第1章 操作系统

Posted 2021-10-29 可能自洽

第1章 操作系统

一、操作系统的基本概念

1.程序的并发执行概念

在同一时间间隔内运行多个程序，一个程序还没有执行完，可以运行其它的程序，对用户而言，看到的是计算机同时运行多个程序。
程序并发执行的方式可以是多个程序分时使用多CPU或单CPU。

1.1 特点

①间断性
②多个程序共享系统资源（失去封闭性）
③不可再现性

例 什么是并发？什么是共享？并发与共享有什么关系？

并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生
共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用
并发与共享的关系：共享依赖于并发，如果系统不支持并发，资源的使用都是独占的，不需要资源共享。另一方面，如果不能实现有效的资源共享，并发就不可能得到很好的支持。

例 操作系统是一种（系统软件）

例 操作系统是对（计算机资源）进行管理的软件

例 说明指令执行的过程

在每个指令周期开始的时候，处理器从内存中取一条指令。在典型的处理器中，程序计数器（PC）保存有下一次要取的指令地址。除非接收到别的指示，否则处理器在每次完成取指令后总是对PC递增，使它能够按顺序取得下一条指令。（即位于下一个高端存储器地址的指令）。取到的指令被放置在处理器中的指令寄存器（IR）中。指令中包含确定处理器将要采取动作的位，处理器解释指令并执行要求的动作。

例 什么是逻辑地址？什么是物理地址？

一个应用程序（源程序）经编译后，通常会形成若干个目标程序；这些目标程序再经过链接便形成了可装入程序。这些程序的地址都是从某个相对起始地址开始的，程序中的其它地址都是相对于该起始地址计算的；由这些地址形成的地址范围称为“逻辑地址空间”，其中的地址称为“逻辑地址” 。
由内存中的一系列单元所限定的地址范围称为“物理内存空间”，其中的地址称为“物理地址”。

例 现代操作系统最基本的两个特征是（并发和共享）

例 单处理机系统中，可并行的是

处理机与设备、处理机与通道、设备与设备

例 操作系统提供给应用程序的接口是（系统调用）

随机存取存储器（英语：Random Access Memory，缩写：RAM），也叫主存，是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写（刷新时除外），而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。
只读存储器（Read-Only Memory，ROM）以非破坏性读出方式工作，只能读出无法写入信息。信息一旦写入后就固定下来，即使切断电源，信息也不会丢失，所以又称为固定存储器。

例 计算机开机后，操作系统最终被加载到（RAM）

二、操作系统的发展与分类

1.手工操作阶段

2.批处理阶段

批处理是指用户将一批作业提交给操作系统后就不再干预，由操作系统控制它们自动运行。这种采用批量处理作业技术的操作系统称为批处理操作系统。批处理操作系统分为单道批处理系统和多道批处理系统。批处理操作系统不具有交互性，它是为了提高CPU的利用率而提出的一种操作系统。

2.1 单道批处理系统

2.2 多道批处理系统（操作系统开始出现）

例 与单道程序系统相比，多道程序系统的优点是

CPU利用率高、系统吞吐量大、I/O设备利用率高

例 什么是多道程序系统？说明多道程序系统的特点

多道程序系统是支持内存中驻留多个进程的系统
特点：多道性、无序性、调度性、复杂性

3.分时操作系统

4.实时操作系统

5.网络操作系统和分布式计算机系统

6.个人计算机操作系统

例 请详细说明多任务操作系统具有哪些特征？

多操作系统都具有并发、共享、虚拟、异步的特征。

例 对于多任务操作系统

具有并发和并行的特点、需要实现对共享资源的保护、不一定需要运行在多CPU的硬件上

三、操作系统的运行环境

例 下列选项中，在用户态执行的是（A）

A、命令解释程序
B、缺页处理程序
C、进程调度程序
D、时钟中断处理程序
（缺页处理和时钟中断都属于中断，在核心态执行；
进程调度是操作系统内核进程，无须用户干预，在核心态执行；
命令解释程序属于命令接口，是四个选项中唯一能面对用户的，它在用户态执行）

例 下列选项中，不可能在用户态发生的事件是（）

A、系统调用
B、外部中断
C、进程切换
D、缺页
（在用户态发生和上题的在用户态执行有区别。
系统调用是操作系统提供给用户程序的接口，系统调用发生在用户态，被调用程序在核心态下执行；
外部中断是用户态到核心态的“门”，发生在用户态，在核心态完成中断过程；
进程切换属于系统调用执行过程中的事件，只能发生在核心态；
缺页产生后，在用户态发生缺页中断，然后进入核心态执行缺页中断服务程序）