專題三操作系統(tǒng)知識

1、系統(tǒng)分析師(軟件設(shè)計師)計算機(jī)學(xué)科部分經(jīng)典教材共9頁第頁1專題三：操作系統(tǒng)知識專題三：操作系統(tǒng)知識1、操作系統(tǒng)知識：、操作系統(tǒng)知識：1.1基本概述基本概述操作系統(tǒng)是一個大型的軟件系統(tǒng)，是為了提高計算機(jī)系統(tǒng)資源（硬件和軟件資源）的利用效率并方便用戶使用的一組程序，這些程序可以用軟件實現(xiàn)，也可以用固件（微程序設(shè)計）實現(xiàn)。操作系統(tǒng)的基本特征是并發(fā)與共享。操作系統(tǒng)是運(yùn)行在計算機(jī)硬件上的最基本的系統(tǒng)軟件，位于所有的軟件的最底層，為計算機(jī)使用者提供

2、了一種良好的操作環(huán)境，也為各種應(yīng)用系統(tǒng)提供了基本的支持環(huán)境。它在計算機(jī)系統(tǒng)中占據(jù)了特殊重要的地位，其它所有的軟件如匯編程序、編譯程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件以及大量的應(yīng)用軟件，都將依賴于操作系統(tǒng)的支持，取得它的服務(wù)。操作系統(tǒng)通過多任務(wù)并行的手段來達(dá)到多用戶資源共享的目的。我們通常主要采用幾種不同的方法來考察操作系統(tǒng)。?用戶觀點：可以把操作系統(tǒng)看作是用戶與計算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口（系統(tǒng)調(diào)用和聯(lián)機(jī)命令）；?資源管理觀點：把操作系統(tǒng)看成計算

3、機(jī)系統(tǒng)資源的管理者；?進(jìn)程角度：管理核心，對用戶進(jìn)程和系統(tǒng)進(jìn)程進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)；?分層角度：從系統(tǒng)構(gòu)造的角度出發(fā)，將系統(tǒng)分為若干個層，彼此依賴；操作系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)是：中斷和通道，中斷處理一般都在核心內(nèi)完成。操作系統(tǒng)的類型與功能：操作系統(tǒng)的類型與功能：根據(jù)使用環(huán)境和對用戶作業(yè)處理方式，操作系統(tǒng)的基本類型可以分為3大類：◆批處理操作系統(tǒng)：批處理操作系統(tǒng)：其特點是先將作業(yè)脫機(jī)輸入到外圍輸入設(shè)備，再由監(jiān)督程序?qū)⒆鳂I(yè)成批調(diào)入系統(tǒng)中進(jìn)行處理。在早期的

4、計算機(jī)中往往使用這種類型的操作系統(tǒng)?！舴謺r操作系統(tǒng)：分時操作系統(tǒng)：多個用戶同時以會話方式控制自己程序的運(yùn)行，每個用戶都感到似乎各自有一臺獨立的、支持自己請求服務(wù)的系統(tǒng)。其特點是將CPU時間輪流分配給內(nèi)存各道作業(yè)使用，直至每個作業(yè)結(jié)束，這就保證了多個用戶能在較短時間內(nèi)與作業(yè)進(jìn)行交互。◆實時操作系統(tǒng)：實時操作系統(tǒng)：系統(tǒng)往往是專用，系統(tǒng)與應(yīng)用很難分離。其特點是能及時響應(yīng)外部時間的請求，并迅速完成對事件的處理。其設(shè)計原則是響應(yīng)時間優(yōu)先于資源利用

5、率。實時系統(tǒng)又分成實時過程控制和實時信息處理兩類。除了上述這幾類基本系統(tǒng)外，隨著計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，又出現(xiàn)了多處理機(jī)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等等。操作系統(tǒng)的職能是管理和控制計算機(jī)系統(tǒng)中的全部硬件、軟件資源，合理組織計算機(jī)工作流程，并為用戶提供一個良好的工作環(huán)境和友好的接口，系統(tǒng)資源管理和提供用戶界面是操作操作系統(tǒng)的功能模塊：操作系統(tǒng)的功能模塊：◆處理器（機(jī)）管理：處理器（機(jī)）管理：其主要任務(wù)，是對處理機(jī)進(jìn)行分配，并對其進(jìn)

6、行有效的控制和管理。在多道程序環(huán)境下，處理機(jī)的分配以線程為基本單位，因此對處理機(jī)的管理可歸結(jié)為對線程的管理。◆存儲管理：存儲管理：其主要任務(wù)，是為程序的運(yùn)行提供良好的環(huán)境，方便用戶使用存儲器，提高存儲器的利用率，以及能從邏輯上來擴(kuò)充內(nèi)存。所以存儲管理應(yīng)具有以下功能：內(nèi)存分配、內(nèi)存保護(hù)、地址映射和內(nèi)存擴(kuò)充等?！粼O(shè)備管理：設(shè)備管理：其主要任務(wù)，是完成用戶提出的IO請求，為用戶分配IO設(shè)備；提高CPU和IO設(shè)備的利用率；提高IO速度；以及方便

7、用戶使用IO設(shè)備。為實現(xiàn)上述任務(wù)，設(shè)備管理應(yīng)具有緩沖管理、設(shè)備分配和設(shè)備處理，以及虛擬設(shè)備等功能。采用通道、控制器和設(shè)備三級控制方法管理這些設(shè)備；◆文件管理：文件管理：其主要任務(wù)，是對用戶文件和系統(tǒng)文件進(jìn)行管理，以方便用戶使用，并保證文件的安全性。為此，文件管理應(yīng)具有文件存儲空間的管理，目錄管理，文件的讀、寫管理以及文件的共享與保護(hù)等功能?！粲脩艚涌冢河脩艚涌冢簽榱朔奖阌脩羰褂貌僮飨到y(tǒng)，操作系統(tǒng)向用戶提供命令接口和系統(tǒng)調(diào)用接口，在較晚出

8、現(xiàn)操作系統(tǒng)中又向用戶提供了圖形接口。1.21.2處理機(jī)管理處理機(jī)管理處理器是計算機(jī)的心臟，在單用戶系統(tǒng)中或單道系統(tǒng)中，處理器為一個用戶或一個作業(yè)服務(wù)，管理簡單。為了提高系統(tǒng)資源的利用率，引入了多道程序技術(shù)，即多個程序或作業(yè)同時運(yùn)行，爭用處理器，要解決處理器的分配調(diào)度的策略。因此引入了作業(yè)、進(jìn)程和線程的概念，基于操作系統(tǒng)對處理器的管理策略不同，其提供的作業(yè)處理方式也不同，又批處理方式、分時處理方式、實時處理方式、多道成批處理方式和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

9、下的處理方式等。系統(tǒng)分析師(軟件設(shè)計師)計算機(jī)學(xué)科部分經(jīng)典教材共9頁第頁3進(jìn)程標(biāo)識狀態(tài)優(yōu)先級控制信息隊列訪問權(quán)限現(xiàn)場進(jìn)程控制塊的組成方式分連接方式和索引方式兩種。進(jìn)程管理：進(jìn)程管理：進(jìn)程管理涉及到進(jìn)程控制、隊列管理和進(jìn)程調(diào)度等。進(jìn)程的生命過程是從它創(chuàng)建時開始，直至任務(wù)終止而撤消，其間會經(jīng)歷各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，它們都是在操作系統(tǒng)控制下完成的。操作系統(tǒng)提供了對進(jìn)程的基本操作，也成為原語。這些原語包括創(chuàng)建原語、阻塞原語、終止原語、優(yōu)先級原語和調(diào)度

10、原語。進(jìn)程調(diào)度即處理器調(diào)度，它的主要功能是確定在什么時間將處理器分給哪個進(jìn)程。進(jìn)程調(diào)度的方法基本分為兩類：剝奪調(diào)度和非剝奪調(diào)度。進(jìn)程調(diào)度的算法是服務(wù)于系統(tǒng)目標(biāo)的策略，對于不同的系統(tǒng)與系統(tǒng)目標(biāo)，常采用不同的調(diào)度算法。如：?先來先服務(wù)?優(yōu)先數(shù)調(diào)度?輪轉(zhuǎn)法死鎖問題死鎖問題進(jìn)程管理是操作系統(tǒng)的核心，進(jìn)程管理中的死鎖是操作系統(tǒng)中一個比較特殊的問題。所謂死鎖（Deadlock），是指多個進(jìn)程因競爭資源而造成的一種僵局（DeadlyEmbrace），

11、若無外力作用，這些進(jìn)程都將永遠(yuǎn)不能再向前推進(jìn)?！羲梨i的原因主要有兩點：?競爭資源?進(jìn)程推進(jìn)順序非法◆產(chǎn)生死鎖的4個必要條件是：?互斥條件?保持和等待條件?不剝奪條件?環(huán)路等待條件◆而針對產(chǎn)生死鎖的必要條件，有下列處理死鎖的方法：?預(yù)防死鎖：其思想是不讓任一產(chǎn)生死鎖的必要條件發(fā)生。?避免死鎖：其策略是不對用戶進(jìn)程的推進(jìn)順序加以限制，而在進(jìn)程申請資源時先判斷；◆斷資源分配是否安全。?檢測死鎖：采用資源請求分配圖的化簡方法來判斷是否發(fā)生了不安

12、全狀態(tài)。?解除死鎖：其主要是使用剝奪的方法來釋放資源、解除死鎖狀態(tài)。比較上面4種處理方法，死鎖的檢測和解除措施，有可能使系統(tǒng)獲得較好的資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，但在實現(xiàn)上難度也最大。1.4存儲管理存儲管理現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)中的存儲系統(tǒng)通常是多級存儲體系，至少有主存（內(nèi)存）和輔存（外存）兩級，有的系統(tǒng)有更多的級數(shù)。主存是由系統(tǒng)實際提供的存儲單元組成的一個連續(xù)地址空間，處理器可以直接存取。它的存儲容量受到實際存儲單元的限制。輔存是指軟盤、硬盤、光

13、盤和磁帶等一些外部存儲部件，常用來存放暫不執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，處理器不能直接訪問，需啟動IO設(shè)備，才能進(jìn)行內(nèi)存、外存交換。系統(tǒng)中主存的使用一般分系統(tǒng)空間和用戶空間兩個部分。把相對地址空間的程序轉(zhuǎn)換成絕對地址空間（物理地址）空間上能夠執(zhí)行的過程稱為地址重定位，也稱為地址映射或地址映像。地址重定位有兩種：靜態(tài)重定位和動態(tài)重定位。存儲管理應(yīng)該提高存儲資源的利用效率，又方便用戶使用，存儲管理的任務(wù)應(yīng)具有下列功能。?分配與回收?存儲擴(kuò)充?共享與保護(hù)