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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。
第一章引论第一节什么是操作系统(识记)1.计算机系统定义:是按用户的要求接收和存储信息,自动进行数据处理并输出结果信心的系统2.计算机系统构成:硬件系统和软件系统3.硬件系统组成:中央处理器(CPU),主存储器,辅助存储器,各种输入/输出设备二.操作系统1.操作系统定义:是一种管理计算机系统资源,控制程序执行,改善人机界面和为其它软件提供支持的系统软件操作系统的两个主要设计原则2.能使得计算机系统使用方便.3.能使得计算机高效的工作第二节操作系统的形成1.控制台:早期,程序的装入,调试以及控制程序的运行都是程序员通过控制台上的开关来实现2.原始汇编系统:用汇编语言编写的程序称为源程序,它不能直接在机器上执行,只有通过汇编语言解释程序把源程序转换成用机器指令序列表示的目标程序后才能在计算机上运行.3.设备驱动程序:是最原始的操作系统.是一种控制设备工作的程序4.管理程序:是初级的操作系统.是一种能对计算机硬件和软件进行管理和调度的程序5.操作系统:采用了SPOOLING的处理形式SPOOLING又称”斯普林”.从本质上说,SPOOLING是把磁盘作为一个巨大的缓冲器.在一个计算问题开始之前,把计算所需要的程序和数据从读卡机或其它输入设备上预先输入到磁盘上读取程序和数据,同样,对于计算的结果也是先在磁盘上缓冲存放,待计算完成后,再从打印机上打印出该计算问题的所有计算结果第三节操作系统的基本类型按照操作系统提供的服务进行分类,可分为批处理操作系统,分时操作系统,实时操作系统,网络操作系统,分布式操作系统,多机操作系统和嵌入式操作系统等.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一批处理操作系统1.定义:用户为作业准备好程序和数据后,再写一份控制作业执行的说明书.然后把作业说明书连同相应的程序和数据一起交给操作员.操作员将收到一批作业的有关信息输入到计算机系统中等待处理,由操作系统选择作业,并按其操作说明书的要求自动控制作业的执行.采用这种批量化处理作业的操作系统称为批处理操作系统.2.分类●批处理单道系统:一次只选择一个作业装入计算机系统的主存储器运行.批处理多道系统:允许多个作业同时装入主存储器,使中央处理器轮流的执行各个作业,各个作业可以同时使用各自所需要的外围设备3.批处理多道系统优点多道作业并行减少了处理器的空闲时间,既提高了处理器的利用率作业调度可以按一定的组合选择装入主存储器的作业,只要搭配合理作业执行过程中,不再访问低速的设备,而是直接从高速的磁盘上存取信息,从而缩短了作业执行时间,使单位时间内的处理能力得到提高作业成批输入,自动选择和控制i作业执行,减少了人工操作时间和作业交接时间,有利于提高系统的吞吐率●分时操作系统1.定义:能使用户通过与计算机相连的终端来使用计算机系统,允许多个用户同时与计算机系统进行①系列的交互,并使得每个用户感到好像自己独占一台支持自己请求服务的计算机系统.具有这种功能的操作系统称为分时操作系统,简称分时系统2.分时技术:既把CPU时间划分成许多时间片,每个终端用户每次可以使用一个由时间片规定的CPU时间.这样,多个用户就轮流的使用CPU时间,如果某个用户在规定的一个时间片内还没有完成它的全部工作,这时也要把CPU让给其他用户,等待下一轮再使用一个时间片的时间,循环轮转,直至结束.3.分时系统主要特点:同时性.允许多个终端用户同时使用一个计算机系统独立性:用户在各自的终端上请求系统服务,彼此独立,互不干扰及时性:对用户的请求能在较短的时间内给出应答交互性:采用人机对话的方式工作实时操作系统定义:能使计算机系统接受到外部信息后及时处理,并且在严格的规定时间内处理结束,再给出反馈信号的操作系统称为实时操作系统,简称为实时系统1.设计实时系统注意点要及时响应,快速处理实时系统要求高可靠性和安全性,不强求系统资源的利用率第四节操作系统的发展1.单用户微机操作系统:是指早期的微型计算机上运行的操作系统每次只允许一个用户使用计算机2.网络操作系统:为计算机网络配置的操作系统称为网络操作系统.网络操作系统把计算机网络中各台计算机系统有机的联合起来,为用户提供一种统一,经济而有效的使用各台计算机系统的方法,可使各台计算机系统相互间传送数据,实现各台计算机系统之间的通信以及网络中各种资源的共享3.分布式操作系统:为分布式计算机系统配置的操作系统称为分布式操作系统.分布式操作系统能使系统中若干计算机相互协作完成一个共同的任务,或者说把一个计算问题可以分成若干个子计算,每个子计算可以在计算机系统中的各计算机上并行执行4.多机操作系统:为多处理器系统配置的操作系统称为多机操作系统5.嵌入式操作系统:是指运行在嵌入式系统中对各种部件,装置等资源进行统一协调,处理和控制的系统软件(主要特点是微型化和实时性)第五节Unix操作系统简介1.诞生Unix的第一个版本version 1 是AT&TTA公司下属的Bell实验室里两位程序员Ken Thompson和Dennis Ritchie凭兴趣和爱好1969年在一台闲置的PDP-7上开发的.2.特点Unix是一个交互式的分时操作系统Unix系统的源代码公开第六节操作系统的功能1.操作系统的功能:(从资源管理的角度来分)]处理器管理:对CPU进行管理存储管理:对主存储器进行管理文件管理:通过对磁盘进行管理,实现对软件资源进行管理设备管理:对各类输入.输出设备进行管理2.操作系统为用户提供的使用接口程序员接口:通过”系统调用使用操作系统功能(开发者)操作员接口:通过操作控制命令提出控制要求.第二章计算机系统结构简介第一节计算机系统结构一层次结构1.计算机系统构成:硬件系统和软件系统硬件系统构成:中央处理器(cpu),存储器,输入,输出控制系统和各种输入/输出设备软件系统组成:系统软件,支撑软件,应用软件2.层次结构:最内层是硬件系统,最外层是使用计算机系统的人,人与硬件系统之间是软件系统.软件系统又依次为系统软件-支撑软件应用软件二.系统工作框架1.引导程序:进行系统初始化,把操作系统中的核心程序装入主存储器,并让操作系统的核心程序占用处理器执行.2.操作系统核心程序:完成自身的初始工作后开始等待用户从键盘或鼠标输入命令,每接受一条命令就对该命令进行处理第二节硬件环境一. CPU与外设的并行工作在现代的通用计算机系统中,为提高计算机的工作效率,均允许中央处理器和外设并行工作.当执行到一条启动外设的指令时,就按指令中给定的参数启动指定的设备,并把控制移交给输入/输出控制系统,由输入/输出控制系统控制外围设备与主存储器之间的信息传送,外围设备独立工作,不再需要中央处理器干预,于是中央处理器可继续执行其它程序二. 存储体系1.寄存器:是处理器的组成部分,用来存放处理器的工作信息.存取速度快,但造价高.●通用寄存器:存放参加运算的操作数.指令的运算结构等●指令寄存器:存放当前从主存储器读出的指令●控制寄存器:存放控制信息以保证程序的正确执行和系统的安全程序状态字寄存器:存放当前程序执行时的状态.中断字寄存器:记录出现的事件基址寄存器:设定程序执行时可访问的主存空间的开始地址限长寄存器:设定程序执行时可访问的主存空间的长度2.主存储器:以字节为单位进行编址.主存储器容量较大,能被处理器直接访问,但断电会丢失数据.3.高速缓冲存储器:也称cache,位于处理器和主存储器之间起到缩短存储时间和缓冲存储的作用4.辅助存储器:最常用的辅助存储器有磁盘和磁带.优点是容量大且能永久保存信息,但不能被中央处理器直接访问.三. 保护措施一般是硬件提供保护手段和保护装置,操作系统利用这些设施配合硬件实现保护1.指令分类●特权指令:不允许用户程序中直接执行的指令.如:启动i/o,设置时钟,设置控制器等●非特权指令:允许用户程序中直接执行的指令2.cpu工作状态●管态:可执行包括特权指令在内的一切机器指令.一般是操作系统程序占用中央处理器时,cpu处于管态●目态:不允许执行特权指令.一般是用户程序占用中央处理器时,CPU处于目态.3.存储保护:不同的存储管理方式有不同的实现保护方法,如可变分区存储管理方式中:基址寄存器的值<=访问地址<=基址寄存器的值+限长寄存器的值第三节操作系统结构一设计目标●正确性:能充分估计和把握各种不确定的情况,使操作系统不仅能保证正确性,且易于验证其正确性●高效性:减少操作系统的开销从而提高计算机系统的效率,尤其对常驻主存储器的核心程序部分更要精心设计●维护性:当系统发现错误或为提高效率而对算法进行调整等工作时,应使操作系统容易维护●移植性:移植性是指能否方便的把操作系统从一个硬件环境移植到另一个新的硬件环境之中.在结构设计时,应尽量减少与硬件直接有关的程序量,且将其独立封装.二. 操作系统的层级结构1.设计方法:无序模块法,内核扩充法,层次结构法,管理设计法等2.层次结构法:最大特点是把整体问题局部化.一个大型复杂的操作系统被分解成若干单向依赖的层次,由各层的正确性来保证整个操作系统的正确性.采用层次结构不仅结构清晰,而且便于调试,有利于功能的增加,删减和修改3.操作系统层次结构:处理器管理要对中断事件进行处理,要为程序合理的分配中央处理器的工作事件,它是操作系统的核心程序,是与硬件直接有关的部分,因而把它放在最内层.以后的各层依次存放的是存储管理,设备管理和文件管理.即:硬件-处理器管理-存储管理-设备管理-文件管理主要优点:有利于系统的设计和调试主要困难:层次的划分和安排三 .Unix系统的结构1.Unix层次结构:内核层和外壳层●内核层:是unix操作系统的核心.它具有存储管理,文件管理,设备管理,进程管理以及为外壳层提供服务的系统调用等功能●外壳层:为用户提供各种操作命令和程序设计环境2.外壳层组成:由shell解释程序,支持程序设计的各种语言,编译程序,解释程序,使用程序和系统库等组成.其中其它模块归shell解释程序调用,shell解释程序用来接收用户输入的命令并进行执行.3.内核层组成:内核程序用C语言和汇编语言编写.按编译方式可分为:汇编语言文件,C语言文件和C语言全局变量文件.4.程序运行环境:用户态和核心态.外壳层的程序在用户态运行,内核层的程序在核心态运行.用户态运行的程序称为用户程序,核心态运行的程序称为系统程序(外壳层的用户程序在执行时可通过系统调用来请求内核层的支持)第四节操作系统与用户的接口一. 操作控制命令●联机用户:操作控制命令●批处理系统用户:作业控制语言,用来编制作业控制说明书二. 系统调用1.系统调用定义:既系统功能调用程序,是指操作系统编制的许多不同功能的供程序执行中调用的子程序.2.执行模式:系统调用在管态下运行,用户程序在目态下运行,用户程序可以通过”访管指令:实现用户程序与系统调用程序之间的转换.(访管指令本身是一条在目态下执行的指令)3.系统调用分类:文件操作类,资源申请类,控制类,信息维护类.第五节 Unix的用户接口一. shell命令1.注册和注销●注册:用户可通过login输入用户名和通过password输入口令,系统注册成功后在shell解释程序控制下,出现提示符(采用C shell 提示符:%)以交互方式为用户服务.●注销:输入logout或同时按下crtl +D键2.常见的shell命令Mkdir:请求系统建立一个新的文件目录Rmdir:请求系统删除一个空目录Cd:切换当前的工作目录Pwd:显示用户的当前目录Ls:显示用户一个目录中的文件名.Cp:复制一个文件Mv:对文件重新命名Rm:删除一个指定的文件Cat:显示用ascll码编写的文本文件More:分屏显示文件内容,按空格键显示下一屏3.后台执行的shll命令方法:在请求后台执行的命令末尾输入字符”&”.特点:Unix把一个程序转入后台执行后,不等该程序执行完就显示可以输入新命令的提示符.因此,允许多个任务在后台执行,也允许后台任务和前台任务同时执行4.shell文件●定义:用shell命令编辑成的文件称为shell文件●执行shell文件:csh shell文件名●把shell文件改成可执行文件:chmod+ x shell 文件名-以后就可直接在提示符后面直接输入文件名就可执行二 Unix系统调用1.常用的系统调用●有关文件操作的系统调用Create:建立文件 open:打开文件Read:读文件 write:写文件Close:关闭文件 link:链接一个文件Unlink:解除文件的链接 lseek:设定文件的读写位置Chmod:改变对文件的访问权限 rename:更改文件名●有关控制类的系统调用Fork:创建一个子进程 wait:父进程等待子进程终止Exit:终止子进程的执行 exec:启动执行一个指定文件●有关信号与时间的系统调用:Unix把出现的异常情况或异步事件以传送信号的方式进行Kill:把信号传送给一个或几个相关的进程Sigaction:声明准备接收信号的类型Sigreturn:从信号返回,继续执行被信号中断的操作Stime:设置日历时间 time:获取日历时间Times:获取执行所花费的时间2.trap指令:是unix系统中的访管指令3.系统调用程序入口表●作用:实现对系统功能调用程序的统一管理和调度●构成:系统调用编号,系统调用所带参数个数,系统调用处理程序入口地址,系统调用名称.4.系统调用实现过程●步骤一:当处理器执行到trap指令时便形成一个中断事件.此时将暂停当前用户程序的执行,而由unix系统内核的”trap处理子程序来处理这个中断事件●步骤二:trap处理子程序根据trap指令中的系统调用编号查系统调用程序入口表,得到该系统调用所带的参数个数和相应的处理程序的入口地址.然后,把参数传送到内核的系统工作区,再按处理程序入口地址转向该系统调用的处理程序执行●步骤三:当系统调用程序完成处理后,仍需返回到trap处理子程序,由trap处理子程序对被暂停的用户程序进行状态恢复等后续处理,再返回用户程序执行.第三章处理器管理一.什么是多道程序设计1.定义:让多个计算问题同时装入一个计算机系统的主存储器并行执行,这种程序设计称为多道程序设计.这种计算机系统称为多道程序设计系统.2.注意事项●存储保护:必须提供必要的手段使得在主存储器中的各道程序只能访问自己的区域,避免相互干扰●程序浮动:是指程序可以随机的从主存储器的一个区域移动到另一个区域,程序被移动后,仍丝毫不影响它的执行(可集中分散的空闲区,提高主存空间的利用率)●资源的分配和调度:多道程序竞争使用处理器和各种资源时,多道程序设计的系统必须对各种资源按一定的策略进行分配和调度.二.为什么要采用多道程序设计1.程序的顺序执行:处理器和外围设备,外围设备之间都得不到高效利用2.程序的并行执行:让程序的各个模块可独立执行,并行工作,从而发挥外围设备之间的并行能力3.多道并行执行:在一个程序各个模块并行工作的基础上,允许多道程序并行执行,进一步提高处理器与外围设备之间的并行工作能力,具体表项在:●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之间的并行能力三.采用多道程序设计应注意的问题1.可能延长程序执行时间:多道程序设计能提高资源使用效率,增加单位时间的算题量.但是对每个计算问题来说,从算题开始到全部完成所需的计算时间可能要延长2.并行工作道数与系统效率不成正比;并不是并行工作的道数越多,系统的效率就越高,而要根据系统配置的资源和用户对资源的要求而定⏹主存储器空间的大小限制了可同时装入的程序数量⏹外围设备的数量也是一个制约条件⏹多个程序同时要求使用同一资源的情况也会经常发生第二节进程概述一.进程的定义1.程序:具有独立功能的一组指令或一组语句的集合,或者说是指出处理器执行操作的步骤2.进程:是指一个程序在一个数据集上的一次执行3.程序和进程的区别:程序是静态的文本,进程动态的过程.进程包括程序和数据集.二.为什么要引入进程1.提高资源的利用率:一个程序被分成若干个可独立执行的程序模块,每个可独立执行的程序模块的一次执行都可看作一个进程,通过进程的同步可提高资源的利用率.2.正确描述程序的执行情况:可以方便描述一个程序被执行多次时,各自的执行进度.三. 进程的属性1.进程的基本属性●进程的动态性●多个不同的进程可以包含相同的程序●进程可以并发执行●进程的三种基本状态等待态就绪态运行态2.进程的状态变化:运行态-等待态等待态-就绪态运行态--就绪态就绪态-运行态3.进程特性: 动态性,并发性,异步性第三节进程队列一. 进程控制块1.进程控制块作用:既PCB,是进程存在的标识2.进程控制块构成⏹标识信息:用来标识进程的存在和区分各个进程.进程名⏹说明信息:用于说明本进程的情况.包括:进程状态,等待原因,进程程序存放位置,进程数据存放位置⏹现场信息:用来当进程由于某种原因让出处理器时,记录与处理器有关的各种现场信息,包括:通用寄存器内容,控制寄存器内容,程序状态字寄存器内容⏹管理信息:用来对进程进行管理和调度的信息.包括进程优先级,队列指针二. 进程的创建和撤销1.进程创建:当系统为一个程序分配一个工作区(存放程序处理的数据集)和建立一个进程控制块后就创建了一个进程,刚创建的进程其状态为就绪状态(若执行过程中还缺少资源可以再将其转为等待状态).2.进程的撤销:当一个进程完成了特定的任务后,系统收回这个进程所占的工作区和取消该进程控制块,就撤销了该进程.3.原语:是操作系统设计用来完成特定功能且不可中断的过程,包括创建原语,撤销原语,阻塞原语,唤醒原语.三 . 进程队列的链接1.进程队列概念:为了管理方便,进程把处于相同状态的进程链接在一起,称为进程队列2.进程队列分类⏹就绪队列:把若干个等待运行的进程(就绪)进程按一定的次序链接起来的队列.⏹等待队列:是指把若干个的等待资源或等待某些事件的进程按一定的次序链接起来的队列.等待队列:是把若干个等待资源或等待某些事件的进程按一定的额次序链接起来的队列3.对列实现方法:只需将状态相同的进程控制块链接起来就可以.链接的方式包括单向链接和双向链接.4.队列管理:是指系统中负责进程入队和出队的工作⏹入队:是指一个进程进入到指定的队列从队首入队成为新的队首进程从队尾入队成为新的队尾进程插入到队列中某两个进程之间⏹出队:是指一个进程从所在的队列中退出,也存在三种情况第四节 unix系统中的进程一.unix进程的特点Unix中的进程执行用户程序时在用户态执行,执行操作系统程序时在核心态执行.在用户态执行的进程请求系统功能调用时,便转换到核心态执行操作系统程序,当一次系统调用结束时,该进程从核心态的执行返回到用户态执行用户程序二.Unix进程的组成1.进程控制块:⏹进程基本控制块:用来记录进程调度时必须使用的一些信息,常驻主存储器.把进程基本控制块的数据结构称为proc结构标识信息:包括用户标识(分为实际用户标识号和设置用户标识号)和进程标识.有关进程非常驻主存部分的信息:用来建立信息在主存与磁盘之间传送.包括:非常驻主存部分的=所在的地址,长度和一些必要的指针.有关进程调度的信息:包括:进程状态,标志,优先数以及调度有关的其他信息.其它信息:用于管理和控制的信息,如进程扩充控制块的地址,进程共享正文段和共享主存段的管理信息,进程接收的信号.⏹进程扩充控制块:随用户程序和数据装入主存储器或调出主存储器.把进程扩充控制块的数据结构称为user结构.包括:标识,现场保护,主存管理,文件读写,系统调用,进程控制与管理等.2,正文段:是指Unix中可供多个进程共享的程序.系统中设置了一张正文表TEXT[],用来指正该正文段在主存和磁盘上的位置,段的大小和调用该正文段的进程数等钱情况3.数据段:包括进程执行的非共享程序和程序执行时用到的数据.⏹用户zhai区:是进程在用户态执行时的工作区,主要用于函数调用的参数传递,现场保护,存放返回地址,存放局部变量等.⏹用户数据区:存放进程执行中的非共享程序和用户工作数据.⏹系统工作区:核心zhai:是进程在核心态执行时的工作区,主要用于函数调用的参数传递,现场保护,存返回地址,存放局部变量等 user区:存放进程扩充控制块.三 .Unix进程的状态运行状态,就绪状态,睡眠状态,创建状态,僵死状态.四.unix进程的创建和终止1.unix的进程树:0号进程(也称交换进程,是系统启动后unixde核心程序完成初始化后创建的第一个进程,在核心态运行.用来进行进程调度和让进程在主存与磁盘上进行交换-1号进程(页称初始化进程,由0号进程创建,在用户态运行,用来为终端用户请求注册时创建login进程-login进程(用来处理用户的登录过程,登录成功后创建shell进程-shell进程(等待用户输入命令).2.进程的创建:在unix中,除了0号进程和1号进程外,其他的进程总是使用系统调用fork来创建新进程,形成父子进程.子进程时父进程的一个印像,除了进程的状态,标识和时间有关的控制项外,全部复制父进程的。
第二章计算机系统结构简介 第三章处理器管理 第四章存储管理 第五章文件管理 第六章设备管理第七章进程同步与进程通信 第八章死锁高效统”，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，从而提次执行。
由定义知进程关键组成是程序、数据集。
进程通过一个控制块来被系统所指挥，因此进程由程序、数据集和进程控制块三部分组成。
进程控制块是进程存在的唯一标志.进程是要执行的，据这点可分将进程的状态分为等待态然后是就绪态最后是运行态。
进程的基本队列也就是就绪队列和等待队列，因为进程运行了，也就用不上重定位的方式有“静态重定位”和“动把作业中的指令地址和数据地址全部转换成绝对地址。
这种转换工作是在作业开始前集中完成的，在作业执行过程中无需再进行地址。
而是直接把作业装到分配的主区域中。
在作业执行过程中，每当执行一条指令时都由硬件的地址转换机构转换n 成绝对地址。
这种方式的地址转换是在作业执行时动态完成的，所以称为动态重定位。
动态重定位由软件（操作系统）和硬件（地址转换机构）相互配合来实现。
动态重定位的系统支持“程序浮动”，而其余的用户区域作为一个连续的分区分配给用户使用。
固定分区的管理分区数目、大小固定设+下限地址已经划分好的分区中，而是在作业要求装入主存储器时，根据作业需要的主存量和当时的主存情况决定是否可以装入该作业。
+基址寄存器的值→绝对地址。
基址值≤绝对地址≤基址值+限长。
程序中的逻辑地址进行分“页”，页的大小与块的大小一致。
用页表登记块页分配情况逻辑地址的页号部分→页表中对应页号的起始地址→与逻辑地址的页内地址部分拼成绝对地址。
全国4月高等教育自学考试操作系统试题课程代码02326操作系统是计算机科学与技术专业中的重要课程之一，它主要研究计算机系统中如何有效地组织和管理计算机硬件、软件资源，向用户提供简单易用的接口，为其他应用程序提供良好的执行环境。
在现代信息技术高速发展的背景下，理解和掌握操作系统的原理与运行机制对于学习和应用计算机技术至关重要。
本文将结合全国4月高等教育自学考试操作系统试题，对操作系统的相关知识进行综合阐述。
一、操作系统的概念及作用操作系统是一种控制和管理计算机硬件与软件资源的系统软件，它的基本任务是管理和分配计算机的内存、处理器、设备等资源，并提供用户与计算机系统交互的接口。
操作系统是计算机体系结构的核心之一，它为其他应用程序提供了良好的执行环境，以及各种系统服务，如文件管理、进程管理、内存管理等。
通过操作系统，用户可以方便地操作计算机并实现各种功能，提高计算机的利用效率。
二、操作系统的基本功能1. 进程管理进程是指计算机中正在运行的程序，它是操作系统中的一个重要概念。
操作系统负责进程的创建、调度和撤销，以及进程间的通信与同步等管理任务。
通过进程管理，操作系统能够有效地利用处理器资源，并保证各个进程的正常运行。
2. 内存管理操作系统负责对计算机的内存进行管理，包括内存的分配、回收和保护等。
内存管理是操作系统的重要功能之一，它可以为不同的应用程序提供独立的内存空间，保证它们互不干扰地运行。
3. 文件管理文件是计算机中对数据进行组织和存储的一种方式，而文件管理则是操作系统中对文件进行管理和操作的功能。
操作系统负责文件的创建、读写、删除等操作，并提供了文件系统的管理机制，以方便用户对文件进行管理和访问。
4. 设备管理设备管理是操作系统中对计算机设备进行管理和调度的功能。
操作系统通过设备管理，可以对各种设备进行管理和控制，如磁盘、打印机、网络设备等，以满足用户的需求。
三、操作系统的分类操作系统可以根据其结构和功能特点进行分类。
知识点细梳理：对于本课程中重要的知识点进行了归类与总结：预测：会考到30-50分。
建议：读五遍，背三遍。
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。
操作系统--知识点汇总操作系统知识点汇总操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，是计算机系统的内核与基石。
它为用户和应用程序提供了一个方便、有效和安全的工作环境。
下面我们来汇总一下操作系统的一些重要知识点。
一、操作系统的定义和功能操作系统是一种系统软件，它控制和管理计算机系统的硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，为用户提供一个方便、高效和安全的使用环境。
其主要功能包括：1、进程管理：负责进程的创建、调度、同步和通信等，以确保多个程序能够并发执行。
2、内存管理：管理计算机的内存资源，包括分配、回收和保护等，以提高内存的利用率和系统性能。
3、文件管理：实现对文件的存储、检索、更新和共享等操作，方便用户对文件的使用和管理。
4、设备管理：管理计算机的外部设备，如输入输出设备、存储设备等，为用户提供统一的设备接口。
5、提供用户接口：操作系统通过命令行接口、图形用户接口等方式，为用户提供与计算机系统交互的手段。
二、操作系统的分类操作系统可以根据不同的标准进行分类。
1、按照用户数量：分为单用户操作系统和多用户操作系统。
单用户操作系统如早期的 DOS 系统，一次只能支持一个用户使用；而多用户操作系统如 Unix、Linux 等，可以同时支持多个用户登录和使用系统。
2、按照任务处理方式：分为批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。
批处理操作系统将一批作业按照一定的顺序依次处理；分时操作系统允许多个用户通过终端同时与计算机交互，每个用户感觉自己独占系统；实时操作系统则要求系统能够在规定的时间内完成对外部事件的响应。
3、按照系统架构：分为单机操作系统和网络操作系统。
单机操作系统主要管理单个计算机的资源；网络操作系统则负责管理网络中的计算机资源，实现资源共享和协同工作。
三、进程管理进程是操作系统中一个重要的概念，它是程序的一次执行过程。
进程具有动态性、并发性、独立性和异步性等特征。
进程管理的主要任务包括进程的创建、终止、状态转换、调度等。
2021年自考《操作系统》概述（4）六、进程通信（领会）1、进程通信的含义：通过专门的通信机制实现进程间交换大量信息的通信方式称为“进程通信”2、实现进程通信的基本原语：有两条：“send（发送）”和“receive（接收）”原语。
3、利用信箱通信时“发送”和“接收”原语的功能。
send（N，M）功能：把信件M送到指定的信箱N中。
receive（N，X）功能：从指定信箱N中取出一封信，存放到指定的地址X中。
4、信箱的基本结构：一个信箱由“信箱说明”和“信箱体”两部分组成。
七、线程的概念（识记）线程是进程中可独立执行的子任务，一个进程中可以有一个或多个线程，每个线程都有一个唯一的标识符。
支持线程办理的操作系统有Mach，OS/2，WindowsNT，UNIX等。
中断及中断机制一、中断1、中断。
2、中断的类型。
从中断事件的性质出发，中断可以分为两大类：1）强迫性中断事件包罗硬件故障中断，程序性中断，外部中断和输入输出中断等。
2）自愿性中断事件是由正在运行的进程执行一条访管指令用以请求系统调用而引起的中断，这种中断也称为“访管中断”。
一般情况下，优先级的凹凸挨次依次为：硬件故障中断、自愿中断、程序性中断，外部中断和输入输出中断。
自愿中断的断点是确定的，而强迫性中断的断点可能发生在任何位置。
3、中断的响应。
中断响应（硬件即中断装置操作）处理器每执行一条指令后，硬件的中断位置立即检查有无中断事件发生，若有中断事件发生，则暂停现行进程的执行，而让操作系统的中断处理程序占用处理器，这一过程称为“中断响应”。
中断响应过程中，中断装置要做以下三项工作：1）是否有中断事件发生2）若有中断发生，庇护断点信息3）启动操作系统的中断处理程序工作中断装置通过“交换PSW”过程完成此项任务。
4、中断处理（软件即操作系统操作）操作系统的中断处理程序对中断事件进行处理时，大致要做三方面的工作：1）庇护被中断进程的现场信息2）分析中断原因按照旧PSW的中断码可知发生该中断的具体原因。
第一章OS概论Point：1.OS的基本概念和OS的地位。
2.OS的主要特征和基本功能。
3.OS的体系结构。
4.OS的发展和分类。
5.常用OS结构设计和方法。
第一节OS的概念一、计算机系统a)定义：计算机系统是一种可以按用户的要求接受和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。
b)分类：广义：机械式系统和电子式系统。
电子式系统：模拟式和数字式计算机系统。
c)组成：硬件（子）系统和软件（子）系统。
计算机系统的资源：硬件资源、软件资源。
在计算机系统中，集中了资源管理功能和控制程序执行功能的一种软件，称为OS。
二、OS的定义a)定义：OS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，合理地组织计算机工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使得用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效地运行。
b)解析：1)组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源。
在OS中，设计了各种表格或数据结构，将所有的软硬件资源都加以登记。
（比如:PCB、系统设备表等）2)“有效”指OS在管理计算机资源时要考虑到系统运行的效率和资源的利用率。
要尽可能提高PU的利用率，让他尽可能少的空转，应该在保持访问效能的前提下尽可能有效利用其他资源。
（比如减少内存、硬盘空间的浪费等）3)“合理”指OS要“公平”对待不同的用户程序，保证系统不发生“死锁”和“饥饿”的现象。
4)“方便”指OS的人机界面要考虑到UI和程序接口两个方面的易用性、易学性和易维护性。
（用户使用接口：命令、GUI，如windows GUI。
程序接口：向程序员提供高效的编程接口，如API、系统调用。
）三、OS的特征1.并发性：是指计算机系统中同时存在若干个运行着的程序，从宏观上看，这些程序在同时向前推进。
2.共享性：OS需与多个用户程序共用系统中的各种资源。
比如PU、内存、外存、外部设备等。
操作系统知识点总结（五篇范文）第一篇：操作系统知识点总结操作系统的各个阶段:1、人工操作阶段。
2、单道批处理系统评价a、解决了作业间的自动转接问题，减少了机器时间的浪费。
b、不管作业大小，只要它一旦占用处理机开始执行，则它必须一直占据处理机，直到运行完毕。
c、资源利用率低d、对短作业不公平e、交互性差3、多批道处理系统优缺点：优点：资源利用率高：CPU和内存利用率较高；作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大；缺点：用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时，才与用户交互，不利于调试和修改；作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长；4、分时系统5、实时系统操作系统的基本特性1、并发并行性(parallel）是指两个或多个事件在同一时间发生。
并发性(Concurrence)是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
2、共享共享指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。
a、互斥共享方式 b、同时访问方式3、虚拟虚拟，是指把一个物理上的实体，变为若干个逻辑上的对应物。
4、异步性操作系统是计算机系统中的一个系统软件，它管理和控制系统中的软件和硬件资源，合理组织计算机工作流程，有效利用系统资源，为用户提供一个功能强，使用方便的工作环境，从而在计算机和用户之间起到接口的作用。
进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位程序：指令或语句序列，体现了某种算法进程控制块系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构，用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感知进程存在的唯一标志进程与PCB是一一对应的作用：是一个在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其他进程并发执行的进程。
进程控制块中的信息：1、进程标识符 2处理机状态3、进程调度信息4、进程控制信息进程控制块的组织方式：1、链接方式2、索引方式进程的创建1、创建一个PCB2、为新进程分配资源3、初始化进程控制块4、将新进程插入就绪队列进程撤消1、根据标识符，找到该PCB2、修改其状态3、如有子孙进程，则予以终止4、收回其资源5、从所在链表中移出人们把每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区高级调度、中级调度、低级调度高级调度也称为作业调度或长程调度用于将外存作业调入内存，创建PCB，插入就绪队列。
第一章操作系统概论⭐计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的操作系统的任务：组织和管理计算机系统中的硬件和软件资源、有效、合理、方便操作系统为用户提供两类使用接口：分别是编程接口、用户接口。
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：1.软件观点：外在特性--接口、内在特性--与硬件交互2.资源管理的观点3.进程的观点：把操作系统看作由多个可以同时独立运行的程序和一个对这些程序进行协调的核心所组成。
4.虚机器观点：操作系统把原来的计算机（裸机）扩充成功能强大、使用方便的计算机系统，这种计算机系统被称为虚拟计算机。
5.服务提供者观点：提供了比裸机功能更强、服务质量更好、更方便灵活的虚拟机操作系统的功能：进程管理、存储管理、文件管理、作业管理、设备管理windows操作系统的体系结构采用了分层的模块结构，主要层次有：硬件抽象层HAL、内核、执行体、大量子系统集合unix操作系统的体系结构，从内向外各层分别是硬件层、操作系统内核层、系统调用层、应用层Linux操作系统体系结构：Linux内核、Linux Shell、Linux文件系统、Linux应用程序Android操作系统体系结构，从高到低：应用程序层、应用框架层、系统运行库层、Linux 内核层批处理操作系统：1.基本工作方式：用户将作业交给系统操作员，操作员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一个连续的、自动转接的作业流。
操作员然后启动操作系统，系统自动、依次执行每个作业，最后由操作员将执行完毕的作业结果交给用户。
2.特点：成批处理，用户自己不能干预自己作业的运行。
发现作业无法及时改正。
3.优点：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效率。
4.缺点：用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。
分时系统：用户通过中断交互式向系统提出命令，系统采用时间片轮转方式处理服务请求。
特点：多路性、交互性、独占性、及时性实时操作系统：需具备实时时钟管理、过载防护、高可靠性嵌入式操作系统：微型化、实时性操作系统结构研究的目标：系统模块化、模块标准化、通信规范化常见的操作系统结构有：整体式结构、层次式结构、微内核（客户/服务器）结构第二章操作系统运行环境⭐⭐处理器一般由运算器、控制器、一系列的寄存器、高速缓存构成。
处理器内通常有两类寄存器：1.用户可见寄存器：数据寄存器、地址寄存器、条件吗寄存器2.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PSW指令分为：访问存储器指令、算数逻辑指令、I/O指令、控制转移指令、处理器控制指令特权指令：只能由操作系统使用的指令，用户不允许使用。
非特权指令：用户使用处理器的工作状态分为：管态（内核态/系统态/特权态）、目态（用户态/普通态）当处理器处于管态时，可执行全部命令，可使用所有资源，并具有改变处理器状态的能力当处理器处于目态时，就只有非特权指令才能执行。
目态到管态的转换唯一途径是通过中断。
管态到目态的转换可通过设置PSW指令（修改程序状态字）程序状态字PSW：指示处理器状态包括以下状态代码：CPU的工作状态代码、条件码、中断屏蔽码存储器的类型：读写型存储器RAM（存储随机存取的程序的数据）、只读存储器ROM存储的最小单位“二进制”，存储器的最小编址单位是字节，内存空间的最小分配单位是块存储分区的保护方法：界地址寄存器、保护键例（1710 ）当每个程序在主存中占一个连续的存储空间时，系统使用那两个寄存器来实现存储保护？当处理器在目态下执行程序时，对每一个访问主存空间的地址都要进行核查，请写出访问地址与着两个寄存器值之间的关系。
答：基址寄存器、限长寄存器。
基址寄存器的值<=访问地址<=限长寄存器的值中断是由外部事件引发的，而异常是由正在执行的指令引发的。
典型的中断：时钟中断、输入输出（I/O）中断、控制台中断、硬件故障中断典型的异常：程序性中断、访管指令异常例（1904）中断和异常的区别是什么？请指出“时间片到时”、“算术溢出”、“掉电”和“虚拟存储中的缺页”分别属于中断和异常的哪一种？答：中断是由外部事件引发的，异常是由正在执行的指令引起的。
中断：时间片到时、掉电。
异常：算术溢出、虚拟存储中的缺页例（1910）中断系统由哪两部分组成？请介绍计算机系统中典型的中断有哪些？答：硬件中断装置和软件中断处理程序。
I/O中断、时钟中断、硬件故障中断、程序性中断、系统服务请求（自愿中断）典型的中断处理：I/O中断、时钟中断、硬件故障中断、程序性中断、系统服务请求（自愿中断）I/O中断：一般由I/O设备的控制器或通道发出，可分为：I/O操作正常结束、I/O异常。
时钟中断：维护时钟软件、处理器调度、控制系统定时任务、实时处理自愿性中断：用户通过访管指令调用系统调用例（1804 ）什么是程序性中断？程序性中断都必须由操作系统来完成吗？举例说明。
答：程序性中断是指程序指令出错，指令越权或指令寻址越界而引发的系统保护。
不一定，也可以由自己完成，如系统调试中断和算术错误等。
例（1810）什么是中断？如果同一中断级中的多个设备接口中同时都有中断请求时，如何处理？答：中断是指处理器对系统中或系统外发生的异步事件的响应，如果同一中断级中的多个设备接口中同时都有中断请求时，可以采用固定优先数或轮转法应系统调用的目的：请求系统服务第三章进程与线程⭐⭐⭐程序的顺序执行：一各具有独立功能的程序独占处理器直到得到最终结果。
特点：顺序性、封闭性、程序执行结果的确定性、程序执行结果的可再现性程序的并发执行：两个或以上程序同时处于已开始且尚未结束的状态。
特点：在执行期间并发程序相互制约、程序与计算不再一一对应、执行结果不可再现、程序的并行执行（宏观上同时）和程序的并发执行（微观上同时）多道程序设计：特点：独立性、随机性、资源共享性缺陷：可能延长程序的执行时间、系统效率的提高有一定限度进程：具有一定独立功能的程序在某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
进程由程序、数据、进程控制块3部分组成程序是动态的，进程是动态的，二者是多对多的关系。
进程的特性：并发性、动态性、独立性、交往性、异步性、结构性三状态模型：运行状态、就绪状态、等待状态五状态模型：运行状态、就绪状态、阻塞状态、创建状态、结束状态七状态模型：例（1804）在七状态进程模型中，什么是阻塞状态？什么是阻塞挂起状态？两个状态之间有何转换？答：进程阻塞：进程在内存并等待某事件出现。
阻塞挂起：进程在外存并等待某事件出现。
当没有进程处于就绪状态或就绪进程要求更多内存资源时，会把进程从阻塞状态转为阻塞挂起。
进程控制块PCB是描述进程状态和特性的数据结构，PCB是进程存在的唯一标识，一个进程只能有唯一的进程控制块。
操作系统中每创建一个进程就要为该进程建立一个进程控制块，一个刚被创建的进程，它的初始状态为就绪态PCB的内容：调度信息（描述进程当前状况）、现场信息（刻画进程的运行情况）PCB组织方式：线性方式、索引方式、链接方式进程控制：对进程在整个生命周期中各种状态之间的转换进行有效的控制。
通过原语实现。
原语：原语是操作系统核心的一个组成部分，由若干条指令组成，用来实现某个特定的操作功能，执行时具有不可间断性。
进程控制原语：创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语阻塞原语过程：首先中断处理器的执行，把处理器的当前状态保存在PCB的现场信息中，然后把进程的当前状态置为等待状态，并把它插入到该事件的等待队列中。
唤醒原语过程：在等待队列中找到该进程，将进程的当前状态置为就绪状态，然后将它从等待队列中撤出并插入到就绪队列中排队，等待调度执行。
例（1810）进程控制通过进程控制原语开实现，请分别描述创建原语和撤销原语的操作过程。
答：（1）创建原语：先申请一个空闲PCB区域，将有关信息填入PCB，置该进程为就续状态，最后把它插入就绪队列中。
（2）撤销原语：找到要被撤销进程的PCB，将它匆匆所在队列中消去，撤销属于该进程的一切“子孙进程”，释放被撤销进程所占用的全部资源，并消去被撤销进程的PCB线程：在引入线程的操作系统中，线程是进程中的一个实体，是调度和分派的基本单位，进程是资源拥有的基本单位。
线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有少量在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。
一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。
线程的属性：（1）每个线程有一个唯一的标识符和一张线程描述表（2）不同的线程可以执行相同的程序（3）同一进程中各个线程共享该进程的内存地址空间（4）线程是处理器的独立调度单位，多个线程可以并发执行（5）一个线程被创建后便开始它的生命周期，在生命周期内会经历等待状态、就绪态、运行态等各种状态变化。
引入线程的好处：创建/结束一个新线程花费时间少、线程之间的切换花费时间少在线程的两种实现方式中：用户级线程只存在于用户态中，与内核无关。
内核级线程所有线程的创建、撤销、切换都由内核实现。
例（1710）请分别从资源分配、创建速度、通信、并行执行效率的角度简述多线程技术优势答：（1）创建线程无需另外分配资源，而创建进程需分配资源（2）因为创建线程无需分配资源，因此速度比创建进程快（3）线程间通信在同一地址空间中进行，不需额外的通信机制，所以通信简单，信息传递速度更快。
（4）线程能独立执行，充分利用，发挥处理器与外围设备并行工作的能力。
进程调度：从就绪进程中选取一个进程，让它占用处理器例（1910）什么是进程调度？在设计调度算法时通常使用吞吐量、周转时间和处理器利用率作为衡量指标，请解释吞吐量和周转时间的含义。
答：进程调度：即处理器调度，是指根据一定的调度算法，系统从就绪队列中选择一个进程，把处理器分配给它。
吞吐量：系统每小时完成的进程数量。
周转时间：指从一个批处理进程提交时刻开始直到该进程完成时刻为止的统计平均时间处理器的调度方式分为抢占式、非抢占式调度算法的设计目标：资源利用率高、公平、平衡、强制执行策略进程调度算法：1.先来先服务算法FCFS：进程按照它们请求处理器的顺序使用处理器。
公平、简单2.最短进程优先算法SJF3.最短剩余时间优先算法SRTN4.最高相应比优先算法HRRF：响应比Rp=（等待时间+预计运行时间）/预计运行时间= 周转时间/预计运行时间5.轮转算法RR6.最高优先级算法HPF7.多级反馈队列算法：综合先进先出、时间片轮转、可抢占式最高优先级算法例（1904）什么是轮转调度算法？请分析时间片长短对算法性能的影响。
答：（1）轮转调度算法是指将处理器的处理时间划分成一个个时间片，就绪队列中的诸进程轮流运行一个时间片。
