计算机操作系统
2021-01-12 19:13:32 0 举报AI智能生成
计算机操作系统概述
作者其他创作
大纲/内容
内存管理
程序执行过程
编译、链接、装入
逻辑地址和物理地址
扩充内存
覆盖与交换
连续分配
单一连续分配
固定分区分配
动态分区分配
非连续分配
页式存储管理
段式存储管理
段页式存储管理
虚拟内存
概念
请求分页
概论
概念
特征
并发
共享
虚拟
异步
目标和功能<br>
计算机系统资源的管理者
用户与计算机系统之间的接口
命令接口
程序接口（GUI）
扩充机器
<span style="font-size: inherit;">发展</span><br>
手工操作阶段<br>
缺：人机速度矛盾
批处理阶段
单道批处理（引入脱机输入输出技术）
多道批处理（操作系统开始出现）
优：多道程序并发执行，资源利用率高<br>
缺：不提供人机交互
分时操作系统
优：提供人机交互
缺：不能优先处理紧急任务
实时操作系统
硬实时
软实时
优：能优先处理紧急任务
网络操作系统
分布式操作系统
个人计算机操作系统
运行环境
运行机制
内核态→用户态
一条修改PSW的特权指令
用户态→内核态
由“中断”引起，硬件自动完成
中断(Interruption)和异常(Exception)
内中断（异常、例外）
陷阱、陷入(trap)<br>
故障(fault)
终止(abort)
外中断（中断）
时钟中断
I/O中断请求
系统调用
体系结构
大内核/单内核/宏内核<br>
微内核
进程管理
进程
概念：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基本单位<br>
组成
PCB（进程控制块，唯一标志）
进程描述信息
进程控制和管理信息
资源分配清单
处理机相关信息
程序段
数据段
特征
动态性
进程的最基本特征
并发性
独立性
进程能独立运行、独立获得资源、独立接受调度的基本单位<br>
异步性
结构性
状态：创建、就绪、运行、阻塞、结束
控制：创建、终止、阻塞和唤醒、切换
通信
共享存储
互斥访问
管道通信
一个管道只能实现半双工通信
写满时，不能再写；读空时，不能再读<br>
没写满，不能读；没读空，不能写<br>
消息传递
线程
概念
与进程的比较
调度：线程是独立调度的基本单位；进程是拥有资源的基本单位，线程不拥有资源（一点必不可少的资源）
并发性：引入线程后，使操作系统具有更好的并发性，提高了系统的吞吐量
系统开销：进程的创建和销毁所付出的开销<font color="#381e11">远大于</font>创建和撤销线程的开销
属性
线程是处理机调度的单位
多CPU计算机中，各个线程可占用不同的CPU<br>
每个线程都有一个线程 ID、线程控制块（TCB）<br>
线程也有就绪、阻塞、运行三种基本状态<br>
线程几乎不拥有系统资源
同一进程的不同线程间共享进程的资源<br>
由于共享内存地址空间，同一进程中的线程间通信甚至无需系统干预<br>
同一进程中的线程切换，不会引起进程切换
不同进程中的线程切换，会引起进程切换
切换同进程内的线程，系统开销很小<br>
切换进程，系统开销较大
线程的实现方式
用户级线程（User-Level Thread, ULT）<br>
内核级线程（Kernel-Level Thread, KLT）
处理机调度
概念、三级调度：高级（作业调度）、中级（内存调度）、低级（进程调度）
调度方式：剥夺式、非剥夺式
调度准则：CPU利用率、系统吞吐量、周转时间、等待时间、响应时间
算法：【批处理→】先来先服务（FCFS）、短作业（SJF）优先、高响应比优先；【交互式→】优先级、时间片轮转、多级反馈队列<br>
进程同步
概念：临界资源、同步、互斥
互斥实现方法
软件实现：单标志法、双标志先(后)检查、Peterson's Algorithm
硬件实现：中断屏蔽、TestAndSet指令、Swap指令<br>
信号量：整型、记录型
经典问题：生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家进餐问题、吸烟者问题
死锁
定义
原因：系统资源竞争、进程推进顺序非法
必要条件：互斥、不剥夺、请求并保持、循环等待
策略
死锁预防
破坏死锁的四个必要条件之一即可
避免死锁
银行家算法
死锁的检测与解除
检测<br>
依次消除与不阻塞进程相连的边，直到无边可消<br>
若资源分配图不可完全简化，说明发生了死锁
解除
资源剥夺法
撤销进程法
进程回退法
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