[文学]自考《操作系统概论》串讲笔记

第一部分课程概述一、使用教材《操作系统》，全国高等教育自学考试指导委员会组编，谭耀铭主编，中国人民大学出版社2007年版。

二、课程简介随着计算机技术的迅速发展，计算机的硬、软件资源越来越丰富，用户也要求能更方便、更灵活地使用计算机系统。

为了增强计算机系统的处理能力以及方便用户有效地使用计算机系统，操作系统已成为现代计算机系统中不可缺少的重要组成部分。

因此，操作系统课程也就成为高等学校计算机专业的重要专业基础课程。

本课程从操作系统实现资源管理的观点出发，阐述如何对计算机系统中的硬、软件资源进行管理，使计算机系统协调一致地、有效地为用户服务，充分发挥资源的使用效率，提高计算机系统的可靠性和服务质量。

三、课程学习与考试要求在自学过程中、考生应掌握操作系统对各种资源的管理方法和操作系统各部分之间的联系，这样才能真正掌握操作系统的工作原理以及了解操作系统在整个计算机系统中的作用。

为了能确切地学好本课程，要求考生具备：高级语言程序设计、数据结构、计算机系统结构等课程的知识。

在学任何一门课程时，要能做到真正学有所得，就必须：认真阅读教材，边读边做笔记；及时做习题，巩固所学内容；做好阶段总结，正确理解课程内容。

但每一门课程都有自身的特殊性，对于具体课程来说，应按照课程的特点具体探讨如何进行学习。

要学好操作系统课程，关键在于弄清操作系统要做什么，怎么去做和为什么要这样去做。

所以，如能注意如下几点，将会对操作系统课程的自学起到促进作用。

（1）在开始阅读某一章教材之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点、考核要求、自学要求、重点，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

（2）阅读教材时要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本原理必须彻底弄清，对设计技巧要能灵活运用。

（3）根据操作系统在计算机系统中的应用，你在学习操作系统课程时应围绕如下四个中心问题：①操作系统怎样管理计算机系统中的各种资源，以及保证资源的使用效率。

操作系统概论考核知识点本文依据高等教育自学考试教材《操作系统概论》2017年版和操作系统概论(课程代码02323)自学考试大纲编写。

作者分析历年真题整理出了考核知识点并标记了重点，供大家参考。

1.操作系统简介1.1.操作系统的作用★操作系统是计算机用户与硬件的接口。

操作系统是计算机系统资源的管理者。

1.2.内存管理有哪些主要的内容★内存管理的主要任务是为多道程序的运行提供良好的环境方便用户使用内存，提高内存的利用率，以及从逻辑上扩充内存以实现虚拟存储。

为此，内存管理应具有内存分配、内存保护、地址映射和内存扩充功能。

1.3.内存扩充的任务是什么？★内存扩充的任务是借助于虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存容量，使系统能够向用户提供比物理内存大的存储容量。

1.4.单道批处理系统的特点与缺点。

★单道批处理系统的特点。

单道批处理系统内存中只有一道作业，可以自动成批处理作业，其特点包括自动性、顺序性、单道性。

单道批处理系统减少了等待人工操作的时间。

由于作业独占CPU和内存，当作业进行I/O时，CPU只能等待完成而无事可做，使得CPU资源不能得到充分利用。

1.5.多道批处理系统的特点与缺点★★多道批处理系统的特点。

在多道批处理系统中,用户所提交的作业都先存放在外存中并排成一个队列，该队列被称为“后备作业队列”。

与单道批处理系统相比,多道批处理系统支持多道程序驻留内存，CPU可以不再空闲等待I/O。

多道批处理系统的特点包括多道性、无序性、调度性、复杂性。

多道批处理系统的优点是能够提高CPU、内存和I/O 设备的利用率和系统的吞吐量。

多道批处理系统的缺点是系统平均周转时间长，缺乏交互能力。

1.6.分时系统的特点与优点★★分时系统的特点是多路性、独立性、及时性和交互性。

多路性是指允许在一台主机上同时连接多台联机终端。

独立性是指各终端用户彼此独立操作，互不干扰。

及时性是指用户请求能在很短的时间内获得响应。

交互性是指用户可以通过终端与系统进行广泛的人机对话。

操作系统概述1操作系统的分类按照操作系统提供的服务，大致可以把操作系统分为有单道和多道之分的批处理系统，有同时性和独立性的分时系统，有严格时间规定的实时系统，可实现资源共享的网络系统，可协调多个计算机以完成一个共同任务的分布式系统。

我们使有的windows是网络式系统。

2操作系统的结构操作系统具有层次结构。

层次结构最大特点是整体问题局部化来优化系统，提高系统的正确性、高效性使系统可维护、可移植。

主要优点是有利于系统设计和调试；主要困难在于层次的划分和安排。

3操作系统与用户（1）作业执行步骤操作系统提供给用户表示作业执行步骤的手段有两种：作业控制语言和操作控制命令。

作业控制语言形成批处理作业。

操作控制命令进行交互处理。

（2）系统调用操作系统提供的系统调用主要有：文件操作类，资源申请类，控制类，信息维护类系统调用往往在管态下执行。

当操作系统完成了用户请求的“系统调用”功能后，应使中央处理器从管态转换到目态工作。

4移动技术移动技术是把某个作业移到另一处主存空间去（在磁盘整理中我们应用的也是类似的移动技术）。

最大好处是可以合并一些空闲区。

处理器管理一、多道程序设计系统“多道程序设计系统”简称“多道系统”，即多个作业可同时装入主存储器进行运行的系统。

在多道系统中一点必须的是系统须能进行程序浮动。

所谓程序浮动是指程序可以随机地从主存的一个区域移动到另一个区域，程序被移动后仍不影响它的执行。

多道系统的好处在于提高了处理器的利用率；充分利用外围设备资源；发挥了处理器与外围设备以及外围设备之间的并行工作能力。

可以有效地提高系统中资源的利用率，增加单位时间内的算题量，从而提高了吞吐率。

(关键词：处理器，外围设备，资源利用率，单位算题量，吞吐率)，但要注意对每个计算问题来说所需要的时间可能延长，另外由于系统的资源有限，会产生饱和，因此并行工作道数与系统效率不成正比。

二、进程1 概念进程是一个程序在一个数据集上的一次执行。

操作系统复习提纲第1章引论1.计算机系统组成硬件：中央处理器，存储器（主存和辅存），输入输出控制系统和各种输入输出设备构成软件：系统软件，支撑软件和应用软件。

2.操作系统的功能/本质从资源管理的观点出发，操作系统功能可分为：处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理。

此外，操作系统还为用户提供了两类使用接口：程序员接口-“系统功能调用”和操作员接口-“操作控制命令”。

3.按照操作系统提供的服务，大致可以把操作系统分为以下几类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、微机操作系统、嵌入式操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。

其中批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统是基本的操作系统。

①批处理操作系统按照用户预先规定好的步骤控制作业的执行，实现计算机操作的自动化。

又可分为批处理单道系统和批处理多道系统。

单道系统每次只有一个作业装入计算机系统的主存储器运行，多个作业可自动、顺序地被装入运行。

批处理多道系统则允许多个作业同时装入主存储器，中央处理器轮流地执行各个作业，各个作业可以同时使用各自所需的外围设备，这样可以充分利用计算机系统的资源，缩短作业时间，提高系统的吞吐率。

②分时操作系统，这种系统中，一个计算机系统与许多终端设备连接，分时系统支持多个终端用户，同时以交互方式使用计算机系统，为用户在测试、修改和控制程序执行方面提供了灵活性。

分时系统的主要特点是同时性、独立性、及时性和交互性。

③实时操作系统能使计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并在严格的规定时间内完成处理，且给出反馈信号。

它是较少有人为干预的监督和控制系统。

实时系统对可靠性和安全性要求极高，不强求系统资源的利用率。

4.Unix，Linux特点Unix：通用的交互式分时操作系统。

特点：①短小精悍。

②具有可装卸的多层次文件系统。

③可移植性好。

④网络通信功能强。

Unix是目前惟一可以安装和运行在从微机、工作站、大型机到巨型机上的操作系统。

一、操作系统概论1.计算机系统: 硬件由中央处理器、存储器、输入输出控制系统、各种输入输出设备组成、软件由系统软件、支撑软件、应用软件组成；✧ 2.操作系统: 是管理计算机系统资源、控制程序执行、改善人机界面和为应用软件提供支持的一种系统软件；主要作用有: 1.管理计算机系统资源；2.为用户提供方便的使用接口；3.扩充硬件；✧操作系统按功能分为: 处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理；✧操作系统的类型: 批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统；✧微机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统3.处理器的工作状态:特权指令: 不允许用户程序中直接执行的指令称特权指令；管态和目态: 能执行特权指令时称管态, 否则称目态4.程序状态字：用来控制指令执行顺序并且保留和指示与程序有关的系统状态, 分成程序基本状态、中断码、中断屏蔽位三个部分；操作系统与用户程序的接口: 系统调用操作系统与用户的接口: 操作控制命令；二、处理器管理✧多道程序设计: 是指允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并启动进行计算的方法。

1、多道程序技术运行的特征: 多道、宏观上并行、微观上串行。

✧多道程序设计不仅提高了处理器的利用率, 而且降低了完成计算所需的总时间、从而提高了单位时间内的算题能力, 也提高了吞吐量。

✧进程的概念: 把一个程序在一个数据集上的一次执行称为一个进程。

✧为什么要引入进程: 1.提高资源的利用率；2.正确描述程序的执行情况进程的属性：1.进程是动态的, 它包含了数据和运行在数据集上的程序2.多个进程可以含有相同的程序3.多个进程可以并发执行4.进程有三种基本状态: 等待态、就绪态、运行态。

每个进程在执行过程中的任一时刻当且仅当处于上述三种基本状态之一。

（运行态-等待态、等待态-就绪态、运行态-就绪态、就绪态-运行态）✧进程的三个特性: 动态性、并发性、异步性。

进程控制块: 是对进程进行管理和调度的信息集合。

第一章网络操作系统引论1. ①操作系统的定义：操作系统是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、合理地组织工作流程以及方便用户的程序集合。

②现代操作系统的基本特征：1、并发性2、共享性3、虚拟性4、不确定性2. 操作系统在计算机系统中处于何种地位：是硬件层的第一次扩充，是计算机系统软件的重要组成部分。

计算机系统的层次结构：硬件层-操作系统层-语言处理程序层-应用程序层。

操作系统的作用：提高计算机系统的效率，增强系统的处理能力，充分发挥系统资源的利用率，方便用户使用。

3. 多道程序设计的硬件基础：①中断系统②通道技术③CPU与通道的通信4. ①多道程序设计的基本原理：多道程序设计的主要目的是充分利用系统中所有资源且尽可能地让它们并行操作。

采用通道技术后使CPU从繁琐的I/O操作中解放出来，它不仅能实现CPU与通道并行工作，而且也能实现通道与通道之间、各通道与外设之间的并行。

②多道程序设计的主要特点：①多道②宏观上并行③微观上串行。

5. 实现多道程序设计要解决的几个问题：①存储保护和地址重定位。

（几道程序共享同一主存）②处理机的管理和调度。

（共享同一处理机）③资源的管理与分配。

（共享系统资源）6. 虚拟处理机：逻辑上的处理机称为虚拟处理机。

虚拟计算机：在一台计算机上配置操作系统后，比原来的计算机的功能增强了。

这种是概念上的、逻辑上的计算机，而不是真正的物理计算机，这样的计算机称为虚拟计算机。

7. 处理机的运行现场：就是指处理机在执行程序过程中任一时刻的状态信息的集合。

处理机运行现场包括的内容：①指令计数器（程序计数器）②程序状态寄存器③通用寄存器④特殊控制寄存器。

处理机的运行状态有两种：核心态（00）和用户态（11）。

程序分为系统程序和用户程序。

程序状态分为三种：①就绪②运行③阻塞。

程序状态的作用：程序状态可以互相转换，便于处理机按照某种规则进行调度。

8. 访管指令、特权指令、系统调用之间的区别和联系：9. ①系统调用：用户在程序中能用访管指令调用的，由操作系统提供的子功能集合，其中每一个子功能称为一个系统调用命令。

《操作系统概念》学习笔记-第⼀章【操作系统概念学习笔记⼀】计算机系统可以分为四个部分1. 计算机硬件2. 操作系统3. 系统程序与应⽤程序4. ⽤户操作系统的设计⽬的是为了⽤户使⽤⽅便，性能是次要的，不在乎资源使⽤率可以将系统看作资源分配器。

⽬前没有⼀个关于操作系统的⼗分完整的定义。

操作系统的基本⽬的是：执⾏⽤户程序，并能更容易的解决⽤户问题⼀个⽐较公认的定义是：操作系统是⼀直运⾏在计算机上的程序(通常称为内核)，其他程序则为系统程序和应⽤程序。

现代通⽤计算机系统由⼀个或多个CPU和若⼲设备控制器通过共同的总线相连⽽成，该总线提供了对共享内存的访问。

内存控制器：确保对共享内存的有序访问。

引导程序：计算机开始运⾏时的⼀个初始化程序，通常位于ROM或EEPROM中，成为计算机硬件中的【固件】。

事件的发⽣通常通过硬件或软件中断来表⽰。

硬件可随时通过系统总线向CPU发出信号，以触发中断。

软件通过执⾏特别操作如系统调⽤（system call）（也称为监视器调⽤（monitor call））也能触发中断。

中断处理程序：发出中断请求的那个程序。

处理转移的简单⽅法是调⽤⼀个通⽤⼦程序以检查中断信息，接着，该⼦程序会调⽤相应的中断处理程序。

因为只有少量的预先定义的中断，所以可使⽤中断处理⼦程序的指针表，通过指针表可间接调⽤中断处理⼦程序，⽽不需要通过其他中间⼦程序。

通常，指针表位于低地址内存(前100左右)。

这些位置包含各种设备的中断处理⼦程序的地址，这种地址的数组或中断向量可通过唯⼀设备号来索引，以提供设备的中断处理⼦程序的地址。

内存（RAM）是处理器可以直接访问的唯⼀⼤容量存储区域。

DRAM是动态随机访问内存，是⼀种半导体技术实现的⼀组内存字的数组，每个字都有其地址。

通过对特定内存地址执⾏⼀系列load或store指令来实现交互。

⼀个典型的指令执⾏周期(在冯诺依曼体系结构上执⾏时):1．⾸先从内存中获取指令，并保存在指令寄存器。