计算机等级考试四级教程---操作系统原理

下载后可任意编辑 基本要求 1. 掌握操作系统的基本概念、基本结构和运行机制。 2. 深化理解进程线程模型，深化理解进程同步机制，深化理解死锁概念及解决方案。 3. 掌握存储管理基本概念，掌握分区存储管理方案，深化理解虚拟页式存储管理方案。 4. 深化理解文件系统的设计、实现，以及提高文件系统性能的各种方法。 5. 了解I/O设备管理的基本概念、I/O软件的组成，掌握典型的I/O设备管理技术。 6. 了解操作系统的演化过程、新的设计思想和实现技术。 考试内容 一、 操作系统概述 1、 操作系统基本概念、特征、分类。 基本概念：是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合——它们能有效地组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使用户能够灵活的、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能够高效地运行（是具有各种功能的、大量程序模块的集合）。 任务： 1.组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源 2.向用户提供各种服务功能 特征： 并发性（用户程序与用户程序之间并发执行；用户程序与操作系统程序之间并发执行）、共享性（互斥共享和同时共享）、随机性（要充分考虑各种各样的可能性）。 分类： 1.批处理操作系统（成批处理、SPOOLing技术）简单/多道批处理系统 2.分时系统（多路性、交互性、独占性、及时性） 3.实时操作系统硬实时/软实时系统（实时时钟管理、过载保护、高可靠性） 4.嵌入式操作系统可针对需求进行裁剪、调整和生成（高可靠性、实时性、占有资源少、智能化能源管理、易于连接、低成本等） 5.个人计算机操作系统（某一时间为单用户服务、图形界面、使用方便） 6.网络操作系统集中式/分布式模式 （共享数据、资源及服务同运算处理能力） 7.分布式操作系统（统一/同一操作系统、资源的深度共享、透明性、自治性）集群 8.智能卡操作系统资源管理、通信管理、安全管理、应用管理 2、 操作系统主要功能。 功能： 1.进程管理（处理器管理）进程控制、进程同步/互斥、进程间通信、调度 2.存储管理内存的分配与回收、存储保护、内存扩充 3.文件管理文件存储空间的管理、目录管理、文件系统的安全性 4.设备管理需具备中断处理、错误处理等功能 5.用户接口 3、 操作系统进展演化过程，典型操作系统。 进展： 1.手工操作2.监控程序（早期批处理）3.多道批处理4.分时系统 5. UNIX通用操作系统6.个人计算机操作系统（Win）7.Android操作系统 4、 操作系统结构设计，典型的操作系统结构。 体系结构： 1.整体式结构（结构紧密、接口简单直接、系统效率较高） 2.层次式结构分层原则（同整体式、模块间结构关系清楚、增加/替换不影响其他层次） 3.微内核（客户机/服务器）结构运行在核心态的内核、运行在用户态的并以客户机/服务器方式进行的进程层（可靠、灵活、适宜于分布式处理的计算环境） 二、 操作系统运行机制 操作系统的运行环境主要包括计算机系统的硬件环境和由其他的系统软件组成的软件环境。 寄存器：1.用户可见寄存器数据寄存器、地址寄存器、条件码寄存器 2.控制和状态寄存器程序计数器（PC）、程序状态字（PSW） 指令类型：访问存储器指令、I/O指令、算数逻辑指令、控制转移指令、处理器控制指令 1、 内核态和用户态。 内核态（管态）： 操作系统管理程序运行的状态，具有较高的特权级别。可执行全部指令（包括特权指令），使用所有资源，并具有改变处理器状态的能力。 用户态（目态）：用户程序运行时的状态，具有较低的特权级别。只可执行非特权指令。 CPU状态的转换： 1.目态—管态的转换通过中断或异常 2.管态—目态的转换通过设置PSW指令（修改程序状态字） 2、 中断与异常。 中断：指CPU对系统中或系统外发生的异步事件的响应。（中断源/中断请求/中断处理程序/中断断点/中断响应/中断返回/中断字/中断向量表） 特征：能充分发挥处理器的使用效率、提高系统的实时能力 系统：硬件中断装置和软件中断处理程序（中断请求的接收、中断响应、中断处理） 典型：1.I/O中断I/O操作正常结束、I/O异常 2.时钟中断维护软件时钟、处理器调度、控制系统定时任务、实时处理 3.硬件故障中断 4.程序性中断（由操作系统完成/程序自己完成） 5.系统服务请求（访问中断）由处理器提供的专用指令（访管指令）来激发 异常：指CPU对系统内正在执行的指令的响应。 分类：1.中断时钟中断/输入输出（I/O）中断/控制台中断/硬件故障中断 2.异常程序性中断/访管指令异常 多级中断作用：1.对各类中断信号依据其紧急程度和重要性划分级别。 2.解决假如有重要程度相当的多个中断信号同时到达时，如何选择首个被处理的中断信号的问题。 多级中断方法：固定优先数、轮转法 一类不可屏蔽的中断信号：机器故障中断。 3、 系统调用接口。 访管指令把用户态切换成内核态，并启用操作系统。 系统调用：用户在程序中调用操作系统所提供的一些子功能。 区别（系统调用与一般过程调用）： 1.运行在不同的系统状态 2.状态的转换 3.返回问题 4.嵌套调用 分类：1.进程控制类系统调用2.文件操作类系统调用3.进程通信类系统调用 4.设备管理类系统调用5.信息维护类系统调用 广义指令（系统调用命令）和机器指令的区别：机器指令是由硬件线路直接实现的，而“广义指令”则是由操作系统所提供的一个或多个字程序模块，即软件实现的。 在系统中为控制系统调用服务的机构成为陷入（TRAP）或异常处理机构。 4、 存储系统。 计算机存储系统的设计主要考虑三个问题：容量、速度和成本。 容量、速度和成本的匹配问题：采纳层次化的存储体系结构 存储访问局部性原理：提高存储系统性能的关键 存储保护： 1.界地址寄存器（界限寄存器）2.存储键 5、 I/O系统。 I/O结构：外部设备的控制器通过I/O硬件结构与中央处理器连接。 通道：独立于中央处理器的，专门负责数据I/O传输工作的处理单元。 特点：实现中央处理器和各种外部设备并行工作。 DMA技术（直接存储器访问）：通过系统总线中的一个独立控制单元，自动地控制成块数据在内存和I/O单元之间的传送。 缓冲技术：用在外部设备与其他硬件部件之间的一种数据暂存技术，它利用存储器件在外部设备中设置了数据的一个存储区域，称为“缓存区”。 用途：1.用在外部设备与外部设备之间的通信上的。2.用在外部设备和处理器之间的。 根本原因：CPU处理数据速度与设备传输数据速度不相匹配，需要用