操作系统快速入门（一）

😀前言
本篇博文是关于操作系统的，希望你能够喜欢

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操作系统

概述

• 管理系统的硬件、软件、数据资源
• 控制程序运行
• 人机之间的接口
• 应用软件与硬件之间的接口

任务主要分下面几个板块

• 进程管理
• 存储管理
• 文件管理
• 作业管理
• 设备管理

列题

计算机系统的层次结构如下图所示，基于硬件之上的软件可分为a、b和c三个层次。图中 a、b和c分别表示( C )。

A、操作系统、系统软件和应用软件
B 、操作系统、应用软件和系统软件
C、应用软件、系统软件和操作系统
D 、应用软件、操作系统和系统软件

特殊的操作系统

例题

从减少成本和缩短研发周期考虑，要求嵌入式操作系统能运行在不同的微处理器平台上，能针对硬件变化进行结构与功能上的配置。该要求体现了嵌入式操作系统的(A)。
A 可定制性
B 实时性
C 可靠性
D 易移植性

进程

线程的概念

进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。它由程序块、进程控制块(PCB)和数据块三部分组成。

PCB:PCB是进程存在的唯一标志。内容包含进程标识符、状态、位置信控制信息、队列指针(链接同一状态的进程)、优先级、现场保护区等。

进程与线程

区别

进程与程序的区别:
进程是程序的一次执行过程，没有程序就没有进程。

程序是一个静态的概念，而进程是一个动态的概念，它由创建而产生，完成任务后因撤销而消亡;进程是系统进行资源分配和调度的独立单位，而程序不是。

进程的2个基本属性:
可拥有资源的独立单位;
可独立调度和分配资源的基本单位。

列题

在支持多线程的操作系统中，假设进程P创建了若干个线程，那么©是不能被这些线程共享的。
A 、该进程中打开的文件
B 、该进程的代码段
C 、该进程中某线程的栈指针
D 、该进程的全局变量

进程管理

运行:当一个进程在CPU上运行时。（单处理机处于运行态的进程只有一个)
就绪:一个进程获得了除CPU外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行。
阻塞:阻塞也称等待或睡眠状态，一个进程正在等待某一事件发生(例如请求I/O等待I/O完成等)而暂时停止运行，此时即使把CPU分配给进程也无法运行，故称进程处于阻塞状态。

进程的状态

挂起原因:
(1)进程过多，主存资源不足，此时必须将某些进程挂起，放到磁盘对换区，暂时不参与调度，以平衡系统负载;
(2)系统出现故障，或者是用户调试程序，也可能需要将进程挂起检查问题。

列题

在单处理机系统中，采用先来先服务调度算法。系统中有4个进程P1、P2、P3、P4(假设进程按此顺序到达)，其中P1为运行状态，P2为就绪状态，P3和P4为等待状态，且P3等待打印机，P4等待扫描仪。若P1(A)，则P1、P2、P3和P4的状态应分别为( C )。
A 时间片到
B 释放了扫描仪
C 释放了打印机
D 已完成
A、等待、就绪、等待和等待
B、运行、就绪、运行和等待
C、就绪、运行、等待和等待
D、就绪、就绪、等待和运行

进程的同步与互斥

临界资源:
进程间需要互斥方式对其进行共享的资源。(进程中访问临界资源的那段代码称为临界区)

互斥:如千军万马过独木桥
间接制约关系

同步:速度有差异，在一定情况停下等待。
直接制约关系

进程与进程之间存在并发。

PV操作

信号量:是一种特殊的变量。

• 信号量可以表示资源数量;
• 信号量为负数时还可以表示排队进程数。

P是荷兰语的Passeren，V是荷兰语的Verhoog。

S=S-1：申请/锁定资源
S<0：检查资源是否足够

列题

1.PV操作是操作系统提供的具有特定功能的原语。利用PV操作可以(B)
A 、保证系统不发生死锁
B 、实现资源的互斥使用
C、 提高资源利用率
D 、推迟进程使用共享资源的时间

2.假设系统中有n个进程共享3台扫描仪，并采用PV操作实现进程同步与互斥。若系统信号量S的当前值为-1，进程P1、P2又分别执行了1次P(S)操作，那么信号量S的值应为(B)
资旧数
A、3
B、-3
C、1
D、-1

信号量与PV操作

互斥模型

多个进程共享一台打印机问题(互斥模型)：

|P(S);|
|便用打印机:|
|V(s);|
|后续代码;|

互斥信号量S的初值为1。

同步模型

单缓冲区生产者、消费者问题(同步模型):

生产者:
生产一个产品;
送产品到缓冲区;

消费者
P(S,)；
从缓冲区取产品
V(s);
消费产品;

S1初值为1，S2初值为0。

列题

1.假设铁路自动售票系统有n个售票终端，该系统为每个售票终端创建一个进程Pi(i=1,2,…,n)管理车票销售过程。假设Tj(j=1,2,…,m)单元存放某日某趟车的车票剩余票数，Temp为Pi进程的临时工作单元，x为某用户的购票张数。Pi进程的工作流程如下图所示，用P操作和V操作实现进程间的同步与互斥。初始化时系统应将信号量S赋值为©。图中(a)、(b)和©处应分别填入(D)。
A、n-1
B、0
C、1
D、2
A、V(S)、P(S)和P(S)
B、P(S)、P(S)和V(S)
C、V(S)、V(S)和P(S)
D、P(S)、V(S)和V(S)

2.进程P1、P2、P3、P4和P5的前趋图如下图所示:

若用PV操作控制进程P1、P2、P3、P4和P5并发执行的过程，则需要设置5个信号S1、S2、S3、S4和S5，且信号量S1~S5的初值都等于零。下图中a和b处应分别填( C );c和d处应分别填写(B);e和f处应分别填写(B)。

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