东华理工大学期末考试操作系统复习要点整理.doc

1. 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，操作系统是整个计算机系统实现了高效率和高自动化。2. 操作系统的基本功能（1） 存储管理的功能存储管理的主要任务是为多道程序的运行提供环境，方便用户使用存储管理器，提高存储器的利用率，以及能从逻辑上扩充内存，因此，存储管理应具有内存分配、内存保护、地址映射的内存扩充功能。（2） 处理机管理的功能处理机管理的主要任务是对处理机进行分配，并对其运行进行有效的控制和管理。在多道程序环境下，处理机的分配和运行都是以进程为单位，所以对处理机的管理可理解为对进程的管理，进程管理包括以下主要内容：A 进程控制，包括进程的创建、进程的撤销、控制进程在不同的状态间转换。进程控制是通过若干条操作系统提供的进程控制原语和系统功能调用来实现的。B 进程同步，多道程序环境下，进程的运行以人们不可预知的速度向前推进，但由于对某些临界资源的使用方式以及有关进程执行次序的限定，我们希望能控制进程执行的顺序，即对诸进程的运行进行协调。这种协调有两种方式：a、进程互斥方式。b、进程同步方式C.进程通信1） 当需要通信的进程处于同一计算机系统时，通常采用直接通信方式。2） 当需要通信的进程处于不同的系统中时，采用间接通信方式。D.调度。等待在后备队列上的每个作业，通常要经过作业调度和进程调度两步才能执行。（3）设备管理的功能设备管理是操作系统中最庞杂、琐碎的部分，其原因是：设备管理要涉及很多实际的物理设备，它们品种繁多，用法各异。各种外部设备都能和主机并行工作，而且有些设备可能被多个程序所共享。主机和各类外部设备之间的速度可能极不匹配。所以，操作系统设备管理的主要任务是完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设备，提高CPU 和I/O设备的利用率，方便使用I/O设备。具体实现上述任务，设备管理应具有缓冲管理、设备分配和设备处理、虚拟设备等功能。（4）文件管理的功能现代计算机系统总是把程序和数据以文件的形式存储在外存上，这样子实现了把一个共享设备变换成以文件名为标志的多个共享设备，这实际上也是一种虚拟技术。它的实现是由操作系统的文件系统实现的。文件管理的主要任务是对用户文件和系统文件进行管理，方便用户使用，并保证文件的安全性。为此，文件系统应具有对文件存储空间的管理、目标管理、文件的读写管理、文件的共享与保护的功能。3. 操作系统的特征（1） 并发特征 （2）共享特征 （3）虚拟特征 （4）不确定性4. 进程的定义进程是指一个在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，有时也称为活动、路径或任务。5. 进程的分类一类是系统进程，一类是用户进程，他们的区别是：（1） 系统进程是操作系统用来管理系统资源并行活动的并发软件；用户进程是可以独立执行的用户程序段，它是整个操作系统服务的对象，是系统资源的实际享有者。（2） 系统进程之间的关系由操作系统自己负责，这样有利于增加系统的并行性，提高资源的利用率；用户进程之间的关系主要由用户自己负责，为了便于用户管理自己的任务，操作系统提供一套简便的任务调用命令作为协调手段，并在用户根据用户作业的性质（是单任务还是多任务）装入相应的任务调度程序。6. 进程的状态及状态变化图（1） 运行状态：进程正在处理机上运行的状态，该进程已活的必要的资源，也获得了处理机，用户程序正在处理机上运行。（2） 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，它也不能运行。（3） 就绪状态：该进程运行所需的一切条件都得到满足，但因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9. 原语不可中断的进程称为原语，原语通常由若干条指令所组成，原语是操作系统的核心，引进原语的主要目的是为了实现进程的通信和控制。10. 线程的类型线程可分为两类：一类是内核支持线程，他们是依赖与内核的，另一类是用户级线程。11. 线程与进程的区别（1） 在引入线程的操作系统中，把线程作为调度和分派的基本单元，而把进程作为资源拥有的基本单元。（2） 在引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间亦可并发执行，因而是操作系统具有更好地并发性，从而能更有效的使用系统资源和提高系统吞吐量。（3） 进程都是拥有资源的独立单位，它可以拥有自己的资源。线程自己不拥有系统资源，但它可以访问其隶属进程的资源。（4） 由于在创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，因此操作系统所付出的开销将明显的大于在创建或撤销线程时的开销。而线程切换只需保存和设置少量寄存器的内容，进程切换的开销远大于线程切换的开销。12. 进程调度的方式可分为非剥夺式和剥夺式剥夺式调度是指当系统按照某种原则发现一个比现运行进程更适合，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、短进程优先原则和时间片原则。非剥夺式调度是指一旦某个进程占用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。13. 进程互斥两个并行的进程A、B，如果当A进行某个操作时，B不能做这一操作，进程间的这种限制条件成为进程互斥，信号灯和P/V操作常用来实现进程对灵界资源的互斥共享。14. 进程同步我们把进程间的这种必须相互合作的协同工作关系，称为进程同步。15. 用信号量实现进程同步进程间的互斥和同步时一种通信方式，进程通过修改信号或其他方式通知另一进程。通信原语是实现进程间的同步与互斥的一种工具。通常把开锁和关锁、P操作和V操作称为低级通信原语。消息缓冲称为高级通信原语。16. 机构化的同步/互斥机制-管程管程主要有两个部分组成：（1） 局部于该管程的共享数据，这些数据表示了相关资源的状态。（2） 局部于该管程的若干过程，每个过程完成关于上述数据的某种规定操作。局部于管程内的数据结构只能被管程内的过程所访问，反之，局部于管程内的过程只能访问该管程内的数据结构。当进入管程执行管程的某个过程时，如果因某种原因被阻塞，应立即退出该管程，否则就会阻止其他进程进入该管程，而它自己又不能往下执行，这就有可能造成死锁。17. 死锁产生的原因和必要条件。产生死锁的原因：一是系统提供的资源不能满足每个进程的使用；二是在多道程序运行时，进程推进顺序不合理。必要条件：（1） 互斥条件。独占资源，每个资源每次只能给一个进程使用，进程一旦申请到了资源后占为己有，则排斥其他进程享受资源。（2） 不剥夺条件。正在使用的资源不可剥夺，进程获得的资源还未使用完毕之前，只能由占有者自己释放，不能被其他进程强行占用。（3） 请求和保持条件。进程因未分配到新的资源而受阻，但对已占有的资源又不主动释放。（4） 环路等待条件。存在进程的循环等待链，前一进程占有的资源正是后一进程所需要的资源，结果就形成了循环等待的僵持局面。18. 存储管理的主要目的有两个：一个是提高资源的利用率，尽量满足多个用户对主存的要求。二是方便用户使用贮存储器，使用户不必考虑作业放在内存哪块区域，以及如何实现正确运行等复杂问题。19. 存储管理的方式：20. 存储管理要实现的基本功能：（1） 按作业要求进行内存分配并进行适时回收。（2） 实现程序中的逻辑地址到物理地址的重定位。（3） 对操作系统及各用户的信息提供存储保护。（4） 实现主存的逻辑扩充，提供给用户更大的存储空间。21. 内存的分配与回收内存分配按分配的时机不同，可分为两种方式：（1） 静态存储分配：指内存分配是在作业运行之前各目标模块连接后，把整个作业一次性全部装入内存，并在作业的整个运行过程中，不允许作业再申请其他内存，或在内存中移动位置。也就是说，内存分配是在作业运行前一次次性完成的。（2） 动态存储分配，作业要求的基本内存空间是在目标模块装入内存时分配的，但在作业运行过程中，允许作业申请附加的内存空间，或是在内存中移动，即分配工作可以在作业运行前及运行过程中逐步完成。22. 地址重定位分为两种：（1） 静态地址重定位。静态地址重定位是在程序执行之前由操作系统的重定位装入程序完成的。他根据要装入的内存地址，直接修改所有涉及到的逻辑地址，将内存起始地址加上逻辑地址得到正确的内存地址。优点：通过重定位装入程序，实现逻辑地址向物理地址的转化，不需要硬件的支持，可在任何机器上实现。缺点：程序必须占用连续的内存地址空间，且一旦装入内存后，因为逻辑地址已经被改变，就不再移动，不利于内存空间的利用。所以静态地址重定位只适用于静态的内存分配方式。（2） 动态地址重定位。动态地址重定位是在程序执行期间进行的。这种转换由专门的硬件机构来完成，通常采用一个重定位寄存器，在每次进行存储访问时，对取出的逻辑地址加上重定位寄存器的内容，形成正确的内存地址，重定位寄存器的内容是程序装入内存的起始地址也叫首地址。优点：不是要求程序装入连续的内存空间，在内存中允许程序再次移动位置，而且可以部分装入程序运行，也便于作业共享同一程序的副本，因此，现代计算机系统广泛采用动态地址重定位。23. 实存管理实存管理的提法是与虚拟存储管理技术相对应的，其特点是：作业运行时，整个作业的逻辑地址空间必须全部装入内存，当作业尺寸大于主存可用空间时，该作业就无法运行，即实存管理无法实现虚拟存储技术，常用的实存管理技术有固定分区存储管理、可变式分区存储管理和纯分页存储管理。（1） 固定分区存储管理固定分区存储管理是实现多道程序设计的一种最简单的存储管理技术。其基本思想是：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，其余区域为操作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，所以固定式分区也称为静态分区。在固定分区存储管理系统中，每个用户作业运行时可分配到一块足够大的区域，用户作业一次整体装入的分配区，并限制只能在这个分区中运行。由于分区一般不可能刚好等于作业大小，所以分区中常有已分配给某作业，但未被使用的空闲部分，我们把他们称之为分区的内部碎片。为了进行分区的分配与回收，在固定分区存储管理系统中，应有一张记录内存分区使用情况的说明表，分区说明表用来记录各分区的起始地址、分区大小和分区的分配状态。若分配状态为0，则表示该分区未分配；若分配状态为1，则表示分区已经分配。最大的优点：简单，要求的硬件支持少，软件算法也简单，缺点是容易产生内部碎片，主存利用率不高。（2） 可变式分区存储管理可变式分区是指在作业装入时，一句他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它的作业大小相同。故能有效解决固定分区的内部碎片问题，是一种较为实用的存储管理方法。因为在系统运行过程中，内存中分区的数目和大小都是可变化的，所以这种可变式分区也称为动态分区。（3） 常见的分配算法A. 首次适应算法B. 最佳适应算法 ，此种算法把空间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。C. 最差适应算法（4） 纯分页存储管理基本思想：把内存空间分成大小相等、位置固定的若干个小分区，每个小分区称为一个存储块，一般为2的N次幂，如1K,2K,4K等，一般不超过4K。（5） 纯分段存储管理基本思想：在分段存储管理中，作业的地址空间有若干个逻辑分段组成，每一分段就是一组逻辑意义完整的信息集合，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。分段存储管理是以段为基本单位分配内存，且每一段必须是连续的内存空间，但各段之间不要求连续，由于各段的长度不一样，所以分配的内存空间大小也不一样。24. 请求式分页存储管理请求式分页存储管理是与虚拟存储器密切相关的，它是实现虚拟存储管理的重要方法之一，也是对静态分页存储管理方法的改进。基本思想：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。如此反复直到进程运行结束。25. 设备类型，分类（1） 按操作特性分类：存储设备和输入输出设备。（2） 按传输的信息特点分类：字符设备和块设备。（3） 按系统和用户分的观点分类：系统设备和用户设备。（4） 按使用角度的观点分类：独占设备和可共享设备。26. 缓冲技术和高速缓存（1） 引入缓冲的主要目的：A. 缓和处理机和I/O设备间速度不匹配的矛盾B. 减少对CPU的中断次数C. 提高CPU和I/O设备之间的并行性（2） 単缓冲：是操作系统提供的一种最简单的缓冲形式。每当一个进程发出一个I/O请求时，操作系统便在主存中为之分配一缓冲区，该缓冲区用来临时存放输入/输出数据。（3） 双缓冲：解决外设之间并行工作的最简单的办法就是设置双缓冲。在双缓冲方案中，具体的做法是为输入或输出操作设置两个缓冲区。（4） 环形缓冲：是在主存中分配一组大小相等的存储区作为缓冲区，并将这些缓冲区连接起来，每个缓冲区中有一个指向下一个缓冲区的指针，最后一个缓冲区的指针指向第一个缓冲区，这样N个缓冲区就成了 一个环。（5） 缓冲池：从自由主存中分配一组缓冲区即可构成缓冲池。在缓冲池中每个缓冲区的大小以等于物理记录的大小，它们作为公共资源被共享，缓冲池既可用于输入，也可用于输出。27. 高速缓存（cache）是可以保留数据拷贝的高速内存。高速缓存拷贝的访问速度要比原始数据访问更为高效。28. 虚拟设备的分配：是指代替独享设备的那部分存储空间及有关的控制结构。对虚拟设备采用的是虚拟分配，其过程是：当进程中请求独享设备时，系统将共享设备的一部分存储空间分配给它。29. 文件的定义：文件是具有标识符的一组相关信息的集合。标识符是用来标识文件的，不同的系统对标识符的规定有所不同。文件的确切定义有两种说法：（1） 文件是具有标识符的相关字符流的集合。（2） 文件是具有标识符的相关记录的集合。（3） 第一种形式的文件称为无结构文件或流式文件，第二种形式的文件称为有结构或记录式文件，组成文件的基本信息单位是记录，记录式文件主要用于信息管理。30. 文件的分类（1） 按用途分类：系统文件、用户文件、库文件（2） 按文件中的数据形式分类：源文件、目标文件、可执行文件（3） 按操作保护分类：只读文件、读写文件、执行文件（4） 按文件的性质分类：普通文件、目录文件、特殊文件（5） 按文件的组织结构分类：流式文件、记录式文件31. 文件的属性（1） 文件类型。可从不同的角度确定他的类型。（2） 文件长度。（3） 文件的位置。（4） 文件的存取控制。（5） 文件的建立时间。32. 文件系统的功能（1） 用户可执行创建、修改、删除、读写文件的命令。（2） 用户能以合适的方式构造他的文件。（3） 用户能在系统的控制下，共享其他用户的文件。（4） 允许用户用符号名访问文件。（5） 系统应有转存和恢复文件的能力，以防止意外事故的发生。（6） 系统应提供可靠保护及保密措施。33. 文件的逻辑结构文件的逻辑结构可分为两类（1） 有结构的文件（记录式文件）有结构的文件是指由若干个相关的记录构成的文件，又称记录式文件。在文件中的记录一般有着相同或不同数目的数据项，按记录的长度，记录式文件可分为两类：A. 等长记录文件。它是指文件中所有记录的长度都是想等的。B. 变长记录文件。它是指文件中各记录的长度不相等。记录式文件中的逻辑记录可依次编号，其序号称为逻辑记录号。逻辑记录是文件中可以独立存取的最小信息单位。（2） 无结构文件（流式文件）无结构文件又称为流式文件，组成流式文件的基本信息单位是字节或字，其长度是文件中所含字节的数目，整个文件不可再划分成独立的单位，是一串连续的信息来表示一个文件整体。34. 对文件的逻辑结构的存取方法有两种（1） 顺序存取。磁带（2） 随机存取。磁盘、磁鼓35. 文件的物理结构（1） 顺序结构：一个逻辑文件的信息依次存放在外存的若干连续的物理块中的结构称为文件的顺序结构，或称连续文件。顺序文件可采用顺序存取或随机存取方式。对顺序存储介质的连续文件采用顺序存取。A. 优点：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。B. 缺点：文件长度一经确定后就不易改变，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。（2） 链接结构A. 优点：不需指明文件的长度，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到不连续的物理块中，能较好的利用外存空间，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。B. 缺点：只能按队列中的指针顺序搜索，效率较低，且其存取的方法只能是顺序存取，不宜随机存取。（3） 索引结构A. 优点：可满足文件的动态增长、方便迅速地实现随机存取。B. 缺点：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。36. 文件控制块和索引节点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（FBC）。文件和文件控制块是一一对应的，而文件控制块的有序集合称之为文件目录。每个文件占用一个表目称为文件的目录项。一般情形下文件控制块包括以下信息：（1） 文件名。文件的标示符。（2） 用户名。表示文件的生产者-用户。（3） 文件的逻辑结构。对流式文件需说明文件的长度，对记录文件需说明记录是否定长、记录长度及个数等。（4） 文件在辅存上的物理位置。对连续结构和链接结构的文件登记文件的起始物理块号和指向第一物理块的指针，对索引结构的文件登记文件的索引地址。（5） 文件建立修改日期及时间。登记文件建立或修改日期、时间。（6） 文件的类型。指明文件的类型。（7） 存取控制信息。指明用户对文件的存取权限。37. 索引节点（1） 导入索引结点（2） 磁盘索引结点（3） 内存索引结点38. 单级目录结构单级目录结构是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。优点：简单。缺点：搜索文件的时间长，文件有重名现象。39. 二级目录结构二级目录结构是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。主目录由用户名和用户文件目录首地址组成，用户文件目录由用户文件的所有目录组成。二级目录结构与单级目录结构相比，有以下优点：搜索文件的时间变短，较好地解决了重名问题。缺点：缺乏灵活性、不能反映现实世界中的多层次关系。40. 多级目录结构优点：层次清楚，解决了文件重命名问题，查找速度快。路径名：在多级目录结构中，从根目录到末端的数据文件之间有一条唯一的路径。我们就可以用路径名唯一地表示一个文件。路径名有绝对路径名和相对路径名两种表示形式：（1） 绝对路径名，又称为全路径名，是指从根目录到达所要查找文件路径名。以“/”表示根目录。从根目录开始到达所需文件，所经过的各个目录或文件称为“节点”，各个节点之间以”/”分开。（2） 相对路径名。在多级目录