软考重点4 操作系统

Posted 2022-11-02 编程圈子

软考重点4 操作系统

• 一、概述
• • 1. 操作系统五大组成部分
  • 2. 操作系统的分类
  • • （1）批处理操作系统
    • （2）分时操作系统
    • （3）实时操作系统
    • （4）网络操作系统
    • （5）分布式操作系统
    • （6）微型计算机操作系统
    • （7）嵌入式操作系统
• 二、进程管理
• • 1. 进程的三态模型
  • 2. 进程的五态模型
  • 3. 进程调度
  • 4. 信号量机制
  • 5. 死锁
  • 6. 同步和互斥
  • 7. 信号量操作
  • 8. 同步模型
• 三、存储管理
• • 1. 基本概念
  • 2. 分区存储管理
  • 3. 分页存储管理
  • 4. 分段存储管理
  • 5. 段页式存储管理
  • 6. 虚拟存储管理
• 四、设备管理
• • 1. 先来先服务
• 五、文件管理
• 六、作业管理
• • 1. 作业调度
  • 2. 用户界面设计原则：

一、概述

1. 操作系统五大组成部分

• 进程管理
• 存储管理
• 设备管理
• 文件管理
• 作业管理

2. 操作系统的分类

（1）批处理操作系统

又分为单道批处理操作系统（一种早期的操作系统）、多道批处理操作系统（一次多个作业进入内存，宏观上并行但微观还是串行）。

（2）分时操作系统

一个计算机与多个终端设备连接，CPU轮流为各个终端的用户服务，特点是多路性、独立性、交互性、及时性。

（3）实时操作系统

又分为实时控制系统和实时信息处理系统，交互能力要求不高、可靠性高、响应速度要快，通用性一般不太好。

（4）网络操作系统

网络操作系统是使联网计算机能方便、有效地共享网络资源，主要是高效、可靠的网络通信、对网络共享设备有效管理、提供电子邮件、文件传输、共享硬盘和打印机等服务。

（5）分布式操作系统

网络操作系统更高级的表现形式，由多个分散的计算机经连接而成的计算机系统，系统中的计算机无主次之分，任意两台计算机可以通过通信交换信息。通常，为分布式计算机系统配置的系统称为分布式操作系统，具有透明性、可靠性、高性能等特性。

（6）微型计算机操作系统

常见的Windows、MacOS、Linux。

（7）嵌入式操作系统

运行在嵌入式智能芯片环境中，特点有：

• 微型化
• 可定制
• 实时性
• 可靠性
• 易移植性
  常见的嵌入式操作系统有： VxWorks，uClinux、PalmOS、WindowsCE等。

二、进程管理

又称为处理机管理。

1. 进程的三态模型

阻塞态也称为等待、睡眠状态，表示一个进程正在等待某一事件发生。

2. 进程的五态模型

3. 进程调度

4. 信号量机制

信号量S：信号量是一个整形变量和一个等待队列；信号量除了初始化，只能进行P操作和V操作。
S>=0： 表示资源可用数，
S<0：这时S的绝对值表示排队进程数。
如果有n个资源、m个进程来申请，每个进程需要一个资源，这时信号量的范围为：
$$n-m到n$$

5. 死锁

多个进程在运行过程中争夺互斥资源和软件资源（如进程表、临界区等）时造成的一种僵局。
n个进程，每个进程至少需要m个资源，要避免死锁的临界情况，则：
$$资源数=n\ast (m-1)+1$$

6. 同步和互斥

进程通信时：

• 同步指直接制约；
• 互斥指申请临界资源间接制约。

7. 信号量操作

• P : 申请一个资源，即 S=S-1
• V : 释放一个资源，即 S=S+1

当S>0时表示已经没有等待进程，资源过剩。

示例： 多进程共享一台打印机，信号量S初始值为1（即打印机资源）

• P(S): 使用打印机
• V(S): 释放资源

1. 文件1打印，P(S)操作，导致变化：S=S-1 =>0，可以使用打印机；
2. 文件2打印，P(S)操作，导致变化：S=S-1 =>-1小于0，进入排队队列；
3. 文件3打印，P(S)操作，导致变化：S=S-1 =>-2小于0，进入排队队列；
4. 文件1释放资源，V(S)操作， 此时：文件2：S=S+1=>0，文件3：S=S+1=>-1，文件2可以打印；
5. 文件2释放资源，V(S)操作，此时：文件3：S=S+1=>0，可以打印。

8. 同步模型

• 单缓冲区生产者、消费者问题
• 多缓冲区生产者、消费者问题
  
  市场容量S，单缓冲区时S=1。
  P(s1)表示生产一个产品，放入市场；
  P(s2)再生产一个产品，要进行排队；

三、存储管理

1. 基本概念

相对地址/虚地址/逻辑地址：
在目标程序中，程序指令和数据的位置是基于一个0地址的相对位置。
相对地址要通过地址再定位转换成物理地址。

2. 分区存储管理

3. 分页存储管理

把程序分成同样大小的多个部分，每个部分称为一页；
物理地址分成多个块；
用一个页表记录每个页放在哪个块里，页表的格式是：
-页号—页内地址
31 - 12 11 ----- 0

优点：利用率高、碎片小，分配及管理简单；
缺点：增加了系统开销，可能产生抖动现象。

4. 分段存储管理

表示方法： 段-页-页内地址

5. 段页式存储管理

先分段、每个段再进行分页。

6. 虚拟存储管理

利用外部存储作内部存储用。

四、设备管理

重点是磁盘管理，硬盘的寻址信息由硬盘驱动号、圆柱面号、碰头号、数据块号及交换量组成。
驱动调度：先来先服务、最短寻道时间优先、扫描算法、单向扫描调度算法。

1. 磁道搜索（寻道时间）
2. 扇区搜索
3. 数据搜索

1. 先来先服务

五、文件管理

用户级：最高Administrator.

六、作业管理

1. 作业调度

• 先来先服务
• 短作业优先
• 响应比高优先
• 优先级调度
• 均衡调度

2. 用户界面设计原则：

• 方便用户操作、操作简单、人性化……