文章目录
- 一、操作系统概述
- （一）操作系统的基本概念
- （二）操作系统分类及特点
- 二、进程管理
- （一）基本概念
- （二）进程的控制
- （三）进程间的通信
- （四）管程
- （五）进程调度
- （六）死锁
- （七）线程
- 三、存储管理
- （一）基本概念
- （二）存储管理方案
- （三）分页存储管理
- （四）分段存储管理
- （五）段页式存储管理
- （六）虚拟存储管理
- 四、设备管理
- （一）设备管理概述
- （二）I/O软件
- （三）设备管理采用的相关技术
- （四）磁盘调度
- 五、文件管理
- （一）文件与文件系统
- （二）文件的结构和组织
- （三）文件目录
- （四）存取方法和存储空间的管理
- （五）文件的使用
- （六）文件的共享和保护
- （七）系统的安全与可靠性
- 六、作业管理
- （一）作业与作业控制
- （二）作业调度
- （三）用户界面
一、操作系统概述
（一）操作系统的基本概念
- 计算机系统层次结构（自下而上）：计算机硬件→操作系统→系统软件→应用软件。
-
操作系统的特征：并发性、共享性、虚拟性、不确定性。
-
操作系统的功能：进程管理、文件管理、存储管理、设备管理、作业管理。
（二）操作系统分类及特点
- 操作系统可分为：批处理操作系统（单道、多道）、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、微型计算机操作系统、嵌入式操作系统等。
二、进程管理
（一）基本概念
- 前趋图：有向无环图，可以用来被描述进程之间执行的前后关系，由节点和有向边组成，节点代表各程序段的操作，有向边表示两个程序段操作之间存在的前趋关系。（PV操作实现前趋关系）
- 程序的顺序执行具有顺序性，封闭性，可再现性；程序的并发执行具有间断性、失去封闭性、不可再现性。
-
进程通常是由程序、数据和进程控制块（PCB）组成的。
-
进程的状态及其状态转换：运行、就绪、阻塞。
（二）进程的控制
-
进程控制：对系统中的所有进程从创建到消亡的全过程实施有效的控制。
-
原语：有若干条机器指令组成的，用于完成特定功能的程序段。
（三）进程间的通信
-
同步和互斥：进程同步是指在系统中一些需要相互合作、协同工作进程相互的联系；进程互斥是指系统中多个进程因争用临界资源而互斥执行。
-
临界区管理原则：有空即进、无空则等、有限等待、让权等待。
-
信号量机制：主要有整型信号量、记录型信号量、AND型信号量、信号量集机制。
a. 信号量分为公用信号量（实现互斥，初值为1或资源数目）和私用信号量（实现同步，初值为0或某个正整数）。
b. 信号量S≥0表示某资源的可用数，S<0其绝对值表示阻塞队列中等待该资源的进程数。
c. 利用P操作（ S : = S − 1 S:=S-1 S:=S−1）和V操作（ S : = S + 1 S:=S+1 S:=S+1）实现进程的互斥和同步。
（四）管程
- 管程的基本思路是采用资源集中管理的方法，将系统中的资源用某种数据结构抽象地表示出来。
（五）进程调度
-
处理机调度层次：高级调度、中极调度、低级调度。
a. 高级调度：调度对象是作业，作业进入内存创建进程并置入就绪队列，适用于批处理系统，调度频率最低。
b. 中级调度：调度对象是进程，进程挂起转至外存，应用较广泛。
c. 低级调度：调度对象是进程，选择就绪进程分配CPU，适用于各种操作系统，调度频率最高。
-
调度算法：先来先服务（FCFS）、时间片轮转、优先级调度、多级反馈调度等。
（六）死锁
-
产生死锁的原因：竞争不可抢占性资源、竞争可消耗性资源、进程推进顺序不当。
-
产生死锁的必要条件：互斥条件、不剥夺条件、请求保持条件、环路条件。
-
当有n个进程、m个资源、每个进程所需要的资源数为k，当系统采用得分配策略是轮流的为每个进程分配资源时，若 m ≥ n ∗ ( k − 1 ) + 1 m≥n*(k-1)+1 m≥n∗(k−1)+1则不会发生死锁，反之就会发生死锁。
- 进程资源图：方框表示资源，圆圈表示进程，箭头表示分配资源和请求资源，需要先分配再请求，可以判断节点是否阻塞以及是否能够化简（非阻塞节点释放资源再判断）。
-
处理死锁的基本方法：鸵鸟策略、预防死锁、避免死锁、检测与解除死锁。
-
死锁避免：银行家算法的应用。
（七）线程
-
进程：进程是进程的执行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
-
线程：线程是OS中可并发执行的轻型实体，其基本上不拥有系统资源，但共享其所属进程所拥有的全部资源，是OS独立调度和分派的基本单位。
三、存储管理
（一）基本概念
-
存储器的层次结构（自上而下）：寄存器、高速缓存、主存、外存。
-
虚拟地址、地址空间、存储空间。
-
地址重定位：静态重定位、动态重定位。
（二）存储管理方案
-
分区存储管理：固定分区、可变分区、可重定位分区。
-
分区保护：上界/下界寄存器保护、基址/限长寄存器保护。
（三）分页存储管理
- 纯分页存储管理：由页号和页内地址组成，页的大小决定页内地址位数，根据逻辑地址页号映射物理块。
-
快表。
-
两级页表机制。
（四）分段存储管理
- 分段存储管理：由段号和段内地址两部分组成。
（五）段页式存储管理
- 段页式存储管理：由段号、段内页号、页内地址三部分组成。
（六）虚拟存储管理
- 程序局部性原理：时间局部性、空间局部性。
-
虚拟存储器的实现：请求分页系统、请求分段系统、请求段页式系统。
-
请求分页管理的实现。
-
页面置换算法：最佳（Optimal）置换算法、先进先出（FIFO）置换算法、最近最少未使用（LRU）置换算法、最近未用（NUR）置换算法。
-
工作集。
四、设备管理
（一）设备管理概述
-
设备的分类方式：数据组织方式、设备功能、资源分配方式、数据传输率。
-
设备管理的目标与任务。
（二）I/O软件
- I/O设备管理软件一般分为四层（自下而上）：中断处理程序、设备驱动程序、与设备无关的系统软件、用户级软件。（另外最底层还有硬件用来执行I/O操作）
（三）设备管理采用的相关技术
-
通道技术。
-
DMA技术。
-
缓冲技术：可分为单缓冲、双缓冲、多缓冲和环形缓冲。
a. 单缓冲区：当前系统对盘块的处理可与下一盘块读入缓冲区并行。
b. 双缓冲区：当前缓冲区送至用户区和系统对盘块的处理可与下一盘块读入缓冲区并行。
- Spooling技术。
（四）磁盘调度
-
磁盘驱动调度：先来先服务（LCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）、扫描算法（SCAN）、单向扫描调度算法（CSCAN）。
-
旋转调度算法。
- 磁盘调度管理中，通常先进行移臂调度，再进行旋转调度。
五、文件管理
（一）文件与文件系统
-
文件：具有符号名的、在逻辑上具有完整意义的一组相关信息项的集合。
-
文件系统：操作系统中实现文件统一管理的一组软件和相关数据的集合，专门负责管理和存取文件信息的软件机构。
-
文件的类型。
（二）文件的结构和组织
-
文件的逻辑结构：有结构的记录式文件、无结构的流式文件。
-
文件的物理结构：连续结构、链接结构、索引结构、多个物理块的索引表（链接文件、多重索引方式）。
a. 多重索引方式的判断和计算。
b. UNIX系统索引节点有13个地址项，0~9采用直接索引技术，10采用一级间接索引技术，11采用二级间接索引技术，12采取三级间接索引技术。
（三）文件目录
-
文件控制块：用于描述和控制文件的数据结构，为了实现“按名存取”。包括基本信息类、存取控制信息类和使用信息类。
-
目录结构：一级目录结构、二级目录结构、多级目录结构。
a. 全文件名、绝对路径、相对路径的判断。
（四）存取方法和存储空间的管理
-
文件的存取方法。
-
文件存储空间的管理：空闲区表、位示图、空闲块链、成组链接法。
（五）文件的使用
- 操作系统在操作级和编程级向用户提供文件的服务。
（六）文件的共享和保护
-
常见的文件链接：硬链接和符号链接。
-
文件的保护：存取控制矩阵、存取控制表、用户权限表。
（七）系统的安全与可靠性
-
系统安全性管理四个级别：系统级、用户级、目录级、文件级。
-
文件系统的可靠性：转储和恢复、日志文件、文件系统的一致性。
六、作业管理
（一）作业与作业控制
-
作业：系统为完成一个用户的计算任务（或一次事务处理）所做的工作总和。由程序、数据和作业说明书组成。
-
作业控制。
-
作业状态及转换。
-
作业控制快和作业后备队列。
（二）作业调度
-
作业调度算法。
-
作业调度算法性能的衡量指标。
（三）用户界面
- 用户界面：计算机中实现用户与计算机通信的软/硬件部分的总称。
