操作系统概论自考复习资料.doc

操作系统（operating system ， OS）是计算机系统中必不可少的系统软件。它是计算机系统中各种资源的管理者和各种活动的组织者、指挥者。它使整个计算机系统协调一致且有效地工作。通过本课程的学习，我们将知道操作系统要做什么、怎么做和为什么要这样做。

学习操作系统，首先我们应该知道操作系统的概念。本章主

要讲述了以下几个问题。

一、什么是操作系统

二、操作系统的形成

三、操作系统的类型

四、操作系统的功能

一、什么是操作系统

在回答这个问题之前，我们先来了解一下什么是计算机系统。计算机系统是按用户的要求接收和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。

计算机系统由硬件系统和软件系统组成。软硬件系统的组成部分就是计算机系统的资源，当不同的用户使用计算机时都要占用系统资源并且有不同的控制需求。

操作系统就是计算机系统的一种系统软件，由它统一管理计算机系统的资源和控制程序的执行。

操作系统的设计目标一是使计算机系统使用方便。二是使得计算机系统能高效地工作。

二、操作系统的形成

早期没有操作系统→原始汇编系统→管理程序→操作系统可以看到，操作系统是随着计算机硬件的发展和应用需求的推动而形成的。

三、操作系统的类型

按照操作系统提供的服务，大致可以把操作系统分为以下几类：

批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。其中批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统是基本的操作系统（加亮）

1、批处理操作系统按照用户预先规定好的步骤控制作业的执行，实现计算机操作的自动化。又可分为批处理单道系统和批处理多道系统。单道系统每次只有一个作业装入计算机系统的主存储器运行，多个作业可自动、顺序地被装入运行。批处理多道系统则允许多个作业同时装入主存储器，中央处理器轮流地执行各个作业，各个作业可以同时使用各自所需的外围设备，这样可以充分利用计算机系统的资源，缩短作业时间，提高系统的吞吐率。

2、分时操作系统，这种系统中，一个计算机系统与许多终端设备连接，分时系统支持多个终端用户，同时以交互方式使用计算机系统，为用户在测试、修改和控制程序执行方面提供了灵活性。分时系统的主要特点是同时性、独立性、及时性和交互性。

3、实时操作系统能使计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并在严格的规定时间内完成处理，且给出反馈信号。它是较少有人为干预的监督和控制系统。实时系统对可靠性和安全性要求极高，不强求系统资源的利用率。

4、网络操作系统可以把若干计算机联合起来，实现各台计算机之间的通信及网络中各种资源的共享，像我们现在使用的Windows ，UNIX和Linux等操作系统都是网络操作系统。

5、分布式操作系统的网络中各台计算机没有主次之分，在任意两台计算机间的可进行信息交换和资源共享。这一点上分布式操作系统和网络操作系统差别不大，他们的本质区别在于：分布式操作系统能使系统中若干计算机相互协作完成一个共同的任务。这使得各台计算机组成一个完整的，功能强大的计算机系统。

四、操作系统的功能

从资源管理的观点出发，操作系统功能可分为五大部分：处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理。

计算机系统是由硬件系统和软件系统两部分组成，操作系统是软件系统的一个组成部分，它是直接在硬件系统的基础上工作的，所以在研究操作系统之前，先必须对计算机系统的结构有一个基本的了解，本章就是讲述计算机系统结构的基本知识。

本章的考核知识点是： 1.计

算机系统的层次结构 2.硬件环境 3.操作系

统结构

学习本章要求：了解计算机系统的结

构，有关硬件的I/O中断和存储结构，硬件

的保护措施；有关操作系统的结构，操作系

统提供的使用接口。

重点是：硬件环境和操作系统的结构

一、计算机系统的层次结构（识记）

现代的通用计算机系统是由硬件和软件组成的一种层次式结构，最内层是硬件系统，最外层是使用计算机系统的人，人与硬件系统之间是软件系统……

本章考核知识点：1.多道程序设计 2.进程 3.进程状态 4.进程控制块 5.进程队列 6.可再入程序 7.中断及中断响应 8.中断优先级 9.进程调度

自学要求：通过本章学习应该掌握多道程序设计是如何提高计算机系统效率的；进程与程序有什么区别；进程的基本状态以及状态变化；进程队列及进程调度策略；中断的作用。

重点是：多道程序设计；进程的定义和属

性；进程调度策略。

一、多道程序设计（领会）

1、什么是多道程序设计。

让多个计算问题同时装入一个计算机系

统的主存储器并行执行，这种设计技术称“多道程序设计”，这种计算机系统称“多道程序设计系统”或简称“多道系统”。

存储保护：在多道程序设计的系统中，主存储器中同时存放了多个作业的程序。为避免相互干扰，必须提供必要的手段使得在主存储器中的各道程序只能访问自己的区域。这

样，每道程序执行时，都不会破坏其他各道的程序和数据。特别是当某道程序发生错误的时，也不至于影响其它的程序。

程序浮动：在多道程序设计系统中，对程序有一些特殊要求，也就是说，程序可以随机地从主存的一个区域移动到另一个区域，程序被移动后仍丝毫不影响它的执行，这种技术称为“程序浮动”。

在多道程序设计的系统中，有三点基本要求：

用“存储保护”的方法保证各道程序互不侵犯；

用“程序浮动”技术让程序能灵活地改变存放区域且能正确执行；

必须对资源按一定的策略分配和调度。

2、多道程序设计利用了系统与外围设备的并行工作能力，从而提高工作效率。具体表现为：

提高了处理器的利用率；

充分利用外围设备资源：计算机系统配置多种外围设备，采用多道程序设计并行工作时，可以将使用不同设备的程序搭配在一起同时装入主存储器，使得系统中各外围设备经常处于忙碌状态，系统资源被充分利用；

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；

从总体上说，采用多道程序设计技术后，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。

3、多道程序设计对算题量和算题时间的影响。采用多道程序设计能改变系统资源的使用情况，提高系统效率。但是应注意以下两个问题：

可能延长程序的执行时间；

并行工作道数与系统效率不成正比。从表面上看，增加并行工作道数就可提高系统效率，但实际上并行工作道数与系统效率是不成正比，因为并行的道数要根据系统配置的资源和用户对资源的要求而定：

（1）主存储器的大小限制了可同时装入的程序数量；

（2）外围设备的数量也是一个制约条件；

（3）多个程序同时要求使用同一资源的情况也会经常发生。

总之，多道程序设计能提高系统资源的使用效率，增加单位时间的算题量；但是对每个计算问题来说，从算题开始到全部完成所需要的时间可能延长，另外在确定并行工作道数时应综合系统的资源配置和用户对资源的要求。

二、进程（领会）

1、进程的定义：把一个程序在一个数据集上的一次执行称为一个“进程”。

2、进程是由程序、数据集和进程控制块三部分组成。

我们举一个例子，比如在有一个用户程序notepad.exe（记事本），当它存放在磁盘上时，就是一个程序，在windows操作系统下运行它时，就会在内存中建立一个记事本程序的进程，而我们在记事本中编辑的当前文字就是这个进程的数据集，操作系统会为当前的进程设置一个进程控制块。如果我们再打开一个记事本程序的窗口，就会建立另一个进程，此时运行的是同一个程序，但存在两个进程，第二个窗口中的编辑内容就是第二个进程的数据集。

3、进程与程序的区别及关系。程序是静止的，进程是动态的。进程包括程序和程序处理的对象（数据集），进程能得到程序处理的结果。进程和程序并非一一对应的，一个程序运行在不同的数据集上就构成了不同的进程。通常把进程分为“系统进程”和“用户进程”两大类，把完成操作系统功能的进程称为

系统进程，而完成用户功能的进程则称为用

户进程。

三、进程状态（领会）

1、进程的三种基本状态 .通常，根

据进程执行过程中不同时刻的状态，可归纳

为三种基本状态：

。等待态：等待某个事件的完成；

。就绪态：等待系统分配处理器以便运行；

。运行态：占有处理器正在运行。

2、进程的状态变化

进程在执行中状态会不断地改变，每个进程在任何时刻总是处于上述三种基本状态的某一种基本状态，进程状态之间转换关系如下图所示：

运行态→等待态往往是由于等待外设，等待主存等资源分配或等待人工干预而引起的。

等待态→就绪态则是等待的条件已满足，只需分配到处理器后就能运行。

运行态→就绪态不是由于自身原因，而是由外界原因使运行状态的进程让出处理器，这时候就变成就绪态。例如时间片用完，或有更高优先级的进程来抢占处理器等。

就绪态→运行态系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程占用处理器，此时就变成了运行态。

进程有四个基本属性：

。多态性从诞生、运行，直至消灭。

。多个不同的进程可以包括相同的程序

。三种基本状态它们之间可进行转换

。并发性并发执行的进程轮流占用处理器

四、进程控制块（领会）

1、进程控制块的基本内容。通常进程控制块包含四类信息：

。标志信息含唯一的进程名

。说明信息有进程状态、等待原因、进程程序存放位置和进程数据存放位置

。现场信息包括通用、控制和程序状态字寄存器的内容

。管理信息存放程序优先数和队列指针

2、进程控制块的作用

进程控制块（Process Control Block，简称PCB），是操作系统为进程分配的用于标志进程，记录各进程执行情况的。进程控制块是进程存在的标志，它记录了进程从创建到消亡动态变化的状况，进程队列实际也是进程控制块的链接。操作系统利用进程控制块对进程进行控制和管理。

进程控制块的作用有：

（1）记录进程的有关信息，以便操作系统的进程调度程序对进程进行调度。这些信息包括标志信息、说明信息、现场信息和管理信息等；

（2）标志进程的存在，进程控制块是进程存在的唯一标志

五、进程队列（领会）

1、进程队列的链接。

在多道程序设计的系统中往往会同时创建多个进程 .在单处理器的情况下，每次只能让一个进程运行，其他的进程处于就绪状态或等待状态。为了便于管理，经常把处于相同状态的进程链接在一起，称“进程队列”，由于进程控制块能标志进程的存在和动态刻画进程的特性，因此，进程队列可以用进程控制块的连接来形成。链接的方式有两种：单向链接和双向链接。

2、进程基本队列

就绪队列：由若干就绪进程按一定次序链接起来的队列。

等待队列：把等待资源或等待某些事件的进程排列的队列

3、进程的入队和出队。

出队和入队：当发生的某个事件使一个进程的状态发生变化时，这个进程就要退出所在的某个队列而排入到另一个队列中去。

出队：一个进程从所在的队列退出的操作称为出队

入队：一个进程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