计算机等级考试四级教程操作系统原理.docx

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1、基本要求1 .掌握操作系统的基本概念、基本结构和运行机制。2 .深入理解进程线程模型，深入理解进程同步机制，深入理解死锁概念及解决方案。3 .掌握存储管理基本概念，掌握分区存储管理方案，深入理解虚拟页式存储管理方案。4 .深入理解文件系统的设计、实现，以及提高文件系统性能的各种方法。5 . 了解I/。设备管理的基本概念、I/O软件的组成，掌握典型的I/。设备管理技术。6 . 了解操作系统的演化过程、新的设计思想和实现技术。考试内容一、操作系统概述1、操作系统基本概念、特征、分类。基本概念:是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合一一它们能有效 地组织和管理计算机系统中的硬件及软

2、件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的 执行，并向用户提供各种服务功能，使用户能够灵活的、方便、有效地使用计算机，并使整 个计算机系统能够高效地运行（是具有各种功能的、大量程序模块的集合）。任务:1.组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源2.向用户提供各种服务功能特征:并发性（用户程序与用户程序之间并发执行；用户程序与操作系统程序之间并发执 行）、共享性（互斥共享和同时共享）、随机性（要充分考虑各种各样的可能性）。分类:1.批处理操作系统（成批处理、SPOOLing技术）简单/多道批处理系统2 .分时系统（多路性、交互性、独占性、及时性）3 .实时操作系统 硬实时/软实时系统（实时时钟

3、管理、过载保护、高可靠性）4 .嵌入式操作系统可针对需求进行裁剪、调整和生成（高可靠性、实时性、占有资源少、智能化能源管理、易于连接、低成本等）5 .个人计算机操作系统（某一时间为单用户服务、图形界面、使用方便）6 .网络操作系统 集中式/分布式模式（共享数据、资源及服务同运算处理能力）7 .分布式操作系统（统一/同一操作系统、资源的深度共享、透明性、自治性）集群 8.智能卡操作系统资源管理、通信管理、安全管理、应用管理2、操作系统主要功能。功能:1.进程管理（处理器管理）进程控制、进程同步/互斥、进程间通信、调度8 .存储管理内存的分配与回收、存储保护、内存扩充9 .文件管理文件存储空间的管

4、理、目录管理、文件系统的安全性10 设备管理需具备中断处理、错误处理等功能11 用户接口3、操作系统发展演化过程，典型操作系统。发展:1.手工操作 2.监控程序（早期批处理）3.多道批处理4.分时系统5. UNIX通用操作系统 6.个人计算机操作系统（Win） 7.Android操作系统4、操作系统结构设计，典型的操作系统结构。体系结构:1.整体式结构（结构紧密、接口简单直接、系统效率较高）2 .层次式结构分层原则（同整体式、模块间结构关系清晰、增加/替换不影响其他层次）3 .微内核（客户机/服务器）结构运行在核心态的内核、运行在用户态的并以客户机/服务器方式进行的进程层（可靠、灵活、适宜于分

5、布式处理的计算环境）二、操作系统运行机制操作系统的运行环境主要包括计算机系统的硬件环境和由其他的系统软件组成的软件 环境。寄存器:1.用户可见寄存器数据寄存器、地址寄存器、条件码寄存器2.控制和状态寄存器程序计数器（PC）、程序状态字（PSW）指令类型:访问存储器指令、I/。指令、算数逻辑指令、控制转移指令、处理器控制指令 1、内核态和用户态。 内核态（管态）:操作系统管理程序运行的状态，具有较高的特权级别。可执行全部指令（包括特权指令），使用所有资源，并具有改变处理器状态的能力。用户态（目态）:用户程序运行时的状态，具有较低的特权级别。只可执行非特权指令。 CPU状态的转换:1.目态一管态的

6、转换通过中断或异常2.管态一目态的转换通过设置PSW指令（修改程序状态字）2、中断与异常。 中断:指CPU对系统中或系统外发生的异步事件的响应。（中断源/中断请求/中断处理程序/中断断点/中断响应/中断返回/中断字/中断向量表） 特征:能充分发挥处理器的使用效率、提高系统的实时能力 系统硬件中断装置和软件中断处理程序（中断请求的接收、中断响应、中断处理）典型:1.1/0中断I/O操作正常结束、I/O异常2 .时钟中断维护软件时钟、处理器调度、控制系统定时任务、实时处理3 .硬件故障中断 4.程序性中断（由操作系统完成/程序自己完成）5.系统服务请求（访问中断）由处理器提供的专用指令（访管指令）

7、来激发异常:指CPU对系统内正在执行的指令的响应。分类:1.中断时钟中断/输入输出（I/O）中断/控制台中断/硬件故障中断2.异常程序性中断/访管指令异常多级中断作用:1.对各类中断信号依据其紧急程度和重要性划分级别。2.解决如果有重要程度相当的多个中断信号同时到达时，如何选择首个被 处理的中断信号的问题。多级中断方法:固定优先数、轮转法一类不可屏蔽的中断信号：机器故障中断。3、系统调用接口。访管指令把用户态切换成内核态，并启用操作系统。系统调用:用户在程序中调用操作系统所提供的一些子功能。 区别（系统调用与一般过程调用）： 1.运行在不同的系统状态2 .状态的转换3 .返回问题4 .嵌套调用

8、分类:1.进程控制类系统调用2.文件操作类系统调用3.进程通信类系统调用5 .设备管理类系统调用5.信息维护类系统调用广义指令（系统调用命令）和机器指令的区别：机器指令是由硬件线路直接实现的, 而“广义指令”则是由操作系统所提供的一个或多个字程序模块，即软件实现的。在系统中为控制系统调用服务的机构成为陷入（TRAP）或异常处理机构。自动地控制成块数据4,存储系统。计算机存储系统的设计主要考虑三个问题：容量、速度和成本。容量、速度和成本的匹配问题:采用层次化的存储体系结构存储访问局部性原理:提高存储系统性能的关键存储保护:1.界地址寄存器（界限寄存器）2.存储键5、I/O系统。I/O结构:外部设

9、备的控制器通过I/O硬件结构与中央处理器连接。 通道:独立于中央处理器的，专门负责数据I/O传输工作的处理单元。 特点:实现中央处理器和各种外部设备并行工作。DMA技术（直接存储器访问）通过系统总线中的一个独立控制单元,在内存和I/O单元之间的传送。缓冲技术:用在外部设备与其他硬件部件之间的一种数据暂存技术，它利用存储器件在外部 设备中设置了数据的一个存储区域，称为“缓存区”。用途:1.用在外部设备与外部设备之间的通信上的。2.用在外部设备和处理器之间的。根本原因:CPU处理数据速度与设备传输数据速度不相匹配，需要用缓冲区缓解其间的速度 矛盾。6, 时钟（Clock）。分类:硬件时钟和软件时钟

10、用途:1.绝对时钟在计算机系统中不受外界干扰、独立运行的一种时钟。2.相对时钟（间隔时钟）只计算从某一个时间初值开始的一段时间间隔。软件时钟与硬件时钟的同步工作，由操作系统负责维护。三、进程线程模型1、并发环境与多道程序设计。并发环境:采用并行操作技术，并发程序在各自处理机上运行。多道程序设计:允许多个程序同时进入内存并执行。（最基本、最重要的技术）目的:提高整个系统的效率。（系统吞吐量）特点:独立性、随机性、资源共享性程序的并发执行:并发程序在执行期间具有相互制约关系；程序与计算不再一一对应；并发 程序执行结果不可再现。实现多道程序设计时，必须协调好资源使用者与被使用资源之间的关系。2、进程

11、的基本概念，进程控制块（PCB）o进程 属性 特性 分类对正在运行程序的一个抽象。可拥有资源的独立单位；可以独立调度和分派的基本单位。1 .系统进程2 .用户进程执行操作系统程序，完成操作系统的某些功能。 运行用户程序，直接为用户服务。并发性、动态性、独立性、交往性、异步性联系和区别（进程与程序）:1 .联系：进程由程序、数据和进程控制块（PCB）组成。2 .区别：程序是静态的，进程是动态的。进程具有创建其他进程的功能。进程控制块（PCB）：用来描述进程的基本情况以及进程的运行变化过程。内容:调度信息和组成信息。组织:线性方式、索引方式和链接方式。3、进程状态及状态转换。三态模型:运行状态、就

12、绪状态、等待状态五态模型:运行状态、就绪状态、阻塞状态、创建状态、结束状态七态模型:运行状态、就绪状态、阻塞状态、创建状态、结束状态、就绪挂起、阻塞挂起4、进程控制：创建、撤销、阻塞、唤醒、fork ()的使用。进程控制是通过原语来实现的。原语:由若干条指令所组成的程序，用来实现某个特定的操作。(不可分割、不可中断；必 须在管态下执行，并且常驻内存) 控制:创建原语、撤销原语、阻塞原语、唤醒原语。fork ()：父进程通过调用fork ()函数创建子进程。新创建的子进程基本与父进程相同。特点:只被调用一次，却会返回两次：一次是在调用进程(父进程)中，一次是在新创建的 子进程中。5、线程基本概念

13、，线程的实现机制，Pthread线程包的使用。线程:比进程更小的能独立运行的基本单位线程，CPU调度和分派的基本单位。属性:每个线程有一个唯一的标识符和一张线程描述表，线程描述表记录了线程执行的寄 存器和栈等现场状态。 不同的线程可以执行相同的程序，即同一个服务程序被不同用户调用时操作系统为 它们创建不同的线程。 同一进程中的各个线程共享该进程的内存地址空间。 线程是处理器的独立调度单位，多个线程是可以并发执行的。 一个线程被创建后便开始了它的生命周期，直至终止，线程在生命周期内会经历等 待、就绪和运行等各种状态变化。特点:创建一个新线程花费时间少(结果亦如此)。创建线程不需另行分配资源，因而

14、创 建线程的速度比创建进程的速度快，且系统的开销也少。 两个线程的切换花费时间少。 由于同一个进程内的进程共享内存和文件，线程之间相互通信无须调用内核，故不 需要额外的通信机制，使通信更简便，信息传送速度也快。 线程能独立执行，能充分利用和发挥处理器与外围设备并行工作能力。比较:调度：线程作为调度和分派的基本单位；进程作为资源拥有的基本单位。并发性：进程之间可以并发执行，一个进程中的多个线程之间也可以并发执行。拥有资源：进程拥有自己的资源；线程无资源，但可以访问其隶属进程的资源。实现机制:1.用户级线程 定制的调度算法。2 .内核级线程3 .混合实现方式系统开销：进程切换的开销也远大于线程切换

15、的开销。可以在不支持线程的操作系统上实现：允许每个进程有自己线程的调用都以系统调用的形式实现。使用内核级线程,然后将用户级线程与某些或者全部内核线程多路复用起来。比较:1.线程的调度与切换速度2 .系统调用3 .线程执行时间Pthread线程包:基于该标准实现的线程包（都含有一个标识符、一组寄存器和一组存储在 结构中的属性）。6、进程的同步与互斥：信号量及PV操作，管程。在逻辑上具有某种联系的进程称为相关进程；在逻辑上没有任何联系的进程称为无关 进程。进程同步是指多个进程中发生的事件存在某种时序关系，必须协同动作，相互配合， 以共同完成一个任务。进程的互斥是指由于共享资源所要求的排他性，进程间

16、要相互竞争， 以使用这些互斥资源。互斥解决做法:L由竞争各方平等协商2.引入进程管理者，由管理者来协调竞争各方对互 斥资源的使用。临界资源：指计算机系统中的需要互斥使用的硬件或软件资源,如外设、共享代码段、共享 数据结构等。资源共享的程度:互斥、死锁和饥饿进程间的相互制约关系相互感知的程度交互关系一个进程对其他进程的影响潜在的控制问题相互不感知（完全不了解其他 进程的存在）竞争一个进程的操作对其他进程 的结果无影响互斥、死锁、饥饿间接感知（双方都与第三方交 互，如共享资源）通过共享进行协作一个进程的结果依赖于从其 他进程获得的信息互斥、死锁、饥饿直接感知（双方直接交互，如 通信）通过通信进行协

17、作一个进程的结果依赖于从其 他进程获得的信息死锁、饥饿同步机制准则:1.空闲则入2.忙则等待3.有限等待4.让权等待互斥的软件方法:在进入区检查和设置一些标志，如果已有进程在临界区，则在进入区通过 循环检查进行等待；在退出区修改标志。算法:1.单标志算法2.双标志、先检查算法3.双标志、后检查算法 4.先修改、后检查、后修改者等待算法互斥的硬件方法:用一条指令完成读和写两个操作，因而保证读操作与写操作不被打断方法：l.TS （Test-and-Set）指令 2.Swap 指令（或 Exchange 指令）信号量:可用资源实体的数量。初值:非负整数值空闲资源总数负整数值当前等待临界区的进程数PV

18、操作:P原语相当于进入区操作；V原语相当于退出区操作使用信号量进行共享资源访问控制时，必须成对使用P和V原语.遗漏P原语则不能 保证互斥访问，遗漏V原语则不能在使用临界资源之后将其释放给其他等待的进程。P、V 原语的使用不能次序错误、重复或遗漏。管程:由过程、变量及数据结构等构成的集合，它们组成一个特殊的模块或软件包。 组成:管程名称，共享数据的说明，对数据进行操作的一组过程、对共享数据赋初值的语句。 特性:1.模块化2.抽象数据类型3.信息隐蔽4.任一时刻管程中只能有一个活跃进程 7、进程间通信。方案：共享内存设一个公共内存区，一组进程向该内存中写，另一组进程从该内存中读。消息缓冲通信利用内

19、存中公用消息缓冲区实现进程之间的信息交换。信箱通信设立通信机构一信箱，以发送信件以及接受回答信件为进程间通信的基本 方式。管道通信连接两个进程之间的一个打开的共享文件,专用于进程之间进行数据通信 8、处理机调度。分类:高级调度、中级调度、低级调度算法设计原则:1.进程行为计算密集型、I/O密集型2 .系统分类批处理、交互式和实时系统3 .调度算法的设计目标公平（相似的进程应该得到相似的服务）、保持系统的所有部分尽可能忙碌、指标（吞吐量、周转时间以及CPU利用率）、均衡性 算法:1.先来先服务（FCFS）易于理解并且便于在程序中运行2 .最短作业优先（SJF） 所有作业同时可运行情况下，此算法才

20、是最优化的。3 .最短剩余时间优先（SRTN）4 .轮转法（RR）时间片设得太短会导致过多的进程切换，降低了 CPU效率；而设得太长又可能引起对短的交互请求的响应时间太长。（最佳时间片2050ms）5 .最高优先级算法（HPF）6 .多级反馈队列算法综合了 FCFS、RR、HPF的一种进程（线程）调度算法。7 .最短进程优先根据进程过去的行为进行推测，并执行估计运行时间最短的那一个。8 .实时系统中的调度算法系统的正确性不仅取决于计算的逻辑结果，而且还依赖于产生结果的时间。硬实时任务、软实时任务周期性事件、非周期性事件计算机系统中使用最频繁、算法最复杂的是进程（线程）调度。四、存储管理方案1、

21、存储管理的基本概念，存储管理的基本任务。存储体系:各种速度和容量的存储硬件在操作系统协调之下，形成了一种存储器层次结构。 任务:1.内存的分配和回收记住每个存储区域的状态、实施分配、回收2 .存储共享通过代码共享节省内存空间，提高内存利用率；通过数据共享实现进程通信。3 .存储保护保护系统程序区不被用户有意或无意的侵犯；不允许用户程序读写不属于自己地址空间的数据。地址越界保护、权限保护4 .“扩充”内存容量在硬件支持下，软件、硬件相互协作，将内存和外存结合起来统一使用。2、分区存储管理方案。分区:把内存划分成若干个连续区域，每个分区装入一个运行程序。优缺:算法简单，表格不多，实现容易，内存开销

22、少；内存使用不充分，不提供“虚存扩充” 固定分区:指系统先把内存划分成若干个大小固定的分区，一旦划分好，在系统运行期间便 不再重新划分。分区说明表:用于分区管理的内存分配表，按顺序每个分区在分区说明表中对应一个表目。不能充分利用内存；灵活性差，可接纳程序的大小受到了分区大小的严格控制。可变分区:指系统不预先划分固定分区，而是在装入程序时划分内存分区，使为程序分配的 分区的大小正好等于该程序的需求量，且分区的个数是可变的。实现:基址寄存器 限长寄存器用来存放程序所占分区的起始地址 用来存放程序所占分区的长度已分配区表记录已装入程序在内存中占用分区的起始地址和长度空闲区表记录内存中可供分配的空闲区

23、的起始地址和长度 算法:最先适应算法、最优适应算法、最坏适应算法、下次适应算法回收:1.回收分区的上邻分区是空闲的，需要将两个空闲区合并成一个更大的空闲区，然后 修改空闲区表。2 .回收分区的下邻分区是空闲的，需要将两个空闲区合并成一个更大的空闲区，然后 修改空闲区表。3 .回收分区的上邻分区和下邻分区都是空闲的，需要将三个空闲区合并成一个更大的 空闲区，然后修改空闲区表。4 .回收分区的上邻分区和下邻分区都不是空闲的，则直接将空闲分区记录在空闲区表 中。保护:1.设置界限寄存器2.保护键方法碎片移动技术3、覆盖技术和交换技术。覆盖技术:指一个程序的若干程序段或几个程序的某些部分共享某一个存储

24、空间。从用户级彻底解决内存小装不下程序的问题；打破了需要将一个程序的全部信息装入 内存后程序才能运行的限制。交换技术:是进程在内存和外存之间的动态调度，是由操作系统控制的。目的:尽可能达到“足够快地交换进程，以使当CPU调度程序想重新调度CPU时，总有进 程在内存中处于就绪（准备执行）状态”的理想状态，从而提高内存利用率。区别:与覆盖技术相比，交换技术不要求用户给出程序段之间的逻辑覆盖结构，对用户而言 是透明的。而且，交换可以发生在不同的进程或程序之间，而覆盖发生在同一进程或程序内 部，而且只能覆盖那些与覆盖段无关的程序段。4、虚存概念和虚拟存储技术。虚存:一个比有限的实际内存空间大得多的、逻

25、辑的虚拟内存空间。虚拟存储技术:利用大容量的外存来扩充内存，产生一个比有限的实际内存空间大得多的、 逻辑的虚拟内存空间。虚拟存储器的容量也是有限制的，主要是受外存容量所限。以页或段为单位。5、虚拟页式存储管理方案。概念：在进程开始运行之前，不是装入全部页面，而是装入一个或另个页面，之后根据进程 运行的需求，动态装入其他页面；当内存空间已满而又需要装入新的页面时，则根据某种算 法置换出某个页面，以便装入新的页面。页面调度策略:1.调入策略2.置页策略3.置换策略页面置换算法:1.先进先出页面置换算法（FIFO）2 .最近最少使用页面置换算法（LRU）3 .最近最不常用页面置换算法（LFU）4 .

26、理想页面置换算法（OPT）5 .最近未使用页面置换算法（NRU）6 .第二次机会页面置换算法7 .时钟页面置换算法（Clock）缺页中断率：f=F/A F：缺页中断次数A：访问页面的总次数只要程序能分到n启块内存空间，系统就可获得最高效率；最佳页的大小在29 （512字 节）至2” （16384字节）之间。目的:把那些访问概率非常高的页放入内存，减少内外存交换的次数。性能问题:颠簸是由于缺页率高而引起的：希望分配给进程的物理页面数与当前工作集大小 一致。五、文件系统设计与实现技术数据存储通常是以文件形式存放在磁盘或其他外部存储介质上，数据处理是通过文件 处理来完成的，数据管理是通过文件管理来完

27、成的。文件系统：操作系统中与文件和目录相关的子系统。1、文件的基本概念、文件的逻辑结构、文件的物理结构和存取方式。文件:一组带标示的、在逻辑上有完整意义的信息项的序列。基本单位:信息项分类:1.按用途系统文件、库函数文件、用户文件2.按组织形式普通文件、目录文件、特殊文件逻辑:1.流式文件有序字符的集合，其长度为该文件所包含的字符个数，流式文件无结构2.记录式文件一组有序记录的集合，基本单位是记录物理:1.顺序结构把逻辑上连续的文件信息依次存放在连续编号的物理块中知晓文件存储的起始块号和文件长度，可快速存取；支持顺序存取和随机存取；文 件不能动态增长。2.链接结构为每个文件构造所使用磁盘块的链

28、表无碎片问题，利于文件动态扩充，利于文件插入和删除，提高磁盘空间利用率；存 取速度慢，不适于随机存取文件，效率较低，存在可靠性问题：链接指针需占用一定空间3.索引结构把物理盘块的指针子集存放在索引表中的内存索引表中支持顺序存取和随机存取，满足文件动态扩充要求；会引起较多的寻到次数和寻到 时间，索引表增加存储空间开销4.1节点给每个文件赋予称为I节点的小表，在表中列出了文件属性和文件地址同时适合大小文件使用，灵活性较强，占用系统空间较少存取：一种文件的逻辑结构和物理结构之间的映射和变换机制方法:顺序存取、随机存取2、文件目录的基本概念，文件目录的实现。文件目录:把所有文件的文件控制块有机的组织起

29、来，就构成了文件控制块的一个有序集合 文件目录以文件的形式保存起来，是长度固定的记录式文件，保存在外存储器上实现:1. 一级目录结构2.二级目录结构3.树形目录3、文件的操作，目录的操作。文件操作：建立文件、打开文件、读文件、写文件、关闭文件、删除文件、指针定位 目录操作：由系统调用实现4、磁盘空间的管理。位示图:利用一串二进制(bit)的值来反映磁盘空间的分配使用情况空闲：0；分配：1空闲链表:专门为空闲块建立的一张表，该表记录外存储器中全部空闲的物理块空闲块链表:将外存储器中所有的空闲物理块连成一个链表，用一个空闲块首指针指向第一 个空闲块，随后的每个空闲块中都含有指向下一个空闲块的指针，

30、最后一块的指针为空，表 示链尾。 效率低下成组链接:可迅速找到大量空闲盘块地址5、文件系统的可靠性和安全性。文件共享:文件可以同时使用、文件不允许同时使用链接法(link)文件保护:建立副本、定时转储、规定文件的存取权限文件存取权限:1.存取控制矩阵以一个二维矩阵来实施文件的存取控制2 .二级存取控制设立两个存取级别3 .UNIX文件存取权限 对访问者分类识别根据操作内容限定权限 文件保密:隐藏文件目录、设置口令、使用密码6、文件系统的性能问题。块高速缓存:系统在内存中保存一些磁盘块，这些磁盘块在逻辑上属于磁盘合理分配磁盘空间:把有可能顺序存取的块放在一起，最好在同一柱面上磁盘的驱动调度:1.

31、移臂调度先来先服务调度算法(FCFS)最短寻道时间有限调度算法(SSTF) 扫描算法(SCAN)循环扫描算法(C-SCAN)2.旋转调度若干访问等待者请求访问同一磁道上的不同扇区若干访问等待者请求访问不同磁道上的不同扇区若干访问等待者请求访问不同磁道上的相同扇区对于前两种情况，旋转调度总是为首先到达磁盘读写磁头位置下的扇区进行读写操作 对于第三种情况，由于这些扇区编号相同，又在同一个柱面上，所以它们同时到达读写磁头 的位置下。这时旋转调度可任意选择一个读写磁头进行读写操作。信息的优化分布:对于一些能预知处理要求的信息在磁盘上的记录位置，可以提高系统效率 RAID技术:7、Windows的文件系

32、统FAT, UNIX的文件系统。FAT：文件分配表(File Allocation Table)引导扇区：包含用于描述卷的各种信息，利用这些信息才可以访问文件系统。文件分配表：包含关于卷上每个簇的类型信息根目录：一个位于磁盘上一个特殊的位置并且具有固定的大小。V7：文件名(14字节)I节点(2字节) 文件大小、三个时间、所有者、所在组、保护信息以及一个计数 六、I/O设备管理 1、设备与设备分类。设备:输入/输出设备(I/O设备)也称为外部设备设备管理是操作系统总体性能的重要决定因素、重要表现指标和常见瓶颈之一。分类:1.按设备的使用特性分类I/。设备、存储设备2 .按设备的信息组织方式划分字

33、符设备、块设备3 .按设备的共享属性分类共享设备、独占设备、虚拟设备2、I/O硬件组成。结构:CPU和主存、总线、接口(适配器)、设备控制器、设备数据传送控制方式:程序直接控制方式：由用户进程直接控制内存或CPU和外围设备之间进行信息传送 CPU和外设的操作能得到同步，硬件结构简单；CPU效率低下，对异常无实时响应 中断控制方式：在发生了一个异常事件时，调用相应处理程序进行服务的过程 DMA方式：一种完全由硬件执行I/O数据交换的工作方式操作均由硬件电路实现，传输速度快，减少CPU开销；初始化和结束仍由CPU控制通道控制方式：一个特殊功能的处理器，有自己的指令和程序，可以实现对外部设备的 统一

34、管理和外围设备与内存之间的数据传送选择通道、数组多路通道、字节多路通道进一步减少数据输入输出对整个系统运行效率的影响3、I/O软件的特点及结构。特点:设备独立性(设计I/O软件的一个最关键的目标)结构:分层构造，把设备管理软件组织成为一系列的层次，其中低层与硬件相关，把硬件与 较高层次的软件隔离开来。（中断处理程序、）设备驱动程序:直接同硬件打交道的软件模块，设备驱动程序中包括了所有与设备相关的代 码。与设备无关的系统软件:用户空间的I/O软件:4、典型技术：通道技术，缓冲技术，SPOOLing技术。通道技术:一个有自己的指令和程序的特殊功能的处理器，实现对外部设备的统一管理和外 围设备与内存

35、之间的数据传送。选择通道、数组多路通道、字节多路通道缓冲技术:以空间换取时间，在设备使用不均衡时起到平滑作用。SPOOLing （假脱机）技术:用磁盘设备作为主机的直接输入/输出设备，主机直接从磁盘上 选取作业运行，作业的执行结果也存在磁盘上；相应地，通道则负责将用户作业从卡卡片机 上动态写入磁盘，而这一操作与主机并行。类似的操作也用于打印输出用户作业运行结果。 SPOOLing技术如下图所示。内存预输入程序if缓输出程序if输出装置输出装置SPOOLing技术示意图这里需要指出，通道直接受主机控制，它们之间通过中断相互通信。假脱机技术为实现 多道批处理系统中的多道程序设计思想提供了重要的基础

36、。5、I/。性能问题及解决方案。思路:使CPU利用率尽可能不受I/。的影响。技术:1.通过应用缓冲技术，减少或缓解不同设备之间传输速度的差距。4 .通过应用异步I/O技术，使CPU计算不必等待I/O操作结果。5 .通过应用DMA和通道部件，使CPU摆脱I/O操作，与这些部件并行执行。6 .通过应用虚拟设备技术，提高独占设备的利用率。七、死锁1、基本概念：死锁，活锁，饥饿。死锁:指在多道程序系统中，一组进程中的的每一个进程均无期限地等待被该组进程中的另 一个进程所占有且永远不会释放的资源活锁:没有出现死锁现象（因为没有进程阻塞），但在现象上看，好像死锁发生了饥饿:指一个可运行的进程尽管能继续执行

37、，但被调度器无限期地忽视，而不能被调度执行的情况。可以通过先来先服务资源分配策略避免2,死锁预防策略。破坏“互斥条件”:如果资源不被一个进程所独占，那么死锁肯定不会产生。破坏“不可剥夺”条件:一个进程在申请新资源的要求不能立即得到满足时便处于等待状态, 而一个处于等待状态的进程的全部资源可以被剥夺。破坏“请求和保持”条件:1.每个进程必须在开始执行前就申请它所需要的全部资源，仅当 系统能满足进程的资源申请要求且把资源一次性分配给进程后，该进程才能开始执行。2.仅当进程没有占用资源时才允许它去申请资源，如果进程己经占用了某些系统资源而又要再申请资源，则它应先归还所占的资源后再申请新资源。破坏“循

38、环等待”条件:采用资源有序分配策略，其基本思想是将系统中所有资源顺序编号, 一般原则是，较为紧缺、稀少的资源的编号偏大。3,死锁避免策略。安全与不安全状态:如果操作系统能保证所有的进程在有限时间内得到所需的全部资源，则 称系统处于“安全状态”，否则说系统是不安全的。银衽家算法:通过动态地检测系统中资源分配情况和进程对资源的需求情况来决定如何分配 资源的，在能确保系统处于安全状态时才把资源分配给申请者，从而避免系统发生死锁。4、死锁检测与解除。检测:定时运行一个“死锁检测”程序，该程序按一定的算法去检测系统中是否存在死锁。解除:如何让释放资源的进程能够继续运行。剥夺资源、撤销进程5、资源分配图。

39、资源分配图:进程的死锁问题可以用有向图更加准确而形象地描述。系统资源分配图示例（无环路，无死锁）资源分配图化简:若一个进程的所有请求均能被满足的话，可以设想该进程得到所需的全部 资源，最终完成任务，运行完毕，并释放所占有的全部资源。【大纲外内容】计算机 系统软件系统 （程序、数据）应用软件：文字处理、图形图像处理、科学计算、MIS等支撑软件：数据库、网络、多媒体等系统软件：操作系统、编译器等硬件系统中央处理器（CPU）、内存储器、 外存储器（磁盘、磁带等）、 输入/输出设备（键盘、鼠标、显示器、打印机等）计算机系统1、研究操作系统的观点:观点:1.软件的观点一种大型软件系统，是多种功能程序的集

40、合（外在/内在特性）2.资源管理的观点3.进程的观点进程可以看做运行中的程序（用户/系统进程）4.虚拟机的观点虚拟计算机操作系统虚拟机5.服务提供者观点2、CPU的构成:运算器、控制器、寄存器、高速缓存3,程序状态字（PSW）指示处理器状态程序计数器（PC）指示下一条要执行的指令4、程序的顺序执行:一个具有独立功能的程序独占CPU直到得到最终结果的过程特点:顺序性、封闭性、程序执行结果的确定性、程序执行结果的可再现性附录资 料：不需要的可以自行删除锅炉知识第一章锅炉基础知识第一节概述一.锅炉的工作过程：锅炉是一种利用燃料燃烧后释放的热能或工业生产中的余热传递给容器内的 水，使水达到所需要的温度

41、（热水）或一定压力蒸汽的热力设备。它是由“锅”（即锅炉本体水压部分）、“炉”（即燃烧设备部分）、附件仪表及附属设备构成的 一个完整体。锅炉在“锅”与“炉”两部分同时进行，水进入锅炉以后，在汽水 系统中锅炉受热面将吸收的热量传递给水，使水加热成一定温度和压力的热水或 生成蒸汽，被引出应用。在燃烧设备部分，燃料燃烧不断放出热量，燃烧产生的 高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，而本身温度逐渐降低，最后 由烟囱排出。“锅”与“炉” 一个吸热，一个放热，是密切联系的一个整体设备。 锅炉在运行中由于水的循环流动，不断地将受热面吸收的热量全部带走，不仅使 水升温或汽化成蒸汽，而且使受热面得到良好的

42、冷却，从而保证了锅炉受热面在 高温条件下安全的工作。二.锅炉参数：锅炉参数对蒸汽锅炉而言是指锅炉所产生的蒸汽数量、工作压力及蒸汽温度。对 热水锅炉而言是指锅炉的热功率、出水压力及供回水温度。蒸发量(D)蒸汽锅炉长期安全运行时，每小时所产生的蒸汽数量，即该台锅炉的蒸发量，用 “D”表示，单位为吨/小时(t/h)o(二)热功率(供热量Q)热水锅炉长期安全运行时，每小时出水有效带热量。即该台锅炉的热功率，用“Q” 表示，单位为兆瓦(MW),工程单位为104千卡/小时(104Kcal/h)o(三)工作压力工作压力是指锅炉最高允许使用的压力。工作压力是根据设计压力来确定的，通 常用MPa来表示。(四)温

43、度温度是标志物体冷热程度的一个物理量，同时也是反映物质热力状态的一个基本 参数。通常用摄氏度即“tC锅炉铭牌上标明的温度是锅炉出口处介质的温度，又称额定温度。对于无过热器 的蒸汽锅炉，其额定温度是指锅炉额定压力下的饱和蒸汽温度；对于有过热气的 蒸汽锅炉，其额定温度是指过热气出口处的蒸汽温度；对于热水锅炉，其额定温 度是指锅炉出口的热水温度。第二节锅炉的分类和规格型号一.锅炉的分类由于工业锅炉结构形式很多，且参数各不相同，用途不一，故到目前为止，我国 还没有一个统一的分类规则。其分类方法是根据所需要求不同，分类情况就不同， 常见的有以下几种。1 .按锅炉的工作压力分类低压锅炉：PW2.5MPa；

44、中压锅炉：P=2. 6s5. 9MPa；高压锅炉：P=6.0si3.9 MPa；超高压锅炉：P214MPa。2 .按锅炉的蒸发量分类(1)小型锅炉：D75吨/小时。3 .按锅炉用途分类电站锅炉、工业锅炉和生活锅炉。4 .按锅炉出口介质分类蒸汽锅炉，热水锅炉，汽、水两用锅炉。5 .按采用的燃料分类燃煤锅炉、燃油锅炉和燃气锅炉。二.锅炉的规格锅炉与其它机电设备一样，都有其一定规格和型号，以表明设备的性能，工业 蒸汽锅炉和热水锅炉的系列标准GB1921、GB3166对其各参数均作了相应的规定。 然而，随着开放搞活，用户对锅炉的需求也越来越多样化、实用化。故近年来， 设计制造锅炉单位也随着市场需求而生

45、产产销对路的锅炉产品，最大限度满足用 户要求。三.锅炉型号我国工业锅炉产品的型号的编制方法是依据JB1626标准规定进行的。其型号由 三部分组成。各部分之间用短线隔开。表示方法如下：上述型号的第一部分表示锅炉型式，燃烧方式和额定蒸发量或额定热功率。共分 三段：第一段用两个汉语拼音表示锅炉总体形式见表1一1和表1一2；第二段用 一个汉语拼音字母代表燃烧方式（废热锅炉无燃烧方式代号）见表13；第三 段用阿拉伯数字表示蒸汽锅炉的额定蒸发量，单位为t/h （吨/小时），或热水锅 炉的额定热功率，单位为MW （兆瓦）或废热锅炉的受热面，单位为m2 （平方米）。第二章锅炉结构第一节常用中小型锅炉一.立式锅

46、壳锅炉立式锅壳锅炉主要有立式横水管锅炉和立式多横水管锅炉、立式直水管锅炉、立 式弯水管锅炉和立式火管锅炉等，目前应用较多的是后三种。由于立式锅炉的热 效率低和机械化燃烧问题难以解决，并且炉膛水冷程度大，不宜燃用劣质煤，目 前产量逐渐减少，只是局限在低压小容量及环保控制不严及供电不正常的地少量 应用。如我厂的LHG系列产品。二.卧式锅壳锅炉卧式锅壳式锅炉是工业锅炉中数量最多的一种。目前已由原来最大生产4t/h （少量的也有6t/h）发展到可以生产40t/h锅壳式锅炉。1 .卧式内燃锅壳式锅炉卧式内燃锅壳式锅炉以其高度和尺寸较小，适合组装化的需求，采用微正压燃 烧时，密封问题容易解决，而炉膛的形状有利于燃油燃气，故在燃油（气）锅炉 应用较多，燃煤锅炉应用较少。如我厂WNS系列卧式内燃室燃锅壳式燃油（气） 锅炉。2 .卧式外燃锅壳式锅炉这是我国工业锅炉中使用的最多、最普遍的一种炉型，按现行的工业锅炉型号 编制方法，应用代号WW,但目前国内锅炉行业均用水管锅炉的形式代号DZ来表 示。如我厂的DZL系列产品。卧式外燃水火管锅炉与卧式内燃水火管锅炉的主要区