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[国家电网备考]操作系统

news 2025/7/1 8:34:46

操作系统基础

操作系统定义

用户:是计算机与用户之间的接口
管理:管理计算机硬件与软件资源

微机操作系统

微型计算机使用的操作系统是微机操作系统
分类:单用户单任务(dos),单用户多任务(windows),多用户多任务(uninx)
优点:便宜,规模小;资源与功能有限

网络操作系统

基于计算机网络,在各种操作系统上按照网络体系结构协议标准开发的软件,
包括网络管理,通信,安全,资源恭喜昂和各种网络应用
目标是相互通信与资源共享

现代操作系统的新特征

多线程,微内核,网络化,多媒体

传统操作系统的结构

无结构os
整个操作系统是一组过程的集合
优点:接口简单直接,系统效率高
缺点:os庞大杂乱,调试困难那,难以阅读理解,增加维护人员负担
在内核模式下运行
模块化os
os按照功能划分为若干个模块,每个模块实现一个特定功能,模块之间的通信通过事先定义的接口进行
优点:模块之间相互独立,减少了模块之间复杂的调用关系,结构清晰
缺点:模块之间依赖关系复杂,降低了模块之间的相对独立性,不利于修改
分层式os
os的功能模块按照功能调用次序分为若干层,各层之间只有单向调用关系(上层调用下层)
优点:每一层只使用其底层提供的功能与服务
运行模式:所有操作系统进程使用分层模式在内核模式下进行

处理机的状态

计算机有两类程序在运行,用户程序与系统程序,对系统资源与机器指令有不同的使用权限
权限次序核态(管态)>目态(用户态)

核态:允许cpu使用全部的资源与全部指令,包括特权指令
用户态:禁止使用特权指令,不能直接使用系统资源已经改变cpu状态

特权指令集

允许与禁止中断
在进程之间切换处理机
存取用于内存保护的寄存器
执行输入与输出
停止一个中央处理机的工作

进程与线程管理

进程并发执行的特点

并发:程序的执行在时间上可以重叠
共享:可以共享变量,通过引用共享变量交换信号
制约:程序并发执行获写作完成统一人任务,产生制约,需要对并发执行的次序进行协调
交互:程序在执行中共享某些变量,产生交换

进程的定义

程序:具有独立功能的一组指令或语句的集合,或是指出处理机执行操作的步骤
进程:程序在某个数据集上的一次执行活动
进程=程序+数据+PCB
程序:表示该进程所要进行的操作
数据集合:程序加工的对象与场所,包括操作的数据和程序自己的变量单元
进程控制块PCB:用于刻画进程处于不同阶段的状态的数据块

进程的特性

动态
并发:若干进程可以同时执行,轮流占用处理器交替执行
独立:系统中独立获得资源与调度的基本单位
异步:进程按照各自的独立的不可预知的速度向前推进(顺序不定)
结构特征:进程映像(程序段/正文段,数据段,堆,栈以及进程控制段)

进程与程序的区别

程序是静态,进程是动态的
进程是暂时的,程序是永久的
组成不同
通过多次执行,一个程序对应多个进程;通过调用,一个进程包括多个程序
进程是资源分配,处理机调度的基本单位,是一个独立的运行单位

进程控制块

标识进程的唯一实体

进程控制原语

原语: 一种特殊的系统调用,执行过程不允许被中断
进程控制原语:创建,撤销,阻塞,唤醒原语

进程通信

低级通信
互斥与同步(只能传递控制信息)
高级通信

直接通信:固定在一对进程之间的通信
间接通信:以信箱为中介
管道通信

线程

共享进程的资源,是独立调度与分配的基本单位

处理死锁的方法

死锁预防
破坏死锁的必要条件
死锁避免
在动态分配的时候,采取措施
死锁检测
允许死锁发生,再消除
死锁解除
取消/挂起发生死锁的进程
- 撤销进程
- 资源剥夺

死锁的检测与解除

内存管理

主存储空间的划分

系统区:操作系统与硬件的相关信息
用户区:存放用户的程序与数据

存储管理的功能

存储管理是对用户区域进行管理,其目标是方便用户,提高主存空间的利用率
存储管理的功能如下:

地址映射:将程序中使用到的逻辑地址变化成为主存中的地址
主存分配:按照算法将空闲的主存区分配给进程
存储保护:保证用户程序(进程映像)在各自的存储区域中操作,互不影响
主存扩充:提供虚拟存储技术,使用户程序的大小与结构不受主存容量与结构的限制

存储器的三级结构

高速缓存:SRAM组成,空间换时间的技术
主存(内存):DRAM组成
外存(辅存):时间换空间的技术

可变式分区常用的数据结构

内存分为系统区与用户区
用户区可划分为多个区,每个区加载一个作业,根据划分方式不同有:固定分区,可变分区
可变分区常用的数据结构

空闲空间表
空闲分区链
请求表

分页存储管理的原理

页:将一个进程的逻辑地址空间划分为若干个大小相同的页
块(页框):将内存空间分割成与页面大小相同的一块块
进程装入内存的时候,以块为单位,装入不相邻的物理块
分类
- 基本(简单)分页存储管理:在作业调入内存之前,先判断是否有足够多的块,没有就不调入
- 请求分页存储管理:作业中要允许的部分分配内存块,其余留在外部,需要执行的时候再分配内存块

分段存储管理的基本原理

段:作业地址空间被划分为多个段
系统按段分配存储空间,每个段占用连续的存储空间,各段的长度不尽相同

虚拟存储器引入

由于分区,分页,分段方式中,若进程过大,无法调入,进而无法运行
基于程序执行的局部性原理 , 操作系统把各级存储器统一管理,将需要执行的部分调入内存,其余部分放在磁盘上,需要的时候再换入

虚拟存储器的定义与特征

定义:
有请求调入与置换功能,逻辑上扩充内存容量
逻辑容量=内存+外村,速度接近内存,成本接近外存
实现所需要的物质基础
1. 有相当容量的辅存
2. 有一定容量的主存
3. 页表机制,缺页中断机构与地址变换机构

特征:
1. 多次性:一个作业分成多次调入内存运行
2. 对换性:作业运行中可以换进,换出
3. 虚拟性:逻辑上扩充内存容量
虚拟存储器的实现建立在离散分配的存储管理方式的基础上

文件管理

文件

文件:逻辑上具有完整意义的信息集合,每个文件有文件名
分类
- 性质/用途:系统文件,库文件,用户文件
- 组织/处理:普通,目录,特别文件
- 使用/管理:临时,档案,永久文件
- 文件保护:只读,读写,执行,不保护文件
- 文件信息流向:输入,输出,输入输出文件

文件系统

定义:
- 系统:复杂文件存储空间管理的机构
- 用户:是用户在计算机上存储信息与使用信息的接口
目的
- 对文件统一管理
- 方便用户,保证文件可靠
- 实现按名存取
组成
文件目录,组织,操作,管理,安全措施
文件操作
打开,关闭文件
建立,删除,写,读文件

文件的存储介质

介质:
记录信息的磁盘,光盘,卡片等
单位:卷,一个磁带可以称为一个卷
存储设备:
可安装存储介质的设备:磁带机,磁盘机
块:
存储介质上连续信息组成的区域,是主存与存储设备进行信息交换的单位

文件存储结构

即文件的物理结构
要关注文件大小,记录是否等长,返回的频繁程度与存取方法
磁带文件的组织
顺序结构,由文件头标,文件信息,文件尾标组成

文件目录

文件目录即文件说明,文件控制块(FCB),文件名址录
每个文件占一个目录项
对目录管理的要求
按名存取,允许重名,提高对目录的检索速度,文件共享

空闲文件项

将空闲区看作文件记录在文件目录中
增加了目录的尺寸,增加了目录管理的复杂性
适用:系统有少量的大空闲区

空闲文件目录

所有空闲的文件建立一个目录
适用:存在少量空白文件

空闲块链

将所有的空闲块链在一起
链接方法:

按照空闲区大小顺序链接—简单,效率低
按照释放先后顺序链接—简单,效率低
成组链接法

文件使用

读文件
打开->读->关闭
写文件
建立->写->关闭
删除文件
关闭->删除文件
使用文件要先打开,在关闭前不允许非打开者使用
关闭后的文件不能使用,必须再次打开

文件共享与安全

保护:
建立副本,定时转储,允许同时使用但是限制文件使用权限
文件保护的三种方式
口令保护,加密保护---->文件保密
访问控制
访问控制方式:
访问控制矩阵,存储控制表,用户权限表,隐藏文件目录

输入输出管理

计算机中除了cpu与内存之外的设备,统称为外部设备,主要功能以输入输出为主

外部设备的分类

传输速度:
低速,中速,高速
数据传输方式

块设备:以数据块为单位进行传输,
等高速设备
字符设备:以字节为单位传输数据,键盘,显示器等低速设备
传输方向:存储设备,输入输出设备
设备的共享属性
1. 独占设备 :
  为了保证信息传输的连续性,此类设备仅供一个进程使用,该设备空闲期间其他设备也不能使用,如cpu,打印机等
2. 共享设备
  允许多个进程同时使用,如磁盘
3. 虚拟设备
  利用假脱机(Spooling)技术,将独占设备改造可供多个进程使用的共享设备