计算机操作系统
2024-06-17 09:54:55 7 举报
AI智能生成
计算机操作系统
作者其他创作
大纲/内容
机械式系统
模拟式
数字式
电子式系统
计算机系统
并发性
共享性
随机性
操作系统的特征
软件的观点
资源管理的观点
进程的观点
虚机器的观点
服务提供者的观点
研究操作系统的观点
进程控制
进程同步
进程间的通信
调度
进程管理
管理内存资源
储存管理
文件管理
设备管理
用户接口
操作系统的功能
操作系统的概念
内核
硬件抽象层(HAL)
执行体
系统进程与系统线程
windows体系结构
内核层
系统调用层
应用层
UNIX体系结构
shell
文件系统
应用程序
Linux体系结构
应用框架
本地库和运行环境
linux内核
Android体系结构
操作系统体系结构
批处理系统
分时系统
实时系统
个人操作系统
网络操作系统
分布式操作系统
嵌入式操作系统
操作系统的分类
按照用户界面的使用环境和功能特征
功能设计
算法设计
整体式结构
层次式结构
微内核(客户/服务器)结构
结构设计
设计过程
可靠性
高效性
已维护性
可移植性
安全性
简明性
设计目标
操作系统设计
第一章-操作系统概论
运算器
控制器
数字寄存器
地址寄存器
条件码寄存器
用户可见寄存器
程序计数器(PC)
指令寄存器(IR)
CPU工作状态码
条件码
中断屏蔽码
程序状态字(PWS)
控制和状态寄存器
寄存器
高速缓存
结构
取指令+执行指令
一个周期
访问储存器指令
I/O指令
算术逻辑指令
控制转移指令
处理器控制指令
指令分类
运行过程
处理器初始状态
管态
目态
工作状态
处理器
RAM
ROM
PROM
EPROM
储存器类型
二进位(bit)
储存最小单位
字节
最小编址单位
块
内存分配最小单位
广泛使用的一种存储保护技术
界地址储存器
容量
速度
成本
设计考虑的问题
存储系统
I/O部件
时钟部件
计算机系统硬件部件
系统中和系统外发送异步事件的响应
中断的概念
时钟中断
输入输出中断
控制台中断
硬件故障
程序性中断
访管指令异常
中断分类
异常
硬件中断装置
软件处理程序
组成
中断请求的接收
中断响应
IO中断
维护软件时钟
处理器调度
控制系统定时任务
实时处理
硬件故障中断
程序指令出错,指令越权,指令寻址越界
可由操作系统或程序自身完成
系统服务请求
中断处理
过程
中断系统
中断优先级
中断屏蔽
中断嵌套
中断机制
运行在不同的系统状态
状态转换
返回问题
嵌套调用
与函数调用的区别
进程控制类系统调用
文件操作类系统调用
进程通信类系统调用
设备管理类系统调用
信息维护类系统调用
分类
系统调用的处理过程
陷入指令自带参数
通用寄存器来传递参数
堆栈来传递参数
参数传递
unix
系统调用
第二章-操作系统的运行环境
可以提高处理器的利用率
多道程序设计
系统进行资源分配和调度的独立单位
定义
程序
数据
进程控制块
动态性
独立性
交往性
异步性
结构性
特征
运行状态
就绪状态
等待状态
三状态进程模型
创建
就绪
运行
阻塞
结束
五状态进程模型
就绪挂起
阻塞挂起
七状态进程模型
线性方式
索引方式
链接方式
PCB组织
就绪队列
等待队列
运行队列
进程的队列
进程控制块(PCB)
创建原语
撤销原语
阻塞原语
唤醒原语
原语
只调用一次
父进程中,返回子进程PID
子进程中,返回0
返回两次
UNIX操作系统的进程创建操作fork
进程
调度时间是以进程为单位
用户线程
调度时间是以线程为单位
内核级线程
线程
抢占式
非抢占式
调度方式
先来先服务算法(FCFS)
最短进程优先算法(SJF)
最短剩余时间优先算法(SRTN)
1 + 等待时间 / 预计运行时间
最高响应比算法(HRRF)
轮转算法(RR)
可抢占式最高优先级算法
不可抢占式最高优先级算法
最高优先级算法(HPF)
多级反馈队列算法
调度算法
进程调度
系统内核
第三章-进程与线程
访问临界资源的程序
有空让进
无空等待
多种选一
有限等待
让权等待
原则
临界区
信号量及P、V操作
管程名称
共享数据的说明
对数据进行操作的一组过程
对共享数据赋初值的语句
管程
共享内存
消息缓冲通信
信箱通信
管道通信
消息机制
通过共享文件进行通信(管道通信)
大量信息通信方案
进程通信
第四章-进程同步与互斥
系统资源不足
进程推进顺序不合理
产生的主要原因
互斥条件
不可剥夺条件,又称不可抢占或不可强占
请求和保持条件,又称部分分配或占有申请
循环等待条件,又称环路等待
四个必要条件
死锁的产生
破坏互斥条件
增加资源
破坏不可剥夺条件
等待状态剥夺全部资源
破坏请求和保持条件
一次性请求全部资源
破坏循环等待条件
资源有序分配策略
死锁预防
静态分配策略
动态地申请资源
在进行资源分配之前,先分析资源分配的安全性
银行家算法
死锁避免
检测死锁的实质是确定是否存在“循环等待”条件
死锁检测
恢复计算结果和状态
还原算法
对实时系统和长时间运行的数据处理是一种常用技术
建立检查点
剥夺资源
撤销进程
死锁解除
死锁检查与解除
有向图
无环路,无死锁
有环路,可能存在死锁
资源分配图
第五章-死锁
图片
内容和重点
系统区
用户区
内存空间组成
位图表示法
空闲页面表
空闲块表
内存分配表
内存的分配和回收
代码共享
数据共享
储存共享
地址越界保护
权限保护
储存保护
虚拟存储技术
扩充内存容量
主要任务
逻辑地址
物理地址(绝对地址)
不支付程序浮动
静态重定位
支持程序浮动
动态重定位
地址重定位
地址转换
内存
外存
储存器分类
固定分区
把所有空闲碎片合并成一个连续的大空闲区
把所有程序占用区放到内存的另一端
紧缩技术(压缩技术)
硬件地址转换机构
储程序所占分区的长度
限长寄存器
存储程序所占分区的起始地址
基址寄存器
实现
已分配区表
空闲区表
分配第一个空闲区
最先适配算法
分配最小空闲区
最优适配算法
分配最大空闲区
最坏适配算法
空闲区分配策略
分区的回收
设置界限寄存器
相当于一把锁
保护键方法
分区保护
可变分区
分区管理方案
多个程序共享某一内存空间
可以完成由用户控制
对用户不透明,增加用户的负担
程序段的最大长度仍受内存容量的限制
覆盖技术
以进程为单位
内存与外存之间的动态调度
对用户透明
减少交换的信息量
关键问题
交换技术(对换技术)
储存管理部件
硬件部件
虚拟页号
页内地址
逻辑地址(虚拟地址)
未分配
已分配
剩余空闲物理页
保存页表页地址
第一级(目录)
保存物理页面号
第二级(页表页)
大多数操作系统采用二级页表
多级页表
地址空间大于32位时
散列页表
反置页表
页表
高速缓冲储存器
转换检查缓冲区(TLB)(快表)
访问页面不在内存产生缺页异常
修改过,写回磁盘
未修改,直接覆盖
选择一个页面移出内存
处理
缺页异常处理
请求调页
预调页
调入策略
置页策略
物理内存满时
固定分配局部置换
可变分配全局置换
可变分配局部置换
三种策略
置换策略
页面调度策略
理想页面置换算法(OPT)
先进先出页面置换算法(FIFO)
第二次机会页面置换算法
时钟页面置换算法(Clock)
最近最少使用页面置换算法(LRU)
页面置换算法
当分配给进程的物理页面数增加时,缺页次数反而增加
Belady异常现象
不要求进程的程序段和数据在内存中连续存放,解决了碎片问题,提供内存利用率
优点
存在页面空间的浪费问题,最后一页内总有一部分空间得不到利用
缺点
虚拟页式存储方案
第六章-储存管理
内容及重点
一组带标识的、在逻辑上有完整意义的信息项的序列
建立在储存器空间里
抽象机制,用户不必关心文件实现的细节
文件
操作系统中统一管理信息资源的一种软件
驱动部分
储存介质
磁面
柱面
磁道
扇区
磁盘空间
随机存储
磁盘
顺序存储
存取速度慢
磁带
磁鼓
纸带
光盘
闪存
外储存设备
系统文件
库函数文件
用户文件
按用途
普通文件
目录文件
特殊文件
按组织形式
文件的分类
基本概念
流式文件
定长记录文件
不定长记录文件
记录式文件
逻辑结构
支持顺序存取和随机存取
不能动态增长
顺序结构
存取速度慢,不适合随机存取
链式结构
适合顺序存取和随机存取
索引表增加了储存空间的开销
索引结构
物理结构
文件结构
所有文件控制块有机的组合起来形成了文件目录
文件控制块(FCB)
用于管理文件的基本数据结构
一个目录项必定对呀一个文件
FAT文件系统中目录项就是文件控制块
目录项
目录项的有序集合
文件名
文件号
符号目录项
其他全部信息
基本目录项
目录分解法
文件目录
位示图
适合顺序结构的文件系统
空闲块链表
空闲块成组链表
文件储存空间管理
表目
文件控制块
共享记数
修改标志
系统打开文件表
文件描述符
打开方式
读写指针
系统打开表文件入口
用户打开文件表
实现文件系统的表目
create(文件名,访问权限,(最大长度))
建立文件
fd=open(文件路径名,打开方式)
打开文件
read(文件名,(文件内位置),要读的长度,内存目的地址)
读文件
write(文件名,记录键,内存位置)
写文件
close(文件名)
关闭文件
delete(文件名)
删除文件
seek(fd,新指针的位置)
指针定位
文件系统调用
创建目录
create
删除目录
delete
打开目录
opendir
关闭目录
closedir
打开目录的下一目录项
readdir
重命名
rename
类似快捷方式
link
删除目录项
unlink
unix文件目录系统调用
文件及文件目录操作
减少设备访问次数
记录的成组和分解
缓冲区的长度=成组的最大逻辑记录长度X 成组的块因子
磁盘高速缓存
磁盘速度慢
容易出现故障
解决两个问题
RAID技术
文件系统的性能
文件可以同时使用
文件不能同时使用
文件共享
建立副本
定时转储
树形目录结构
存取控制表
规定用户使用文件的权限
存取控制矩阵
分用户组
二级存取控制
对文件存取权限的设置方法
存取权限
文件存取控制
隐藏文件目录
设置口令
使用密码
病毒防范
文件的保密
文件的共享,保护,保密
第七章-文件系统
输入设备
输出设备
交互式设备
储存设备
使用特性分类
鼠标、终端、打印机等
字符设备
磁盘、磁带
块设备
按信息组织方式分类
独占设备
共享设备
虚拟设备
使用共享性分类
io设备的概念
处理器及内存
第一层(中央部分)
适配器
第二层
控制寄存器
状态寄存器
数据缓冲区
数据寄存器
设备控制器
内存映射地址
io独立编址
分配唯一io端口地址
第三层
外围设备
第四层(最外层)
io硬件组成
通过总线连接
从功能上看,设备独立层是I/O软件的主要部分
设备独立层软件
从代码量上看,设备驱动层是I/O软件的主要部分
设备驱动层软件
中断处理层软件
io软件组成
用户进程直接控制
处理器利用率低
无法异常响应
程序控制方式
处理器和设备控制器都具备中断机构
需要硬件支持
中断控制方式
不经过处理器,直接在内存和io设备之间进行
DMA控制方式
·
某一段时间内通道只能选择一个设备进行工作
通道利用率低
传输效率高
选择通道
通道利用率高
控制复杂
数组多路通道
传输效率低
字节多路通道
通道控制方式
作业开始前一次性分配所有资源
不会出现死锁
设备使用效率低
静态分配
进程执行中按策略分配
设备利用率高
可能造成死锁
先来来服务(FIFS)
高优先级优先
分配策略
动态分配
分配方式
绝对号
用户使用
适应性好
灵活性强
设备类+相对号
设备类表
设备表
设备分配表
独占设备的分配(静态分配)
共享设备分配
设备分配与回收
磁头在移动臂带动下移动到指定柱面所花的时间
寻找时间
指定扇区旋转到磁头下所需的时间
延迟时间
由磁头进行读写完成信息传送的时间
传输时间
信息传输时间
先来先服务算法
最短寻找时间优先算法
电梯调度算法
单向扫描算法
移臂调度算法
移臂调度
旋转调度
磁盘驱动调度
旋转调度优化
磁盘调度策略
IO设备控制方式
解决I/O设备和处理器的处理速度不匹配
引入
单缓冲
双缓冲
多缓冲
缓冲池
空闲缓冲队列em
装满输入数据的输入缓冲队列in
装满输出数据的输出缓冲队列out
三种队列
收容输入缓冲区hin
提取输入缓冲区sin
收容输出缓冲区hout
提取输出缓冲区sout
四种工作缓冲区
缓冲池管理
缓冲技术
是多道程序设计系统中处理独占I/O设备的一种方法,它可以提高设备利用率并缩短单个程序的响应时间
概念及作用
输入井
输出井
通道
假脱机
输入程序模块
输出程序模块
作业调度程序
虚拟设备技术(SPOOLing)
第八章-io设备管理
当进程开始运行时,先将一部分程序装入内存,另一部分暂时留在外存;当要执行的指令不在内存时,由系统自动完成将它们从外存调入内存的工作;当没有足够的内存空间时,系统自动选择部分内存空间,将其中原有的内容交换到磁盘上,并释放这些内存空间供其他进程使用。这样做的结果使程序的运行丝毫不受影响,使程序在运行中感觉到拥有一个不受内存容量约束的、虚拟的、能够满足自己需求的存储器
虚拟存储器的工作原理是什么
简答题
汇总
计算机操作系统
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