操作系统重点难点学习指导

### 操作系统重点难点学习指导 #### 一、操作系统引论 **1. OS的引入和发展** - **早期无OS的计算机系统中的“人机矛盾”和“CPU-I/O设备速度不匹配的矛盾”** - 早期计算机系统中，没有操作系统支持，用户需要手动加载程序、设置内存地址和I/O指令，这不仅效率低下而且容易出错，形成了“人机矛盾”。 - 另一方面，由于CPU处理速度远快于当时的输入输出设备（如磁带机、打印机等），导致CPU经常处于等待状态，从而产生了“CPU-I/O设备速度不匹配的矛盾”，严重影响了资源的利用率。 - **单道批处理系统的技术及其解决方案** - 单道批处理系统通过自动连续执行作业的方式，解决了“人机矛盾”，并通过预输入、井管理等机制缓解了“CPU-I/O设备速度不匹配的矛盾”。 - **单道批处理系统的不足及多道批处理系统的改进** - 单道批处理系统只能同时处理一个作业，效率仍然不高。多道批处理系统通过引入多道程序设计，允许多个作业同时存在于内存中，提高了系统的整体吞吐量。 - 多道批处理系统还采用了更为先进的调度算法和存储管理技术，进一步优化了资源的利用。 - **分时系统的引入及关键技术** - 多道批处理系统虽然提高了效率，但无法满足交互式用户的需要。分时系统的出现，使得多个用户可以同时通过终端与计算机进行交互。 - 实现分时系统的关键技术包括时间片轮转法、多路复用技术等，这些技术保证了每个用户都能得到及时的响应。 - **实时系统的特征与发展** - 分时系统虽能满足交互式需求，但在实时性方面仍有所欠缺。实时系统则进一步满足了对时间和响应速度有严格要求的应用场景。 - 实时系统的特点在于其对时间的敏感性，需要在限定的时间内完成特定的任务。 **2. OS的基本特征和功能** - **OS的四大特征：并发、资源共享、虚拟、异步性** - 并发是操作系统的核心特征之一，指的是多个进程可以同时运行；资源共享是指多个进程可以访问同一资源；虚拟是指通过软件手段模拟出比实际更多的资源；异步性则是指进程按照自己的节奏运行。 - 这些特征之间相互关联，其中并发是基础，其他特征在此基础上得以实现。 - **OS的五大功能：处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理、用户接口** - 处理机管理负责进程的调度与控制； - 存储器管理负责内存的分配与回收； - 设备管理负责硬件设备的调度与控制； - 文件管理提供文件创建、读写、删除等功能； - 用户接口则提供了与用户交互的方式，如命令行界面或图形界面。 - **五大功能的必要性** - 这些功能对于确保多道程序有序、高效运行至关重要。例如，缺乏有效的存储器管理会导致内存碎片化，影响性能；而缺少用户接口，则难以实现人机交互。 **3. 分层式结构和微内核结构** - **分层式结构** - 旨在解决模块间耦合度过高的问题，通过层次化的组织结构来降低系统的复杂度。 - 分层的原则通常是根据功能的重要性或实现的难度来决定，底层模块主要处理与硬件相关的任务，高层模块则更偏向于实现复杂的逻辑功能。 - **客户/服务器技术** - 通过将系统划分为客户端和服务端两部分，增强了系统的灵活性和可扩展性。 - 客户端负责与用户交互，服务端提供核心服务。这种分离有助于提高系统的可靠性，因为即使客户端出现故障，也不会影响到服务端的正常运行。 - **面向对象技术** - 通过对象的概念来封装数据和方法，使得系统的设计更加模块化，易于维护和扩展。 - 面向对象技术能够简化复杂系统的开发过程，提高代码的重用率。 - **微内核结构** - 结合了客户/服务器模型和面向对象的思想，只保留最小的核心功能，其余功能作为服务运行在用户空间。 - 微内核结构的优点在于提高了系统的可靠性和安全性，同时也便于实现分布式计算。 #### 二、进程管理 **1. 进程的基本概念** - **引入进程的原因** - 引入进程是为了支持多道程序环境下的并发执行，使得不同的程序能够在共享的内存空间中并行运行。 - **进程的基本特征** - 动态性：进程随程序的启动而创建，随程序的结束而消亡； - 并发性：多个进程可以在同一时刻并发执行； - 独立性：每个进程都有独立的地址空间； - 异步性：进程按照自己的节奏运行，不受外部控制； - 结构特性：由程序段、数据段和进程控制块(PCB)三部分组成。 - **进程的基本状态** - 就绪：已准备好运行，等待CPU调度； - 执行：正在占用CPU资源； - 阻塞：因等待某种事件发生（如I/O操作完成）而暂时停止运行。 通过以上内容的学习，我们可以深刻理解操作系统的基本原理和发展历程，掌握操作系统中的关键概念和技术，为进一步深入研究操作系统打下坚实的基础。