【复习】操作系统第一章

概念

功能：处理机管理、存储管理、设备管理、信息管理、用户接口

作用：计算机系统资源管理者、实现对计算机资源的抽象、用户与计算机硬件及软件之间的接口

发展与分类

手工阶段、批处理系统、多道程序系统、分时操作系统、实时操作系统

单道批处理系统 缺点：内存中仅有一道程序，I/O时CPU空闲，造成资源浪费

多道批处理系统 同时将多个作业放入外存，形成一个队列，通过某种算法调度，前一个作业发生I/O请求后产生的CPU空档期进行下一个作业的调度。相比于单道批处理系统，多道批处理系统的资源利用率更高，系统吞吐量更大，但是因为作业需要依次处理，平均周转时间较长，且无交互能力

分时系统 人机交互，共享主机，多个终端共享资源

实时系统 要求及时响应，有如下两种分类：1、周期性实时任务与非周期性实时任务，按照有无明显周期性分类 2、硬实时任务与软实时任务，按照是否对截止时间有硬性要求分类

基本特征

1、并发

要区分并发与并行

并行：多个事件同一时刻发生

并发：多个事件同一时间间隔内发生

进程：计算机中能够独立运行并作为资源分配的基本单位

2、共享

资源共享，资源复用，指系统资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用

互斥共享方式：同一时间段内，只允许一个进程访问该资源。这种资源被称为临界资源，临界资源都只能被互斥共享。

同时访问方式：允许一个时间段内由多个进程“同时”进行访问（宏观意义上同时，实则交替访问）

3、虚拟

通过某种技术将物理实体变为若干个逻辑上的对应物称为“虚拟”

时分复用技术：利用空闲时间为其他用户服务----1.虚拟处理机技术利用多道程序设计技术，为每一个程序建立至少一个进程，多道程序并发执行，实现一个处理机同时（宏观）服务于多个用户。 2.虚拟设备技术将一台I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备，并允许每个用户占用一台逻辑上的I/O设备，宏观上就能“同时“为多个用户服务

空分复用技术：利用存储器的空闲空间分区域存放和运行其他的多道程序，以提高内存的利用率

4、异步

每个进程获得资源的时间与完成的时间根据程序性能不同，都是不可预知的，也就是说进程是以人们不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性。但是在OS中，通过完善的进程同步机制，且运行环境相同，作业多次运行得到的结果仍是相同的。因此异步运行是被允许的。

主要功能

1、处理机管理

主要任务：创建和撤销进程、对诸进程的运行进行协调、实现进程信息交换以及处理机的分配

进程控制：为作业创建进程、撤销已结束的进程以及控制进程在运行过程中的状态转换

进程同步：为保证多个进程能够按照预期执行，对多个进程（含线程）的运行进行协调。通常有：1.进程互斥方式（通常使用锁机制） 2.进程同步方式（通常使用信号量机制）这两种方式

进程通信：相互合作的进程完成一个共同任务时，通常需要交换信息，此时通常采用直接通信方式，由源进程利用发送命令之间将消息发送到目标进程消息队列中

调____度：1.作业调度：从后备队列中按照一定算法选择出若干作业，为他们分配资源并调入内存，建立进程，随后将就绪进程插入就绪队列。 2.进程调度：就绪队列中按照一定算法选出一个进程并分配处理机

2、存储管理

主要任务：为多道程序的运行提供良好的运行环境、提高存储器利用率、方便用户使用以及从逻辑上扩充内存

内存分配：合理分配内存，主要为动态与静态

内存保护：确保程序间互不干扰，禁止用户程序访问无权限内容

地址映射：在硬件支持下，完成逻辑地址与物理地址的转换

内存扩充：借助虚拟内存技术，使内存看起来更大，实现了请求调入功能与置换功能

3、设备管理

主要任务：1.完成用户的I/O请求，为进程分配I/O设备，并完成I/O 2.提高资源利用率

缓冲管理：引入缓冲区，解决速度不匹配问题，改善系统性能

设备分配：根据用户的I/O请求、系统资源状况，按照某种分配策略为之分配所需要的设备

设备处理：设备处理程序又称设备驱动程序，实现CPU与设备控制器之间的通信，处理I/O命令与中断请求

4、文件管理

主要任务：对用户文件与系统文件进行管理以方便用户使用、并保证文件安全性

文件存储空间管理：分配外存空间，提高外存利用率，提高系统存取速度

目录管理：为每个文件建立目录项，包括文件名、属性、物理位置等信息，实现按名存取并提供快速的目录查询手段

文件读/写管理和保护：1.管理：根据用户请求，对外存数据读或写 2.保护：防止未经核准的用户存取文件、防止冒名顶替文件、防止不正确使用文件

5、操作系统与用户间接口

用户接口：1.联机用户接口 2.脱机用户接口 3.图形用户接口

程序接口：为程序执行过程中访问系统资源而设置的

6、现代操作系统新功能

系统安全、网络功能与服务、支持多媒体

习题与答案

4、何谓脱机I/O和联机I/O？P6

脱机I/O：程序的输入输出都是在外围机的控制下完成的，或者说是在脱离主机的状态下完成的。

联机I/O：在主机的直接控制下进行输入输出

7、实现分时系统的关键问题是什么？应该如何解决？ P9

关键问题是：如何使用户与自己的作业进行交互。

解决方法为：1.系统能提供多个终端，同时给多个用户使用。2.用户在终端键入命令，系统能及时接收，并及时处理。及时接收需要系统配置多路卡，实现分时多路复用（快速周期性扫描终端），及时处理则需要作业之间进入内存并进行轮转调度运行。

9、什么是硬实时任务和软实时任务？试举例说明。P11

对截止时间有硬性要求，要求任务必须在截止时间到达之前完成，否则将出现难以预测的任务称为硬实时任务，反之则为软实时任务。比较典型的硬实时任务有用于工业和武器控制的实时系统所执行的任务，而软实时任务有如用于信息查询的系统所执行的任务。

13、什么是时分复用技术？举例说明他能提高资源利用率的根本原因是什么？P16

时分复用技术分为两种：一种是虚拟处理机技术，多道程序并发执行，另一种为虚拟设备技术，将一台I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备。提高资源利用率的根本原因是利用某设备为一个用户提供服务的空闲时间，转去为其他用户提供服务，设备得到最充分的使用。

14、是什么原因使操作系统拥有异步性特征？P17

由于各用户程序性能的不同，进程何时获得处理机，何时因某些请求暂停都是不确定的，可能存在进入内存顺序与完成顺序不匹配的情况。或者说进程是以不可预知的速度向前推进的。

15、处理机管理主要有哪些功能？其主要任务是什么？P18

见上述主要功能-处理机管理

15、内存管理主要有哪些功能？其主要任务是什么？P19

见上述主要功能-存储管理

15、设备管理主要有哪些功能？其主要任务是什么？P20

见上述主要功能-设备管理

15、文件管理主要有哪些功能？其主要任务是什么？P21

见上述主要功能-文件管理