系统分析师-第三章(操作系统)

操作系统

• 定义
  • 硬件组成：中央处理器、存储器(内存)、输入/输出设备
    • 使用机器语言提供程序员使用，即为指令系统
  • 软件资源：操作系统、文本编辑程序、调试程序、汇编程序、各种高级语言的编译程序、数据库管理系统、文字处理系统、网络软件以及各种应用程序
  • 操作系统有效组织和管理系统中各种软硬件资源，合理组织计算机系统的工作，又控制程序的执行
• 分类
  • 单用户、批处理操作系统
  • 分时、实时操作系统
  • 网络、分布式操作系统
  • 嵌入式操作系统
• 特性
  • 并发性
  • 共享性(互斥共享 和 同时访问)
  • 虚拟性(将物理设备映射成逻辑上n个对应物, 分时策略)
  • 异步
• 功能
  • 文件管理
  • 进程管理
  • 存储管理
  • 设备管理
  • 作业调度管理

进程管理

• 进程 = 程序 + 数据 + PCB(process controller block)进程控制块
• 三态：运行、就绪、阻塞
• 进程通过 控制原语 通过进行控制，(原语不可分割，不允许中断)
  • 创建原语、撤销原语
  • 唤醒原语、阻塞原语
  • 挂起原语、激活原语
• 进程同步：在异步环境下，各进程按照一定的顺序和速度执行
• 进程互斥：临界资源CR 一次只能被一个进程使用
• PV操作 是通过 低级通信原语 实现(不可再分)
  • P 申请资源，V 释放资源

// P 操作
do { 
  s=s-1;
  if(s<0) { // 当进程申请资源不足时
    push_2_block_queue(p);  // 插入阻塞队列
    block_status(p);  // 进程状态设置为阻塞, 等待资源
  }
}while(s>=0)  // 当进程申请资源足时

// V 操作
do { 
  s=s+1;
  if(s<=0) { // 当进程申请资源不足时
    pull_block_queue(p);  // 消费阻塞队列
    wakeup_status(p);  // 唤醒一个阻塞进程
  }
}while(s>0)  // 当进程申请资源足时

• 进程通信与管程
  • 低级通信 -> 信息交换，高级通信 -> 数据交换
  • 高级通信：共享存储系统、消息传递系统、管道系统
  • 管程 只允许一个进程进入，其他等待
• 进程死锁四特性：互斥性、循环等待、请求保持、不可剥夺
• 预防死锁，破坏四特性之一
• 线程是进程的一个实体，是系统独立分配和调度的单位
  • 只拥有运行中必备的资源
  • 三态：运行、就绪、阻塞
  • 1进程 = n线程，线程之间可以并发执行

存储管理

• 衡量标准：速度、容量大、价格
• 作用：提高主存的利用率、扩充主存 以及 保护主存信息
• 直接存储器存取(DMA)技术 和 输入输出通道技术
• 虚拟地址->物理地址
• 现代存储层次 cache(buffer)->主存(内存)->辅存(硬盘)
• cache 存储器(由 硬件组成, 比主存快, 对程序员透明)
  • 组成: 存储体(指令/数据) + 标记(在主存中的位置)
  • 缓存命中(90%-95%)及替代算法
  • cache与主存一致性问题方法
    • 写回（先写cache 做标识，当被替换时才写入主存）
    • 直写（既写主存也写cache）
    • 不操作 cache 直接写 主存
  • 指令 cache 和 数据 cache
  • 多层次 cache(一级cache、二级cache、三级cache)
• 虚拟存储器
  • 主存-辅存的信息传输单位：段、页、段页
  • 段式管理：
    • 优势：段与程序分界相对应；便于共享；[堆栈、队列]这类的段可以动态调整长度
    • 劣势：起点、终点难以分配；空间不好回收，造成大量冗余碎片
  • 页式管理：
    • 优势：传输定长页；起点、终点固定，分页方便、分配页方便
    • 劣势：最后一页有浪费、每一页都不一定是逻辑独立的，在共享，保护，处理都不方便
  • 段页式管理：程序按模块分段，段内分页，进入主存按照页为信息基本传输单位
• 主存储器
  • SRAM(static ram) 静态存储器 [cache]
  • DRAM(dynamic ram) 动态存储器 [主存储器] 需要不停刷新电路
• 直接寻址 和 间接寻址

设备管理

• 作用：提高设备效率、为用户提供标准接口
• 磁盘调度算法：
  • FCFS(first come first service) 先来先服务
  • SSTF(ShortestSeekTimeFirst) 最短寻到优先
  • SCAN 扫描算法

文件管理

• 随机访问：对文件中的信息可以按任意顺序读写
• 文件控制块(PCB)：描述和控制文件的数据结构

网络操作系统

• 集中模式
• C/S 模式
• 对等模式