计算机操作系统原理分析

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计算机操作系统原理分析

计算机操作系统原理分析 .............................................................................................................. 1 1. 第1章：引论 ............................................................................................................................. 7 1.1. 1.1 操作系统的概述.......................................................................................................... 7 1.1.1. 1.1.1 计算机系统的组成.......................................................................................... 8 1.1.2. 1.1.2 操作系统的定义 ............................................................................................ 11 1.1.3. 1.1.3 计算机系统的层次结构 .............................................................................. 11 1.2. 1.2 操作系统的形成........................................................................................................ 14 1.2.1. 1.2.1 操作系统形成与发展的主要因素 ............................................................ 15 1.2.2. 1.2.2 多道程序设计与操作系统 .......................................................................... 15 1.2.3. 1.2.3 操作系统的发展 ............................................................................................ 16 1.3. 1.3 操作系统的基本类型 .............................................................................................. 16 1.3.1. 1.3.1 批处理系统及其特征 ................................................................................... 16 1.3.2. 1.3.2 分时系统及其特征........................................................................................ 20 1.3.3. 1.3.3 实时系统及其特征........................................................................................ 21 1.4. 1.4 计算机操作系统的研究内容 ................................................................................. 22 1.4.1. 1.4.1 操作系统理论 ................................................................................................. 22 1.4.2. 1.4.2 操作系统软件 ................................................................................................. 23 1.4.3. 1.4.3 操作系统的主要功能 ................................................................................... 24 2. 第2张： 操作系统的接口 .................................................................................................. 25 2.1. 2.1 操作系统内核 ............................................................................................................ 25 2.1.1. 操作系统软件的核心部分称为内核(Kernel) ................................................... 25 2.1.2. 2.1.1 处理器指令及工作模式 .............................................................................. 25 2.1.3. 2.1.2 操作系统内核 ................................................................................................. 27 2.2. 2.2 操作系统的启动........................................................................................................ 29 2.2.1. 2.2.1 固件及其基本功能........................................................................................ 29 2.2.2. 2.2.2 基本输入/输出系统BIOS .......................................................................... 30 2.2.3. 2.2.3 可扩展固件接口 ............................................................................................ 32 2.2.4. 2.2.4 操作系统的启动 ............................................................................................ 32 2.3. 2.3 操作系统的用户接口 .............................................................................................. 33 2.3.1. 2.3.1 命令接口 .......................................................................................................... 33 2.3.2. 2.3.2 程序接口及系统调用 ................................................................................... 34 2.3.3. 2.3.3 UNIX的用户接口......................................................................................... 35 3. 第3章：处理器管理 ............................................................................................................. 39 3.1. 3.1 系统的工作流程........................................................................................................ 40

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3.1.1. 3.1.1 程序及其特点 ................................................................................................. 40 3.1.2. 3.1.2 顺序执行的工作方式及特征 ..................................................................... 40 3.1.3. 3.1.3 并发执行的工作方式及特征 ..................................................................... 41 3.2. 3.2 进程的概念 ................................................................................................................. 43 3.2.1. 3.2.1 进程的定义 ..................................................................................................... 43 3.2.2. 3.2.2 进程的主要特征 ............................................................................................ 44 3.3. 3.3 进程的动态性 ............................................................................................................ 46 3.3.1. 3.3.1 进程的基本状态 ........................................................................................... 46 3.3.2. 3.3.2 基本状态的转换关系 ................................................................................... 48 3.4. 3.4 进程管理的主要功能 .............................................................................................. 49 3.4.1. 3.4.1 进程控制块及组成........................................................................................ 49 3.4.2. 3.4.2 PCB队列 ......................................................................................................... 55 3.4.3. 3.4.3 进程管理的主要功能 ................................................................................... 56 3.5. 3.5 进程的控制 ................................................................................................................. 57 3.5.1. 3.5.1 原语 ................................................................................................................... 57 3.5.2. 3.5.2 进程控制的含义 ............................................................................................ 58 3.5.3. 3.5.3 进程的创建 ..................................................................................................... 58 3.5.4. 3.5.4 进程的撤销 ..................................................................................................... 61 3.5.5. 3.5.5 进程的阻塞 ..................................................................................................... 62 3.5.6. 3.5.6 进程的唤醒 ..................................................................................................... 64 3.6. 3.6 进程同步 ..................................................................................................................... 65 3.6.1. 3.6.1 并发进程的关系 ............................................................................................ 66 3.6.2. 3.6.2 间接制约与互斥关系 ................................................................................... 66 3.6.3. 3.6.3 直接制约与同步关系 ................................................................................... 68 3.6.4. 3.6.4 进程同步机制 ................................................................................................. 69 3.6.5. 3.6.5 互斥关系与加锁机制 ................................................................................... 69 3.6.6. 3.6.6 信号量机制与互斥关系 .............................................................................. 72 3.6.7. 3.6.7 信号量机制与同步关系 .............................................................................. 73 3.6.8. 3.6.8 生产者/消费者问题 ..................................................................................... 74 3.6.9. 3.6.9 读者/写者问题 .............................................................................................. 75 3.7. 3.7 进程通信 ..................................................................................................................... 75 3.7.1. 3.7.1 进程通信的概念 ............................................................................................ 76 3.7.2. 3.7.2 进程通信方式 ................................................................................................. 78 3.7.3. 3.7.3 消息缓冲通信的设计和实现 ..................................................................... 79 3.7.4. 3.7.4 UNIX 消息队列通信【略过】 .................................................................. 84 3.7.5. 3.7.5 信箱通信的设计实现 ................................................................................... 84 3.8. 3.8 线程 .............................................................................................................................. 84

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3.8.1. 3.8.1 线程的引入 ..................................................................................................... 85 3.8.2. 3.8.2 线程与进程的关系........................................................................................ 87 3.8.3. 3.8.3 线程的类型 ..................................................................................................... 88 3.8.4. 3.8.4 线程的常用细化方法 ................................................................................... 90 3.8.5. 3.8.5 JAVA 线程及控制实例 ................................................................................ 94 4. 第4章：处理器调度 ............................................................................................................. 94 4.1. 4.1 操作系统中的调度 ................................................................................................... 95 4.1.1. 4.1.1 调度的定义 ..................................................................................................... 95 4.1.2. 4.1.2 操作系统中的调度........................................................................................ 96 4.1.3. 4.1.3 调度的性能指标 ............................................................................................ 99 4.2. 4.2 作业调度 ................................................................................................................... 100 4.2.1. 4.2.1 作业状态 ........................................................................................................ 101 4.2.2. 4.2.2 作业调度的功能 .......................................................................................... 104 4.2.3. 4.2.3 作业调度算法 ............................................................................................... 105 4.2.4. 4.2.4 作业调度算法例子...................................................................................... 107 4.3. 4.3 进程调度 ................................................................................................................... 108 4.3.1. 4.3.1 进程调度的含义 .......................................................................................... 108 4.3.2. 4.3.2 基础调度的功能 .......................................................................................... 108 4.3.3. 4.3.3 进程调度的方式 .......................................................................................... 110 4.3.4. 4.3.4 进程调度算法 ............................................................................................... 111 4.3.5. 4.3.5 实时系统的进程调度算法 ........................................................................ 111 4.4. 4.4 死锁问题 ................................................................................................................... 112 4.4.1. 4.4.1 死锁的含义 ................................................................................................... 113 4.4.2. 4.4.2 死锁的解决方法 .......................................................................................... 114 4.4.3. 4.4.3 死锁预防 ........................................................................................................ 115 4.4.4. 4.4.4 死锁避免 ........................................................................................................ 117 4.4.5. 4.4.5 死锁检测与恢复 .......................................................................................... 119 5. 第5章：存储器管理 ........................................................................................................... 121 5.1. 存储器 管理： ............................................................................................................... 121 5.1.1. 程序运行需要两个最基本的条件，一个是程序要占有足够的主存储空间，另一个是得到处理器，并且首先要得到足够的主存储空间。 .................... 122 5.1.2. 操作： ...................................................................................................................... 122 5.2. 5.1 存储管理概述 .......................................................................................................... 122 5.2.1. 5.1.1 计算机系统的存储器类型 ........................................................................ 123 5.2.2. 5.1.2 虚拟地址和物理地址 ................................................................................. 132 5.2.3. 5.1.3 重定位 ............................................................................................................ 134 5.2.4. 5.1.4 存储管理的目的 .......................................................................................... 135

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5.2.5. 5.1.5 存储管理的主要功能 ................................................................................. 135 5.2.6. 5.1.6 存储管理的方法 .......................................................................................... 137 5.3. 5.2 单一连续区存储管理 ............................................................................................ 140 5.3.1. 5.2.1 基本思想 ........................................................................................................ 140 5.3.2. 5.2.2 主要特点 ........................................................................................................ 140 5.4. 5.3 固定分区存储管理 ................................................................................................. 141 5.4.1. 5.3.1 基本思想 ........................................................................................................ 141 5.4.2. 5.3.2 实现关键 ........................................................................................................ 141 5.4.3. 5.3.3 主要特点 ........................................................................................................ 141 5.5. 5.4 可变分区存储管理 ................................................................................................. 142 5.5.1. 5.4.1 基本思想 ........................................................................................................ 143 5.5.2. 5.4.2 实现关键 ........................................................................................................ 143 5.5.3. 5.4.3 主要特点 ........................................................................................................ 143 5.5.4. 5.4.4 分区管理总结 ............................................................................................... 143 5.5.5. 5.4.5 兑换和覆盖 ................................................................................................... 143 5.6. 5.5 分页存储管理 .......................................................................................................... 143 5.6.1. 5.5.1 基本思想 ........................................................................................................ 143 5.6.2. 5.5.2 静态分页的实现关键 ................................................................................. 143 5.6.3. 5.5.3 静态分页的特点及效率的改进 ............................................................... 143 5.6.4. 5.5.4 虚拟存储器思想 .......................................................................................... 144 5.6.5. 5.5.5 动态分页 ........................................................................................................ 144 5.6.6. 5.5.6 请求分页的实现关键 ................................................................................. 144 5.6.7. 5.5.7 分页存储管理的主要特点 ........................................................................ 144 5.7. 5.6 分段存储管理 .......................................................................................................... 144 5.7.1. 5.6.1 基本思想 ........................................................................................................ 144 5.7.2. 5.6.2 硬件基础 ........................................................................................................ 144 5.7.3. 5.6.3 实现关键 ........................................................................................................ 144 5.7.4. 5.6.4 分段与分页的区别...................................................................................... 144 5.7.5. 5.6.5 主要特点 ........................................................................................................ 144 5.8. 5.7 段页式存储管理...................................................................................................... 145 5.8.1. 5.7.1 基本思想 ........................................................................................................ 145 5.8.2. 5.7.2 实现关键 ........................................................................................................ 146 5.8.3. 5.7.3 主要特点 ........................................................................................................ 146 6. 第6章：文件系统 ............................................................................................................... 146 6.1. 6.0：简介 ......................................................................................................................... 147 6.1.1. 计算机操作系统除了实现对处理器、主存储器等重要硬件资源的管理之外，还需要对软件资源的管理。 ............................................................................... 147

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6.1.2. 软件资源是以数据的形式存在的，程序本身是一种数据，程序的运行就是对数据的加工、处理过程，运行结果也是以数据的形式表现出来的。 .. 147 6.1.3. 大量数据的快速处理的计算机的主要功能之一。 .................................... 147 6.1.4. 概述： ...................................................................................................................... 147 6.2. 6.1 文件系统概述 .......................................................................................................... 148 6.2.1. 6.1.1 文件系统的引入 .......................................................................................... 148 6.2.2. 6.1.2 文件及分类 ................................................................................................... 149 6.2.3. 6.1.3 文件系统及其主要功能 ............................................................................ 152 6.3. 6.2 文件的逻辑结构...................................................................................................... 154 6.3.1. 1 流式文件 .............................................................................................................. 154 6.3.2. 2 记录式文件 ......................................................................................................... 154 6.4. 6.3 文件的物理结构...................................................................................................... 155 6.4.1. 6.3.1 文件存储方式 ............................................................................................... 155 6.4.2. 6.3.2 文件存储介质 ............................................................................................... 155 6.4.3. 6.3.3 物理结构分类 ............................................................................................... 157 6.5. 6.4 文件目录管理 .......................................................................................................... 159 6.5.1. 6.4.1 文件控制块 ................................................................................................... 159 6.5.2. 6.4.2 文件目录及其结构...................................................................................... 160 6.6. 6.5 文件存储空间管理 ................................................................................................. 161 6.6.1. 6.5.1 磁盘存储管理方法...................................................................................... 161 6.6.2. 6.5.2 空闲块成组连接法...................................................................................... 161 6.7. 6.6. 文件使用 .................................................................................................................. 162 6.7.1. 6.6.1 文件系统的命令接口 ................................................................................. 162 6.7.2. 6.6.2 文件的系统调用 .......................................................................................... 163 6.7.3. 6.6.3 利用文件通信及其同步控制 ................................................................... 163 6.8. 6.7 文件的共享 ............................................................................................................... 164 6.8.1. 6.7.1 文件共享文法 ............................................................................................... 164 6.8.2. 6.7.2 基本文件目录法 .......................................................................................... 164 6.8.3. 6.7.3 文件共享语义 ............................................................................................... 165 6.9. 6.8 文件的安全性 .......................................................................................................... 165 6.9.1. 6.8.1 文件保护及主要方法 ................................................................................. 166 6.9.2. 6.8.2 文件保密及主要方法 ................................................................................. 166 6.9.3. 6.8.3 BLP安全模型 ............................................................................................... 168 6.9.4. 6.8.4 Bila安全模型 ................................................................................................ 168 7. 第7章：设备管理 ............................................................................................................... 168 7.1. 7.1 设备管理概述 .......................................................................................................... 169 7.1.1. 7.1.1 设备分类 ........................................................................................................ 169

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