计算机操作系统第四版知识点总结（详细版⼀）
第⼀章操作系统引论
操作系统是配置在计算机硬件上的第⼀层软件，是对硬件系统的⾸次扩充。
其主要作⽤是，**提⾼设备的利⽤率和系统吞吐量。**并为⽤户和应⽤程序提供⼀个简单的接⼝。
主要⽬标是：⽅便性，有效性，可扩充性，开放性。
⽅便性是配置了OS使计算机变得易学易⽤。
有效性：提⾼系统资源利⽤率，提⾼系统吞吐量。
可扩充性：从⽆结构到模块化结构，⼜到层次化结构
开放性：兼容。能遵循世界标准规范。
操作系统的作⽤：
1.OS作为⽤户与计算机硬件系统之间的接⼝：OS处于⽤户与计算机硬件系统之间，⽤户通过OS来使⽤计算机系统。
2.OS作为计算机系统资源的管理者（处理机，存储器，I/O设备，⽂件）
处理机管理⽤于分配和控制处理机
存储器管理负责内存的分配与回收
I/O设备管理负责I/O设备的分配回收与操纵
⽂件管理⽤于实现⽂件的存取，共享和保护。
3.OS实现了对计算机资源的抽象
扩充机器或虚机器
操作系统发展的主要动⼒：
1. 不断提⾼计算机资源利⽤率——批处理系统
2. ⽅便⽤户——⼈机交互的分时系统
3. 期间的不断更新换代——摩尔定律OS功能增强
4.计算机体系结构的不断发展
操作系统发展过程
1945年诞⽣第⼀台计算机，采取⼈⼯操作⽅式进⾏。
1.⼈⼯操作⽅式
(1)⽤户独占全机（独占性）
(2)CPU等待⼈⼯操作（串⾏性）
2.脱机输⼊/输出⽅式
(1)减少CPU的空闲时间
(2)提⾼了I/O速度
单批道处理系统 20世纪50年代中期
一块操处理过程：内存中始终保持⼀道作业。
特征： ⾃动性
顺序性
单道性
解决⼈机⽭盾和CPU与I/O设备速度不匹配，提⾼系统资源利⽤率和系统吞吐量（单位时间系统完成作业的数⽬）
缺点：
系统中的资源得不到充分利⽤。
多批道处理系统 20世纪60年代
⽬的：进⼀步提⾼资源利⽤率和系统吞吐量
在该系统中，⽤户提交的作业先存放在外存上，并排成⼀个队列“后备队列”作业调度程序按照⼀定的算法，从后备序列中选择若⼲作业调⼊内存，同时在内存中，多道程序交替运⾏，保持CPU处于忙碌状态。
特点：
1.多道性
2.成批处理交互性
3.⽆序性
4.调度性
优缺点：
1.资源利⽤率⾼，CPU处于忙碌状态
2.系统吞吐量⼤
3.平准周转时间长
4.⽆交互能⼒
5.提⾼I/O设备的利⽤率
待解决的问题：
1.处理机争⽤问题
2.内存分配问题
3.I/O设备分配问题
4.⽂件的组织和管理问题
5.作业管理问题
6.⽤户与系统的接⼝问题
操作系统定义：操作系统是⼀组能有效地组织和管理计算机硬件和软件资源，合理的对各类作业进⾏调度，以及⽅便⽤户使⽤的程序的集合
分时系统 60年代中期
a.提⾼资源利⽤率
b.提⾼系统吞吐量
表现：
1.⼈机交互
2.共享主机
3.便于⽤户上机
关键问题：
实现⼈机交互
(1). 及时接受
①在系统中配置⼀个多路卡
②为每个终端配置⼀个缓冲区，⽤来暂存⽤户键⼊的命令（或数据）
(2). 及时处理
①作业直接进⼊内存
②采⽤轮转运⾏⽅式
分时系统的特征
1.多路性
2.独⽴性
3.及时性
4.交互性
实时系统 60年代中
特点：及时性要求⾼，系统可靠性⾼（时间是关键参数）
实时任务类型：
(1).周期性实时任务和⾮周期性实时任务
(2)硬实时任务和软实时任务
优点：
实时系统必须和先进的技术装备相结合
a.对外部请求在严格时间范围内做出反应
b.⾼可靠性
c.安全性
d.完整性
操作系统基本特征
并发，共享，虚拟，异步
A.并发和并⾏：
1.并⾏是同⼀时刻
2.并发是同⼀时间间隔。宏观上多个程序同时进⾏，微观上程序分时地交替执⾏
程序是静态的，进程是动态的且并发执⾏。
B.共享
1. 定义：
(1)指系统中的资源可供内存中多个并打执⾏的进程共同使⽤。
(2)两种实现资源共享的⽅式：
①互斥共享⽅式：
1)速度较慢的外设（打印机，磁带机）
2)⼀段时间内只允许⼀个进程访问的资源，称为临界资源
② 同时访问⽅式：
1)速度较慢的外设
2)允许在⼀段时间内由多个进程“同时”对他们进⾏访问
2. 并发和共享是多⽤户（多任务）OS的两个基本特征，互为存在条件
(1)⼀⽅⾯资源共享是以进程的并发执⾏为条件的，若系统不允许并发执⾏，就不存在资源共享。
(2)另⼀⽅⾯，若系统不能对资源共享实施有效管理，必然会影响到诸进程间并发执⾏的程度，甚⾄根本⽆法执⾏。
C.虚拟
a)定义：
i.把通过某种技术将⼀个物理试题变成为若⼲个逻辑上的对应物
ii.利⽤时分复⽤技术和空分复⽤技术
1.时分复⽤技术：利⽤某设备为⼀⽤户服务的空闲时间，⼜转去为其他⽤户服务，使设备得到最充分的利⽤。
D.异步
a)多道程序环境下，系统允许多个进程并发执⾏。
i.由于资源等因素的限制，使进程的执⾏通常都不能⼀⽓呵成，⽽是采⽤⾛⾛停停的⽅式运⾏。
ii.进程是以⼈们不可预知的速度向前推进的，即进程的异步性。
操作系统的主要功能：
1. 处理机管理功能
(1)创建和撤销进程，对进程的运⾏进⾏协调，实现进程之间的信息交换，按照⼀定的算法把处理机分配给进程。
①进程控制
②进程同步
③进程通信
④调度
1)作业调度
2)进程调度
2. 存储器管理功能
(1)为多道程序的运⾏提供良好的环境，提⾼存储器的利⽤率，⽅便⽤户使⽤，并能从逻辑上扩充内存，具有内存分配和回收，内存保
护，地址映射，内存扩充的功能
3. 设备管理功能
(1)完成⽤户进程提出的I/O请求，为⽤户进程分配所需要的I/O设备，完成指定的I/O操作
(2)提⾼CPU和I/O设备的利⽤率，提⾼I/O速度，⽅便⽤户使⽤I/O设备
①缓冲管理
②设备分配
③设备处理
4. ⽂件管理功能
(1)对⽤户⽂件和系统⽂件进⾏管理以⽅便⽤户使⽤，保证⽂件的安全性
①⽂件存储空间管理
②⽬录管理
③⽂件的读/写管理和保护
5. 操作系统与⽤户之间的接⼝
(1)⽤户接⼝
(2)程序接⼝
6. 现代操作系统的新功能
(1)系统安全
(2)⽹络的功能和服务
(3)⽀持多媒体
OS结构设计
1. 第⼀代⽆结构
2.第⼆代模块化结构
3.第三代分层式结构 都是传统结构
4.微内核结构是现代结构的OS
(1)基于客户/服务器模式
①⾜够⼩的内核
②应⽤“机制与策略分离”原理
③⾯向对象
(2)基本功能
①进程（线程）管理
②低级存储器管理
③中断和陷⼊处理
(3)优点：
①提⾼了系统的可扩展性
②增强了系统的可靠性
③可移植性强
④提供了对分布式系统的⽀持
⑤⾯向对象
第⼆章进程的描述与控制
前趋图
是指⼀个有向⽆循环图
（前趋图中不允许有循环，否则会产⽣不可能实现的前趋关系）
合作关系
程序的顺序执⾏
1. 特征
(1)顺序性：
①指处理机严格地按照程序所规定的顺序执⾏，每⼀操作必须在下⼀个操作之前结束
(2)封闭性：
①程序在封闭的环境下运⾏，运⾏时独占全机资源
②资源的状态（初始状态除外）只有本程序才能改变它
③⼀旦程序开始执⾏，其执⾏结果不受外界因素的影响
(3)可再现性：
①只要程序执⾏时的环境和初始条件相同，当程序重复执⾏时，不论如何都可获得相同的结果
程序的并发执⾏
对于不存在前趋关系的程序之间才有可能并发执⾏
1. 特征：
(1)间断性
(2)失去封闭性
(3)不可再现性
进程的描述
1.定义和特征
(1)由程序段，相关的数据段和PCB构成进程实体（进程映像）简称进程。
(2)PCB是OS种最重要的记录型数据结构
(3)定义：进程是进程实体的运⾏过程，是系统进⾏资源分配和调度的⼀个独⽴单位
(4)特征：程序段+数据段+PCB
①动态性，是进程的基本特征
②并发性，指多个进程实体同存于内存中，且能在⼀段时间内同时运⾏
③独⽴性，指进实体是⼀个独⽴运⾏，独⽴获得资源和独⽴接受调度的基本单位
④异步性，按照各⾃独⽴，不可预知的速度向前推进，其产⽣的结果不可再现。
进程基本状态和转换
1.三种基本状态（进程在其⽣命周期内可能有多种状态）
(1)就绪状态 Ready 按⼀定的策略（优先级策略）排成⼀个队列就叫就绪队列
(2)执⾏状态 Running 指进程已获得CPU，其程序正在执⾏的状态
(3)阻塞状态 block 进程执⾏收到阻塞 通常系统将处于阻塞状态的进程也排成⼀个队列成为阻塞队列2.三种基本状态的转换