操作系統基本原理概述

總述:基礎,權當再次溫習

 

1.操作系統概述

答:操作系統是控制和管理計算機軟硬件資源,儘可能合理、有效組織多個用戶共享多種資源的程序集合。它具有併發性、共享性、虛擬性、不確定性等。一般的的操作系統都具有處理機管理、存儲器管理、設備管理、文件管理、用戶接口等五種主要功能。

操作系統一般可分爲單用戶操作系統、批處理操作系統、分時操作系統、實時操作系統、網絡操作系統、分佈式操作系統、並行操作系統、嵌入式操作系統等。

從操作系統的結構來看,主要有整體結構、層次結構、客戶/服務器結構、面向對象結構等。

 

2.進程管理

答: 進程是一個具有獨立功能的程序關於數據集合的一次可以併發執行的運行活動,是系統進行資源分配和調度的基本單位。一個進程是通過其物理實體被感知的,進程的物理實體又稱爲進程的靜態描述,通常由程序、數據集合、進程控制塊(PCB)三部分組成。程序描述功能,數據集合描述程序運行所需要的數據部分和工作區,PCB包含了進程的描述信息、控制信息、資源信息,是進程動態性的集中反映。

進程具有三種基本狀態,分別是運行、就緒、阻塞。進程的五狀態模型中,狀態分別是:活動就緒、運行、活躍阻塞、靜止就緒、靜止阻塞。信號量和PV操作是瞭解整個操作系統的底層同步異步機制的重要基礎,因已經掌握,在此略過。

死鎖是若干進程佔有一部分資源並競爭不到其他線程已經佔有的資源導致兩個以上的線程無限等待資源的情況。產生死鎖的四個必要條件是:互斥條件、不可剝奪條件、請求與保持條件、環路條件。針對死鎖的四個必要條件,常用的預防、避免、檢測、解除死鎖的方法都是在這四個條件上想辦法做處理。

線程是進程的活動成分,是處理器分配資源的最小單位,可以共享進程的資源與地址空間。線程的實現方式有三種,分別是內核線程、用戶線程、輕權進程。在實際使用的操作系統中,每一個應用都會啓動一個進程,每個進程中有多個線程負責處理這個應用的各種操作處理。多線程的實現機制在不同的操作系統下是不一樣的,主要有多對一模型、一對一模型、多對多模型。

 

3.內存管理

答:內存管理的功能主要包括:內存空間的分配與催收;配合硬件進行地址轉換,把用戶的邏輯地址轉化爲物理地址;內存空間的共享和保護;藉助外存解決內存容量不足。

地址變換主要在源程序在內存中解釋和執行過程中進行的,主要是將程序中的邏輯地址轉化爲內存中的物理地址,因爲處理器只能識別物理地址。一般情況下,邏輯地址裝入內存後的物理地址可以通過起始物理地址+邏輯地址來得出。信息在內存中的存儲主要有以分區的形式進行管理,可分爲固定分區、可變分區、可重定位分區、多重分區。存儲器的保護是內存分區的物理基礎,常用的存儲器保護方式有界限地址保護和設置存儲鍵保護。分區存儲管理主要有頁式存儲管理、段式存儲管理、段頁式存儲管理。虛擬存儲管理是藉助外存緩解內存容量不足的問題,其利用局部性原理,將應用所需要的數據先引入到內存中,然後在根據應用的實際運行情況利用算法儘可能將需要的數據在實際運行前調入內存,算法調入的數據越準確越好。

 

4.文件管理

答:文件是操作系統信息管理的基本單位,文件系統是實現軟件資源管理的基礎。文件的組織結構是指文件的構造方式,通常可以從兩個角度考察,用戶角度看到的文件稱爲文件的邏輯組織,系統角度看到的文件稱爲文件的物理組織。文件的邏輯結構有兩種形式,分別是無結構的流式文件和有結構的記錄式文件。文件的物理結構有順序結構、索引結構、鏈式結構。

文件控制塊的集合稱爲文件目錄,文件目錄也被組織成文件,常稱爲目錄文件。操作系統的文件系統多采用多級樹形目錄結構。常用的磁盤空閒區管理方法有空閒文件目錄、空閒塊鏈、位示圖、成組鏈接法。

分佈式文件系統具有網絡透明性和位置透明性的特點,具有很好的共享性,多采用客戶、服務器架構。

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