[Capítulo 1 | Descripción general del sistema operativo] "Edición MOOC del sistema operativo" Respuestas + Revisión

Tabla de contenido

Representación de imágenes de lotes de un solo paso y lotes de varios pasos

Cálculo y Análisis de Tasa de Utilización

| Preguntas de respuesta corta después de clase

| Conceptos del capítulo

1. El papel del sistema operativo como interfaz entre los usuarios y los sistemas de hardware informático | Administrador de recursos del sistema informático | Abstracción de recursos informáticos. El objetivo del sistema operativo es:Conveniencia, Eficacia, Escalabilidad, Apertura

2. Máquina virtual Un dispositivo que cubre el software de E/S se denomina máquina de expansión o máquina virtual.

3. El concepto de sistema operativo es una colección de software de múltiples capas colocado en el hardware de la computadora. El sistema operativo es un conjunto de programas que pueden organizar y administrar de manera efectiva los recursos de hardware y software de la computadora, programar razonablemente varios trabajos y facilitar el uso de los usuarios.

4. Motivación para promover el desarrollo del sistema operativo Mejorar la utilización de los recursos del sistema informático | Comodidad para los usuarios | Actualización constante de los dispositivos | Desarrollo continuo de la arquitectura informática | Presentar constantemente nuevos requisitos de aplicación

5. La historia del desarrollo del sistema operativo

[Operación manual en 1945]

[E/S fuera de línea en la década de 1950]

Operación: resuelva la contradicción entre el hombre y la máquina y la falta de coincidencia de velocidad entre la CPU y la E / S. La entrada y salida de programas y datos se completan sin la computadora host.

E/S en línea: E/S realizadas bajo el control directo del host.

Ventajas de la E/S fuera de línea: reducción del tiempo de inactividad de la CPU, velocidad de E/S mejorada
[Sistema de procesamiento por lotes de un solo canal a mediados de la década de 1950]

Operación: ingrese un lote de trabajos a la cinta en forma de IO fuera de línea y agregue un programa de supervisión al sistema.Bajo el control del programa, los trabajos se completan uno por uno, y solo un trabajo siempre se guarda en el memoria.

Ventajas: Mejore la utilización de los recursos del sistema y el rendimiento del sistema.

Desventajas: aún no puede hacer un uso completo de los recursos del sistema, lo que resulta en un desperdicio de memoria de la computadora
[Sistema de procesamiento por lotes multicanal a mediados de la década de 1960]

Operación: Los trabajos se colocan primero en la memoria externa y se organizan en una cola (cola de respaldo). El programador de trabajos selecciona varios trabajos de la cola y los transfiere a la cola de acuerdo con un cierto algoritmo, de modo que compartan la CPU y varios recursos en el sistema.

Ventajas: alta utilización de recursos, gran rendimiento del sistema, tiempo de respuesta promedio largo, sin capacidades interactivas

Problemas a resolver: solicitud de procesador, asignación y protección de memoria, asignación de dispositivos IO, organización y administración de archivos, administración de trabajos, interfaz usuario-sistema

【Sistema de tiempo compartido】

Razón de desarrollo: para cumplir con los requisitos del usuario para la interacción humano-computadora

Operación: para realizar la interacción hombre-computadora, debemos abandonar el modo de operación del sistema de procesamiento por lotes original y adoptar: ①El trabajo ingresa directamente a la memoria, porque el trabajo no se puede ejecutar en el disco; ②Usar la rotación para garantizar que cada el trabajo tiene la oportunidad de ejecutarse, por lo tanto, se introduce el concepto de intervalos de tiempo

Características: múltiples rutas (múltiples terminales conectados al mismo host), independencia (cada terminal no interfiere entre sí), puntualidad (el tiempo de respuesta es de 1 a 3 s), interactividad
【Sistema en tiempo real】

Definición: el sistema operativo puede responder a solicitudes de eventos externos de manera oportuna, completar el procesamiento de eventos dentro del tiempo especificado y controlar todas las tareas en tiempo real para que se ejecuten de manera coordinada.

Tipos de sistema operativo en tiempo real: sistema operativo de control industrial, sistema operativo de consulta de información, sistema operativo multimedia, sistema operativo incorporado

Tipos de tareas en tiempo real: tareas periódicas/aperiódicas en tiempo real, tareas duras en tiempo real (Hard real time, HRT), tareas blandas en tiempo real SRT (los cuatro tipos de tareas anteriores van acompañados de fechas límite)

Características: multicanal (recopilación periódica de información multicanal in situ, control de múltiples actuadores), independencia (cada terminal no interfiere entre sí), puntualidad (el tiempo de respuesta es de milisegundos), interactividad y fiabilidad sexual
Las dos características básicas de un sistema en tiempo real son: puntualidad y confiabilidad.

6. Características básicas del sistema operativo

Concurrencia (el paralelo está ocurriendo al mismo tiempo, la concurrencia está ocurriendo en el mismo intervalo de tiempo):

Concepto: Macroscópicamente, varios programas se ejecutan al mismo tiempo, pero microscópicamente, solo se ejecuta un programa a la vez. Lo que llamamos concurrencia generalmente se refiere a la concurrencia de procesos
compartido:

Concepto: El uso compartido del sistema operativo se refiere a la multiplexación de recursos: para el uso común de múltiples procesos que se ejecutan simultáneamente en la memoria (es decir, el tiempo es limitado y la ubicación es limitada)

Tipo: Intercambio mutuamente excluyente (B solo puede acceder después de las visitas de A), intercambio "simultáneo" (usados juntos en el nivel macro y alternativamente en el nivel micro)

La concurrencia y el uso compartido son las dos características más básicas de un sistema operativo multitarea, y son condiciones para la existencia mutua. La compartición de recursos está condicionada a la ejecución concurrente de procesos, al mismo tiempo, si no se puede coordinar la compartición de recursos, la velocidad de concurrencia se verá afectada

Virtual: la función de convertir una entidad física en varias contrapartes lógicas a través de una determinada tecnología. Realizado por multiplexación por división de tiempo y tecnología de multiplexación por división de espacio
Asíncrono: El trabajo que ingresa primero a la memoria puede ser completado más tarde, y el que ingresa después puede ser completado primero: es decir, la velocidad de avance del proceso es impredecible, lo cual es asíncrono.

7. Las principales funciones del sistema operativo.

Funciones de gestión del procesador

Esencia: En los sistemas tradicionales de multiprogramación, la asignación y operación de procesadores se basa en el proceso como unidad básica, por lo que la gestión de procesadores se puede atribuir a la gestión de procesos.

Funciones: control de procesos, sincronización, comunicación, programación
función de gestión de memoria

Funciones: asignación y recuperación de memoria (asignación estática y dinámica), protección de memoria (①cada programa de usuario solo se ejecuta en su propia memoria, ②los usuarios no pueden acceder a programas y datos del sistema operativo), asignación de direcciones, expansión de memoria (tecnología de almacenamiento virtual: solicitud de llamada función, función de reemplazo)
Función de gestión de dispositivos

Funciones: gestión de búfer, asignación de dispositivos, procesamiento de dispositivos
función de gestión de archivos

Funciones: gestión del espacio de almacenamiento de archivos, gestión de directorios, gestión y protección de lectura y escritura de archivos
Función de gestión de interfaz

Función: el sistema operativo proporciona al usuario "la interfaz entre el usuario y el sistema operativo", que se divide en interfaz de usuario (interfaz de usuario en línea, interfaz de usuario fuera de línea, interfaz gráfica de usuario), interfaz de programa

8. La estructura del sistema operativo.

estructura simple
Estructura modular:

Ventajas: mejore la corrección, la comprensibilidad, la capacidad de mantenimiento y la adaptabilidad del diseño del sistema operativo y acelere el proceso de desarrollo del sistema operativo

Desventajas: las regulaciones de la interfaz son difíciles de cumplir con los requisitos reales del módulo para la interfaz después de la división; la decisión de B debe basarse en la decisión de A, no hay un orden de decisión confiable y es fácil causar el desorden de la decisión
Estructura jerarquica:

Ventajas: Puede garantizar corrección, fácil mantenimiento, escalabilidad

Desventaja: baja eficiencia del sistema
Estructura de micronúcleo:

Concepto: kernel suficientemente pequeño, modelo basado en cliente/servidor, adoptando el principio de separación de estrategia y mecanismo, adoptando tecnología orientada a objetos;

Funciones: administración de procesos (subprocesos), administración de memoria de bajo nivel, administración de interrupciones y trampas (en el sistema operativo microkernel, solo una pequeña parte del mecanismo se coloca en el kernel, y la mayoría de ellos se colocan fuera del microkernel de varios servidores)

Ventajas: mejora la escalabilidad, la confiabilidad y la portabilidad del sistema, brinda soporte para sistemas distribuidos e incorpora tecnología orientada a objetos. El sistema operativo puede adaptarse a las necesidades de diferentes aplicaciones solo ajustando la política

Problemas existentes: debido a la transmisión de mensajes entre el cliente y el servidor, en comparación con el sistema operativo anterior, la eficiencia operativa del sistema operativo microkernel se reduce (el kernel es grande, la eficiencia es alta, pero el espacio también es grande y viceversa) viceversa, la eficiencia es baja, pero el espacio es pequeño)

Estructura del núcleo exterior:

Concepto: El kernel no proporciona procesos tradicionales del sistema operativo, memoria virtual y otras cosas abstractas, sino que se enfoca en el aislamiento (protección) y reutilización de recursos físicos, es decir, un kernel muy pequeño es responsable de proteger los recursos del sistema, mientras que la gestión de los recursos de hardware se confían a la aplicación. Proporcionar las funciones que originalmente pertenecen al kernel del sistema operativo a los usuarios en forma de bibliotecas

9. Llamadas al sistema

Concepto: permitir que las aplicaciones llamen brevemente a procesos relacionados en el sistema operativo a través de llamadas al sistema y luego obtengan los servicios correspondientes
Las llamadas al sistema se implementan a través del mecanismo de interrupción.
Diferente de las llamadas de procedimiento general:

①Ejecución en diferentes estados del sistema: el programa de llamada de la llamada del sistema se ejecuta en el modo de usuario y el programa llamado se ejecuta en el modo kernel

②Debido a que los estados del sistema de llamada y ejecución son diferentes (uno es el modo de usuario y el otro es el modo kernel), no se permite transferir directamente del proceso de llamada al proceso llamado. Debe convertirse del modo de usuario al kernel modo a través del mecanismo de interrupción suave Después del análisis por el kernel Solo entonces puede pasar a la subrutina de procesamiento de llamadas al sistema correspondiente

③Regrese a la pregunta: cada llamada debe determinar la prioridad

④ Llamadas anidadas: las llamadas del sistema tienen ciertas restricciones en la profundidad de las llamadas anidadas, pero no las llamadas de procedimientos generales.
Tipos de llamadas al sistema:

① Llamada al sistema de control de procesos

②Llamadas al sistema de manipulación de archivos

③Llamada al sistema de comunicación del proceso