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前言
操作系统概述
操作系统的目标与功能
操作系统的定义
目标
功能
操作系统的历史
单用户系统
简单批处理系统
多道批处理系统
分时系统
个人电脑 → 分布式系统 → 互联网时代 → 移动计算时代 → ......
实时系统
操作系统的基本特征
并发
共享
虚拟…目录
前言
操作系统概述
操作系统的目标与功能
操作系统的定义
目标
功能
操作系统的历史
单用户系统
简单批处理系统
多道批处理系统
分时系统
个人电脑 → 分布式系统 → 互联网时代 → 移动计算时代 → ......
实时系统
操作系统的基本特征
并发
共享
虚拟
不确定性
操作系统的体系结构
无结构操作系统
模块化系统结构
分层式系统结构
操作系统安全
内存
信息保护和安全 前言
本复习笔记基于电子科技大学计算机操作系统-教学大纲2022中的课程模块部分分为五大章节分别是 CM1操作系统概念。操作系统基本功能、操作系统发展历史及趋势、操作系统主流架构、常见操作系统特点、操作系统安全机制。 CM2进程管理。进程概念、线程概念、进程生命周期、进程调度算法、进程同步互斥、进程间通信和死锁。 CM3内存管理。内存空间的概念、连续分配、离散分配分页管理、分段管理、段页式管理、虚拟存储管理和页面置换算法。 CM4设备管理。I/O 系统结构、缓冲管理、磁盘结构和磁盘调度算法。 CM5文件管理。文件系统的作用、逻辑结构、物理结构、目录、文件共享和文件系统的一致性。本节要点在CM1大致内容如下 第一章 计算机操作系统概论6 学时多媒体课件结合板书面授CM1 1、主要内容 批处理技术、多道程序设计技术、操作系统的概念、操作系统的发展、操作系统的基本类型、 操作系统相关的基本概念和特点、操作系统的特征、理解操作系统的服务、操作系统的功能模块、 操作系统的体系结构、系统调用、命令接口、程序接口、虚拟机、客户机/服务器等。 2、应达到的要求 记忆操作系统的体系结构、操作系统的发展及主要类型。 理解: 操作系统中的基本概念、操作系统的目标和作用、理解用户接口与系统调用的意义和 类型。 应用批处理技术、多道程序设计技术。 分析操作系统的基本类型、特征、操作系统的功能模块。 第六章 操作系统安全2 学时多媒体课件结合板书面授CM1 1、主要内容 操作系统安全的概念、安全机制的实施文件保护机制、身份认证、访问矩阵、访问矩阵的 实现。 2、应达到的要求 记忆安全系统的模型、设计、可信度验证。 理解操作系统安全的概念、安全机制的实施 应用文件保护、身份认证、访问矩阵、访问矩阵的实现。 操作系统概述 操作系统的目标与功能
操作系统的定义 操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源合理地对各类作业进行调度以及方便用户使用的程序的集合。 目标 方便性使计算机更易于使用有效性使用计算机资源更加有效扩展性可开发、测试引入新功能开放性应用程序的可移植和互操作功能 处理机管理按照一定的算法把处理机分配给进程线程并对其进行有效的管理和控制。存储器管理为多道程序提供运行环境方便使用提高存储器利用率以及能从逻辑上扩充内存。设备管理完成用户提出的I/O请求为用户分配其所需的I/O设备提高CPU和I/O设备的利用率提高I/O速度方便用户使用I/O设备。文件管理对用户文件和系统文件进行管理以方便用户使用并保证文件的安全性。用户接口OS提供给用户交互的命令集合操作系统的历史 单用户系统 处理机制 人工操作方式所有资源用户独占脱机输入输出与外围计算机进行I/O(→优化为简单批处理系统)简单批处理系统 处理机制: 对一批作业进行自动处理内存中只能存放一道作业运行结束/出错→自动调用另一道作业自动续接 主要特征: 自动性, 顺序性, 单道性 优点: 减少了人工操作, 解决了作业自动续接问题 缺点: 平均周转时间太长(处理器一次只能运行一道程序在进行I/O操作时会让处理器陷入等待利用率仍较低), 没有交互能力(→优化为多道批处理系统) 多道批处理系统 在单道批处理上加以改进 内存中同时存放多个作业当一个作业需要等待I/O或运行结束/出错时处理器可以切换到另一个作业(自动调度)多个程序可并发执行作业调度程序负责作业的调度主要特征: 多道性, 无序性, 调度性 优点: 提高了资源利用率和吞吐能力 缺点: 没有交互能力(→优化为分时系统) 分时系统 处理机制: 时钟中断: 时间片 产生原因: 人机交互、共享主机、方便上机 主要特征: 多路性, 独立性, 及时性, 交互性 [与多道批处理系统的比较]
主要表现在用户交互层面, 用户可以在终端输入指令控制计算机, 而侧重点也有所不同: 多道批处理系统侧重于充分利用处理器, 而分时系统更注重作业效率
个人电脑 → 分布式系统 → 互联网时代 → 移动计算时代 → ...... 了解即可, 略 实时系统 定义 系统能实时及时 相应外部事件的请求在规定的时间内开始或完成该事件的处理并控制所有实时任务协调一致的运行 应用领域 航空航天、军事、工业控制、实时控制系统、实时信息系统 特性: 多路性、独立性、交互性、可靠性、及时性 操作系统的基本特征 并发最重要的特征共享虚拟不确定性并发
并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生。单处理机系统
并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。多处理机系统
共享
系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。 互斥共享方式 临界资源是在一段时间内只允许一个进程访问的资源系统中的临界资源可以提供给多个进程使用但一次仅允许一个进程使用同时访问方式 宏观上资源共享指多个任务可以同时使用系统的软硬件资源微观上资源共享指多个任务可以交替互斥的使用系统中的某个资源例如磁盘虚拟
将物理实体抽象成逻辑产物。时分[虚拟处理机/虚拟设备]、空分[虚拟内存]...
不确定性
同样的程序同样的输入输出结果可能不同。 异步进程使用异步方式执行运行速度与结果不可预知。随机函数random(); gettimeofday()...... 操作系统的体系结构 操作系统的四代变革 第一代无结构操作系统第二代模块式结构第三代层次式结构第四代工程学软件开发→软件工程学常见OS整体结构 无结构操作系统
OS是众多过程的集合各过程之间可以相互调用在操作系统内部不存在任何结构既庞大又杂乱因此也叫它整体系统结构。
这样编织出的程序错误很多调试与维护的成本很高负担很大。
模块化系统结构
OS包含若干模块每一模块实现一组基本概念及相关基本属性
模块之间均可以引用任意其他各块的概念以及属性
优点 提高了OS设计的正确性、可理解性和可维护性。增强了OS的可适应性。 加速了OS的开发过程。缺点 对模块的划分及对接口的规定要精确描述很困难。从功能观点来划分模块时未能将共享资源和独占资源加以区别
分层式系统结构
OS包含若干层每一层实现一组基本概念及相关基本属性
各层的实现只依赖其直接下层所提供的概念以及属性并对其上各层隐藏其下各层的存在 操作系统安全
内存
虚拟存储 以逻辑方式访问储存器不考虑物理内存可用的空间数量满足多个作业同时驻留内存的需求换入换出机制分页机制每个进程的大小可能不同整体换入换出时大小不匹配每个作业部分驻留硬件检测到缺页时安排载入‘
分页机制
进程由若干个固定大小的块组成每一块大小相同虚地址由页号和内页偏移量组成进程中每一页均可置于内存中任何位置提供了虚地址和内存中实地址物理地址之间的动态映射机制
信息保护和安全
可用性保护系统不被中断保密性保证用户不能读取未授权访问的数据数据完整性保护数据不被未授权修改认证涉及用户身份的正确认证和消息或数据的合法
