3.1操作系统
考点1操作系统概念
1.操作系统基本概念
操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理组织计算机工作流程及方便用户的程序集合。操作系统有两个重要的作用：一是管理系统中的各种资源；二是给用户提供一个友好的界面，方便用户操作计算机。
2.操作系统的基本特征
操作系统包括以下3个基本特征：
(1)并发性。所谓并发性是指在计算机系统中同时存在多个程序，从宏观上看，这些程序是同时向前推生的。
(2)共享性。所谓资源共享性是指操作系统程序与多个用户程序共享系统中的各种资源。这种共享是在操作系统控制下实现的。
(3)随机性。操作系统运行在一个随机环境中。一个设备可能在任何时候向处理机发出中断请求，系统无法知道运行着的程序会在什么时候做什么事情。
考点2操作系统的功能
操作系统的主要功能包括以下几个方面。
(1)进程管理。主要是对处理机进行管理。
(2)存储管理。主要是对内存的分配、保护和扩充。
(3)设备管理。对所有输人、输出设备的管理。
(4)文件管理。主要涉及文件的逻辑组织和物理组织，目录的结构和管理。
(5)作业管理。为用户提供一个友好的环境，方便用户组织自己的工作流程。
考点3操作系统的类型
随着计算机硬件技术的不断发展，出现了多种类型的操作系统：手工操作系统、批处理操作系统、分时系统、实时系统及通用操作系统。随着网络技术的发展，相应地出现了网络操作系统和分布式操作系统。下面将对主要的操作系统进行简单介绍。
1.批处理操作系统
批处理操作系统最大的特征就是用户不直接操作计算机，而是将作业交给系统操作员，由操作人员将作业成批地输人计算机，然后按某种调度策略，顺序地执行作业流中的每一个作业，以节省人工操作时间和 提高机器的使用效率。批处理操作系统又可分为单道批处理系统和多道批处理系统。
2.分时系统
分时系统中的分时指多个用户通过终端可同时使用一台计算机。操作系统在接收用户发出的请求后，按照时间片轮转算法轮流分配给每个用户一段CPU时间，进行各自的处理。但对于每个单独的用户都仿佛自己独占了整个计算机系统分时系统主要有以下几个方面的特点：
(1)多路性若干个用户同时使用一台计算机，从微观上看是各用户轮流使用计算机；从宏观上看是各用户在并行工作。
(2)交互性二用户可根据系统对清求的响应结果，进一步向系统提出新的请求。
(3)独立性用户之间可以相互独立、互不十涉；系统保证各用户程序运行的完整性，不会发生相互混淆或破坏等现象。
(4)及时性系统对用户的输人及时做出啊应。分时系统性能的主要性能指标之一是响应时间，即从终端发出的命令到系统予以应答听需的时间。
3.实时系统
实时系统是指可对外部事件做出及时洞应并在一定时间内完成对事件的处理的操作系统，其特点是及时响应和高可靠性实时系统可分为实时控制系统和实时信息处理系统两大类。
4.个人计算机操作系统
个人计算机操作系统是指用于个人计算机上的操作系统，提供联机交互功能：这要求系统有友好的用 户接口和操作界面
5.网络操作系统
网络操作系统可通过通信设备将分散的具有独立功能的多个计算机系统互联起来，用于实现信息交换、资源共享、互操作和协作处理的系统各用户间都要遵守一定的网络协议来共享资源。
6.分布式操作系统
分布式操作系统可统•管理和调度整个系统上的资源以实现各计算机之间的资源共享和信息传输，对任务实行动态、合理的分配及并行的处理分布式系统各个计算机之间无主次之分，为用户提供一个标准的接口和统一的界面，使用户方便实现听需要的操作。
考点4研究操作系统的方法
研究操作系统可以从以下几种不同的角度进行
1.资源管理观点
从资源管理的观点来看，操作系统的管理对象是计算机系统的资源，操作系统则是管理系统资源的程序集合通常，把操作系统分为处理机管理、存储管理、设备管理、作业管理和文件管理等5个主要部分，由这几部分程序的协调、配合来完成用户的作业要求。
2.进程观点
这种观点把操作系统看作由若干个可以同时独立进行的程序和一个对这些程序进行协调的核心所组成，这些同时运行的程序称为进程，每个进程都可完成某一特定的任务。
3.虚机器观点
从服务用户和机器功能扩充的观点来看，操作系统为用户使用计算机提供了许多服务功能和良好的工作环境。
考点5操作系统的硬件环境
硬件是构造操作系统的基础，硬件对操作系统的构造提供必要的支持。通常，操作系统所涉及的硬件环境主要包括以下几个方面。
1.特权指今与处理机状态
(1)特权指令。只允许操作系统使用，而不允许一般用户使用的指令。
(2)非特权指令。特权指令之外的指令称做非特权指令，非特权指令的执行不影响其他用户及系统。
(3)CPU状态。CPU交替执行操作系统程序和用户程序。在执行不同程序时，根据运行程序为机器指是，的使用权限而将CPU置为不同的状态CPU的状态属于程序状态字PSW中的一位。
2.中断机制
中断机制是现代计算机系统中的基本设施之一，它在系统中起着通信联络的作用，以协调系统对各种外部事件的响应和处理。
3.定时装置
为了实现系统管理和维护，硬件必须提供时钟，即定时装置硬件时钟通常分为两类：即绝对时钟和相讨时钟。
3.2进程管理
考点6多道程序设计
1.程序的顺序执行
程序的顺序执行具有以下几个特点：
(1)顺序性。程序所规定的动作在机器上严格地按顺序执行，每个动作的执行都以前一个动作的结束为前提条件。
(2)封闭性。程序执行得到的最终结果由给定的初始条件决定，不受外界因素的影响，即只有程序本身的动作才能改变程序的运行环境。
(3)可再现性。顺序执行的最终结果与程序运行的速度无关。
2.多道程序系统中程序执行环境的变化
程序执行环境具有以下3个特点：
(1)独立性。在多道环境下执行的每道程序都是逻辑上独立的，且执行速度与其他程序无关，执行的起止时间也是独立的。
(2)随机性。在多道程序环境下，程序和数据的输入与执行的开始时间都是随机的。
(3)资源共享性。一般来说，多道环境下执行程序的道数总是多于计算机系统中CPU的个数，单CPU也是如此。
3.程序的并发执行
程序的并发执行是指为了充分利用系统资源，提高计算机的处理能力，在计算机系统中有两个或两个以上的程序同时执行的状态。参与并发执行的程序称为并发程序，并发程序执行时的特点如下：
(1)各并发程序在执行期间相互制约。
(2)程序与计算不是一一对应的关系。
(3)不可再现性。
4.多道程序系统
一般情况下，计算机要同时处理多个具有独立功能的程序来增强系统的处理能力和提高机器的处理效率。常采用并行操作技术来使系统的各种硬件资源做到并行工作，即在计算机中，所运行程序的道数(吞吐量)多。程序在运行时有如下3个特点：独立性、随机性和资源共享性。
考点7进程
1.进程的概念
进程是操作系统中最基本、最重要的概念。通常是指内存区域中的一组指令序列的执行过程，是程序中具有一定独立功能的关于某个数据集合的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
2.进程的特性
(1)并发性可以同其他进程一道向前推进，即一个进程的第一个动作可以在另一个进程的最后一个动作结束之前开始
(2)动态性是指进程对应用程序的执行过程，体现在两方面：其一，进程动态产生，动态消亡；其二，在进程的生命周期内，其状态动态变化。
(3)独立性。一个进程是一个相对完整的调度单位，它可以获得处理机并参与并发执行。
(4)交往性。一个进程在运行过程中可能与其他进程发生直接的或间接的相互作用。
(5)异步性。每个进程按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。
3.进程与程序的区别与联系
(1)进程是程序的执行，是动态的；而程序是指令的集合，是静态的。
(2)进程的存在是有限的，从运行到结束，是暂时的；而程序则是永久存在的。
(3)进程包括程序、数据和进程控制块(PCB)。
(4)一个程序可以有多个进程，一个进程也可以包含多个程序。
4.进程的状态
进程在其存在过程中，它们的状态在不断发生变化。系统中的不同事件均可以引起进程状态的变化。
一般情况下，一个进程可分为以下3种状态：
(1)就绪状态。是指一个进程已经具备运行条件，但由于没有获得CPU而不能运行所处的状态。一旦 把CPU分配给它，该进程就可运行二处于就绪状态的进程可以是多个。
(2)运行状态。是指进程已获得CP1,并且在CPU上执行的状态。
(3)等待状态。也称阻塞状态或封锁状态，是指进程因为等待某种事件发生而暂时不能运行的状态。
在一定的条件下，进程的状态是可以相互转换的。
5.进程控制块
进程控制块(Process Contro1 B1ock，简称PCB)是用来记录进程状态及其他相关信息的数据结构,PCB是进程存在的唯一标志，PCB存在则进程存在。系统创建进程时会产生一个PCB，撤销进程时，PCB也自动消失。
考点8进程控制
进程控制也称进程管理，对进程实施有效的管理，包括进程的建立、撤销、进程阻塞及进程的唤醒等。
进程控制是通过原语来实现的，用于进程控制的原语一般有：创建进程、撤销进程、挂起进程、激活进程、阻塞进程、唤醒进程及改变进程优先级等。
1.创建原语
创建原语用于建立一个新的进程，其主要操作过程是先向系统申请一个空闲的PCB，然后根据父进程提供的参数，将相关信息填入，最后返回一个进程的内部名。
2.撤稍原语
撤销原语是用于撤销一个已完成任务的进程，以释放它所占用的所有的内部和外部资源。实质上是撤销PCB，有两种撤销策略，一种是只撤销1个具有特定标识符的进程，另一种是撤销该进程及其所有子孙进程。
3.阻塞原语
阻塞原语的作用是将进程由运行状态变回阻塞状态。具体过程是先中断CPU，将CPU的当前状态保存在PCB现场信息中，将进程的当前状态置为等待，插人到等待队列中去。
4.唤酸原语
唤醒原语的作用是将进程由阻塞状态变为就绪状态，其操作过程是在等待队列中找出某进程，将它的当前状态置为就绪，然后将其从等待队列中撤出并插人到就绪队列中去。