操作系统概念(第七版)——第一章:导论


 

操作系统做咋样

 


 

1. 处理器序列有4个组成部分:总结机硬件,操作系统,系统先后与应用程序和用户。 

 

 
操作系统的组成部分:水源为资源(特别是内存、处理器和I/O设备)提供了最低层次的抽象层。它概括(但不压制)以下组件

  CPU管理器、内存管理器、文件系统、设备管理器

 

 

             
           
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2. 什么是操作系统?(不同看法)

  • 支配程序—-操作系统控制和和谐不同用户的各类应用程序之间的硬件应用。(操作系统是管理统计机硬件的次第,为应用程序提供基础,充当总结机硬件和处理器用户的中介)

  • 资源管理器(资源分配器)—-操作系统管理总结机的资源,使各类应用程序和用户可以使得和公正地操作电脑类别。

  • 扩张机(虚拟机)—-操作系统抽象了总结机硬件,为用户提供了和睦的界面。

  • 不曾通用的可承受定义—–操作系统的留存是因为它们是解决创设可用总括序列问题的合理模式。

 

 

3.操作系统的目的

  • 施行用户程序,更易于地解决用户问题。

  • 使总计机系列让用户使用方便。

  • 实用地运用电脑硬件。

 

4.概念操作系统

  • 一个相比公认的定义是:
    操作系统是直接运转在电脑上的顺序(平时号称内核),其他程序则为系统程序和应用程序。

 


 

总括机类别社团


 

 

  1. 微机类另外操作
  • 现代通用总计机体系由一个或四个CPU和几何设备控制器通过共同的总线相连而成。

 

                                                                       
           
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指引程序:日常位于ROM抑或EEPROM,称为总结机硬件中的固件。用来开首化系统的装有片段(CPU寄存器,设备控制器和内存)。

 

 中断:硬件可随时通过系统总线向CPU发出信号,出发中断。软件通过系统调用(或者其他特别操作)触发中断。

                                                                       
         
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停顿处理程序:发出中断请求的相当程序。

 

指针表:常备位于低地址内存(前100左右的职务),包含各样设施的暂停处理子程序的地方。这种地点的数组或中断向量可经过唯一设备号来索引,以提供设备的中止处理子程序的地点。

停顿处理程序需要修改处理器状态,如修改寄存器的值,以明确保存当前景观并在回到在此之前恢复生机意况。处理搁浅之后,保存的归来地址被装入程序计数器,中断程序重新起始。

 

  1. 存储结构
  • 内存是电脑可以直接访问的唯一的大容量存储区域。它经常被誉为动态随机访问内存

 

一个名列前茅指令执行周期如下:

 

                                         
     
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  • 主存:只有CPU可以从来访问的特大型存储介质。

  • 辅存:非易失性大存储容量的主存储器的扩张——磁盘(绝大多数主次(比如:QQ、浏览器)都封存在磁盘上,直到运行程序时、才装入内存)

  • 磁盘:最常用的辅存。磁盘表面逻辑上划分为磁道,再细分为扇区。磁盘控制器决定设备和电脑之间的逻辑交互。

 

7.I/O结构

  • 设施控制器连接一个或五个装备和CPU。例如SCSI(small
    computer system
    interface)可以连接7个或更多的装置。设备控制器维护一定量的本土缓冲存储和一组特定用途的寄存器,负责在其所控制的外部设备和地点缓冲存储之间举办数量传递。经常操作系统为各样设备控制器提供一个设备驱动,用来驾驭设备控制器,并提供一个装置与此外操作系统的合并接口。

 

I/O操作如下所示:

                         
               
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 尽管是读操作,重返的或是是数额或者数额的指针,假设是其它操作,再次来到的或许是气象音讯。

  • 除此,还有DMA(direct
    memory
    access)的I/O设备,在DMA中设置好缓冲、指针和计数器后,设备控制器能在该地缓冲和内存之间传递整块数据,无需CPU干涉。

  • 每块只暴发一个刹车,告知设备驱动程序操作已到位(低速设备每个字节发生一个搁浅。

 


 

 总结机系列系统布局


 

 

 

 8. 单处理系列:由一个主CPU执行一个通用指令集,包括来自于用户进程的指令;绝大多数系统还包括此外特定目标的微处理器,可能以专用设备处理器的款型出现,也恐怕以通用处理器的样式出现。 
所有专用电脑运行一个受限的指令集,不运行用户进程,有时由操作系统管理,操作系统将任务信息发送给这个电脑。

 

9.多处理器系统,也改成并行系统(parallel
system)或紧耦合系统(tightly coupled
system),这类系统包含六个通信CPU,共享总计机总线。其独到之处如下:

  • 日增吞吐量:通过增添处理器的数额,但与此同时会多出管理三个CPU的开销。

  • 规模经济:通过共享外设,存储和电源来节省资金。

  • 追加可靠性:
    单个处理器失灵不会造成整个类别截止。

 

10.  多处理器系统关键有两体系型:非对称多处理(asymmetric
multiprocessing)和对称多处理(symmetric multiprocessing,SMP)。

  • 非对称多处理(asymmetric
    multiprocessing):每个处理器都有独家特定的任务,一个主处理器控制系列,其他电脑或者从主处理器要任务,或者做先期定义的天职。这种称为主-从涉嫌。

  • 对称多处理(symmetric
    multiprocessing,SMP):每个处理器都要到位操作系统中的所有任务,所有电脑对等,处理器之间从未主-从涉嫌。好处是N个CPU可以同时运转,并且不影响效用。

 

11. 集群系统

  •  
     定义:与多处理器系统一样,集群系统将三个CPU集中起来完成总结任务。可是,集群系统与多处理器系统不同,它是由六个或六个单身的系列耦合起来的。常用的点子是共享存储并经过局域网连接。也分对称和非对称二种。平时用来提供高可用性服务。

 

  • 非对称集群:一台机器处于热备份情势,一台运行应用程序,热备份主机监视现役服务器,假诺该服务器失效,那么切换

  • 对称集群:多台主机都运行应用程序,相互监视,

  • 互动集群:允许六个主机访问共享存储上的一致数量

 


 操作系统结构


 

 

 

 12.
操作系统最首要的少数是要有多道程序处理能力。多道程序设计通过团伙作业(编码或数量)使CPU总有一个作业在实践,从而提高了CPU的利用率。

 

13. 操作系统有两种基本类型:

  • Batch systems(批处理连串)

  • 提姆e-sharingsystems(分时系统)

  • Real timesystems(实时系统)

 

分时系统(或多任务):

  • 是多道程序设计的拉开,允许许多用户同时共享统计机。在分时系统中,尽管CPU
    如故经过在作业之间的切换到执行三个作业,不过由于切换频率很高,用户可以在程序运行期间与之举办相互。

  •  允许多用户共享总括机。由于每个动作或指令都较短,每个用户只需少量CPU时间,用户之间切换时间短,所以用户会感觉到一切系统为友好所用。

  • 分时操作系统采取 CPU
    调度和多道程序设计以提供用户分时总括机的一小部分

 

 

 用户交互输入时,操作系统为了不让 CPU
空闲,会将 CPU 切换来其他用户的次序。 

 

批处理连串(batch system):统计机五次只好运行一个应用程序。批处理一般的劳作:自动将控制从一个办事转移到另一个办事。是首先个中央的操作系统。

 

14. 
装入到内存井执行的顺序平时号称进程
。 ***


 

 分时和多道程序设计需要在存储器中而且保留有多少个作业。平常由于主存较小而无法兼容太多作业,所以这一个作业刚开首储存在磁盘的课业池
(job pool)中 

,该池由所有驻留在磁盘中需要拭目以待分配内存的功课组成。虽然四个作业需要调入内存但没有丰富的内存,
那么系统必须在那个作业中做出选用,如此的核定被喻为作业调度
(job scheduling) 。

 

16. 只要有多少个任务同时需要实施,那么系统必须做出拔取,这样的选用称为 CPU 调度 。

 

17.在分时操作系统中,操作系统必须确保合理的响应时间,这有时需要通过交换到取得。交换时经过被换入内存或由内存换出到磁盘——-实现这一目标更常用的主意是利用虚拟内存。

虚拟内存:允许将一个举办的课业不完全放在内存中。重要的独到之处是程序可以比物理内存大,将内存抽象成一个宏大且统一的贮存数组。

 

分时操作系统也务必提供文件系统。文件系统驻留在一组磁盘上,因而也非得提供磁盘管理。

 


 

操作系统操作

 

 


 

 双重格局操作

18. 事件接二连三由刹车或陷阱引起的。陷阱(或特别)是一种软件中断。

 

19.  
为了区别操作系统代码和用户定义代码的履行,至少需要两种独立的操作模式:用户形式、监督程序形式或者(系统模式、特权格局)。

 

20. 再一次情势操作提供了保安操作系统和用户程序不受错误用户程序影响的手法。其实现模式为:将能唤起损害的机器指令作为特权指令 (privileged instruction)
。如若在用户情势下准备实施特权指令,那么硬件并不执行该指令,而是觉得该指令非法,并将其以陷阱的形式布告操作系统。 

 

过程管理:

 

  1. 注意:程序本身并不是过程,程序是被动的实业,而经过是一个活动的实体。

 

22.单线程进程具有一个顺序计数器来家喻户晓下一个进行的吩咐。这样一个经过的实施必须是连续的。 CPU
一个随后一个地履行过程的下令,直至进程终止。 

多线程进程具有五个程序计数器,每一个针对性下一个加以线程要举行的授命。

 

 

内存管理:

 23. 设若一个顺序要进行,那么它必须先变换成相对地址井装入内存。随着程序的施行,进程能够通过发生相对地址来拜会内存中的顺序指令和数据
。最终,程序终止,其内存空间得以释放,并且下一先后能够装入并得以实施。

 

24.  操作系统负责下列有关内存管理的活动:

  • 笔录内存的哪部分正在被运用及被什么人使用

  • 当有内存空间时,决定如何过程可以装入内存。

  • 依照需要分配和刑满释放内存空间。

 

操作系统的功效:

 

经过管理

 

存储器管理

 

设备管理

 

文件管理

 

 

 

存储管理包括:

 

内存扩大

 

地址映射

 

内存分配

 

内存爱护

 

 


 

 

分布式系统:

25.分布式系统:将物理上分别、各个异构的处理器系列经过网络连接在一块儿,为用户提供系统所保障的各个资源的电脑集合,其亮点有:

  • 资源共享
  • 电脑速度增长
  • 可靠性高
  • 通信方便

 

 


 

 

实时嵌入式系统:

26.嵌入式系统:几乎都是运作实时操作系统,当对总计机操作或数量流动有严俊时间要求时就需要利用实时系统,例如:科学实验、文学成像系统、工业控制系列。——– 定义:实时操作系统是承保在早晚时间限定内完成一定功效的操作系统。

 


 

小结


 

 

 

26. 操作系统是管制总括机硬件并提供应用程序运行环境的软件。也许操作系统最为直观之处在于它提供了人与电脑类其余接口。

 

 27.为了让电脑执行顺序,程序必须放在内存中。内存是总括机能直接访问的绝无仅有的大**容量存储区域。内存为字节或字的数组,容量为数百阻到数百
MB。每个字都有其地址。**内存是易失性存储器,当没有电源时会失去其情节。多数统计机系列都提供了外存以增添内存。二级存储器提供了一种非易失存储,它可以长时间地蕴藏大量数额。最常用的二 级存储器是磁盘,它提供对数码和程序的囤积。

 

28.依据速度和价格,可以将微机系列的例外存储系统按层次来公司。最高层最为昂贵但也最快。随着向层次结构下边移动,每一个位的囤积价格一般降低,而访问时间一般增添。

 

29.处理器类另外统筹有多种不同的办法。单处理器系统只有一个电脑,而多处理器系统包含五个或更多的统计机来共享物理存储及外设。对称多处理技术 CSMP)
是无限常见的多处理器设计技术,其中具有的微机被视为对等的,且相互之间独立地运作。集群系统是一种特殊的多处理器系统,它由通过局域网连接的两个电脑系列组成。 

 

30.为了最好地拔取CPU,现代操作系统采纳允许多少个作业并且放在内存中的多道程序设计,以确保 CPU 中总有-个作业在实施。分时系统是多道程序系统的恢弘,它使用调度算法实现作业之间连忙的切换,好像每个作业在同时开展同样。 

 

 

31.
操作系统必须确保总结机类其余正确操作。为了防范用户干预系统的正规操作,硬件有二种形式:用户模式和基本格局。许多命令(如I/O
指令和停机指令)都是特权的,只可以在基础格局下实施。操作系统所驻留的内存也不可以不加以护卫以防范用户程序修改。定时器制止无穷循环。这一个工具(如双形式、特权指令、内存珍重、定时器中断)是操作系统所利用的基本单元,用以实现科学操作。 

 

32. 经过(或作业)是操作系统工作的中坚单元。进程管理包括成立和删除进程、为经过提供与其他进程通信和协同的建制。操作系统通过跟踪内存的哪部分被利用及被什么人使用来治本内存。操作系统还负责动态地分配和刑释解教内存空间,同时还管理存储空间,包括为描述文件提供文件系统和目录,以及管理大存储器设备的空间。 

 

33. 操作系统必须考虑到它与用户的保障和广元问题。珍爱是提供控制过程或用户访问总括机系统资源的体制。安全措施用来抵御电脑连串所面临的外部或内部的口诛笔伐。 

 

34.  分布式系统允许用户共享通过网络连接的、在地理地点上是散落的处理器的资源。可以通过客户机服务器方式或对等形式来提供劳动。在集群系统中,几个机械能够形成驻留在共享存储器上的多少的乘除,即便某些集群的子集出错,统计仍可以够持续。 

 

35.  局域网和广域网是二种基本的网络项目。局域网允许分布在较小地理区域内的总括机举行通信,而广域网允许分布在较大地理区域内的电脑举办通信。局域网平时比广域网快。 

 

36.  统计机序列具有局部奇异的服务目的,包括为嵌入式环境设计的实时操作系统,如消费设施、汽车和机器人。实时操作系统具有己定义的、固定的大运约束。进程必须在概念的自律内推行,否则系统将出错。多媒体系统涉及多媒体数据传送,平日有展示或应用音频、视频或者联合的节奏和录像流的特别要求。 

 

37. 以来,由于 Internet 和 www
的震慑,现代操作系统也合并了 www
浏览器、网络和通信软件。 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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