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操作系统 考查目标 课程介绍 一、操作系统概述 操作系统的目标和作用 操作系统的发展过程：单道批处理、多道批处理、分时系统、实时系统，实时系统和分时系统的特征比较 操作系统的四大基本特征及其之间的关系，最基本的特征是什么 操作系统的五大功能，各个功能又具有什么功能，其主要任务是什么 操作系统的发展过程： 无操作系统的计算机系统:脱机输入输出 单道批处理系统的特征：自动性、顺序性、单道性 多道批处理系统的特征：多道性、无序性、调度性 优点：资源利用率高系统吞吐量大、单位时间内完成的工作总量大； 缺点：平均周转时间长、无交互能力 分时系统的特征：多路性、独立性、及时性、交互性 实时系统：系统能及时(或即时)响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。硬实时任务（必须在截止时间内完成）、软实时任务 操作系统的特征 四个基本特征： 并发、共享、虚拟和异步性（不确定性） 并发性：两个或多个事件在同一时间间隔内发生 在多道程序系统（单处理器）中，宏观上并行，微观上串行（分时交替执行） 异步性：各个进程以不可预知的速度执行，只要运行环境不变，结果形同。 最基本（重要）的特征是并发，其他三个特征都是以并发特征为前提的。 操作系统的五大功能 功能：处理机管理功能、存储器管理功能、设备管理功能、文件管理功能、操作系统与用户接口 处理机管理功能：进程控制、进程同步、进程通信、调度 存储器管理功能：内存分配、存储保护、地址映射、内存扩充 设备管理功能：缓冲管理、设备分配、设备处理 文件管理功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/写管理和保护 操作系统与用户之间的接口： 用户（命令）接口：联机用户接口、脱机用户接口 图形用户接口； 程序接口：系统调用 操作系统的体系结构（微内核与巨内核） 微内核： Mach OS、windows2000/xp微内核操作系统：足够小的内核、基于客户/服务器模式、应用“机制与策略分离”原理、采用面向对象技术。功能：进程（线程）管理、低级存储器管理、中断和陷入处理。 微内核操作系统优点：提高了系统的可扩展性、增强了系统的可靠性、可移植性、提供了分布式系统的支持、融入了面向对象技术。 存在的问题：运行效率有所降低。 第二章 进程管理 进程的定义：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位 进程的基本概念 为什么要引入进程？对资源的竞争、运行程序之间的通信、程序之间的合作与协同等。 程序顺序执行特征：顺序性、封闭性、可再现性。 并发执行特征：间断性、失去封闭性、不可再现性。 进程基本特征：结构特性、动态性（最基本特征）、并发性、独立性、异步性。 进程实体=进程控制块(PCB)+程序段+相关的数据段 第二章 进程管理 进程的三种基本状态以及各状态之间的转换关系 挂起状态 引起挂起状态的原因： 终端用户的请求 父进程请求 负荷调节的需要 操作系统的需要 挂起状态 UNIX系统的九大状态转换 进程的控制 引起创建进程事件：用户登录、作业调度、提供服务、应用请求 创建过程：申请空白PCB、为新进程分配资源、初始化进程控制块、将新进程插入就绪队列 引起进程终止的事件：正常结束、异常结束、外界干预 进程终止过程： 引起进程阻塞和唤醒的事件：请求系统服务、启动某种操作、新数据尚未到达、无新工作可做 进程的挂起与激活 第二章 进程管理 进程同步---信号量机制（P、V操作） 进程同步的基本概念 进程两种形式的制约关系 (1) 间接相互制约关系 源于资源共享 (2) 直接相互制约关系 源于进程合作 临界资源：在一段时间内只允许一个进程访问的资源（互斥访问）； 临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码。 同步机制应遵循的四个原则：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待 整型信号量未遵循“让权等待”原则，导致忙等。 资源信号量，表示系统中某类资源的数目 第二章 进程管理 信号量机制（P、V操作） 进程通信 进程通信的基本类型： 共享存储器系统（基于共享数据结构的通信方式、基于共享存储区的通信方式） 消息传递系统（计算机网络：消息称为报文）、 管道通信（是指用于连接一个读进程和一个写进程以实现他们之间通信的一个共享文件，又名pipe文件。 ） 管道机制提供三方面的协调能力：互斥、同步、确定对方是否存在 线程 引入线程的目的：减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性。 线程的属性：轻型实体