ch2第2章 操作系统结构-曲明成解析

第2章进程管理辅导与自测2.1 本章知识点进程是操作系统中最基本、最重要的概念之一，在计算机系统中，进程不仅是最基本的并发执行的单位，而且也是分配资源的基本单位。

引入进程这个概念，对于我们理解、描述和设计操作系统具有重要意义。

本章的主要知识点为：（1）进程的概念进程是程序在并发环境中的执行过程。

进程最根本的属性是动态性和并发性。

要注意进程与程序的区别。

进程的五个基本特征是：动态性、并发性、独立性、制约性、结构性。

一个进程实体通常由程序、数据、栈和进程控制块（PCB）这四部分组成。

进程控制块是进程组成中最关键的部分。

每个进程有唯一的进程控制块。

操作系统根据PCB对进程实施控制和管理。

进程的动态、并发等特征是利用PCB表现出来的。

为了对所有进程进行有效地管理，常将各进程的PCB用适当的方式组织起来。

一般说来，进程队列有以下几种方式：线性方式、链接方式和索引方式。

进程有三个基本状态：运行态、就绪态和阻塞态。

在一定的条件下，进程的状态将发生转换。

下图所示为进程的状态及其转换。

图进程状态及其转换（2）进程管理就如同人类的族系一样，系统中众多的进程也存在族系关系：由父进程创建子进程，子进程再创建子进程，从而构成一棵树形的进程族系图。

进程作为有“生命期”的动态过程，对它们的实施管理主要包括：创建进程、撤消进程、挂起进程、恢复进程、改变进程优先级、封锁进程、唤醒进程、调度进程等。

在Linux系统中，进程有5种状态。

进程分为系统进程和用户进程。

其中，系统进程只运行在内核模式下；用户进程既可以在用户模式下运行，也可以通过系统调用等运行在内核模式下。

Linux的task_struct结构相当于其进程控制块。

Linux系统对进程的操作常用命令有：ps、kill、sleep等。

常用的系统调用有：fork，exec，wait，exit，getpid，sleep，nice等。

（3）进程通信进程通信是指进程间的信息交换。

根据进程间交换信息量的多少，分为高级进程通信和低级进程通信。

第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。

这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。

虚拟机：用软件实现的机器。

翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。

解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。

执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。

计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。

在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。

计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。

系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。

Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。

程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。

包括时间局部性和空间局部性。

CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。

测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。

存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。

其基本点是指令驱动。

程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。

系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。

操作系统概论重点整理(2021年张琼声版) 操作系统概论-02323（2021年张琼声版本）第一章：操作系统简介操作系统概念：操作系统是一种复杂的系统软件，是不同程序代码、数据结构、初始化文件的集合，可执行。

操作系统是提供计算机用户与计算机硬件之间的接口，并管理计算机软件和硬件资源，并且通过这个接口使应用程序的开发变得简单、高效。

接口是两个不同部分的交接面。

接口分为硬件接口和软件接口，计算机的所有功能最终都是由硬件的操作来实现的，计算机屏蔽了对硬件操作的细节。

操作系统完成的两个目标：1与硬件相互作用，为包含在所有硬件平台上的所有底层可编程部件提供服务。

○ 2为运行在计算机系统上的应用程序（即用户程序）提供执行环境○现代计算机特点是支持多任务，，一方面保证用户程序的顺利执行，另一方面使计算机系统资源得到高效的利用，保证计算机系统的高性能操作系统的功能：处理机管理、内存管理、设备管理、文件管理。

? 操作系统的发展：无操作系统--单道批处理系统--多道批处理系统--微机操作系--实时操作系统无操作系统阶段：电子管，无存储设备，第一台：1946年宾夕法尼亚大学的「埃尼阿克」单道批处理系统：晶体管，磁性存储设备，内存中有一道批处理作业，计算机资源被用户作业独占。

吞吐量是指单位时间内计算机系统处理的作业量多道程序系统：集成电路芯片，出现了分时操作系统（多个终端）。

微机操作系统：第一台Intel公司顾问GaryKildall 编写的CP/M系统，是一台磁盘操作系统，用于Intel8080.实时操作系统：广泛应用于各种工业现场的自动控制、海底探测、智能机器人和航空航天等。

? 批处理、实时、分时系统的优缺点比较：单道批处理系统：自动性、顺序性、单道性。

优点：减少了等待人工操作的时间缺点：CPU资源不能得到有效的利用。

多道批处理系统：多道性、无序性、调度性、复杂性。

优点：能够使CPU和内存IO资源得到充分利用，，提高系统的吞吐量。

第1章电脑系统概论1. 什么是电脑系统、电脑硬件和电脑软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3电脑系统：由电脑硬件系统和软件系统组成的综合体。

电脑硬件：指电脑中的电子线路和物理装置。

电脑软件：电脑运行所需的程序及相关资料。

硬件和软件在电脑系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。

2. 如何理解电脑的层次结构？答：电脑硬件、系统软件和应用软件构成了电脑系统的三个层次结构。

〔1〕硬件系统是最内层的，它是整个电脑系统的基础和核心。

〔2〕系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。

〔3〕应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。

通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。

各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。

3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差异及其联系。

答：机器语言是电脑硬件能够直接识别的语言，汇编语言是机器语言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。

高级语言编写的程序〔源程序〕处于最高层，必须翻译成汇编语言，再由汇编程序汇编成机器语言〔目标程序〕之后才能被执行。

4. 如何理解电脑组成和电脑体系结构？答：电脑体系结构是指那些能够被程序员所见到的电脑系统的属性，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。

电脑组成是指如何实现电脑体系结构所表达的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成电脑系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。

5. 冯•诺依曼电脑的特点是什么？解：冯•诺依曼电脑的特点是：P8●电脑由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；●指令和数据均用二进制表示；●指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；●机器以运算器为中心〔原始冯•诺依曼机〕。

6. 画出电脑硬件组成框图，说明各部件的作用及电脑系统的主要技术指标。

操作系统概论—02323（２01７年张琼声版本）第一章:操作系统简介操作系统概念:操作系统就是一种复杂得系统软件，就是不同程序代码、数据结构、初始化文件得集合，可执行。

操作系统就是提供计算机用户与计算机硬件之间得接口,并管理计算机软件与硬件资源，并且通过这个接口使应用程序得开发变得简单、高效。

接口就是两个不同部分得交接面。

接口分为硬件接口与软件接口，计算机得所有功能最终都就是由硬件得操作来实现得,计算机屏蔽了对硬件操作得细节.操作系统完成得两个目标:错误!与硬件相互作用,为包含在所有硬件平台上得所有底层可编程部件提供服务。

错误!为运行在计算机系统上得应用程序（即用户程序）提供执行环境现代计算机特点就是支持多任务,,一方面保证用户程序得顺利执行，另一方面使计算机系统资源得到高效得利用,保证计算机系统得高性能操作系统得功能：处理机管理、内存管理、设备管理、文件管理。

操作系统得发展:无操作系统-—单道批处理系统—-多道批处理系统—－微机操作系-—实时操作系统无操作系统阶段：电子管,无存储设备，第一台:19４6年宾夕法尼亚大学得「埃尼阿克」单道批处理系统：晶体管，磁性存储设备，内存中有一道批处理作业，计算机资源被用户作业独占。

吞吐量就是指单位时间内计算机系统处理得作业量多道程序系统：集成电路芯片，出现了分时操作系统(多个终端).微机操作系统：第一台Inteｌ公司顾问GａrｙKildａll 编写得CP/M系统,就是一台磁盘操作系统，用于Iｎtel８080、实时操作系统：广泛应用于各种工业现场得自动控制、海底探测、智能机器人与航空航天等。

批处理、实时、分时系统得优缺点比较：单道批处理系统:自动性、顺序性、单道性。

优点：减少了等待人工操作得时间缺点:ＣPＵ资源不能得到有效得利用。

多道批处理系统：多道性、无序性、调度性、复杂性。

优点：能够使CPＵ与内存ＩO资源得到充分利用，，提高系统得吞吐量。

缺点:系统平均周转时间长，缺乏交互能力.分时系统：多路性、及时性、交互性、独立性。