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操作系统OS笔记与知识点总结

操作系统笔记

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第一部分 OS引论一、什么是OS？ OS是计算机硬件与应用之间的一层系统软件。二、 OS发展——三个线索 1、线索一（1）单道批处理系统；最主要的缺点是系统中的资源得不到充分利用；因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序在运行中发出I/O请求后，CPU便处于等待状态，必须在其I/O完成后才继续运行。又因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。（2）多道批处理系统；作业之间的切换和调度成为核心。其优点是资源利用率高、系统吞吐量大，缺点是平均周转时间长、无交互能力。（3）分时系统；指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所组成的系统，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。多个作业间快速切换，任务切换是核心，资源复用影响OS。（4）UNIX （5）UNIX到Linux

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第一部分 OS 引论

一、什么是 OS？

OS 是计算机硬件与应用之间的一层系统软件。

二、 OS 发展——三个线索

1、线索一

（1）单道批处理系统；最主要的缺点是系统中的资源得不到充分利用；因为在内存中仅有

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，必须在其 I/O 完成

后才继续运行。又因 I/O 设备的低速性，更使 CPU 的利用率显著降低。

（2）多道批处理系统；作业之间的切换和调度成为核心。其优点是资源利用率高、系统吞

吐量大，缺点是平均周转时间长、无交互能力。

（3）分时系统；指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所组成的系统，

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。多

个作业间快速切换，任务切换是核心，资源复用影响 OS。

（4）UNIX

（5）UNIX 到 Linux

2、线索二

（1）PC 与 DOS；（2）MS-DOS 到 Windows；

3、线索三——Mac OS

三、OS 的作用

引入 OS 的主要目的是为多道程序的运行提供良好的运行环境，以保证多道程序能有条

不紊、高效地运行，并能最大程度地提高系统中各种资源的利用率，方便用户的使用。

1、处理机管理

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。

（1）进程控制：为作业创建进程、撤销已结束的进程，控制进程在运行过程中的状态转换。

（2）进程同步：为多个进程的运行进行协调。

（3）进程通信：实现相互合作进程之间的信息交换。

（4）调度：包括作业调度和进程调度。

2、存储器管理

主要任务是为多道程序的运行提供良好的环境，提高存储器的利用率，方便用户使用，

并能从逻辑上扩充内存。

（1）内存分配

（2）内存保护：用户程序与用户程序之间；用户程序与操作系统程序之间。

（3）地址映射：将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址。

（4）内存扩充：请求调入功能和置换功能。

3、设备管理

主要任务是完成用户进程提出的 I/O 请求，为用户进程分配所需的 I/O 设备，并完成指

定的 I/O 操作；提高 CPU 和 I/O 设备的利用率，提高 I/O 速度，方便用户使用 I/O 设备。

（1）缓冲管理；（2）设备分配；（3）设备处理。

4、文件管理

主要任务是对用户文件和系统文件进行管理以方便用户使用，并保证文件的安全性。

（1）文件存储空间的管理；（2）目录管理；（3）文件的读/写管理与保护。

5、接口管理

（1）用户接口：联机用户接口，脱机用户接口，图形用户接口。

（2）程序接口：System Call

四、OS 的结构

1、整体结构（无结构）

OS 是众多的一组过程的集合，每个过程可以任意地相互调用其它过程，致使操作系统

内部既复杂又混乱。

2、模块化结构：分解和模块化

（1）内聚性：模块内部各部分间联系的紧密程度。内聚性越高，模块独立性越强。

（2）耦合度：模块间相互联系和相互影响的程度。耦合度越低，模块独立性越好。

模块独立性越高，各模块间的交互就越少，系统的结构就越清晰。

3、分层式结构

自底向上的分层设计的基本原则是：每一步设计都建立在可靠的基础上。每一层仅能使

用其底层所提供的功能和服务，这样可使系统的调试和验证都变得更容易。

分层式结构将 OS 分成若干个层次，每层又由若干个模块组成，各层之间只存在着单向

的依赖关系，即高层仅依赖于紧邻它的底层。

4、虚拟机

5、客户-服务器模型（微内核）

第二部分处理机管理

一、前趋图与程序执行

1、前趋图：指一个有向无循环图，记为 DAG，用于描述进程之间执行的先后顺序。图中的

每个结点可用来表示一个进程或程序段，乃至一条语句，结点间的有向边则表示两个结点之

间存在的偏序或前趋关系。进程之间的前趋关系可用“”表示，（Pi，Pj）或 PiPj 表示在 Pj

开始执行之前 Pi 必须完成；Pi 是 Pj 的直接前驱，Pj 是 Pi 的直接后继。没有前趋的结点称为

初始结点，没有后继的结点称为终止结点；每个结点具有一个重量，表示该结点所含有的程

序量或程序的执行时间。

2、程序的顺序执行

一个应用程序由若干个程序段组成，每一个程序段完成特定的功能，在执行时需按照某

种先后次序顺序执行，仅当前一程序段执行完后，才运行后一程序段。

特征：（1）顺序性；

（2）封闭性：执行结果不受外界影响；

（3）可再现性：程序重复执行时可获得相同的结果。

3、程序的并发执行：彼此互不依赖

特征：（1）间断性；（2）失去封闭性；（3）不可再现性。

二、进程基本知识

1、定义：

进程是程序的一次执行；

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；

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，是系统进行资源分配和调度

的一个独立单位。

2、特征：

进程和程序是两个不同的概念，进程具有程序没有的 PCB 结构，还有以下特征：（1）

动态性；（2）并发性；（3）独立性；（4）异步性。

3、状态：

（1）就绪状态（Ready）；（2）执行状态（Running）；（3）阻塞状态（Block）；

（4）创建状态；（5）终止状态；（6）静止状态；（7）活动状态。

4、进程管理中的数据结构：资源信息表（进程信息表）；包括内存表、设备表、文件表和

用于进程管理的进程表（进程控制块 PCB）

（1）PCB 的作用

使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序或数据成为一个能独立运行的基本单位，

一个能与其它进程并发执行的进程。

1）作为独立运行基本单位的标志；

2）实现间断性运行方式；

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）实现与其他进程的同步与通信。

（2）PCB 的信息

1）进程标识符：外部标识符和内部标识符；

2）处理机状态：即处理机的上下文；

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：程序和数据的地址、进程同步和通信机制、资源清单、链接指针。

（3）进程控制块的组织方式：

1）线性方式：将系统中所有的 PCB 都组织在一张线性表中；

2）链接方式：把具有相同状态进程的 PCB 分别通过 PCB 中的链接字链接成一个队列；

3）索引方式：系统根据所有进程状态的不同，建立几张索引表，并把各索引表在内存

的首地址记录在内存的一些专用单元中。

5、进程控制

是进程管理中的最基本的功能，包括创建新进程、终止已完成的进程、将因发生异常情

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