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程序员教程-2章-操作系统基础知识

2447人浏览 / 0人评论 / | 作者:因情语写  | 分类: 软考程序员  | 标签: 软考  | 

作者:因情语写

链接:https://www.proprogrammar.com/article/28

声明:请尊重原作者的劳动,如需转载请注明出处


      下周考试,书已经全部看一遍,果然逼一下自己还是有点用的,接下来几天只要把剩下的两章写出来,虽然质量没有保证,但毕竟写出来了

  目录结构

  2.1 操作系统概述

    1 操作系统的作用、特征与功能

    2 操作系统的分类与特点

  2.2 进程管理

    2.2.1基本概念

      1 程序执行时的特征

      2 进程的组成

      3 进程的状态及其状态间的切换

    2.2.2 进程控制

    2.2.3 进程通信

      1 同步与互斥

      2 信号量机制

      3 高级通信

      4 直接和间接通信

    2.2.4 进程调度

      1 三级调度

      2 进程调度方式

      3 进程调度算法

    2.2.5 死锁

      1 死锁举例

      2 产生死锁的原因及条件

    2.2.6 线程

  2.3 存储管理

    2.3.1 基本概念

      1 存储器的结构

      2 地址重定位

    2.3.2 存储管理方案

      1 分区存储管理

      2 分区保护

    2.3.3 分页存储管理

      1 纯分页存储管理

      2 快表

    2.3.4 分段存储管理

      1 分段存储管理方式的引入

      2 分段的基本原理

    2.3.5 虚拟存储管理

      1 程序局部性原理

      2 虚拟存储器的实现

      3 请求分页管理的实现

      4 页面置换算法

  2.4 设备管理

    2.4.1 设备管理概述

      1 设备的分类

      2 设备管理的目标与任务

    2.4.2 设备管理技术

      1 通道技术

      2 DMA技术

      3 缓冲技术

      4 Spooling技术

    2.4.3 磁盘调度

      1 磁盘驱动调度

      2 旋转调度算法

  2.5 文件管理

    2.5.1 基本概念

      1 文件

      2 文件系统

      3 文件分类

    2.5.2 文件的结构和组织

      1 文件的逻辑结构

      2 文件的物理结构

    2.5.3 文件目录

      1 文件控制块

    2.5.4 存取方法、存取控制

      1 文件的存取方法

      2 文件存储空间的管理

    2.5.5 文件的使用

    2.5.6 文件的共享和保护

      1 文件的共享

      2 文件的保护

    2.5.7 系统的安全与可靠性

      1 系统的安全

      2 文件系统的可靠性

  2.6 作业管理

    2.6.1 作业管理

      1 作业控制

      2 作业的状态及其转换

      3 作业控制块和作业后备队列

    2.6.2 作业调度

      1 调度算法的选择

      2 作业调度算法

      3 作业调度算法性能的衡量指标

    2.6.3 人机界面

  简单快速写一点东西,实在不愿敲东西

  2.1 操作系统概述

  操作系统是计算机系统中必不可少的核心系统软件,其他软件(如编辑程序、汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件,以及大量的应用软件)是建立在操作系统的基础上,并在操作系统的统一管理和支持下运行

    1 操作系统的作用、特征与功能:操作系统有效地组织和管理系统中的各种软、硬件资源,合理地组织计算机系统工作流程,控制程序的执行,并且向用户提供一个良好的工作环境和友好的接口

    操作系统的4个特征是并发性、共享性、虚拟性和不确定性

    操作系统的功能分为进程管理,文件管理,存储管理,设备管理,作业管理

    2 操作系统分类及特点

    1)批处理操作系统:分为单道批处理和多道批处理

    2)分时操作系统:一个计算机系统与多个终端设备连接,时间片轮转,用户感觉整个系统均归其一人占用。分时系统主要有4个特点:多路性,独立性,交互性,及时性

    3)实时操作系统:对外来信息能够以足够快的速度进行处理,并在被控对象允许的时间范围内做出快速反应

    4)网络操作系统:是联网计算机能方便而有效地共享网络资源,为网络用户提供各种服务的软件和有关协议的集合。

    5)分布式操作系统:由多个分散的计算机经连接而成的计算机系统,系统中的计算机无主、次之分,任意两台计算机可以通过通信交换信息

    6)微型计算机操作系统:WINDOWS MAC OS LINUX

    7)嵌入式操作系统:运行在嵌入式智能芯片环境中,对整个智能芯片以及它所控制的各种部件装置等资源进行统一协调、处理、指挥和控制

    特点:微型化,可定制,实时性,可靠性,易移植性

  2.2 进程管理

  也称处理机管理,其核心是如何合理地分配处理机的时间,提高系统的效率

    2.2.1 基本概念

      1 程序执行时的特征

      顺序执行:顺序性、封闭性和可再现性

      并发执行:失去了程序的封闭性,程序和机器执行程序的活动不再一一对应,并发程序间具有相互制约性

      2 进程的组成:进程通常由程序、数据和进程控制块(PCB)组成,其中,PCB是进程存在的唯一标志

                    3 进程的状态及其状态间的切换

      1)三态模型:运行,就绪,阻塞

      2)五态模型:在三态的基础上增加新建,终止状态

    2.2.2 进程控制:进程控制是指对系统中所有进程从创建到消亡的全过程实施有效的控制

    进程控制是由操作系统内核中的原语实现的

    原语是指由若干条机器指令组成的,用于完成特定功能的程序段。原语的特点是在执行时不能被分割,即原子操作要么都做,要么都不做

    2.2.3 进程通信

    进程通信是指各个进程交换信息的过程

      1 同步与互斥:同步是合作进程间的直接制约问题,互斥是申请临界资源进程间的间接制约问题

      1)进程间的同步:略

      2)进程间的互斥:略

      3)临界区管理的原则:有空即进,无空则等,有限等待,让权等待

      2 信号量机制:一种有效的进程同步与互斥工具

      1)整型信号量与PV操作

      公用信号量:实现进程间的互斥,初值为1或资源的数目

      私用信号量:实现进程间的同步,初值为0或某个正整数

      P操作表示申请一个资源,V操作表示释放一个资源

      3 高级通信:主要分为共享存储模式,消息传递模式和管道通信

      4 直接和间接通信:直接通信是将消息发送给指定进程,间接通信是以信箱为媒体来实现通信的

    2.2.4 进程调度

      1 三级调度

      高级调度:决定处于输入池中的哪个后备作业可以调入主系统做好运行的准备,成为一个或一组就绪进程,系统中一个作业只需经过一次高级调度

      中级调度:决定处于交换区中的就绪进程哪个可以调入内存,以便直接参与对CPU的竞争

      低级调度:决定处于内存中的就绪进程哪个可以占用CPU

      2 进程调度方式:指当有更高优先级的进程到来时如何分配CPU。调度方式分为可剥夺和不可剥夺两种

      3 直程调度算法

      1)先来先服务

      2)时间片轮转:固定时间片,可变时间片

      3)优先级调度:静态优先级,动态优先级

      4)多级反馈调度:时间片轮转和优先级算法的综合和发展

    2.2.5 死锁:所谓死锁,是指两个以上的进程互相都要求使用对方已经占有的资源而导致无法继续运行的现象

      1 死锁举例

      2 产生死锁的原因及条件

      4个必要条件:互斥条件,请求保持条件,不可剥夺条件,环路条件

    2.2.6 线程:线程作为调度和分配的基本单位,进程作为独立分配资源的单位

  2.3 存储管理

  存储管理的对象是主存储器(主存、内存),主要功能包括分配和回收主存空间、提高主存的利用率,扩充主存、对主存信息实现有效保护

    2.3.1 基本概念

      1 存储器的结构:寄存器-主存-外存结构和寄存器-缓存-主存-外存结构。虚拟地址,地址空间。逻辑地址空间,物理地址空间

      2 地址重定位:将逻辑地址转换成主存物理地址的过程称为地址重定位。静态地址重定位,动态地址重定位

    2.3.2 存储管理方案:主要目的是解决多个用户使用主存的问题:其管理方案主要包括分区存储管理,分页存储管理,分段存储管理,段页式存储管理以及虚拟存储管理

      1 分区存储管理:把主存用户区划分成若干个区域,每个区域分配给一个用户作业使用

      按分区的划分方式不同,可分为固定分区,可变分区和可重定位分区

       2 分区保护:上界/下界寄存器保护,基址/限长寄存器保护

    2.3.3 分页存储管理

      1 纯分页存储管理

      1)分页原理:将一个进程的地址空间划分成若干个大小相等的区域,称为页。

      2)地址结构:两部分:前一部分为页号P;后一部分为偏移量W,即页内地址

      3)页表:将进程的每一页离散地分配到内存的多个物理块中后,系统应保证能在内存中找到每个页面所对应的物理块,为此,系统为每个进程建立了一张页面映射表,简称页表

      4)地址变换机构:利用页表把用户程序中的逻辑地址变换成内存中的物理地址,即将用户程序中的页号变换成内存中的物理块号

      2 快表:在地址映射机构中增加一个小容量的联想存储器,联想存储器由一组高速存储器线成,称为快表,用来保存当前访问频率高的少数活动页的页号及相关信息

    2.3.4 分段存储管理

      1 分段存储管理方式的引入:段是信息是逻辑单位,因此分段系统的一个突出优点是易于实现段的共享,即允许若干个进程共享一个或多个段,可以简单地实现段的保护

      2 分段的基本原理:段号+段内地址

    2.3.5 虚拟存储管理

    不把作业全部装入主存,一部分暂存磁盘上,需要时再装入主存。

      1 程序局部性原理

      时间局部性:程序中的某条指令一量执行,则不久的将来该指令可能再次被执行,如果某个存储单元被访问,则不久以后该存储单元可能再次被访问

      空间局部性:一旦程序访问了某个存储单元,则在不久的将来,其附近的存储单元也最有可能被访问

      2 虚拟存储器的实现:具有请求调入功能和置换功能,可以把作业的一部分装入主存使其开始运行,能从逻辑上对主存容量进行扩充

      虚拟存储器实现主要有以下3种方式:

      (1)请求分页系统

      (2)请求分段系统

      (3)请求段页式系统

      3 请求分页管理的实现:是在纯分页系统是基础上,增加了请求调页功能、页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统

      4 页面置换算法

      (1)最佳置换算法:选择永不使用的,或者是最长时间内不再被访问的页面置换出去

      (2)先进先出置换算法

      (3)最近最少使用(LRU)

      (4)最近未用(NUR)

  2.4 设备管理

  是操作系统最繁杂而且与硬件紧密相关的部分,不但要管理实际I/O操作的设备,还要管理支持设备

    2.4.1 设备管理概述

    设备是计算机系统与外界交互的工具,具体负责计算机与外部的输入输出工作,所以称为外部设备(简称外设)。在计算机系统中,将负责管理设备和输入输出的机构称为输入输出系统(IO系统),IO系统由设备、控制器、通道、总线和输入输出软件组成

      1 设备的分类

      (1)按数据组织分类:分为块设备和字符设备

      (2)从资源分配角度分类,分为独占设备、共享设备和虚拟设备

      (3)按数据传输率分类:分为低速设备、中速设备和高速设备

      2 设备管理的目标与任务

      1)设备管理的目标:提高设备的利用率

      2)设备管理的任务:在多道程序环境下,当多个进程竞争使用设备时,按一定策略分配和管理各种设备,控制设备的各种操作

    2.4.2 设备管理技术:包括通道,DMA,缓冲和Spooling技术

      1 通道技术:设置通道后,CPU只需向通道发出输入输出命令,通道收到命令后,从内存中取出本次输入输出要执行的通道程序加以执行,当通道完成输入输出任务后,才向CPU发出中断信号

      2 DMA技术:直接内存存取:是指数据在内存与输入输出设备之间实现直接成块传送,即在内存与输入输出设备之间传送一个数据块的过程中,只需要CPU在开始与结束时进行处理,实际操作过程由DMA硬件直接执行完成,CPU在此传送过程中可执行别的任务

      3 缓冲技术:提高外设利用率,尽可能使外设处于忙状态

      4 Spooling技术:是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的一种技术

    2.4.3 磁盘调度

    磁盘是可被多个进程共享的设备,当有多个进程请求访问磁盘时,为了保证信息的安全,系统每一时刻只允许一个进程启动磁盘进行I/O操作,其余的进程只能等待。磁盘调度分为两类:移臂调度和旋转调度

      1 磁盘驱动调度

      (1)先来先服务

      (2)最短寻道时间优先

      (3)扫描算法

      (4)单向扫描调度算法

      2 旋转调度算法:略

  2.5 文件管理

  操作系统中的文件系统专门负责管理外存储器上的信息,使用户可以”按名“高效、快速和方便地存储信息

    2.5.1 基本概念

      1 文件:是具有符号名的、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的集合

      2 文件系统:操作系统中实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合,专门负责管理和存取文件信息的软件机构

      文件系统功能:按名存取,统一的用户接口,并发访问和控制,安全性控制,优化性能,差错恢复

      3 文件分类:略

    2.5.2 文件的结构和组织

    指文件的组织形式。逻辑结构和物理结构

      1 文件的逻辑结构:一类是有结构的记录式文件,另一类是无结构的流式文件

      2 文件的物理结构:指文件的内部组织形式,即文件在物理存储设备上的存放方法

      文件物理结构:连续结构,链接结构,索引结构,多个物理块的索引表

    2.5.3 文件目录

    为了实现”按名存取“,系统必须为每个文件设置用于描述和控制文件的数据结构,它至少要包括文件名和存放文件的物理地址,这个数据结构称为文件控制块(FCB),文件控制块的有序集合称为文件目录

      1 文件控制块:包含基本信息,存取控制信息,使用信息

      2 目录结构:3类:一级目录结构,二级目录结构,多级目录结构

    2.5.4 存取方法、存取控制

      1 文件的存取方法:文件的存取方法是指读写文件存储器上的一个物理块的方法,通常分为顺序存取和随机存取

      2 文件的保护:文件系统对文件的保护常采用存取控制方式进行。所谓存取控制,就是不同的用户对文件的访问规定不同的权限,以防止文件被未经文件主同意的用户访问

      文件保护的方式:存取控制矩阵,存取控制表,用户权限表,密码

    2.5.7 系统的安全与可靠性

      1 系统的安全:4个级别:系统级,用户级,目录级和文件级

      1)系统级:不允许未经核谁的用户进入系统

      2)用户级:对所有用户分类和对指定用户分配访问权

      3)目录级:只有系统核心才具有写目录的权利

      4)文件级:通过系统管理员或文件主对文件属性的设置来控制用户对文件的访问

      2 文件系统的可靠性:指系统抵抗和预防各种物理性破坏和人为破坏的能力

      转储和恢复,日志文件,文件系统的一致性

  2.6 作业管理

  作业是系统为完成一个用户的计算任务(或一次事务处理)所做的工作总和

    2.6.1 作业管理

      1 作业控制:可采用脱机和联机两种方式控制用户作业的运行。

      作业由程序、数据和作业说明书三部分组成

      2 作业的状态及其转换

      作业的状态为4种:提交、后备、执行和完成

                    3 作业控制块和作业后备队列:作业控制块(JCB)是记录与该作业有关的各种信息的登记表。JCB是作业存在的唯一标志,主要包括用户名、作业名和状态标志等信息

    2.6.2 作业调度

      1 调度算法的选择

      考虑如下因素:均衡使用系统资源,平衡系统和用户的要求,缩短作业的平均周转时间

      2 作业调度算法

      (1)单道批量处理:先来先服务,短作业优先,响应比高者优先

      (2)多道批处理:优先级调度和均衡调度算法

      3 作业调度算法性能的衡量指标

             2.6.3 人机界面

    用户界面是计算机中实现用户与计算机通信的软件、硬件部分的总称,用户界面也称用户接口,或人机界面

    (1)控制面板式用户界面

    (2)字符用户界面

    (3)图形用户界面

    (4)新一代用户界面:虚拟现实技术将用户界面发展推向一个新阶段,人将作为参与者,以自然的方式与计算机生成的虚拟环境进行通信


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