1、1第一章 概论1. 操作系统设计原则A. 能使计算机系统使用方便B. 能使计算机高效的工作2. 操作系统基本类型 :批处理、分时、实时、网络（计算机网络配置的） 、分布（多台计算机组成的体术网络） 、多机、嵌入式批处理系统：批量化处理作业的系统。1. 批处理单道系统；2. 批处理多道系统：*并行工作减少了处理器的空闲时间，提高了效率；*作业调度可以按一定的组合装入主存储器，充分利用系统资源；*作业过程中，不访问低速设备，直接访问高速磁盘，单位时间处理能力提高；*作业成批输入，自动选择控制，减少人工和作业交接时间，提高系统吞吐率。分时操作系统：准许多个用户同时与计算机系统交互。多采用分时技术。分
2、时多道程序特点：同时性（多用户） 、独立性（用户服务各自独立） 、及时性 （三秒内响应用户请求） 、交互性（人机对话工作方式）实时操作系统：能及时处理计算机系统接收的外部信号并及时处理，在严格规定的时间 里处理结束，并反馈信号。3. UNIX 简介：交互式分时系统。UNIX Version 1 （AT活动节点的释放（iput）4. 目录索引：有了我那件目录、磁盘索引节点和活动节点系统就可以快速有效的进行目录检索。E. UNIX 的打开文件表：系统打开文件表：一个文件可以被一个或多个进程打开，该表反映对被打开文件进行操作的动态信息。进程打开文件表：一个进程打开多个文件。UNIX 最多允许一个进程
3、打开十五个文件。UNIX 为每个进程设置一张进程打开表。F. UNIX 的文件操作：建立文件（creat ）：建立新文件；打开文件（open）：打开已存在的文件；系统调用（read）：读一个已经打开的文件；系统调用（write）：写一个建立或打开的文件；13系统调用（close）：关闭一个打开的文件；系统调用（link）：为一个文件从新命名；系统调用（unlink）：删除文件的一个文件名；11. UNIX 的文件存储管理：UNIX 把磁盘上的用来存放文件信息的磁盘块采用成组链接的方法进行管理。第六章 设备管理1. 设备管理的功能输入输出操作：是指主存储器与外围设备之间的信息传送操作。或把外界信
4、息输入计算机系统，或运算结果输出。“块”单位：存储型设备（块设备） ，输入输出才做的信息传送单位。“字符”单位：输入输出型设备（字符型设备） ，输入输出操作的信息传送单位。设备管理的主要功能与好处：主要功能：1. 实现对外围设备的分配与回收:不使用时及时回收；2. 实现外围设备的启动：外围设备启动由操作系统统一来做；3. 实现对磁盘的驱动调度:4. 处理外围设备的中断事件:5. 实现虚拟设备：虚拟设备存储速度高；好处：1. 启动外围设备工作时，许多繁琐事务不必用户承担，大大方便用户；2. 可以使某些设备共享，不同作业在执行期间可以使用同一设备，提高设备利用率；3. 可以实现外围设备和其他计算机
5、部件间的并行操作，充分发挥计算机系统的并行性，进一步提高系统的利用率；4. 它还可以处理外围设备的一些故障，防止用户错误使用，从而提高外围设备和系统的安全性。2. 外围设备的分类独占设备：指针作业执行期间只允许一个作业独占使用的设备。可共享设备：可以让若干个作业同时使用的设备。作业交替启动磁盘，决定对谁服务3. 独占设备的管理A. 设备的绝对号与相对号：用户的请求的设备号 +相对号电脑转换为对应的绝对号。设备的绝对号：为了区分识别设备，计算机系统对每一台设备都要登记，且为每一台设备确定的一个标号。设备的相对号：是指由用户自己需要使用的若干台同类设备给出了编号。14B. 独占设备的分配申请独占设
6、备的两种方式：一是支持设备的绝对号，二是指定设备类、相对号。设备的独立性：通常用户申请设备时只指定哪类设备，由系统将用户的“设备类、相对号”逻辑设备转换成具体的设备。设备的独立性好处原因：1. 系统只需找到指定设备类“好的且未分配”的设备进行分配；2. 万一用户使用的设备出了故障，可以另一台“好的且未分配”代替。4. 磁盘驱动的调度A. 访问磁盘的操作时间磁盘访问请求需：柱面号、磁头号、扇区号。寻找时间：瓷胎在移动臂带动下移动到指定柱面的时间。延迟时间：指定扇区旋转到磁头位置的时间。传送时间：指定磁头将磁道上的信息读到主存或主存信息写到磁道的时间驱动调度：是指系统采用一定的调度策略来决定各等待
7、访问者的执行次序的工作。驱动调度算法：是指驱动调度采用的调度策略。 “移臂调度”和“旋转调度”B. 移臂调度1. 先来先服务调度算法：花费的寻找时间较长。2. 最短寻找时间优先调度算法：总是寻找离磁头位置最近的请求。3. 电梯调度算法：沿移臂方向，到头或尾时折返。移臂向外：从里向外（向 0 号柱面移动）移臂向里；从外向里（向柱面号增大的方向）4. 单向扫描调度法：从磁头位置向柱面号大的方向扫描，到尾后跳转到 0 继续。C. 旋转调度：是指优先选择延迟时间最短的访问者去执行的执行次序调度。三种若干访问者访问的情况：前两种先到达读写磁头位置，再写读扇区。第 3 种需多次旋转，一次读取一个扇区，先后
8、随机。1. 若干访问者访问同一磁头下的不同扇区；2. 若干访问者访问不同磁头下的不同扇号；3. 若干访问者访问不同磁头下的相同扇区号。D. 信息的优化分布：有利于减少延迟时间从而缩短输出输出操作时间，提高系统效率。5. 输入输出操作的实现A. 通道结构和通道程序1. 通道结构：独立于系统的各个独立通道，负责主存储器与外围设备之间的信息传送。通道上的外围设备能并行工作。输入/输出处理机：是指通道，螚单独完成输入 /输出操作。2. 通道命令（CCW）：命令码、数据主存地址、标志码、传送字节个数。3. 通道地址字（CAW）：是指用来存放通道程序首地址的主存固定单元。4. 通道状态字（CSW ）：通道
9、程序结束时，被记录执行情况所存放在主存固定单15元。有通道命令地址、设备状态、通道状态、剩余字节个数信息B. 外围设备的启动系统启动和控制外围设备完成输入/输出操作的三个阶段：准备阶段、启动 I/阶段O、结束处理阶段C. I/O 中断事件的处理：1. 操作正常结束：表示该作业得到设指定备传达的信息或信息传达到指定设备。进程由“等待传送”变为“就绪” 。2. 操作异常结束：设备异常（设备异常中断） 、设备特殊（设备特殊情况中断）6. 缓冲技术：指利用缓冲区来缓解处理器与外围设备之间速度不匹配的矛盾而采用的技术。A. 单缓冲技术 B. 双缓冲技术 C. 缓冲池技术空缓冲区：系统初始化时，缓冲池中的
10、各缓冲区未被使用的区。7. 虚拟设备：是指模拟的独占型设备。有利于提高作业的执行速度。A. 为什么要提供虚拟设备？未解决独占设备不利。独占设备的静态分配有诸多不利：1. 作业独占设备时，只有一部分时间在使用它们，其余时间闲置。2. 当每类独占设备只有一台时。多个独占设备只能同为一个作业服务。3. 这些独占设备往往是低速设备。B. 虚拟设备的实现1. 基本条件：有一定的硬件和软件条件。2. 实现原理：作业全部信息（多到程序设计系统可多个作业并行执行）输入设备磁盘（等待处理） 。这要就不许要启动输入设备，中用等待处理结果。3. 实现技术：输入输出井：为实现虚拟设备，必须在磁盘上划分出称为井的专用空
11、间，用以存放作业初始信息（输入井）和作业执行结果（输出井） 。斯普林系统（SPOOLING ）：操作系统中实现虚拟设备的功能模块是在计算机控制下通过联机的外围设备同时操作 SPOOLING 来实现其功能的。由预输入程序、井管理程序、缓输出程序组成。数据结构：作业表、预输入表、缓输出表。功能实现：第一批作业执行结果正在输出，第二批作业正在处理，第三批作业信息正在预输入打磁盘的输入井中。8. UNIX 中的设备管理A. UNIX 设备和设备文件1. UNIX 把设备设备分为：块设备和字符设备。块设备（存储设备）：以块为单位与主存交换信息。字符设备（输出输出设备）：以字节为单位与主存交换信息。主设备
12、号:UNIX 对某一类设备给出的编号。次设备号：UNIX 对每一台设备给出的编号。162. 设备文件：UNIX 把设备也当做文件对待。每个设备都有一个文件名，像文件一样操作。调用 open、close 、read 和 write。B. UNIX 的块设备缓冲技术：9. UNIX 的块设备缓冲技术：系统设置一批缓冲区，构成系统缓冲区池。A. 缓冲区控制块：状态标志 b_flags;队列指针;设备号 dev;字节数 b_bcount;块号b_blknob；存放地址 b_addrB. 缓冲区队列：空闲缓冲区队列；设备缓冲区队列。C. 缓冲区队列管理：1. 当需要一个缓冲区时，总是从缓冲区队列队首取一
13、个缓冲区。2. 缓冲区读写磁盘块后从空闲缓冲区退列并链入该设备的设备缓冲区队列（BUYS ）3. 缓冲区完成用户操作置 DELWR，释放缓冲区，清除 BUYS。4. 分配缓冲区时总是摘取空闲缓冲区队列的第一个缓冲区。5. 即在空闲队列又在设备队列的缓冲区，移作他用则退出两队链入新队。D. 缓冲区的检索：根据设备号找到该设备的设备缓冲区队列；如果在设备缓冲区队列中找不到相应的缓冲区，那么就从空闲缓冲队列中分配一个缓冲区。第七章 进程同步与进程通讯1. 进程的顺序性和并发性A. 进程的顺序性顺序处理器：目前使用的计算机基本上是冯. 诺依曼是的结构，特点是处理器按指令地址的指示顺序执行指令。进程的顺
14、序性：是指进程在顺序处理器上的执行严格按序的。进程独占处理器时：封闭性：进程执行的结果只取决于进程本身，不受外界影响。可再现性：即进程重复执行时，必定获得相同结果。B. 进程的并发性可同时执行（并发性）：在一个进程工作没有全部完成之前，另一个进程就可以开始工作。并发进程：可同时执行的进程，并发进程之间可能无关（无关的） ，可能有关（有交互的） 。2. 与时间有关的错误：由于时间因素造成的错。产生的原因：若干有交互的并发进程，对共享资源没有限制的使用。3. 临界区与 PV 操作A. 临界区临界区：是指并发进程中与共享变量有关的程序段。相关临街区：是指并发进程中涉及相同变量的那些临界区。若干并发进
15、程共享某一变量的相关临界区管理要求：1. 一次最多一个进程能够进入临界区；2. 任何一个进程必须在有限的时间内退出临界区；173. 不能强迫一个进程无限制等待进入她的临界区，有进程退出临界区时应让一个等待进入临界区的进程进入它的临界区。相关临界区管理实现的方法：1. 当无进程在临界区时，若有进程要进入，则允许一个进程立即进入临界区；2. 当有一个进程在临界区执行时，其他试图进入临界区的进程必须等待；3. 当有一个进程离开临界区时，若有等待进入临界区的进程，则允许其中一个进入它了临界区。B. PV 操作：Dijkstra 发明的 PV 操作能实现对相关临界区的管理要求。P 操作：也称 P 操作原
16、语，不可中断操作。V 操作：也称 V 操作原语，不可中断操作。P(S） :信号减 1，大于 0 表可用临界区，小于等于 0 表示等待，不可用。V(S):信号加 1，归还临界区的使用。不大于 0 就释放一个等待进程。C. 用 PV 操作管理临界区程序态度，自己看书克囧4. 进程的互斥进程的互斥：是指当有如干进程都要使用某一共享资源时任何时刻最多允许一个进程去使用该资源，其他要使用的进程必须等待，直到该资源的占有者释放资源。A. 用 PV 操作实现互斥：程序太多了自己看书克 ！_-B. 读者/写者问题。共享文件：可供多个进程使用的文件。读者（读进程）：想读文件信息的进程。写着（写进程）：想修改文件
17、内容的进程。1. 不允许多个进程同时使用共享文件:每次只有一个进程使用的文件。2. 允许多个基础同时使用共享文件：为保证文件信息安全：1. 多个进程可以同时读文件；2. 任何一个进程在写一个文件时，不许其他进程读和写；3. 当有一个进程在读一个文件时，不许其他进程写该文件。5. 进程的同步：进程的互斥与进程的同步的通称。进程的同步：是指并发进程之间存在一种制约关系，一个进程的执行依赖另一个进程的消息，当一个进程没有得到另一个进程的消息时应该待，直到消息到达才被唤醒。A. 协作：两个进程如何协作：M、N 进程都是在得到对方消息后再去使用共享资源，所以不会产生记录的丢失和重复处理。1. 进程 M
18、把一个进程存入缓冲区后，应向进程 N 发送“缓冲区中有等待处理的记录”的消息；2. 进程 N 从缓冲区取走一个记录后应向进程 M 发送“缓冲区中的记录已经取走”的消息；3. 进程 M 只有在得到进程 N 发送来的“缓冲区中的记录已经取走”消息后，才18能存入下一个记录，否则 M 等待，直到消息到达。4. 进程 N 只有在得到进程 M 发送来“缓冲区中有等待处理的记录”消息后才能取出并加工，否则 N 等待，直到消息到达。B. 用 PV 操作实现进程同步进程的同步：上面1. 同步机制：是指能把其他进程所需要的消息发送出去，也能测试自己所需要的消息是否到达的实现进程同步的机制。用来解决进程互斥与进程
19、同步的机制。进程互斥与同步的区别：进程互斥时：是指进程间竞争共享资源的使用群，谁争到谁使用，知道不用就归还使用权。进程同步时：即使无进程在使用资源，尚未得到同步消息的进程仍不能使用该资源。调用 P 操作测试消息是否达到。盗用 V 操作发送消息。2. 生产者/消费者beginbuffer : integer; /*定义 buffer 为整数*/SP,SG : semaphore /*定义信号量*/SP : =1;SG : =0: /*定义信号量的值*/cobeginProcess producer /*生产者进程*/beginL1 : process a product; /*生产一件物品 */
20、P(SG); /*检测是否可以存入 buffer*/buffer : =product: /*将物品存入 buffer*/V(SP); /*发送 buffer 中已存入物品消息*/goto L1; /*/end;Process consumer; /*取物品进程*/beginL2 : P(SG); /*检测 buffer 中是否有物品*/Take a product; /*取走一件物品 */V(SP); /*发送 buffer 中可存物品消息*/consume; /*吃掉物品 */囧goto L2;end;coend;end;3. 同步与互斥的混合问题：程序太多自己看书克囧。6. 进程通信:是
21、指通过专门的通信机制实现进程间交换大量信息的通信方式。19A. 通信机制：一个正在执行的进程 ,可在任何时刻发送和接受信件。1. 信件：内容包括发送者名、信息（或存放信息的地址和长度） 、等还是不等回信、回信地址。2. 通信方式通信原语：发送（send）原语和接受（ receive）原语通信方式:直接通信和间接通信直接通信方式：总是固定在一对进程间进行。间接通信方式：以信箱为媒介来实现通信。B. 间接通信：是指进程间利用信箱交换信息。信箱：“信箱说明”和“信箱体”组成信箱通信规则：1. 若发送信件时信箱已满，则应把发送信件的进程置成“等信箱”状态，知道信箱有空才被释放。2. 若去信件时信箱无信
22、件，则把接收信件的进程置成“灯信件”状态。直到信箱中有信件时才被放行。C. 用进程通信实现进程同步：发送的消息更丰富。7. UNIX 中的进程同步与进程通信。A. UNIX 中的进程同步1. 同 wait 和 exit 实现同步：UNIX 用于父子进程间的同步工具。2. 同 sleep 和 wakeup 实现同步：UNIX 内部实现进程同步的工具。B. UNIX 中的进程通信1. 管道机制： UNIX 提供的管道机制允许进程按先进先出（FIFO）的方法传送消息。无名管道（pipe 文件）：是指连接进程间的可共享文件。命名管道（FIFP 文件）：是指一个冠有文件名的管道文件。2. 消息缓冲机制：
23、UNIX 中消息缓冲机制是利用缓冲区来传送消息的。缓冲区消息列队包含:发送消息的进程名、消息的长度、需传送的消息正文、下一个消息缓冲区的指针。8. 线程概念A. 什么是线程？线程（轻型进程）：是指进程中可独立执行的子任务。一个进程中可有多个线程。每个线程有自己唯一的标识符。线程的属性：1. 每个线程有一个唯一的标识符和一张线程描述表；2. 不同的线程可以执行相同的程序；3. 同一进程中的各线程可以共享分配给进程的主存地址空间。4. 线程是处理器独立的调度单位，多个线程可以并发执行。5. 一个线程被创建后，便开始了他的生命周期，直至终止。B. 进程与线程：20进程与线程的根本区别：进程是资源分配
24、单位，线程是调度和执行单位。多线技术的优势：1. 创建线程无需另外分配资源，因而创建线程的速度比创建进程的速度快，且系统开销小。2. 线程间的通信在同一地址空间中进行，故不需要额外的通信机制，使通信变的更简洁。3. 线程能独立执行，能充分利用和发挥处理器与外围设备并行工作能力。第八章 死锁死锁：是指系统中存在一组进程，他们中每个进程都占用了某种资源，又都在等待已被该组进程中其他进程占用的资源，如果这种等待永远不能结束的情况。1. 死锁的形成：死锁指系统，死锁状态指该组进程。死锁的起因：若干个进程要求的资源数大于系统能够提供的资源数，这时进程间出现竞争资源的现象，对进程竞争资源如果管理不当，就会
25、引起死锁。死锁的出现与资源分配策略和进程并发执行的速度有关。PV 操作可以实现共享资源的互斥，但不能排除死锁。2. 死锁的特征A. 死锁的必要条件：只要发生死锁四条必成立（必要条件） 。四条同时成立未必死锁（非充分条件）1. 互斥的使用资源；2. 占有并等待资源；3. 不可抢夺资源；4. 循环等待资源。B. 资源分配图:进程资源（进程申请一个资源） ；资源 进程（一个资源被进程占用）3. 死锁的防止：只要采用的分配策略能使四个条件中的一个不成立，则就可以防止死锁。A. 破坏互斥条件方法：破坏这儿条件经常行不通。B. 破坏占有并等待资源：两种方法破坏。1. 静态的分配资源：是指进程必须在开始执行
26、前就申请自己所需要的全部资源。实现简单，但降低了资源的利用率。2. 释放已占的资源：仅当进程没占有资源时，才可以去申请资源。已经占有某些资源可以先归还，再申请。C. 破坏不可抢夺资源方法：可抢夺等待资源的进程的资源。D. 破坏循环等待资源方法：对资源采用按序分配的策略。4. 死锁的避免避免方法：让系统掌握住并发进程中各个进程的资源申请情况，分配资源时可以先测试系统状态，仅当确保不会产生死锁时，才能把资源分分配给申请者，否则拒绝申请者要21求。A. 安全状态：是指操作系统能够保证所有进程在有限的时间内得到所需资源的全部资源。则称系统处于安全状态。B. 银行家算法：是指通过动态地检测系统中资源分配
27、和使用情况来决定如何分配资源的，在能确保系统处于安全状态时才把资源分配给申请者，从而避免死锁。在保证至少有一个进程能得到所需全部资源的前提下进行资源分配。5. 死锁的检测：主要解决，怎么判断系统是否出现死锁；当死锁发生时怎么解除。A. 死锁检测方法：两种情况的检测方法。1. 每类资源只有一个资源：利用占用表和等待表。2. 每类资源有多个资源：一步初始检测：找资源已满足进程加标志；二步循环检测：找到无标志却资源数不超过可分配资源数的进程加标志；三步结束检测：若进程有标志则无永远等待资源的进程，死锁不存在，若还有进程无标志则表示系统已有死锁形成。B. 死锁的解除：解除方法：1. 终止进程：终止涉及死锁的进程的执行，回收死锁进程占用的资源，解除死锁。终止全部死锁进程：代价大，数据全没了；一个个的终止，直到解除死锁，代价小2. 抢夺资源：抢夺若干个死锁进程的资源分配给其他死锁的进程，知道解除死锁。抢夺方法：1. 抢夺付出代价最小的进程的资源；2. 保护被抢夺者的现场，以便恢复；3. 避免抢夺同一死锁进程的资源，进程总得不到足够的资源而无法执行被“饿死”
