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操作系统概论-02323(2017 年张琼声版本)
第一章:操作系统简介
操作系统概念:操作系统是一种复杂的系统软件,是不同程序代码、数据
结构、初始化文件的集合,可执行。
操作系统是提供计算机用户及计算机硬件之间的接口,并管理计算机软件
和硬件资源,并且通过这个接口使应用程序的开发变得简单、高效。
接口是两个不同部分的交接面。接口分为硬件接口和软件接口,计算机的
所有功能最终都是由硬件的操作来实现的,计算机屏蔽了对硬件操作的细
节。
操作系统完成的两个目标:
○
1
及硬件相互作用,为包含在所有硬件平台上的所有底层可编程部件提供
服务。
○
2
为运行在计算机系统上的应用程序(即用户程序)提供执行环境
现代计算机特点是支持多任务,,一方面保证用户程序的顺利执行,另一
方面使计算机系统资源得到高效的利用,保证计算机系统的高性能
操作系统的功能:处理机管理、内存管理、设备管理、文件管理。
操作系统的发展:
无操作系统--单道批处理系统--多道批处理系统--微机操作系--实时操作
系统
无操作系统阶段:电子管,无存储设备,第一台:1946 年宾夕法尼亚大学
的「埃尼阿克」
单道批处理系统:晶体管,磁性存储设备,内存中有一道批处理作业,计
算机资源被用户作业独占。
吞吐量是指单位时间内计算机系统处理的作业量
多道程序系统:集成电路芯片,出现了分时操作系统(多个终端)。
微机操作系统:第一台 Intel 公司顾问 GaryKildall 编写的 CP/M 系统,
是一台磁盘操作系统,用于 Intel8080.
实时操作系统:广泛应用于各种工业现场的自动控制、海底探测、智能机
器人和航空航天等。
批处理、实时、分时系统的优缺点比较:
单道批处理系统:自动性、顺序性、单道性。优点:减少了等待人工操作

的时间
缺点:CPU 资源不能得到有效的利用。
多道批处理系统:多道性、无序性、调度性、复杂性。优点:能够使 CPU
和内存 IO 资源得到充分利用,,提高系统的吞吐量。缺点:系统平均周转
时间长,缺乏交互能力。
分时系统:多路性、及时性、交互性、独立性。优点:提供了人机交互,
可以使用户通过不同终端分享主机。缺点:不能及时接收及时处理用户命
令。
实时操作系统(用户实时控制和实时信息处理):多路性、独立性、及时
性、交互性、可靠性。在实时系统中,往往采取多级容错措施来保证系统
安全和数据安全。
操作系统产品:主机操作系统(批处理、事务处理(银行支票处理或航
班预订)、分时处理),微机操作系统,服务器操作系统、嵌入式操作系
统(物联网操作系统)
操作系统特征:并发(多个事件在同一时间间隔内同时发生)、共享、虚
拟、异步
操作系统功能:
内存管理:任务是为多道程序的运行提供良好的运行环境,方便用户使用
内存,提高内存利用率,以及从逻辑上扩充内存实现虚拟存储。它具有内
存分配、内存保护、地址映射和内存扩充(借助及虚拟存储技术)等功能。
进程管理
文件管理:存储空间的管理-目录管理-文件的读写管理和权限控制
设备管理
提供用户接口:命令接口,图形用户接口,程序接口
操作系统体系结构:
简单的监控程序模型—单体结构模型—层次结构模型—客户服务器模型
及微内核结构—动态可扩展结构模型
单体内核是操作系统中最早、最常见的体系结构(UNIX/MS-DOS/Linux/MAC
OS X/BSD)
层次结构最经典的例子 Dijjkstra 的 THE 系统
指令的执行:程序是指令的集合,程序的执行就是按照某种控制流执行指
令的过程。一个单一指令需要的处理称为指令周期,包括取指周期和执行
周期

第二章:进程管理
程序的顺序执行特点:顺序性,封闭性、可再现性
程序的并发执行特点:间断性、失去封闭性、不可再现性
进程的概念:
○
1
进程是允许并发的程序在某个数据集合上的运行过程
○
2
进程是正文段、用户数据段和进程控制块共同组成的执行环境。正文段
存放被执行的机器指令,用户数据段存放进程在执行时要操作的用户数据,
进程控制块存放程序的执行环境,操作系统通过这些描述和管理进程。
进程代表了程序的执行过程,是一个动态的实体,它随着指令的执行而不
断变化,在某个特定时刻的进程内容被称为进程映像。
进程的特征:并发性、独立性、异步性、动态性、结构特征。
进程和程序的区别:
○
1
程序是静态的,进程是动态的
○
2
程序是永久的,进程是暂时存在的
○
3
程序和进程存在的实体不同。程序是指令的集合,进程是由正文段、用
户数据段、进程控制块组成
进程和程序的联系:
进程是程序的一次执行,进程总是对应至少一个特定的程序,执行程序的
代码,一个程序可以对应多个进程。
进程控制块:
进程实体存在的标志是操作系统管理进程所使用的数据结构—进程控制
块
进程控制块是进程实体的一部分,是操作系统中最重要的数据结构,进程
控制块中记录了操作系统所需要的,用户描述进程情况以及控制进程运行
所需要的全部信息,进程控制块是操作系统感知进程存在的唯一标志。
进程控制块中的信息:进程标识符信息、处理机状态信息、进程调度信息、
进程控制信息
进程的状态:就绪态、执行态,阻塞态
转换:
就绪态
执行态

阻塞态

进程的组织:链接方式、索引方式、进程队列
进程的控制:进程的创建----阻塞----唤醒----终止
创建的条件:1)用户登录 2)作业调度 3)提供服务 4)应用请求
阻塞的条件:1)请求系统服务 2)数据尚未到达 3)无工作可做 4)启动
某种操作
操作系统内核
操作系统内核是计算机硬件的第一次扩充,内核执行操作系统及硬件密
切相关,执行频率高的模块,常驻内存。
操作系统内核的功能:1)支撑功能 2)资源管理功能
支撑功能包括:中断处理、时钟管理和原语操作,原语操作是一组在执
行过程中不能中断的操作
资源管理功能包括:进程管理、存储器管理和设备管理
中断:中断是改变计算机执行指令顺序的一种事件,这种事件及 CPU 芯
片内外部硬件电路产生的电信号相对应。
中断的目的:能有效提高 CPU 的利用率,改善系统性能,支持系统的异
步性。引用中断机制前,采用的是反复轮询的方式,来检测本次 I/O 是
否结束。
中断类型 1)同步中断(内部中断或异常)2)异步中断(外部中断)
同步中断是当指令执行时由 CPU 控制单元产生的,如除法出错,调试、
溢出、浮点出错等
异步中断是由其他硬件设备随机产生的,可分为外部可屏蔽中断(I/O 设
备产生)和外部不可屏蔽中断(紧急事件产生,硬件故障等)
引起中断的原因:1)人为设置中断 2)程序性事故 3)I/O 设备 4)硬件
故障 5)外部事件
单重中断的处理过程:CPU 在反复执行指令的过程中,每执行完一条执
行,都会检查是否有外部中断的到来,如果有中断信号,则转中断处
理。
时钟管理:
计算机的很多活动都是由定时测量来控制的,两种定时测量:1)保存当
前的系统时间和日期 2)维持定时器,操作系统依靠时钟硬件和时钟驱动
程序来完成上述两种测量
时钟硬件(可编程间隔定时器)的功能:按照指定的时间间隔产生时钟
中断,测量逝去的时间,并触发及时间有关的操作
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