操作系统课笔记

操作系统课笔记

2020-3-4更新

什么是操作系统(operating system)

操作系统是管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务，并合理组织 计算机工作流程和为用户方便有效地使用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。

操作系统资源管理技术

1、资源复用：分为空分复用共享、时分复用共享 2、资源虚拟：是对资源进行转化、模拟或整合，把物理上的一个资源变成逻辑上的多个对应物的一类技术。 3、资源抽象：通过创建软件来屏蔽硬件资源物理特性和接口细节，简化对硬件资源的操作、控制和使用的一类技术。

操作系统的三种处理方式

1、批处理方式 接收一批作业到外存，组织成作业流；自动控制一批作业的内存装入和运行过程；全部完成后再将结果反馈给用户。 又分单道批处理和多道批处理。 多道批处理优点：系统资源利用率高；系统吞吐量大。 多道批处理缺点：成批处理过程中无交互性，用户作业的等待时间长。 2、分时处理方式(强调交互性) 一台主机上链接多个终端组成的系统，同时允许多个用户通过自己的终端，已交户方式使用计算机，共享主机。 将cpu时间划分成时间片，每个时间片轮流执行各用户程序。 分时处理特点：同时性、交互性、独占性、及时性。 终端相应时间大约为2-3秒 3、实时处理方式(强调及时性和相应性) 硬式实时系统：对时间严格约束，有deadline 软式实时系统：对时间限制稍微弱一些，没有deadline

操作系统内核(kernel)

是作为可信软件来提供支持进程并发执行的基本功能和基本操作的一组程序。 如时钟管理、cpu调度、内存分配等。 内核的属性：由中断驱动、不可抢占、可以在屏蔽中断状态下执行、可以使用特权命令

操作系统的目标

1、方便性：配置OS提供良好的一致的用户接口，方便用户使用 2、有效性：合理地管理和分配硬件软件资源，合理地组织计算机的工作流程。提高系统资源利用率，提高系统的吞吐量 3、可扩充性：适应计算机硬件、体系结构以及计算机应用发展的要求。 4、开放性：遵循世界标准规范，方便使其与遵循国际标准所开发的软件和硬件互联。

操作系统的作用

1、作为用户与计算机硬件系统之间的接口 2、作为计算机系统四类资源的管理者：(1)(2)(3)是硬件(裸机)方面、(4)是软件方面 (1)处理机管理：对处理机进行分配和控制–进程管理和调度 (2)存储器管理：对内存进行分配和回收 (3)I/O设备管理：负责I/O设备的分配和回收与操纵 (4)文件管理：文件的存取、共享与保护 3、实现了对计算机资源的抽象

系统吞吐量：系统在单位时间内完成的工作总量。

多道批处理系统的特征

1、多道性：内存中同时驻留多个作业。宏观上并发，微观上串行。 2、无序性：多个作业完成的先后顺序与他们进入内存的顺序之间并无严格的关系。 3、调度性：作业从提交到完成，经过两次调度。分别是作业调度和进程调度。 作业调度：从外存的后备作业队列中，选择若干个作业调入内存。 进程调度：从已在内存的作业中选择一个作业，将cpu分配给它，使之执行。

操作系统主要特征

1、并发性：在一个时间段内，多个程序处于宏观的运行状态，并发推进。(区别串行、并行、并发) 并行性具有并发的意义，但并发性不一定可以并行。(多个打印机) 2、共享性：操作系统中的资源可被多个并发执行的进程所使用。 3、异步性：也称为不确定性，指并发进程的推进速度不可预知 4、虚拟性：利用某种技术将少的物理资源演变为多的、逻辑上的对应资源等。

操作系统主要功能

1、处理机管理：进程控制，进程同步，进程通信，调度 2、存储器管理：内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充 3、设备管理：缓冲给管理，设备分配，设备处理 4、文件管理：文件存储空间的管理，目录管理，文件的读写管理和保护

作业、程序、进程

作业：用户提交给系统的一个计算任务。作业时用于人机之间交互的一个概念 批作业=程序+数据+作业控制说明书 交互作业=程序+数据+交互命令

程序：程序是一个静态代码，是作业的组成部分

进程：进程对应一个程序的一次动态执行过程 子进程：是父进程的一个副本，子进程的所有资源都继承父进程，二者不共享地址空间

作业与进程的区别： 一个进程是一个程序对某个数据集的执行过程，是分配资源的基本单位。作业是用户需要计算机完成的某项任务，是要求计算机所做工作的集合。 （1）作业是用户向计算机提交任务的任务实体。在用户向计算机提交作业后，系统将它放入外存中的作业等待队列中等待执行。而进程则是完成用户任务的执行实体，是向系统申请分配资源的基本单位。任一进程，只要它被创建，总有相应的部分存在于内存中。 （2）一个作业可由多个进程组成，且必须至少由一个进程组成，反过来则不成立。 （3）作业的概念主要用在批处理系统中，像UNIX这样的分时系统中就没有作业的概念。而进程的概念则用在几乎所有的多道程序系统中。

2020-3-5更新

原语

操作系统中的原语类型 1、进程控制用的原语：实现进程管理和状态切换 2、进程通信用的原语：用于进程之间的通信 3、资源互斥和同步用的原语：解决资源互斥访问 4、资源管理用的原语：主要有请求资源的原语和释放资源的原语

进程创建原语运行的情况 1、批作业调度 2、交互作业提交 3、系统提供服务 4、用户程序创建子进程

进程撤销原语运行的情况 1、进程自行终止 2、用户或父进程的原因使进成终止 3、运行超时而终止 4、运行出错而终止

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