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操作系统概述

1.1 知识要点总结

一、操作系统的概念、特征、功能和提供的服务

1．操作系统的概念

（1）操作系统定义

操作系统（Operating System，OS）是为裸机配置的一种系统软件，是管理和控制计算机软件和硬件资源的管理机构，由一系列程序模块组成的程序集合。它为用户和其他软件提供用机接口和环境，合理组织调度计算机的工作和资源的分配，使用户以及应用程序能够以安全和高效的方式得到运行。

（2）操作系统的设计目标

操作系统的设计目标包括：

①提供用户与计算机硬件系统之间的接口，方便用户使用；

②有效管理计算机系统硬件和软件资源，使其得到更有效的利用；

③合理组织调度计算机系统的工作流程，以改善系统性能。

2．操作系统的特征

操作系统是一种系统软件，但与其他的系统软件和应用软件不同，操作系统有自己的基本特征包括并发性、共享性、虚拟性和异步性。

（1）并发性

并发性是指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生，是指宏观上在一段时间内有多个程序在同时运行，但在微观上这些程序是交替执行的。

注意并发与并行的区别，并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生。

【例】在操作系统中，并发性是指若干个事件（  ）发生。

A．在同一时刻     

B．一定在不同时刻

C．在某一时间间隔内  

D．依次在不同时间间隔内

【答案】C查看答案

【解析】并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。而并行性主要指的是硬件上的概念，是指两个或多个事件在同一时刻发生。

（2）共享性

共享即资源共享，是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。资源共享是支持并发性的基础，为了支持进程的并发执行，操作系统必须有效地控制并发进程对资源的共享。

共享可分为两种资源共享方式：

①互斥共享方式，系统中的某些资源在一段时间内只允许一个进程访问，进程之间互斥地共享这些资源，比如打印机、磁带机等。

②同时访问方式，系统中还有另一类资源，允许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问，这里所谓的“同时”往往是宏观上的，而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问即“分时共享”，典型的可供多个进程“同时”访问的资源是磁盘设备。

并发和共享是操作系统两个最基本的特征，这两者之间又是互为存在条件的：一方面，资源共享是以程序的并发为条件的，若系统不允许程序并发执行，则自然不存在资源共享问题；另一方面，若系统不能对资源共享实施有效的管理，也必将影响到程序的并发执行，甚至根本无法并发执行。

（3）虚拟性

虚拟性是指操作系统的一种管理技术，它把物理上的一个实体变成逻辑上的多个对应体，或者把物理上的多个实体变为逻辑上的一个对应体，物理实体是实的，即实际存在的：而逻辑上的是虚的，是用户感觉上的事物。操作系统中利用了多种虚拟技术，例如CPU的分时和虚拟存储器等，用分时使用一个处理器它能同时为多个用户服务，使每个终端用户都感觉有一个中央处理器（CPU）在专门为它服务。类似地，虚拟存储器是将一台机器的物理存储器变为虚拟存储器，以便从逻辑上来扩充存储器的容量，当然，这时用户所感觉到的内存容量是虚的。

（4）异步性

异步性也称为随机性，由于系统资源的共享，有限的资源使并发进程之间产生相互制约关系，系统中的各个进程何时执行、何时暂停以及以怎样的速度向前推进、什么时候完成等都是不可预知的，这种特性称为计算机的异步性。

3．操作系统的功能

操作系统是计算机资源的管理者，它为用户分配所需的各种软硬件资源，向用户提供了程序执行的良好环境。它的功能主要包括：处理机管理、存储器管理、设备管理以及文件管理，同时为了方便用户使用操作系统，还必须向用户提供接口。

（1）处理机管理

处理机管理的主要任务是对处理机的分配和运行实施有效管理，依据系统设计的各种策略执行处理机的调度以及处理内部和外部的各种中断事件。在多道程序环境下，处理机的分配和运行都是以进程为基本单位，因而对处理机能管理可归结为对进程的管理。进程管理的主要功能有：进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度等。

（2）存储器管理

存储器管理是为了给多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用以及提高内存的利用率，主要包括内存分配、地址映射、内存保护与共享和内存扩充等功能。

（3）设备管理

设备管理主要管理各种外部设备，根据用户的请求，帮助完成各种I／O操作。设备管理包括设备外设的管理和控制，提供设备的驱动和中断处理程序，负责设备的分配和驱动，保证设备独立性，提供缓冲技术，以便提高设备的利用率。

（4）文件管理

文件管理主要指对系统中的各种软件资源的管理，提供各种操作命令，实现用户的按名存取，实现文件的共享和存取控制以及文件存储空间的管理等。

4．操作系统提供的服务

由操作系统的功能可总结出它提供的如下服务：

（1）提供用户接口

操作系统是用户与计算机硬件之间的接口，操作系统提供的接口主要分为三类：命令接口、程序接口以及图形接口。用户利用命令接口来组织和控制作业的执行；而编程人员可以使用程序接口来请求操作系统服务。

①命令接口，该接口按作业控制方式的不同可以分为联机命令接口和脱机命令接口。

a．联机用户接口，是为联机用户提供的，它由一组键盘操作命令及命令解释程序所组成。当用户在终端或控制台上每键入一条命令后，系统便立即转入命令解释程序，对该命令加以解释并执行该命令。在完成指定功能后，控制又返回到终端或控制台上，等待用户键入下一条命令。

b．脱机命令接口，是为批处理作业的用户提供的，故也称为批处理用户接口，该接口由一组作业控制语言JCL组成，用户利用该接口与自己的作业进行交互。

②程序接口，该接口由一组系统调用命令（简称系统调用，也称广义指令）组成。用户通过在程序中使用这些系统调用命令来请求操作系统为其提供服务。用户在程序中可以直接使用这组系统调用命令向系统提出各种服务要求，如使用各种外部设备，进行有关磁盘文件的操作，申请分配和回收内存以及其他各种控制要求。

③图形接口，该接口是为了让用户更方便获得操作系统服务，其采用图形化的操作界面将系统的各项功能、各种应用程序和文件直观、逼真地表示出来。用户可用鼠标或通过菜单以及对话框，来完成对应用程序和文件的操作。

（2）执行程序，将用户程序装入内存，并启动程序，控制程序正常完成任务或错误终止。

（3）I／O操作，为请求I／O的用户执行设备的启动、驱动和中断处理等。

（4）文件系统操作，为用户提供操作文件所需的各种操作和功能。

（5）通信服务，控制进程之间的同步和通信。

（6）错误检测和处理。

考研真题精选

一、选择题

1下列关于线程的描述中，错误的是（  ）。[2019年408统考]

A．内核级线程的调度由操作系统完成

B．操作系统为每个用户级线程建立一个线程控制块

C．用户级线程间的切换比内核级线程间的切换效率高

D．用户级线程可以在不支持内核级线程的操作系统上实现

【答案】B查看答案

【解析】用户级线程仅存在于用户空间中，与内核无关，其线程库对用户线程的调度算法与OS的调度算法无关，不需要操作系统为每个用户级线程建立一个线程控制块。

2下列选项中，可能将进程唤醒的事件是（  ）。[2019年408统考]

Ⅰ．I/O结束

Ⅱ．某进程退出临界区

Ⅲ．当前进程的时间片用完

A．仅Ⅰ

B．仅Ⅲ

C．仅Ⅰ、Ⅱ

D．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

【答案】C查看答案

【解析】可能唤醒进程的事件包括I/O结束、某进程退出临界区等。当前进程的时间片用完会引起另一个进程的调度并运行，不是唤醒进程。

3下列关于系统调用的叙述中，正确的是（  ）。[2019年408统考]

Ⅰ．在执行系统调用服务程序的过程中，CPU处于内核态

Ⅱ．操作系统通过提供系统调用避免用户程序直接访问外设

Ⅲ．不同的操作系统为应用程序提供了统一的系统调用接口

Ⅳ．系统调用是操作系统内核为应用程序提供服务的接口

A．仅Ⅰ、Ⅳ

B．仅Ⅱ、Ⅲ

C．仅Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ

D．仅Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

【答案】C查看答案

【解析】系统调用接口是连接操作系统和应用程序的桥梁，而接口是以具体程序中的函数实现的，称之为系统调用，在不同的操作系统中，具有不同的系统调用，但是它们实现的功能是基本相同的。

4下列选项中，可用于文件系统管理空闲磁盘块的数据结构是（  ）。[2019年408统考]

Ⅰ．位图

Ⅱ．索引节点

Ⅲ．空闲磁盘块链

Ⅳ．文件分配表（FAT）

A．仅Ⅰ、Ⅱ

B．仅Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ

C．仅Ⅰ、Ⅲ

D．仅Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

【答案】B查看答案

【解析】文件系统管理空闲磁盘块的数据结构包括位图、链表、文件分配表。索引结点是指在许多类Unix文件系统中的一种数据结构。每个索引节点保存了文件系统中的一个文件系统对象的元信息数据，但不包括数据内容或者文件名。

5若下列指令已装入指令寄存器，执行时不可能导致CPU从用户态变为内核态的是（  ）。[电子科技大学2016研]

A．DIV R0,R1; (R0)/(R1)→R0

B．INT n; 产生软中断

C．NOT R0; 寄存器R0的内容取非

D．MOV R0,addr; 把地址addr处的内存数据放入寄存器R0中

【答案】C查看答案

【解析】A项中，除法操作时若出现除数为零，则会产生内中断，CPU从用户态转为内核态进行处理；B项，该指令会直接产生中断；C项，不会产生异常；D项，有缺页异常的可能。因此答案为C。

6在下列进程调度算法中，不存在进程饥饿现象的调度算法的是（  ）。[电子科技大学2016研]

A．先来先服务

B．反馈调度算法

C．短进程优先

D．基于静态优先级调度算法

【答案】A查看答案

【解析】先来先服务调度算法中每个进程都会被调度，不会产生饥饿现象；B项中反馈调度算法会使长进程一直得不到执行；C项中会使长进程一直得不到执行；D项中会使低优先级的进程一直得不到执行。因此答案选A。

7资源的有序分配策略是为了破坏死锁产生的（  ）条件。[电子科技大学2016研]

A．互斥

B．请求和保持

C．非剥夺

D．循环等待

【答案】D查看答案

【解析】在有序分配资源时，系统将所有资源按类型进行线性排队，并赋予不同的序号，所有进程对资源的请求必须严格按照资源序号递增的次序提出，因此在所形成的资源分配图中，不可能再出现环路，从而不会出现循环等待的情况，进而避免死锁的产生。

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来源：才聪学习网

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