操作系统1
需积分: 0 133 浏览量
2022-08-03
19:25:35
上传
评论
收藏 447KB PDF 举报
操作系统
基本知识
进程与线程
内存管理
文件管理
实现用户与底层的交互
四个特征
中断异常
系统资源管理
向上层提供方便服务
文件管理（各种文件夹）
存储器管理（将程序载入内存）
设备管理（声卡、摄像头）
处理机制管理（给CPU）
将底层封装
通过用户接口
定义：向上对软件管理，向下对硬件管理。
并发
共享
虚拟
异步
并发
并行
时分复用机制，宏观上同时发生，微观上交替发生
实实在在的同时运行
意味着操作系统可以同时运行多个程序
多核CPU就可以并行运行多个程序
系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
互斥共享
同时共享
单个时间里面只允许一个人用
物理实体上没有，但是给用户一种有的错觉
如虚拟存储器
如虚拟处理器
虚拟物理内存
多进程并发
定义：异步是指，在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进
程的执行不是一贯到底的， 而是走走停停，这就是进程的异步性。
不同的中断信号，需要用不同的中断处理程序来处理。当CPU检测到中断信号后，会
根据中断信号 的类型去查询“中断向量表”，以此来找到相应的中断处理程序在内
存中的存放位置。
CPU上会运行两种程序，一种是操作系统内核程序（调度管理者：内核态），一种是
应用程序（用户态），在合适的情况下，操作系统内核会把CPU的使用权主动让给应
用程序，“中断”是让操作系统内核夺回CPU使用权的唯一途径
相当于，由程序执行，操作系统把CPU让给程序。等有中断信号进来，操作系统就暂
停当前程序员的执行，并保存好现场，拿回CPU，按中断的情况考虑把CPU交给其它程
序，如此控制交替。
系统调用
“系统调用”是操作系统提供给应用程序使用的接口，可以理解为一种可供应用程序
调用的特殊函数，应用程序可以通过系统调用来请求获得操作系统内核的服务
保证系统的安全稳定
按操作系统的提供的功能（文件、存储。。。。）可以分为很多系统调用
内核会对各个请求进行协调处理
操作系统内核对共享资源进行统一的管理，并向上提供 “系统调用”
用户进程想要使用共享资源（如打印机），只能通过系统调用，向操作系统内核发出
请求。
体系结构
内核是操作系统最基本、最核心的部分， 实现操作系统内核功能的程序即内核程序
对系统资源管理的功能
非内核功能：如GUI
时钟管理
中断处理
原语
内核
大内核
小内核
Ubuntu、CentOS主要是实现非内核功能，而内核都是用 Linux内核
进程：不同程序之间
线程：同一程序之间
定义：程序的一 次执行过程 ，资源分配的最小单元
操作系统对多个进程之间的切换，将现场保存在PCB进程控制块中（资源、数据），
是进程存在的唯一标志
组成
PCB + 程序段+数据段
多进程组织方式
链式
索引
执行进程
就绪进程
阻塞进程
指针指向队列
指针指向索引表，其它一致
进程控制
原语：更新PCB信息，将PCB插入相应队列，控制、回收资源
进程通信
进程有自己单独的内存空间，彼此之间不能相互访问，就引出了进程通信即信息交换
共享存储空间、管道通信、消息传递
线程共享进程的资源，是操作系统调度的最小单位
同一进程的线程切换不需要切换运行环境和内存空间
同一进程的线程之间共享内存空间可以直接通信
意义：有的进程可能需要“同时”做很多事，而传统的进程只能串行地执行一系列程
序。为此，引 入了“线程”，来增加并发度
特点
实现方式
用户级线程
内核级线程
从用户视角可以看到多个线程（聊天、视频、发文件）
只对应于一个内核进程
系统开销小但是容易被阻塞
内核支持的线程，一个线程对应一个内核的线程
系统开销大，但是高并发
线程调度
从就绪队列中按照一定的算法选择一个进程并将处理机分配给它运行，以实现进程
的并发执行
死锁
调度算法
内存
内存管理
意义：内存可存放数据。程序执行前需要先放到内存中才能被CPU处理——缓和CPU与
硬盘之间的速度矛盾。管具体的实现，内存的分配和回收。空间的管理、程序和硬件
地址之间的映射，每一个内存的内存保护
汇编语言
我们编写的语言先转化成汇编语言，即计算机可以理解的指令
最终告诉CPU去内存的哪个地址读/写数据， 这个数据应该做什么样的处理。
程序经过编译、链接 后生成的指令中指明 的是逻辑地址 几种不同的装入的方式实现逻辑地址——物理地址的转换
内存空间的分配与回收
内存空间的扩充
地址转换
存储保护
意义：哪些内存地址被分配出去了？哪些用完了需要回收，该如何回收
连续分配管理
非连续分配管理
实现 逻辑地址——物理地址的转换
保证进程在自己的空间内存中运行，不会越界访问
覆盖
意义：虚拟内存，把常用的常驻内存，不常用的需要时再载入，给人一种内存扩大的
错觉，其实并没有
交换
内存空间紧张时，系统将内存中某些进程暂时换出外存，把外存中某些已具备运行条
件的进程换入内存（进程在内存与磁盘间动态调度）
将程序分为多个段，常用的段常驻内存，不常用的段在需要时调入内存
问题：交换出来的进程应该放在哪里？什么时候需要交换？把谁换出来？
为用户进程分配的可以是一些分散的内存空间。就涉及到如何对应实际的内存
内存分页
分页管理
为用户进程分配的必须是一个连续的内存空间，很不灵活
分段管理
进程分页
随机分配
页表
记录进程页面和实际存放的内存块之间的映射关系
将内存空间分为一个个大小相等的分区
将进程的逻辑地址空间也分为与页框大小相等的一个个部分
操作系统以页为单位为各个进程随机分配内存空间
按照程序自身的逻辑关系划分为若干个段，每个段都有一个段名
程序分段
内存分配
两级页表
页表太大，再映射一层
以段为单位在内存中进行分配空间，但各段之间可以不相邻。
段表
记录了各段在内存中的起始位置和段的长度。
意义
为了实现离散分配，提高内存利用率。分页仅仅是系统管理上的需要，完全是系统行
为，对用户是不可见的。
意义
更好地满足用户需求。一个段通常包含着一组属于一个逻辑模块的信息。对用户是可
见的，用户编程时需要显式地给出段名。
思路
局部性原理
时间局部性
空间局部性
如果执行了程序中的某条指令，那么不久后这条指令很有可能再次执行；如果某个数
据被访问过，不久之后该数据很可能再次被访问
一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也很有可能被访问
基于此原理，引入高速缓冲寄存器
I/O设备管理
分段分页混合集二者所长
操作系统来管理，把程序员从底层解放出来
文件存储
文件组织：目录
文件：一组有意义的信息的集合
由记录组成，每个记录可以是定长也可以是变长
物理结构
无结构文件
有结构文件
目录表
字符字节流
顺序存储
索引存储
索引顺序存储
目录本身就是一种有结构文件，由条条记录组成。记录称为文件控制块，记录每个文
件存储的位置等其他信息
索引节
当找到文件名对应的目录项时，才需要将索引结点调入内存
瘦身版的文件控制块，保存除文件名的其他文件信息，使文件目录只需存储文件名，
和指向的索引节点
提高文件索引的速度
如何组织文件在内存中的存储方式？如何组织磁盘的空闲空间，需要时进行分配？
基本操作
创建文件
删除文件
打开文件
关闭文件
共享文件
读写文件
先分配外存空间，然后在创建目录
回收外存空间，再删除目录
将目录项中的信息复制到内存中的打开文件表中，找到文件的存储位置
将进程打开文件表中的相应表项删除
将文件读入/写出到内存/外存
目录项指向同一个索引点，多一个计数器，等计数为0时才可以删除
文件保护：设置口令、加密、权限管理
总结：文件管理一方面要管理文件的存取，内存外存之间的对应转换。另一方面要把
文件组织起来，便于索引和操作
磁盘
即为外存
磁盘、磁道、扇区
磁头移动到目标位置，盘片旋转，对应扇区划过磁道才能完成读/写
磁盘由表面涂有磁性物质的圆形盘片组成
每个盘片被划分为一个个磁道，每个磁道又划分为一个个扇区
减少磁盘读取过程的延时
交替编号、错位命名、地址结构设计
作为CPU和/O设备机械部件之间的“中介”，用于实现CPU对设备的控制。
控制方式
程序直接控制
中断控制
DMA控制
CPU需要不断询问是否空闲，低效
准备就绪之后，发送中断请求CPU处理，但是如果过于频繁也低效（如果只是读写一
个字节）
加一个缓存的中介，一起干，干好之后中断通知CPU，其实本质还是中断的优化
通道方式
相当于找了个自己的代理，可以直接代表自己
大禹倒杯茶
- 粉丝: 13
- 资源: 331
最新资源
- ZPM vscode 插件
- 员工注册登录原型集（xmind书写）
- SM2302NSAC-TRG-VB一款SOT23封装N-Channel场效应MOS管
- 用于订阅 google reader 的 rss 的 Chrome 扩展程序
- 电脑端浏览器插件-车牌号自编助手
- 北京邮电大学计网实验-模拟数据链路层的滑动窗口协议源码+文档说明.zip
- Java经典面试 100问，可以给面试党们去背，里面答案都是经过反复查询和推敲的 希望能帮到你们
- [练习题+答案]Harmony OS应用开发者高级认证
- WPS2019专业增强版-v11.8.2.10972-中石油定制版
- SI9959DY-T1-E3-VB一款SOP8封装2个N-Channel场效应MOS管
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议，欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理！
点击此处反馈
评论0