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操作系统概念

操作系统:是计算机系统中的一个系统软件,是一些程序模块的集合.提供一个计算机用户与计算机硬件系统之间的接口,使计算机系统更易于使用,有效地控制和管理计算机系统中的各种硬件和软件资源,使之得到更有效的利用合理地组织计算机系统的工作流程,以改善系统性能(如响应时间、系统吞吐量)。

功能:处理机管理存储器管理设备管理文件管理作业控制
特点:并发,共享,虚拟,不确定
系统调用:也视作同步异常,或trap。

它是某一特定指令执行的结果。

在相同条件下,异常可以重现。

例如内存访问错误、调试指令以及被零除。

(Synchronous exceptions)
进程:进程是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。

进程与程序的区别:
进程是动态的,程序是静态的:程序是有序代码的集合;进程是程序的执行。

通常进程不可在计算机之间迁移;而程序通常对应着文件、静态和可以复制。

进程是暂时的,程序的永久的:进程是一个状态变化的过程,程序可长久保存。

进程与程序的组成不同:进程的组成包括程序、数据和进程控制块(即进程状态信息)。

进程与程序的对应关系:通过多次执行,一个程序可对应多个进程;通过调用关系,一个进程可包括多个程序。

进程同步:指多个相关进程在执行次序上的协调,用于保证这种关系的相应机制称为同步机制
一次只允许一个进程使用的资源称为临界资源,如打印机变量
每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区
原语:由若干条指令所组成的指令序列,来实现某个特定的操作功能,指令序列执行是连续的,不可分割,是操作系统核心组成部分,必须在管态(内核态)下执行,且常驻内存。

信号量是一种新的变量类型(semaphore)只能通过初始化和两个标准的原语来访问,作为OS核心代码执行,不受进程调度的打断。

P(S) :while S<=0 do skip;S:=S-1;V(S) :S:=S+1;
信号量的使用:必须置一次且只能置一次初值,只能由P、V操作来改变,物理意义:S.value为正时表示资源的个数,S.value为负时表示等待进程的个数,P操作分配资源,V操作释放资源。

管程是管理进程间同步的机制,它保证进程互斥地访问共享变量,并方便地阻塞和唤醒进程。

管程可以函数库的形式实现。

相比之下,管程比信号量好控制。

一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行(在该数据结构上)的一组操作,这组操作能同步进程和改变管程中的数据。

线程:进程中的一个实体,是一个CPU调度和分派的单位。

基本上不拥有资源,只有必不可少的少量资源。

可以与其他同进程的线程共享进程拥有的所有资源
死锁的定义一组并发进程彼此等待对方所拥有的资源,且这些并发进程在得到对方的资源之前不会释放自己所拥有的资源,从而造成无休止的等待而不能继续向前推进的状态,称为进程死锁,这一组进程就称为死锁进程。

死锁发生条件: 1.互斥:任一时刻只允许一个进程使用资源2.请求和保持:进程在请求其余资源时,不主动释放已经占用的资源3.不剥夺:进程已经占用的资源,不会被强制剥夺4.环路等待:环路中的每一条边是进程在请求另一进程已经占有的资源。

死锁的预防:破坏必要条件
重定位:把装入模块中的相对地址转换为绝对地址的过程称为重定位–静态重定位:地址变换只是在装入时一次完成,以后不再改变,即由装入程序负责完成–动态重定位:地址变换推迟到程序要真正运行时进行,既由地址变换机构负责完成
地址变换机构:实现逻辑地址到物理地址的转换机构
虚拟存储器:具有请求调入功能和置换功能,能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统
地址空间:源程序经过编译后得到的目标程序,存在于它所限定的地址范围内,这个范围称
为地址空间。

简言之,地址空间是逻辑地址的集合
存储空间:存储空间是指主存中一系列存储信息的物理单元的集合,这些单元的编号称为物
理地址或绝对地址。

简言之,存储空间是物理地址的集合
工作集:在某段时间间隔里,进程实际要访问的页面集合局部性原理:指程序在执行过程中的一个较短时期,所执行的指令地址和指令的操作数地址,分别局限于一定区域。

还可以表现为:•时间局部性,即一条指令的一次执行和下次执行,一个数据的一次访问和下次访问都集中在一个较短时期内;•空间局部性,即当前指令和邻近的几条指令,当前访问的数据和邻近的数据都集中在一个较小区域内。

文件:具有文件名的一组相关信息的集合,结构文件(记录集合),无结构文件(字符流)
数据项:基本数据项:字段
组合数据项:由若干个数据项组成
记录:一组相关数据项的集合
文件系统:文件+对文件进行操纵和管理的软件集合+存放文件的介质
文件的组织:•逻辑结构:从用户角度所观察到的文件组织形式(记录式、流式)•物理组织:文件的存储结构,即文件在外存上的存储组织形式(连续、链接、索引)
目录的作用、内容、结构:文件目录的内容主要是文件访问和控制的信息,文件的共享、保护、保密
文件控制块,基本信息文件名:字符串,通常在不同系统中允许不同的最大长度。

可以修改。

物理位置•文件逻辑结构:有/无结构(记录文件,流式文件)•文件物理结构(如顺序,索引等)访问控制信息,文件所有者(属主):通常是创建文件的用户,或者改变已
有文件的属主;•访问权限(控制各用户可使用的访问方式):如读、写、执
行、删除等;使用信息:创建时间;上一次修改时间;当前使用信息。

快表:存在于地址变换机构中的一个由高速寄存器组成的小容量的联想寄存器,构成的一张表。

设备无关性:程序可以通过一组统一的操作过程来操作设备,这种操作接口与具体的设备无关。

临界资源:某段时间内只允许一个进程使用的资源。

进程是程序的一次执行。

进程由“进程控制块+程序+数据”构成,用进程控制块描述进程。

死锁:两个以上的进程相互等待一个永远不可能发生的条件,这种僵持的局面成为死锁。

死锁产生的必要条件:互斥条件;不剥夺条件;请求和保持条件;循环等待条件。

尽管产生了中断源和发出了中断请求,但CPU内部的处理机状态字的中断允许位已被清除,从而不允许CPU响应中断,这种情况称为关中断。

CPU禁止中断后只有等到处理机状态字的中断允许位被重新设置后才能接收中断,处理机状态位的设置被称为开中断。

先进先出(FIFO);
最近最少使用淘汰算法(LRU);
最近不经常使用淘汰算法(LFU);
最优算法(OPT)
1、并行:指多个任务在多个处理机上正在同时运行。

并发:指多个任务在单处理机下分时运行。

3、系统调用:在操作系统核心设置的一组用于实现各种系统功能的子程序(过程)。

4、进程互斥:指在多道程序环境中,每次只允许一个进程对临界资源进行访问。

5、中断屏蔽:指在中断请求产生之后,系统用软件方式有选择地封锁部分中断而允许其余部分的中断仍能得到响应。

1、缓冲区是使用专用硬件缓冲器或在内存中划出一个区域用来暂时存放输入/输出数据的地方。

引入缓冲是为了匹配外设和CPU之间的处理速度,减少中断次数和CPU的中断处理时间。

3、DMA方式与中断方式的不同点:
1) 中断方式在每个数据传送完后中断CPU,而DMA方式则是在所要求传送的一批数据全部传送结束时中断CPU;
2) 中断方式的数据传送是在中断处理时由CPU控制完成,而DMA方式则是在DMA控制器的控制下完成。

4、所谓重定位是把作业的地址空间中的相对地址转换成内存空间的物理地址的调整过程。

在程序实际运行前,由操作系统把程序在内存的开始地址送入重定位寄存器;在程序运行期间,凡遇到访问内存的操作,就由硬件机制自动把用户程序的相对地址加上重定位寄存器的内容,相加之和就是实际访问内存的有效地址。

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