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操作系統的知識點(diǎn)總結
操作系統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(lái)的操作系統的知識點(diǎn)總結 ，歡迎閱讀。
操作系統的概念
操作系統：是管理計算機軟硬件資源的程序，同時(shí)它又是用戶(hù)與計算機硬件的接口。
操作系統的構成
進(jìn)程管理、內存管理、文件管理、輸入/輸出系統管理、二級存儲管理、聯(lián)網(wǎng)、保護系統、命令解釋程序
操作系統的類(lèi)別
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，操作系統多種多樣。為提高大型計算機系統的資源利用率，操作系統從批處理，多道程序發(fā)展為分時(shí)操作系統。為了滿(mǎn)足計算機處理實(shí)時(shí)事件的需要，就有實(shí)時(shí)操作系統。為適應個(gè)人計算機系統的需要又出現了桌面操作系統。為適應并行系統的需要，就有了多處理器操作系統。為滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )和分布計算的需要，就有了網(wǎng)絡(luò )操作系統和分布式操作系統。此外，還有為支持嵌入式計算機的嵌入式操作系統。
計算環(huán)境
從計算機誕生至今，操作系統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)境中設置和使用，就目前來(lái)看計算環(huán)境可分為以下幾類(lèi)：
1. 傳統計算環(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備上的計算部件，其計算相對比較簡(jiǎn)單。
進(jìn)程的概念
什么是進(jìn)程？它與程序有什么區別？
程序：用戶(hù)為完成某一個(gè)特定問(wèn)題而編寫(xiě)的操作步驟。
進(jìn)程：可以簡(jiǎn)單地被看作是正在執行的程序。但是進(jìn)程需要一定的資源來(lái)完成它的任務(wù)(例如CPU時(shí)間、內存、文件和I/O設備) 。
進(jìn)程與程序的區別在于進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的、有生命力的，而程序是靜態(tài)的。一個(gè)程序加載到內存，系統就創(chuàng )建一個(gè)進(jìn)程，程序執行結束后，該進(jìn)程也就消亡了。
在計算機中，由于多個(gè)程序共享系統資源，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(gè)請求CPU的進(jìn)程中選擇取舍，這就是進(jìn)程管理要解決的問(wèn)題。
進(jìn)程控制塊PCB(略)
為了控制進(jìn)程，操作系統就必須知道進(jìn)程存儲在哪里，以及進(jìn)程的一些屬性。
進(jìn)程控制塊是進(jìn)程實(shí)體的一部分，是操作系統中記錄進(jìn)程的專(zhuān)用數據結構。一個(gè)新的進(jìn)程創(chuàng )建時(shí)，操作系統就會(huì )為該進(jìn)程建立一個(gè)進(jìn)程控制塊。操作系統根據進(jìn)程控制塊對并發(fā)進(jìn)程進(jìn)行控制。
進(jìn)程調度及隊列圖
計算機采用多道程序的目的是使得計算機系統無(wú)論何時(shí)都有進(jìn)程運行，單處理器的計算機在某一時(shí)刻CPU只能運行一個(gè)進(jìn)程，如果存在多個(gè)進(jìn)程，其它進(jìn)程就需要等待CPU空閑時(shí)才能被調度執行。
當一個(gè)進(jìn)程處于等待或CPU時(shí)間片用完時(shí)，操作系統就會(huì )從該進(jìn)程中拿走CPU控制權，然后再交給其它進(jìn)程使用，這就是進(jìn)程的調度。
CPU調度及其準則
在設計CPU調度程序時(shí)主要應該考慮的準則包括：
(1) CPU使用率。讓CPU盡可能地忙。
(2) 吞吐量。讓CPU在一定時(shí)間內完成的進(jìn)程數盡可能多。
(3) 周轉時(shí)間。讓進(jìn)程從提交到運行完成的時(shí)間盡可能短。
(4) 等待時(shí)間。讓進(jìn)程在就緒隊列中等待所花時(shí)間之和盡可能短。
(5) 響應時(shí)間。讓進(jìn)程從提交請求到產(chǎn)生第一響應之間的時(shí)間盡可能短。
主要的CPU調度算法
1、 先到先服務(wù)
2、 最短作業(yè)優(yōu)先
3、 優(yōu)先權
4、 輪轉
5、 多級隊列
6、 多級反饋隊列
進(jìn)程的同步與互斥
進(jìn)程的同步就是指相互協(xié)作的進(jìn)程不斷調整它們之間的相對速度，以實(shí)現共同有序地推進(jìn)。
換句話(huà)說(shuō),在操作系統中，允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)運行。然而，有些進(jìn)程之間本身存在某種聯(lián)系，它們在系統中需要一種協(xié)作，以保證進(jìn)程能正確有序地執行并維護數據的一致性。
在操作系統中，可能存在著(zhù)多個(gè)進(jìn)程。而系統中一些資源一次只允許一個(gè)進(jìn)程使用，這類(lèi)資源被稱(chēng)為臨界資源。在進(jìn)程中訪(fǎng)問(wèn)臨界資源的那段程序稱(chēng)為臨界區。當一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區執行時(shí)，其它進(jìn)程就不允許進(jìn)入臨界區執行，否則就會(huì )導致錯誤結果。由此得出:
多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執行時(shí)，只允許一個(gè)進(jìn)程進(jìn)入臨界區運行，這就是進(jìn)程的互斥。
例如：多個(gè)進(jìn)程在競爭使用打印機時(shí)表現為互斥。
一個(gè)文件可供多個(gè)進(jìn)程共享，其中有一個(gè)進(jìn)程在寫(xiě)操作時(shí)，其它進(jìn)程則不允許同時(shí)寫(xiě)或讀，表現為互斥。
進(jìn)程的死鎖及處理方法
在多道程序設計中，多個(gè)進(jìn)程可能競爭一定數量的資源。一個(gè)進(jìn)程在申請資源時(shí)，如果所申請資源不足，該進(jìn)程就必須處于等待狀態(tài)。如果所申請的資源被其它進(jìn)程占有，那么進(jìn)程的等待狀態(tài)就可能無(wú)法改變，從而形成進(jìn)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(gè)必要條件：
互斥：任一時(shí)刻只能有一個(gè)進(jìn)程獨占某一資源，若另一進(jìn)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(jìn)程占有部分資源后還在等待其它資源，而該資源被其它進(jìn)程占有。
非搶占：某進(jìn)程已占用資源且不主動(dòng)放棄它所占有的資源時(shí)，其它進(jìn)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：在出現死鎖的系統中，一定存在這樣一個(gè)進(jìn)程鏈，其中每個(gè)進(jìn)程至少占有其它進(jìn)程所必需的資源，從而形成一個(gè)等待鏈。
處理死鎖問(wèn)題的三種方式：
可使用協(xié)議預防和避免死鎖，確保系統從不會(huì )進(jìn)入死鎖狀態(tài)。
可允許系統進(jìn)入死鎖狀態(tài)，然后檢測出死鎖狀態(tài)，并加以恢復。
可忽略進(jìn)程死鎖問(wèn)題，并假裝系統中死鎖從來(lái)不會(huì )發(fā)生。即沒(méi)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：先預防和避免 再檢測和恢復
內存管理
內存是現代操作系統的核心。內存用于容納操作系統和各種用戶(hù)進(jìn)程，是可以被CPU和I/O設備所共同訪(fǎng)問(wèn)的數據倉庫。計算機的所有程序運行時(shí)都要調入內存。
內存管理的主要工作是：為每個(gè)用戶(hù)進(jìn)程合理地分配內存，以保證各個(gè)進(jìn)程之間在存儲區不發(fā)生沖突；當內存不足時(shí)，如何把內存和外存結合起來(lái)，給用戶(hù)提供一個(gè)比實(shí)際內存大得多的虛擬內存，使得程序能順利執行。內存管理包括內存分配、地址映射、內存保護和擴充。
用戶(hù)程序執行與地址映射
用戶(hù)編寫(xiě)程序在執行前，需要多個(gè)處理步驟，這些步驟可將源程序轉變?yōu)槎M(jìn)制機器代碼，然后在內存中等待執行。當然有時(shí)并非每個(gè)步驟都是必需的。
通常，將指令和數據的地址映射成內存地址可以發(fā)生在以下三個(gè)執行階段。(了解)
1.編譯階段:如果在編譯時(shí)就知道進(jìn)程將在內存中的'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(jìn)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，在加載階段再轉變成內存的絕對地址。
3.執行階段:如果進(jìn)程在執行時(shí)可以從一個(gè)內存段移動(dòng)到另一個(gè)內存段，那么進(jìn)程的絕對地址映射工作只能延遲到執行時(shí)進(jìn)行。
物理地址空間與邏輯地址空間
物理地址:是計算機內存單元的真實(shí)地址。
物理地址空間:由物理地址所構成的地址范圍。
邏輯地址:用戶(hù)程序地址，從0開(kāi)始編址。
邏輯地址空間:由邏輯地址所構成的地址范圍。
地址映射:用戶(hù)程序在運行時(shí)要裝入內存，這就需要將邏輯地址變換成物理地址，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為地址映射，也稱(chēng)重定位。
用戶(hù)編寫(xiě)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)生的邏輯地址轉換為內存中的物理地址的映射是由計算機中被稱(chēng)為內存管理單元的硬件設備來(lái)實(shí)現的，將邏輯地址與內存管理單元中存放的內存基址相加就得到了物理地址。
進(jìn)程使用內存的交換技術(shù)
為了更加有效地使用內存，進(jìn)程在不運行時(shí)，可以暫時(shí)從內存移至外存上，直到需要再運行時(shí)再重新調回到內存中。也就是說(shuō)內存管理程序可將剛剛運行過(guò)的進(jìn)程從內存中換出以釋放出占用的內存空間，然后將另一個(gè)要運行的進(jìn)程占據前者釋放的內存空間。
計算機工作時(shí)，為了將多個(gè)進(jìn)程放入到內存就必須考慮在內存中如何放置這些進(jìn)程。
內存分配方案-連續
對于連續內存分配方案，開(kāi)始時(shí)所有內存是一個(gè)大的孔，隨著(zhù)內存分配的進(jìn)行就會(huì )形成位置上不連續的大小不一的孔。在連續內存分配方案中，當新進(jìn)程需要內存時(shí)，為其尋找合適的孔，實(shí)現內存分配 。該方案為每個(gè)進(jìn)程所分配的內存物理地址空間在位置上是連續的。
內存分配方案-分頁(yè)式
分頁(yè)管理基本思想：
o 內存物理地址空間劃分為若干個(gè)大小相等的塊(頁(yè)框)
o 進(jìn)程的邏輯地址空間也劃分為同樣大小的塊(頁(yè)面)
o 內存分配時(shí)每個(gè)頁(yè)面對應地分配一個(gè)頁(yè)框，而一個(gè)進(jìn)程所分得頁(yè)框在位置上不必是連續的。
頁(yè)表：操作系統為每個(gè)用戶(hù)程序建立一張頁(yè)表，該表記錄用戶(hù)程序的每個(gè)邏輯頁(yè)面存放在哪一個(gè)內存物理頁(yè)框。
虛擬內存方案
虛擬內存是一個(gè)容量很大的存儲器的邏輯模型，它不是任何實(shí)際的物理存儲器，它一般是借助硬盤(pán)來(lái)擴大主存的容量。
虛擬內存：對于一個(gè)進(jìn)程來(lái)講，如果僅將當前要運行的幾個(gè)頁(yè)面裝入內存便可以開(kāi)始運行，而其余頁(yè)面可暫時(shí)留在磁盤(pán)上，待需要時(shí)再調入內存，并且調入時(shí)也不占用新的內存空間，而是對原來(lái)運行過(guò)的頁(yè)面進(jìn)行置換。這樣，就可以在計算機有限的內存中同時(shí)駐留多個(gè)進(jìn)程并運行。而對用戶(hù)來(lái)講感覺(jué)到系統提供了足夠大的物理內存，而實(shí)際上并非真實(shí)的，這就是虛擬內存。
頁(yè)面請求與頁(yè)面置換算法
頁(yè)面請求:在虛擬內存技術(shù)中，進(jìn)程運行時(shí)并沒(méi)有將所有頁(yè)面裝入到內存，在運行過(guò)程中進(jìn)程會(huì )不斷地請求頁(yè)面，如果訪(fǎng)問(wèn)的頁(yè)面已在內存，就繼續執行下去；但如果要訪(fǎng)問(wèn)的頁(yè)面尚未調入到內存，便請求操作系統將所缺頁(yè)面調入內存，以便進(jìn)程能繼續運行下去。
頁(yè)面置換:如果請求頁(yè)面調入內存時(shí)，分配給該進(jìn)程的頁(yè)框已用完，就無(wú)法立即裝入所請求頁(yè)面。此時(shí)，必須將進(jìn)程中的某個(gè)頁(yè)面從內存的頁(yè)框調出到磁盤(pán)上，再從磁盤(pán)上將所請求的頁(yè)面調入到內存的該頁(yè)框中。這個(gè)過(guò)程叫做頁(yè)面置換。
文件管理
文件管理是操作系統最常見(jiàn)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：只允許授權用戶(hù)進(jìn)行讀操作。
讀寫(xiě)：只允許授權用戶(hù)進(jìn)行讀和寫(xiě)的操作。
文檔：允許任何用戶(hù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。
隱藏：不允許用戶(hù)直接看到文件名。
文件系統：是對文件進(jìn)行操作和管理的軟件，是用戶(hù)與外存之間的接口。這個(gè)系統將所有文件組織成目錄結構保存在外存，一個(gè)文件對應其中的一個(gè)目錄條。目錄條記錄有文件名、文件位置等信息。
操作系統對文件的基本操作包括：
創(chuàng )建文件、文件寫(xiě)、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：文件復制、重命名、更改屬性等。
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