考研操作系统笔记

参考课本: 计算机操作系统第四版 (汤小丹)

第一章: 操作系统引论

操作系统的定义

操作系统的功能(4个管理,3个接口)

1. 处理器管理
2. 存储器管理
3. 文件管理
4. 设备管理
5. 用户接口
   • 命令接口{ 联机命令接口, 脱机接口(批处理命令接口)(*.bat, shell脚本) }
   • 程序接口=系统调用
   • GUI图形接口

操作系统的特征

最基本的是: 并发性 共享性

1. 并发性
   • 并发: 间隔着运行
   • 并行: 同时运行
2. 共享性
   • 互斥共享
   • 同时共享
3. 虚拟性
4. 异步性

操作系统的发展阶段

1. 无操作系统
2. 批处理操作系统
   • 单道批处理操作系统
   • 多道批处理操作系统
3. 分时操作系统
   优点: 提供人机交互功能
   缺点: 不能优点处理紧急任务
4. 实时操作系统
   • 硬实时操作系统(必须在规定时间完成)
   • 软实时操作系统(偶尔接受超时)

系统调用

系统调用发生在用户态,处理是在核心态进行的
陷入指令会产生内中断,从用户态进入核心态

应用程序可以通过汇编语言直接进行系统调用,也可以通过c语言的库函数间接进行系统调用。

步骤

1. 传递系统调用所需的参数
2. 通过陷入指令trap指令, 用户态进入核心态
3. 系统调用函数,执行特定的系统内核功能
4. 最后返回结果,并且内核态返回用户态

附:
不要系统调用:

• abs函数

要系统调用:(与资源有关的操作,会影响其他进程的操作)

• 读写文件
• 整数除以0

微内核

• 优点: 可靠性好, 灵活性(可扩充性), 便于维护。
• 缺点: 系统效率不高, 性能低

中断与异常

发生中断,系统进入核心态,当前的进程暂停运行,操作系统内核处理中断。

广义的中断:

1. 内中断:(来源CPU内部)
   • 访管指令(trap指令)
   • 缺页
   • 除以零
2. 外中断(狭义的中断):
   • 外设请求
   • 人工干预

用户态,核心态

用户态->核心态, 中断是唯一途径
核心态->用户态, 通过执行特权指令,将程序状态字PSW标志位设为用户态
特权指令只能由系统内核使用

---

第二章: 进程

进程的定义

进程的组成:

1. PCB (进程控制块)
2. 数据段
3. 程序段

进程的组织

1. 链接方式
2. 索引方式

进程的特征: 4个

1. 动态性 (最基本的特征)
2. 并发性
3. 独立性
4. 异步性

进程的状态(重要考点)

3种基本状态

1. 运行态
   单核CPU一次最多只能有一个进程同时运行
2. 就绪态
   具备运行条件, 但没有空闲CPU
3. 阻塞态
   进程执行受阻, 例如IO请求等, 没有资源, 没有空闲CPU

另外2种状态

1. 创建状态
2. 终止状态

状态之间的转换

小结

进程控制

进程通信

1. 共享存储 (互斥)
   • 基于共享数据结构的通信 (低级)
   • 基于共享存储区的通信
2. 管道通信
   每个管道只能半双工, 互斥访问,
   如果没写满,就不允许读, 如果没读完,就不允许写
3. 消息传递
   系统提供接受发送原语
   • 直接通信方式
   • 间接通信方式

线程 Thread

引入线程后, 线程成为程序执行流的最小单位, 提高系统并发度
进程是资源分配的基本单位, 线程是调度的基本单位

线程的实现方式

1. 用户级线程
   切换在用户态下完成
2. 内核级线程
   切换在核心态下完成
   内核级线程才是CPU分配的单位
3. 组合方式
   • 多对一模型
     缺点: 一个线程阻塞会导致整个进程被阻塞
   • 一对一模型
   • 多对多模型

调度的三个层次

1. 高级调度 = 作业调度
   调度对象是作业,
   用于多道批处理系统
2. 低级调度 = 进程调度
   调度对象是进程, 最基本的调度
3. 中级调度 = 内存调度
   不运行的进程挂起, PCB仍留在内存中

进程调度的方式

1. 非抢占式 (用于早期批处理系统)
2. 抢占式 (用于分时,实时操作系统)