【2017上半年自考总结】——书要看三遍之《操作系统概论》

前言

   这次自考，小编报考了《操作系统概论》和《运筹学》。这次自考给小编的感触是学习一定要走心，一定要书看三遍，一定要讲究方法。 

计算机系统概论

    在学习操作系统之前，一定要先了解计算机系统的层次。计算机系统的最内层是硬件，最外层的人通过计算机软件来管理和使用计算机硬件资源。我们要学习的就是管理硬件资源的操作系统和操作系统是怎么管理硬件资源的。

  如图：

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操作系统的发展

操在开始学习操作之前，是一定要对操作系统的发展历史做一定的了解，不然学起来就有些模棱两可，甚至是很多东西不知所以然。在20世纪五十年代里General Motors研究室里实现了第一个操作系统——单道批处理系统，六十年代设计了多道批处理系统。在六十年代里也设计了分时操作系统和实时操作系统。在七十年代里在批处理系统的基础上设计出了微机操作系统，在分时操作系统的基础上设计了网络操作系统。到80年代，依然是根据分时操作系统而设计了分布式操作系统，与此同个年代，根据实时操作系统设计了嵌入式操作系统。当今时代流行的Windows、UNIX和Linux操作系统是在网络操作系统和分布是操作系统的基础上设计出来的。

              

处理器管理

   前面小编已经提到操作系统就是对计算机硬件资源的管理，大致是处理器管理，存储管理，文件管理，设备管理。从而起到了管理计算机资源、控制程序执行、改善人机界面和为应用软件提供支撑的作用。

   在计算机硬件资源中，中央处理器（CPU）处于核心作用，它控制着存储器、文件和设备。它分为系统工作区和用户程序工作区，这个时候它就会根据两种指令操作：特权指令和非特权指令。在控制调用这些资源的时候，它有这自己的工作状态：管态和目态。在目态下只允许执行非特权指令，在管态下可执行包括特权指令在内的一切指令。

   为了提高计算机资源的使用效率，说明程序的执行状态，这个时候需要引入进程的概念。CPU中有两级调度，作业调度：在输入井的后备作业中调入主存储器。进程调度：在主存储器中将进程调用CPU执行。这两个作业需要在有且尚未分配的资源能满足作业执行要求才能进入主存储器和CPU。

   在CPU处理进程中，会由于一些硬件、外部、输入输出和访管中断事件出现中断，这个时候也由CPU来进行中断处理。

   为了提高处理器和外围设备的使用效率，设计了多道程序设计，从而导致多道程序并行执行，多道进程并发执行。在进程的并发执行过程中，会出现互斥与同步问题。PV操作、通信和解决死锁可以解决同步和互斥问题。

    

    

存储管理

   这里的存储管理指的是主存储器的管理，而不是磁盘存储。在存储管理中很重要的一个概念是重定位。在作业运行的过程中，都是先从用户编制的程序和数据信息调度主存储器中，与用户程序对于的地址为逻辑地址，主存储器中的地址为绝对地址，这个时候就会有把逻辑地址转换成绝对地址的过程，而这个过程也叫重定位。重定位分为静态重定位和动态重定位。静态重定位是指在装入作业时，就一次性把作业的逻辑地址转换成绝对地址，在作业执行时不用再次转换。静态重定位不需要借助硬件来转换，软件就能独立完成。动态重定位则是先装入作业，然后借助硬件的基址寄存器来实现逻辑地址和绝对地址的转换。

   存储管理中有单用户连续存储管理、固定分区存储管理、可变分区存储管理和页式虚拟存储管理。单用户连续存储管理和固定分区存储管理用的是静态重定位实现地址的转换。节省了硬件成本的付出，但是使得系统资源利用率不高。可变分区和页式虚拟存储管理用的是动态重定位。可变分区通过移动技术来达到集中分散的空闲区和便于作业动态扩充主存的目的。但移动是有条件的，并且增加了系统的开销。虚拟页式存储管理运用了虚拟存储技术来实现在较小的主存空间里运行较大的作业。在页式存储管理里，为了避免颠簸，采用了先进先出调度算法（FIFO）、最近最久未使用调度算法（LRU）和最近最不经常使用算法（LFU）。

               

文件管理

    对于信息的管理，操作系统设计了文件管理（文件系统）。文件系统实现的功能是从逻辑文件到物理文件之间的转换，有效地分配存储空间，建立文件目录、提供合适的存取方式以适应各种不同的应用，确保文件的安全性，并提供一组文件操作。

                

设备管理

    当文件系统要把逻辑文件转换成物理文件时，操作系统就要启动和控制外围设备。外围设备分为独占设备和可共享设备，当进程调用这些设备的时候，设备管理就需要实现对外围设备的分配和回收、外围设备的启动、实现对磁盘的调度以及通过通道处理外围设备的中断事件。由于CPU的处理速度快于外围设备的传输速度，导致处理器于外围设备之间的工作速度不匹配，这个时候就要用到缓冲技术来解决这个矛盾。缓冲技术有：单缓冲技术、双缓冲技术和缓冲池技术。独占设备的使用不利于提高设备的利用率，为了解决这个问题，需要通过斯普林技术实现虚拟设备。

                 

总结

    通过这次自考，对操作系统有了进一步的认识，能设计操作系统的人真的很厉害，把操作系统设计得那么人性化，不仅把问题想得全面，而且还全面地解决了问题。所以好好学习吧！