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操作系统概念操作系统概念1.引言操作系统是计算机系统中最重要的软件之一。
它负责管理和控制计算机的硬件资源，提供用户与计算机之间的接口，同时也执行各种任务调度和资源分配的工作。
本文将介绍操作系统的基本概念和原理。
2.操作系统的定义操作系统是一种系统软件，它是在计算机硬件基础上开发的一层软件，用于管理和控制计算机的各种资源，为用户和应用程序提供一个友好和高效的运行环境。
2.1 操作系统的基本功能2.1.1 进程管理2.1.1.1 进程调度2.1.1.2 进程同步2.1.1.3 进程通信2.1.2 内存管理2.1.2.1 内存分配2.1.2.2 内存释放2.1.2.3 虚拟内存管理2.1.3 文件系统管理2.1.3.1 文件的创建和删除2.1.3.2 文件的读写2.1.3.3 文件的权限管理2.1.4 设备管理2.1.4.1 设备的分配和释放2.1.4.2 设备的驱动程序3.操作系统的主要概念3.1 进程进程是指计算机中执行的一个程序，它包括了程序执行时所需要的资源和上下文信息。
操作系统通过进程管理来对应用程序进行调度和执行，实现多任务的并发执行。
3.2 线程线程是进程的一部分，它是进程中的一个独立的执行单元。
一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源和上下文信息。
线程可以实现并发执行和多任务的效果。
3.3 内存管理内存管理是指操作系统对计算机的内存空间进行分配和释放的过程。
它负责维护进程之间的内存隔离和保护，以及实现虚拟内存的功能，提供更大的内存空间。
3.4 文件系统文件系统是操作系统用来管理计算机存储设备上的文件和目录的一种机制。
它提供了对文件的创建、读写和删除等操作，以及对文件的权限管理和文件系统的完整性保护。
3.5 设备管理设备管理是指操作系统对计算机设备的管理和控制。
它负责分配和释放设备资源，并提供驱动程序来与计算机设备进行交互和通信。
4.附件本文档涉及的附件一共有X个，包括相关图表、代码示例和参考文献等。
操作系统概念——操作系统概念——计算机世界的基石在当今数字化的时代，计算机已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。
而在计算机系统中，操作系统扮演着至关重要的角色，它就像是一个大管家，默默地管理着计算机的各种资源，为用户和应用程序提供了一个稳定、高效的运行环境。
那么，什么是操作系统呢？简单来说，操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。
它负责控制和协调计算机的各个部件，使得计算机能够正常运行，并为用户提供各种服务。
操作系统的首要任务是管理计算机的硬件资源。
这包括中央处理器（CPU）、内存、硬盘、输入输出设备（如键盘、鼠标、显示器、打印机等）。
它需要合理地分配这些资源，确保每个正在运行的程序都能够得到足够的资源来完成其任务，同时避免资源的浪费和冲突。
以 CPU 资源为例，操作系统会通过一种叫做进程调度的机制来决定哪个程序在什么时候使用 CPU。
当多个程序同时需要 CPU 时，操作系统会根据一定的算法，如优先级、时间片轮转等，来安排它们的执行顺序和时间，以保证系统的响应性和公平性。
内存管理也是操作系统的一项关键任务。
计算机的内存是有限的，而操作系统需要确保不同的程序能够安全、有效地使用内存。
它会为每个程序分配内存空间，并在程序不再需要时及时回收这些空间，以防止内存泄漏和浪费。
同时，操作系统还会采用虚拟内存技术，将部分硬盘空间作为内存的扩展，从而让计算机能够运行更大的程序。
除了硬件资源，操作系统还负责管理软件资源。
它提供了一个平台，让各种应用程序能够在上面运行。
操作系统会为应用程序提供一系列的服务和接口，例如文件系统、网络通信、图形用户界面等。
文件系统是操作系统用于管理存储在硬盘等存储设备上的文件和目录的机制。
它使得用户能够方便地创建、读取、写入、删除和组织文件。
用户可以通过直观的文件名和目录结构来访问和操作文件，而无需关心文件在物理存储设备上的具体位置和存储方式。
网络通信功能则让计算机能够与其他计算机进行数据交换和通信。
第一章五大功能部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源，有效的组织多道程序运行的系统软件，是用户与计算机之间的接口。
主要功能：存储管理、作业和进程管理、设备管理、文件管理和用户接口服务。
推动发展动力：1硬件技术更新2应用需求扩大。
基本类型：批处理、分时、实时、网络和分布式系统。
批处理流程：1把作业卡片放读卡机，通过SPOOLing输入程序把作业送入后缓存储器2调度程序根据情况和特点和调度原则装入内存准备运行3内存中作业交替执行，完成把结果交给SPOOLing输出程序，收回资源。
特点：多道，成批（优点：利用率高，吞吐量大。
缺点：等待时间长，没交互能力。
操作系统特征：并发、共享、不确定性。
并发：两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。
共享：资源被多个进程共用。
不确定性：事件发生顺序的不可预测性。
第二章顺序程序活动特点：顺序性（一个结束一个开始）、封闭性（程序本身动作才能改遍程序运行环境）、可再现性（结果与运行的速度无关）。
程序并发执行的特征：失去封闭性、程序与计算不再一一对应、并发程序在执行期间互相制约进程队列描述了对进程控制块的组织方法进程的基本状态:运行状态Running就绪状态Ready阻塞状态Blocked新建状态New 终止状态Terminated进程状态的转换新建—就绪、就绪—运行、运行—阻塞、阻塞—就绪、运行—就绪、运行—终止。
进程控制块Process Control Block，PCB进程组成中最关键部分，其中含有进程的描述信息和控制信息。
作用：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。
PCB是进程存在的唯一标识。
创建新进程的操作：申请空闲的PCB、分配资源、PCB初始化、加到就绪队列。
进程间的相互关系：互斥（各个进程彼此不知道对方的存在，逻辑上没有关系，由于竞争统一资源而发生相互制约）、同步（各个进程不知对方的名字，但通过对某些对象的共同存取来协同完成一项任务）、通信（各个进程可以通过名字彼此之间直接进行通信，交换信息，合作完成一项工作）。
操作系统概念操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，负责管理和控制计算机的硬件资源，并提供用户与计算机之间的接口。
本文将介绍操作系统的概念、组成和功能。
一、概念操作系统是一个软件系统，它是计算机硬件和其他软件之间的桥梁，为用户提供了一个友好的界面，使得用户可以方便地使用计算机。
二、组成操作系统由多个组件组成，包括内核（kernel）、文件系统、设备驱动程序等。
内核是操作系统的核心部分，它负责管理和分配计算机的资源。
文件系统是操作系统用于管理文件和存储设备的组件，它提供了对文件的访问和操作功能。
设备驱动程序是连接硬件设备和操作系统的重要环节，它负责将硬件设备的操作转化为操作系统能够理解的命令。
三、功能1. 管理资源：操作系统负责管理计算机的硬件资源，包括内存、处理器、磁盘等。
它通过分配和调度这些资源，使得多个程序可以同时运行，并且能够有序地访问和利用这些资源。
2. 提供界面：操作系统提供了用户与计算机之间的接口，使得用户可以通过命令行或图形界面与计算机进行交互。
用户可以通过操作系统来执行程序、访问文件、管理设备等。
3. 文件管理：操作系统负责管理计算机的文件系统，使得用户可以方便地存储、查找和操作文件。
它提供了文件的创建、删除、复制、移动等功能，同时还通过权限管理来保护文件的安全性。
4. 进程管理：操作系统管理着计算机上运行的各个进程。
它通过进程调度算法来决定哪些进程优先执行，确保计算机资源的高效利用。
操作系统还提供了进程间通信的机制，使不同进程之间能够相互协作。
5. 设备管理：操作系统管理计算机的硬件设备，包括输入输出设备、网络设备等。
它负责设备驱动程序的加载和管理，以及设备的分配和控制。
6. 安全性管理：操作系统通过访问控制和权限管理来确保计算机系统的安全性。
它对用户进行身份验证，控制用户的访问权限，并监控系统中的异常行为，防止未经授权的访问和恶意攻击。
7. 故障处理：操作系统负责检测和处理计算机系统中的各种故障和异常情况。
操作系统概念解释操作系统是一种系统软件，负责管理和控制计算机硬件和软件资源，提供用户和计算机系统之间的接口，实现应用程序的运行和数据的管理。
它是计算机系统的核心组成部分，为用户和应用程序提供了方便、高效的使用环境。
I. 操作系统的概述操作系统是指挥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管理者，负责协调、分配和控制计算机系统的各种资源，使得计算机能够高效、可靠地运行。
II. 操作系统的功能1. 进程管理操作系统负责创建、执行和调度进程。
它为每个进程分配计算机资源，如CPU时间、内存空间和设备访问权限，并实现进程间的通信和同步。
2. 内存管理操作系统管理计算机的内存资源，将物理内存划分为逻辑上的多个区域，为进程分配和释放内存空间，实现内存的分页、分段和虚拟内存等功能。
3. 文件系统管理操作系统提供文件系统接口，管理文件和目录的创建、读写和删除。
它将文件组织成层次结构，支持文件的管理、共享和保护。
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、存储设备和通信设备。
它负责设备的分配、调度和控制，实现设备的并发访问和数据传输。
5. 用户接口操作系统为用户提供了与计算机系统交互的接口，包括命令行界面、图形用户界面和网络接口。
用户可以通过操作系统给计算机发送指令、运行程序和管理文件。
III. 操作系统的分类1. 批处理操作系统批处理操作系统是最早的操作系统形式，它按照预定的顺序批量处理作业，提高了计算机资源的利用效率，但对用户的交互性较差，适用于需要大量重复计算的应用。
2. 分时操作系统分时操作系统允许多个用户同时使用计算机，通过轮流分配CPU时间片给各个用户进程，实现用户间的交互和并发。
它提供了更好的用户体验，适用于多用户共享的环境。
3. 实时操作系统实时操作系统对时间要求极为严格，能够确保任务在给定的时间范围内完成。
它分为硬实时操作系统和软实时操作系统，前者要求任务必须在固定的时间限制内完成，后者允许任务在某些情况下超时。
操作系统概念课后习题答案操作系统概念课后习题答案第一章：引论1.操作系统的定义：操作系统是计算机系统中的一个软件层，它管理和控制计算机硬件资源，为用户和应用程序提供接口和服务。
2.操作系统的功能：处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户界面等。
第二章：进程管理1.进程的概念：进程是一个正在执行的程序的实例，它由代码、数据和执行环境组成。
2.进程状态：就绪、运行和阻塞。
3.进程调度算法：先来先服务、最短作业优先、时间片轮转和优先级调度等。
第三章：线程管理1.线程的概念：线程是进程的一个执行单元，一个进程可以包含多个线程。
2.线程与进程的区别：线程共享相同的地质空间和文件描述符，而进程拥有独立的地质空间和文件描述符。
3.线程模型：用户级线程模型和内核级线程模型。
第四章：内存管理1.内存管理的目标：实现内存的分配与回收、内存的保护和共享。
2.内存分配的概念：连续分配、非连续分配和虚拟内存分配。
3.地质转换：逻辑地质到物理地质的转换过程，包括分段、分页和段页式等。
第五章：存储器管理1.存储器的层次结构：主存储器、辅助存储器和高速缓存。
2.页面置换算法：最佳置换算法、先进先出算法、最近最久未使用算法和时钟置换算法等。
3.虚拟内存的概念：将存储器抽象成一组连续的地质空间，实现大容量存储和地质共享。
第六章：设备管理1.设备管理的功能：设备分配、设备驱动程序和设备中断处理等。
2.设备分配算法：先来先服务、最短作业优先和轮转法等。
3.磁盘调度算法：先来先服务、最短寻道时间优先和扫描算法等。
第七章：文件管理1.文件的概念：文件是命名的、有序的数据集合，它是操作系统中最基本的数据组织方式。
2.文件系统的组织结构：层次式文件系统、索引式文件系统和线性文件系统等。
3.文件共享与保护：文件锁机制、权限控制和访问控制列表等。
第八章：I/O系统1.I/O系统的组成部分：I/O设备、I/O控制器和设备驱动程序等。
2.I/O操作的方式：程序控制I/O和中断驱动I/O。
操作系统：是计算机系统中的一个系统软件，是一些程序模块的集合.提供一个计算机用户与计算机硬件系统之间的接口，使计算机系统更易于使用，有效地控制和管理计算机系统中的各种硬件和软件资源，使之得到更有效的利用合理地组织计算机系统的工作流程，以改善系统性能（如响应时间、系统吞吐量）。
功能：处理机管理存储器管理设备管理文件管理作业控制
特点：并发，共享，虚拟，不确定
系统调用：也视作同步异常，或trap。
它是某一特定指令执行的结果。
在相同条件下，异常可以重现。
例如内存访问错误、调试指令以及被零除。
（Synchronous exceptions)
进程：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。
进程与程序的区别：
进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。
通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和可以复制。
进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。
进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）。
进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。
进程同步：指多个相关进程在执行次序上的协调，用于保证这种关系的相应机制称为同步机制
一次只允许一个进程使用的资源称为临界资源，如打印机变量
每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区
原语：由若干条指令所组成的指令序列，来实现某个特定的操作功能，指令序列执行是连续的，不可分割，是操作系统核心组成部分，必须在管态（内核态）下执行，且常驻内存。
信号量是一种新的变量类型（semaphore）只能通过初始化和两个标准的原语来访问，作为OS核心代码执行，不受进程调度的打断。
P(S) :while S<=0 do skip；S:=S-1；V(S) :S:=S+1；
信号量的使用：必须置一次且只能置一次初值，只能由P、V操作来改变，物理意义：S.value为正时表示资源的个数，S.value为负时表示等待进程的个数，P操作分配资源，V操作释放资源。
管程是管理进程间同步的机制，它保证进程互斥地访问共享变量，并方便地阻塞和唤醒进程。
管程可以函数库的形式实现。
相比之下，管程比信号量好控制。
一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行（在该数据结构上）的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据。
线程：进程中的一个实体，是一个CPU调度和分派的单位。
基本上不拥有资源，只有必不可少的少量资源。
可以与其他同进程的线程共享进程拥有的所有资源
死锁的定义一组并发进程彼此等待对方所拥有的资源，且这些并发进程在得到对方的资源之前不会释放自己所拥有的资源，从而造成无休止的等待而不能继续向前推进的状态，称为进程死锁，这一组进程就称为死锁进程。
死锁发生条件： 1.互斥：任一时刻只允许一个进程使用资源2.请求和保持：进程在请求其余资源时，不主动释放已经占用的资源3.不剥夺：进程已经占用的资源，不会被强制剥夺4.环路等待：环路中的每一条边是进程在请求另一进程已经占有的资源。
死锁的预防：破坏必要条件
重定位：把装入模块中的相对地址转换为绝对地址的过程称为重定位–静态重定位：地址变换只是在装入时一次完成，以后不再改变，即由装入程序负责完成–动态重定位：地址变换推迟到程序要真正运行时进行，既由地址变换机构负责完成
地址变换机构：实现逻辑地址到物理地址的转换机构
虚拟存储器：具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统
地址空间：源程序经过编译后得到的目标程序，存在于它所限定的地址范围内，这个范围称
为地址空间。
简言之，地址空间是逻辑地址的集合
存储空间：存储空间是指主存中一系列存储信息的物理单元的集合，这些单元的编号称为物
理地址或绝对地址。
简言之，存储空间是物理地址的集合
工作集：在某段时间间隔里，进程实际要访问的页面集合局部性原理:指程序在执行过程中的一个较短时期，所执行的指令地址和指令的操作数地址，分别局限于一定区域。
还可以表现为：•时间局部性，即一条指令的一次执行和下次执行，一个数据的一次访问和下次访问都集中在一个较短时期内；•空间局部性，即当前指令和邻近的几条指令，当前访问的数据和邻近的数据都集中在一个较小区域内。
文件：具有文件名的一组相关信息的集合,结构文件（记录集合）,无结构文件（字符流）
数据项：基本数据项：字段
组合数据项：由若干个数据项组成
记录:一组相关数据项的集合
文件系统:文件+对文件进行操纵和管理的软件集合+存放文件的介质
文件的组织:•逻辑结构:从用户角度所观察到的文件组织形式(记录式、流式)•物理组织:文件的存储结构,即文件在外存上的存储组织形式（连续、链接、索引）
目录的作用、内容、结构:文件目录的内容主要是文件访问和控制的信息,文件的共享、保护、保密
文件控制块,基本信息文件名：字符串，通常在不同系统中允许不同的最大长度。
可以修改。
物理位置•文件逻辑结构：有/无结构（记录文件，流式文件）•文件物理结构（如顺序，索引等）访问控制信息,文件所有者（属主）：通常是创建文件的用户，或者改变已
有文件的属主；•访问权限（控制各用户可使用的访问方式）：如读、写、执
行、删除等；使用信息：创建时间；上一次修改时间；当前使用信息。
快表：存在于地址变换机构中的一个由高速寄存器组成的小容量的联想寄存器，构成的一张表。
设备无关性：程序可以通过一组统一的操作过程来操作设备，这种操作接口与具体的设备无关。
临界资源：某段时间内只允许一个进程使用的资源。
进程是程序的一次执行。
进程由“进程控制块+程序+数据”构成，用进程控制块描述进程。
死锁：两个以上的进程相互等待一个永远不可能发生的条件，这种僵持的局面成为死锁。
死锁产生的必要条件：互斥条件；不剥夺条件；请求和保持条件；循环等待条件。
尽管产生了中断源和发出了中断请求，但CPU内部的处理机状态字的中断允许位已被清除，从而不允许CPU响应中断，这种情况称为关中断。
CPU禁止中断后只有等到处理机状态字的中断允许位被重新设置后才能接收中断，处理机状态位的设置被称为开中断。
先进先出(FIFO)；
最近最少使用淘汰算法(LRU)；
最近不经常使用淘汰算法(LFU)；
最优算法(OPT)
1、并行：指多个任务在多个处理机上正在同时运行。
并发：指多个任务在单处理机下分时运行。
3、系统调用：在操作系统核心设置的一组用于实现各种系统功能的子程序（过程）。
4、进程互斥：指在多道程序环境中，每次只允许一个进程对临界资源进行访问。
5、中断屏蔽：指在中断请求产生之后，系统用软件方式有选择地封锁部分中断而允许其余部分的中断仍能得到响应。
1、缓冲区是使用专用硬件缓冲器或在内存中划出一个区域用来暂时存放输入/输出数据的地方。
引入缓冲是为了匹配外设和CPU之间的处理速度，减少中断次数和CPU的中断处理时间。
3、DMA方式与中断方式的不同点：
1) 中断方式在每个数据传送完后中断CPU，而DMA方式则是在所要求传送的一批数据全部传送结束时中断CPU；
2) 中断方式的数据传送是在中断处理时由CPU控制完成，而DMA方式则是在DMA控制器的控制下完成。
4、所谓重定位是把作业的地址空间中的相对地址转换成内存空间的物理地址的调整过程。
在程序实际运行前，由操作系统把程序在内存的开始地址送入重定位寄存器；在程序运行期间，凡遇到访问内存的操作，就由硬件机制自动把用户程序的相对地址加上重定位寄存器的内容，相加之和就是实际访问内存的有效地址。
