Галерея диаграмм связей Операционная система
Ключевые моменты итогового экзамена по операционным системам включают обзор, управление процессами, управление процессором, управление памятью, управление файлами и т. д. Надеюсь, это поможет всем.
Отредактировано в 2023-12-13 23:51:20Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
La gestion de projet est le processus qui consiste à appliquer des connaissances, des compétences, des outils et des méthodologies spécialisés aux activités du projet afin que celui-ci puisse atteindre ou dépasser les exigences et les attentes fixées dans le cadre de ressources limitées. Ce diagramme fournit une vue d'ensemble des 8 composantes du processus de gestion de projet et peut être utilisé comme modèle générique.
Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
La gestion de projet est le processus qui consiste à appliquer des connaissances, des compétences, des outils et des méthodologies spécialisés aux activités du projet afin que celui-ci puisse atteindre ou dépasser les exigences et les attentes fixées dans le cadre de ressources limitées. Ce diagramme fournit une vue d'ensemble des 8 composantes du processus de gestion de projet et peut être utilisé comme modèle générique.
Операционная система
Обзор
концепция операционной системы
состояние операционной системы
Операционная система — это первый уровень программного обеспечения, покрывающий «голое железо»
Непосредственный контроль и управление различными аппаратными ресурсами
Обеспечить рабочую среду для другого программного обеспечения и пользователей.
Это центр контроля и управления всей компьютерной системой.
Различные пользователи приложений используют соответствующее прикладное программное обеспечение для выполнения различных задач.
Прикладное программное обеспечение разрабатывается разработчиками приложений с использованием инструментов разработки (например, инструментов программирования на языках высокого уровня).
Прикладное программное обеспечение и инструменты разработки работают в операционной среде, предоставляемой операционной системой. Их работа управляется операционной системой, операционная система выделяет им необходимые ресурсы, а операционная система управляет устройствами ввода-вывода.
Функции операционной системы
Обеспечить человеко-машинный интерфейс
Интерфейс командного уровня (через этот интерфейс пользователи могут подавать команды заданиям для управления выполнением заданий. Этот интерфейс далее делится на онлайн-пользовательский интерфейс и автономный пользовательский интерфейс)
онлайн-интерфейс пользователя
Автономный пользовательский интерфейс (предусмотрен для пользователей пакетных заданий, также называемый пакетным пользовательским интерфейсом)
Интерфейс программного уровня (состоящий из набора команд вызова системных функций и программных модулей, завершающих эти команды)
графический интерфейс
Управляйте ресурсами компьютера
Управление процессором (задача процессора заключается в запуске программы, а процесс выполнения программы на определенном объекте данных называется процессом, поэтому управление процессором также называется управлением процессом)
Последовательное выполнение одной программы: несколько программ выполняются в определенном порядке. Только после завершения одной программы можно запускать следующую программу. То есть во время выполнения одной программы не вставляются другие программы.
Одновременное выполнение нескольких программ: одновременное хранение нескольких программ в памяти и планирование перекрестного выполнения нескольких программ в соответствии с определенной стратегией для формирования «микропоследовательной, макропараллельной» ситуации, чтобы процессоры и устройства могут работать параллельно
(1) Планирование процессора (для одновременного запуска нескольких программ в однопроцессорной системе процессор должен быть запланирован в соответствии с определенной стратегией, и должно быть решено, какому процессу процессор назначен для выполнения вычислительных операций в определенное время. Это выполняет основные задачи управления машиной)
(2) Управление процессом: процесс — это динамически выполняющийся процесс программы. В течение своего существования он проходит серию переходов состояний от создания до смерти (истинно или ложно).
(3) Взаимодействие процессов (в мультипрограммной среде система может установить несколько процессов для приложения. Эти процессы взаимодействуют друг с другом для выполнения общей задачи, и им необходимо обмениваться информацией – взаимодействие процессов)
(4) Синхронизация процессов (в мультипрограммной системе, когда несколько параллельных процессов находятся в одной операционной среде, должна быть какая-то связь, например совместное использование ресурсов между процессами и сотрудничество между процессами)
Управление памятью (в мультипрограммной среде для одновременного хранения нескольких программ в памяти необходимо разумно управлять памятью, чтобы обеспечить бесперебойную работу программы и улучшить использование памяти) вопросы с множественным выбором
(1) Распределение памяти
(2) Преобразование адреса
(3) Защита памяти
(4) Расширение памяти
Управление устройствами
Задача управления устройствами — принимать запросы ввода-вывода от пользовательских программ и распределять устройства ввода-вывода по пользовательским программам.
Заставьте ЦП и устройства ввода-вывода работать параллельно, чтобы улучшить использование ЦП и устройств ввода-вывода.
Улучшить скорость ввода-вывода
Облегчение пользовательским программам использования устройств ввода-вывода
Для выполнения вышеуказанных задач подсистема управления устройствами операционной системы должна иметь такие функции, как распределение устройств, управление буфером, драйвер устройства и независимость устройства.
Управление файлами
(1) Управление пространством для хранения файлов
(2) Управление каталогом
(3) Операции с файлами
(4) Контроль разрешений доступа к файлам
Процесс разработки операционной системы
Четыре этапа разработки компьютерного оборудования
Первое поколение: эпоха ламп (1946-1955)
Второе поколение: эра транзисторов (1955–1965)
Третье поколение: эра интегральных схем (1965–1980)
Четвертое поколение: эпоха больших интегральных схем (1980-настоящее время)
Скорость, мощность, стабильность и надежность постепенно и неуклонно улучшались!
Четыре типичных этапа разработки операционной системы
Ручное управление (без операционной системы), начало 1950-х годов.
Одноканальная система пакетной обработки 1950-х годов (может читать изображения и распознавать)
Как показано справа
Многоканальная система пакетной обработки, начало 1960-х (может читать изображения и распознавать)
Недостатки: Долго обрабатывается заказ. Отсутствие возможностей взаимодействия человека и компьютера. Текущий процесс неопределенен
Система разделения времени, середина 1960-х годов.
система разделения времени
технология прерывания
После того как ЦП получает внешний сигнал (сигнал прерывания), он останавливает текущую работу и переходит к обработке внешнего события. После завершения обработки он возвращается к точке прерывания (точке останова) исходной работы и продолжает исходную работу.
канальная технология
Процессор, который специально управляет передачей данных между периферийными устройствами и памятью.
Особенности системы разделения времени (высокопроизводительный хост, несколько терминалов)
Мультимодуляция
Несколько пользователей онлайн на одном компьютере
эксклюзивность
Пользователь чувствует себя изолированным от компьютера
интерактивность
Оперативно реагировать на запросы пользователей
Система реального времени (система реального времени — это операционная система, разработанная для удовлетворения требований операций в реальном времени, с упором на своевременность и надежность)
контроль в реальном времени
Системы, требующие управления в реальном времени, обычно называют системами управления в реальном времени. К областям применения относятся управление производственными процессами и управление вооружением (например, системы автоматического управления артиллерией, системы автопилота самолетов, системы наведения ракет и т. д.).
обработка информации в реальном времени
Обычно системы, требующие обработки информации в реальном времени, называются системами обработки информации в реальном времени. Типичные системы обработки информации в реальном времени включают системы бронирования самолетов и системы поиска информации.
Операционная система микрокомпьютера
Однопользовательская многозадачная операционная система (Win)
Многопользовательские многозадачные операционные системы (UNIX и Linux)
Характеристики операционных систем (вопросы с несколькими вариантами ответов)
1. Параллелизм
В однопроцессорной системе параллелизм означает «несколько программ, работающих одновременно на макроуровне и поочередное выполнение на микроуровне».
2. Поделиться
Ресурсы в компьютерной системе используются несколькими задачами.
3. Асинхронный
С микроскопической точки зрения процессы выполняются попеременно, а выполнение, приостановка и другие состояния процесса непредсказуемы и асинхронны.
4.Виртуальный
Физические объекты отображаются в несколько логических объектов, а пользовательские программы используют логические объекты.
Популярные операционные системы
UNIX-система
состав
Основная программа (ядро)
Периферийная программа (оболочка)
система Linux
Это Unix-подобная операционная система, которую можно использовать и свободно распространять.
архитектура операционной системы
Логическая структура операционной системы
Виды логических структур
монолитная конструкция
Построен с модулями в качестве базовых единиц
Функции
Независимый дизайн модулей, кодирование и отладка
Бесплатный вызов модуля
Связь между модулями в основном осуществляется в форме глобальных переменных.
недостаток
Информация передается бессистемно, а обслуживание и обновления затруднены.
Иерархическая структура (тихая карта)
Каждый уровень использует только услуги, предоставляемые уровнем ниже него (Unix, Linux).
Все функциональные модули расположены в несколько слоев в соответствии с порядком вызовов. Между соседними слоями существуют только односторонние зависимости или односторонние вызовы.
Ядро
Обработчик прерываний
Различные драйверы устройств
Модули, которые запускаются чаще (например, менеджеры часов, планировщики процессов).
Модуль связи низкого уровня, модуль управления памятью и т. д.)
Структура микроядра (Win)
преимущество
Упрощение обслуживания кода ядра
Гибкая конструкция
Высокая безопасность
Легко пересаживать
Статус процессора
Самая базовая аппаратная структура, поддерживающая операционную систему.
Процессор
Память
прерывать
Часы
Классификация состояний ЦП
ядерное государство
Возможность доступа ко всем ресурсам и выполнения всех инструкций.
Гипервизор/ядро ОС
управление
Между состоянием ядра и состоянием пользователя
Пользовательский режим
Доступ возможен только к некоторым ресурсам, а другие ресурсы ограничены.
Пользовательская программа
Состояние процессора Intel
Ring0~Ring3 (Ring0 — ядро, Ring — самый внешний слой)
Память
Часть, в которой хранятся программы и данные
Классификация
В соответствии с памятью (полупроводниковая память) режим чтения и записи.
БАРАН
ПЗУ
Материал по элементу хранения
Полупроводниковая память (часто используется в качестве основной памяти)
Магнитный накопитель (лента, диск)
Оптическое хранилище (оптический диск)
пресс-контакт с процессором
Основная память: обменивается информацией напрямую с ЦП.
Вспомогательное хранилище: невозможно обмениваться информацией напрямую с ЦП.
Идеальная система хранения данных: высокая скорость, большая емкость, низкая стоимость.
Фактическая система хранения (читать сверху вниз по порядку).
регистр
кэш
основная память
вспомогательное хранилище
Механизм прерывания
События, вызывающие системные прерывания, называются источниками прерываний.
пользовательский интерфейс операционной системы
🔥Процесс запуска операционной системы
Процесс запуска Windows
ПОЧТА
После включения питания BIOS запускает программу самотестирования хоста.
начальная загрузка
BIOS считывает загрузочную программу из MBR и загружает ее в определенное место памяти.
Программа загрузки запускает DOS7.0 и загружает ядро операционной системы.
WINDOWS начинает захватывать систему
Инициализация ядра
Инициализация состояния ресурса, основных данных и т. д.
инициализация системы
Создается графический интерфейс пользователя, и система находится в состоянии ожидания/приема сообщений.
Классификация пользовательских интерфейсов
Рабочий интерфейс
графический интерфейс
командный интерфейс
Пакетные команды/программы
оболочка
системный вызов
Управление процессом
Введение процесса
Последовательное выполнение программ
Процесс выполнения программы представляет собой расчет
Характеристики последовательного выполнения программы
последовательность
закрытость
Воспроизводимость
Параллельное выполнение программ и их характеристики.
Концепция одновременного выполнения
Несколько программ выполняются одновременно в течение одного и того же интервала времени
Характеристики одновременного выполнения программ
разрыв
потерять закрытие
невоспроизводимость
Определение и характеристики процесса
Процесс – это выполнение программы
Процесс — это расчет, который может выполняться одновременно с другими процессами.
Процесс — это процесс выполнения программы на процессоре при заданном пространстве активности и начальных условиях.
Процесс — это выполняющийся процесс программы в наборе данных и независимая единица распределения ресурсов и планирования в системе.
Процессы — это динамичные действия с жизненным циклом. Ядро может создать процесс, который в конечном итоге будет уничтожен ядром.
Основные состояния и переходы процессов
🔥Три основных состояния процесса
готовое состояние
Статус выполнения
состояние блокировки
Плата блока управления процессом
Синхронизация процессов и взаимное исключение
Концепция критических ресурсов
Ресурсы, которые не могут использоваться двумя или более процессами одновременно, называются критическими ресурсами (CR). Критическими ресурсами могут быть некоторые эксклюзивные устройства, такие как принтеры, ленточные накопители и т. д., а также некоторые общие переменные, таблицы, связанные списки и т. д.;
концепция процесса
статус процесса
готовое состояние
Рабочее состояние
состояние блокировки
Алгоритм планирования процессов
Алгоритм «первым пришел — первым обслужен»
алгоритм приоритета коротких заданий
алгоритм ротации временных интервалов
нить
Понятие нити
Поток — это наименьшая единица выполнения операций в процессе, то есть базовая единица выполнения планирования процессора.
Сравнение процессов и потоков
Процесс — это основная единица распределения ресурсов.
Поток — это базовая единица распределения процессоров, которая не имеет ничего общего с распределением ресурсов.
Поток может принадлежать только одному процессу, а процесс может иметь несколько потоков, но должен быть хотя бы один поток.
Статус темы
готовое состояние
Рабочее состояние
состояние блокировки
Алгоритм планирования потоков
алгоритм приоритетного планирования
алгоритм ротации временных интервалов
Управление процессором
Управление заданиями
Понятие и классификация домашнего задания.
Концепция домашнего задания
Он состоит из программ, данных и рабочих инструкций.
Классификация заданий
По способу обработки
Оффлайн вакансии
онлайн работа
Онлайн-задания (интерактивные задания/терминальные задания)
Пользователи напрямую взаимодействуют с компьютерными системами.
Пользователи контролируют работу заданий с помощью рабочих команд на клавиатуре терминала или консоли или с помощью графических оконных интерфейсов.
В основном используется в системах разделения времени.
Рабочий статус
Отправить статус
статус резервного копирования
Статус выполнения
готовое состояние
иерархическое планирование
планирование процессов
Метод упреждения
Невытесняющий режим
планирование работы
В системе Linux нет концепции планирования заданий.
планирование процессов
Функция планирования процессов
Фиксировать выполнение всех процессов в системе
Выберите процесс из очереди статусов готовности
Выполнить переключение контекста процесса
Алгоритм планирования
Алгоритм планирования в порядке очереди (FCFS)
Хорошо для длительных заданий или процессов и плохо для коротких заданий или процессов.
Время оборота = время ожидания, время работы
При полном времени выполнения = 1 (время ожидания/время выполнения)
Алгоритм планирования приоритетов коротких заданий (процессов) (SJF или SPF)
Подходит для планирования заданий и процессов.
Не подходит для длительной работы
Этот алгоритм не учитывает срочность задания, поэтому не может гарантировать своевременную обработку срочных заданий.
Поскольку продолжительность задания или процесса оценивается только пользователем, и пользователь может намеренно или непреднамеренно сократить расчетное время выполнения задания, не обязательно гарантируется достижение истинного приоритетного планирования коротких заданий, поэтому этот алгоритм планирования часто используется в качестве других алгоритмов сравнения планирования.
Алгоритм планирования приоритетов с высоким коэффициентом отклика (HRN)
Этот алгоритм часто используется для планирования заданий.
Коэффициент реагирования R=1 (время ожидания/требуемое время обслуживания) Чем больше R, тем выше приоритет.
Алгоритм приоритетного планирования (HPF)
приоритет
статический приоритет
динамический приоритет
Типы алгоритмов приоритетного планирования
Алгоритм планирования упреждающего приоритета
Алгоритм планирования невытесняющих приоритетов
Чем меньше номер приоритета, тем выше приоритет.
Метод ротации временных интервалов (алгоритм RR)
Алгоритм многоуровневого планирования очередей (MLQ)
(Концепция оборудования)
Классификация оборудования
Устройство ввода
устройство вывода
накопитель
Как управлять оборудованием
драйвер устройства
контроллер устройства
(драйвер устройства)
Концепция драйвера устройства
Функциональность драйвера устройства
Инициализация устройства
контроль оборудования
Обработка прерываний устройства
Тип драйвера устройства
драйвер символьного устройства
заблокировать драйвер устройства
Драйвер сетевого устройства
Управление памятью
Обзор управления памятью
Несколько основных концепций управления хранилищем
Адрес операнда в логическом пространстве называется логическим адресом.
Адрес, по которому операнд загружается в память, называется физическим адресом.
Метод управления хранилищем разделов
Тип управления разделом
одиночный раздел
фиксированный раздел
переменный раздел
перемещаемый раздел
Постоянное выделение отдельных программ
Память
Системная область
область пользователя
Фиксированный метод распределения разделов (суждение)
внутренние фрагменты
Как только регион будет выделен для задания, оставшееся пространство нельзя будет использовать снова.
внешний мусор
Когда задание загружает память, если длина раздела в памяти меньше длины программы задания, программа не может быть загружена.
Как внутренняя фрагментация, так и внешняя фрагментация приводят к пустой трате места для хранения данных.
Динамическое распределение разделов
алгоритм первого соответствия
спереди назад
адаптивный алгоритм с первым циклом
Спереди назад, соединено спереди назад
лучший адаптивный алгоритм
Сортировать от меньшего к большему
худший фитнес-алгоритм
Сортировать от большего к меньшему
Управление хранилищем страниц
Идея управления хранилищем страниц
При управлении страничным хранилищем основная память делится на несколько физических блоков одинакового размера.
Адресное пространство программы разделено на логические страницы.
Логические страницы имеют тот же размер, что и физические блоки.
Обычно размер физического блока составляет 2n секторов, например 1К, 2К, 4К и т. д.
Структура данных управления хранилищем страниц
В вопросе указан размер страницы L и адрес A логического адресного пространства. Вычислите номер страницы P и адрес страницы W.
Размер страницы системы составляет 1 КБ, если предположить A = 2170 B, тогда из приведенной выше формулы можно найти P = 2, w = 122B.
P = (целое) [A/L] В=А%Л
Быстрые часы
Если таблица страниц полностью размещена в основной памяти, для извлечения одних данных (или одной инструкции) требуется как минимум два обращения к памяти.
(Понятие памяти)
Классификация памяти
физическая память
Виртуальная память
Стратегия распределения памяти
Фиксированная стратегия распределения разделов
Стратегия динамического распределения разделов
Стратегия распределения страничной памяти
(защита памяти)
Концепция защиты памяти
Методы защиты памяти
Защита адресного пространства
защита контроля доступа
Управление файлами
Обзор управления файлами
Файл (большой): представляет собой набор связанных записей. Обычно он хранится во внешней памяти и может храниться как независимая единица и выполнять соответствующие операции.
Файл содержит такие атрибуты, как тип файла, длина файла, физическое расположение файла, время создания файла, разрешения на использование (чтение и запись) и т. д.
Имена файлов обычно состоят из символов ASCll или китайских иероглифов.
Запись (в центре): это набор связанных элементов данных, используемый для описания атрибутов объекта в определенных аспектах. Например, в записи учащегося указывается номер учащегося, имя, пол, возраст, класс и т. д.
Элемент данных (маленький): это набор символов, описывающий определенный атрибут объекта. Это наименьшая логическая единица данных, которую можно назвать в организации данных, то есть атомарные данные, также называемые элементом данных или полем.
Файловая система
Концепция файловой системы
Функции файловой системы
Управление файлами и каталогами, например, открытие, закрытие, чтение, запись и т. д.
Предоставлять услуги, связанные с самим файлом, такие как механизм обмена файлами, безопасность файлов и т. д.
Управление пространством хранения файлов, такое как выделение и освобождение, в основном сосредоточено на перезаписываемой внешней памяти, например на дисках.
Предоставить пользовательский интерфейс
(тип файловой системы)
файловая система FAT
файловая система NTFS
EXT файловая система
Классификация файлов
Классификация по формату данных файла
Исходный файл
Целевой файл
запускаемый файл
Суффикс файла Win .exe
Линукс в порядке
Классифицировано по использованию
Системные файлы
Файл библиотеки
пользовательские файлы
Сортировать по правам доступа
файл только для чтения
Чтение и запись файлов
запускаемый файл
Сортировать по времени хранения
Временные файлы
Архивы
постоянный файл
Классификация по способу управления файлами
Обычный документ
файл каталога
специальный документ
Метод доступа к файлу
метод последовательного доступа
Доступ к файлам последовательно в соответствии с их логическими адресами.
Доступ к файлам записей осуществляется последовательно в соответствии с порядком сортировки записей.
Последовательные файлы — это файлы, хранящиеся последовательно. Порядок физических записей и порядок логических записей согласованы.
метод произвольного доступа
Также известен как метод прямого доступа.
Он обращается к любой записи в файле по номеру записи или адресу.
При произвольном доступе к файлу записей фиксированной длины файл рассматривается как несколько пронумерованных блоков или записей, причем размер каждого блока одинаков.
Произвольный доступ позволяет читать и записывать блоки по желанию. Поэтому не существует определенной последовательности произвольного доступа к файлам. Когда получен запрос на доступ, вычисляется логический адрес записи, а затем осуществляется доступ к записи.
Для файлов записей переменной длины очень неудобно определять смещение чтения и записи путем вычисления длины от начала до указанной записи. Обычно используется индексная организация таблицы.
Ключевой метод доступа
Доступ на основе определенного значения элемента данных (называемого ключом) в логической записи в виде индекса.
Ключевой метод доступа по сути является методом произвольного доступа.
Логическая структура файла
журнальный файл
Сортировать по длине записи
Файл записей фиксированной длины означает, что все записи в файле имеют одинаковую длину.
Файл записей неопределенной длины означает, что несколько записей в файле имеют разную длину, например имя, домашний адрес, заметки и т. д., которые могут быть длиннее или короче.
индексный файл
Если записи имеют переменную длину, для них обычно создается индексная таблица.
Установите запись таблицы для каждой записи, чтобы ускорить поиск записей.
(устройство хранения файлов)
жесткий диск
CD
U-диск