操作系统名词解释.doc

操作系统(operating system)是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源、合理地组织工作流程以及方便用户的程序集合。操作系统的特征1、并发性(Concurrence)并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。具有此特性的程序称并发程序。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间间隔内宏观上有多道程序同时运行，但在微观上可能是交替或顺序运行的。并行性(parallel）是指两个或多个事件在同一时刻发生。具有此特性的程序称并行程序。并行执行意即同时执行。并行是一种物理的、或微观的同时性概念。并发是一种逻辑的、或宏观的同时性概念。单处理机系统不能实现并行，但可实现并发。多处理机系统既可实现并发，又可实现并行。2共享性是指OS与多个用户程序共同使用计算机系统中的资源。资源共享方式互斥共享：指某个资源在一段时间内只允许一个进程使用，这种资源称临界资源。 同时共享：指某个资源在一段时间内允许多个进程同时使用。但这里的同时的概念是宏观的，微观上则可能是交替地对资源进行访问。3、虚拟性虚拟是指将一个物理的实体变为若干个逻辑上的对应物。前者是实的后者是虚的，是一种感觉性存在，如虚存、虚网、虚设备、虚文件等。4、异步性 又称:不确定性:多道程序环境下，进程以独立的、不可预知的速度向前推进，即为异步运行方式。但只要运行环境相同，进程虽经多次运行，都会得到完全相同的结果。注意：并发性和共享性是OS的两个最基本的特征，这两者之间又是互为存在条件的。1.6 操作系统的分类批处理操作系统（多道批处理）分时操作系统实时操作系统 （前三个为基本操作系统）嵌入式操作系统个人计算机操作系统网络操作系统分布式操作系统1.7 操作系统的功能1、处理机管理 2、存储管理 3、设备的管理 4、文件管理 5、用户接口进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的独立单位。作业：把一次业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的全部工作，称为作业进程状态间转换在进程运行过程中，由于进程自身进展情况及外界环境的变化，这三种基本状态可以依据一定的条件相互转换 j 就绪运行 k 运行就绪 l 运行等待 m 等待就绪利用P、V操作解决同步与互斥问题1、根据问题描述，列出各进程（实体）要执行的程序（行为步骤），找出临界资源。2、为每一个临界资源设置信号量。确定信号量的初值，通常取为临界资源的个数。3、互斥问题中，在临界区前面加P（S），临界区后面加V（S）。4、同步问题中，P、V操作必须在合作进程中成对出现，有一个P操作就一定有一个V操作。进程调度算法一、 先来先服务（FCFS/FIFO)该法总是把处理机分配给最先进入就绪队列的进程，一个进程一旦分得处理机，便一直执行下去，直到该进程完成或阻塞时，才释放处理机。二、 最短CPU运行期优先调度法（短进程优先调度算法）(SCBF-Shortest CPU Burst First)该法从就绪队列中选出“下一个CPU执行期”最短的进程，为之分配处理机。三、 基于优先数的调度（HPFHighest Priority First）优先选择就绪队列中优先级最高的进程投入运行，优先级根据优先数来决定，优先数越小，优先级越高。（HPFHighest Priority First）四、 时间片轮转调度算法(RRRound Robin)把CPU时间划分成若干时间片，并且按顺序赋给就绪队列中的每一个进程，进程轮流占有CPU，当时间片用完时，即使进程未执行完毕，系统也剥夺该进程的CPU，将该进程排在就绪队列末尾。同时系统选择另一个进程运行。(RRRound Robin)五、多级反馈队列调度算法在系统中设置多个就绪队列，并赋予各队列以不同的优先权。死锁：一组进程中，每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源，因而永远无法得到的资源，这种现象称为进程死锁，这一组进程就称为死锁进程。若死锁发生，会浪费大量系统资源，甚至导致系统崩溃。银行家算法中的数据结构：Available 可利用的资源数Maxi 进程i需求的最大资源数Allocationi 已分配进程i资源数Needi 进程i还需资源数Requesti 进程i请求资源数4.5.1 简单页式(simple paging)将逻辑地址空间和物理内存划分为固定大小的页或页框(page or page frame)，程序加载时，分配其所需的所有页，这些页不必连续。需要CPU的硬件支持。在分页存储管理的方式中，如果不具备页对换功能，则称为基本的（纯）分页管理方式，又称静态页式管理。不具有支持实现虚拟存储器的功能，要么全部调入，要么全部不调入。页与物理块页：将一个进程的逻辑地址空间分成若干个大小相等的片，称为页。物理块：把内存空间分成与页相同大小的若干个存储块，称为物理块或页框。页大小应是2n，通常为512B8KB。小内碎片小；从而减少内存碎片的总空间，有利于提高内存的利用率。但也会使每个进程占用较多的页。从而导致进程的页表过长。大页表短，管理开销小，交换时对外存I/O效率高，却会使页内碎片增大。简单段式简单段式管理的基本原理将进程的地址空间划分为若干个段(segment)，程序加载时，分配其所需的所有段（内存分区），这些段不必连续；物理内存的管理采用动态分区。需要CPU的硬件支持。设备的独立性（Device Independence）也称为设备无关性，指用户编程时使用逻辑设备名，所使用的设备与实际使用的设备无关。5.1.3 设备的分类1、按数据传输率分类低速设备。它是指传输速度为每秒中几个字节至数百个字节的一类设备。中速设备。高速设备。2、按信息交换的单位分类 块设备（Block Device）以数据块为单位存储、 传输信息，如磁盘，磁带，光盘。磁盘的基本特征是传输速度较高，另一特征是可寻址，即可随即地读/写任意一块；再一个特征是采用DMA方式。字符设备（Character Device）以字符为单位存储、传输信息。如打印机，终端、键盘，鼠标和串口设备。基本特征：速率较低；不可寻址；即不能指定输入时的源地址及输出时的目标地址；中断I/O方式。3、从设备的共享属性分类独占设备在一段时间内只能有一个进程使用的设备。（如打印机，磁带等）共享设备在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高。（如硬盘）虚拟设备它是指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户进程同时使用，通常把这种经过虚拟技术处理的设备，称为虚拟设备。目的：将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备，提高设备的利用率。实例：Spooling技术，利用虚设备技术用硬盘模拟输入输出设备。4、按使用特性分类存储型设备 输入输出型设备（交互型设备） 终端设备 脱机设备Spooling（Simultaneous Peripheral Operating On-Line）技术是以通道为基础，在OS的配合下，实现联机情况下输入、输出外围操作同时进行，也称为假脱机操作。是OS中统一管理信息资源的一种软件，管理文件的存储、检索、更新，提供安全可靠的共享和保护手段，并且方便用户使用。文件：一组带标识的在逻辑上有完整意义的信息项的序列，这个标识为文件名。 信息项：构成文件内容的基本单位。 长度单位：字节。 文件内容的意义：由文件的建立者和使用者解释。文件管理系统是指文件和对文件进行操纵和管理的软件集合。先来先服务：按访问请求到达的先后次序服务。优点：简单，公平；缺点：效率不高，相临两次请求可能会造成最内到最外的柱面寻道，使磁头反复移动，增加了服务时间，对机械也不利。最短寻道时间优先：优先选择距当前磁头最近的访问请求进行服务，主要考虑寻道优先。 优点：改善了磁盘平均服务时间； 缺点：造成某些访问请求长期等待得不到服务。扫描算法（电梯算法）：克服了最短寻道优先的缺点，既考虑了距离，同时又考虑了方向。具体做法：当设备无访问请求时，磁头不动；当有访问请求时，磁头按一个方向移动，在移动过程中对遇到的访问请求进行服务，然后判断该方向上是否还有访问请求，如果有则继续扫描；否则改变移动方向，并为经过的访问请求服务，如此反复。进程VS程序1、进程是由程序和数据两部分组成的2、进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和可以复制。3、进程是暂时的，有生命周期；程序是永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。4、进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）。5、进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。6、进程具有创建其他进程的功能，而程序没有。页式管理VS段式管理分页是出于系统管理的需要，分段是出于用户应用的需要。一条指令或一个操作数可能会跨越两个页的分界处，而不会跨越两个段的分界处。页大小是系统固定的，而段大小则通常不固定。逻辑地址表示：分页是一维的，各个模块在链接时必须组织成同一个地址空间；分段是二维的，各个模块在链接时可以每个段组织成一个地址空间。分页系统分段系统单一地址空间二维地址空间页是物理单位段是逻辑单位页的大小固定段的大小可变对用户透明对用户可见单段式虚拟多段式虚拟通常段比页大，因而段表比页表短，可以缩短查找时间，提高访问速度。内碎片Internal fragmentation ：占用分区之内未被利用的空间。外碎片External fragmentation ：占用分区之间难以利用的空闲分区（通常是小空闲分区）分时系统将处理机运行时间分成很短的时间片，轮流分配给终端用户。分时系统解决了批处理系统用户不能控制程序运行问题，又解决了手工阶段计算机效率不高问题。多道程序设计是指允许多个程序同时进入内存并运行。并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。具有此特性的程序称并发程序。并行性(parallel）是指两个或多个事件在同一时刻发生。具有此特性的程序称并行程序。进程的三种基本状态：运行、就绪、等待。进程控制块（PCB）：系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构，用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程。进程映象由进程基本控制块（proc结构）、正文段和数据段组成。内核：是加在硬件上的第一层软件，通过执行各种原语操作来实现各种控制和管理功能，具有创建进程 、撤消进程、进程通信、资源管理的功能。系统中某些资源一次只允许一个进程使用，称这样的资源为临界资源或互斥资源或共享变量。在每个进程中访问临界资源的代码称为临界区。进程同步：指系统中一些进程需要相互合作，共同完成一项任务。具体说，一个进程运行到某一点时要求另一伙伴进程为它提供消息，在未获得消息之前，该进程处于等待状态，获得消息后被唤醒进入就绪态。线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位。管道是一个共享文件，又称为pipe文件，接收进程从管道中读数据，发送进程向管道写数据。用来对作业进行描述的数据结构称为作业控制块进程调度按一定的调度算法从就绪队列中选中一个进程，把CPU的使用权交给被选中的进程。中断是指计算机在执行期间，发生任何非寻常的急需处理的事件，使得CPU暂时终止当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来终止点继续执行。引起中断发生的事件称为中断源。中断源向CPU发出的中断处理信号称为中断请求。CPU收到中断请求后转相应的事件处理程序称为中断响应。中断屏蔽是指在中断请求发生之后，系统用软件方式有选择地封锁部分中断而允许其余部分的中断仍能得到响应。周转时间：作业从提交开始到进入停止状态的时间。周转时间运行时间等待时间平均周转时间：系统中所有作业周转时间的平均值。它反映了作业的平均运行时间、作业的平均等待时间。平均周转时间平均运行时间平均等待时间带权周转时间：周转时间与实际运行时间的比为带权周转时间。平均带权周转时间：系统中所有作业的带权周转时间的平均值。 平均带权周转时间越小，系统中作业的等待时间越短， 同时系统的吞吐量越大， 系统资源的利用率也就越高。响应比=响应时间/运行时间=1+等待时间/运行时间重定位：在可执行文件装入时需要解决可执行文件中地址（指令和数据）和内存地址的对应。内存紧缩：将各个占用分区向内存一端移动。使各个空闲分区聚集在另一端，然后将各个空闲分区合并成为一个空闲分区。编译时目标模块的地址（相对地址）从0开始。可重定位装入程序，根据内存当时的使用情况，将装入模块装入到内存中某个位置。装入时对目标程序的指令和数据地址进行重定位。地址变换是在装入时一次完成，以后不再改变，故为静态重定位。即：装入时根据所定位的内存地址去修改每个重定位地址项，添加相应偏移量。优点：不需硬件支持，可以装入有限多道程序（如MS DOS中的TSR）。缺点：一个程序通常需要占用连续的内存空间，程序装入内存后不能移动。不易实现共享。动态装入：在可执行文件中记录虚拟内存地址，装入和执行时通过硬件地址变换机构，完成虚拟地址到实际内存地址的变换。(dynamic run-time loading)优点：程序可离散存放，可移动，有利于共享。能够支持程序执行中产生的地址引用，如指针变量。缺点：需要硬件支持（通常是CPU），OS实现较复杂。它是虚拟存储的基础。最先匹配法(first-fit)：按分区的先后次序，从头查找，找到符合要求的第一个分区。FF算法要求空闲分区链以地址递增的次序链接。该算法倾向于优先利用内存中低址部分的空闲分区，从而保留了高址部分的大空闲区。该算法的分配和释放的时间性能较好。下次匹配法(next-fit)：按分区的先后次序，从上次分配的分区起查找（到最后分区时再回到开头），找到符合要求的第一个分区。应设置一起始查寻指针，并采用循环查找方式。该算法的分配和释放的时间性能较好，使空闲分区分布得更均匀，但较大的空闲分区不易保留。最佳匹配法(best-fit)：找到其大小与要求相差最小的空闲分区。“最佳”的含义是指每次为进程分配内存时，总是把既能满足要求、又是最小的空闲分区分配给进程，避免了“大材小用”。从个别来看，外碎片较小，但从整体来看，会形成较多外碎片。较大的空闲分区可以被保留。最坏匹配法(worst-fit)：找到最大的空闲分区局部理性原来：基本不留下小空闲分区，但较大的空闲分区不被保留。指程序在执行过程中的一个较短时期，所执行的指令地址和指令的操作数地址，分别局限于一定区域。时间局部性：一条指令的一次执行和下次执行，一个数据的一次访问和下次访问都集中在一个较短时期内；空间局部性：当前指令和邻近的几条指令，当前访问的数据和邻近的数据都集中在一个较小区域内。最佳算法（opt）选择“未来不再使用的”或“在离当前最远位置上出现的”页面被置换。先进先出算法(FIFO)选择居留内存时间最长的页面被置换。最近最久未使用算法(LRU) 选择内存中最长时间未使用的页面被置换。由于需要记录各页面自上次访问以来所经历的时间，采用软件或硬件方式实现，开销大，成本高。实现困难。实际中常采用一种近似算法。最不常用算法（LFU)选择到当前时间为止被访问次数最少的页面被置换；页面缓冲算法需要调入新的物理页面时，将新页面内容读入到空闲页面链表的第一项所指的页面，然后将第一项删除。抖动：导致系统效率急剧下降的主存和辅存之间的频繁页面置换现象。块设备（Block Device）以数据块为单位存储、 传输信息，如磁盘，磁带，光盘。字符设备（Character Device）以字符为单位存储、传输信息。如打印机，终端、键盘，鼠标和串口设备。设备的独立性（Device Independence）也称为设备无关性，指用户编程时使用逻辑设备名，所使用的设备与实际使用的设备无关。总线的基本概念 在计算机系统内各种子系统，如CPU、内存、I/O设备等之间，构建公用的信号或数据传输通道，这种可共享连接的传输通道称为总线。文件的逻辑结构：从用户角度看文件，研究文件的组织形式。文件的物理结构：是从系统的角度来看文件，从文件在物理介质上的存放方式来研究文件。连续（顺序）文件：件的信息存放在若干连续的物理块中。链接（串联）文件：一个文件的信息存放在若干不连续的物理块中，各块之间通过指针链接，前一个物理块指向下一个物理块。索引文件：非连续组织的另一种方法，记录的关键字与地址存在某种关系。分为直接地址结构文件、索引文件和散列文件。 索引文件的信息存放在若干不连续物理块中，系统为每个文件建立一个专用数据结构-索引表，并将这些块的块号存放在一个索引表中。 一个索引表就是磁盘块地址数组，其中第i个条目指向文件的第i块。文件目录：文件控制块FCB的有序集合。目录项：构成文件目录的项目（就是FCB）。目录文件：为了实现对文件目录的管理，通常将文件目录以文件的形式保存在外存，这个文件就叫目录文件。文件控制块（FCB）：是OS为管理文件而设置的数据结构，存放了为管理文件所需的所有有关信息。FCB是文件存在的标志。文件寻址：根据FCB中文件物理地址等信息，求出文件的任意记录或字符在存取介质上的地址，称为文件寻址。为了提高文件检索速度，文件系统向用户提供了一个当前正在使用的目录，称为当前目录。查找一个文件可从当前目录开始，使用部分路径名；当前目录可根据需要任意改变。当前目录一般存放在内存。簇： DOS将若干个连续扇区作为存储分配的单位, 称为簇。海量转储：定期将所有文件拷贝到后援存储器。增量转储：只转储修改过的文件，即两次备份之间的修改，减少系统开销。DMA方式 VS 中断方式：1、中断方式是在数据缓冲寄存区满后，发中断请求，CPU进行中断处理；DMA方式则是在所要求传送的数据块全部传送结束时要求CPU进行中断处理，大大减少了CPU进行中断处理的次数。2、中断方式的数据传送是由CPU控制完成的；而DMA方式则是在DMA控制器的控制下不经过CPU控制完成的。3、DMA仅限于数据块的输入/输出操作，而中断方式除了用于输入/输出外，还可用于故障诊断等任务，意义广泛得多。 4、在DMA过程中，若遇到出错信号或收到新的启动输入/输出指令，仍可中断现行程序，进入中断服务程序。而中断除了可对DMA控制器工作前及工作后提供处理外，还可通过测试DMA的状态或中断条件，以实施对DMA及有关设备控制器的监控。可见，DMA和中断是可以并存的。通道 VS DMA控制器：（1）数据交换实现方式：DMA控制器是借助硬件完成的，而通道是执行通道程序完成的。 （2）设备控制方式：一个DMA控制器只能连接同类外设，且如果是多台同类外设，则它们只能是以串行方式工作。一个通道可以连接多个不同类型的设备控制器，而一个设备控制器又可以管理一台或多台外围设备，这就构成了典型的多级层次结构，众多外设均可在通道控制下同时工作。 （3）对CPU的依赖程度：DMA控制器需要CPU对多个外设进行初始化（包含DMA控制器本身）。CPU只需发一个I/O指令启动