安全操作系統(tǒng)重點(diǎn)

1、操作系統(tǒng)是合理、高效、安全的管理和控制計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，為應(yīng)用程序編寫提供簡(jiǎn)單、一致、豐富的系統(tǒng)調(diào)用接口，方便用戶使用的程序集合。操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境：處理器、存儲(chǔ)器、磁盤、磁帶、i/o設(shè)備、總線。操作系統(tǒng)發(fā)展歷史：第一代 真空管和穿孔卡片（1945-1955）硬件方面：定制開發(fā)，計(jì)算機(jī)價(jià)格昂貴，體積龐大，速度很慢。軟件方面：機(jī)器語(yǔ)言，沒有高級(jí)語(yǔ)言和操作系統(tǒng)。主要用途：用于數(shù)值計(jì)算（戰(zhàn)爭(zhēng)）。第二代 晶體管和批處理系統(tǒng)（1955-1965）硬件方面：50年代晶體管發(fā)明，批量生產(chǎn)，價(jià)格昂貴。軟件方面：fortran等程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，早期的批處理操作系統(tǒng)fms等。主要用途：科學(xué)和工程計(jì)算，比如求解偏微

2、分方程。第三代 集成電路芯片和多道程序設(shè)計(jì)（1965-1980）硬件方面：計(jì)算機(jī)卡時(shí)采用集成電路，出現(xiàn)了磁盤；ibm、dec。軟件方面：多道程序設(shè)計(jì)；分時(shí)操作系統(tǒng)（unix）。主要用途：科學(xué)和工程的數(shù)值計(jì)算（計(jì)算密集型任務(wù)）； 字符處理（i/o密集型任務(wù)）第四代 個(gè)人計(jì)算機(jī)（1980至今）硬件方面：大規(guī)模集成電路，小型化，快速，價(jià)格低廉，ibm pc，sun，apple，個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代到來。軟件方面：桌面，實(shí)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)，分布式，嵌入式等操作系統(tǒng)； interner，gui，multimedia，db等主要用途：數(shù)值計(jì)算；文檔處理；多媒體通信；工控等幾乎所有的方面。操作系統(tǒng)五大功能：存儲(chǔ)器管理、處

3、理機(jī)管理、設(shè)備管理、文件管理、用戶接口。操作系統(tǒng)啟動(dòng)過程：1.0xffff：0，讀入cmos參數(shù)2.加載interrupt handlers和device drivers3.初始化gpu及加載顯卡bios4.檢查是cold boot還是reboot5.如是cold boo，檢測(cè)算安裝的ram數(shù)量，鍵盤，pci總線及其他設(shè)備是否正常6.在顯示器上顯示信息（型號(hào)，狀態(tài)）7.加載可能的scci bios等8.確定啟動(dòng)盤，啟動(dòng)設(shè)備上的第一個(gè)扇區(qū)被讀入內(nèi)存并執(zhí)行9.從該分區(qū)讀入第二個(gè)啟動(dòng)裝載模塊10.來自活動(dòng)分區(qū)的這個(gè)裝載模塊被讀入操作系統(tǒng)并啟動(dòng)之分頁(yè)技術(shù)的思想：分頁(yè)管理允許程序的存儲(chǔ)空間是不連續(xù)的，這

4、樣就可把一個(gè)程序分散的放在各個(gè)空閑的物理塊中，它既不需要移動(dòng)內(nèi)存中原有的信息，又解決了外部碎片問題，提高了內(nèi)存的利用率。虛擬存儲(chǔ)器是用戶能作為可編址內(nèi)存對(duì)待的存儲(chǔ)空間，在這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中虛擬地址被映像成實(shí)地址。請(qǐng)求分頁(yè)技術(shù)的思想：當(dāng)我們要執(zhí)行一個(gè)程序時(shí)才把它換入內(nèi)存。但并不把全部程序都換入內(nèi)存，而是用到哪一頁(yè)時(shí)才換入它。這樣就減少了對(duì)換時(shí)間和所需內(nèi)存數(shù)量，允許增加程序的道數(shù)。進(jìn)程：執(zhí)行中的程序。進(jìn)程的引入：為了描述多道程序運(yùn)行的動(dòng)態(tài)進(jìn)程。進(jìn)程的組成：靜態(tài)特性：程序、數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)特性：進(jìn)程控制塊(pcb)、堆棧。進(jìn)程各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換：1進(jìn)程為等待輸入而阻塞；2調(diào)度程序選擇另一個(gè)進(jìn)程；3調(diào)度程序選擇

5、這個(gè)進(jìn)程；4出現(xiàn)有效輸入。創(chuàng)建狀態(tài)、就緒狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、阻塞狀態(tài)、終止?fàn)顟B(tài)。進(jìn)程控制塊(pcb) 是進(jìn)程在系統(tǒng)中存在的唯一標(biāo)志。進(jìn)程間通信的關(guān)系或問題：1. 通信：進(jìn)程間通過名字彼此直接進(jìn)行信息交換。2. 同步：進(jìn)程間共同完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)，直接發(fā)生相互作用的關(guān)系。3. 互斥：兩個(gè)進(jìn)程在邏輯上本來完全獨(dú)立，毫無關(guān)系，只是由于競(jìng)爭(zhēng)同一個(gè)物理資源而互相制約。進(jìn)程是資源分配的基本單位；線程是系統(tǒng)調(diào)度的基本單位。進(jìn)程與程序的關(guān)系：1. 進(jìn)程是動(dòng)態(tài)概念；程序是靜態(tài)概念。2. 進(jìn)程具有并發(fā)性，宏觀上同時(shí)運(yùn)行；程序具有順序性，其并發(fā)執(zhí)行是通過進(jìn)程實(shí)現(xiàn)的。3. 進(jìn)程具有獨(dú)立性，是一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的單位，是系統(tǒng)資源分配

6、及運(yùn)行調(diào)度的基本單位；程序本身沒有此特性。4. 程序和進(jìn)程無一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，一個(gè)進(jìn)程可順序執(zhí)行多個(gè)程序；一個(gè)程序可由多個(gè)進(jìn)程公用。5. 進(jìn)程異步前進(jìn)，會(huì)相互制約；程序不具備此特性。進(jìn)程與線程的關(guān)系：1. 進(jìn)程可有多個(gè)線程，但至少有一個(gè)線程。2. 進(jìn)程是資源的擁有者，是分配資源的獨(dú)立單位；線程一般不擁有系統(tǒng)資源，同一進(jìn)程的所有線程共享該進(jìn)程的所有資源。3. 在支持線程的操作系統(tǒng)中，線程是調(diào)度和分派的基本單位。4. 進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行，一個(gè)進(jìn)程的多個(gè)線程也可并發(fā)執(zhí)行。5. 線程在執(zhí)行過程中往往需要更多協(xié)作同步。6. 在實(shí)施創(chuàng)建、撤銷和切換等操作時(shí)，進(jìn)程的開銷遠(yuǎn)大于線程，線程又成為輕載進(jìn)程。7. 線程和

7、進(jìn)程都是動(dòng)態(tài)實(shí)體，具有不同的狀態(tài)。競(jìng)爭(zhēng)條件：兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程讀寫某些共享數(shù)據(jù)，而最后的結(jié)果取決于進(jìn)程運(yùn)行的精確時(shí)序。臨界區(qū)：對(duì)共享內(nèi)存進(jìn)行訪問的程序片段。臨界資源：臨界區(qū)所共享的資源。臨界區(qū)應(yīng)滿足的四個(gè)條件，從而避免競(jìng)爭(zhēng)條件：互斥：任何兩個(gè)進(jìn)程不能同時(shí)處于其臨界區(qū)；通用性：不應(yīng)對(duì)cpu的速度和數(shù)量做任何假設(shè)；有效性：臨界區(qū)外運(yùn)行的進(jìn)程不得阻塞其它進(jìn)程；合理性：不得使進(jìn)程無限期等待進(jìn)入臨界區(qū)。信號(hào)量：用來累計(jì)喚醒次數(shù)的一種新的變量類型，它由兩個(gè)成員組成，一個(gè)是表示該信號(hào)量值的整型變量，一個(gè)是指向pcb的指針。s的意義：當(dāng)信號(hào)量的值大于0時(shí)表示當(dāng)前可用資源的數(shù)量，小于0時(shí)，其絕對(duì)值表示等待使用該資源

8、的進(jìn)程數(shù),即在該信號(hào)量隊(duì)列上排隊(duì)的pcb的個(gè)數(shù)。p(s)：分配資源1. 信號(hào)量的值減一,即s=s-1.2. 如果s>=0，則該進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，如果s<0，則把該進(jìn)程的狀態(tài)置為阻塞態(tài)，把相應(yīng)的pcb連入該信號(hào)量隊(duì)列的末尾，并放棄處理機(jī)，進(jìn)行等待。v(s)：釋放資源1. s值加1，即s=s+1。2. 如果s>0，則該進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，如果s<=0，則釋放s信號(hào)量隊(duì)列上的第一個(gè)pcb所對(duì)應(yīng)的進(jìn)程，執(zhí)行v操作的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行。調(diào)度算法的分類：批處理&交互式&實(shí)時(shí)。批處理：1. 先來先服務(wù)(fcfs)：按進(jìn)程的到來的先后次序進(jìn)行調(diào)度。2. 最短作業(yè)優(yōu)先(sjf)：作業(yè)要求

9、運(yùn)行時(shí)間短的先進(jìn)行調(diào)度。3. 最短剩余時(shí)間優(yōu)先(srtn)：新的進(jìn)程比當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程需要更少的時(shí)間，當(dāng)前進(jìn)程就被掛起，而運(yùn)行新的進(jìn)程。交互式:1. 輪轉(zhuǎn)調(diào)度(rr)：系統(tǒng)把所有就緒進(jìn)程按頁(yè)面置換算法(fifo)方式排成一個(gè)隊(duì)列，新來的進(jìn)程加到就緒隊(duì)列的末尾。2. 優(yōu)先級(jí)調(diào)度：設(shè)置一個(gè)時(shí)鐘中斷，該動(dòng)作導(dǎo)致該進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)低于次高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，則進(jìn)程進(jìn)行切換。生產(chǎn)者-消費(fèi)者：互斥關(guān)系分析：任何時(shí)刻，只能有一個(gè)進(jìn)程在緩沖區(qū)中操作；引入互斥信號(hào)量（二元信號(hào)量）；信號(hào)量為0，表明已有進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)。同步關(guān)系分析：對(duì)于“生產(chǎn)者”而言，緩沖區(qū)滿則應(yīng)等待，引入同步信號(hào)量“empty”，為0表示緩沖區(qū)滿；對(duì)于“消費(fèi)

10、者”而言，緩沖區(qū)空則應(yīng)等待，引入同步信號(hào)量“full”，為0表示緩沖區(qū)空。define n 100typedef int semphsemph mutex = 1;semph empty = n;semph full = 0;producer進(jìn)程while(true)produce-item();p(empty);enter-item();v(full);comsumer進(jìn)程while(true)p(full);remove-item()v(empty);consume-item();睡眠理發(fā)師：互斥關(guān)系分析：理發(fā)椅上只能有一位顧客；等待座位是有限緩沖區(qū)。同步關(guān)系分析：只要存在顧客，理發(fā)師就不

11、能睡覺。信號(hào)量設(shè)計(jì)：互斥信號(hào)量：實(shí)現(xiàn)對(duì)“等待顧客數(shù)”的互斥；同步信號(hào)量1：理發(fā)師“睡眠”和“工作”的同步；同步信號(hào)量2：等待顧客與等待座位的同步。#define chairs ntypedef int semphsemph customer = 0;semph barer = 0;semph mutex = 1;int waiting = 0;barber進(jìn)程while(true)p(customer);p(mutex);waiting = waiting 1;v(barber);v(mutex);cut_hair();customer進(jìn)程p(mutex);if(waiting < ch

12、airs) waiting += 1; v(customer); v(mutex); p(barber); else v(mutex);讀者-寫者互斥關(guān)系分析：讀者和寫者不能同時(shí)進(jìn)入共享數(shù)據(jù)區(qū)；多個(gè)寫者不能同時(shí)進(jìn)入共享數(shù)據(jù)區(qū)；多個(gè)讀者可以同時(shí)進(jìn)入共享數(shù)據(jù)區(qū)。同步關(guān)系分析：讀者進(jìn)入緩沖區(qū)，寫者必須等待；寫者進(jìn)入緩沖區(qū)，讀者必須等待；讀者優(yōu)先：一旦有讀者進(jìn)入，則后續(xù)讀者均可進(jìn)入；合理順序：讀者在先來的寫者之后；寫者優(yōu)先：只要有寫者等待，則后續(xù)讀者必須等待。讀者優(yōu)先typedef int semphsemph mutex = 1;semph write = 1;int rcount = 0;read

13、er進(jìn)程while(true)p(mutex);rcount+;if(rcount = 1) p(write);v(mutex);read_action();p(mutex);rcount-;if(rcount = 0) v(write);v(mutex);writer進(jìn)程while(true)p(write);write_action();v(write);寫者優(yōu)先typedef int semphsemph rmutex = 1;semph wmutex = 1semph write = 1;semph concur = 1;int rcount = 0;int wcount = 0;re

14、ader進(jìn)程while(true)p(concur);p(rmutex);rcount+;if(rcount = 1) p(write);v(rmutex);v(concur);read_action();p(mutex);rcount-;if(rcount = 0) v(write);v(mutex);writer進(jìn)程while(true)p(wmutex);wcount+;if(wcount = 1) p(concur);v(wmutex);p(write);write_action();v(write);p(wmutex);wcount-;if(wcount = 0) v(concur)

15、;v(wmutex);猴子過橋：互斥關(guān)系分析：l和r不能同時(shí)過橋；多個(gè)l可以同時(shí)過橋；多個(gè)r可以同時(shí)過橋。同步關(guān)系分析：l過橋，r必須等待；r過橋，l必須等待；合理順序：先來先過。typedef int semph;semph lmutex = 1; semph rmutex = 1;semph concur = 1; int il2rcount = 0;int ir2lcount = 0; 左側(cè)猴子過橋進(jìn)程while(true)p(concur) ;p(lmutex);il2rcount+;if(il2rcount = 1) p(rmutex);v(lmutex);v(concur);pass_bridge(l