1、第 1 章 操作系统引论 1.1 知识点总结1、什么是操作系统? 操作系统：是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。1) OS 是什么：是系统软件（一整套程序组成，如 UNIX 由上千个模块组成）2) 管什么：控制和管理系统资源（记录和调度）2、操作系统的主要功能? 操作系统的功能：存储器管理、处理机管理、设备管理、文件管理和用户接口管理 。1) 存储器管理：内存分配，地址映射，内存保护和内存扩充 2) 处理机管理：作业和进程调度，进程控制和进程通信 3) 设备管理：缓冲区管理，设备分配，设备驱动和设备无关性 4)
2、文件管理：文件存储空间的管理，文件操作的一般管理，目录管理，文件的读写管理和存取控制 5) 用户接口：命令界面/图形界面和系统调用接口 3、操作系统的地位操作系统是裸机之上的第一层软件，是建立其他所有软件的基础。它是整个系统的控制管理中心，既管硬件，又管软件，它为其它软件提供运行环境。4、操作系统的基本特征？操作系统基本特征：并发，共享和异步性。1) 并发：并发性是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。2) 共享：共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。 3) 异步性：每个程序什么时候执行，向前推进速度快慢，是由执行的现场所决定。但同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行都应获得同样
3、的结果。5、操作系统的主要类型？ 多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络系统和分布式系统 1) 多道批处理系统 (1) 批处理系统的特点：多道、成批 (2) 批处理系统的优点：资源利用率高、系统吞吐量大 (3) 批处理系统的缺点：等待时间长、没有交互能力 2) 分时系统 (1) 分时：指若干并发程序对 CPU 时间的共享。它是通过系统软件实现的。共享的时间单位称为时间片。 (2) 分时系统的特征：同时性：若干用户可同时上机使用计算机系统交互性：用户能方便地与系统进行人-机对话独立性：系统中各用户可以彼此独立地操作，互不干扰或破坏及时性：用户能在很短时间内得到系统的响应(3) 优点
4、主要是： 响应快，界面友好 多用户，便于普及 便于资源共享 3) 实时系统 (1) 实时系统：响应时间很快，可以在毫秒甚至微秒级立即处理(2) 典型应用形式：过程控制系统、信息查询系统、事务处理系统(3) 与分时系统的主要区别： 分时系统 实时系统交互能力 强（通用系统） 弱（专用系统）响应时间 秒级 及时，毫秒/微妙级可靠性 一般要求 要求更高4) 个人机系统(1) 单用户操作系统 单用户操作系统特征： 个人使用：整个系统由一个人操纵，使用方便。 界面友好：人机交互的方式，图形界面。 管理方便：根据用户自己的使用要求，方便的对系统进行管理。适于普及：满足一般的工作需求，价格低廉。(2) 多用
5、户操作系统多：代表是 UNIX，具有更强大的功能和更多优点。 网络操作系统 计算机网络 = 计算机技术+ 通信技术 计算机网络的特征：分布性、自治性、互连性、可见性 网络操作系统功能 本机+网络操作系统：本地 OS 之上覆盖了网络 OS，可以是同构的也可以是异构的。功能：实现网络通信、资源共享和保护、提供网络服务和网络接口等 分布式操作系统 定义：运行在不具有共享内存的多台计算机上，但用户眼里却像是一台计算机。（分布式系统无本地操作系统运行在各个机器上）分布式系统特征：分布式处理、模块化结构、利用信息通信、实施整体控制 分布式操作系统特点：透明性、灵活性、可靠性、高性能、可扩充性 1.2 习题
6、练习1、选择题 1) 操作系统是一种（ ）。A.系统软件 B.系统硬件 C.应用软件 D.支援软件2) 多道程序设计是指（ ）。A.在实时系统中并发运行多个程序 B.在分布系统中同一时刻运行多个程序C.在一台处理机同一时刻运行多个程序D.在一台处理机上并发运行多个程序3) 操作系统的设计目标之一是正确性，下列（ ）因素不会影响该目标?A.并发性 B.共享性 C.高效性 D.随机性4) 在下列操作系统的各个功能组成部分中,哪一个不需要有硬件的支持？A.进程调度 B.时钟管理 C.地址映射 D.中断系统5) 下列操作系统中，（ ）是网络操作系统A.Windows 3.X B.DOS 6.22 C.
7、CP/M 2.2 D.linux 6) 若把操作系统看作是计算机系统资源的管理者，下列（ ）不属于操作系统所管理的资源？A.CPU B.内存 C.程序 D.中断 7) 操作系统负责管理计算机系统的（ ）。A.程序 B.文件 C.资源 D.进程8) 没有下列设备（ ），计算机无法工作。A.硬盘 B.软盘 C.内存 D.打印机 9) 操作系统采用最多的数据结构是（ ）。A.队列 B.表格 C.树 D.堆栈 2、判断题1) OS 的最终目标是管理好软件和硬件资源。（ ）2) 系统软件指的就是操作系统。（ ）3) 操作系统是存在 ROM 上的软件。（ ）4) 从用户的角度,操作系统可以看成计算机硬件的
8、扩充。（ ）5) 虚拟机是指硬件外层的软件。（ ）6) 用户使用计算机，不必知道内部数据是如何存放的。（ ）7) 操作系统的两大使命，服务用户和管理资源是统一的。（ ）8) 多道程序设计既在内存中的多个程序并行运行。（ ）9) 多用户系统一定采用多道技术。（ ）10) 只有多重处理系统可以为多用户服务。（ ）11) 多用户必须使用多终端。（ ）12) 分时系统中时间片越长越好。（ ）13) 用户可以完全按照自己的意愿“生成“ 操作系统。（ ）14) 操作系统的冷,热启动差别只在于是否有加电自检的过程。（ ）3、填空题1) 从人机交互方式来看，操作系统是用户与机器的 。2) 从管理角度看，操作系
9、统是管理资源的 。3) 计算机操作系统是 ，管理和控制 的系统软件。4、简答题1) 何谓脱机 I/O,联机 I/O ? 2) 分时系统为什么能实现人机交互的操作?为什么主机间断的服务,用户却觉得在连续地工作?3) 批处理系统及分时系统中各用户均能共享系统资源,在共享系统资源的方法上有什么不同?4) 为什么 UNIX 系统是小型机的主导操作系统 ?从系统功能的角度说明之5) 操作系统的五大类型的特点6) 简述操作系统的功能7) 多道程序设计的基本思想 8) 操作系统一般为用户提供了哪三种界面?各有什么特点 ? 9) 解释下列术语：并发，吞吐量，分时，实时1.3 习题解答1、选择题 4、简答题1)
10、 脱机 I/O 是指输入输出工作不受主机直接控制，而由卫星机专门负责完成I/O， 主机专门完成快速计算任务，从而二者可以并行操作。联机 I/O 是指作业的输入、调入内存以及结果输出都在 CPU 直接控制下进行。2) 分时系统提供两种接口:命令接口和系统调用,主机在中断结构和时钟系统的支持下,把 CPU 时间 分成时间片,每个程序只运行一个时间片,就产生一个时钟中断,控制转向操作系统,操作系统选 择另一个用户程序。 它提供命令接口,交互性好,用户在终端上操作,即可得到系统的即时响应 在交互环境下,一个用户使用终端,大部分时间用于操作键盘输入字符,或阅读思考系统送回显示 的信息 .这个阶段终端可独
11、立完成,无需主机直接的服务.用户感觉主机在不间断地为自己服务, 因此这种系统也称为联机系统.各用户在自己享用的时间片内,取得主机的服务 3) 批处理系统采用并发处理方式，作业搭配，利用外设申请中断的功能，通过系统调度程序进行 操作。分时系统各用户按时间片分享 CPU，使系统具备共享能力4.核心层提供基本功能，具有较强的进程管理、存储管理和文件管理的功能，实用层有命令的解释和语言系统等实用软件，也有大量的应用软件，系统便于掌握，也便于扩展，代码采用 C 语言 移植性强。很强的文件处理能力，以文件方法实现 I/O 功能，管理十分方便。良好的开发环境5. 操作系统有以下几种类型：多道批处理系统、分时
12、系统、实时系统、网络操作系统 和分布式操作系统。多道批处理系统的特点：多道、成批分时系统的特点：同时性、交互性、独立性、及时性实时系统的特点：交互能力较弱，系统专用，响应时间更严格、及时、可靠性要求更高网络操作系统的特点：分布性、自治性、互连性、可见性分布式操作系统的特点：透明性、灵活性、可靠性、高性能、可扩充性6.存储器管理：包括内存分配、址映射、内存保护和内存扩充。作业管理：包括作业的创建,撤消,用户界面的设计进程管理: 进程控制和进程通信。设备管理：包括缓冲管理、设备分配、和设备无关性。文件管理：包括文件存空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制。7.教材 P1
13、08.操作系统一般为用户提供的三种界面是：命令界面、图形界面和系统调用界面命令界面-在提示符之后用户从键盘上输入命令，系统提供相应服务。 图形界面-用户利用鼠标、窗口、菜单、图标等图形用户界面工具，可以直观、方便、有效地 使用系统服务和各种应用程序及实用工具。系统调用界面-用户在自己的程序中使用系统调用，从而获取系统更基层的服务。9.教材 P610.并发：是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。是宏观上的概念。吞吐量：在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量。分时：主要是指若干并发程序对 CPU 时间的共享。实时：表示“及时“ 或“既时“。第 2 章 进程管理 1、程序顺序执行与并发
14、执行比较 顺序执行 并发执行程序顺序执行 间断执行，多个程序各自在“走走停停” 种进行程序具有封闭性 程序失去封闭性独享资源 共享资源 具有可在现性 失去可再现性 有直接和简接的相互制约 2、多道程序设计概念及其优点 1) 多道程序设计：是在一台计算机上同时运行两个或更多个程序。 2) 多道程序设计的特点：多个程序共享系统资源、多个程序并发执行 3) 多道程序设计的优点：提高资源利用率、增加系统吞吐量3、什么是进程，进程与程序的区别和关系 1) 进程的引入由于多道程序的特点，程序具有了并行、制约和动态的特征，就使得原来程序的概念已难以刻划和反映系统中的情况了。2) 进程：程序在并发环境下的执行
15、过程。 3) 进程与程序的主要区别：(1) 程序是永存的，进程是暂时的 (2) 程序是静态的观念，进程是动态的观念(3) 进程由三部分组成：程序+数据+进程控制块（描述进程活动情况的数据结构）(4) 进程和程序不是一一对应的 一个程序可对应多个进程即多个进程可执行同一程序 一个进程可以执行一个或几个程序 4) 进程特征：动态性、并发性、调度性、异步性、结构性 4、进程的基本状态及其转换 1) 进程基本状态(1) 运行态（ Running）：进程正在占用 CPU；(2) 就绪态（ Ready）：进程具备运行条件，但尚未占用 CPU； (3) 阻塞态（ Blocked）：进程由于等待某一事件不能享
16、用 CPU。2) 进程状态的转换(1) 就绪态 -运行态(2) 运行态 -就绪态(3) 运行态 -阻塞态(4) 阻塞态 -就绪态5、进程是由哪些部分组成, 进程控制块的作用 1) 进程的组成：由程序、数据集合和 PCB 三部分组成。2) 进程控制块的作用：进程控制块是进程组成中最关键的部分。(1) 每个进程有唯一的 PCB。(2) 操作系统根据 PCB 对进程实施控制和管理。(3) 进程的动态、并发等特征是利用 PCB 表现出来的。 (4) PCB 是进程存在的唯一标志。6、PCB 组织方式 线性队列、链接表、索引表7、进程的同步与互斥 1) 同步：是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的
17、关系。2) 互斥：排它性访问即竞争同一个物理资源而相互制约。8、什么是临界资源、临界区？1) 临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源。 2) 临界区：在每个进程中访问临界资源的那段程序。3) 互斥进入临界区的准则： (1) 如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。 (2) 任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。 (3) 进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。 (4) 如果进程不能进入自己的临界区，则应让出 CPU，避免进程出现“忙等”现象。9、信号量 1) 信号量定义：
18、信号量（信号灯）=信号量的值，指向 PCB 的指针2) 信号量的物理意义： (1) 信号量的值大于 0：表示当前资源可用数量小于 0：其绝对值表示等待使用该资源的进程个数 (2) 信号量初值为非负的整数变量，代表资源数。(3) 信号量值可变，但仅能由、操作来改变。10、P/V 操作原语1) P 操作原语 P(S) (1) P 操作一次，S 值减，即 SS（请求分配一资源）； (2) 如果 S0，则该进程继续执行； 如果 S0 表示无资源，则该进程的状态置为阻塞态，把相应的 PCB 连入该信号量队列的末尾，并放弃处理机，进行等待（直至另一个进程执行 V（S）操作）。2) V 操作原语（荷兰语的等
19、待）V(S) (1) V 操作一次， S 值加 1，即 SS+ （释放一单位量资源）； (2) 如果 S0，表示有资源，则该进程继续执行； 如果 S0，则释放信号量队列上的第一个 PCB 所对应的进程（阻塞态改为就绪态），执行 V 操作的进程继续执行。11、进程间简单同步与互斥的实现1) 用 P，V 原语实现互斥的一般模型设互斥信号量 mutex 初值为 1 2) 用 P、V 原语操作实现简单同步的例子 S1 缓冲区是否空（ 0 表示不空， 1 表示空），初值 S1=0；S2 缓冲区是否满（ 0 表示不满， 1 表示满），初值 S2=0；3) 生产者消费者问题（ OS 典型例子）： mutex 互斥信号量，初值为1；full 满缓冲区数，初值为 0；empty 空缓冲区数，初值为 N；
