计算机等级考试四级教程操作系统原理.pdf

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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1/0设备管理的基本概念、1/0软件的组成，掌握典型的1/0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它们能有效地组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算

2、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、大蜇程序模块的集合）。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鳍：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）。生送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（实时时钟管理、过载保护、高可靠性）4嵌入式操作系统可针对需求

3、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。边熊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2存储管理内存的分配与回收、存储保护、内存扩充3文件管理文件存储空间的管理、目录管理、文件系统的安全性4设各管理需具备中断处理、错误处理等功能5用户接口3、操作系统

4、发展演化过程，典型操作系统。发：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、适宜千分布式处理的计笢环境）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

5、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、1/0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目态管态的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。虫：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

6、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撤表）控：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（中断诸求的接收、中断响应、中断处理）典型：1.1/0中断1/0操作正常结束、1/0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已完成）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）来激发甡赏：指CPU对系统内正在执行的指令的响应。分：1中断时钟中断输入输出(1/0)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

7、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4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

8、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。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）5、1/0系统。2存储键内存储器硬盘存储晷磁誉机光盘存偏器l/0结构：外部设备的控制器通过1/0硬件结构与中央处理器连接。通道：独立千中央处理器的，专门负责数据1/0传输工作的处理单元。控点实现中央处理器和各种外部设备并行工作。存慷暴的层次结构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，自

9、动地控制成块数据在内存和1/0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”。甩途：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：硬件时钟和软件时钟醮：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

10、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、最篮要的技术）且殷：提高整个系统的效率。（系统吞吐量）控点：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、进程的基本概念，进程控制块(PCB)。进程：对正在运行程序的一个抽象。血：可拥有资源的独立单位；可以独立调度和分派的基本单位。特性：并发性、动态性、独立性、交往性、异步性公送1系统进程执行操作系统程序，完成操作系统的某些功能。2用

11、户进程运行用户程序，直接为用户服务。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。醒：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、阻塞挂起念、%待的已经虹三态转换图五态转换图4、进程控制：创建、撤销、阻塞、唤醒、fork(）的使用。进

12、程控制是通过原语来实现的。愿：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。控点：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，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一线程，CPU调度和分派的基本单位。屋性：海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

13、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。控点创建一个新线程花费时间少（结果亦如此）。创建线程不前另行分配资源，因而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。由千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

14、与外围设备并行工作能力。龋：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，但可以访问其隶屈进程的资源。系统开销；进程切换的开销也远大千线程切换的开销。实现机制：1用户级线程可以在不支待线程的操作系统上实现；允许每个进程有自己定制的调度算法。2内核级线程线程的调用都以系统调用的形式实现。3混合实现方式使用内核级线程，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：基千该标准实现的线程包（都含

15、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苤进程。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。进程的互斥是指由千共享资源所要求的排他性，进程间要相互竞争，以使用这些互斥资源。互斥解决做法：1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：指计算机系统中的福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

16、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（完全不了解其他竞争一个进程的操作对其他进程互斥、死锁、饥饿进程的存在）的结果无影响间接感知（双方都与第三方交通过共享进行协作一个进程的结果依赖千从其互斥、死锁、饥饿互，如共享资源）他进程获得的信息直接感知（双方直接交互，如通过通信进行协作一个进程的结果依赖于从其死锁、饥饿通信）他进程获得的信息同步机制准则：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。簦：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

17、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：1.TS(Test-and-Set)指令2.Swap指令（或Exchange指令）信：可用资源实体的数倡。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操作：P原语相当于进入区操作；V原语相当千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。巳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栠合，它们组成一个特殊的模块或软件包。组：管程名称，共享数据的

18、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。控性：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，专用千进程之间进行数据通信8、处理机调度。分：高级调度、中级调度、低级调度算法设计原则：1进程行为计算密栠型、1/0密栠型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

19、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）、均衡性里：1先来先服务(FCFS)易千理解并且便千在程序中运行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20巧Oms)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

20、正确性不仅取决千计算的逻辑结果，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、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屈于自己地址空间的数据。地址越界保护、权限保护4.“扩充“内存容痲在硬件支持下，软件、硬

21、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。生：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：用千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千该程序的需求量，且分区的个数是可变的。笃：基址寄存器用

22、来存放程序所占分区的起始地址限长寄存器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的起始地址和长度簦洼：最先适应算法、最优适应算法、最坏适应算法、下次适应算法黜：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：1设置界

23、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。且殷：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

24、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：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。虚拟存储技术：利用大容最的外存来扩充内存，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：在进程升始运行之前，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箭要装入新的页面时，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(

25、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第二次机会页而置换算法7时钟页面置换算法(Clock)缺页中断率：f=F/AF:缺页中断次数A:访问页面的总次数只要程序能分到n/1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214(16384字节）之间。吵：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：颠簸是由千缺页率高而引起的；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

26、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。义性：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：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

27、增长。2链接结构为每个文件构造所使用磁盘块的链表无碎片问题，利千文件动态扩充，利千文件插入和删除，提高磁盘空间利用率；存取速度慢，不适千随机存取文件，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待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友：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

28、录：把所有文件的文件控制块有机的组织起来，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：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

29、向下一个空闲块的指针，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CD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屈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

30、度：1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诸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千前两种情况，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千第三种情况，由千这些扇区编号相同，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：对千一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RAlD技术：7、Windows的文件系统F

31、AT,UNIX的文件系统。坠：文件分配表（FileAllocation Table)引导扇区：包含用千描述卷的各种信息，利用这些信息才可以访问文件系统。文件分配表：包含关千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。立：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、1/0设备管理1、设备与设备分类。逸备：输入输出设备(1/0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1/0设备、存储设备2按设备的信息组织方式划分字符设备、块设备3按设备的共享

32、屈性分类共享设备、独占设备、虚拟设备2、1/0硬件组成。结：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1/0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管理和外围设备与内存之间的数据传送选择通道

33、、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、1/0软件的特点及结构。特点：设备独立性（设计1/0软件的一个蔽关键的目标）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l/0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之间的数据传送。选择通道、数组多路通道、字节多路

34、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。内存作业作业输入装置输入装凶二尸U缓输出程序通道输出装置输出装置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。5、1/0性能问题及解决方案。显：使CPU

35、利用率尽可能不受1/0的影响。技坴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。2通过应用异步1/0技术，使CPU计算不必等待1/0操作结果。3通过应用DMA和通道部件，使CPU摆脱1/0操作，与这些部件并行执行。4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。醴：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适：没有出现死锁现象（因为没有进程阻塞），但在现象上看，好像死锁发生了嘘：指一个可运行的进程尽管能继续执行，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

36、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千等待状态，而一个处千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，如果进程已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

37、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。银行家算法：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，在能确保系统处千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。捡提定时运行一个“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。簦：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。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。二Pl l.2,/:P2 系统资源

38、分配图示例（无环路，无死锁）P3 r4 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】应用软件：文字处理、图形图像处理、科学计算、MIS等软件系统支撑软件：数据库、网络、多媒体等（程序、数据）计算机系统系统软件：操作系统、编译器等中央处理器(CPU)、内存储器、硬件系统外存储器（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

39、（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黯：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屑寸习足沼f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（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

40、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，最后由烟囡排出。“锅”与“炉”一个吸热，一个放热，是密切联系的一个整体设备。锅炉在运行中由千水的循环流动，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

41、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。蒸发星(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Ct/h)。（一）热功率（仗热砒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(NIV)，工程单位为104千卡小时Cl04Kcal/h)。（三）丁仵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

42、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千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：P2.5MPa;中压锅炉：P=2.6勺5.9/v!Pa;高压锅炉：P=6.0少13.9 MPa;超高压锅炉：P14MPa。2.按锅炉的蒸发量分类(1

43、)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Bl626标准规定进行的。其型号由三部分组成。各部分之间用短

44、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ll和表l2；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l3;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

45、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

46、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别，在于卧式外燃水火管锅炉将燃烧装置从锅壳中移出来，加大了炉排面积和炉膛体积，并在锅壳两侧加装了水冷壁管，组成燃烧室，为煤的燃烧创造了良好条件，因此燃料适应性较广，热效率较高。三水管锅炉水管锅炉在锅筒外部设水管受热面，高温烟气在管外流动放热，水在管内吸热。由千管内横断面比管外小，因此汽水流速大大增加，受热面上产生的蒸汽立即被冲走，这就提高了锅水吸热率。与锅壳式锅炉相比水管锅炉锅筒直径小，工作压力高，锅水容量小，一旦发生事故，灾害较轻，锅炉水循环好，

47、蒸发效率高，适应负荷变化的性能较好，热效率较高。因此，压力较高，蒸发量较大的锅炉都为水管锅炉。常见的水管锅炉有双锅筒横直式水管、双锅筒纵置式水管锅炉和单锅筒纵置式水管锅炉，如我厂SZL系列产品。四热水锅炉热水锅炉是指水在锅炉本体内不发生相变，即不发生蒸汽，回水被送入锅炉后通过受热面吸收了烟气的热量，未达到饱和溫度便被输入热网中的一种热力设备。（一）热水锅炉的特点1.锅炉的工作压力热水锅炉的工作压力取决于热系统的流动阻力和定压值。热水锅炉铭牌上给出的工作压力只是表明锅炉强度允许承受的压力，而在实际运行中，锅炉压力往往低千这个值。因此热水锅炉的安全裕度比较大。2.烟气与锅水温差大，水垢少，因此传热

48、效果好，效率较高。3.使用热水锅炉采暖的节能效果比较明显。热水锅炉采暖不存在蒸汽采暖的蒸汽损失，并且排污损失也大为减少，系统及疏水器的渗漏也大为减少，散热损失也同样随之减少。因此热水采暖系统比蒸汽采暖系统可节省燃料20左右。4.锅炉内任何部分都不允许产生汽化，否则会破坏水循环。5.如水未经除氧，氧腐蚀问题突出；尾部受热面容易产生低温酸性腐蚀。6.运行时会从锅水中析出溶解气体，结构上考虑气体排除问题。热水锅炉的结构形式1.管式热水锅炉这种锅炉有管架式和蛇管式两种，前者较为常见。管式热水锅炉是借助循环泵的压头使锅水强迫流动，并将锅水直接加热。这种锅炉大都由直径较小的简体（集箱）与管子组成，结构紧凑

49、，体积小，节省钢材，加工简便，造价较低。但是这种锅炉水容量小，在运行中如遇突然停电，锅水容易汽化，并可能产生水击现象。2.锅筒式热水锅炉这类热水锅炉，早期大都是由蒸汽锅炉改装而成的，其锅水在锅炉内属自然循环。为保证锅炉水循环安全可靠，要求锅炉要有一定高度，因此这类锅炉体积较大，钢耗和造价相对提高。但是由于这类锅炉出水容晕大且能维持自然循环，当系统循环泵突然停止运行时，可以有效地防止锅水汽化。也正是这个原因，近年来自然循环热水锅炉在我国发展较快。第二节基本结构及结构特点锅炉的结构，是根据所给定的蒸发量或热功率、工作压力、蒸汽温度或额定进出口水温，以及燃料特性和燃烧方式等参数，并遵循蒸汽锅炉安全技

50、术监察规程、热水锅炉安全技术监察规程及锅炉受压元件强度计算标准等有关规定确定的。一台合格的锅炉，不论属于那种形式，都应满足“安全运行，高效低耗，消烟除尘，保产保暖的基本要求。一法规中对锅炉的基本要求(1)各受压元件在运行时应能按设计预定方向自由膨胀；(2)保证各循环回路的水循环正常，所有的受热面都应得到可靠的冷却；(3)各受压部件应有足够的强度；(4)受压元、部件结构的形式，开孔和焊缝的布置应尽量避免减少复合应力和应力集中；(5)水冷壁炉墙的结构应有足够的承载能力；(6)炉墙应有良好的密封性；(7)开设必要的人孔、手孔、检查孔、看火门、除灰门等，便千安装、运行操作、检修和清洗内外部；(8)应有