操作系统概论
操作系统简述 进程管理 进程调度与死锁 存储管理 文件管理 设备管理
什么是操作系统
操作系统的定义： 操作系统是一种发杂的系统软件，是不同程序代码 数据结构 数据初始化文件的集合，可执行。
操作系统提供计算机用户与计算机硬件之间的接口，并管理计算机软件和硬件资源。
从不同角度说明什么是操作系统
1.用户与硬件之间的接口
2.资源的管理者
操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件的资源，合理的对各类作业进行调度，以及方便用户的程序集合。
现代计算机系统的一个重要特点就是支持多任务，即允许在同一个系统内同时驻留多个应用程序，
处理机管理 内存管理 设备管理 文件管理
从资源管理的观点看，下列选项中，不属于操作系统的主要功能的是 地址管理
属于操作系统的主要功能的是 处理机管理 内存管理 文件管理
批处理 分时 实时系统各自的特点
批处理 分时 实时
批处理系统，分时系统和实时系统是三种基本的操作系统类型，而一个实际的操作系统可能兼有三者或其中两者的
功能特点
单道批处理
含义 单道批处理系统内存中只有一道作业，可以自动成批处理作业
自动性 单道批处理系统使计算机能够在操作系统控制下，自动地将作业从外存装入内存运行
顺序性 存放在外存中的作业按顺序依次被装入内存，先进入内存的作业先运行完毕
单道性 任意时刻内存中只有一道作业
优点 与无操作系统的计算机系统相比而言，减少了等待人工操作的时间
缺点 由于作业独占cpu和内存，当作业进行I/O时，cpu只能等待I/O完成而无事可做，使得cpu资源不能得到充分利用
单道批处理系统特点有自动性 顺序性 单道性
多道批处理
含义 用户提交的作业都先存放在外存中并排成一个队列，该队列被称为 后备作业队列
由操作系统的作业调度程序按一定策略从后备作业队列中选择若干个作业调入内存，是他们共享cpu和系统中的各种资源
多道性
内存中可以同时驻留多道程序
无序性
多个作业完成的先后顺序与他们进入内存的顺序之间没有严格的对等关系
先进入内存的作业不一定先被调度
调度性
多道程序系统必须具有作业调度和进程调度功能
调度
作业调度
用来从后备作业队列中选择一个或多个要被装入内存的作业
进程调度
用来从内存中选择一个进程，使其在cpu上运行
复杂性
功能和实现技术都比单道批处理系统复杂的多
优点 能够提高cpu 内存和IO设备的利用率和系统的吞吐量
缺点 系统平均周转时间长，缺乏交互能力
多道批处理系统特点有多道性 无序性调度性复杂性
分时
含义：允许多个用户通过终端机同时使用计算机
多道程序系统的自然延伸，支持多个用户任务同时驻留内存，每个用户通过终端与主机交互时都能得到快速响应
特点
多路性 允许一台主机上同时连接多台联机终端
独立性 各终端用户彼此独立操作，互不干扰
及时性 用户请求能在很短的时间内获得响应
交互性 用户可以通过终端与系统进行广泛的人机对话
优点 向用户提供了人机交互的方便性，使=多个用户可以通过不同的终端共享主机
分时系统的特点是 多路性 独立性 及时性和交互性
分析系统的优点是向用户提供了人机交互的方便性，使多个用户可以通过不同的终端共享主机
实时
含义：及时响应外部事件的请求，在规定时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致的运行
主要用于实时控制和实时信息处理领域
特点 多路性 独立性 及时性 交互性 可靠性
实时系统主要用于 实时控制和实时信息处理领域
操作系统产品现状
1.主机操作系统 主机操作系系统是运行在大型主机上的操作系统，主要提供三类服务：批处理 事务处理和分时处理
2.服务器操作系统：服务器操作系统是运行在网络服务器上的操作系统，可以通过网络同时为众多用户服务，允许用户共享硬件和软件资源
服务器可提供打印服务，文件服务和web服务
3. 微机操作系统 微机操作系统也称为人及操作系统，现代微机操作系统都支持多道程序处理，就是通常所说的支持任务。
微机操作系统为单个用户提供良好的应用环境和应用软件开发环境。
嵌入式操作系统：嵌入式操作熊的特征是 小巧 实时性 可装卸 代码固化 若交互性 强稳定性 接口统一 热能耗。
主机操作系统是运行在大型主机上的操作系统，只要提供三类服务
批处理 事务处理和分时处理
服务器可提供的服务不包括 智能服务
包括 打印服务 文件服务 web服务
操作系统的四个特征
并发： 指两个或多个事件在同一时间间隔内发生
共享 共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用
资源共享有两种方式，即互斥共享和同时共享
虚拟：是指通过某种技术把一个物理实体变成若干逻辑上的对应物
异步性 进程以不可预知的速度向前推进
现代操作系统的特征包括并发 共享 虚拟和异步
关于共享的说法正确的是 互斥共享是指任意时刻一种资源只能被一个进程访问
操作系统可以用 静态分配 和动态分配 两种方式实现内存分配
请说明内存管理的只要任务
内存管理的只要任务是为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用内存，提高内存的利用率，以及从逻辑上扩充内存以实现虚拟存储。
什么叫地址映射
cpu执行程序过程中访问内存时，需要把程序的逻辑地址转变为物理地址。这个转换的过程称为地址映射。
请说明内存保护的任务。
一是使操作系统内核的空间不会被用户随意访问，以保证系统的安全和稳定；
二是确保每道用户程序都在自己的内存空间运行，互不干扰
进程管理
进程可以被任务是程序的执行实体
今晨管理功能只要包括进程的描述与组织 进程控制 进程同步 进程通信及进程调度
设备管理
设备管理只要完成用户的I/O请求，为用户分配I/O设备
为了完成这些任务，设备管理应具有以下功能
1 缓冲管理 2 设备分配 3 设备处理 4 设备独立性和虚拟设备
文件管理
文件存储空间的管理
为每个文件分配必要的外存空间，提高外存利用率，并能有助于提高访问文件的速度
目录管理 为每个文件建立目录项并对众多目录项进行有效组织
文件的读 写管理和存取控制 根据用户的请求，从外存中读取数据或将数据写入外存
防止未经核准的用户存取文件，防止冒名顶替存取文件，防止以不正确的方式使用文件
提供接口 向最终用户提供命令行和图形用户接口
向程序员提供应用程序与操作系统之间的接口即系统调用
操作系统提供给程序员的接口是 系统调用
简单的监控程序模型
这种系统的功能相当简陋，任意时刻系统中朱能运行一个任务，这样保证了对系统信息的互斥访问，保护了系统数据的安全
单体结构模型 单体结构模型中，所有的软件和数据结构都放置在一个逻辑模块中，对外层的用户程序提供一个完整的
内核界面 系统调用
层次结构模型 层次结构模型我i系统中各个模块赋予了位置的理念
在操作系统的系统结构中，各个模块都有相对固定的位置 相对固定的层次
曾与曾之间有严格的接口定义，并且每一层只依赖于他下层提供的服务而工作，不能访问上层所提供的服务。
客户/服务器模型与微内核结构
微内核技术的核心思想是核心功能外移，即把传统操作兄内核中的一些组成部分放到内核之外作为一个独立的服务器进程来实现，在微内核中中保留了操作系统最基本的功能
动态可扩展结构模型 动态可扩展结构的基本思想就是在运行过程中，能够动态的实现系统行为扩展的结构，也可称
之为弹性结构。
指令周期 一个单一指令需要的处理称为指令周期 取指周期 执行周期
取指令和执行指令
取指令 在每个指令周期开始时，处理器从存储器中取一条指令
执行指令 取到的指令被放置在处理器的指令寄存器IR中
在典型的固定长度指令的处理器中，程序计数器，保存有下一次要取的指令的地址
进程管理
进程管理 进程的描述 进程的控制 操作系统内核 进程同步 进程通信 线程
程序的顺序执行与程序的并发执行
顺序执行 先进入内存的程序先执行，在一个程序执行完毕之前，不能执行其他程序
顺序执行特点 顺序性 封闭性 可在现性
并发执行 程序的并发执行是指在同一时间间隔内运行多个程序
并发执行特点 间断性 失去封闭性 不可再现性
程序顺序执行的特点 顺序性 封闭性 可在现性
进程的定义
定义1 允许并发执行的程序在某个数据集合上的运行过程
定义2 进程是由正文段 用户数据段及进程控制块共同组成的执行环境
正文段 存放被执行的机器指令
用户数据段 存放用户数据
进程控制块 存放进程的运行环境
进程的特征
进程 允许并发执行的程序在某个数据集合上的运行过程
1、并发性 并发性是进程和现代操作系统的重要特征
2.动态性 执行程序-》 创建进程 获得cpu->执行指令 运行中止-》被撤销
3.独立性 独立运行和资源调度的基本单位
4. 异步性 进程的执行时断时续，何时执行 何时暂停都无法预知
5.结构特征 进程实体包括用户正文段 用户数据段和进程控制块
进程有若干特征 他们是
进程是动态的，有多种状态，多个进程可以对应于相同的程序
说明进程与程序的区别和联系
区别
程序是静态的， 进程是动态的；程序是永久的，进程是暂时存在的；程序与进程的存在实体不同。
程序是指令的集合，而进程是包含了正文段 用户数据段和进程控制块的实体。
联系：
进程是程序的一次执行，进程总是对应至少一个特定的程序，指定程序的代码，一个程序可以对应多个进程。
进程控制块
进程控制块中记录了操作系统所需要的，用于描述情况及控制进程运行所需的全部信息
进程控制块中的信息
进程标识符信息 处理机状态信息 进程调度信息 进程控制信息
请说明进程控制块中所包含的信息
1.进程标识符信息
2. 处理机状态信息
3. 进程调度信息
4.进程控制信息
进程的状态 就绪天 阻塞态 执行态
进程的组织方式
链接方式
把系统中具有相同形态的进程控制块PCB用其中的链接字链接成一个队列
执行指针 正在执行的进程
索引方式
系统根据所有进程的状态，建立索引表，索引表的每一个标项指向一个PCB物理块
进程队列
把具有相同状态的进程控制块用队列组织起来
进程有多种组织方式 他们是
进程队列 索引方式 链接方式
进程的控制 创建 阻塞 唤醒 终止
创建新进程的步骤正确排序的是 申请空白PCB 为新进程分配资源 初始化进程控制块 将新进程插入到就绪队列
完成进程阻塞的步骤正确排序是 将进程的状态改为阻塞态
将将进程插入相应的进程队列
转到进程调度程序，从就绪队列中选择进程为其分配cpu
完成进程唤醒的步骤正确排序的 将进程从阻塞队列中移出
将进程状态由阻塞态改为就绪态
将进程插入就绪队列
什么情况下需要创建新进程？
用户登陆 作业调度 提供服务 应用请求
操作系统内核的定义和功能
定义 操作系统内核是计算机硬件的第一次扩充，内核执行操作系统与硬件关系密切，执行频率高的模块
常驻内存。
功能 支撑功能：中断处理 时钟管理和原语操作。
2 资源管理功能，进程管理 存储器管理和设备管理。
中断
中断的定义
中断是改变处理器执行指令顺序的一件事情
出现中断时，计算机停止现在程序的运行，转向对这些中断事件的处理
处理结束后在返回到现行程序的间断处
中断管理
中断的类型
同步中断
内部中断或异常，如除数为零 结果溢出等
异步中断 外部中断 如 I/O中断 硬件故障等
中断响应
响应中断的条件
对于可屏蔽中断，开中断是前提
响应中断的时机 对于外部中断，CPU每执行完一条指令都会检测是否有中断
时钟管理
时钟是计算机系统的脉搏
计算机的很多活动都是由定时测量来驱动的
屏幕保护
时间显示
文件时间标记
CPU分配给进程的时间
计算机系统中的时钟
实时时钟RTC
OS时钟
操作系统的时钟机制
保存当前的日期和时间 维持定时器
依靠时钟硬件和时钟驱动程序
时钟驱动程序
维护日期和时间
递减当期那进程在一个时间片内的剩余时间，防止运行超时
对cpu的使用情况记账
递减报警计数器
系统调用
什么是系统调用？
系统调用时一群预先定义好的模块
提供一条管道让应用程序能由此到核心程序的服务
系统调用时系统程序与用户程序之间的接口
系统调用
用户空间 用户进程所处的地址空间
用户态执行 cpu执行用户空间的代码时，称该进程处于用户态执行
系统空间
含有一切系统核心代码的地址空间
系统态执行 cpu执行系统核心代码时，称该进程处于 系统态执行
进程同步的任务
保证各进程以互斥的方式访问临街资源
保证相互合作的各进程协调执行
进程同步的任务
多道程序环境下进程之间的关系
资源共享关系 保证各进程以互斥的方式访问临界资源
相互合作关系 保证互相合作的各进程协调执行
临界资源和临界区
必须以互斥方式访问的共享资源称为临界资源
进程中访问临界资源的那段代码称为临界区
同步机制应遵循的准侧
空闲让进 忙则等待 有限等待 让权等待
信号量机制
整形信号量机制
记录型信息号机制
and型信息量机制
整形信号量机制中，用于申请资源的是 wait 原子操作
整形信息量机制中，用于释放资源的是signal 原子操作。
管程：概念 管程是描述共享资源的数据结构和在数据结构上的共享资源管理程序的集合
说明 管程是可供程序员调用的软件包
每次只有一个进程调用管程执行。
管程是一种编程语言的构件，所以编译器知道他们很特殊，并可以调用与其他过程不同的方法来处理他们