操作系统概念

本文介绍了操作系统的基本概念,包括进程的本质、地址空间的特点、文件系统的工作原理、保护机制的应用以及shell的作用。详细阐述了进程间的通信方式、系统调用的功能、文件访问权限的设置等内容。

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一、进程

1、进程的本质:正在执行的一个程序。
2、进程的地址空间:从某个最小值的存储位置(通常是零)到某个最大值存储位置的列表。在这个地址空间中,进程可以进行读写。该地址空间中存放有可执行程序、程序的数据以及程序的堆栈。与每个进程相关的还有资源集,通常包含寄存器(含有程序计数器和堆栈指针)、打开文件的清单、突出的报警、有关进程清单,以及运行该程序所需要的所有其他信息。
3、进程基本上是容纳运行一个程序需要所有信息的容器。
在许多操作系统中,与一个进程有关的所有信息,处理该进程自身地址空间的内容以外,均存放在操作系统中的进程表中,进程表是数组(或链表)结构,当前存在的每个进程都要占用其中的一项。一个(挂起的)进程包括:进程的地址空间(磁芯映像),以及对应的进程表项,其中包括寄存器以及稍后重新启动该进程所需的其他信息。

进程间通信:合作完成某些作业的相关进程进行彼此通信以便同步它们的行为。
进程系统调用:进程创建、进程终止、申请更多内存(或释放不再需要内存)、等待一个子进程结束、用另一个程序覆盖该程序等。

系统管理器授权每个进程使用一个给定的UID标识符,每个被启动的进程都有一个启动该进程的用户UID。子进程拥有与父进程一样的UID,用户可以是某个组的成员,每个组也有一个GID标识。

二、地址空间

通常每个进程有一些可以使用的地址集合,典型值从0开始直到某个最大值。在最简单情况下,一个进程可拥有的最大地址空间小于主存。

在23位地址的计算机中,有2^32字节的地址空间;64位就有2^64字节的地址空间。

虚拟内存:操作系统可以把部分地址空间装入主存,部分留在磁盘上,并且在需要时穿梭交换它们。该地址空间与机器的物理内存解耦,可能大于也可能小于该物理空间。

三、文件

操作系统的一项主要功能就是隐藏磁盘和其他I/O设备的细节特性,并提供给程序员一个良好、清晰的独立于设备的抽象文件模型。

进程和文件层次都可以组成树状结构,它们的不同之处在于:
一般进程的树状结构层次不深(低于三层),而文件树状结构的层次常多于4层以上,进程树层次结构是暂时的,时间短,而目录层次是永久性的。进程和文件在所有权及保护方面也有区别:只有父进程能控制和访问子进程,而在文件和目录中存在一种机制,使文件所有者之外的其他用户也可以进行访问。
目录结构中的每个文件都可以通过根目录(目录的顶部)来确定。在读写文件之前,首先要打开文件,检查其访问权限。若权限许可,系统将返回一个文件描述符(小整数),供后续操作使用。若禁止访问就会返回一个错误码。

四、保护

管理系统的安全性完全依赖操作系统,文件的访问权限也是需要进行保护的。
在UNIX系统中,每个文件赋予一个9位的二进制保护码,该保护码有三个3位字段—rwx位,其中r代表可读,w代表可写,x代表可执行。三个字段分别用于所有者,所有者同组中的其他成员以及其他成员。例如:rwxrw-r–代表了所有者可以读写执行文件,同组具有读写权限,而其他成员只具备读的权限。

五、shell

操作系统是进行系统调用的代码,shell是UNIX中的命令解释器,它本身不是操作系统的组成部分,它是终端用户与操作系统之间的界面。

操作系统概念背诵 一、进程管理 1. 进程管理的功能 ① 进程控制 ② 进程同步 ③ 进程通信 ④ 进程(线程)调度 2. 程序顺序执行时的特征:顺序性、封闭性、可再现性。 3. 程序并发执行时的特征:间断性、失去封闭性、不可再现性。 4. 进程由程序段、数据段和进程控制块(PCB)组成。 5. 进程的定义 ① 进程是程序的一次执行。 ② 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。 ③ 进程进程实体的运行过程,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 ④ 进程是程序在一个数据集合上的运行过程,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 6. 进程的基本特征:动态性、并发性、独立性、异步性、结构特征(程序+数据+PCB) 7. 进程的状态 三态:就绪状态、运行状态、阻塞状态。 五态:活动就绪、静止就绪、活动阻塞、静止阻塞、运行。 8. 进程控制块(PCB)的组成:进程标识符、处理机状态、进程调度信息、进程控制信息。 9. 临界区:进程中访问临界资源的那段代码叫做临界区。 10. 同步机制必须遵循的原则:空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待。 11. P, V 操作的定义 P(S):S = S − 1; 若S≥0,则当前进程继续运行; 若S<0,则将当前进程插入到S 的等待队列中去。 V(S):S = S + 1; 若S>0,则当前进程继续运行; 若S≤0,则从S 的等待队列中移出一个进程放到就绪队列中去。 12. 信号量的物理意义 S = −n 时,表示有n 个等待进入临界区的进程,当前已有进程在临界区中访问临界资源; S = 0 时,表示不允许任何进程进入临界区,当前已有进程在临界区中访问临界资源; S = n 时,表示临界区是空闲的,该类资源的可用数目为n,可以有n 个进程访问该类资源。 13. 高级通信机制有:共享存储器系统、消息传递系统、管道通信系统。 14. 线程的定义:线程是进程内的一个实体,是处理机调度的基本单位,是程序内部一个单一的顺序控 制流。 15. 引入进程的目的:是为了使多个程序并发执行,提高资源利用率和系统吞吐量。 16. 引入线程的目的:是为了减少程序并发执行时的时空开销,使操作系统具有更好的并发性。
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