实用操作系统期末考试重点.docx

第一章 计算机系统概述1.1计算机基础构成处理器 主存储器 I/O模块 系统总线处理器和存储器交换数据 存储器和I/O交换数据1.3指令的执行1.4中断为什么要中断：I/O设备比处理器慢中断的类别：程序中断，时钟中断，I/O中断，硬件失效中断1.4.4多道程序设计处理器有多个程序需要执行，当一个中断处理完成后，处理器控制权不一定返回被中断的用户程序，而是根据优先级，可能转移到其他待运行的程序。1.5存储器的层次的结构1.7直接内存存取可编程i/o中断驱动直接存储器访问1.8多处理器和多核第二章 操作系统概述操作系统：控制应用程序执行的程序，充当应用程序和计算机硬件之间的接口操作系统提供的服务：程序开发 程序运行 I/O设备访问 文件访问控制 系统访问 错误检测和响应 审计2.2操作系统的发展2.2.1串行处理程序员直接与硬件打交道2.2.2简单批处理系统监控程序完成调度、错误处理等2.2.3多道程序批处理系统一个程序在等待i/o操作，处理器能转换到另外一个程序2.2.4分时系统多个用户共享处理器时间2.2.5实时系统即时响应 高可靠性2.2.6网络操作系统2.2.7分布式操作系统2.2.8云计算操作系统2.3主要的成就进程 内存管理 信息保护和安全 调度和资源管理 系统结构2.3.1进程组成部分：一段可执行的程序 程序所需要的相关数据 程序的执行上下文2.3.2内存管理进程隔离 自动分配和管理 支持模块化程序设计 保护和访问控制 长期存储 虚存2.3.3信息保护和安全23.4调度和资源管理公平性 有差别的响应性 有效性23.5系统结构2.4现代操作系统的特征多线程 对称多处理 分布式操作系统 面向对象设计2.5虚拟机第三章 进程描述和控制一个具有一下特征的活动单元：一组指令序列的执行、一个当前状态和一组相关的系统资源集合3.1.2进程和进程控制块进程可以被表征为一下元素：标识符 状态 优先级 程序计数器 内存指针 上下文数据 I/O状态信息 审计信息 ，存放在进程控制块的数据结构中(Process Control Block)进程=程序代码+数据+PCB3.2进程状态通过进程的轨迹是如何被交替执行来描述处理器的行为3.2.2进程的创建和终止进程的创建：新的批处理作业 交互登陆 OS因为提供一项服务而创建 由现有的进程派生进程的终止：正常完成 算术错误 数据误用3.2.3五状态模型多个阻塞队列（按照事件分） 多个就绪队列（按照优先级分）3.2.4被挂起的进程除非代理显式地命令系统进行状态转换，否咋进程无法从这个状态中转移3.3进程描述OS是管理系统资源的实体：控制计算机系统的内部事件 为处理器执行进程进行调度和分派 给进程分配资源 响应用户程序的基本服务请求3.3.1操作系统的控制信息内存表 I/O表 文件表 进程表内存表所包含的信息：分配给进程的主存 分配给进程的辅存 主存块或虚拟内存块的任何保护属性，如共享区域的访问保护，管理虚拟内存所需要的任何信息I/O表：io设备的状态，io操作的状态，作为io传送的源和目的地主存单元地址文件表：文件的存在性，在辅存中的位置，文件的当前状态，文件的属性，大部分信息由文件管理系统维护和使用进程表：进程加载的位置，进程映像（用户程序，用户数据，系统栈，进程控制块）3.3.2进程控制块PCBPCB:进程标识 处理器状态信息 进程控制信息PCB作用：进程调度 资源管理 中断处理 性能监控和分析通过唯一的进程ID访问PCB3.4进程控制3.4.1执行模式用户模式 系统模式/控制模式/内核模式 模式切换3.4.2进程创建（1）给新进程分配一个唯一的进程ID（2）给进程分配空间（3）初始化进程控制块PCB（4）设置正确的连接（5）创建或扩充其他数据结构3.4.3进程切换时钟中断 io中断 内存错误 陷阱 系统调用3.5操作系统的执行3.5.1无进程内核3.5.2在用户进程中执行执行OS代码时，切换到内核模式。在同一进程中执行，只进行模式切换，不需要进程切换3.5.3基于进程的OS3.6安全问题3.7Unix svr4进程管理第四章 线程4.1进程和线程多线程是指OS支持在一个进程中执行多个线程的能力4.1.2线程功能特性派生 阻塞 解除阻塞 结束4.2进程分类4.2.1用户级和内核级线程纯粹的用户级线程优点：线程切换不需要模式切换，调度算法可以是应用程序专用的，可以在任何OS中运行缺点：系统调用引发阻塞，一个多线程应用程序无法利用多处理器技术纯粹内核级线程内核管理进程和线程的上下文信息，基于线程调度优点：内核可以调度同一个进程的多个线程到多个处理器上同时运行。线程的阻塞不会引起同一进程内其他进程的阻塞，内核进程自身也可以使用多线程缺点：进程内线程切换需要模式切换组合方法4.3多核和多线程4.3.1多核系统上的软件性能4.4微内核第七章 内存管理内存=OS使用+用户使用7.1内存管理的需求重定位 保护 共享 逻辑组织 物理组织7.1.1重定位内存访问必须映射到新的物理地址7.1.2保护7.1.3共享7.1.5物理组织覆盖计数允许不同的模块被指派到同一内存区块7.2内存分区7.2.1固定分区放置算法大小相等的分区任意一块。大小不等的分区最小适合7.2.2动态分区外部碎片OS不时地移动进程，使得进程占用空间连续，并且所有空闲空间连成一片。最佳适配 首次适配 临近适配7.2.3伙伴系统7.2.4重定位逻辑地址 相对地址 物理地址7.3分页内存地址=页号+偏移量7.4分段地址=短号+偏移量7.5安全问题7.5.1缓冲区溢出攻击内存越界，输入到一个缓冲区或者数据保存区域的数据超过了其容量，从而导致覆盖了其他信息的一种情况。攻击者造成并利用这种状况使系统崩溃或者通过插入特质的代码来控制系统编译时防御系统 运行时防御系统第八章 虚拟内存8.1硬件和控制结构常驻集：进程执行中任何时候都在主存中的部分系统抖动：处理器大部分时间都用于交换块，而不是执行指令。局部性原理虚拟内存所需要的支持：硬件必须支持分页或分段 Os必须能管理页或段在主存和辅存间的移动8.1.2分页两级页表 倒排页表每次虚存访问需要访问两次物理内存8.1.2分段8.1.4分段和分页的结合分页透明 分段可见8.2操作系统软件OS的内存管理设计取决于：是否使用虚拟内存技术 使用分页还是分段或者是两者结合 为各种存储管理特征采用的算法8.2.1读取策略请求时分页 预约式分页8.2.2放置策略最佳替换算法（OPT） 最近最少使用（LRU） 先进先出（FIFO） 时钟8.2.4驻留集管理8.2.5清除策略确定何时将一个被修改过的页写回辅存请求时清除 预约式请求 回顾页缓冲第九章 单处理器调度长程调度：决定加入到待执行的进程池中中程调度：决定加入到部分或全部在内存中的进程集合中短程调度：决定哪一个可用进程将会被处理器执行I/O调度：决定哪一个进程挂起的I/O请求将会被可用的I/O设备处理响应时间 吞吐率 处理器效率9.2调度算法9.2.1短程调度准则面向用户：周转时间 响应时间 最后期限 可预测性面向系统：吞吐量 处理器使用率 公平性 强制优先级 平衡资源9.2.2优先级低优先级的进程可能饥饿：允许一个进程动态改变优先级（执行历史，等待时间）9.2.3选择调度策略基于优先级 基于资源需求 基于进程执行特性抢占 非抢占周转时间=结束时间-到达时间=驻留时间=等待时间+服务时间归一化周转时间=周转时间/服务时间9.2.3调度策略之调度算法先到先服务轮转最短进程优先最短剩余时间最高相应比反馈9.2.5公平共享调度第十一章 I/O管理和磁盘调度三种i/o通信技术:可编程io,中断驱动io,直接存储访问（DMA）可编程和中断驱动io缺点：（1） i/o传送速度受限于处理器测试设备和提供服务的速度（2） 处理器忙于管理i/o的传送工作（3） 处理器必须执行很多指令才能完成i/o操作11.4i.o缓冲采用缓冲的原因：可能发生单进程死锁11.4.1单缓冲区11.4.4缓冲的作用缓冲是用来平滑i/o需求的峰值的一种技术，但当进程的平均需求大于i/o设备的服务能力时，缓冲再多也不能让i/o设备与这个进程一直并驾齐驱。11.5磁盘调度11.5.1磁盘性能参数寻道时间 旋转延迟 存取时间 旋转定位感知 T=b/(rN) T:传送时间 b:要传送的字节数 r:旋转速度，转/秒 N:一个磁道中的字节数 11.5.2磁盘调度先进先出 优先级 后进先出 最短服务时间优先 SCAN C-SCAN 11.6独立磁盘冗余阵列11.7磁盘高速缓冲i/o请求时，先查看是否在磁盘高速缓冲中，在，则直接从缓冲区读取，否则从磁盘读入缓冲区，然后从缓冲区读取。第十二章 操作系统12.1.2文件结构