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操作系统基础1
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2022-08-03
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摘要:奇怪的操作系统增加了.jpg两章存储器以罗列定义为主,最后四章随缘更新(其他科目要紧.jpg)关键词:OS操作系统引论操作系统的概念当前对于OS还没有一个
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操作系统基础
作者: Dyllan(2018091605001)
摘要: 奇怪的操作系统增加了.jpg
两章存储器以罗列定义为主,最后四章随缘更新(其他科目要紧.jpg)
关键词:OS
操作系统引论
操作系统的概念
当前对于OS还没有一个统一的、适用的定义!
当前的OS定义
1. 操作系统是一道程序
管理计算机硬件资源;
为应用程序提供基础平台;
在计算机用户和硬件之间扮演中间人的角色;
2. 操作系统是一个资源分配者
管理计算机的所有资源;
当用户请求冲突时,以公平有效使用资源为原则做出裁决;
3. 操作系统是一个管理者
控制程序的运行,防止程序出错或不正确使用计算机;
操作系统定义:操作系统是一组 以控制和管理计算机软硬件资源、合理地对各类作业进行调度以及方便
用户使用为目的 的程序集合。
课本OS定义:操作系统位于硬件层之上,位于其它系统软件层之下的一个系统软件,使得管理系统中的
各种软件和硬件资源得以充分利用,方便用户使用计算机系统。
现代操作系统的四种基本观点
1. 从外部看OS
1. 计算机用户的观点:用户环境
1. OS是用户与计算机硬件系统之间的接口;
2. 应用程序员的观点:虚拟机器
1. OS是建立在计算机硬件平台上的虚拟机器;
2. 从内部看OS
1. OS开发者:资源管理
1. 作为计算机系统资源的管理者:
处理机管理:分配和控制处理机;
存储器管理:分配和回收内存;
I/O(Input/Output)设备管理:I/O分配与操作;
文件管理:文件存取、共享和保护;
2. OS开发者:作业组织
1. OS是计算机系统工作流程的组织者,它负责协调在系统中运行的各个应用软件的运行次
序;
操作系统的目标
1. 方便性:
计算机只能识别0、1,而用户熟悉的是各种语言;
通过命令和图形界面方便用户使用;
2. 有效性:
提高系统资源利用率;
提高系统吞吐量;(e.g. 神威计算机,多个任务,吞吐量大)
3. 可扩充性:
便于修改和增加功能;
4. 开放性:
系统能支持世界标准规范;
实现应用程序的可移植性和互操作性,要求具有统一的开放环境;
操作系统的主要功能
⭐
(重点,此处为概要,详细见各单元)
操作系统应具有五方面的功能:(这个就是本OS课程的目录)(务必熟悉!!)
1. 处理机管理(CPU)
主要功能:按照一定的算法把处理机分配给进程(线程),并对其进行有效的管理和控制;
1. 进程控制
主要功能:为作业/任务创建进程、撤消已结束的进程,以及控制进程在运行过程中的状
态转换;
2. 进程同步和互斥
协调多个进程的运行;
协调方式:
1. 进程互斥:多个进程(线程)访问临界资源时,采用互斥方式;
2. 进程同步:进程相互合作完成共同任务时,由同步机构协调进程的执行次序;
3. 进程通信
负责进程之间的信息交换;
4. 进程调度
从进程的就绪队列中按照一定的算法选出一个新进程,把处理机分配给它,使进程投入
执行;
作业进入内存后变为进程;
一个作业通常与多个进程相对应;
2. 存储器管理
主要功能:为多道程序的运行提供良好的环境,方便用户使用存储器,提高存储器的利用率以
及从逻辑上扩充内存;
功能:
内存分配;
1. 静态分配方式:每个作业预先分配好内存空间,并不再改变;
2. 动态分配方式:每个作业可随时申请新的附加内存空间,以适应程序和数据的动态
增长;
内存保护;
确保每道用户程序都只在自己的内存空间内运行,彼此互不干扰;
保护机制:设置两个界限寄存器,越界检查都由硬件实现;
地址映射;
地址空间:程序所在的空间。空间内的单元编号为逻辑地址(相对地址);
内存空间:由一些列单元限定的地址范围。其中的地址为物理地址;
地址映射:运行时,将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中的物理地址的过
程;
内存扩充;
利用虚拟存储技术,从逻辑上扩充内存容量(虽然有点怪,但想通后也没错,本质
就是将部分外存用于暂存内存中暂时不需要的数据);
机制:
1. 请求调入功能:若当前程序需要的数据或程序未装入内存,则从外存中将所需
部分调入内存,然后继续运行;
2. 置换功能:将内存中部分暂时不需要的数据或程序调出到外存,然后将需要的
部分装入内存;
结构与功能:
有合适的内存分配的数据结构,该结构用于记录内存空间的使用情况;
内存分配功能——为用户程序分配内存空间;
内存回收功能——当用户不再需要的内存时,系统能回收内存;
3. 设备管理
I/O管理;
主要任务:
完成用户进程提出的I/O请求;
为用户进程分配其所需的I/O设备;
提高CPU和I/O设备的利用率;
提高I/O速度;
方便用户使用I/O设备;
功能:
1. 缓冲管理:有效地缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾 ,提高CPU的利用率;
2. 设备分配:根据用户进程的I/O请求,按照某设备的分配策略,为进程分配其所需的设
备;
3. 设备处理:设备的驱动,提供设备之间的接口;
4. 文件管理
主要任务:
管理用户文件和系统文件;
方便用户使用;
保证文件安全性;
主要功能:
文件存储空间管理;
目录管理;
文件的读/写管理和保护;
5. 方便用户使用的用户接口(用户与操作系统的接口)
首先,要意识到对大多用户来说,操作系统是一个“黑盒子”,因此OS要提供一个指引用户如
何使用的人性化接口;
用户通过接口使用计算机,接口影响计算机的使用方式;
操作系统接口的作用:
保护操作系统(防止“豆芽🌱”用户的错误操作导致的灾难的发生)
方便应用程序的移植(让程序可在有同一系统的不同主机运行)
让用户觉得简单方便(用户接口起了“导师🛕”的作用)
基本方式:
命令行
编译,然后将目录路径加入环境中:
图形接口(GUI)
构建消息循环队列完成消息响应;
OS提供消息框架和相关API;
有图标,方便用户使用!
假脱机;
应用程序(将命令行和GUI组合成一个整体)
计算机用户需要用户接口(简称接口):
OS的Interface(用户接口):由OS实现的由所有用户命令所构成的集合;
用户接口也称命令接口;
用户可通过命令接口向作业发出命令,控制作业的运行;
命令的表示形式:
字符形式:较灵活但繁琐且难记;
菜单形式:试图在字符终端上提供友好的用户界面;
图形形式:直观且易记但不灵活;
应用软件需要的System Call(系统调用、接口):
程序接口(应用编程接口):由OS实现的由所有系统调用所构成的集合;
又称程序接口或应用编程接口(Application Programming Interface, API)
程序接口由一组系统调用组成,每一个系统调用都是一个能完成特定功能的子程
序;
OS实现了对计算机资源的抽象(隐藏、扩充)
抽象出功能,逐层增加抽象程度,大大简化用户使用;
// myEcho.c
#include <stdio.h>
int main(int argc,char* argv[])
{
printf("ECHO:%s\n", argv[1]);
return 0;
}
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