目录
| 本章概念
| 本章算法
单道批与多道批的图像绘制
利用率的计算与分析
| 课后简答题
| 本章概念
1.OS的作用 作为用户与计算机硬件系统之间的接口 | 计算机系统资源的管理者 | 对计算机资源的抽象。OS的目标是:方便性 有效性 可扩充性 开放性
2.虚拟机 覆盖了I/O软件的设备称为扩充机器或虚拟机
3.OS的概念 铺设在计算机硬件上的多层软件的集合。OS是一组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源,合理地对各类作业进行调度,以及方便用户使用的程序的集合
4.推动OS发展的动力 提高计算机系统资源利用率 | 方便用户 | 器件不断更新换代 | 计算机体系结构不断发展 | 不断提出新的应用需求
5.OS的发展历程
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【1945年 人工操作方式】
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【20世纪50年代 脱机 I/O 】
运作: 解决人机矛盾以及CPU与I/O之间速度不匹配的矛盾,程序和数据的输入输出都是在脱离主机的情况下完成的。
联机 I/O : 在主机直接控制下进行的 I/O。
脱机I/O的优点:减少了CPU空闲时间,提高了IO速度
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【20世纪50年代中期 单道批处理系统】
运作:把一批作业以脱机IO方式输入到磁带、在系统配上监督程序,在程序控制下,作业被一个一个完成,在内存中始终只保存一道作业。
优点:提高系统资源利用率和系统吞吐量。
缺点:仍未能充分利用系统资源,造成计算机内存的浪费
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【20世纪60年代中期 多道批处理系统】
运作:作业先放到外存,排成一个队列(后备队列),由作业调度程序按照一定算法从队列选择若干个作业调入队列,使它们共享CPU和系统中的各种资源
优点:资源利用率高、系统吞吐量大、平均周转时间长、无交互能力
待解决的问题:征用处理机问题、内存分配与保护、IO设备分配、文件组织与管理问题、作业管理、用户与系统的接口
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【分时系统】
发展原因:满足用户对于人机交互的要求
运作:为了实现人机交互,必须放弃原批处理系统的运行方式,而采用:①作业直接进入内存,因为作业在磁盘上无法运行;②采用轮转运行,以保证每个作业都有机会运行,因此引入了时间片的概念
特征:多路性(多终端连到同一主机上)、独立性(各自终端互不干扰)、及时性(响应所需时间为1-3s)、交互性
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【实时系统】
定义:OS能及时响应外部事件的请求,在规定时间内完成对事件的处理,并控制所有实时任务协调一致地运行
实时OS的类型:工业控制OS、信息查询OS、多媒体OS、嵌入式OS
实时任务的类型:周期性 / 非周期性实时任务、硬实时任务(Hard real time,HRT)、软实时任务 SRT (上述四个任务类型,都伴随截止时间)
特征:多路性(周期性对多路现场信息采集,对多个执行机构进行控制)、独立性(各自终端互不干扰)、及时性(响应所需时间为毫秒级)、交互性、可靠性
实时系统具有的两个基本特征是:及时性、可靠性
6.操作系统基本特性
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并发(并行是同一时刻发生,并发是同一时间间隔发生):
概念:宏观上多个程序同时运行,但微观上每一时刻只有一个程序运行。我们所说的并发,指的一般是进程的并发
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共享:
概念:OS的共享,指的是资源的复用:供内存中多个并发执行的进程共同使用(即限定了时间,又限制了地点)
类型:互斥共享(A访问完后B才能访问)、“同时”共享(宏观上一起用,微观上交替用)
并发和共享是多任务OS最基本的两个特征,它们互为对方存在的条件。资源的共享是以进程的并发执行为条件的;同时,若不能对资源共享进行协调,则会影响并发的速度
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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。通过时分复用和空分复用技术来实现
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异步:先进入内存的作业可能后完成,后进入的可能先完成:即进程的推进速度无法预知,此即为异步性
7.操作系统的主要功能
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处理机管理功能
本质:传统多道程序系统中,处理机的分配和运行以进程为基本单位,因而对处理机的管理可归结于对进程的管理。
功能:进程控制、同步、通信、调度
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存储器管理功能
功能:内存分配与回收(静态、动态分配)、内存保护(①各用户程序只在自己内存运行,②不允许用户访问OS程序和数据)、地址映射、内存扩充(虚拟存储技术:请求调入功能、置换功能)
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设备管理功能
功能:缓冲管理、设备分配、设备处理
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文件管理功能
功能:文件存储空间管理、目录管理、文件读写管理和保护
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接口管理功能
功能:OS向用户提供了“用户与OS之间的接口”,分为用户接口(联机用户接口、脱机用户接口、图形用户接口)、程序接口
8.操作系统的结构
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简单结构
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模块化结构:
优点:提高OS设计的正确性、可理解性、易维护性、可适应性,加速OS开发过程
缺点:接口规定很难满足划分后,模块对于接口的实际需求;B决定必须建立在A决定的基础上,没有可靠决定顺序,容易造成决定的无序性
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分层式结构:
优点:能保证正确性、易维护性、可扩展性
缺点:系统效率低
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微内核结构:
概念:足够小的内核、基于客户/服务器的模式、采用策略和机制分离的原则、采用面向对象技术;
功能:进程(线程)管理、低级存储器管理、中断和陷入处理(在微内核OS中,只有很小一部分的属于机制的放入了为内核中,另外绝大部分的都放在了微内核外的各种服务器中)
优点:提高系统扩展性、可靠性、可移植性,提供了对分布式系统的支持,融入了面向对象技术。操作系统可仅通过调整策略来适应不同应用的需求
存在的问题:因为客户和服务器间又消息传递,因此相比于早期的OS,微内核OS的运行效率有所降低(内核大则效率高但占用空间也大,反之效率低但是占空间小)
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外核结构:
概念:内核不提供传统OS的进程、虚拟存储器等抽象事物,而是专注于物理资源的隔离(保护)和复用,即非常小的内核负责保护系统资源,而硬件资源的管理职责则委托给应用程序。将原本属于OS内核的功能以库的形式提供给用户
9.系统调用
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概念:使应用程序可以通过系统调用来简介调用OS中的相关过程,进而取得相应的服务
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系统调用是通过中断机制实现的
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区别于一般的过程调用:
①运行在不同的系统状态:系统调用的调用程序运行在用户态,而被调用程序运行在内核态
②因为调用和运行的系统状态不同(一个是用户态,一个是内核态),因此不允许由调用过程直接转向被调用过程,需要通过软中断机制先由用户态转为内核态,经内核分析后才能转向相应的系统调用处理子程序
③返回问题:每一次调用需要判断优先级
④嵌套调用:系统调用对于嵌套调用的深度有一定限制,但是一般的过程调用则没有
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系统调用的类型:
①进程控制类系统调用
②文件操纵类系统调用
③进程通信类系统调用
| 本章算法
单道批与多道批的图像绘制
单道批:IO、计算只能执行一个
多道批:IO、计算可以并发执行
利用率的计算与分析
利用率 = 利用时间 / 总时间
| 课后简答题
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