二是使得计算机系统能高效地工作。二、操作系统的形成早期没有操作系统→原始汇编系统→治理程序→操作系统可以看到，操作系统是随着计算机硬件的进展和应用需求的推动而形成的。三、操作系统的类型依据操作系统供给的效劳，大致可以把操作系统分为以下几类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。其中批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统是根本的操作系统〔加亮〕1、批处理操作系统依据用户预先规定好的步骤掌握作业的执行，实现计算机操作的自动化。又可分为批处理单道系统和批处理多道系统。单道系统每次只有一个作业装入计算机系统的主存储器运行，多个作业可自动、挨次地被装入运行。批处理多道系统则允用各自所需的外围设备，这样可以充分利用计算机系统的资源，缩短作业时间，提高系统的吞吐率。2、分时操作系统，这种系统中，一个计算机系统与很多终端设备连接，分时系统支持多个终端用户，同时以交互方式使用计算机系统，为用户在测试、修改和掌握程序执行方面供给了敏捷性。分时系统的主要特点是同时性、独立性、准时性和交互性。3、实时操作系统能使计算机系统接收到外部信号后准时进展处理，并在严格的规定时间内完成处理，且给出反响信号。它是较少有人为干预的监视和掌握系统。实时系统对牢靠性和安全性要求极高，不强求系统资源的利用率。4、网络操作系统可以把假设干计算机联合起来，实现各台计算机之间的通信及网络中各Windows，UNIXLinux等操作系统都是网络操作系统。5、分布式操作系统的网络中各台计算机没有主次之分，在任意两台计算机间的可进展得各台计算机组成一个完整的，功能强大的计算机系统。四、操作系统的功能从资源治理的观点动身，操作系统功能可分为五大局部：处理器治理、存储治理、文件治理、设备治理和作业治理。计算机系统是由硬件系统和软件系统两局部组成，操作系统是软件系统的一个组成部分，它是直接在硬件系统的根底上工作的，所以在争论操作系统之前，先必需对计算机系统的构造有一个根本的了解，本章就是表达计算机系统构造的根本学问。本章的考核学问点是：1.2.硬件环境3.操作系统构造学习本章要求：了解计算机系统的构造，有关硬件的I/O中断和存储构造，硬件的保护措施；有关操作系统的构造，操作系统供给的使用接口。重点是：硬件环境和操作系统的构造一〔〕外层是使用计算机系统的人，人与硬件系统之间是软件系统本章考核学问点：1.2.3.4.5.6.可再入程序7.中断及中断响应8.中断优先级9.进程调度自学要求：通过本章学习应当把握多道程序设计是如何提高计算机系统效率的；进程与程序有什么区分；进程的根本状态以及状态变化；进程队列及进程调度策略；中断的作用。重点是：多道程序设计；进程的定义和属性；进程调度策略。一、多道程序设计〔〕1、什么是多道程序设计。让多个计算问题同时装入一个计算机系统的主存储器并行执行，这种设计技术称“多存储保护：在多道程序设计的系统中，主存储器中同时存放了多个作业的程序。为避开相互干扰，必需供给必要的手段使得在主存储器中的各道程序只能访问自己的区域。这样，每道程序执行时，都不会破坏其他各道的程序和数据。特别是当某道程序发生错误的时，也不至于影响其它的程序。程序浮动：在多道程序设计系统中，对程序有一些特别要求，也就是说，程序可以随技术称为“程序浮动”。在多道程序设计的系统中，有三点根本要求：用“存储保护”的方法保证各道程序互不侵害；用“程序浮动”技术让程序能敏捷地转变存放区域且能正确执行；必需对资源按肯定的策略安排和调度。2、多道程序设计利用了系统与外围设备的并行工作力量，从而提高工作效率。具体表现为：提高了处理器的利用率；处于劳碌状态，系统资源被充分利用；发挥了处理器与外围设备以及外围设备之间的并行工作力量；从总体上说，承受多道程序设计技术后，可以有效地提高系统中资源的利用率，增加单位时间内的算题量，从而提高了吞吐率。3使用状况，提高系统效率。但是应留意以下两个问题：可能延长程序的执行时间；和用户对资源的要求而定：主存储器的大小限制了可同时装入的程序数量；外围设备的数量也是一个制约条件；多个程序同时要求使用同一资源的状况也会常常发生。总之，多道程序设计能提高系统资源的使用效率，增加单位时间的算题量；但是对每个数时应综合系统的资源配置和用户对资源的要求。二、进程〔领悟〕1、进程的定义：把一个程序在一个数据集上的一次执行称为一个“进程”。2我们举一个例子，比方在有一个用户程序notepad.exe〔记事本〕，当它存放在磁盘上个进程，此时运行的是同一个程序，但存在两个进程，其次个窗口中的编辑内容就是其次个进程的数据集。3、进程与程序的区分及关系。程序是静止的，进程是动态的。进程包括程序和程序处理的对象〔数据集〕，进程能得到程序处理的结果。进程和程序并非一一对应的，一个程序运行在不同的数据集上就构成了不同的进程。通常把进程分为“系统进程”和“用户进程”两大类，把完成操作系统功能的进程称为系统进程，而完成用户功能的进程则称为用户进程。三、进程状态〔〕1、进程的三种根本状态.通常，依据进程执行过程中不同时刻的状态，可归纳为三种根本状态：等待态：等待某个大事的完成；就绪态：等待系统安排处理器以便运行；运行态：占有处理器正在运行。2、进程的状态变化一种根本状态，进程状态之间转换关系如以下图所示：运行态→就绪态不是由于自身缘由，而是由外界缘由使运行状态的进程让出处理器，这时候就变成就绪态。例如时间片用完，或有更高优先级的进程来抢占处理器等。就绪态→运行态系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程占用处理器，此时就变成了运行态。进程有四个根本属性：多态性从诞生、运行，直至消灭。多个不同的进程可以包括一样的程序三种根本状态它们之间可进展转换并发性并发执行的进程轮番占用处理器四、进程掌握块〔〕1说明信息有进程状态、等待缘由、进程程序存放位置和进程数据存放位置治理信息存放程序优先数和队列指针2进程掌握块〔ProcessControlBlockPCB〕，是操作系统为进程安排的用于标志进程，记录各进程执行状况的。进程掌握块是进程存在的标志，它记录了进程从创立到消进程进展掌握和治理。进程掌握块的作用有：记录进程的有关信息，以便操作系统的进程调度程序对进程进展调度。这些信息包括标志信息、说明信息、现场信息和治理信息等；标志进程的存在，进程掌握块是进程存在的唯一标志五、进程队列〔领悟〕1.一个进程运行，其他的进程处于就绪状态或等待状态。为了便于治理，常常把处于一样状态的进程链接在一起，称“进程队列”，由于进程掌握块能标志进程的存在和动态两种：单向链接和双向链接。2、进程根本队列就绪队列：由假设干就绪进程按肯定次序链接起来的队列。等待队列：把等待资源或等待某些大事的进程排列的队列3、进程的入队和出队。出队和入队：当发生的某个大事使一个进程的状态发生变化时，这个进程就要退出所在的某个队列而排入到另一个队列中去。出队：一个进程从所在的队列退出的操作称为出队入队：一个进程排入到一个指定的队列的操作称为入队。系统中负责进程入队和出队的工作称为队列治理。无论单向链接还是双向链接，解决入，出队问题，都是首先找到该队列的队首指针，沿链找出要入队的进程以及它要插入的位置，或找出要出队的进程，然后修改本进程指针〔入队状况〕和相邻进程的有关指针值即可。六、可再入程序〔〕.程序。可再入程序的性质。可再入程序必需是纯代码，在执行时自身不转变；一个可再入程序要求调用者供给工作区，以保证程序以同样方式为各用户效劳。编译程序和操作系统程序通常都是“可再入”程序，能同时被不同用户调用而构成不同的进程。七、中断及中断响应〔领悟〕1一个进程占有处理器运行时，由于自身或者外界的缘由〔消灭了大事〕使运行被打断，为“中断”。2从中断大事的性质动身，中断可以分为两大类：强迫性中断大事包括硬件故障中断，程序性中断，外部中断和输入输出中断等自愿性中断大事是由正在运行的进程执行一条访管指令用以恳求系统调用而引起的中断，这种中断也称为“访管中断”。自愿中断的断点是确定的，而强迫性中断的断点可能发生在任何位置。3、中断的响应和处理。中断响应〔硬件即中断装置操作〕发生，则暂停现行进程的执行，而让操作系统的中断处理程序占用处理器，这一过程称为“中断响应”。中断响应过程中，中断装置要做以下三项工作：是否有中断大事发生判别自愿性中断，只要检查操作码是否为访管指令。00，则表示有中断大事发生。假设有中断发生，保护断点信息每个程序都有一个程序状态字〔PSW〕来反映本状态的执行状态，如根本状态、中断码和中断屏蔽位等内容。处理器设有一个“程序状态字存放器”用来存放当前运行程序的PSW.PSWPSW，即完成断点信息保护。启动操作系统的中断处理程序工作中断装置通过“交换PSW”过程完成此项任务，即把消灭的中断大事存放到当前PSWPSWPSWPSWPSW.中断处理〔〕操作系统的中断处理程序对中断大事进展处理时，大致要做三方面的工作：保护被中断进程的现场信息把中断时的通用存放器，掌握存放器内容及旧PSW保存到被中断进程的进程掌握块中。分析中断缘由PSW的中断码可知发生该中断的具体缘由。处理发生的中断大事一般只做一些简洁处理，在多数状况下把具体的处理交给其他程序模块去做。八、中断优先级和中断屏蔽〔〕1、中断优先级是硬件设计时确定的。中断装置按预定的挨次来响应同时消灭的中断大事，这个预定的挨次称为“中断优先级”。中断优先级是按中断大事的重要性和紧迫程.2、中断的嵌套处理3、中断屏蔽的作用。中断优先级只是规定了中断装置响应同时消灭的中断的次序，当中断大事。因此会消灭优先级低的中断大事的处理打断优先级高的中断大事的处理，使得中断大事的处理挨次与响应挨次不全都，而且会形成多重嵌套处理，使多现场保护、程序返回等工作变的简单。中断屏蔽技术就是为了解决上述问题而提出的在一个中断处理没有完毕之前不响应其他中断大事，或者只响应比当前级别高的中断大事。于是，当中断装置检查到有中断大事PSW中中断屏蔽标志，假设没有屏蔽就响应当中断；否则，临时不响应当中断，待屏蔽标志消退后再响应。自愿中断是不能屏蔽的。九、进程调度〔〕1、进程调度的职责。按选定的进程调度算法从就绪队列中选择一个进程，让它占用处理器。2、选择进程调度算法的几个准则：提高处理器利用率增大吞吐量削减等待时间缩短响应时间3、进程调度的常用算法：先来先效劳、优先数法、轮转法、分级调度。先来先效劳调度算法该算法按进程进入就绪队列的先后次序选择可以占用处理器的进程。优先数调度算法对每个进程确定一个优先数，该算法总是让优先数最高的进程先使用处理器。对具有一样优先数的进程，再承受先来先效劳的次序安排处理器。系统常以任程执行过程动态变化。一个高优先数的进程占用处理器后，系统处理该进程时有两种方法，一是“非抢占式”，另一种是“可抢占式”。前者是此进程占用处理器后始终运进程在处理器上运行。时间片轮转调度法把规定进程一次使用处理器的最长时间称为“时间片”。时间片轮用处理器，但规定只能使用一个时间片，如该进程尚未完成，则排入队尾，等待下一个中。分级调度算法由系统设置多个就绪队列，每个就绪队列中的进程按时间片轮转法占用处理器，这就是分级调度算法。4、进程的切换进程调度将从就绪队列中另选一个进程占用处理器，使一个进程让出处理器，由另一个进程占用处理器的过程称“进程切换”。假设有一个进程从运行态变成等待态，或完成工作后就撤消，则必定会发生进程切换。假设一个进程从运行态或等待态变成就绪态，则不肯定发生进程切换。本章考核学问点：1、重定位2、固定分区存储治理3、可变分区存储治理4、页式存56、虚拟存储器自学要求：明确存储治理的职能是对主存储器中的用户区域进展治理；理解在不同的治理方式下如何实现存储保护、地址转换、以及主存空间的安排和回收；比较各种治理方式的特点；把握虚拟存储器的实现原理和方法。重点是：各种治理方式的特点；可变分区方式的主存安排算法以及移动技术；分页式虚拟存储治理的实现以及页面调度算法；分段式虚拟存储治理的实现。操作系统的存储治理如同一个大地主，管着一个大庄园，当有农户需要租用田地时，地主就给安排一块地让他种〔用户区安排〕。等到地里长出了果实〔结果出来后，地主还得来收回这块地〔去配〕。为了管好这片田地，地主还要管好庄园的门，但凡要进去种地的，都得由地主依据他的需要让他到位置确定实际的田地上去干活。〔把规律地址转换成物理地址〕假设有人胆敢到别人地里或地主的花园里摘花偷食，可要留神他们养的狼狗跳出来哦。〔共享和保护〕固然，再大的地也是不够多的，地主为了多赚些钱，当全部的地都租出去的时候，他想地腾出来租给别人种〔这一招可够绝的，不过地主说啦，这就是“虚拟存储”。〕你说这个地主是好是坏？？概述：本章争论的是主存储器空间的治理。主存储空间分成系统区和用户区两局部。存储治理的功能包括：主存空间的安排和去配、实现地址转换、主存空间的区享和保护和主存空间扩大。一、重定位〔领悟〕1、区分规律地址与确定地址。n的主存储器中，每个单元有唯一的0n-1.128MB128×1024×1024=134217728字节，所以它的0134217727.留意啦，庄园的大地主就是这么给自己的地做上标记的。规律地址：在多道程序设计的系统中，操作系统为了便利用户，就允许每个用户都认0地址就是规律地址.种田人不管地主庄园有多少块地，标了什么号，只要记住自己需要多少地，给自己种的地打上标记就是了。地主想，只要你们能干活，不需要知道了我的内幕了吧〔家财不行外扬哦〕。2、重定位〔地址转换的方式〕12328块地里养鸭，完了2849块地的鱼塘里喂鱼……我就说，行啦行啦，你进去，101200100100了，不会找错吧。别说我没讲清楚哦。至于动态重定位，庄主笑道：这个我也能做到，这么实现的：李四来租地时，我也不问他，直接把他带到空闲的一片地方。派人记着这那片地的第一个地址。比方说是100号32号地里抓鱼！”旁边人一听，马上告知他“哎呀，你现在已经分了地啦，起始地块是100号，那你就得到132号地去才对！”就这样，李四每一次要找地方时，都叫别人给他重算一下。这样他才不会找错位置。这样也有一个好处，就是假设有人出价更好，我可以让他搬到别处去干活，反正都是叫别人给他重算位置，所以他就不用记住搬地方后的物理地址啦。静态重定位态重定位”。动态重定位在装入一个作业时，不进展地址转换，而是直接把作业装到安排的主区域中。在作业执动态重定位由软件〔操作系统〕和硬件〔地址转换机构〕相互协作来实现。动态重定位的系统支持“程序浮动”，而静态重定位则不能。二、固定分区存储治理〔领悟〕区方式和可变分区方式。1、固定分区存储治理的原理定不变。个分区表来记录分区使用的变化状况。2、如何实现存储保护固定分区治理可承受静态重定位的方式装入作业。装入程序把作业中的规律地址转换为确定地址。并检查确定地址是否在指定〔装入〕的分区内，假设是，就装入这个作业。否则就不能装入。假设装入主存分区的作业占用处理器时〔留意，是运行时〕，进程调度程序〔不是装入程序了〕必需把作业所在分区的上下限地址存入“下限存放器”和“上限存放器”中，这样可以在指令执行中推断其所用到确实定地址是否越界，到达存储保护的目的。3分区按大小挨次排列，这样可以使作业总是先使用满足要求的最小分区。依据常常消灭的作业大小和频率划分分区。按作业的对主存空间的需求量排成多个队列，规定队列与分区的对应关系。也就是说多大的作业只能放在多大的分区里，就算有更大的分区空着，也不许他进入。三、可变分区的治理〔领悟〕大小。1、主存的安排和去配〔回收〕在系统初始化时，主存除了操作系统所占部格外，整个用户区是一个大的空闲区，可以按作业需要的空间大小挨次安排空闲区直到不够时为止。，所以主存中的已占分区和空闲区的数目和大小都是在变化的。可以用两张表“已安排区表”和“空闲区表”来记录和治理。2、常用的安排算法最先适应安排算法：简洁地说，就是在分区表中挨次查找，找到够大的空闲区就安排。但是这样的安排算法可能形成很多不连续的空闲区，造成很多“碎片”，使主存空间利用率降低。最优适应安排算法：这种算法总是选择一个能满足作业要求的最小空闲区。但是这种算法可能形成一些微小的空闲区，以致无法使用，这也会影响主存利用率。最坏适应安排算法：这种算法和上面的正好相反，它总是挑一个最大的空闲区分给作业使用，使剩下的空间不至于太小。3、地址转换与存储保护限长存放器，限长存放器存放作业所占分区的长度，基址存放器则存放作业所占分区的起始地址，这两个值确定了一个分区的位置和大小。转换时依据规律地址与限长值比较，假设不有超过这个值，表示访问地址合法，再加上基址存放器中的值就得到了确定地址了，否则形成“地址越界”中断。到达存储保护的目的。区的地址分别进展转换。4、移动技术的应用移动技术要“移动”的东东就是主存空间中的作业。把某个作业移到另一处主存空间去〔在磁盘整理中我们应用的也是类似的移动技术〕，这样的最大好处就是可以合并一些空闲区。但是移动技术的应用也要留意以下问题。移动会增加系统开销。所以要尽量削减移动。移动是有条件的，假设作业在执行过程中正等待与外围设备传输信息，就不能移动。因此在移动时首先要判定该作业是否与外设交换信息。四、页式存储治理〔领悟〕1、如何分页和分块就是把存储器分成假设干相等大小的区，每个区就称为一个块。对应的，在程序中，规律地址进展“分页”，其大小和每个块相全都。事实上，页面的大小是由块的大小自然打算的。对于程序来说，其规律地址还是和原来.块数，只要是空闲块就可以放入，即使不是相邻的。并把安排状况记在“页表”中，依据页表可以找到相对应的页号与块号，就得出确定地址了。2、承受页式治理，使主存空间充分利用，页不必为了得到连续空间而进展移动。可以提高系统效率。3、页表的构造与作用块号之间的对应关系。页表的长度由作页拥有的页面数打算，行号对应为页号，行中记录的是主存中的块号。换成确定地址。在多道程序设计系统中，进入主存的每个作业都有一张页表，由一个硬件“页表掌握存放器”来记录每个作业的页表所在位置和长度以便作业转换时同时转换页表。4、快表的构造与作用快表就是页表的一局部克隆，每行中有页号及其对应的块号，整个快表存放在一个小容量的高速缓存中，访问时快表和内存同时进展查找，由于快表速度很快，而常用的页都登记在快表中，因此可以大大加快执行速度。5、承受页式治理的地址转换过程〔32位，32块。按挨次排列，只需一小段内存就可以记录主存中大量的块状态〕6、利用位示图实现页式存储空间的安排和回收块已使用，哪些还未用，可以用位示图来表示。块号=字号×字长＋位号字号=[i/字长]〔i除以字长取整〕位号=imod字长〔即块号i除以字长取余〕。五、段式存储治理〔领悟〕1、段式存储中段的划分段式治理是依据人们对程序中需要分段编制的要求动身而供给的。它供给应用户但是实际上是不同的：打算的，每段独立编程，因此段间的规律地址是不连续的。2、段式存储空间的安排这