操作系统原理学习笔记(三)-特性与功能(2021/1/1更新)

操作系统原理学习笔记目录

2020/1/1:修正错别字。

术语/简称

并发:Concurrence

异步:Asynchronism

并发

1.并行:
多个事件在同一时刻发生。

2.并发:
多个事件在同一时间间隔发生。

3.进程:
在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位,由一组机器指令、数据和堆栈等组成,是一个能独立运行的活动实体。多个进程之间可以并发执行和交换信息。

共享

1.互斥共享:
进程访问某资源时必须先提出请求,资源仅可供一个进程调用,这类资源叫做临界资源(独占资源)。
系统中大部分物理设备,以及栈、变量与表格都属于临界资源。

2.同时访问:
在单处理机环境的宏观上,一段时间内有多个进程“同时”访问,但实际是交替进行的。

虚拟

虚拟技术实际上是使用空分复用或时分复用的技术,将一条物理信道变为若干条逻辑信道。

1.时分复用:
利用某设备为一用户服务的空闲时间,去服务其他用户。
虚拟处理机技术:利用多道程序技术,为每道程序建立进程,并发执行。
虚拟设备技术:将一台物理I/O设备虚拟为多台逻辑上的I/O设备。

2.空分复用:
在电信行业中,空分复用技术是将频率范围宽的信道分为多个频率范围窄的信道,供于多个用户通话。而在计算机中,空分利用是对存储空间的利用,利用存储器的空闲空间分区域存放和运行其他程序。

3.异步:
作业的完成时间会不同,如计算少但需要I/O,导致了一个任务进入内存后可能先入先进入内存的任务完成。

处理机管理功能

1.进程控制:
作业创建时要创建进程,结束时要撤销进程回收资源,运行时的状态转换。

2.进程同步:
采用进程互斥方式或进程同步方式来协调进程。
进程互斥方式:对临界资源访问时需要进程互斥。
进程同步方式:对于相互合作完成共同任务的诸进程,同步机构需要协调执行次序。

3.进程通信:
见文知意。相互合作的进程若处于同一计算机内,会采用直接通信方式,即源进程利用发送命令,将消息挂到目标进程的消息队列中,目标进程再利用接受命令从队列中取出消息。

4.调度:
分为作业调度和进程调度。
作业调度:利用算法将若干作业从后备队列中选择,并分配资源,调入内存后建立内存,再将其插入就绪队列中。
进程调度:利用算法从进程的就绪队列中选出一个进程,分配处理机,设置运行现场,投入执行。

存储器管理功能

1.内存分配:
为每道程序分配内存空间。
提高存储器利用率。
运行程序申请额外空间。
静态分配方式:作业装入内存后不允许申请新内存空间,也不允许移动。
动态分配方式:作业装入内存后可申请额外内存空间,且允许移动。

2.内存保护:
确保每道程序仅在自己的内存空间中运行。
阻止任何用户程序访问操作系统程序与数据的操作,以及阻止程序转移到非共享的其他用户程序中执行。

3.地址映射:
在硬件的支持下,将地址空间中的逻辑地址转换为与内存空间中与之对应的物理地址。

4.内存扩充:
使用虚拟存储技术从逻辑上扩充内存容量。

设备管理功能

主要任务:
完成用户进程提出的I/O请求,分配设备,并完成操作。
提高CPU与I/O设备的利用率。

1.缓冲管理:
在内存中设置缓冲区,缓解CPU与I/O设备速度不匹配的矛盾,提高CPU利用率。
常见缓冲区机制:单缓冲机制、能实现双向同时传送数据的双缓冲机制、能供多个设备同时使用的公用缓冲池机制。

2.设备分配:
标识设备信息,是否可用,类型如何,安全情况,回收等。

3.设备处理:
设备处理程序也称设备驱动程序,实现CPU与设备控制器之间的通信。
首先检查I/O请求合法性,了解设备是否空闲,读取相关传递参数并设置工作方式,再想设备控制器发出I/O命令,启动I/O设备完成指定操作。
还需能及时响应由控制器发来的中断请求,并进行处理,对于设置了通道的计算机系统,还需能根据用户I/O请求自动构成通道程序。

文件管理功能

1.文件存储空间管理:
为文件分配外存,提高外存利用率,记录文件存储空间的使用情况,分配与回收存储空间。

2.目录管理:
文件信息记录,文件共享,文件查询。

3.文件读写管理与保护:
读写管理:根据文件名检索目录,获取文件位置,利用读写指针读写文件,读写完成后,修改读写指针,为下一次做好准备。
文件保护:写入权限与正确打开。

操作系统与用户的接口

1.用户接口:
便于用户控制自己的作业。
包含联机用户接口,脱机用户接口于图形用户接口。
联机用户接口:为联机用户准备。
脱机用户接口:为批处理作业的用户准备。
图形用户接口:图形化界面。

2.程序接口:
为用户程序访问系统资源而设置的接口。

现代操作系统的新功能

1.系统安全:
包括但不限于:认证技术,密码技术,访问控制技术,反病毒技术。

2.网络功能与服务:
网络通信,资源管理,应用互操作。

3.支持多媒体:
接纳控制功能,实时调度,多媒体文件存储。

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