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操作系统的概念
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操作系统管…操作系统概念与主要功能
操作系统的概念
在信息化时代软件是计算机系统的灵魂而作为软件核心的操作系统已与现代计算机系统密不可分、融为一体。计算机系统自下而上大致分为4部分硬件、操作系统、应用程序和用户
操作系统管理各种计算机硬件微应用程序提供基础并从当计算机硬件与用户之间的中介。
硬件如中央处理器、内存、输入\输出设备等提供基本的计算资源
应用程序规定按何种方式使用这些资源来解决用户的计算问题操作系统控制和协调各用户的应用程序对硬件的分配与使用
操作系统是控制和管理整个计算机系统的硬件与软件资源合理地组织、调度计算机的工作与资源的分配进而为用户和其他软件提供方便接口和环境的程序集合。操作系统是计算机系统中最基本的系统软件。
总结操作系统是资源的管理者向上提供方便易用的服务。
操作系统的功能与目标
1.操作系统作为计算机系统资源的管理者主要功能 处理机管理功能 存储器管理功能 文件管理功能 设备管理功能
2.操作系统作为用户与计算机硬件系统之间的接口
操作系统提供的接口分为两类 命令接口用户使用 程序接口系统调用编程人员使用
3.操作系统作为扩充机器
操作系统的特性与主要类型
操作系统特征 并发指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
操作系统的并发性是指计算机系统中同时存在多个运行的程序因此它具有处理和调度多个程序同时执行的能力。在操作系统中引入进程的目的是使进程能并发执行。
注意事项并发与并行的区别并发是在同一时间间隔内多个时间发生并行是指同一时刻多个事件发生。并发是假装并行
在多道程序环境下一段时间内宏观上由多道程序在同时执行而在每个时刻单处理机环境下实际仅能有一道程序执行因此微观上这些程序认识分时交替执行的操作系统的并法性是通过分时得以实现的 共享共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。
共享分为如下两种资源共享方式
互斥分享方式系统中的某些资源虽然可供多个多个进程使用但为使得所打印或记录的结果不致造成混淆应规定在一段时间内只允许一个进程访问该资源。
仅当进程A访问完并释放完该资源后才允许另一个进程对该资源进行访问这种资源共享方式称为互斥式共享而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源或独占资源。
同时访问方式这类资源允许一段时间内有多个进程“同时”访问这里说的同时是宏观上的而在微观上这些进程可能是交替地该资源进行访问即“分时共享”的。
注意事项并发性和共享性互为存在条件 虚拟是指把一个物理上的实体变为若干逻辑上的对应物。物理实体是实的即实际存在的而后者是虚的使用户感觉上的事物。用来实现虚拟的技术称为虚拟技术。 异步是指多道程序环境下由于资源有限程序的执行并不是一贯到底的而是走走停停的他以不可预知的速度向前推进
操作系统的发展与分类 手工操作阶段此阶段无操作系统用户在计算机上算题的所有工作都要人工干预。
缺点
用户独占全机不会出现资源被其他用户占用而等待的现象但资源利用率低
CPU等待手工操作CPU利用不充分
总结人机矛盾大 批处理阶段操作系统开始为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾
分为单道批处理系统、多道批处理系统
单道批处理系统对作业的处理是成批进行的但内存中始终保持一道作业
多道批处理系统允许多个程序同时进入内存并允许它们在CPU中交替进行这些程序共享程序中的各种硬件或软件资源
缺点用户响应时间较长不提供人机交互能力用户既不能了解自己的程序运行情况又不能控制计算机。
总结无人机交互能力 分时操作系统
分时技术是指把处理器的运行时间分成最短的时间片按时间片轮流把处理器分配给联机作业使用。
若某个作业在分配给他的时间片内不能完成其计算则该作业暂时停止运行把处理器让给其他作业使用等待下一轮再继续运行。
即多个用户通过终端同时共享一台主机这些终端连接在主机上用户可以同时与主机进行交互操作而互不干扰。
缺点不能优先的处理一些紧急的任务操作系统对每个用户作业都是完全公平的是循环的为每个用户服务一个时间线的并没有去分任务的紧急性。 实时操作系统
为了能在某个时间限制内完成某些紧急任务而不需要时间片排队诞生了实时操作系统。
实时操作系统是指系统能及时响应外部事件的请求在规定的时间内完成对该事件的处理并控制所有实时任务协调一致的运行
特点及时性、可靠性 网络操作系统和分布式计算机系统以及个人计算机操作系统
网络操作系统
网络操作系统把计算机网络中的各台计算机有机的结合起来提供一种统一、经济有效的使用各台计算机的方法实现各台计算机之间数据的互相传送。
特点网络中各种资源及各台计算机之间的通信。
分布式计算机系统
用于管理分布式计算机系统的操作系统
个人计算机操作系统是目前最广泛的操作系统
发展历程图 解答题例题1批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统各有什么特点
答案:
批处理操作系统的用户脱机使用计算机作业是成批处理的系统内多道程序并发执行交互能力差。
分时操作系统可让多个用户同时适用计算机人机交互性强具有每个用户独立使用计算机的独占性系统响应及时。
实时操作系统能对控制对象做出及时反应可靠性高响应及时但资源利用率低。
例题2有两个程序程序A依次使用CPU计10s设备甲计5s,CPU计5S、设备乙10S、CPU计10S程序B依次使用设备甲计10sCPU计10s、设备乙5S、CPU计5S设备乙10S。在单道程序环境下先执行程序A在执行程序BCPU的利用率是多少再多道程序环境下CPU利用率是多少
解答
单道程序环境 A运行总时间B运行总时间/CPU调用时间 40/4040 50%
多道程序环境可以利用甘特图来做题 CPU占用40秒CPU利用率 40/45 88.9%
注意事项一些打印设备只能互斥性共享
进程与线程
进程的概念与特征
程序与进程的区别
程序是指令与数据的有序集合是静态的进程有自己的生命周期是动态的
程序的顺序执行
程序或程序段之间严格按照某种先后次序执行
特征 顺序性处理机严格按照程序所规定的顺序执行 封闭性程序在执行时独占系统的全部资源不受外界程序干扰 可再现性只要初始条件相同一个程序的多次重复执行将得到相同的结果
程序的并发执行
两个或两个以上的程序或程序段可在同一时间间隔内同时执行
特征 间断性由于资源共享和相互合作并发执行的程序间形成了相互制约关系导致程序的运行过程出现 执行-暂停-执行的现象 失去封闭性程序在执行时与其他并发执行的程序共享系统的资源因此资源状态的改变还与其他程序有关即程序本身的执行环境要受到外界程序的影响。 不可再现性同样的初始条件一个程序的多次重复执行可能会得到不同的结果。
进程的概念
为什幺要引入进程?
程序并发执行时产生的不可再现性决定了通常的程序不能参与并发执行的为了使程序能够并发执行并且可以对并发执行的程序加以描述和控制引进了进程的概念实现操作系统的并发行和共享性两个最基本的特征。为了使参与并发执行的程序含数据能独立运行必须为之配置一个专门的数据结构称为进程数据块PCB
进程是由程序段、相关数据段和进程控制块共同组成的
注PCB是进程存在的唯一标志。
PCB内包含的数据结构内容有进程标志信息、进程控制信息、进程资源信息、CPU现场信息
进程的定义 进程是程序一次执行的过程。 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他是系统进行资源分配和调度的一个独立单位 引入进程后进程是资源分配的独立单位进程具有并发性可以和其他进程并发执行 同一个程序执行在不同的数据集合上属于不同的进程 进程是进程实体的运行过程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
进程的特征 动态性进程是程序的一次执行过程因此是动态的动态性是进程最基本的特征。 并发性多个进程实体同存于内存中且在一段时间内同时执行只有为程序创建进程后多个程序才能正确的并发执行。并发性是进程的重要特征。 独立性进程实体是一个能独立运行、独立获得资源和独立接收调度的基本单位 异步性进程可按各自独立的、不可预知的速度往前推进。虽然进程具有异步性但操作系统必须配置相应的进程同步机制来确保进程并发执行的结果是可再现的。
进程的基本状态和转换
通常进程有三种基本状态。 运行态进程在处理机上运行 就绪态进程获得了除处理机以外的一切资源一旦得到处理机便可立即运行 阻塞态也称等待态正在执行的进程由于某些事件的发生而暂时无法继续执行只能等相应时间完成后才能去竞争CPU
注意事项就绪态是指进程仅缺少处理机只要获得处理机资源就立即运行堵塞态是指进程需要除处理机以外的其他资源或者等待某一事件
状态转换图 文字叙述
就绪态-运行态处于就绪态的进程被调度后获得处理机资源分配处理机时间片于是进程就有就绪态转换成运行态
运行态-就绪态处于运行态的进程在时间片用完后不得不让出处理机从而进程由运行态转换成就绪态。或在可剥夺的操作系统中当有更高优先级的进程就绪时调度程序将正在执行的进程剥夺成就绪态让更高优先级的进程执行。
运行态-阻塞态进程请求某一资源的使用或分配或等待某一事件的发生或IO操作的完成
阻塞态-就绪态进程等待的事件到来时如IO操作操作结束或中断结束时中断处理程序必须把相应进程的状态由阻塞态转化成就绪态
进程控制与通信
进程控制的主要功能
进程控制的主要功能是创建新进程终止进程以及负责进程运行中的状态转换。
总结进程控制是对系统的所有进程进行有效的管理。
一般把进程控制用的程序段称为原语
原语的特点是执行期间不允许中断原子性
进程的创建允许一个进程创建另一个进程。
进程的终止引起进程终止的事件有正常结束、异常结束出现异常事件例如存储区越界非法指令算数运算错等、外界干预。
进程的阻塞和唤醒正在执行的的进程由于期待的某些事件没有发生如请求系统资源失败、等待某种操作的完成、新数据尚未到达或无心工作可做等有系统自动执行阻塞原语Block使自己由运行态转化成阻塞态。
当被阻塞进程所期待的事件出现时如IO操作完成或者期待的数据已经到达有有关进程调用唤醒原语Wakeup将等待该事件的进程唤醒。
进程通信
进程通信指进程之间的信息交换各进程拥有的内存空间相互独立为了进行信息交换保证安全通信操作系统就提供了一些继承通信的方法
PV操作是低级通信方式高级通信方式是指以较高的效率传输大量数据的通信方式
主要有三大类共享存储消息传递管道通信
共享存储进程通信通过对共享空间进行读/写操作实现信息交换共享某些数据结构或共享存储区。
消息传递进程间的数据交换以格式化的消息为单位。通过发送消息和接收消息原语进行数据交换。有两种消息传递的方式 直接通信方式 间接通信方式
管道通信利用一种特殊的pipe文件连接两个进程
线程概念
基本概念
引入进程的目的是为了更多的程序并发执行提高资源利用率和系统吞吐量。而引入线程的目的是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销提高操作系统的并发性能。 调度进程是拥有系统资源的基本单位线程是调度和分派的基本单位 拥有资源进程是拥有资源的基本单位线程不拥有系统资源 并发性进程可以并发执行多个线程之间也能并发执行。 系统开销 地址空间和其他资源如打开的文件进程的地址空间之间相互独立同一线程的个线程间共享进程的资源某进程内的线程对其他线程不可见。 通信方面进程间通信需要进程同步和互斥手段的辅助以保证数据的一致性而线程间可以直接读写进程数据段来进行通信。
剩下的还在整理希望对大家有所帮助
