自考《操作系统》概述（1）

1、操作系统的分类

按照操作系统提供的服务，大致可以把操作系统分为有单道和多道之分的批处理系统，有同时性和独立性的分时系统，有严格时间规定的实时系统，可实现资源共享的网络系统，可协调多个计算机以完成一个共同任务的分布式系统。我们使有的windows是网络式系统。

2、操作系统的结构

操作系统具有层次结构……

层次结构最大特点是整体问题局部化来优化系统，提高系统的正确性、高效性使系统可维护、可移植。

主要优点是有利于系统设计和调试；主要困难在于层次的划分和安排。

3、操作系统与用户

（1）作业执行步骤

操作系统提供给用户表示作业执行步骤的手段有两种：作业控制语言和操作控制命令。

作业控制语言形成批处理作业。操作控制命令进行交互处理。

（2）系统调用

操作系统提供的系统调用主要有：文件操作类，资源申请类，控制类，信息维护类系统调用往往在管态下执行。

当操作系统完成了用户请求的“系统调用”功能后，应使中央处理器从管态转换到目态工作。

4、移动技术

移动技术是把某个作业移到另一处主存空间去（在磁盘整理中我们应用的也是类似的移动技术）。最大好处是可以合并一些空闲区。

处理器管理

一、 多道程序设计系统

“多道程序设计系统” 简称“多道系统”，即多个作业可同时装入主存储器进行运行的系统。在多道系统中一点必须的是系统须能进行程序浮动。所谓程序浮动是指程序可以随机地从主存的一个区域移动到另一个区域，程序被移动后仍不影响它的执行。多道系统的好处在于提高了处理器的利用率；充分利用外围设备资源；发挥了处理器与外围设备以及外围设备之间的并行工作能力。可以有效地提高系统中资源的利用率，增加单位时间内的算题量，从而提高了吞吐率。（关键词：处理器，外围设备，资源利用率，单位算题量，吞吐率），但要注意对每个计算问题来说所需要的时间可能延长，另外由于系统的资源有限，会产生饱和，因此并行工作道数与系统效率不成正比。

二、进程

1、概念

进程是一个程序在一个数据集上的一次执行。由定义知进程关键组成是程序、数据集。

进程通过一个控制块来被系统所指挥，因此进程由程序、数据集和进程控制块三部分组成。进程控制块是进程存在的唯一标志 .进程是要执行的，据这点可分将进程的状态分为等待态然后是就绪态最后是运行态。

进程的基本队列也就是就绪队列和等待队列，（因为进程运行了，也就用不上排队了，也就没有运行队列了。）

如果进程由一所在队列退出的操作称为出队，排入到一个指定的队列的操作称为入队。系统中负责进程入队和出队的工作称为队列管理。

2、进程的调度

我们使用不同的调度是为了优化，具体说来是提高处理器利用率，增大吞吐量，减少等待时间，缩短响应时间。常用的算法有先来先服务、优先数调度法、时间片轮转调度法、分级调度（分级调度法可理解为多队列法）。顾名思义来先服务调度是先来者，先服务；优先数算法是对每个进程确定一个优先数，以决定先后。时间片轮转法是把规定进程一次使用处理器的最长时间称为“时间片”。让就绪进程按就绪的先后次序排成队列，依次运行。分级调度算法是由系统设置多个就绪队列，每个就绪队列中的进程按时间片轮转法占用处理器，这就是分级调度算法。

3、进程的切换

进程切换指一个进程进处理器，另一个进程出处理器的过程。

若有一个进程从运行态变成等待态，或完成工作后就撤消，则必定会发生进程切换。

4、进程同步和通信

进程同步实际上是指并发进程之间的制约关系。即一个进程的执行依赖另一个进程的消息。没有消息时等待，有消息进被唤醒。

进程通信是进程之大量信息的方式。

5、进程和死锁（详细见后）

三、可再入程序

一个能被多个用户同时调用的程序称做“可再入”的程序。

可再入程序必须是纯代码，即在执行时自身不改变。

编译程序和操作系统程序通常都是“可再入”程序。

存储管理

一、中央处理器存储下列中信息的速度依次为：寄存器最快；通过系统总线存取主存储器的速度居中；辅助存储器最慢。

寄存器用来存放临时的工作信息和系统必须的控制信息。

主存储器是CPU能直接访问的惟一的存储空间。

主存储器中存放操作系统的核心部分，以及当前需执行的程序和数据。

主存储器以“字节（BYTE）”为单位进行编址

辅助存储器是存放操作下的非核心部分和其他程序和数据。容量大且能永久保存信息

磁盘的信息可随机存取，磁带上的信息只能顺序存取。

二、储器的地址：

主存储器以字节为编址单位

1、物理地址与逻辑地址。

物理地址（绝对地址）：128MB的主存器有128×1024×1024=134217728 字节，所以它的内存绝对地址就是从0到134217727。

逻辑地址： 用户程序中使用的从“0”地址开始的连续地址。

三、重定位

重定位即把逻辑地址转换成绝对地址。

重定位的方式有“静态重定位”和“动态重定位”两种。

（1）静态重定位

在装入一个作业时，把作业中的指令地址和数据地址全部转换成绝对地址。这种转换工作是在作业开始前集中完成的，在作业执行过程中无需再进行地址转换。所以称为“静态重定位”。

（2）动态重定位

在装入一个作业时，不进行地址转换，而是直接把作业装到分配的主区域中。在作业执行过程中，每当执行一条指令时都由硬件的地址转换机构转换成绝对地址。这种方式的地址转换是在作业执行时动态完成的，所以称为动态重定位。

动态重定位由软件（操作系统）和硬件（地址转换机构）相互配合来实现。动态重定位的系统支持“程序浮动”，而静态重定位则不能。

页式管理

（1）采用页式管理，使主存空间充分利用，页不必为了得到连续空间而进行移动。可以提高系统效率。

（2）页式存储管理中为什么要设置页表和快表？

在页式存储管理中，主存被分成大小相等的若干块，同时程序逻辑地址也分成与块大小一致的若干页，这样就可以按页面为单位把作业的信息放入主存，并且可以不连续存放，为了表示逻辑地址中的页号与主存中块号的对应关系，就需要为每个作业建立一张页表。

页表一般存放在主存中，当要按给定的逻辑地址访问主存时，要先访问页表，计算出绝对地址，这样两次访主存延长了指令执行周期，降低了执行速度，而设置一个高速缓冲寄存器将页表中的一部分存放进去，这部分页表就是快表，访问主存时二者同时进行，由于快表存放的是经常使用的页表内容，访问速度很快，这样可以大大加快查找速度和指令执行速度。