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★:通常把操作系统定义为用以控制和管理计算机系统资源方便用户使用的程序和数据结构的集合。
★:批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、个人计算机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。
①批处理操作系统
特点:
用户脱机使用计算机
成批处理
多道程序运行
优点:
由于系统资源为多个作业所共享,其工作方式是作业之间自动调度执行。并在运行过程中用户不干预自己的作业,从而大大提高了系统资源的利用率和作业吞吐量。
缺点:
无交互性,用户一旦提交作业就失去了对其运行的控制能力;而且是批处理的,作业周转时间长,用户使用不方便。
批处理系统中作业处理及状态
②分时操作系统(TimeSharingOS)
分时操作系统是一个联机的多用户交互式的操作系统,如UNIX是多用户分时操作系统。
分时计算机系统:由于中断技术的使用,使得一台计算机能连接多个用户终端,用户可通过各自的终端使用和控制计算机,我们把一台计算机连接多个终端的计算机系统称为分时计算机系统,或称分时系统。
分时技术:把处理机的响应时间分成若于个大小相等(或不相等)的时间单位,称为时间片(如100毫秒),每个终端用户获得CPU,就等于获得一个时间片,该用户程序开始运行,当时间片到(用完),用户程序暂停运行,等待下一次运行。
特点:
人机交互性好:在调试和运行程序时由用户自己操作。
共享主机:多个用户同时使用。
用户独立性:对每个用户而言好象独占主机。
③实时操作系统(real-timeOS)
实时操作系统是一种联机的操作系统,对外部的请求,实时操作系统能够在规定的时间内处理完毕。
特点:
有限等待时间
有限响应时间
用户控制
可靠性高
系统出错处理能力强
设计实时操作系统要考虑的一些因素:
(1)实时时钟管理
(2)连续的人—机对话
(3)过载
(4)高度可靠性和安全性需要采取冗余措施。
④通用操作系统
同时兼有多道批处理、分时、实时处理的功能,或其中两种以上的功能。
⑤个人计算机上的操作系统
个人计算机上的操作系统是联机的交互式单用户操作系统,目前在个人计算机上使用的操作系统以windows系列和linux系统为主。
⑥网络操作系统
特征:
(1)计算机网络是一个互连的计算机系统群体。这些计算机在物理上是分散的。
(2)这些计算机是自治的,每台计算机有自己的操作系统,各自独立工作,它们在网络协议控制下协同工作。
(3)系统互连要通过通信设施(硬件、软件)来实现。
(4)系统通过通信设施执行信息交换、资源共享、互操作和协作处理。
⑦分布式系统(DistributedSystem)
特征:
(1)功能的分布
(2)坚强性
(3)高可靠性
★
处理机管理、存储管理(内存分配、存储保护、内存扩充)、设备管理(通道、控制器、输入输出设备的分配与管理,设备独立性)、信息管理(文件系统管理)、用户接口(程序一级的接口、作业一级的接口)。
通道:用于控制I/O设备与内存间的数据传输。启动后可独立于CPU运行,实现CPU与I/O的并行。
通道有专用的I/O处理器,可与CPU并行工作
可实现I/O联机处理
中断是指CPU在收到外部中断信号后,停止原来工作,转去处理该中断事件,完毕后回到原来断点继续工作。
中断处理过程:中断请求,中断响应,中断点(暂停当前任务并保存现场),中断处理例程,中断返回(恢复中断点的现场并继续原有任务
监督程序发展为执行系统(executivesystem),常驻内存
★
特点
多道:内存中同时存放几个作业;
宏观上并行运行:都处于运行状态,但都未运行完;
微观上串行运行:各作业交替使用CPU;
优点:
资源利用率高:CPU和内存利用率较高;
作业吞吐量大:单位时间内完成的工作总量大;
缺点:
用户交互性差:整个作业完成后或中间出错时,才与用户交互,不利于调试和修改;
作业平均周转时间长:短作业的周转时间显著增长;
多道程序系统中,要解决的问题:同步互斥、内存不够、使用效率、内存保护
:
构成计算机的基本硬件元素:处理器、存储器、输入输出控制与总线、外部设备。
与操作系统相关的几种主要的寄存器
数据寄存器
地址寄存器
条件码寄存器
程序计数器
指令计数器
程序状态字PSW
中断现场保护寄存器
过程调用用堆栈
存储器的访问速度
指令的执行和中断
操作系统的启动
启动电源——产生中断信号——触发CPU中的一段指令发现操作系统引导区位置——导入内存执行——操作系统程序加载到内存制定区域——初始化硬件……
begin….end算法的开始于结束
repeat操作…..until条件当“条件”未被满足时重复所描述的“操作”
while条件do操作…….od当“条件”满足时,进行相应的“操作”
if条件then操作else操作fi满足“if”所指的“条件”时,进行“then”后的相关“操作”,否则完成“else”后的相关操作。
第二章
★:在一次应用业务处理过程中,从输入开始到输出结束,用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作称为一个作业。
作业由不同的顺序相连的作业步组成,作业步是一个作业的处理过程中计算机所做的相对独立的工作。
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作业由三部分组成,即程序、数据和作业说明书。作业中包含的程序和数据完成用户所要求的业务处理工作,作业说明书则体现用户的控制意图。
★由作业说明书在系统中生成一个称为作业控制块(JCB)的表格,JCB包括:作业名、估计执行时间、优先数(用于调度)、作业说明书文件名、程序类型、资源要求(静态申请和动态申请)、作业状态(提交后各执行完成)。
作业说明书包括:作业基本情况描述(用户名、作业名、使用语言名、允许最大处理时间等)、作业控制描述(控制方式、操作顺序、出错处理等)、作业资源要求描述(要求处理时间、内存空间、外设类型和数量、处理及优先级、库函数或实用程序等)。
★
①联机输入输出方式
联机输入输出方式大多用在交互式系统中,用户与系统通过交互式会话输入输出作业。在联机输入输出方式中,外围设备直接与主机相连接。
②脱机输入输出方式
脱机输入又称为预输入方式,利用低档个人计算机作为外围处理机进行输入输出处理。
③直接耦合方式
把主机与低档外围通过一个公用的大容量外存直接耦合起来。
④SPOOLING系统(外围设备同时联机操作)
多台外围设备通过通道或DMA器件和主机与外存连接起来。
⑤网络联机方式
网络联机方式以上述几种输入输出方式为基础。当用户通过计算机网络中的某一台设备对计算机网络中的另一台主机进行输入输出操作时,就构成了网络联机方式。
系统调用大致可分为6类:
(1)设备管理:该类系统调用被用来请求和释放有关设备以及启动设备操作等。
(2)文件管理:包括对文件的读、写、创建和删除等。
(3)进程控制:包括进程创建、进程执行、进程撤销、进程等待和执行优先级控制等。
(4)进程通信:该系统调用被用在进程之间传递消息或符号。
(5)存储管理:包括调查作业占据内存区的大小、获取作业占据内存区的始址等。
(6)线程管理:包括线程的创建、调度、执行、撤销等。
系统调用的实现:当用户使用系统调用时,产生一条相应的指令,处理机在执行到该指令时发生相应的中断,并发出有关信号给该处理机制。该处理机制在收到了处理机发来的信号后,启动相关的处理程序去完成该系统调用所要求的功能。
陷进处理机构:在系统中为控制系统调用服务的机构称为陷进处理机构。
陷进指令:把由于系统调用引起处理机中断的指令称为陷进指令。
第三章
程序用来描述计算机所完成的独立功能,并在时间上严格地按前后次序相继地进行计算机操作序列集合,是一个静态概念。
个程序由若干个程序段组成,而这些程序段的执行必须是顺序的,这种程序执行的方式就称为程序的顺序执行。
程序顺序执行的特点:
处理机严格按照程序所规定的顺序执行,即每个操作必须在下一个操作开始之前结束。
程序一旦开始执行,其计算结果不受外界的影响,当程序的初始条件给定之后,其后的状态只能由程序本身确定,即只有本程序才能改变它。
程序执行的结果与初始条件有关,而与执行时间无关。即只要程序的初始条件相同,它的执行结果是相同的,不论它在什么时间执行,也不管计算机的运行速度。
多道程序系统中程序执行环境的变化
执行环境的特点:
(1)独立性
在多道环境下执行的每道程序都是逻辑上独立的。
(2)随机性
程序和数据的输入和执行开始时间都是随机的。
(3)资源共享
软硬件资源的有限性导致资源共享。
程序并发执行:若干个程序段同时在系统中运行,这些程序的执行在时间上是重迭的,一个程序段的执行尚未结束,另一个程序段的执行已经开始,即使这种重迭是很小的,也称这几个程序段是并发执行的。
2.★.进程:进程是一个程序对某个数据集的执行过程,是分配资源的基本单位。
进程和程序的区别与联系:
①程序是指令的集合,是静态的概念。进程是程序在处理机上的一次执行的过程,是动态的概念。程序可以作为软件资料长期保存。进程是有生命周期的。
②进程是一个独立的运行单位,能与其它进程并行(并发)活动。而程序则不是。
③进程是竞争计算机系统有限资源的基本单位,也是进行处理机调度的基本单位。
④不同的进程可以包含同一程序,只要该程序所对应的数据集不同。
作业和进程的关系
作业是用户需要计算机完成某项任务时要求计算机所做工作的集合。而进程则是已提交完毕程序的执行过程的描述,是资源分配的基本单位。
其主要区别如下:
作业是用户向计算机提交任务的任务实体。
一个作业可由多个进程组成。
作业的概念主要用于批处理系统中。
进程描述
在系统中一个进程存在:进程控制块PCB、有关程序段、数据结构集
进程控制块PCB(ProcessControlBlock)
包含一个进程的描述信息、控制信息及资源信息,有些系统还有进程调度等待所使用的现场保护区。PCB集中反映一个进程的动态特征。在创建时,建立PCB,并伴随进程运行的全过程,当进程完成其功能后,系统释放PCB,进程也随之消亡
(1)描述信息
1、进程名或进程标识号name
每个进程都必须有一个唯一的标识符,可以是字符串,也可以是一个数字。UNIX系统中就是一个整型数。在进程创建时由系统赋予。
2、用户名或用户标识号
每个进程都隶属于某个用户,用户名或用户标识号有利于资源共享和保护
3、家族关系processfamily
有的系统允许一个进程可创建自已的子进程,子进程还可以创建,一个进程往往处在一个家族之中,就需要记录进程在家族中位置的信息。
(2)控制信息
1、进程当前状态status
说明进程当前所处的状态。
为了管理的方便,系统设计时会将相同的状态的进程组成一个队列,如就绪进程队列,等待进程则要根据等待的事件组成多个等待队列,如等待打印机队列、等待磁盘I/O完成队列等等。
2、进程优先级priority
进程的优先级反映进程的紧迫程度,通常由用户指定和系统设置。
3、执行程序开始地址start-addr
4、各种计时信息
进程占用系统资源的情况,不同的系统的处理差别很大。
5、通信信息communicationinformation
是指某个进程在运行的过程中要与其它进程进行通信,该区记录有关进程通信方面的信息。
(3)资源管理信息
包括有关存储器的信息、使用输入、输出设备的信息、有关文件系统的信息:
1、占用内存大小及管理用数据结构指针。
2、在某些复杂系统中,还有对换或覆盖用的有关信息。
3、共享程序段大小及起始地址。
4、输入输出设备的设备号,所要传送的数据长度、缓冲区地址、缓冲区长度及使用设备的有关数据结构指针等。
5、指向文件系统的指针及有关标识等。
(4)、CPU现场保护区cpustatus
当进程因某种原因不能继续占用CPU时(等待打印机),释放CPU,这时就要将CPU的各种状态信息保护起来,为将来再次得到处理机恢复CPU的各种状态,继续运行。
②进程上下文实际上是进程执行活动全过程的静态描述。
进程上下文是一个抽象的概念,它包含了每个进程执行过的、执行时的以及待执行的指令和数据,在指令寄存器、堆栈(存放个调用子程序的返回点和参数等),状态字寄存器等中的内容。