操作系统的发展过程

• 未配置操作系统的计算机系统
  • 人工操作方式
    • 穿卡片/或纸带
      • 缺点
        • CPU与I/O设备之间的速度不匹配
  • 脱机输入/输出方式
    • 用一台或多台外围机
      • 优点
        • 减少cpu等待时间
        • 提高I/O速度(多设备输入提高方式)
  • 关键字词：单用户、CPU.内存长期空闲
• 单道批处理系统
  • 解决问题:提高系统的资源利用率和系统吞吐量
  • 特点:在内存安装作业控制说明书一个作业一个作业的执行
    • 备注:作业控制说明书是用户提供的,用作业控制语言编写的;用以表达作业控制意图。
  • 缺点
    • 系统中资源不能得到充分的利用，因为I/O设备的低速性，更使cpu的利用率显著降低
    • 系统中资源不能得到充分的利用，因为I/O设备的低速性，更使cpu的利用率显著降低
  • 关键字词：I/O太慢，CPU太快
• 多道批处理系统
  • 设计目的：进一步提高资源利用率和系统吞吐量
  • 优缺点
    • 优点
      • 资源利用率高、吞吐量大
    • 缺点
      • 每个程序都要很久才处理完、无交互能力
• 分时系统
  • 设计目的:满足人–机交互的需求
  • 系统描述:指一个主机上连接配有多个显示器和键盘的终端并以此组成的系统，(需要在系统中配置多路卡)
  • 名词解释
    • 时间片
      • 每个进程被分配一时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间。
    • 时间片轮转调度算法
      • 概述:调度程序所要做的就是维护一张就绪进程列表，当进程用完它的时间片后，它被移到队列的末尾。
      • 常见算法
        • 多级反馈队列调度算法
        • 优先权调度算法
        • 高响应比优先调度算法
        • 调度说明：很多按照绪队列,并为各个队列赋予不同的优先级，通过不同的方式调度进程
    • 作业调度
      • 系统按照某种算法从外存中选择一个或者多个作业进入内存的过程
    • 进程调度
      • 系统按照某种算法从内存中选择一个或者多个进程，让它或者它们投入运行
    • 周转时间
      • 一个作业从开始到结束所用时间
    • 响应时间
      • 从接受作业开始到得到第一个结果结束
    • 多路卡
      • 实现多路分时复用
  • 系统特征
    • 多路性
      • 提高资源利用率，降低费用。
    • 独立性
      • 彼此操作不会干扰
    • 及时性
      • 用户的请求能够短时间获得相应
    • 交互性
      • 用户能够请求系统提供多方面服务
  • 由于多用户，所以要有“多路卡”、作业直接入内存、有个“时间片”调度作业
• 实时系统
  • 系统特征:将时间作为关键参数，它必须对所接收到的某些信号做出”及时”或”实时”的反应。
  • 系统分类
    • 工业(武器)控制系统
      • 武器控制
      • 自动驾驶
    • 信息查询系统
      • 订票、查询等系统
    • 多媒体系统
    • 嵌入式系统
  • 任务分类
    • 周期实时任务和非周期性实时任务
    • 硬实时任务和软实时任务
      • 硬实时任务多在武器控制，工业控制等后果严重的系统
      • 软实时任务多用于信息查询等系统
• 进程的描述与控制
  • 进程的执行
    • 前趋图
    • 程序的顺序执行
      • 三个特征
        • 顺序性
        • 封闭性
          • 运行时独占全机资源，资源的状态只有本程序才能改变
        • 可再现性
    • 程序的并发执行
      • 特征
        • 间断性
          • 共享资源，完成一个任务相互合作，并相互制约
        • 失去封闭性
        • 不可再现性
          • 程序经过多次执行后，虽然环境和初始条件相同，但是得到结果却不相同
      • 执行条件
        • 读写集
          • 读基：R(Pi)={a1,a2,a3,….},是程序Pi在执行期间所需要的参考的所有的变量的集合，称为读基。
          • 写集：W(Pi)={b1,b2,b3,……},是程序Pi在执行期间所要改变的所有变量的集合
        • Bernstein条件
          • 若两个程序各自的读写集两两相交为空，则它们并发执行其有可能具有在现性。
  • 进程的描述
    • 进程的定义和特征
      • 定义
        • 进程是程序的一次执行
        • 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行所发生的活动。
        • 进程的组成:数据段，程序段，PCB
      • 特征
        • 动态性
          • 进程由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡
          • 程序是一组有指令的集合，并存放在某种介质上，所以它是静态的。
        • 并发性
          • 它是指多个进程实体同存内存中，且能在一段时间内同时运行。
        • 独立性
          • 独立运行、获取资源、接受调度的基本单位
        • 异步性
          • 各自独立的、不可预知的速度向前推进。
    • 进程的基本状态及其转换
      • 基本状态{见名知意}
        • 就绪状态
        • 执行状态
        • 阻塞状态
    • 挂起操作和进程状态的转换
      • 其余类容详见P38
      • 注意各种状态之间的切换已经加入挂起状态后的名称变化
    • 进程管理中的数据结构
      • 数据结构一般为
        • 内存表
        • 设备表
        • 文件表
        • 进程管理的进程表
      • PCB的作用
        • 作为独立运行的基本单位的标志
        • 能实现间断性运行方式
        • 提供进程管理所需的信息
        • 提供进程调度所需要的信息
        • 实现与其他进程的同步通信
      • PCB中的信息（重点）
        • 进程标识符
          • 外部标识符
            • 为伦理描述进程的家族关系，还设置父进程标识及子进程标识
            • 内部标识符
              • 通常为进程序号
        • 处理机状态
          • 处理机状体信息也称为处理机的上下文，由各种寄存器中内容组成
            • 通用寄存器
            • 指令计数器
            • 程序状态字(PSW)
            • 用户栈指针
            • 处理机的执行状态
              • 系统态/管态/内核态
                • 具有较高特权，能执行一切指令
                • 用户态/目态
                  • 较低特权能执行指定指令
        • 进程调度信息
          • 进程状态
          • 进程优先级
            • 进程的权重数值，权重高优先处理。
            • 进程调度所需其他信息
            • 事件
              • 代指阻塞原因,后面有那些原因
        • 进程控制信息
          • 程序和数据的地址
            • 数据在内存或外存的地（首）址
            • 进程的同步通信基质
              • 如：消息指针、信号量等
              • 资源清单
                • 该进程所需的全部资源（CPU除外）
                • 还有一张已分配的资源清单
                • 链接指针
                  • PCB所在队列的下一个进程的PCB首地址。
      • PCB的组织方式
        • 线性方式
        • 链接方式
        • 索引方式
  • 进程的生命周期及其过程
    • 进程的创建
      • 引起创建进程的事件
        • 系统创建
          • 用户登陆
          • 作业调度
          • 提供服务
        • 用户创建
          • 应用请求
      • 创建过程
        • 1.事件请求，调用原语。
        • 2.申请空白PCB
        • 3.初始化PCB
          • 初始化标识信息
          • 初始化处理机状态信息
          • 初始化处理机控制信息
        • 4.插入到就绪队列
    • 进程的阻塞和唤醒
      • 引起进程阻塞和唤醒的事件
        • 向系统请求共享资源失败
        • 等待某操作完成
        • 新数据尚未到达
        • 等待新任务到达
      • 阻塞过程
        • 主动行为，调用原语block改变进程控制块(PCB)中的现行状态，插入到PCB阻塞队列中
      • 唤醒过程
        • 被动行为,由前趋事件唤醒。调用原语wakeup移出阻塞队列，然后改变PCB中的现行状态。
    • 进程的挂起与激活
      • 过程参考阻塞过程和唤醒过程挂起原语suspend激活原语active
    • 进程的终止
      • 引起进程终止的事件
        • 正常结束
        • 异常结束
          • 越界错、保护错、非法指令、特权指令错、运行超时、等待超时、算术运算错、I/O故障
        • 外界干预
  • OS内核
    • OS内核:通常将一些与硬件紧密相关的模块(中断模块等)、各种常用设备的驱动程序以及运行频率较高的模块等，它们常驻内存，我们称之为OS内核。
    • OS内核
      • 支持功能
        • 中断处理
        • 时钟管理
        • 原语操作
          • 原语是指不能在分割的若干指令，特点在于不能进行中断，执行就必须执行结束。
      • 资源管理功能
        • 进程管理
          • 进程的调度与分派、进程的创建与撤销等
        • 存储器管理
          • 物理地址与逻辑地址之间的转换、内存分配与回收、内存保护和对换功能
        • 设备管理
          • 设备驱动管理、缓和CPU和I/O之间缓冲管理
  • 进程的同步
  • 经典进程的同步问题
  • 进程通信
  • 线程的基本概念
  • 线程的实现
• 操作系统概述
  • 操作系统的主要功能
    • 处理机管理功能
      • 进程控制
      • 进程同步
      • 进程通信
      • 调度
    • 存储器管理功能
      • 内存分配
      • 内存保护
      • 地址映射
      • 内存扩充
    • 设备管理功能
      • 缓冲管理
      • 设备分配
      • 设备处理
    • 文件管理功能
      • 文件存储空间的管理
      • 目录管理
      • 文件的读写管理
      • 文件存取控制
    • OS与用户之间的接口
      • 用户接口
        • 联机用户接口
        • 脱机用户接口
        • 图形用户接口
      • 程序接口
  • 操作系统的目标
    • 方便性
    • 有效性
    • 可扩展性
    • 开放性
  • 操作系统的基本特征
    • 并发
      • 并行与并发
      • 引入进程
    • 共享
    • 虚拟
    • 异步
• 微机操作系统(四代)
  • 单用户单任务操作系统
    • CP/M
    • MS-DOS
  • 单用户多用户操作系统
    • Windows98之后的系统
  • 多用户多任务操作系统
    • UNIXos
    • SolarisOS
    • LinuxOS
• 网络操纵系统
• 分布式操作系统