第一章1．操作系统的目标方便性、有效性、可扩充性、开放性2．操作系统的作用1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（命令方式，系统调用方式和图标-窗口方式）2. OS作为计算机系统资源的管理者（处理机、存储器、I/O设备以及文件（数据和程序））3. OS实现了对计算机资源的抽象（铺设在计算机硬件上的多层软件的集合）3．推动操作系统发展的的主要动力1.不断提高计算机资源利用率2.方便用户3. 器件的不断更新换代4. 计算机体系结构的不断发展5. 不断提出新的应用需求4．未配置操作系统的计算机系统1. 人工操作方式2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。

该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。

而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。

5．单道批处理系统存中始终只保持一道作业在解决人机矛盾和CPU与I/O设备速度不匹配矛盾的过程中形成的批处理系统旨在提高系统资源的利用率和系统吞吐量缺点：系统中的资源得不到充分的利用（存中仅有一道程序，每逢该程序在运行中发出I/O 请求后，CPU便处于等待状态）6．三大经典OS（1）多道批处理系统从后备队列中选择若干个作业调入存，使它们共享CPU和系统中的各种资源优缺点：(1) 资源利用率高。

（多道程序交替运行，提高CPU，存，I/O利用率）(2) 系统吞吐量大。

（CPU和其他资源保持忙碌状态，系统开销小）(3) 平均周转时间长。

（作业要排队依次进行处理）(4) 无交互能力（修改和调试程序不便）多道批处理系统需要解决的问题(1) 处理机争用问题。

(2) 存分配和保护问题。

(3) I/O设备分配问题。

(4) 文件的组织和管理问题。

(5) 作业管理问题。

(6) 用户与系统的接口问题。

（2）分时系统（轮转运行）为了满足对人-机交互的需求在一台主机上连接了多个配有显示器和键盘的终端并由此组成的系统，该系统允许多个用户同时通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。

特征：(1) 多路性。

（系统允许将多台终端同时连接到一台主机上，按分时原则服务）(2) 独立性。

（每个用户在各自的终端上进行操作，彼此之间互不干扰）(3) 及时性。

（用户的请求能在很短时间获得响应）(4) 交互性。

（用户通过终端与系统进行广泛的人机对话）（3）实时系统系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间完成对该时间的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。

实时系统类型：(1) 工业(武器)控制系统。

(2) 信息查询系统。

(3) 多媒体系统。

(4) 嵌入式系统。

实时任务的类型(1) 周期性实时任务和非周期性实时任务。

(2) 硬实时任务和软实时任务。

实时系统与分时系统特征的比较(1) 多路性。

(2) 独立性。

(3) 及时性。

(4) 交互性。

(5) 可靠性。

7．操作系统的基本特性并发、共享、虚拟、异步并行性：指两个或多个事件在同一时刻发生。

并发性：两个或多个事件在同一时间间隔发生。

（宏观上同时运行，微观上交替运行）共享：系统中的资源可供存中多个并发执行的进程共同使用。

分为互斥共享访问方式和同时访问方式虚拟：通过某种技术将一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物的功能。

分为时分复用技术和空分复用技术异步：进程以人们不可预知的速度向前推进。

8．操作系统的主要功能（1）处理机管理功能进程控制，进程同步，进程通信，调度（作业调度，进程调度）（2）存储器管理功能（3）设备管理功能（4）文件管理功能（5）操作系统与用户之间的接口9．传统操作系统结构（1）无结构操作系统（2）模块化结构OS（3）分层式结构OS10．微核结构支持多处理机运行，适合分布式系统环境把操作系统中更多的成份和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的核，用它来完成操作系统最今本的核心功能。

基本概念：（1）足够小的核（将操作系统最基本部分放入微核）（2）基于客户/服务器模式（3）应用“机制与策略分离”原理（4）采用面向对象技术基本功能：（1）进程(线程)管理（2）低级存储器管理（3）中断和陷入处理优点：(1) 提高了系统的可扩展性。

(2) 增强了系统的可靠性。

(3) 可移植性强。

(4) 提供了对分布式系统的支持。

(5) 融入了面向对象技术。

缺点：较之早期的操作系统，微核操作系统的运行效率有所降低。

第二章1．前趋图与程序执行前趋图是一个有向无循环图（DAG），描述进程之间执行的先后顺序。

初始结点，终止结点程序顺序执行特征：顺序性，封闭性，可再现行程序并发执行特征：间断性，失去封闭性，不可再现性2．进程的描述进程的定义（程序段+相关数据段+进程控制块PCB）(1) 进程是程序的一次执行。

(2) 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。

(3) 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

进程的特征：(1) 动态性。

最基本特征，由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡(2) 并发性。

多个进程实体同存于存中，且能在一段时间同时运行(3) 独立性。

能独立运行、独立获得资源和独立接受调度的基本单位(4) 异步性。

按各自独立的、不可预知的速度向前推进基本状态及转换：进程管理中的数据结构存表，设备表，文件表，用于进程管理的进程表进程控制块PCB的作用使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据）成为一个能独立运行的基本单位(1) 作为独立运行基本单位的标志。

(2) 能实现间断性运行方式。

（可将CPU现场信息保存在被终端进程的PCB中）(3) 提供进程管理所需要的信息。

(4) 提供进程调度所需要的信息。

(5) 实现与其它进程的同步与通信。

进程控制块中的信息（1）进程标识符（外部标识符，方便用户（进程）对进程的访问部标识符，方便系统对进程的调用）（2）处理机状态（处理机的上下文，各种寄存器的容）（3）进程调度信息（进程状态，进程优先级，进程调度所需的其他信息，事件）（4）进程控制信息3．进程控制处理机的执行状态（防止OS本身及关键数据（如PCB等）遭到应用程序有意无意的破坏）（1）系统态：又称为管态，也称为核态，具有较高的特权，能执行一切指令，访问所有寄存器和存储区，传统的OS都在系统态运行。

（2）用户态：又称为目态，具有较低特权的执行状态，仅能执行规定的指令，访问指定的存储区。

一般情况下，应用程序只能在用户态运行，不能去执行OS指令及访问OS区域，这样可以防止应用程序对PS的破坏。

操作系统核：（1）支撑功能（中断处理，时钟处理，原语操作）（2）资源管理功能（进程管理，存储器管理，设备管理）引起创建进程的事件(1) 用户登录。

(2) 作业调度。

(3) 提供服务。

(4) 应用请求。

进程的创建(1) 申请空白PCB，为新进程申请获得唯一的数字标识符，并从PCB集合中索取一个空白PCB。

(2) 为新进程分配其运行所需的资源，包括各种物理和逻辑资源(3) 初始化进程控制块(PCB)。

(4) 如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入就绪队列。

引起进程终止的事件：(1) 正常结束(2) 异常结束(3) 外界干预引起进程阻塞和唤醒的事件：(1) 向系统请求共享资源失败。

(2) 等待某种操作的完成。

(3) 新数据尚未到达。

(4) 等待新任务的到达4．进程同步主要任务：对多个相关进程在执行次序上进行协调，使并发执行的诸进程之间能够按照一定的规则（或时序）共享系统资源，并能很好地相互合作，从而使程序的执行具有可再现行。

两种形式的制约关系：间接相互制约关系，直接相互制约关系临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码同步机制应遵循的规则：（1）空闲让进（2）忙则等待（3）有限等待（4）让权等待硬件同步机制：1. 关中断（不适用与多CPU系统）2. 利用Test-and-Set指令实现互斥3. 利用Swap指令实现进程互斥整型信号量：一个用于表示资源数目的整型量S，初初始化外，仅能通过两个标准的原子操作wait(s)和signal(s)来访问，不可中断（没有遵循让权等待）记录型信号量：除了需要一个用于代表资源数目的整型变量value外，还应增加一个进程链表指针list，用于所有等待进程。

AND同步机制：将进程在整个运行过程中需要的所有资源，一次性地分配给进程，待进程使用完后再一起释放信号量集：当进程申请某类临界资源时，在每次分配之前，都必须测试资源的数量，判断是否大于可分配的下限值，决定是否予以分配。

5．管程机制一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据。

管程由四部分组成：①管程的名称；②局部于管程的共享数据结构说明；③对该数据结构进行操作的一组过程；④对局部于管程的共享数据设置初始值的语句。

管程每次只准许一个进程进入管程。

特征：模块化，抽象数据类型，信息掩蔽。

管程与进程不同P596．进程通信进程通信的类型：（1）共享存储器系统（基于共享数据结构（少量数据）——低级通信基于共享存储区（大量数据））（2）管道通信系统（能传送大量数据）：用于连接一个读进程和一个写进程以实现它们之间通信的一个共享文件。

提供三方面协调能力（互斥，同步，确定对方是否存在）（3）消息传递系统（以格式化的消息为单位）直接消息传递系统，信箱通信（4）客户机-服务器系统7．线程的基本概念为了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。

进程的两个基本属性：（1）进程是一个可拥有资源的独立单位（2）进程是一个可独立调度和分配的基本单位。

线程与进程的比较（1）调度的基本单位（2）并发性（3）拥有资源（4）独立性（5）系统开销（6）支持多处理机系统线程控制块TCB：用于控制和管理线程的信息记录在线程控制块中。

8．线程的实现核支持线程KST优点：（1）在多处理器系统中，核能够同时调度同一进程中的多个线程并发执行（2）如果进程中的一个线程被阻塞了，核可以调度该进程中的其他线程占有处理器运行，也可以运行其他进程中的线程。

（3）很小的数据结构和堆栈，线程的切换比较快，切换开销小。

（4）核本身也可采用多线程技术，可以提高系统的执行速度和效率缺点：对于用户的线程切换而言，其模式切换的开销较大，在同一个进程中，从一个线程切换到另一个线程时，需要从用户态转到核心态进行。

用户级线程ULT优点：（1）线程切换不需要转换到核空间（2）调度算法可以是进程专用的（3）用户级线程的实现与OS平台无关缺点：（1）系统调用的阻塞问题，当线程执行一个系统调用时，不仅该线程被阻塞，进程的所有线程会被阻塞。