全国计算机四级 操作系统 第二章 操作系统运行机制

四级网络工程师未来主讲：操作系统原理教育第2章操作系统运行机制未来主讲：操作系统原理教育02考点分析3◆在考试中一般情况下会出现在单项选择占2题，多项选择题1题（知识类型为理论型）。

◆常考知识点有：•CPU及系统调用—CPU的构成、工作方式、CPU状态及系统调用等•存储体系—存储器的结构及存储保护等•中断与异常机制—中断和异常的概念、工作原理、中断屏蔽等1.中央处理器（CPU ）1)中央处理器的组成◼运算器：实现指令中的算术和逻辑运算;◼控制器：控制程序的运行流程;◼寄存器：在CPU内部暂存数据;◼高速缓存：处于CPU和内存之间，利用程序局部原理提高CPU的效率CPU运算器控制器寄存器高速缓存和中断1.中央处理器（CPU）2)寄存器◼特点：有一定的存储能力、速度快、造价高、容量小；◼分类：寄存器用户可见寄存器数据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PC指令寄存器IR程序状态字PSW2.CPU 的工作方式1)指令执行过程◼指令的分类：指令访问M 指令I/O 指令算术逻辑指令控制转移指令CPU 控制指令按照功能分指令特权指令操作系统使用非特权指令用户程序使用按照权限分2.CPU的工作方式1)指令执行过程◼指令周期：CPU单条指令的处理过程。

◼步骤：CPU先从存储器每次取出一条指令，然后执行；取指周期执行周期开始取下一条指令执行指令停止基本的指令周期2.CPU 的工作方式2)处理器的状态①管态和目态根据运行的程序对资源和机器指令的使用权限将处理器设置为不同状态：☐管态：操作系统管理程序运行的状态，又称为特权态（特态）、系统态，全部指令可以执行，所有资源可使用，并改变处理器状态；☐目态：用户程序运行时的状态，又称为普通态（普态）、用户态，只有非特权指令能执行。

目态管态通过设置PSW 中的CPU 状态为来实现的2.CPU 的工作方式3)程序状态字PSW◆用来指示处理器状态的寄存器，称为程序状态字（PSW);◆用来指示要执行的下一条指令的寄存器，称为程序计数器（PC)。

一、操作系统的概念1、操作系统功能：进程管理（处理器管理）、存储管理、文件管理、设备管理。

2、操作系统从计算机系统发展角度看，主要作用是提供虚拟机和扩展机；从软件开发角度看，主要作用是提供软件开发平台；从计算机应用角度看,主要作用是提供人机交互接口；从计算机安全保护角度看，主要作用是提供第一道安全防线。

3、典型操作系统：（1）UNIX操作系统：贝尔实验室的Ken和Dennis设计的，可移植、多用户、多任务、分时操作系统。

（2)MS DOS系统：微软公司设计的单用户、单任务操作系统。

(3）Windows、苹果操作系统都是交互式图形界面操作系统。

(4)Linux操作系统：遵从UNIX标准POSIX，开源。

（5）A ndroid：面向移动设备，基于Linux内核的开源系统.3、操作系统分类：批处理、分时、实时。

（1）批处理操作系统：单道批处理、多道批处理A。

基本工作方式：系统操作员在收到一定数量的用户作业后，组成一批作业,再输入到计算机中，这批作业在系统中形成连续、自动转接的作业流。

B。

特点：成批处理。

C.优点：作业流程自动化高，资源利用率高，作业吞吐量大，提高了系统效率。

D.缺点：用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。

E.作业控制说明书:作业的运行步骤由作业控制说明书传递给监控程序，说明书是由作业控制语言编写的一段程序.F.运行模式：分为用户模式和特权模式,特权模式为系统专用。

相应的，机器指令被分为一般指令和特权指令，用户程序只能执行一般指令，运行在用户模式，只有监控程序才能执行特权指令，运行在特权模式。

G。

多道批处理系统：关键技术是多道程序运行和SPOOLing（假脱机）技术.多道程序运行的基本思想是内存中同时保存多个作业，主机以交替方式同时处理多个作业。

SPOOLing技术的基本思想是主机直接从磁盘选取作业运行,通道负责将作业写入磁盘，与主机并行。

（2）分时系统A.设计思想：将CPU时间划分成若干时间片，以时间片为单位轮流为每个终端用户服务。

用户可见的寄存器用户不可见的寄存器数据寄存器、地址寄存器以及条件码寄存器程序计数器、指令寄存器、程序状态字（PSW)等异常【只记忆异常】中断算术溢出、被零除（除零操作）、程序执行时访问的变量不在内存、访管指令异常、程序性中断（缺页）数据传送完毕、设备出错、键盘输入、网卡上数据缓冲区满、用户按鼠标左键、串口数据到达等计算机四级网络工程师-操作系统原理-第2章操作系统运行机制计算机四级网络工程师-操作系统原理-第2章操作系统运行机制单选题用户可见和不可见的寄存器中断和异常系统调用包含几个类方面中断各个名词需要直接记忆单选多选题需要直接记忆多选单选题用户可见和不可见的寄存器TIPS：寄存器名称必须完全对应才可以选，注意看题有无加减字中断和异常中断是由外部事件引发的，而异常则是由正在执行的指令引发的。

TIPS：单选特别记忆，程序性中断属于异常，与当前运行的进程有关，不是正在执行的指令。

系统调用包含几个类方面进程控制类系统调用这类系统调用主要是用于对进程的控制，如创建和终止进程的系统调用、获得和设置进程属性的系统调用等。

文件操作类系统调用对文件进行操纵的系统调用数量较多，有创建文件、打并文件、关闭文件、读文件、写文件、创建一个自录、建立自录、移动文件的读/写指针、改变文件的属性等。

进程通信类系统调用该类系统调用被用在进程之间传递消息和信号。

设备管理类系统调用该类系统调用被用来请求和释放有关设备，以及启动设备间操作等。

信息维护类系统调用用户可利用这类系统调用用来获得当前时间和日期。

中断请求外部/O设备向处理器发出的中断信号称为中断请求#外向内发信号=发请求中断响应处理器暂停当前程序转而处理中断的过程称为中断响应中断断点正在运行的程序的暂停点中断源那些引起中断的设备或事件中断向量中断处理程序入口地址，由程序状态字PSW和指令计数器组成中断字中断请求的编号#字直接理解成数字编号中断各个名词需要直接记忆单选系统调用时调用程序位于用户态，被调用程序位于核心态【口诀：外调内】第79题：系统调用时，调用程序和被调用程序位于不同状态程序状态字（PSW）通常包括标志位有：进位标志位（CF）、结果为零标志位（ZF）、符号标志位（SF）和溢出标志位（OF）。

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。

文件管理1 文件的存取方式依赖于文件的物理结构，存放文件设备的物理特征。

2 文件系统实现的文件按名存取是通过文件目录查找完成的。

3 在成功执行打开文件系统调用时，系统返回用户一个文件描述符。

4 在对磁盘访问时，优化寻道时间可以显著改善磁盘读写性能。

5 快表的另一个名称是TLB，当切换进程时，要刷新快表。

快表的内容是页表的一部分。

快表存放在高速缓存中，对快表的查询是按内容并行进行的。

6 文件控制块必须保存的信息有文件名，文件大小，文件创建时间，磁盘块起始地址。

7 逻辑记录顺序和物理记录顺序一致的物理结构叫顺序结构。

8 提高文件系统性能：块高速缓存，磁盘驱动调度，目录项分解法，引入当前目录，采用相对路径文件名。

9 打开文件时不需填写文件读写方式。

10 直接索引启动磁盘一次，一级索引启动磁盘2次，二级索引启动磁盘3次。

11 寻道时间最能影响磁盘读写功能，调度时间不会影响磁盘的读写功能。

12 FAT文件系统是windows支持的文件系统，FAT指的是文件分配表，FAT16是指系统中用16表示簇号。

FAT文件系统中文件的物理结构是连接结构。

13 文件储存空间的分配单位通常是数据块。

14 必须为每个文件建立一个至少包含文件名和文件物理存储地址的数据结构称为文件控制块（FCB）15 扫描算法SCAN又称电梯算法。

16 UNIX操作系统中，对文件系统空闲去管理通常是成组链接法。

17 FAT32采用的文件物理结构是链接结构。

18 物理结构中适合随机存取的只有索引结构(易于文件扩展)和连接结构，索引结构包括多级索引结构。

19 提高检索速度和节省储存空间的方法有软连接。

20 从用户角度看，文件控制块FCB最重要的字段是文件名。

21 文件的逻辑结构（操作系统提供用户使用的文件组织形式）有流式结构和记录结构。

22 使用文件系统时，显式的进行open（操作），目的是将文件控制块读入内存。

Close操作目的是将文件控制块写入磁盘或缓存。

全国计算机四级⽹络⼯程师考点归纳操作系统知识点归纳第⼀章操作系统概论1.2.3.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：缺乏交互性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、I/O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。

⼆者都可以嵌套调⽤@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 1 0就绪n -10等待n 012.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8）15.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。

Unit 1 操作系统概论操作系统也可以看成一个层次结构，其最底层为操作系统对象，中间层为对对象进行管理的软件集合，最高层为操作系统提供给用户使用的借口。

操作系统作用：人机交互接口（计算机应用角度）、软件开发基础（软件设计和开发）、第一道安全防线（计算机安全角度）、虚拟机和扩展机（计算机系统发展）操作系统的特征：1、并发性：在多道程序环境下，并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

2、共享性：共享之系统中的资源可供多个并发执行的进程使用。

涉及资源：中央处理器、内存储器、外存储器、外部设备。

共享方式：互斥共享、同时共享。

3、随机性:也称异步性，不确定性，是指在多到程序下，允许多个进程并发执行。

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（缓冲管理、设备分配、设备处理）5、用户接口（命令接口、程序接口、图形接口）操作系统分类：按照用户界面的使用环境和功能特征，分为三种：批处理系统、分时系统、实时系统。

批处理优点：批量处理用户作业、系统资源利用率高、作业吞吐率高。

缺点：用户不能直接与计算机交互。

随着计算机体系结构的发展，出现的多类型操作系统：个人操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统假脱机技术（SPOOLing）：是操作系统中的一项将独占设备改为共享设备的技术。

假脱机技术由输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程和输出进程、请求打印队列组成。

假脱机技术特点：1、提高了输入输出速度。

2、将独占设备改造为共享设备。

3、实现了虚拟设备功能。

分时系统的特点：多路性、交互性、独占性、及时性。

实时系统的特征：多路性、独立性、及时性、交互性、和可靠性。

嵌入式系统的特点：系统内核小、专用性强、系统精简、高实时性、多任务的操作系统。

网络操作系统的类型：客户/服务器模式（C/S），对等模式。

操作系统第二章知识点总结操作系统是计算机系统中最核心的部分之一，它负责管理计算机的资源，并提供用户与计算机硬件之间的接口。

操作系统的设计和实现涉及到多个方面的知识，包括进程管理、内存管理、文件系统、输入输出等。

本文将针对操作系统第二章的知识点进行总结，主要涵盖了进程管理和线程管理、进程同步、死锁以及内存管理等方面的内容。

一、进程管理和线程管理1.1 进程的概念进程是指程序执行时的一次动态过程，是程序在执行过程中的实例。

进程是操作系统中的基本执行单元，每个进程都有自己的地址空间、代码、数据、环境变量等信息。

1.2 进程的状态操作系统中的进程通常具有多种状态，包括运行态、就绪态和阻塞态。

进程在不同的状态之间切换，这些状态的切换由操作系统的调度器完成。

1.3 进程的创建和删除进程的创建是指操作系统根据用户请求或者其他进程的要求，在内存中分配资源以及初始化进程控制块等信息。

进程的删除则是指进程执行完毕或者出现错误时，操作系统释放进程占用的资源，并将进程控制块从系统中移除。

1.4 进程的调度进程的调度是指操作系统根据一定的调度算法将就绪态的进程分配给处理器进行执行。

调度算法可以采用先来先服务、短作业优先、轮转等多种方式。

1.5 线程的概念线程是进程的一部分，是进程中的一个实体，是系统调度的基本单位。

一个进程可以包含多个线程，线程共享进程的资源。

1.6 线程的创建和删除线程的创建包括为线程分配资源、初始化线程控制块等操作。

线程的删除则是将线程控制块从系统中移除，并释放线程占用的资源。

1.7 线程的调度线程的调度是操作系统根据一定的调度算法将就绪态的线程分配给处理器进行执行。

线程调度与进程调度有一些不同之处，例如可以采用抢占式调度的方式。

二、进程同步2.1 进程同步的概念进程同步是指多个进程或者线程在对共享资源进行访问时，保证它们按照某种特定的顺序执行，避免发生竞争条件和数据不一致等问题。

2.2 临界区问题临界区是指一段代码，在同一时刻只能有一个进程或者线程执行。