2022年操作系统复习 2

-1-第一章操作系统概述1、操作系统的作用（操作系统的目标：方便性、有效性改善资源的利用率及提高系统的吞吐量、可扩充性采用层次化结构、开放性）OS 作为用户与硬件资源之间的接口接口形式：命令方式、系统调用方式、图形、窗口方式）OS 作为计算机系统资源的管理者（资源分为4 类：处理器、存储器、I/O 设备及信息 数据和程序）OS 用作扩充器2、操作系统的发展过程：为了解决人机矛盾及CPU 和 I/O 设备间速度的不匹配的矛盾脱机 I/O 方式的优点：减少了CPU 的空闲时间、提高了I/O 速度3、操作系统的分类及各类操作系统的特点，*多道程序设计技术(理解)单道批处理系统，特点是自动性、顺序性、单道性。（作业转换时间大大减小，系统运行效率提高（自动、顺序）；无法充分利用系统中所有资源（单道）；内存中始终只有一道程序）*多道批处理系统，特征是：多道性、无序性、调度性。（内存中有多道程序）优点是：提高CPU的利用率；提高内存和I/O 设备利用率；增加系统吞吐量多道批处理系统特点：资源利用率高、系统吞吐量大、平均周转时间长、无交互能力多道批处理系统形成的主要动力，是提高资源利用率和系统吞吐量。分时系统，分时系统产生的动力 是用户的需求。特点是多路性（同时性）、独立性、及时性、交互性实时系统，特点是多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性。4、操作系统的基本特征*并发（时间段上同时、时间点上独立）、共享、虚拟、异步。（并发和共享互为条件）并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。（宏观多个程序同时运行，单核处理机系统中，微观上这些程序只是交替执行）辨析：并行是指两个或多个事件在同一时刻发生。（比如，多核处理器下，两个进程很有可能被分配在不同的处理器，这时候，就是真正的并行运行）*共享 是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程（线程）共同使用。目前主要有两种资源共享方式：1.互斥共享方式 2.同时访问方式5、操作系统的主要功能处理机管理的功能:进程控制、进程同步、进程通信、调度存储器管理的功能:内存分配、内存保护、地址映射（将地址空间的逻辑地址转为内存空间的物理地址）、内存扩充设备管理的功能:缓冲管理、设备分配、设备处理文件管理的功能:文件存储空间的管理、目录管理、文件的读写管理和保护作业管理（用户接口）：命令接口、程序接口、图形接口第二章进程管理1、程序顺序执行的特点：顺序性、封闭性、可再现性程序并发执行的特点：间断性、失去程序的封闭性（程序在并发执行时，是多个程序共享系统中的资源，因此这些资源的状态将由多个程序来改变）、不可再现性*2、进程的概念和特征（前趋图DAG 是个有向无循环图）进程是进程实体的运行过程，是系统能独立运行并进行资源管理分配和调度的基本单位，是程序的一次执行。*进程的特征：结构特征（由程序段、相关的数据段和PCB 三部分组成了进程实体）、动态性、独立性、并发性、异步性。3、进程状态及其转换（具有挂起状态）*状态转换图就绪，执行，阻塞(等待)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -2-4、进程控制块PCB 的作用、内容、组织方式PCB 是操作系统中最重要的记录型数据结构，PCB 中记录了当前进程的状态以及操作系统对进程进行控制的所有信息。OS 是根据 PCB 来对并发执行的进程进行控制和管理的。PCB 是进程存在的惟一标志。PCB 常驻内存。PCB 的作用：使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据），成为一个能与其他进程并发执行的进程。PCB 的内容：进程标识符（内部标识符，外部标识符）处理机状态（进程终端时保存所有处理机信息）进程调度信息（进程的状态，进程优先级，进程调度所需要的其他信息，事件【指进程由执行状态转变为阻塞状态所等待发生的时间，即阻塞原因】）进程控制信息（程序和数据的地址，进程同步和通信机制，资源清单，链接指针）。PCB 的组织方式：链接方式、索引方式5、各种进程控制的OS 内核的原语：创建、终止（Destroy）、阻塞（Block）、唤醒（Wakeup）、激活（Active）、挂起（Suspend）原语是一种特殊的系统功能调用，它可以完成一个特定的功能，其特点是原语执行时不可被中断。*6、进程与线程的比较，为什么要引入线程引入进程的目的是为了使多个程序并发执行，以改善资源利用率、提高系统吞吐量线程的引入是为了减少程序并发时的时空开销，由于进程在创建、撤销、切换过程中会付出巨大的时空开销。进程与线程的关系，线程是进程中 独立调度分派的基本单位，轻型实体，同一进程的各个线程可以并发执行，同一进程的各个线程可以共享该进程所拥有的资源。在多线程 OS 中，进程是资源分配的基本单位，一个进程可包含多个线程，而进程不是一个可执行的实体。（黑体为线程的属性）7、进程同步信号量机制和信号量的应用(水果分配问题)P 操作（wait(S)）取资源和V 操作（singal(S)）释放资源，因为是原语操作，所以在执行期间不可中断进程同步的主要任务是使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，使执行的结果具有可再现性。8、临界资源、临界区的概念临界资源为一段时间仅允许一个进程访问的资源，那种诸进程互斥的访问的资源。临界区为进程中访问临界资源的的那段代码被称为临界区。注：对于不同临界资源的临界区，它们之间不存在互斥。*9、管程的概念、用管程解决各种同步问题管程是“可用于管理共享资源的数据结构”以及“能为并发进程所执行在该数据结构上的一组操作”的集合。管程包含三部分：局部于管程的共享变量说明；对该数据进行操作的一组操作过程；对局部于管程的数据设置初值。所有进程要访问临界资源时都必须经过管程才能进入，而每次管程只允许一个进程进入管程，从而实现进程互斥。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -3-10、进程通信的概念进程通信指进程之间的信息交换。进程通信基本类型：共享存储器系统（基于共享数据结构、基于共享存储区），消息传递系统，管道通信(共享文件方式)*11、同步机制应遵循的规则？空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待第三章调度与死锁1、调度方式（抢占、非抢占式）、类型（高、中、低）高级调度又称长调度，指把作业从外存调入内存，并为之创建进程分配资源然后将新进程排在就绪队列。低级调度的实质是指为进程分配处理机，中级调度又分为抢占式调度和非抢占式调度。中级调度，和高级调度相反，引入的目的是提高内存的利用率和系统的吞吐量，把暂时不分配处理机的作业调到外存。2、各种调度算法（FCFS,SJF,RR,优先权法）FCFS 先来先服务算法，SJF 短作业优先调度算法，周转时间=完成时间-到达时间带权周转时间=周转时间/服务时间*高优先权优先算法，响应比=Rp=等待时间+要求服务时间/要求服务时间=响应时间/要求服务时间*3、死锁的概念、产生原因、必要条件、处理方法所谓死锁，指进程推进过程中因竞争资源而照成的一种僵局，在这种僵局下如无外力作用，他们都无法再向前推进。原因：(1)竞争资源(2)进程推进顺序非法条件：(1)互斥条件(2)请求和保持条件(3)不剥夺条件(4)环路等待条件处理方法：(1)预防死锁（摒弃请求和保持条件/摒弃不剥夺条件/摒弃环路等待条件）(2)避免死锁（例如银行家算法）(3)检测死锁（死锁定理）(4)解除死锁（剥夺资源，撤销进程）4、银行家算法、步奏（P95-P98）利用银行家算法避免死锁，一共四步(1)(2)(3)(4)5、死锁定理：S为死锁状态的充分条件是：当且仅当S 状态的资源分配图是不可完全简化的。第四章存储器管理1、连续分区方式动态分区分配的基本思想P108 动态分区分配时根据进程的实际需要，动态的为之分配内存空间。为了实现分区分配，系统中必须配置相应的数据结构用来描绘空闲分区和已分配分区，为分配提高依据。动态分区分配中的数据结构：空闲分区表、空闲分区链动态分区分配算法：1.首次适应算法FF2.循环首次适应算法3.最佳适应算法2、页面与页表，地址变换机构3、段页式存储管理方式（理解）4、虚存概念、虚存实现方式*5、页面置换算法先进先出（FIFO）页面置换算法/可能考大题，填表写页面置换顺序最近最久未使用（LRU）置换算法Clock 置换算法名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -4-*6、什么是虚拟存储器？所谓虚拟存储器，是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。其逻辑容量由内存和外存容量之和所决定，其运行速度接近于内存速度，而每位的成本却又接近于外存。（所有虚拟存储器都建立在离散分配的存储管理方式的基础上）第五章设备管理*1、I/O 控制方式有哪些：程序 I/O 方式中断驱动 I/O 控制方式直接存储器访问DMA I/O 控制方式I/O 通道控制方式程序 I/O 和中断 I/O，程序和中断的区别是cpu 不回不断的查询I/O 控制器的状态。中断和直接存储器存取的区别是中断以字节为单位进行I/O，而直接存储器是以数据块为基本单位进行I/O 通道又在直接存储器的基础上将单个块以成组的块为基本单位进行I/O*2、为什么要引入缓冲？缓和 CPU与 I/O 设备间速度不匹配的矛盾减少对 CPU的中断频率提高 CPU和 I/O 设备之间的并行性3、缓冲区的管理方式：单缓冲，双缓冲，循环缓冲，缓冲池4、设备独立性及实现应用程序独立于具体使用的设备。为了实现设备独立性引入逻辑设备和物理设备两个概念。，在应用程序中使用逻辑设备名来请求使用设备，系统在实际执行中使用物理设备名。*5、SPOOLing 技术及特点SPOOLing 是指脱机输入和脱机输出技术。SPOOLing 系统由三部分组成：输入井输出井，输入缓冲区和输出缓冲区，输入进程和输出进程。SPOOLing 特点：1.提高了 I/O 的速度 2.将独占设备改造为共享设备3.实现了虚拟设备功能*6、磁盘调度算法，先来先服务（FCFS），最短寻道时间优先（SSTF），扫描（SCAN）算法（电梯调度算法）第六章文件管理1、顺序存取、随即存取基本思想2、连续文件结构和离散文件结构3、外存分配方式链接分配、索引分配4、文件存储空间管理位示图法、成组链接法（两个都理解思想）相关题目和解释：（苹果问题不知）11、记录型信号量的PV 操作 procedure wait(S)var S:semaphore;begin S.value:=S.value-1;if S.value0 then block(S.L)end procedure signal(S)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -5-var S:semaphore;begin S.value:=S.value+1;if S.value=0 then wakeup(S.L)end(在记录型信号量的PV操作中实现了让权等待，这是最早使用的整型信号量所不具备的。这种让权等待体现在上述代码的加粗部分，即阻塞操作和唤醒操作)12、信号量的应用 *（老师说考2 题，不知道是大题还是小题）如何利用信号量实现进程互斥？为使多个进程能互斥地访问某临界资源，只须为该资源设置一互斥信号量mutex，并设其初始值为1，然后将各进程访问该资源的临界区CS置于 wait(mutex)和 signal(mutex)操作之间即可。利用信号量实现前驱关系处理机调度与死锁：概念方面应熟记什么是高级、中级和低级调度。大题方面，银行家算法必考。预计全卷大约有3-5 题。（选择/填空/问答/大题）1、什么是高级、中级和低级调度？*高级调度（作业调度、长城调度）用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，并为他们创建进程、分派必要资源，然后再将新创建的进程排在就绪队列上，准备执行。低级调度（进程调度、短程调度）用来决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，然后再由分派程序执行把处理机分配给该进程的具体操作。中级调度（中程调度）将那些暂时不能运行的进程调至外存去等待，当这些进程又重新具备运行条件、且内存又稍有空闲时，由中级调度来决定把外存上的那些又具备运行条件的就绪进程重新调入内存，并修改其状态为就绪状态。（中级调度实际上就是存储器管理中的对换功能）2、调度算法（调度算法的考法很简单，给出一组进程，分别有到达时间、执行【服务】时间，叫我们根据不同算法填表，填写的内容可能有：开始执行时间、完成时间、周转时间、带权周转时间等）*先来先服务（FCFS）短作业（进程）优先（SJF，SPF）高优先权（FPF）高响应比优先,服务时间即执行时间周转时间 =完成时间 到达时间带权周转时间 =周转时间/执行时间优先权(Rp)=（等待时间 +执行时间）/执行时间响应时间 =等待时间 +执行时间存储器管理（非常重要）2、什么是对换？所谓“对换”，是指把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据调出到外存上，以便腾出足够的内存空间，再把已具备运行条件的进程或进程所需要的程序和数据调入内存。对换是提高内存利用率的有效措施。3、基本分页存储管理方式（书P114）*名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -6-页号和页内地址的计算若给定一个逻辑地址空间中的地址为A，页面大小为L，则页号 P和页内地址 d 可按下式求得：P=A div L d=A mod L 其中，div 指整除，mod指取余例：系统页面大小为1KB，设 A=2170B，则由上式可得P=2，d=112。在计算过程中要注意单位换算地址变换机构什么是快表（TLB、联想寄存器）？快表是地址变换器机构中的一个具有并行查寻能力的特殊高速缓冲寄存器。两级页表4、基本分段存储管理方式*为什么引入分段存储管理方式？1.方便编程 2.信息共享 3.信息保护 4.动态增长 5.动态链接分页和分段的主要区别？（八成考问答）*1页是信息的物理单位，分页是为了实现离散分配方式以消减内存的外零头，提高内存利用率；段则是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好地满足用户的需要2页的大小固定且由系统决定，由系统把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的，因而在系统中只能有一种大小的页面；而段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编译程序在对源程序进行编译时，根据信息的性质来划分。3分页的作业地址空间是一维的，即单一的线性地址空间，程序员只需利用一个记忆符，即可以表示一个地址；而分段的作业地址空间则是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 6 页 -