计算机三级网络复习摘要第二章操作系统

第二章操作系统
软件是使用户能够使用并充分发挥计算机性能和效率的各种程序和数据的总称。
软件分为系统软件和应用软件。
系统软件是所有用户使用的解决用户使用电脑问题的程序。
应用软件是为解决特定问题而设计的程序。
操作系统是硬件和所有其他软件的接口，是整个计算机系统的控制和管理中心。
操作系统的两个重要功能:
1。管理系统中的各种资源。
所有的硬件部分都称为硬件资源。程序和数据等信息成为软件资源。
2为用户提供良好的界面。
操作系统的特点:
1并发。
计算机系统中同时存在多个程序。宏观来看，这些方案是同时推进的。
在单个CPU上，这些并发执行的程序在CPU上交替运行。
程序并发体现在两个方面:
用户程序之间的并发执行。
用户程序和操作系统程序之间的并发。
2共享。
资源共享就是操作系统程序和多个用户程序共享系统中的资源。
3随机性。
随机性是指操作系统运行在随机的环境中。一个设备可能随时向处理器发送中断请求，系统无法知道正在运行的程序什么时候会做什么。
没有任何软件支持的电脑叫做*电脑。
操作系统是硬件的第一层软件扩展。
操作系统的功能:
1进程管理:主要处理处理器。
由于系统对处理器的管理不同，所以提供了不同的作业处理方式，如批处理、分时、实时处理等。
2存储管理:主要是管理内存资源。
在内存不够用的时候，解决内存扩展的问题就是内存和外存相结合的管理，给用户提供一个容量远大于实际内存的虚拟内存，这是操作系统存储功能的重要任务。
3文件管理。系统中的信息资源以文件的形式存储在外部存储器中。
4设备管理。设备管理是对计算机系统中除CPU和内存之外的所有输入和输出设备的管理。
5用户和操作系统之间的接口。
操作系统的分类:
1批处理操作系统。
两个特点:一个是多渠道，一个是批量。多通道是指系统中同时容纳多个作业，这些作业存储在外部存储器中形成备份作业序列。系统从备份作业中选择一个或多个作业，并将其放入内存中，按照一定的调度原则运行。系统自动实现正在运行的作业的结束和退出以及备份作业的运行，从而在系统中形成一个自动转移的连续作业流。批处理是不允许用户在系统运行期间与其作业进行交互。
批处理系统的目标是提高系统资源的利用率、大作业吞吐量和作业流的自动化。
2分时系统。
分时系统允许多个用户同时使用计算机。
操作系统使用时间片轮换来处理每个用户的服务请求。
特点:
多样性。
交互性。也称为交互式操作系统。
独立。
时效性。分时系统性能的主要指标之一是响应时间，即终端向系统发出命令并作出响应的时间。
通常，计算机系统使用批处理和分时处理来服务用户。不需要太多时间的作业放入后台批处理，需要频繁交互的作业分时在前台处理。3实时系统。
系统能够及时响应随机的外部事件，并在严格的时限内完成对该事件的处理。实时系统用作特定应用中的控制设备。
可以分为两类:
1。时间控制系统。
2。实时信息处理系统。
特点:响应及时，可靠性高。
4个人电脑操作系统。
个人计算机操作系统是一种在线交互式单用户操作系统，其在线交互功能类似于分时系统提供的功能。
5网络操作系统。
计算机网络是通过通信设施将地理上分散的具有自治功能的计算机系统相互连接起来，实现信息交换、资源共享、互操作和协同处理的系统。网络操作系统是在原有的各个计算机系统运行的基础上，根据网络架构的协议标准开发的，因此它包括网络管理、通信、资源共享、系统安全和各种网络应用服务。
6分布式操作系统。

从资源管理的角度来看:
操作系统分为五个主要部分:处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理和用户与操作系统的接口。
虚拟机视图。
用户不是直接使用硬件机器，而是通过操作系统来控制和使用计算机，从而将计算机扩展成一个更强大、更方便的计算机系统。操作系统的所有功能都称为操作系统虚拟机。
操作系统涉及的硬件环境:
2特权指令和处理器状态。
特权指令和非特权指令。
特权指令是那些只允许操作系统使用，而不允许普通用户使用的指令。
非特权指令称为非特权指令，非特权指令的执行不会影响其他用户和系统。
3 CPU状态。
CPU交替执行操作系统程序和用户程序。
CPU的状态属于程序状态字PSW的一位。大多数计算机系统将CPU的执行状态分为管状态和目的状态。
管理状态也称为特权状态、系统状态或核心状态。CPU可以在管状态下执行整套指令系统。通常，操作系统在管道状态下运行。
目的状态也称为正常状态或用户状态。当机器处于目标状态时，程序只能执行非特权指令。用户程序只能在目标状态下运行。如果用户程序在目的状态下执行特权指令，硬件将被中断，操作系统将获得控制权，特权指令执行将被禁止，从而防止用户程序有意无意地破坏系统。
从目的状态转换到管理状态的方式是中断。
从管理状态到目的状态可以通过修改程序状态字来实现，这将伴随着从操作系统程序到用户程序的转换。
4中断机制。
中断机制是现代计算机系统的基础设施之一。它在系统中起着通讯网络的作用，协调系统对各种外部事件的响应和处理。
中断是多通道编程的必要条件。
中断是CPU对系统中某个事件做出的一种反应。
导致中断的事件称为中断源。从信号源到CPU的处理请求称为中断请求。当中断发生时，被中断程序的暂停点就变成了断点。CPU挂起当前程序并响应中断请求的过程称为中断响应。处理中断源的程序称为中断处理程序。CPU对相关中断处理程序的执行称为中断处理。返回断点的过程称为中断返回。
中断由软件和硬件实现。硬件部分称为硬件设备，软件部分成为软件处理程序。
中断设备和中断处理程序统称为中断系统。
一般来说，中断源分为两类:强迫中断和自愿中断。

强制中断不是正在运行的程序所期望的。它们是或发生，何时发生无法提前预知，所以运行的程序可以在任何位置中断。
2 I/O中断::这是来自通道或外部设备的中断。
3硬件故障中断
4时钟中断
5控制台中断
6程序中断
自愿中断是由正在运行的程序有意识地安排的，通常是因为程序员有意使用访问命令或系统调用来操作
系统提供服务，从而导致中断。
系统为每种类型的中断设置一个中断处理程序。每个中断处理程序都有一个入口地址PC和它的运行环境PSW，它们被称为中断向量，存储在内存中的一个固定单元中。
中断响应是解决发现和接受中断的问题，由中断设备完成。中断是硬件响应中断请求
的过程，包括识别中断源、保持场景、引出中断处理程序。
CPU每次执行一条指令，都会扫描中断寄存器，检查是否有中断请求。如果有中断请求，它会通过交换中断向量进入中断处理程序，这就是中断响应。
根据中断事件的重要性和紧急程度，系统通过硬件将中断源分为几个级别，称为中断优先级。
中断屏蔽是指发出中断请求后，CPU不响应的状态。常用于处理某个中断时防止对等中断的干扰，或处理必须连续执行的不可分程序时防止任何中断事件的干扰。
CPU是否允许某种中断是由当前程序状态字中的中断屏蔽位决定的。
屏蔽中断源相当于关闭中断。在off中断状态下执行的程序段要尽量短，否则可能会丢失信息
，还会影响系统的并发性。
中断反应过程:
1保存被中断程序的站点。
2分析中断源，确定中断原因。
3转到相应的加工程序。
4还原被中断程序的场景，继续执行被中断的程序。

该系统为用户提供了两种界面:一种是程序级界面，另一种是作业控制级界面。
1程序级接口。
它由一组系统调用命令组成。与机器指令不同，系统调用命令由操作系统核心解释和执行。
系统调用是操作系统提供给用户的程序级服务。用户程序通过系统调用命令向操作系统提出各种资源需求和服务请求。
一般的系统调用可以分为几类:设备管理、文件管理、进程控制、进程通信、存储管理。
2职务级别接口。
这种接口是系统为用户在作业层请求系统服务而设置的。用户可以使用这组界面来组织作业工作流和控制作业运行。这种界面分为在线界面和离线界面。
1个在线界面。
在线界面由一组键盘操作命令组成，是用户交互请求操作系统服务的手段。
键盘操作命令的操作控制方式灵活方便，用户可以根据运行情况随时干预自己的操作，但系统利用率不高。
2离线接口。
它由一组用于脱机用户的作业控制命令组成。
该接口主要用于批量操作系统。其优点是作业的操作过程由系统自动调度或系统操作员干预，因此系统利用率高。

处理器是计算机系统中最重要的资源。
多通道编程是操作系统采用的最基本也是最重要的技术。其根本目的是提高整个系统的效率。
系统效率的衡量标准是系统吞吐量。吞吐量是单位时间内系统处理的作业数量。

进程是具有一定独立功能的程序在一定数据集上的运动，进程是分配和调度系统核心资源的独立单元。
进程可以分为系统进程和用户进程。
系统进程的优先级通常高于普通用户进程。
从静态的角度来看，进程由三部分组成:程序、数据和进程控制块PCB。
进程和程序的区别在于，程序是静态的，而进程是动态的。
一个进程可以执行一个或几个程序，一个程序也可以构成多个进程。
创建的流程成为子流程，创建者称为父流程，这样就形成了流程族。
操作系统的并发和共享是通过进程的活动来体现的。
1并发。
2动力学。
3独立。[br/]4社交能力。
5异步。
正在进行的流程可以是以下三种类型之一:正在运行、就绪和等待。
运行状态是进程获取了CPU并在CPU上执行的状态。显然，在单CPU系统上，最多只有一个进程在运行。
就绪状态是指进程具备运行条件，但由于没有CPU而无法运行的状态。
等待状态，也叫阻塞状态或阻塞状态。在这种状态下，进程暂时无法运行，因为它正在等待某个事件的发生。

文件是具有符号名称和逻辑完整性的相关信息项的有序序列。
信息项是文件内容的基本单位。
读取指针用于记录当前文件之前文件的读取位置，它指向下一个要读取的信息项。
写入指针用于记录文件的当前写入位置，在该位置写入下一个要写入的信息项。
按性质和目的分类:体系文件。用户文件。
根据文件的逻辑结构，有流文件。记录文件。
根据信息的保存期限分类:临时文件。永久文件。档案。
根据文件的物理结构分类:顺序文件。链接文件。索引文件。哈希文件。索引文件。
根据文档的访问方式:按顺序访问文档。随机存取文件。
UNIX系统中的文件分类:常用文件。目录文件。特殊文件。
文件系统:操作系统中实现统一文件管理的一组软件，管理的文件以及文件管理所需的一些数据结构。
文件的逻辑结构是文件的外部组织形式。
3个流文件。基本单位是性格。流文件是一组有序的字符，其长度是文件中包含的字符数，所以称为字符流文件。
4记录文件。基本单位是记录。分为定长记录文件和变长记录文件。
文件的访问方式取决于文件的性质和用户对文件的使用。
1顺序访问。
2随机存取。
磁带是按顺序访问的。磁盘是随机存取的。

文件的物理结构:
1序列结构。
2链接结构。
3索引结构。
如果是三级索引，文件长度为:256 * 256 * 256+256 * 256+256+10
文件系统的一个特点是“按名称访问”
文件目录是文件控制块的有序集合。
目录文件是固定长度的记录文件。大多数操作系统，如UNIX和DOS，都采用多级目录结构，称为树形目录结构。
从根目录到任何非叶节点或树页面节点只有一条路径。
系统为用户提供一个当前使用的工作目录，称为当前目录。
目录分解方式:目录项分为:标题目录项和基本目录项。
目录文件也分为名称目录文件和基本目录文件。
文件访问控制体现在三个方面:文件共享、文件保护和文件保密。
文件共享就是一个文件可以被多个用户共享。
文件访问控制有两个级别:
2访问者的身份识别。主文件。主文件同一组中的用户或协作者。其他用户。
3访问权限的标识。
访问控制表通常放在文件控制块中。
文件的操作:打开。关闭.阅读.写吧.创造.删除.
备份是确保文件系统安全的方法。
1大规模转储。
2增量转储。

设备管理是对计算机系统中除CPU和内存之外的所有输入和输出设备的管理。
4根据设备的工作特点，可分为存储设备和输入输出设备。
5根据设备上的数据组织方式分类:块设备和字符设备。
6按资源配置角度分类:专属装备。共享设备。虚拟设备。虚拟技术。虚拟设备。
假脱机技术是一种典型的虚拟设备技术。

CUP对外部设备的控制模式分为:
1中断处理模式。
每当设备完成I/O操作时，它都会通知CPU请求被中断，然后相应地处理它。
2循环测试法。
3直接内存访问DMA。
DMA用于在高速设备和内存之间传输批量数据。
6通道模式。通道是用来控制外部设备运行的硬件机制，相当于一个功能简单的处理器。它是并行计算和传输的基础。
主机对外部设备的控制分三个层次实现:通道、控制器、设备。
一个通道可以控制多个控制器，一个控制器可以连接多个同类型的外部设备。
交叉连接可用于一般设备的连接。优点:
1提高系统的可靠性。
2提高设备的并行性。
声道分为:
3字节多声道。连接打印机、终端等低速和中速设备。
4选择频道。连接磁盘和磁带等高速设备。
5个分组多声道。
通道的操作控制部分包括:
1通道地址字:CAW。
2通道命令字:CCW。
3通道状态字:CSW。
通道通过“周期性窃取”来访问内存。
缓冲是计算机系统中的一项常见技术。一般来说，在数据到达速度和离开速度不匹配的情况下，可以使用数据缓冲技术。
缓冲池。
设备分配的任务是按照一定的方法为申请设备的流程分配合适的设备、控制器和通道。
假脱机是一种虚拟设备技术。其核心思想是在共享设备上模拟独占设备的操作。
输入井和输出井。
在装有通道的系统中，I/O程序被称为通道程序。

活动磁头磁盘的访问时间一般有三部分:
1寻道时间。
2旋转延迟时间。
3传输时间。
磁盘优化调度算法:
2先来先服务磁盘调度算法FCFS。
3最短寻道时间优先磁盘调度算法SSTF。
4扫描算法扫描。