第2章 操作系统运行机制

操作系统原理一、操作系统概述1.操作系统（1）概念：是计算机系统的一个系统软件，能有效地组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理（公平对待不同用户程序，不发生“死锁”和“饥饿”）组织计算机工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使用户能灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统高效运行；位于硬件之上，支撑软件（软件的编制和维护）之下。

A.应用角度看主要作用：提供人机交互接口（提供给用户的接口是命令输入和系统调用）；B.软件开发角度看作用：软件开发的基础平台；C.安全保护角度看作用：第一道安全防线；D.系统发展角度看作用：虚拟机和扩展机（2）特性A.并发性：执行期间具有相互制约关系；程序与计算不再一一对应；结果不再现并发过程失去封闭性；B.共享性：CPU、内外存储器、外部设备；C.随机性（异步性）：何时退出？假死？中断？关机？重启？（3）功能：A.进程管理：对CPU进行管理。

包括进程控制（创建、撤销结束进程以及控制运行时候的各种状态转换）、进程同步（处理进程之间同步或互斥关系）、进程间通信（信息交换）和进程调度（按照一定算法从就绪队列中挑选一个进程让CPU执行它）；B.存储管理：管理计算机内存资源。

包括回收与分配内存、存储保护（考虑程序可能发生越界的情况）和内存扩充（借助虚拟技术在逻辑上增加进程运行空间）；C.文件管理：文件存储空间的管理（管理/创建/删除/命名文件）；文件目录管理；文件系统的安全性（读写和存取权限）D.设备管理：除CPU和内存之外的所有输入输入设备，复杂外部设备分配和故障处理。

技术包括：中断技术、通道技术、虚拟设备技术和缓冲技术。

E.用户接区（作业管理）：（4）常见的操作系统：Ubuntu、Windows、Unix、DOS、BSD2.操作系统分类：按页面使用环境和功能特征（1）批处理系统：分单道批处理系统和多道批处理系统，其中多道批处理效率和吞吐量较高但缺少人机交互性；指令有特权指令和一般指令；（2）分时系统：多用户共同、交互使用系统；独占性（用户感觉）；及时性（3）实时系统：多路性，及时性，交互性，可靠性，有过载防护能力按计算机体系结构分类：（1）个人操作系统（2）网络操作系统：主从关系明显；有限制共享资源；（3）分布式操作系统：统一配置，所有主机使用一个操作系统；资源共享；相互通信；（4）嵌入式操作系统：成本低交互式系统是指用户交互式地向系统提出命令请求，系统接受每个用户的命令，采用时间片轮转方式处理服务，并通过交互方式在终端上向用户显示结果。

操作系统底层工作原理操作系统是计算机系统中的核心组件，它负责管理和协调计算机硬件和软件资源，以便为用户和应用程序提供一个统一的、方便的接口。

操作系统的底层工作原理涉及到多个方面，包括进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动程序等。

首先，让我们来看看操作系统的进程管理。

操作系统通过调度算法来管理和调度进程，确保它们能够按照一定的优先级和时间片轮转的方式运行。

操作系统也负责创建和销毁进程，以及为进程分配和管理资源，比如内存空间、CPU时间等。

这样可以确保多个进程可以共享计算机系统的资源，并且能够有效地运行。

其次，内存管理是操作系统的另一个重要方面。

操作系统负责管理计算机的内存，包括内存的分配、回收、虚拟内存的管理等。

通过内存管理，操作系统可以确保不同的进程能够共享内存，并且可以有效地利用物理内存和虚拟内存，以满足不同程序的内存需求。

另外，操作系统还负责文件系统的管理。

文件系统是操作系统用来管理磁盘空间和文件的一种机制，它通过文件的组织和存储，提供了对数据的持久化存储和访问。

操作系统通过文件系统可以管理文件的创建、删除、修改和读取等操作，同时也负责文件的存储空间的分配和回收。

此外，操作系统还需要管理设备驱动程序，以便与计算机系统中的硬件设备进行通信。

设备驱动程序是操作系统的一部分，它们负责向硬件设备发送命令、接收设备的状态和数据，并将这些信息传递给应用程序。

总的来说，操作系统的底层工作原理涉及到多个方面，包括进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动程序等。

通过这些机制，操作系统可以有效地管理计算机系统的资源，并为用户和应用程序提供一个方便的接口。

第二章进程管理2. 试画出下面4条语句的前趋图:S2: b:=z+1;S3: c:=a-b;S4: w:=c+1;3.程序在并发执行时，由于它们共享系统资源，以及为完成同一项任务而相互合作，致使在这些并发执行的进程之间，形成了相互制约的关系，从而也就使得进程在执行期间出现间断性。

4. 程序并发执行时为什么会失去封闭性和可再现性？因为程序并发执行时，是多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态是由多个程序来改变，致使程序的运行失去了封闭性。

而程序一旦失去了封闭性也会导致其再失去可再现性。

5. 在操作系统中为什么要引入进程概念？它会产生什么样的影响?为了使程序在多道程序环境下能并发执行，并能对并发执行的程序加以控制和描述，从而在操作系统中引入了进程概念。

影响: 使程序的并发执行得以实行。

6. 试从动态性，并发性和独立性上比较进程和程序?a. 动态性是进程最基本的特性，可表现为由创建而产生，由调度而执行，因得不到资源而暂停执行，以及由撤销而消亡，因而进程由一定的生命期；而程序只是一组有序指令的集合，是静态实体。

b. 并发性是进程的重要特征，同时也是OS的重要特征。

引入进程的目的正是为了使其程序能和其它建立了进程的程序并发执行，而程序本身是不能并发执行的。

c. 独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。

而对于未建立任何进程的程序，都不能作为一个独立的单位来运行。

7. 试说明PCB的作用?为什么说PCB是进程存在的唯一标志?a. PCB是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。

PCB中记录了操作系统所需的用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。

因而它的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单位，一个能和其它进程并发执行的进程。

b. 在进程的整个生命周期中，系统总是通过其PCB对进程进行控制，系统是根据进程的PCB而不是任何别的什么而感知到该进程的存在的，所以说，PCB是进程存在的唯一标志。

操作系统工作原理操作系统是计算机系统的核心软件，负责协调和管理计算机硬件、软件和用户之间的交互。

操作系统的工作原理主要包括以下几个方面：1.进程管理：操作系统通过进程管理来实现对计算机中运行的各个程序的控制和调度。

操作系统为每个程序创建一个进程，并分配资源给进程。

它通过调度算法来决定进程的执行顺序，保证资源的合理利用和进程的公平竞争。

2.内存管理：操作系统负责管理计算机的内存资源。

它通过内存管理单元（MMU）将物理地址转换为逻辑地址，并进行地址映射和页表管理。

操作系统还负责内存的分配和回收，保证进程之间的内存隔离和互不干扰。

3.文件系统：操作系统提供文件系统来管理计算机中的文件和文件夹。

文件系统通过文件描述符和目录结构来组织文件，并提供文件的创建、读取、写入、删除等操作。

它还负责文件的保护和安全性管理，实现对文件的共享和访问控制。

4.设备驱动程序：操作系统通过设备驱动程序来管理计算机中的硬件设备。

设备驱动程序负责与硬件之间的交互，并提供统一的接口供应用程序进行访问。

操作系统通过设备驱动程序对硬件进行控制和管理，保证硬件的正常运行。

5.用户界面：操作系统提供用户界面供用户与计算机进行交互。

用户界面可以分为命令行界面和图形用户界面两种形式，用户可以通过输入命令或者操作图形界面来进行与计算机的交互。

操作系统负责解析用户的输入，并将指令传递给相应的模块进行处理。

6.系统调用：操作系统通过系统调用来提供一系列的服务供应用程序调用。

系统调用是操作系统与应用程序之间的纽带，它提供了一组接口，供应用程序进行文件操作、进程控制、内存管理等操作。

应用程序通过系统调用请求操作系统提供的服务，从而完成各种功能。

7.中断处理：操作系统通过中断处理来响应外部硬件的请求。

中断是一种特殊的事件，例如硬件故障、时钟中断等，当发生这些事件时，操作系统会立即响应并进行相应的处理。

中断处理程序会保存当前进程的状态，切换到中断服务例程进行处理，然后恢复中断之前的状态。

1、进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

在程序并发执行时已不再具有封闭性，而且产生了许多新的特性和新的活动规律。

程序这一静态概念已不足以描述程序的并发执行的特性。

为了适应这一新情况，引入了一个能反应程序并行执行特点的新概念——进程（process）。

有的系统也称为任务（task）。

2、进程：是程序的一次执行，是动态概念；一个进程可以同时包括多个程序；进程是暂时的，是动态地产生和消亡的。

程序：是一组有序的静态指令，是静态概念；一个程序可以是多个进程的一部分；程序可以作为资料长期保存。

3、能够看到。

进程控制块PCB表示进程的存在。

为进程的实体为：程序部分描述了进程所要完成的功能，它通常可以由若干个进程所共享。

数据部分包括程序运行时所需要的数据和工作区，它通常是各个进程专有的。

4、可再现性：程序重复执行时，必将获得相同的结果。

即对于程序A来说，第一次运行得到一结果，第二次运行时若中间有停顿，但最后的结果必将与第一次一样。

封闭性：程序一旦开始运行，其计算结果和系统内资源的状态不受外界因素的影响。

5、1）运行状态：进程正占用CPU，其程序正在CPU上执行。

处于这种状态的进程的个数不能大于CPU的数目。

在单CPU机制中，任何时刻处于运行状态的进程至多是一个。

2）就绪状态：进程已具备除CPU以外的一切运行条件，只要一分得CPU马上就可以运行（万事具备，只欠东风）。

在操作系统中，处于就绪状态的进程数目可以是多个。

为了便于管理，系统要将这多个处于就绪状态的进程组成队列，此队列称为就绪队列。

3）封锁状态：进程因等待某一事件的到来而暂时不能运行的状态。

此时，即使将CPU 分配给它，也不能运行，故也称为不可运行状态或挂起状态。

系统中处于这种状态的进程可以是多个。

同样，为了便于管理，系统要将它们组成队列，称为封锁队列。

封锁队列可以是一个，也可以按封锁原因形成多个封锁队列。

6、（1）1---分到CPU，2---时间片到，3---等待某一事件的发生，4---所等待事件已发生。

操作系统原理第一章操作系统概论1.1操作系统的概念操作系统的特征：并发性，共享性，随机性。

研究操作系统的观点：软件的观点，资源管理的观点，进程的观点，虚拟机的观点，服务提供者的观点。

操作系统的功能：1.进程管理：进程控制，进程同步，进程间通信，调度。

2.存储管理：内存分配与回收，存储保护，内存扩充。

3.文件管理：文件存储空间管理，目录管理，文件系统安全性。

4.设备管理5.用户接口UNIX是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统。

1969年AT&T公司Kenneth L.Thompson 用汇编语言编写了Unix第一个版本V1，之后Unix用C语言编写，因此事可移植的。

1.3操作系统分类1.批处理操作系统：优点是作业流程自动化较高，资源利用率较高，作业吞吐量大，从而提高了整个系统的效率。

缺点是用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。

2.分时系统：特点是多路性，交互性，独占性，及时性。

3.实时操作系统4.嵌入式操作系统5.个人计算机操作系统6.网络操作系统7.分布式操作系统8.智能卡操作系统1.4操作系统结构1.整体式结构2.层次结构3.微内核（客户机/服务器）结构：①可靠，②灵活（便于操作系统增加新的服务功能），③适宜分布式处理的计算机环境第二章操作系统运行机制2.1中央处理器寄存器：用户可见寄存器：数据寄存器（通用寄存器），地址寄存器，条件码寄存器。

控制和状态寄存器：程序计数器，指令寄存器，程序状态字。

目态到管态的转换唯一途径是通过终端和异常。

管态到目态的转换可以通过设置PSW指令（修改程序状态字）实现。

PSW包括：①CPU的工作状态代码②条件码③中断屏蔽码2.2存储体系存储器设计：容量，速度，成本存储保护：①界地址寄存器（界限寄存器）：产生程序中断-越界中断或存储保护中断②存储键2.3中断与异常机制分类：中断：时钟中断，输入输出（I/O）中断，控制台中断，硬件故障中断异常：程序性中断，访管指令异常2.4系统调用系统调用程序被看成是一个低级的过程，只能由汇编语言直接访问。

操作系统的原理与功能解析操作系统是计算机系统中非常重要的一个组成部分，它起着各种功能性的作用来管理计算机的硬件和软件资源，并提供给用户一个友好的界面来操作和控制计算机。

本文将对操作系统的原理与功能进行解析，希望能够帮助读者更好地理解操作系统的工作原理和各种功能。

一、操作系统的原理解析1.1 内核操作系统的核心部分被称为内核，它是操作系统的灵魂和核心，负责管理系统资源、调度任务和处理各种硬件设备。

内核是操作系统与硬件之间的接口，它通过与硬件设备的交互，实现了对计算机硬件的控制和管理。

1.2 进程管理操作系统通过进程管理来实现对计算机资源的合理分配和利用。

进程是指计算机中正在运行的程序的实例，它拥有自己的地址空间、寄存器状态和执行上下文。

操作系统通过调度算法，对进程进行管理，实现对资源的分配和进程间的切换。

1.3 内存管理计算机的内存是操作系统管理的一个重要资源，它用来存储程序和数据。

操作系统通过内存管理来管理内存的分配和回收，保证各个进程能够正常运行。

内存管理还包括虚拟内存的管理，通过将部分内容保存在硬盘上，从而扩展可用内存的大小。

1.4 文件系统操作系统通过文件系统来管理存储设备上的文件和数据。

文件系统提供了对文件的创建、读取、写入和删除等操作，用户可以通过文件系统来操作文件，并在文件系统中组织文件的存储和管理。

文件系统还提供了对文件权限和安全性的控制，保证文件的机密性和完整性。

二、操作系统的功能解析2.1 用户界面操作系统通过用户界面为用户提供了与计算机系统交互的方式。

用户界面可以分为命令行界面和图形用户界面两种形式。

命令行界面通常通过命令行输入和输出来实现用户与计算机的交互，而图形用户界面则提供了更加直观友好的操作方式，用户可以通过鼠标和图形界面进行各种操作。

2.2 设备驱动程序操作系统通过设备驱动程序来管理计算机的各种硬件设备。

设备驱动程序提供了对硬件设备的控制接口，操作系统可以通过调用相应的设备驱动程序来管理硬件的读写、中断处理和错误检测等功能。

操作系统知识点归纳操作系统知识点归纳第一章操作系统概论1.硬件一一操作系统一一支撑软件一一应用软件2.操作系统特征:併发性、共享性、随机性3.操作系统作为系统软件集中了两类主要的功能:资源管理、控制程序执行4.所谓的共享性:在一定策略下,按照不同资源类型共同占有使用。

5.操作系统研究观点:软件、资源管理、进程、虚拟器、服务提供者的观点6.批处理系统优点:吞吐量大、CPU资源利用率高、周转时间短,不具有较快的响应时间缺点:缺乏交互7.微内核(C/S结构客户机/服务器)特点:可靠、灵活、适合分布式处理@重点多选8.没有工业操作系统9.中央处理单元是共享设备,可以被抢占。

打印机,扫描仪,磁带机是独占设备,无法被抢占,但是可以共享。

10.实时系统的设计目标:满足截止时间的要求,满足可靠性要求第二章操作系统运行机制1.中断源:引起中断的那些事件2.中断请求:中断控制器向中央处理器发送信号3.中断的作用:发挥处理器使用效率、提高系统实时能力4.中断:时钟中断、IO中断、控制台中断、硬件故障中断@重点多选5.异常(不是中断):程序性中断(算术溢出、被零除、缺页)、访管指令异常@重点多选6.系统调用:能够动态请求和释放系统资源7.系统/一般过程调用区别:一般过程调用的调用与被调用程序运行在相同的状态,不涉及系统状态的转换;系统调用的调用程序在用户态,被调用程序在系统态,需要通过软中断(陷入机制)实现用户态到核心态的转化。

者都可以嵌套调用@重点单选8.参数传递:陷入指令自带参数、通用寄存器、堆栈区9.用户可见寄存器:数据/地址/条件码寄存器第三章进程线程模型1.顺序执行(独占CPU)特点:顺序性、封闭性、确定性、可再现性2.多道程序设计环境特点:独立性、随机性、资源共享性3.并发执行特点:相互制约、不再一一对应、不可再现4.进程:由程序、数据和进程控制块(PCB)组成,分为系统进程和用户进程5.运行→就绪:时间片用完、程序执行结束、被调度程序抢占6.运行->等待:等待某事件发生7.等待->就绪:等待的事件已发生8.阻塞状态( Blocked)挂起状态( Suspend)9.PCB:调度信息(进程名、进程号、优先级、当前状态、指针)、现场信息:(程序状态字、时钟、界地址寄存器、页表地址和长度)、不存放进程页表和动态链接库@重点多选10.PCB组织方式:线性、索引、链接 11.单核 max min运行就绪n-10等待n012.进程控制通过原语来实现状态转换13.进程创建:系统初始化、被调用的进程创建系统调用、创建新进程、批处理作业初始化、用户登录时14.fork函数的使用:调用一次则一分为二,父子进程(两次则为4,三次为815.线程:用户级、内核级、混合实现方式16.线程表:程序计数器、堆栈指针、寄存器、状态17. Pthread join(等待一个特定的线程退出) Pthread_ yield(释放CPU来运行另外一个线程)18. Pthread creat()创建线程,四个参数,1线程标识符地址2设置线程属性3线程入口函数的起始地址4.入口函数的参数。

操作系统的原理是什么
操作系统的原理是一种管理计算机硬件和软件资源的系统软件。

它作为计算机系统的核心，负责控制和协调计算机中各个硬件组件（如中央处理器、内存、硬盘等）以及应用程序之间的交互。

操作系统的原理包括以下几个方面。

1. 进程管理：操作系统负责管理和调度进程，确保每个进程得到执行的机会。

它通过分时技术、多任务技术和进程切换来实现，使得多个进程可以同时运行，提高了计算机的效率。

2. 内存管理：操作系统管理计算机的内存资源，包括内存的分配、回收和保护。

它通过虚拟内存技术将物理内存扩展到硬盘上，以便能够运行更多的进程。

此外，操作系统还负责将数据从磁盘加载到内存中，以便快速访问。

3. 文件系统管理：操作系统负责管理存储设备的文件系统，确保文件可以进行组织、存储和访问。

它通过文件管理和磁盘调度技术来提高文件的访问效率和存储空间的利用率。

4. 设备管理：操作系统管理计算机的各种设备，包括输入输出设备、通信设备和存储设备。

它通过设备驱动程序和中断处理技术来实现设备的控制和数据传输。

5. 用户界面：操作系统为用户提供了与计算机交互的界面，包括命令行界面和图形用户界面。

它通过输入输出设备和用户接口程序来实现用户和计算机的交互。

通过以上原理，操作系统能够有效地管理计算机资源，提供良好的用户体验，并确保计算机系统的可靠性和安全性。

第一章：绪论1 操作系统是最基本的系统软件，是计算机用户和计算机硬件之间的接口程序模块，是计算机系统的核心控制软件，其功能简单描述就是控制和管理计算机系统内部各种资源，有效组织各种程序高效运行，从而为用户提供良好的、可扩展的系统操作环境，达到使用方便、资源分配合理、安全可靠的目的。

2 操作系统地安全是计算机网络信息系统安全的基础。

3 信息系统安全定义为：确保以电磁信号为主要形式的，在计算机网络化(开放互联)系统中进行自动通信、处理和利用的信息内容，在各个物理位置、逻辑区域、存储和传输介质中，处于动态和静态过程中的机密性（保密性）、完整性、可用性、可审查性和抗抵赖性，与人、网络、环境有关的技术安全、结构安全和管理安全的总和。

4 操作系统面临的安全威胁可分为保密性威胁、完整性威胁和可用性威胁。

5 信息的保密性：指信息的隐藏，目的是对非授权的用户不可见。

保密性也指保护数据的存在性，存在性有时比数据本身更能暴露信息。

6 操作系统受到的保密性威胁：嗅探，木马和后门。

7 嗅探就是对信息的非法拦截，它是某一种形式的信息泄露.网卡构造了硬件的“过滤器“通过识别MAC地址过滤掉和自己无关的信息，嗅探程序只需关闭这个过滤器，将网卡设置为“混杂模式“就可以进行嗅探。

8 在正常的情况下，一个网络接口应该只响应这样的两种数据帧：1.与自己硬件地址相匹配的数据帧。

2.发向所有机器的广播数据帧。

9 网卡一般有四种接收模式：广播方式，组播方式，直接方式，混杂模式。

10 嗅探器可能造成的危害：•嗅探器能够捕获口令；•能够捕获专用的或者机密的信息；•可以用来危害网络邻居的安全，或者用来获取更高级别的访问权限；•分析网络结构，进行网络渗透。

11 大多数特洛伊木马包括客户端和服务器端两个部分。

不管特洛伊木马的服务器和客户程序如何建立联系，有一点是不变的，攻击者总是利用客户程序向服务器程序发送命令，达到操控用户机器的目的。

12 木马的作用是赤裸裸的偷偷监视别人和盗窃别人密码,数据等,达到偷窥别人隐私和得到经济利益的目的.13 后门：绕过安全性控制而获取对程序或系统访问权的方法。

操作系统工作原理操作系统是计算机系统中的重要组成部分，它负责管理和协调计算机硬件和软件资源，为用户提供友好的接口和良好的环境。

操作系统的工作原理是指其在计算机系统中的运行机制和基本原则。

本文将从进程管理、内存管理和文件系统管理三个方面来探讨操作系统的工作原理。

一、进程管理进程是计算机系统中的基本执行单位。

操作系统通过进程管理来实现对进程的创建、调度、同步和通信等操作。

进程管理的核心任务是分清进程的状态和相应的处理方式。

首先，操作系统通过进程调度算法选择需要执行的进程，根据进程的优先级、等待时间和资源需求等因素来确定进程执行的优先级顺序。

其次，操作系统通过上下文切换实现进程间的切换。

当一个进程的执行时间片用完或者遇到某种事件阻塞时，操作系统会暂停该进程的执行，并将其状态信息保存到内存中，然后选择另一个就绪的进程继续执行。

最后，操作系统通过进程同步和通信机制来确保进程之间的协调运行。

例如，操作系统提供了信号量和互斥锁等机制，用于实现多个进程之间的互斥和同步操作。

二、内存管理内存管理是操作系统的重要功能之一，它负责管理计算机系统中的内存资源，为进程提供可用的内存空间。

内存管理涉及到内存分配、地址映射和内存回收等过程。

在内存分配方面，操作系统通过分页、分段或者段页式等方式将内存划分为若干逻辑块，以便同时运行多个进程并保护它们的地址空间。

操作系统通过页表或段表来管理进程地址空间与物理内存的对应关系。

在地址映射过程中，操作系统根据进程的地址请求将逻辑地址转换为物理地址，并进行访问权限的检查。

此外，操作系统还会根据进程的需求进行内存的回收和释放，以便为其他进程提供足够的内存空间。

三、文件系统管理文件系统是操作系统用于组织和管理计算机中存储设备上的文件和目录的机制。

文件系统管理涉及到文件的创建、存储、检索和删除等操作。

操作系统通过文件控制块（FCB）来管理文件的基本属性和操作权限。

FCB中包含了文件的名称、长度、访问权限和存储位置等信息。

操作系统的运行流程及原理操作系统（Operating System，简称OS）是一种管理和控制计算机硬件与软件资源的软件系统。

它在计算机启动时加载进内存，并负责对计算机的资源进行分配和管理，为上层应用程序提供一个可靠、高效、安全和友好的使用环境。

一、引导操作系统当计算机启动时，BIOS（Basic Input/Output System，基本输入/输出系统）将控制权交给操作系统的引导加载器，它负责从硬盘或其他存储介质中找到操作系统的核心文件，并将其加载到内存中。

二、初始化系统操作系统加载到内存后，它会进行一系列的初始化工作，包括建立进程表、文件表、设备管理表等数据结构，初始化驱动程序，初始化各种服务和系统资源。

三、处理进程调度操作系统的核心任务之一是对进程进行调度和管理。

它会根据系统资源的利用情况、进程的优先级、运行时间等因素，决定应该让哪个进程获得CPU的使用权。

进程调度算法有很多种，如先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、时间片轮转等。

四、管理内存操作系统需要管理计算机的内存资源，包括内存的分配、回收和保护。

它会将内存划分为多个区域，如操作系统区、用户程序区、堆栈区等，并维护一个内存分配表来记录每个区的使用情况。

当有新的进程需要内存时，操作系统会根据内存分配策略为其分配足够的内存空间。

五、文件系统管理操作系统会通过文件系统来管理计算机的文件和目录。

它提供了一组API（Application Programming Interface，应用程序接口）供应用程序读取、写入和管理文件。

文件系统通常由文件控制块（FCB）和目录结构组成，用于记录文件的属性和位置信息。

六、设备管理与I/O调度操作系统还负责管理计算机的设备，如硬盘、显卡、键盘等。

它会维护一个设备管理表，记录设备的状态和使用情况。

操作系统需要根据应用程序对设备的需求，决定何时分配设备资源给进程，并通过I/O调度算法来调度设备的使用。

电脑操作系统内部运行机制电脑操作系统的内部运行机制涉及到很多方面，以下是一些常见的机制：1. 进程管理：操作系统通过进程管理机制来分配和控制计算机资源，包括内存、处理器和外设等。

它负责创建、销毁和调度进程，并提供通信和同步机制。

2. 内存管理：操作系统负责管理计算机的物理内存和虚拟内存。

它将物理内存划分为若干不同的区域（如内核空间和用户空间），并分配给进程使用。

同时，操作系统通过虚拟内存机制实现对物理内存的抽象和扩展。

3. 文件系统：操作系统通过文件系统机制来管理计算机上的文件和目录。

它提供了对文件的创建、读写、删除和重命名等操作，并负责处理文件和目录的权限和共享问题。

4. 设备管理：操作系统负责管理计算机上的硬件设备，包括输入设备（如键盘和鼠标）、输出设备（如显示器和打印机）和存储设备（如磁盘和光驱）等。

它通过设备驱动程序来与硬件设备交互，并为应用程序提供访问这些设备的接口。

5. 网络通信：操作系统通过网络通信机制实现计算机之间的数据交换。

它负责处理网络协议、数据传输和连接管理等任务，以保证数据的可靠传输和通信的安全性。

6. 中断处理：操作系统通过中断处理机制来响应硬件设备的中断请求。

当硬件设备发生某个事件时（如按下键盘键或接收到网络数据包），它会向操作系统发送中断信号，操作系统则会暂停当前的任务，转而处理中断事件。

7. 调度算法：操作系统通过调度算法来决定进程的执行顺序。

它根据进程的优先级、等待时间和资源需求等因素来选择下一个要执行的进程，以实现对计算机资源的高效利用。

以上只是一些常见的操作系统内部运行机制，不同的操作系统可能还有其他特定的机制和功能。

基本要求1.掌握操作系统的基本概念、基本结构和运行机制。

2.深入理解进程线程模型，深入理解进程同步机制，深入理解死锁概念及解决方案。

3.掌握存储管理基本概念，掌握分区存储管理方案，深入理解虚拟页式存储管理方案。

4.深入理解文件系统的设计、实现，以及提高文件系统性能的各种方法。

5.了解I/O设备管理的基本概念、I/O软件的组成，掌握典型的I/O设备管理技术。

6.了解操作系统的演化过程、新的设计思想和实现技术。

考试内容一、操作系统概述1、操作系统基本概念、特征、分类。

基本概念：是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们能有效地组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使用户能够灵活的、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能够高效地运行（是具有各种功能的、大量程序模块的集合）。

任务：1.组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源 2.向用户提供各种服务功能特征：并发性（用户程序与用户程序之间并发执行；用户程序与操作系统程序之间并发执行）、共享性（互斥共享和同时共享）、随机性（要充分考虑各种各样的可能性）。

分类：1.批处理操作系统（成批处理、SPOOLing技术）简单/多道批处理系统2.分时系统（多路性、交互性、独占性、及时性）3.实时操作系统硬实时/软实时系统（实时时钟管理、过载保护、高可靠性）4.嵌入式操作系统可针对需求进行裁剪、调整和生成（高可靠性、实时性、占有资源少、智能化能源管理、易于连接、低成本等）5.个人计算机操作系统（某一时间为单用户服务、图形界面、使用方便）6.网络操作系统集中式/分布式模式（共享数据、资源及服务同运算处理能力）7.分布式操作系统（统一/同一操作系统、资源的深度共享、透明性、自治性）集群8.智能卡操作系统资源管理、通信管理、安全管理、应用管理2、操作系统主要功能。

功能：1.进程管理（处理器管理）进程控制、进程同步/互斥、进程间通信、调度2.存储管理内存的分配与回收、存储保护、内存扩充3.文件管理文件存储空间的管理、目录管理、文件系统的安全性4.设备管理需具备中断处理、错误处理等功能5.用户接口3、操作系统发展演化过程，典型操作系统。

第二章进程和线程作业答案1，2，4，6，7，10，11，12，14, 211.在操作系统中为什么要引入进程概念？它与程序的差别和关系是怎样的？答：由于多道程序的并发执行时共享系统资源，共同决定这些资源的状态，因此系统中各程序在执行过程中就出现了相互制约的新关系，程序的执行出现“走走停停”的新状态。

用程序这个静态概念已经不能如实反映程序并发执行过程中的这些特征。

为此，人们引入“进程（Process）”这一概念来描述程序动态执行过程的性质。

进程和程序是两个完全不同的概念。

进程与程序的主要区别：进程和程序之间存在密切的关系：进程的功能是通过程序的运行得以实现的，进程活动的主体是程序，进程不能脱离开具体程序而独立存在。

2. PCB 的作用是什么？它是怎样描述进程的动态性质的？ 答：PCB 是进程组成中最关键的部分。

每个进程有惟一的进程控制块；操作系统根据PCB 对进程实施控制和管理，进程的动态、并发特征是利用PCB 表现出来的；PCB 是进程存在的唯一标志。

PCB 中有表明进程状态的信息，该进程的状态包括运行态、就绪态和阻塞态，它利用状态信息来描述进程的动态性质。

4. 用如图2-26所示的进程状态转换图能够说明有关处理机的大量内容。

试回答：① 什么事件引起每次显著的状态变迁？② 下述状态变迁因果关系能否发生？为什么？（A ） 2→1 （B ）3→2 （C ）4→1答：（1）就绪→运行：CPU空闲，就绪态进程被调度程序选中运行→阻塞：运行态进程因某种条件未满足而放弃CPU的占用。

阻塞→就绪：阻塞态进程所等待的事件发生了。

运行→就绪：正在运行的进程用完了本次分配给它的时间片（2）下述状态变迁（A）2→1，可以。

运行进程用完了本次分配给它的时间片，让出CPU，从就绪队列中选一个进程投入运行。

（B）3→2，不可以。

任何时候一个进程只能处于一种状态，它既然由运行态变为阻塞态，就不能再变为就绪态。

（C）4→1，可以。

第二章 操作系统运行机制操作系统的运行环境主要包括计算机系统的硬件环境和由其他的系统软件形成的软件环境。

本章讨论硬件环境。

CPU-存储体系-中断与异常机制-系统调用-IO 技术中央处理器（CPU ）一般的处理器构成与基本工作方式运算器：实现任何指令中的算术和逻辑运算，是计算机计算的核心。

控制器：负责控制程序运行的流程寄存器：存放相关数据的存储设备高速缓存：出于CPU 与物理内存之间，有控制器的内存管理单元管理。

====处理器中的寄存器可见寄存器：数据、地址、条件码寄存器控制和状态寄存器：用于控制处理器的操作，一般由具有特权的操作系统代码使用以控制其他程序的执行。

====指令执行的基本过程：先从存储器中每次读取一条指令，然后执行这条指令。

（指令周期） ====特权指令和非特权指令如果某微型计算机是用于多用户或多任务的多道程序设计环境中，则他的指令系统中的指令必须分为：特权指令和非特权指令。

特权指令：指令系统的那些只能由操作系统使用的指令，而不允许一般用户使用的。

非特权指令：用户只能使用非特权指令，因为只有操作系统才能使用所有的指令。

处理器的状态====管态： 操作系统管理程序运行的状态，具有较高的特权级别，称为特权态和系统态。

目态： 用户程序运行的状态，具有较低的特权级别，称为普通态和用户态。

====CPU 状态的转换：管态和目态是可以转变的==目态到管态：转换的唯一途径是通过中断或异常==管态到目态：通过设置PSW 指令，修改程序状态字。

当计算机处于目态时，不允许执行特权指令。

====限制用户程序执行特权指令：用户程序中不允许使用特权指令。

当用户程序需要占用CPU 时，应该让CPU 处于目态。

程序状态字PSW （解决当前工作状态的问题）用一个专门的寄存器来指示处理器状态，称为程序状态字（PSW ）。

用程序计数器（PC ）这个专门地寄存器来指示下一条要执行的指令。

处理器的程序状态字通常包括以下状态代码：CPU 的工作状态代码：指明管态还是目态，用来说明当前在CPU 上执行的是操作系统还是一般用户，以 决定它是 否可以使用特权指令或拥有其他的特权。

【RTX操作系统教程】第2章嵌入式实时操作系统介绍RTX操作系统教程第2章嵌入式实时操作系统介绍2.1 实时操作系统概述实时操作系统（RTOS）是一种特殊类型的操作系统，主要用于嵌入式系统中，在固定的时间约束下完成任务。

RTOS的设计目标是满足实时性要求，并提供高可靠性和稳定性。

2.1.1 实时性要求实时系统通常分为硬实时系统和软实时系统。

硬实时系统要求任务在严格的时间约束下完成，任何延迟都是不能接受的。

软实时系统也要求任务在特定的时间约束下完成，但允许一定的延迟。

2.1.2 RTOS的特性RTOS具有以下特性：- 实时性：能够满足任务的实时性要求；- 可靠性：能够提供高可靠性和稳定性；- 灵活性：能够适应不同的应用需求；- 可移植性：能够在不同的硬件平台上使用。

2.2 嵌入式实时操作系统的架构嵌入式实时操作系统的架构包括内核、任务管理器、中断处理机制以及通信机制等。

2.2.1 内核RTOS的内核是实时操作系统的核心部分，负责任务的调度、资源管理、中断处理等。

内核一般包括任务管理、内存管理、中断管理、通信机制等功能模块。

2.2.2 任务管理器任务管理器负责任务的创建、删除、挂起、恢复和优先级调度等操作。

任务管理器根据任务的优先级和实时性要求，决定任务之间的运行顺序。

2.2.3 中断处理机制中断处理机制是RTOS的重要组成部分，用于处理外部中断事件。

当发生外部中断时，RTOS会中断当前任务的执行，转而执行中断服务程序。

2.2.4 通信机制通信机制用于任务之间的数据交换和共享。

常用的通信机制包括信号量、消息队列、邮箱、互斥锁等。

2.3 RTX操作系统的应用领域RTX操作系统广泛应用于需要实时性的嵌入式系统中，包括工业控制、通信设备、汽车电子、医疗设备等领域。

2.4 RTX操作系统的优势RTX操作系统具有以下优势：- 高可靠性：RTOS能够保证任务的实时性和可靠性；- 稳定性：RTOS在各种硬件平台上运行稳定，不易出现故障；- 灵活性：RTOS能够适应不同的应用需求，具有较强的可扩展性。