操作系统知识点概要

第一章 操作系统概述

1.1操作系统

1.概念
操作系统是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理组织和调度计算机的工作和资源分配，是最基本的系统软件。
2.特征
并发、共享（两个最基本的特征）、虚拟、异步。
并发：指同一时间间隔内发生，区别于并行。微观上分时地交替执行。
3.功能
（1）计算机系统资源（处理机、存储器、文件、设备）的管理者。
（2）用户与计算机硬件系统之间的接囗。
命令接口：允许用户直接使用
程序接口：由一组系统调用命令组成。GUI
系统调用是由操作系统提供给用户的， 它只能通过用户程序间接使用。
4.操作系统的发展：
批处理一>分时一>实时一>网络和分布式
（1）单道批处理：内存中始终保持一道作业，没有交互能力
（2）多道批处理：多道、宏观上并行，微观上串行
（3）分时系统：以时间片为单位，允许多个用户以交互的方式使用计算机。特点：同时性、交互性、独立性、及时性。时间片一定时，用户数越多，响应时间越长。
（4）实时系统：在某个时间限制内完成某些紧急任务而不需时间片排队。特点：及时性、可靠性。
（5）网络和分布式：区别是在分布式中，若干计算机相互协同完成同一任务

1.2系统的运行机制

1.CPU的状态
用户态（目态）、和心态（管态）
2.内核
内核是计算机配置的底层软件。包含四方面的内容：
（1）时钟管理：计时；通过时钟中断的管理实现进程的切换
（2）中断机制：提高CPU的利用率
（3）原语：特点：1）处于操作系统最底层;2）运行具有原子性；3）运行时间短，调用频繁
（4）系统控制的数据结构与处理：如：PCB、作业控制块、设备控制块

1.3.中断和异常

发生中断或者异常时，运行用户态的CPU会立即进入核心态，这是通过硬件实现的。
1.概念
引入中断技术的初衷是提高多道程序运行环境中CPU的利用率
2.分类
外中断：来自CPU执行指令以外的事件的发生。外设请求、时钟中断
内中断（异常、例外、陷入trap）：程序非法操作码、地址越界、算数溢出、虚存系统缺页以及专门的陷入指令
3.系统调用
用户在程序中调用操作系统提供的一些子功能。用户程序可以执行陷入指令（又称访管指令或trap指令）来发起系统调用。
一些由用户态转向核心态的例子：
（1）系统调用
（2）发生一次中断
（3）用户程序发生了一个错误状态
（4）用户程序企图执行一条特权指令
（5）从核心态转向用户态由一条指令实现，这条指令也是特权指令，一般是中断返回指令
注：PV操作是一种低级的进程通信语言， 由两个不可中断的过程组成，并非系统调用 。
注：系统调用是一种特殊公共子程序陷入指令，是唯一一个只能在用户态执行， 而不可在核心态执行的指令。

第二章 进程管理

2.1 进程

1.概念
进程（动态）是资源分配的一个独立单位。程序：静态。进程实体（进程映像）由程序段、数据段、PCB三部分组成。PCB是进程存在的睢一标志。
2.特征
动态性（最基本）、并发性、独立性、异步性、结构性。
独立性：进程实体是一个能独立运行、独立获得资源和独立接收调度的基本单位。
异步性：由于进程的相互制约，使得进程具有执行的间断性
结构性：程序段、数据段和进程控制段组成。
3.进程的状态
运行态、就绪态、阻塞态、创建态、结束态

4.进程控制
（1）进程的创建：1）为新进程分配唯一进程标识号，申请空白PCB；2）为进程分配资源；3）初始化PCB
（2）进程的终止：1)正常结束:进程完成退出；2）异常结束：如越界、非法指令；3）外界干预：父进程请求和父进程终止
（3）阻塞和唤醒
（4）进程切换：区别于调度，切换是执行行为，而调度是决策行为。如：时间片用完、主动放弃处理机、被更高优先级的进程剥夺。注：进程切换的过程包括更新PCB信息。
5.进程的通信
（1）一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。PV操作是低级的通信方式，高级通信方式是指以较高的效率传输大量数据的通信方式。
（2）高级通信方法：

• 共享存储（互斤访问）：在通信的进程之间存在一块可直接访问的共享空间。低级方式：基于数据结构的共享；高级方式：基于存储区。
• 消息传递：直接通信和间接通信。
• 管道通信：利用一种特殊的pipe文件连接两个进程。管道只能采用半双工通信，某一时间段内只能实现单向传输。如果要实现双向同时通信，则需设置两个管道。注：从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读取，它就从管道中被抛弃。

2.2 线程

1.目的：减小程序的时空开销，提高程序并发执行的程度，提高系统效率
2.概念
线程