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操作系统复习笔记、、、、、、、
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2023-06-08
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操作系统期末复习
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一、操作系统概述
1.1 操作系统的定义与目标
定义:操作系统是控制管理计算机系统的硬软件,分配调度资源的系统软件。
目标:方便性,有效性(提高系统资源的利用率、提高系统的吞吐量),可扩充性,开放性。
1.2 操作系统的基本功能
1. 统一管理计算机资源:处理器资源,IO设备资源,存储器资源,文件资源;
2. 实现了对计算机资源的抽象:IO设备管理软件提供读写接口,文件管理软件提供操作文件接;
3. 提供了用户与计算机之间的接口:GUI(图形用户界面),命令形式,系统调用形式。
1.3 操作系统的特征
最基本的特征,互为存在条件:并发,共享;
(1)并行:指两个或多个事件可以在同一个时刻发生,多核CPU可以实现并行,一个cpu同一时刻只有一个程序
在运行;
(2)并发:指两个或多个事件可以在同一个时间间隔发生,用户看起来是每个程序都在运行,实际上是每个程序
都交替执行。
(3)共享性:操作系统的中资源可供多个并发的程序共同使用,这种形式称之为资源共享。
互斥共享:当资源被程序占用时,其它想使用的程序只能等待。
同时访问:某种资源并发的被多个程序访问。
虚拟和异步特性前提是具有并发性。
(4)虚拟性:表现为把一个物理实体转变为若干个逻辑实体。
时分复用技术:资源在时间上进行复用,不同程序并发使用,多道程序分时使用计算机的硬件资源,提高资
源的利用率。
空分复用技术:用来实现虚拟磁盘(物理磁盘虚拟为逻辑磁盘,电脑上的C盘、D盘等)、虚拟内存(在逻辑
上扩大程序的存储容量)等,提高资源的利用率,提高编程效率。

(5)异步性:在多道程序环境下,允许多个进程并发执行,但由于资源等因素的限制,使进程的执行以“停停走
走”的方式运行,而且每个进程执行的情况(运行、暂停、速度、完成)也是未知的。
1.4 操作系统的中断处理
中断机制的作用:为了在多道批处理系统中让用户进行交互;
中断产生:
发生中断时,CPU立马切换到管态,开展管理工作;(管态又叫特权态,系统态或核心态,是操作系统管理
的程序执行时,机器所处的状态。)
发生中断后,当前运行的进程回暂停运行,由操作系统内核对中断进行处理;
对于不同的中断信号,会进行不同的处理。
中断的分类:
1. 内中断(也叫“异常”、“例外”、“陷入”)------- 信号来源:CPU内部,与当前执行指令有关;
2. 外中断(中断)----------信号来源:CPU外部,与当前执行指令无关。
外中断的处理过程:
1. 每执行完一个指令后,CPU都需要检查当前是否有外部中断 信号;
2. 如果检查到外部中断信号,则需要保护被中断进程的CPU环境(如程序状态字PSW,程序计数器PC、各种通
用寄存器)把他们存储在PCB(进程控制块中);
3. 根据中断信号类型转入相应的中断处理程序;
4. 恢复原进程的CPU环境并退出中断,返回原进程继续执行。
二、处理器管理
2.1 进程管理之进程实体
为什么需要进程:
1. 进程是系统进行资源分配和调度的基本单位;
2. 进程作为程序独立运行的载体保障程序正常执行;
3. 进程的存在使得操作系统资源的利用率大幅提升。+
进程控制块(PCB):用于描述和控制进程运行的通用数据结构,记录进程当前状态和控制进程运行的全部信息,是
进程存在的唯一标识。
进程(Process)与线程(Thread):
线程:操作系统进行运行调度的最小单位。
进程:系统进行资源分配和调度的基本单位。
区别与联系:
1. 一个进程可以有一个或多个线程;
2. 线程包含在进程之中,是进程中实际运行工作的单位;
3. 进程的线程共享进程资源;
4. 一个进程可以并发多个线程,每个线程执行不同的任务。

2.2.2进程管理之五态模型
就绪状态:其他资源(进程控制块,内存,栈空间等)都准备好。只差CPU
执行状态:进程获得CPU,其程序正在执行。
阻塞状态:进程因某种原因放弃CPU的状态,阻塞进程以队列的形式放置
创建状态:创建进程时拥有PCB但其他资源尚未就绪
终止状态:进程结束由系统清理或者归还PCB的状态。
2.2.3进程管理之七态模型
挂起:由于进程的不断创建。系统资源已不能满足运行的要求,就必须把某些进程对换到磁盘镜像区中,暂时不参
与进程调度,起到平滑系统操作负荷的目的。
进程增加了两个新状态:
挂起就绪态:表明进程具备运行条件但目前在二级存储器中,当它被对换到主存才能被调度执行
挂起等待态:表明进程正在等待某一个事件且在二级存储器中。
挂起进程具有如下特征:
该进程不能立即被执行,必须先解挂
挂起进程可能会等待事件,但所等待事件是独立于挂起条件的,事件结束并不能导致进程具备执行条件。
进程进入挂起状态是由于操作系统、父进程本身阻止它的运行
结束进程的挂起状态命令只能通过操作系统发出

具有挂起进程状态转换的具体原因
等待态->挂起等待态:当前不存在就绪进程,至少一个等待态进程将被对换出去成为挂起等待态。
挂起等待态->挂起就绪态:引起进程等待的时间发生后,相应的挂起等待态进程转换为挂起就绪态
挂起就绪态->就绪态:内存中没有就绪进程,或者挂起就绪态进程的优先级比就绪态进程高。
就像态->挂起就绪态:系统根据当前资源状态和性能要求,决定把继续态进程对换出去成为挂起就绪态
2.2处理机调度
2.2.1处理器调度层次
1.处理器调度的三个级别
高级调度(作业调度):根据某种算法,选择外存上的后备队列中的几个作业放入内存,并为之创建进程,
分配资源。 然后将其放入就绪队列。
中级调度(内存调度):将暂时无法运行的进程调至外存等待(挂起状态)。 当这些进程又具备运行条件,
且内存有空余时,通过中级调度将这些进程重新调入内存,并且修改状态为就绪状态。
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