操作系统五大功能.doc
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操作系统五大功能 处理机管理: 进程控制: 1.程序的顺序执行: 顺序性 封闭性 可再现性. 2.程序的并发执行: 间断性 失去封闭性 不可再现性. 3.进程的特征: 结构特征 动态性 独立性 并发性 异步性. 4.进程的状态: 三状态图(状态转换基本原因) 进程同步: 1.基本概念: 两种形式的制约关系 临界资源 临界区 同步机制准则 2.信号量机制: 记录型信号量(物理意义:L S.value) AND型信号量 信号量集(特殊情况) 3.经典进程同步: 生产者/消费者 哲学家进餐 读者/写者 进程通信: 1.类型: 共享存储器(线程) 消息传递 管道通信(UNIX) 2.消息队列通信过程 3.线程 进程调度: 1.作业调度(高级调度): 由外存调入内存 2.进程调度(低级调度): 决定就绪队列中哪个进程获得CPU 3.中级调度(对换): 由内存调入外存 4.进程调度算法: 先来先服务FCFS 短作业优先SJF 高优先权/响应比 时间片轮转 多级反馈队列 5.实时调度算法: 最早截止时间优先EDF 最低松弛度优先LLF 6.死锁: 原因: 竞争资源 进程推进顺序非法 必要条件: 互斥 操作系统是计算机系统的核心组成部分,它负责管理系统的各种资源并提供用户接口。操作系统的五大功能包括处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口。以下是对这些功能的详细阐述: 1. **处理机管理**: - **进程控制**:进程是操作系统中执行程序的实例。程序在顺序执行时具有顺序性、封闭性和可再现性;并发执行时则体现出间断性、失去封闭性和不可再现性。进程具有结构特征、动态性、独立性、并发性和异步性。进程有三种基本状态(新建、就绪、运行),状态之间的转换受多种因素影响。 - **进程同步**:进程间的同步是为了避免竞争条件和死锁。基本概念包括制约关系、临界资源、临界区以及同步机制准则。信号量机制是实现同步的一种方法,包括记录型和AND型信号量,以及特殊情况下的信号量集。经典同步问题如生产者/消费者、哲学家进餐和读者/写者问题。 - **进程通信**:进程通信用于进程间的信息交换,包括共享存储器(线程)、消息传递和管道通信(如UNIX系统)。消息队列通信是其中一种通信方式,线程是轻量级进程,可以高效地进行通信和同步。 - **进程调度**:调度决定了哪个进程能使用CPU。作业调度(高级调度)负责将作业从外存调入内存;进程调度(低级调度)选择就绪队列中的进程;中级调度负责进程的对换。常见的调度算法有FCFS(先来先服务)、SJF(短作业优先)、高优先权/响应比、时间片轮转和多级反馈队列。实时调度算法如EDF(最早截止时间优先)和LLF(最低松弛度优先)用于满足硬实时要求。死锁是多进程环境下的一大问题,由资源竞争和进程推进顺序不当引起,必要条件包括互斥、请求和保持、不剥夺和环路等待。 2. **存储器管理**: - **内存分配**:固定分区分配适用于小系统,而动态分区分配则更灵活,常见算法有首次适应、循环首次适应、最佳适应和最坏适应。可重定位分区分配允许内存的动态调整。对换技术提高了内存利用率,而分页和分段存储则是现代操作系统的主要内存管理手段,它们通过页表和段表实现地址转换,确保逻辑地址与物理地址的对应。页面置换算法如Optimal、FIFO和LRU用于处理缺页。内存保护防止越界访问,同时内存扩充技术如虚拟存储器利用局部性原理,结合请求分页和请求分段技术实现。 3. **设备管理**: - **I/O系统**:I/O设备的种类繁多,I/O控制方式包括程序I/O、中断驱动、DMA和I/O通道。缓冲管理通过缓存提高数据传输效率,减少CPU等待时间。设备分配涉及设备控制表、控制器控制表、通道控制表等数据结构,分配策略有FCFS和优先级高者优先。设备处理关注磁盘等存储器的访问时间计算,如寻道时间、旋转延迟和传输时间,以及磁盘调度算法如FCFS、SSTF、SCAN和CSCAN。 - **虚拟设备**:设备独立性使用户无需关心具体硬件,SPOOLing技术实现虚拟设备,提高设备利用率。 4. **文件管理**: - **文件存储空间管理**:位视图法用于跟踪文件存储空间的使用情况,目录管理则涉及文件的组织和访问。文件的读写、管理和保护涉及到权限控制、存取模式和文件系统结构。 - **磁盘存储器管理**:磁盘数据的组织和格式化影响访问效率,磁盘访问时间由寻道时间、旋转延迟和传输时间组成。磁盘调度算法用于优化I/O性能。 5. **用户接口**: - **命令接口**:用户通过键盘输入命令与操作系统交互,系统调用是程序级接口,允许应用程序直接调用操作系统服务。 - **程序接口**:高级语言库函数通常封装了系统调用,方便程序员使用。 - **图形接口**:GUI提供了更直观、友好的人机交互界面,如窗口、菜单、图标和鼠标操作。 以上内容全面概述了操作系统的主要功能及其细节,涵盖了处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户接口等多个方面。这些功能是操作系统设计和实现的核心,对于理解计算机系统的工作原理至关重要。
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