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操作系統(tǒng)的知識點總結(jié)
操作系統(tǒng)是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是控制計算機所有操作的軟件。下面是小編為你帶來的操作系統(tǒng)的知識點總結(jié) ，歡迎閱讀。
操作系統(tǒng)的概念
操作系統(tǒng)：是管理計算機軟硬件資源的程序，同時它又是用戶與計算機硬件的接口。
操作系統(tǒng)的構(gòu)成
進程管理、內(nèi)存管理、文件管理、輸入/輸出系統(tǒng)管理、二級存儲管理、聯(lián)網(wǎng)、保護系統(tǒng)、命令解釋程序
操作系統(tǒng)的類別
經(jīng)過多年的發(fā)展，操作系統(tǒng)多種多樣。為提高大型計算機系統(tǒng)的資源利用率，操作系統(tǒng)從批處理，多道程序發(fā)展為分時操作系統(tǒng)。為了滿足計算機處理實時事件的需要，就有實時操作系統(tǒng)。為適應(yīng)個人計算機系統(tǒng)的需要又出現(xiàn)了桌面操作系統(tǒng)。為適應(yīng)并行系統(tǒng)的需要，就有了多處理器操作系統(tǒng)。為滿足網(wǎng)絡(luò)和分布計算的需要，就有了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)。此外，還有為支持嵌入式計算機的嵌入式操作系統(tǒng)。
計算環(huán)境
從計算機誕生至今，操作系統(tǒng)總是與具體的計算環(huán)境相聯(lián)系，它總是在某種計算環(huán)境中設(shè)置和使用，就目前來看計算環(huán)境可分為以下幾類：
1. 傳統(tǒng)計算環(huán)境
指普通意義下的獨立或聯(lián)網(wǎng)工作的通用計算機所形成的計算環(huán)境。
2.基于Web的計算環(huán)境
互聯(lián)網(wǎng)的普及使得計算被延伸到Web環(huán)境。
3.嵌入式計算環(huán)境
嵌入式計算機就是安裝在某些設(shè)備上的計算部件，其計算相對比較簡單。
進程的概念
什么是進程？它與程序有什么區(qū)別？
程序：用戶為完成某一個特定問題而編寫的操作步驟。
進程：可以簡單地被看作是正在執(zhí)行的程序。但是進程需要一定的資源來完成它的任務(wù)(例如CPU時間、內(nèi)存、文件和I/O設(shè)備) 。
進程與程序的區(qū)別在于進程是動態(tài)的、有生命力的，而程序是靜態(tài)的。一個程序加載到內(nèi)存，系統(tǒng)就創(chuàng)建一個進程，程序執(zhí)行結(jié)束后，該進程也就消亡了。
在計算機中，由于多個程序共享系統(tǒng)資源，就必然引發(fā)對CPU的爭奪。如何有效地利用CPU資源，如何在多個請求CPU的進程中選擇取舍，這就是進程管理要解決的問題。
進程控制塊PCB(略)
為了控制進程，操作系統(tǒng)就必須知道進程存儲在哪里，以及進程的一些屬性。
進程控制塊是進程實體的一部分，是操作系統(tǒng)中記錄進程的專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個新的進程創(chuàng)建時，操作系統(tǒng)就會為該進程建立一個進程控制塊。操作系統(tǒng)根據(jù)進程控制塊對并發(fā)進程進行控制。
進程調(diào)度及隊列圖
計算機采用多道程序的目的是使得計算機系統(tǒng)無論何時都有進程運行，單處理器的計算機在某一時刻CPU只能運行一個進程，如果存在多個進程，其它進程就需要等待CPU空閑時才能被調(diào)度執(zhí)行。
當(dāng)一個進程處于等待或CPU時間片用完時，操作系統(tǒng)就會從該進程中拿走CPU控制權(quán)，然后再交給其它進程使用，這就是進程的調(diào)度。
CPU調(diào)度及其準(zhǔn)則
在設(shè)計CPU調(diào)度程序時主要應(yīng)該考慮的準(zhǔn)則包括：
(1) CPU使用率。讓CPU盡可能地忙。
(2) 吞吐量。讓CPU在一定時間內(nèi)完成的進程數(shù)盡可能多。
(3) 周轉(zhuǎn)時間。讓進程從提交到運行完成的時間盡可能短。
(4) 等待時間。讓進程在就緒隊列中等待所花時間之和盡可能短。
(5) 響應(yīng)時間。讓進程從提交請求到產(chǎn)生第一響應(yīng)之間的時間盡可能短。
主要的CPU調(diào)度算法
1、 先到先服務(wù)
2、 最短作業(yè)優(yōu)先
3、 優(yōu)先權(quán)
4、 輪轉(zhuǎn)
5、 多級隊列
6、 多級反饋隊列
進程的同步與互斥
進程的同步就是指相互協(xié)作的進程不斷調(diào)整它們之間的相對速度，以實現(xiàn)共同有序地推進。
換句話說,在操作系統(tǒng)中，允許多個進程并發(fā)運行。然而，有些進程之間本身存在某種聯(lián)系，它們在系統(tǒng)中需要一種協(xié)作，以保證進程能正確有序地執(zhí)行并維護數(shù)據(jù)的一致性。
在操作系統(tǒng)中，可能存在著多個進程。而系統(tǒng)中一些資源一次只允許一個進程使用，這類資源被稱為臨界資源。在進程中訪問臨界資源的那段程序稱為臨界區(qū)。當(dāng)一個進程進入臨界區(qū)執(zhí)行時，其它進程就不允許進入臨界區(qū)執(zhí)行，否則就會導(dǎo)致錯誤結(jié)果。由此得出:
多個進程并發(fā)執(zhí)行時，只允許一個進程進入臨界區(qū)運行，這就是進程的互斥。
例如：多個進程在競爭使用打印機時表現(xiàn)為互斥。
一個文件可供多個進程共享，其中有一個進程在寫操作時，其它進程則不允許同時寫或讀，表現(xiàn)為互斥。
進程的死鎖及處理方法
在多道程序設(shè)計中，多個進程可能競爭一定數(shù)量的資源。一個進程在申請資源時，如果所申請資源不足，該進程就必須處于等待狀態(tài)。如果所申請的資源被其它進程占有，那么進程的等待狀態(tài)就可能無法改變，從而形成進程之間相互一直等待的局面，這就是死鎖。
競爭資源引起死鎖
引起死鎖的四個必要條件：
互斥：任一時刻只能有一個進程獨占某一資源，若另一進程申請該資源則需延遲到該資源釋放為止。
占有并等待：即該進程占有部分資源后還在等待其它資源，而該資源被其它進程占有。
非搶占：某進程已占用資源且不主動放棄它所占有的資源時，其它進程不能強占該資源，只有等其完成任務(wù)并釋放資源。
循環(huán)等待：在出現(xiàn)死鎖的系統(tǒng)中，一定存在這樣一個進程鏈，其中每個進程至少占有其它進程所必需的資源，從而形成一個等待鏈。
處理死鎖問題的三種方式：
可使用協(xié)議預(yù)防和避免死鎖，確保系統(tǒng)從不會進入死鎖狀態(tài)。
可允許系統(tǒng)進入死鎖狀態(tài)，然后檢測出死鎖狀態(tài)，并加以恢復(fù)。
可忽略進程死鎖問題，并假裝系統(tǒng)中死鎖從來不會發(fā)生。即沒有必要把精力花在小概率事件上。
處理死鎖優(yōu)先考慮的順序：先預(yù)防和避免 再檢測和恢復(fù)
內(nèi)存管理
內(nèi)存是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的核心。內(nèi)存用于容納操作系統(tǒng)和各種用戶進程，是可以被CPU和I/O設(shè)備所共同訪問的數(shù)據(jù)倉庫。計算機的所有程序運行時都要調(diào)入內(nèi)存。
內(nèi)存管理的主要工作是：為每個用戶進程合理地分配內(nèi)存，以保證各個進程之間在存儲區(qū)不發(fā)生沖突；當(dāng)內(nèi)存不足時，如何把內(nèi)存和外存結(jié)合起來，給用戶提供一個比實際內(nèi)存大得多的虛擬內(nèi)存，使得程序能順利執(zhí)行。內(nèi)存管理包括內(nèi)存分配、地址映射、內(nèi)存保護和擴充。
用戶程序執(zhí)行與地址映射
用戶編寫程序在執(zhí)行前，需要多個處理步驟，這些步驟可將源程序轉(zhuǎn)變?yōu)槎M制機器代碼，然后在內(nèi)存中等待執(zhí)行。當(dāng)然有時并非每個步驟都是必需的。
通常，將指令和數(shù)據(jù)的地址映射成內(nèi)存地址可以發(fā)生在以下三個執(zhí)行階段。(了解)
1.編譯階段:如果在編譯時就知道進程將在內(nèi)存中的'什么位置駐留，那么編譯器就可以直接以生成絕對地址代碼。
2.加載階段: 不知道進程將駐留在什么位置，那么編譯器就必須生成程序的邏輯地址，在加載階段再轉(zhuǎn)變成內(nèi)存的絕對地址。
3.執(zhí)行階段:如果進程在執(zhí)行時可以從一個內(nèi)存段移動到另一個內(nèi)存段，那么進程的絕對地址映射工作只能延遲到執(zhí)行時進行。
物理地址空間與邏輯地址空間
物理地址:是計算機內(nèi)存單元的真實地址。
物理地址空間:由物理地址所構(gòu)成的地址范圍。
邏輯地址:用戶程序地址，從0開始編址。
邏輯地址空間:由邏輯地址所構(gòu)成的地址范圍。
地址映射:用戶程序在運行時要裝入內(nèi)存，這就需要將邏輯地址變換成物理地址，這個過程稱為地址映射，也稱重定位。
用戶編寫的源程序是不考慮地址的，源程序經(jīng)CPU編譯后產(chǎn)生邏輯地址。從CPU產(chǎn)生的邏輯地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)存中的物理地址的映射是由計算機中被稱為內(nèi)存管理單元的硬件設(shè)備來實現(xiàn)的，將邏輯地址與內(nèi)存管理單元中存放的內(nèi)存基址相加就得到了物理地址。
進程使用內(nèi)存的交換技術(shù)
為了更加有效地使用內(nèi)存，進程在不運行時，可以暫時從內(nèi)存移至外存上，直到需要再運行時再重新調(diào)回到內(nèi)存中。也就是說內(nèi)存管理程序可將剛剛運行過的進程從內(nèi)存中換出以釋放出占用的內(nèi)存空間，然后將另一個要運行的進程占據(jù)前者釋放的內(nèi)存空間。
計算機工作時，為了將多個進程放入到內(nèi)存就必須考慮在內(nèi)存中如何放置這些進程。
內(nèi)存分配方案-連續(xù)
對于連續(xù)內(nèi)存分配方案，開始時所有內(nèi)存是一個大的孔，隨著內(nèi)存分配的進行就會形成位置上不連續(xù)的大小不一的孔。在連續(xù)內(nèi)存分配方案中，當(dāng)新進程需要內(nèi)存時，為其尋找合適的孔，實現(xiàn)內(nèi)存分配 。該方案為每個進程所分配的內(nèi)存物理地址空間在位置上是連續(xù)的。
內(nèi)存分配方案-分頁式
分頁管理基本思想：
o 內(nèi)存物理地址空間劃分為若干個大小相等的塊(頁框)
o 進程的邏輯地址空間也劃分為同樣大小的塊(頁面)
o 內(nèi)存分配時每個頁面對應(yīng)地分配一個頁框，而一個進程所分得頁框在位置上不必是連續(xù)的。
頁表：操作系統(tǒng)為每個用戶程序建立一張頁表，該表記錄用戶程序的每個邏輯頁面存放在哪一個內(nèi)存物理頁框。
虛擬內(nèi)存方案
虛擬內(nèi)存是一個容量很大的存儲器的邏輯模型，它不是任何實際的物理存儲器，它一般是借助硬盤來擴大主存的容量。
虛擬內(nèi)存：對于一個進程來講，如果僅將當(dāng)前要運行的幾個頁面裝入內(nèi)存便可以開始運行，而其余頁面可暫時留在磁盤上，待需要時再調(diào)入內(nèi)存，并且調(diào)入時也不占用新的內(nèi)存空間，而是對原來運行過的頁面進行置換。這樣，就可以在計算機有限的內(nèi)存中同時駐留多個進程并運行。而對用戶來講感覺到系統(tǒng)提供了足夠大的物理內(nèi)存，而實際上并非真實的，這就是虛擬內(nèi)存。
頁面請求與頁面置換算法
頁面請求:在虛擬內(nèi)存技術(shù)中，進程運行時并沒有將所有頁面裝入到內(nèi)存，在運行過程中進程會不斷地請求頁面，如果訪問的頁面已在內(nèi)存，就繼續(xù)執(zhí)行下去；但如果要訪問的頁面尚未調(diào)入到內(nèi)存，便請求操作系統(tǒng)將所缺頁面調(diào)入內(nèi)存，以便進程能繼續(xù)運行下去。
頁面置換:如果請求頁面調(diào)入內(nèi)存時，分配給該進程的頁框已用完，就無法立即裝入所請求頁面。此時，必須將進程中的某個頁面從內(nèi)存的頁框調(diào)出到磁盤上，再從磁盤上將所請求的頁面調(diào)入到內(nèi)存的該頁框中。這個過程叫做頁面置換。
文件管理
文件管理是操作系統(tǒng)最常見的組成部分。文件管理主要提供目錄及其文件的管理。
文件的概念
文件：保存在外部存儲設(shè)備上的相關(guān)信息的集合。
文件命名：文件主名+擴展名
文件存取屬性：
只讀：只允許授權(quán)用戶進行讀操作。
讀寫：只允許授權(quán)用戶進行讀和寫的操作。
文檔：允許任何用戶進行讀寫操作。
隱藏：不允許用戶直接看到文件名。
文件系統(tǒng)：是對文件進行操作和管理的軟件，是用戶與外存之間的接口。這個系統(tǒng)將所有文件組織成目錄結(jié)構(gòu)保存在外存，一個文件對應(yīng)其中的一個目錄條。目錄條記錄有文件名、文件位置等信息。
操作系統(tǒng)對文件的基本操作包括：
創(chuàng)建文件、文件寫、文件讀、文件重定位、文件刪除、文件截短。
對文件的其它操作包括：文件復(fù)制、重命名、更改屬性等。
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