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操作系统概论
1. 操作系统的定义
计算机操作系统是指控制和管理计算机的软、硬件资源,合理组织计算机的工作流程,方便用户使用的程序集合。
2. 操作系统的功能
进程管理、存储管理、设备管理、文件管理、用户接口
3. 操作系统的特征(必考)
(1)并发(Concurrence):在操作系统中同时存在许多活动。多个事件会在同一时间段内发生。
Concurrence,并发,两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
Parallel,并行,两个或多个事件在同一时刻发生。
在多道程序处理时,宏观上并发,微观上交替执行(在单处理器情况下)。
并行是并发的一种特殊情况
并行必须有多个处理器
并发执行的条件:达到封闭性和可再现性
(2)共享(Sharing):系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
并发和共享是操作系统的两个最基本的特征,它们互为存在的条件。
(3)虚拟(Virtual):通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。
(4)异步(Asynchronism):也称不确定性( Nondeterminacy ),指进程的执行顺序和执行时间的不确定性。
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4. 操作系统的分类
(1)批处理操作系统
优点:
资源利用率高
吞吐量大
缺点:
用户交互性差,调试程序困难
作业平均周转时间长
(2)分时操作系统
分时:把计算机的系统资源(尤其是 CPU 时间)进行时间上的分割,每个时间段称为一个时间片( time
slice),每个用户依次轮流使用时间片。
分时操作系统的特征
多路性:多个用户同时工作。也称为同时性。
独立性:各用户独立操作,互不干扰,感觉不到计算机为其它用户服务。
及时性:系统能及时对用户的操作进行响应。
交互性:分时系统的基本属性。
响应时间:从终端发出命令到系统处理完这条命令并给予回答所需的时间。
(3)实时操作系统
在实时计算中,系统的正确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果,而且依赖于结果产生的时间。
实时系统:能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。
(4)网络操作系统
网络操作系统是在通常操作系统功能的基础上提供网络通信和网络服务功能的操作系统。
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(5)分布式操作系统
分布式系统:以计算机网络为基础,处理和控制的分散(相对于集中式系统),基本特征是处理上的分布,即功
能和任务的分布。
优点:处理能力增强、速度更快、可靠性增强
(6)多处理机操作系统
(7)嵌入式操作系统
以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统,对功能、可靠性、成本、体积、功耗严
格要求的专用计算机系统。
作业管理和用户接口
1. 用户与操作系统的接口
(1)作业级接口:操作系统为用户对作业运行全过程控制提供的功能。
(2)程序级接口:系统为用户在程序一级提供有关服务而设置,由一组系统调用命令组成。
2. 作业管理
(1)作业的概念
用户在一次计算过程中或一次事务处理过程中,要求计算机系统所做工作的总称。
(2)作业的组成
由程序、数据和作业说明书三部分组成。
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(3)作业的类型
脱机作业------脱机用户接口------批处理方式
把对作业进行控制的意图连同程序和数据及发生故障后的处理措施一起输入系统中,由系统根据该意图来控制作
业的执行。
作业控制块:
用来对作业进行描述的数据结构称为作业控制块(JCB)
作业控制块是批处理作业存在的标志
保存系统对于作业进行管理所需要的全部信息
联机作业------联机用户接口------交互式方式
由一组操作系统命令实现,采用人机对话的方式来控制作业的运行。
3. 系统调用(必考)
系统调用是操作系统提供给软件开发人员的唯一接口,开发人员可利用它使用系统功能。
(1)程序状态类型
管态与算态
用户工作的状态——算态,用户态
系统程序工作的状态——管态,系统态
特权指令与访管指令
特权指令:只允许管态下使用的指令。
访管指令:引起访管中断,实现从算态到管态的转变(设定程序状态字为管态),在管态下由操
作系统代替用户完成操作,再由管态返回到算态。
用户程序在算态下运行——只能使用算态指令
操作系统是系统程序在管态下运行——可以使用算态指令,也可使用特权指令
(2)系统调用及其功能
系统调用:至少包括一条访管指令在内的、由操作系统代替用户完成的某些特定功能的程序段。
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将系统转入管态,只能由汇编语言直接访问
是操作系统提供给编程人员的唯一接口
功能:完成与硬件相关的工作以及控制程序的执行。
设备管理、文件管理、进程控制、进程通信、存储管理、系统管理、通过系统调用接口也可使用系统命令
(3)系统调用的实现过程
(4)系统调用与普通过程调用的相同点和不同点
系统调用是动态调用,而 CALL 调用方式是静态调用。
一、进程管理(最重要的部分)
(一)进程的概念,线程的概念,PCB 的概念
1. 进程
(1)进程的概念
程序在处理机上执行时所发生的活动(Dijkstra)
是一个容器,该容器用以聚集相关资源(A. S. Tanenbaum)
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