Linux操作系统总结

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2024年2月26日发(作者：)

第1章 操作系统概述

操作系统的主要功能是管理计算机系统中的资源。

 指令是控制计算机执行某种操作（如加、减、传送、转移等）的命令。处理器执行的指令被分成两类，特权指令和非特权指令.

 特权指令是一类具有特殊权限的指令，它只允许操作系统使用 ，普通用户不能直接使用。

 非特权指令也称为用户指令或普通指令，是普通用户能够直接使用的指令。这是指令集中除特权指令外的所有指令。

 用户程序使用系统调用请求操作系统服务。

●抽象是管理复杂事物的一个关键。

●通常把裸机之上覆盖各种软件，从而形成功能更强的机器称为扩展机器或虚拟机。

从资源管理的观点来看，操作系统是计算机系统的资源管理者。

操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。

★操作系统是软件，而且是系统软件

★它的基本职能是控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运行。

★它提供众多服务，方便用户使用，扩充硬件功能。

▲软件通常可分为三大类：

• 系统软件——对计算机系统的资源进行控制、管理，并为用户的使用和其他程序的运行提供服务。

•

•

应用软件——是为解决某一类应用需要或某个特定问题而设计的程序。

支撑软件——是辅助软件技术人员从事软件开发工作的软件。

■操作系统的特征

●并发

两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。

●共享

计算机系统中的资源被多个进程所共用。

●异步性

系统中各种事件发生顺序的不可预测性。另外，同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行都应获得同样的结果。

●抽象性

抽象是把复杂事情简单化的有效方式。

①系统调用

系统调用是操作系统提供的、与用户程序之间的接口，也就是操作系统提供给程序员的接口。它一般位于操作系统核心的最高层。

• 从感觉上系统调用类似于过程调用

系统调用的实现过程：

用户在程序中使用系统调用，给出系统调用名和函数后，即产生一条相应的陷入指令，通过陷入处理机制调用服务，引起处理机中断，然后保护处理机现场，取系统调用功能号并寻找子程序入口，通过人口地址表来调用系统子程序，然后返回用户程序继续执行。

▲系统程序不是操作系统的组成部分

★最重要的系统程序就是命令

2．进程和处理机管理

作业和进程调度 进程控制 进程通信

5．用户接口

●程序接口

#include

#include

#include

……

fd=open("file.c",2);

●命令行接口

$ date

●图形用户接口（GUI）

早期批处理阶段

●早期联机批处理 单道批处理

●早期脱机批处理 “脱机”批处理

多道程序技术：是指将一个以上的作业放入主存，并且同时处于运行状态，这些作业共享处理机的时间和外围设备等其他资源。

引入多道程序的目的在于：充分利用CPU，减少CPU等待时间。

多道程序技术的特点：

1CPU利用率高

2设备利用率高

3系统吞吐量大

★操作系统最基本类型

●批处理系统

●分时系统

●实时系统

●分时：广义上，是指对时间的共享。

在分时系统中，分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享

时间片：分时操作系统通常采用时间片轮转策略为用户服务。

Linux系统的主要特点有：

①与UNIX兼容。

②自由软件，源码公开。

③性能高，安全性强。

④便于定制和再开发。

⑤互操作性高。

⑥全面的多任务和真正的32位操作系统。

第二章 进程管理

引入进程概念

多道程序并发执行所引发的一系列新情况，必须引入新的概念来描述程序动态执行过程的性质。

■进程概念定义

 定义：程序在并发环境中的执行过程

●进程最根本的属性是动态性和并发性

●进程和程序的区别

动态性 并发性 非对应性 异步性

1 进程的描述：进程控制块PCB

进程控制块的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。为了描述进程的动态变化过程，采用了一个与进程相联系的进程控制块 ，根据它而感知进程的存在。

OS是根据PCB进程控制块来对并发执行的进程进行控制和管理的。

进程的三要素：程序+数据+PCB

操作系统中用于完成一些特定功能的、不可中断的过程称为原语。

临界资源是一次仅允许一个进程访问的资源

临界区是指进程中访问临界资源的那段程序代码。

互斥：指的是多个进程之间要排他性的使用临界资源CR，是一种特殊的同步关系

同步:指的是有协作关系的进程之间要不断调整它们之间的相对速度.

信号量的物理意义是当信号量值大于零时表示可用资源的数目；当信号量值小于零时其绝对值表示因请求该资源而被阻塞的进程数目。

注意：用P、V操作管理临界区时，通常信号量的初值应定义为1。

第三章 作业与死锁

1.什么是死锁

所谓死锁，是指各并发进程彼此互相等待对方所拥有的资源，且这些并发进程在得到对方的资源之前不会释放自己所拥有的资源。从而造成大家都想得到资源而又都得不到资源，各并发进程不能继续向前推进的状态。

产生系统死锁的原因可能是由于多个进程竞争，资源出现了循环等待。

死锁的必要条件:1互斥条件2不剥夺条件3部分分配4环路条件

2 解决死锁的基本方法

作业：把在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作称为一个作业。

在操作系统中，作业处于运行时，已处于进程的管理之下。

作业说明书－－用户用于描述批处理作业处理过程控制意图的一种特殊程序。

作业控制块是批处理作业存在的标志；

 系统输入程序、作业调度程序、系统输出程序都需要访问作业表

 因而存在互斥问题

一个作业从进入系统到运行结束,经历四个不同的状态：提交、收容、执行和完成。

作业控制块JCB和作业：一 一对应关系

作业调度：是从输入井中处于收容状态的作业中选取作业调入主存运行。

调度的关键 在于选择恰当的算法

按照作业到达的先后次序调度作业，这是先来先服务调度算法。

短作业优先调度算法是指操作系统在进行作业调度时以作业长短作为优先级进行调度。该调度算法可以照顾到实际上占作业总数绝大部分的短作业，使它们能比长作业优先调度执行。这时后备作业队列按作业优先级由高到低顺序排列，当作业进入后备队列时要按该作业优先级放置到后备队列相应的位置。

在各种作业调度算法中，若所有作业同时到达，则平均等待时间最短的算法是短作业优先调度算法。

最高响应比优先 响应比(系数)＝作业响应时间（等待＋运行）/作业运行时间

第四章 存储管理

1 简述什么是覆盖?什么是交换?覆盖和交换的区别是什么?

将程序划分为若干个功能上相对独立的程序段，按照程序的逻辑结构让那些不会 同时执行的程序段共享同一块内存区的内存扩充技术就是覆盖。

交换是指先将内存某部分的程序或数据写入外存交换区，再从外存交换区中调入指定 的程序或数据到内存中来，并让其执行的一种内存扩充技术。

与覆盖技术相比，交换不要求程序员给出程序段之间的覆盖结构，而且，交换主要是在 进程或作业之间进行，而覆盖则主要在同一个作业或同一个进程内进行。另外，覆盖只能覆盖那些与覆盖程序段无关的程序段。

分页管理

从地址转换过程可以看出，若页表放在主存，一次读(写)操作要两次访问主存

第一次内存访问是读取页表，找到指定页的物理块号，再将块号与页内偏移量拼接，形成物理地址。

第二次内存访问才是从第一次得到的物理地址中获得数据。

因此,页式管理每取一次数据，至少要访问两次内存。

请求分页存储管理中，若把页面尺寸增加一倍，在程序顺序执行时，则一般缺页中断次数会减少 。

分在段页式系统中，为了获得一条指令或数据，需三次访问内存。

第一次访问，是访问 内存中的段表，从中取得页表始址;

第二次访问，是访问内存中的页表，从中取出该页所在的物理块号，并将该块号与页内地址一起形成指令或数据的物理地址;

第三次访问，才是真正从第二次访问所得的地址中，取出指令或数据。

第五章 文件系统

在LINUX系统中，一般把文件分为普通文件、目录文件和特殊文件三种类型。

文件系统有三个基本职能:

 一是根据用户提供的文件名为用户在物理介质上建立一个文件;

 二是为用户加工文件提供必要的手段;

 三是为用户输出加工后的文件。

操作系统的文件系统按逻辑结构划分，可将文件划分成流式文件和记录式文件两大类。

由字符序列组成，文件内的信息不再划分结构，这是指流式文件。

数据库文件的逻辑结构形式是记录式文件 。

磁带存储器是一种顺序存取的存储设备；磁盘存储器是一种直接存取的存储设备。

 文件保护指文件本身需要防止文件的拥有者本人或其他用户破坏文件内容。

 文件保密指未经文件拥有者许可，任何用户不得访问该文件。

本文标签： 作业进程文件程序系统