计算机操作系统知识点总结

在大三学习操作系统时所做的总结，上传到论坛以备日后复习使用。

第一章操作系统概述

1）计算机软件是指程序和与程序相关的文档的集合
2）按功能可把软件分为“系统软件”和“应用软件”两部分
系统软件：操作系统语言处理程序，数据库管理系统
应用软件：各种管理软件，用于工程计算的软件包，辅助设计软件
3）发展的动力：
(1) 提高计算机资源的利用率的需要
(2) 方便用户使用计算机的需要
(3) 硬件技术不断发展的需要
(4) 计算机体系结构发展的需要
4）操作系统的定义：
操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，以及方便用户使用计算机的一个大型程序
5）操作系统的功能：
处理机管理：进程控制，进程同步，进程通信、调度、实施CPU分配
存储器管理：内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充
设备管理：缓冲管理，设备分配，设备管理
文件管理：存储空间管理，目录管理，读写管理和保护
与用户有关的接口：用户接口，程序接口，人机交互
6）操作系统另一种定义：操作系统是一组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合
操作系统的种类：

1. 单道批处理系统
   特点：单路性、独占性、自动性、封闭性、顺序性
   缺点：系统的资源得不到充分的利用
2. 多道批处理系统
   发展动力是提高资源利用率和系统吞吐量。
   特点：多路性、共享性、自动型、封闭性、无序性、调度性
   好处：提高CPU的利用率，提高内存和I/O设备的利用率
   增加系统吞吐量
   缺点：平均周转时间长，无交互能力
3. 分时系统
   推动其发展的动力是满足用户对人机交互的需求。
   分时系统是指在一台主机上连接了多个配有显示器和键盘的终端，由此所组成的系统，该系统允许多个用户同时通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。采用了“时间片轮转”的处理机调度策略
   关键问题：是人机交互，即用户请求的及时接受和及时处理问题。
   解决措施：通过在系统中配置多路卡以连接多路终端从而实现用户请求的 及时接收，采用时间片轮转的进程调度算法实现用户请求的及时处理问题。
   特征：多路性、独立性、及时性、交互性
4. 实时系统
5. 以上操作系统共有的特征：并发、共享、虚拟、异步四个基本特征
6. 并发与并行的区别：
   并行：两个或多个事件在同一时刻发生。
   并发：两个或多个事件在同一时间间隔内发生。

第二章进程的描述与控制

1 程序是一个在时间上严格有序的指令集合
2 在单道程序设计下，系统具有的特点：资源的独占性、执行的顺序性、结果的再现性
在多道程序设计环境下，系统具有：执行的并发性、相互的制约性、状态的多变性（不可再现性）
3. 并发、并行、串行
a. 从宏观上看是并行，同时在内存的多个程序都在执行着，互不影响
b. 从微观上看是串行，由于CPU在任何时刻只能执行一个程序，因此这些程序轮流占用CPU，交替执行着
c. 我们把“逻辑上相互独立的程序，在执行时间上相互重叠，一个程序的执行还没有结束，另一个程序的执行已经开始”的这种特性称为程序执行的并发性
4. 程序在顺序执行时的三个特征：顺序性、封闭性、可再现性 p34
5. 程序在并行执行时的三个特征：间断性、失去封闭性、不可再现性
6. 进程的定义：进程是进程实体的运行过程，是系统运行资源分配和调度的一个基本单位。
A 进程的特征：动态性、并发性、独立性、异步性
7. 对进程的描述
a. 进程是程序的一次执行过程
b. 进程的运行活动是建立在某个数据集合上的
c. 进程是在获得资源的基础上从事自己的运行活动
8. 程序和进程的区别
a. 程序是指令的有序集合，是静态的，进程是程序在处理机上的一次执行过程，是动态的。程序的存在时永久的，而进程是有生命周期的，它因创建而产生，因调度而运行，因撤销而消亡
b. 进程是程序的一次执行过程，程序是进程赖以存在的基础
c. 进程具有并发性，而程序并发执行会失去可再现性
d. 进程是系统分配和调度的独立单位，进程由程序、数据集合和进程控制块组成
9. 系统进程的使用级别高于用户进程

a. 一个进程从运行状态变为就绪状态，一定会引起另一个进程从就绪变为运行
b. 一个进程从运行状态变为阻塞状态，一定会引起另一个进程从运行状态变为就绪状态；这种因果变迁绝对不可能发生，因为一个CPU不可能真正同时运行两个进程
c. 一个进程从阻塞状态变为就绪状态，不一定会引起另一个进程从就绪状态变为运行状态
d. 一个进程被唤醒意味着进程状态变为就绪状态
10. 进程的三个组成部分：程序、数据集合、进程控制块（PCB）
11. 进程控制块是进程存在的唯一标示，且有如下功能：
a.作为独立运行基本单位的标志
b.能实现间断性运行方式
c.提供进程管理所需要的信息
d.提供进程调度所需要的信息
e.实现与其他进程的同步与通信
12. 进程控制块的组织方式：线性方式、链使方式、索引方式
13. 引起创建进程的事件：用户登录（分时系统）、作业调度（多道批处理系统）、提供服务、应用请求
14. 进程的创建过程：
a. 申请空白PCB，为新进程申请获得唯一的数字标识符
b. 为新进程分配其运行所需要的资源
c. 初始化进程控制块（PCB），包括：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
d. 如果新进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入就绪队列

15. 引起进程阻塞和唤醒的四个事件：向系统请求共享资源失败、等待某种操作的完成、新数据尚未到达、等待新任务的到达
16. 信号量机制：整型信号量（只有PV操作，但是没有阻塞和唤醒服务，因此不能解决让权等待问题） ，记录型信号量（相较于整型，增加了阻塞唤醒服务），AND信号量（将进程需要的资源一下子都赋予，当条件都满足时才能得到）
17. 信号量的初值不能为负数，一般是大于等于0，其他情况可以是负整数
18. 信息的传递方式：
    共享存储器系统：1.基于共享数据结构的通信方式 2. 基于共享存储区的通信方式
    管道通信系统：没发完的时候不能取，没取完的时候不能发，为了协调通信，管道通信应具有互斥、同步、确定对方是否存在的的能力
    消息传递系统：基于此通信方式的属于高级通信方式，1.直接通信方式，发送 方进程的消息挂在接收方进程的消息队列后边，消息队列属于临界资源 2.间接通信方式，通过中间实体（邮箱）的方式完成消息传递
    客户机-服务器系统：套接字（socket）、远程过程调用、远程方法调用
19. 信号量的应用：
    利用信号量实现进程互斥关系，设置信号量初值为1，且PV操作成对的出现在一个进程中
    利用信号量实现前趋关系（同步），设置信号量初值为0（不一定），PV操作成对的分别出现在两个进程中，先执行的放V，后执行的放P
20. 信箱的类型：a. 私用邮箱 b.公用邮箱 c. 共享邮箱
    利用邮箱通信时，发送进程和接受进程之间存在四中关系：一对一、多对一、一对多、多对多

第三章处理机调度与死锁

1. CPU利用率=
   系统吞吐量=总共完成的多少道作业/总共花的时间 单位时间内完成的作业数量
   周转时间=作业完成时间—作业到达时间 衡量系统性能的指标
   平均周转时间=各作业周转时间之和/作业数
   带权周转时间=周转时间/作业实际运行时间

2. 处理机调度的层次：
   A． 高级调度（长调度、作业调度）：多用于多道批处理系统，不用于分时和实时系统，调度对象是作业
   B． 中级调度（内存调度）：提高内存利用率和系统吞吐量，实现的是对换功能
   C． 低级调度：分配处理机给队列中的进程，在多道批处理、分时、实时系统中都有实现

3. 作业调度经历：收容、运行、完成三个阶段，分别对应收后备、运行、完成三个状态
   后备状态作业在外存，运行状态在内存，运行状态包含了就绪状态

4. 作业调度算法
   A 先来先服务算法（FCFS） 非抢占式 B 短作业优先（SJF） 会导致饥饿现象 可抢占 C 优先级调度算法 可抢占
   D 高响应比优