操作系统原理知识总结.doc

第一章操作系统的定义：操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制协调多个任务的活动，实现信息的存取保护，并提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。操作系统的基本功能：存储器管理功能、处理机管理功能、设备管理功能和文件管理功能。操作系统的特征：并发特征、共享特征、虚拟特征、不确定性。（并发和共享是操作系统的两个最基本特征，它们互为存在条件。）操作系统的分类：（1）单道与多道批处理系统，分时系统，实时系统，网络操作系统与分布式操作系统，嵌入式操作系统。 （2）单用户单任务操作系统，单用户多任务操作系统，多用户多任务操作系统。批处理系统的缺点：单道批处理：由于同一道作业的可并发的进程不多，大多数进程是有同步关系的，这样系统中仍有较多的空闲资源，致使系统的性能较差。多道批处理：（1）资源利用率高（优点） （2）系统吞吐量大（优点） （3）平均周转时间长 （4）无交互能力。第二章作业：作业时有程序、数据和作业说明书组成的，系统通过作业说明书控制以文件形式存在的程序和数据，并运行执行。作业调度时，操作系统调度程序遵循原则：单位时间应并发运行尽可能多的用户作业；使CPU尽可能保持“忙”，不空闲，以提高CPU资源的利用率；I/O设备应尽可能保持“忙”，不空闲，以提高设备资源的利用率；各类型的作业平等。作业调度的原则体现在一个指标-各作业的平均周转时间上。设i作业的周转时间为Ti=Tci-Tsc（Tci为作业完成的时间，Tsc为作业的提交时间）平均周转时间为：T=（Ti）/n平均带权周转时间为：W=（Ti/Tri）/n（其中Tri为作业的运行时间。）响应比为：Rp=1+（作业等待时间）/（作业执行时间）第三章进程：它是指程序在一个数据集合上运行的过程，是系统进行资源分配和调度运行的一个独立单位，有时也称活动、路劲或任务。进程的分类：系统进程、用户进程。进程的状态：运行状态、阻塞状态、就绪状态。（在具有挂起和激活的系统中，又增加了两种基本的进程状态：静止就绪和静止阻塞。）进程三状态的特征：运行状态：进程正在处理机上运行的状态，该进程已经获得必要的资源，也获得了处理机，用户程序正在处理机上运行。阻塞状态：进程等待某种事件完成而暂时不能运行的状态，处于该状态的进程不能参加竞争处理机，此时，即使分配给它处理机，他也不能运行。就绪状态：该进程运行所需的一切条件都得到满足，但因为处理机资源个数少于进程个数，所以该进程不能运行，而必须等待分配处理机资源，一旦获得处理机就立即投入运行。进程的结构组成：程序段、私有数据块、进程控制块(PCB)、缓冲区。原语：不可中断的进程叫做原语。线程的类型：内核支持线程、用户级线程。进程状态演变图：进程调度的方式：非剥夺式、剥夺式。 剥夺式：指当系统按照某种原则发现一个比现运行进程更合适、更应该占用CPU的进程时，系统将强迫处于运行状态的进程将CPU的使用权交给这个更适合的进程。常见的剥夺原则有优先权原则、短进程优先原则、时间片原则。 非剥夺式：指一旦某个进程占用了CPU，除非是由于它自身原因自动放弃CPU，否则它将一直运行下去直到完成。临界资源：某段时间内只允许一个进程使用的资源称为临界资源。临界区：一个进程访问临界资源的那段程序代码。信号量：有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。P/V操作：（ P表示通过的意思，V表示释放的意思。）P/V操作由P操作原语和V操作原语组成，其意思是指，在一个整型变量S（亦称信号灯或信号量）上定义的两个操作。线程的分类：内核支持线程、用户级线程。 内核支持线程：依赖于内核。即无论是在用户进程中的线程，还是系统进程中的线程，他们的创建、撤销和切换都是由内核实现。 用户级线程：仅存于用户级中，对于这种线程的创建、撤销和切换，都不利用系统功能调用来实现，因而这种线程与内核无关 。生产者与消费者问题： 生产者与消费者可以通过一个环形缓冲池联系起来，环形缓冲池由几个大小相等的缓冲块组成，每个缓冲块容纳一个产品。每个生产者可以不断地每次往缓冲池送一个生产产品，而每个消费者则可不断地每次从缓冲池中取出一个产品。当缓冲池全满时，表示供过于求，生产者必须等待，同时唤醒消费者；当缓冲池全空时，表示供不应求，消费者应等待，同时唤醒生产者。死锁产生的原因：系统提供的资源不能满足每个进程的使用； 多道程序运行时，进程推进程序不合理。死锁的条件：互斥条件、不剥夺条件、请求和保持条件、环路等待条件。预防死锁：破坏“请求和保持条件”、破坏环路条件、资源受控动态分配。第四章地址重定位：我们把用户程序装入内存时，对有关指令的逻辑地址部分的修改定义为地址重定位，即地址重定位是建立用户程序的逻辑地址与物理地址之间的对应关系。（分为静态地址重定位和动态地址重定位）逻辑地址：在逻辑空间中每条指令的地址和指令中药方位的操作数地址统称为逻辑地址。虚拟内存器技术的基本思想：把有限的内存空间与大容量的外存统一管理起来，构成一个远大于实际内存的、虚拟的存储器。固定分区存储管理基本思想：在作业未进入内存之前，就由操作员或操作系统把内存可用空间划分成若干个固定大小的存储区，除操作系统占用一个区域外，其余区域为系统中多个用户共享，因为在系统运行期间，分区大小、数目都不变，所以固定分区也称为静态分区。可变式分区存储管理基本思想：在作业装入时，依据它对内存空间实际的需求量来划分主存的分区，因此，每个分区的尺寸与进入她的作业大小相同。所以可变分区也称为动态分区。常用的三种分配算法： 首次适应算法：把空闲分区按其在存储空间中地址递增的顺序链接在一起。当用户申请一内存空间时，从空闲区链表的头指针开始查找，选择第一个满足要求的空闲分区，如果它不等于作业大小，将其分成两部分，一部分给作业，另一部分仍留在空闲区链表中。最佳适应算法：把空闲分区链表按分区大小由小到大进行组织。当有作业申请内存时，总是首先找到满足要求的最接近于作业大小的空闲分区。因分区大小与作业相近，从而避免将较大的分区分成两部分，当有较大的作业要求分配内存时，容易得到满足。最差适应算法：把空闲分区按大小递减的顺序组织成空闲区链表。当用户申请一个存储区时，总是检查空闲区链表的第一个空闲区是否满足要求，若不满足，分配失败；若满足，则总将空闲分区分配给用户，然后修改和调整空闲区链表。纯分页存储管理思想：把内存空间分成大小相等、位置固定的若干个小分区，每个小分区成为一个存储快，简称快，并依次编号为0，1,2,3，。n快，每个存储块的大小由不同的系统决定，一般为2的n次幂，如1k，2k，4k等，一般不超过4k。纯分段存储管理思想：在分段存储管理中，作业的地址空间由若干个逻辑分段组成，每一分段是一组逻辑意义的完整的信息集合，并有自己的名字（段名）。每一段都是以0开始的连续的一维地址空间，整个作业则构成了二维地址空间。地址变换（分段存储管理）：进行地址变换时，先将逻辑地址中的段号和段表控制寄存器的段表长度进行比较，若段号超过段表长度则产生越界中断。否则，系统将根据段号和段表控制寄存器中的段表起始地址计算出该段在段表中的位置。从该位置中将获得该段存放在内存中的起始地址，然后，检查段内位移是否超过该段的段长，若超购则产生越界中断。否则，将该段在内存的起始地址与逻辑地址的段内位移相加就可得到要方位的物理地址。请求分页存储管理思想：在进程开始执行之前，首先从外存将进程的一部分装入内存便开始执行，在执行过程中若发现所要访问的数据或指令不在内存，便由硬件产生缺页中断信息，动态的装入相应的页面。当内存无空闲块或分配给该进程的物理块已经用完，而又有新的页面需要装入时，则根据某种置换算法淘汰已在内存的某个页面，装入新的页面，进程继续进行。如此反复知道进程运行结束。页面置换算法：采取什么办法淘汰掉内存中的某些页为必须进入内存的页面腾出空间的一种策略。（分为：最优算法（OPT算法）、先进先出算法（FIFO算法）、时钟置换算法、最久未使用页面置换算法（LRU算法）段页式存储管理：作业地址空间进行段式管理。每段内再分成若干个大小固定的页，每段都从零开始为自己的各页依次编写连续的页号。对内存空间的管理，将其分成若干个和页面大小相同的物理块，对内存空间的分配是以物理块为单位的。作业的逻辑地址包括3个部分：段号、页号和页内位移。为实现地址变换，段页式系统设立了段表。第五章设备管理：指对数据传输控制和对除中央处理机、主存储器之外的所有其他设备的管理。设备类型：按操作特性分类：存储设备和输入/输出装备。按传输的信息特点分类：字符设备和块设备。按系统和用户的观点分类：系统设备和用户设备。按使用角度的观点分类：独占设备和可共享设备。数据传送控制方式：程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式、通道控制方式。DMA方式特点：数据传送的基本单位是数据块。即CPU与I/O设备之间，每次传送的至少是一个数据块。所传送的数据是从设备送内存，或者相反。仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需中断CPU，请求干预，整块数据的传送是在DMA控制器控制下完成的。DMA的缺点：DMA方式对外设的管理和某些操作仍由CPU控制；另外，多个DMA控制器的同时使用可能会引起内存地址的冲突，同时也不是经济的。通道控制方式类型：字节多路通道、选择通道和数组多路通道。通道控制方式特点：字节多路通道以字节为单位传送信息，它可以分时地执行多个通道程序。选择多路通道一次只能执行一个用到程序，只有执行一个通道程序后才能执行另一个通道程序，所以它一次只能控制一台设备惊醒I/O操作，但它具有传送速度快的特点。数组多路通道以分时方式执行几个通道程序，同时以快为单位传送数据，所以它具有多路通道的分时操作及选择多路通道连接较高速外设的特点。单缓冲/双缓冲/环形缓冲/ 缓冲、缓冲池（简单看书了解）第六章文件：文件是具有标识符（文件名）的一组相关信息的集合。文件系统：文件系统是操作系统中负责存取和管理文件信息的机构。文件的分类：按用途：系统文件、用户文件、库文件。按文件中的数据形式：源文件、目标文件、可执行文件。按操作保护：只读文件、读写文件、执行文件。按文件性质：普通文件、目录文件、特殊文件。按文件的组织结构：流式文件、记录式文件。逻辑结构：用户的观点，主要研究观察到的文件组成形式，用户可以直接处理其中的结构和数据，常称之为逻辑结构。物理结构：实观的观点，主要研究存储介质的实际文件结构，是指文件在外存上的存储组织形式，常称为物理结构或存储结构。逻辑结构的存储方法：顺序存储：它严格按照文件信息单位排列的顺序依次存取，后依次存取总是在前依次存取的基础上进行，所以不必给出具体的存取位置。随即存储：在存取时必须先确定进行存取时的起始位置。物理结构分类及各结构特点：顺序结构、链接结构、索引结构。顺序结构：知道文件在存储设备上的起始地址和文件长度后能快速存取。其缺点是文件长度一经确定后不易改变，不利于文件的扩充和增生，且文件进行某些部分的删除后会留下无法使用的零头空间。链接结构：特点，不需指明文件长度，只需指明文件的第一个块号即可，且文件的逻辑记录可存放不连续的物理块中，能较好地利用外存空间，还易于对文件进行扩充，调整链接指针可对任一信息块进行删除或插入另一物理块的操作。缺点是只能按队列中指针顺序搜索，效率较低，且其存取的方法只能是顺序存储，不宜随机存取。索引结构：优点是可满足文件的动态增长、方便迅速地实现随机存取。缺点是由于使用索引表而增加了存储空间的开销，存取文件时需至少访问文件存储器两次以上，降低了存取速度。文件控制块：为了能对一个文件进行正确的操作，必须为文件设置用于描述和控制文件的数据结构，称之为文件控制块。索引节点：导入索引节点、磁盘索引节点、内存索引节点。单级目录结构：指把系统中的所有文件都建立在一个目录下，每个文件占用其中一个目录项。二级目录结构：指把系统中的目录分成二级。这二级目录分别是主目录和用户文件目录。多级目录结构：由根目录和多级目录组成。空闲块的管理：在实际应用过程中，外存被分成若干个大小相等的物理块，并以块为单位交换信息。外存上物理块分为已被分配的物理块和空闲物理块由文件目录管理。空闲块管理的方法：空闲文件目录、空闲块链、位示图。空闲文件目录：优点，仅当有少量的空闲区时才有好的效果，它适用于连续文件的存储分配。缺点，增加了目录的大小；增加了目录管理的复杂性。空闲块链：优点是简单，但其工作效率低，因为在空闲块链上增加或移动空闲块时需要做许多I/O操作。位示图：优点是占用空间少，位示图几乎可以全部进入内存，但分配时需顺序扫描空闲区，且物理块号并未在图中直接反映出来，需进一步计算。进程与程序的区别以及相互联系：进程是程序的执行过程，是动态的过程，属于一种动态概念，进程的动态性不仅表现在“程序的执行”，而且还表现在他是动态地产生和消亡；而程序是一组静态指令和数据的集合，用来指示处理机的操作，是一种静态概念。从结构上看每个进程的实体都是由程序段和相应的数据段两部分构成的，这一特征与程序的含义相近。一个进程可以设计到一个或几个程序的执行；反之一个程序可以对应多个进程，即同一个程序段可在不同数据集合上运行，可构成不同进程。进程是一个能独立调度并能与其他进程并发执行的单位，它能确切的描述并发活动，而程序段通常不能作为独立调度的单位。进程具有创建其他进程的功能；而一般的程序不具有创建其他程序的功能。操作系统的每一个程序都是在一个进程现场中运行的系统进程与用户进程的区别：系统进程是操作系