计算机操作系统(第三版)复习资料

计算机操作系统 第三版 复习资料 1 OS 概念概念 OS 是控制和管理计算机硬件和软件资源 合理组织计算机工作原理以及方程用户的功能的集合 OS 目标目标 1 有效性 2 方便性 3 可扩充性 4 开放性 OS 作用作用 1 OS 作为用户与计算机硬件系统之间的接口 2 OS 作为计算机系统资源的管理者 3 OS 实现了对计算机资源的抽象 OS 特征特征 并发性 共享性 虚拟性和异步性四个基本特征 最基本的特征是并发性 OS 功能功能 1 处理机管理处理机管理 作业和进程调度 2 存储器管理存储器管理 内存分配 地址映射 内存保护 内存扩充 3 设备管理设备管理 缓冲区管理 设备分配 设备驱动 设备无关性 4 文件管理文件管理 文件存储空间的管理 文件操作的一般管理 目录管理 文件的存取控制 5 OS 与用户之间的接口与用户之间的接口 程序接口 用户接口 联机接口 脱机接口 图形接口 多道批处理系统 多道批处理系统 优点 资源利用率高 系统吞吐量大 缺点 平均周转时间长 无交互能力 分时系统概念分时系统概念 将一台计算机很好的提供给多个用户同时使用 提高计算机的利用率 实时系统概念实时系统概念 是计算机系统可以立即对用户程序要求或者外部信号作出反应的系统 它可以分为硬实时系统和软实时 系统 实时系统的特征实时系统的特征 实时 并发 共享 虚拟 异步 其中并发为最重要的特征 后四个是操作系统共同的特征 单用户多任务操作系统有单用户多任务操作系统有 windows1 0 window2 0 window3 0 windows xp nt 多用户多任务操作系统的有多用户多任务操作系统的有 unix os linux os solarris os 操作系统划分为两大部分操作系统划分为两大部分 微内核和多个服务器 微内核结构的操作系统特点微内核结构的操作系统特点 足够小的内核 基于客户 服务器模式 应用 机制与策略分离 原理 采用面向对象技术 其中os 的微内核原理是的微内核原理是 机制与策略分离 二 进程的概念进程的概念 是可并发执行的具有一定功能的程序段 在给定数据机上的一次执行过程 进程的引入进程的引入 为了使程序在多道程序环境下能并发执行 并对并发执行的程序加以控制和描述 在操作系统中引入了进程 概念 进程的基本状态进程的基本状态 就绪 执行 阻塞 进程在三个基本状态之间转换 1 绪状态 执行状态 进程分配到 CPU 资源 2 执行状态 就绪状态 时间片用完 3 执行状态 阻塞状态 I O 请求 4 阻塞状态 就绪状态 I O 完成 进程的同步和互斥 是指进程在推进时的相互制约关系 在多道系统中 由于资源共享与进程合作 这种进程间的制约成为 了可能 进程的同步 主要源于进程合作 是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系 为进程之间的直接制约关系 再 多道环境下 这种进程间在执行次序上的协调是必不可少的 进程的互斥 主要源于资源共享 市进程之间简介制约关系 再多得到系统中每次只允许一个进程访问的自愿成为临界资源 进程互斥就是保证每一次只有一个进程使用临界资源 线程的概念线程的概念 在操作系统中引入线程 则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销 使 OS 具有更好的并发性 提 高 CPU 的利用率 进程是分配资源的基本单位 而线程则是系统调度的基本单位 PCB Process Control Block 进程控制块的概念进程控制块的概念 PCB 是为了描述和控制进程的运行系统 为每个进程定义的一个数据结构 它是进程实现的一部分 也是操作系统中最重要的 记录型数据结构 PCB 的作用的作用 作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序 成为一个能独立运行的基本单位 成为能与其它进程 并发执行的进程 OS 是根据 PCB 对并发执行的进程进行控制和管理的 填空 异常事件异常事件 越界错误 保护错误 非法指令 特权指令错 运行超时 等待超时 算术运算错 I O 故障 进程间的制约关系进程间的制约关系 1 直接制约 进程同步 逻辑上的执行次序 2 间接制约 进程互斥 竞争资源而产生 高级通信机制归结为三大类高级通信机制归结为三大类 共享存储器系统 消息传递系统 管道通信系统 低级通信机制有低级通信机制有 信号量 为什么引入进程为什么引入进程 是为了使多个程序能并发执行 以提高资源利用率和系统吞吐量 为什么引入线程为什么引入线程 是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销 是 OS 具有更好的并发性 内核支持线程的特点内核支持线程的特点 1 在多处理器系统中 内核能够同时调度统一进程中多个线程并行执行 2 如果进程中的一个线程被 阻塞了 内核可以调度进程中的其他线程占有处理器运行 也可以运行其他进程中的线程 3 内核支持线程具有很小的数据结 构和堆栈 线程的切换比较快 切换开销小 4 内核本身也可以采用多线程技术 可以提高系统的执行速度和效率 缺点是对 于用户的线程切换而言 其模式切换的开销较大 用户级线程的特点用户级线程的特点 1 线程切换不需要转换到内核空间 对一个进程而言 其所有线程的管理数据结构均在该进程的用户空 间中 管理线程切换的线程库也在用户地址空间运行 2 调度算法也可以是进程专用的 3 用户级线程的实现与操作系统平台 无关 缺点是 1 系统调用的阻塞问题 2 在单纯的用户级线程实现方式中 则进程中的其他线程应用不能利用多处理机进行多 重处理的优点 计算机操作系统 第三版 复习资料 2 三 多级反馈队列算法的思想多级反馈队列算法的思想 1 应设置多个就绪队列 并为各个队列赋予不同的优先级 2 当一个新进程进入内存后 首先将他放入第一队列的末尾 按 FCFS 原则排队等待调度 3 仅当第一队列空闲时 调度程序才调度第二队列中的进程运行 信号量的概念信号量的概念 表明资源可以提供给进城使用的量 他是一个整型值 计数信号量计数信号量 S的物理含义 S 0 表示有 n 个可利用的资源 S 0 表示有 n 个被阻塞的资源 S 0 表示资源正在使用 死锁的概念死锁的概念 死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局 当进程处于这种僵持状态时 若无外力 作用 它们都将无法再向前推进 死锁的原因死锁的原因 1 竞争资源 2 进程间推进顺序非法 死锁的处理方法死锁的处理方法 预防 避免 就是不让系统进入不安全状态 检测 解除 后三个破坏其中之一即可 四 连续分配方式可分为连续分配方式可分为 单一连续分配 固定分区分配 动态分区分配 动态重定位分配 虚拟存储器的概念 是指 具有请求调入功能和置换功能呢个从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储系统 周期时间周期时间 完成时间 到达时间 带权周期时间带权周期时间 周转时间 服务时间 通道又称通道又称 I O 处理机处理机 用于实现 CPU 和外设 之间信息的传输 进程的影响进程的影响 使程序的并发执行得以实行 磁盘的类型磁盘的类型 固定头磁盘和移动头磁盘 文件文件 是具有文件名的一组相关信息的集合 目录的要求目录的要求 实现按名存取 提高检索目录的速度 文件共享 允许文件重名 目录结构目录结构 单级目录 两级目录和多级目录结构 临界区临界区是一段程序 缺页中断机构的特点缺页中断机构的特点 1 在指令执行期间产生和处理中断信号 2 一条指令在执行期间 可能产生多次缺页中断 调入页面的时机可采取调入页面的时机可采取 预调页策略 请求调页策略 五 I O 设备类型 设备类型 1 按使用特性分 第一类是存储设备也称外存存储器 第二类是输入 输出设备 如鼠标键盘 2 按传输速率分 低速设备 如鼠标键盘 中速设备 如行式打印机和激光打印机 高速设备 如磁带机 磁盘机和光盘机 3 按信息交换的单位分 第一类是有结构可寻址的块设备 第二类是无结构不可寻址的字符设备 如打印机 4 按设备的共享属性分 第一类是独占设备 第二类是共享设备 第三类是虚拟设备 I O 通道设备引入原因通道设备引入原因 虽然在 和 I O 设备之间增加了设备控制器后 已能大大减少 CPU 对 I O 的干预 但当主机配置的外设很多时 CPU 的负担仍然很重 为此 在 和设备控制器之间又增设了通道 I O 通道设备作用通道设备作用 I O 通道是一种特殊的处理机 它具有执行 I O 指令的能力 并通过执行通道 I O 程序来控制 I O 操作 六 文件管理系统管理的对象有文件管理系统管理的对象有 文件 目录 磁盘存储空间 填空 最基本的文件操作最基本的文件操作 创建文件 删除文件 读文件 写文件 截断文件 设置文件的读 写位置 文件存在两种结构文件存在两种结构 逻辑结构 又称为文件组织 物理结构 又称为文件的存储结构 文件的逻辑结构分为两类文件的逻辑结构分为两类 一类是有结构文件 又称为记录式文件 一类是无结构文件 又称为流式文件 外存分配方式有外存分配方式有 连续分配 链接分配和索引分配 文件的物理结构直接与外存分配方式有关 在采用连续分配方式的文件物理结构僵尸顺序是的文件结构 链接分配方式将形成 链接式文件结构 索引分配方式则将形成索引式文件结构 连续分配的主要优缺点连续分配的主要优缺点 优点 1 顺序访问容易 2 顺序访问速度快 缺点 1 要求有连续的存储空间 2 必须事先知 道文件的长度 链接方式又可分为链接方式又可分为 隐式链接和显示链接 FAT 属于显示的 FAT 后的数字表示表项用多少个二进制位存储一个块号 选择 盘块号大小为 1KB 采用两级索引所允许的文件最大长度为 64MB 盘块号大小为 4KB 采用单级索引所允许的文件最大长度为 4MB 盘块号大小为 4KB 采用两级索引所允许的文件最大长度为 4GB 文件控制块的作用文件控制块的作用 文件管理程序可借助于文件控制块中的信息 对文件施以各种操作 文件与文件控制块一一对应 而人们把文件控制块的有序集合称为文件目录 即一个文件控制块就是一个文件目录项 为什么引入索引块 优点 为什么引入索引块 优点 这是因为 创建索引可以大大提高系统的性能 第一 通过创建唯一性索引 可以保证数据库表中每一行数据的唯一性 第二 可以大大加快数据的检索速度 这也是创建索引的最主要的原因 计算机操作系统 第三版 复习资料 3 第三 可以加速表和表之间的连接 特别是在实现数据的参考完整性方面特别有意义 第四 在使用分组和排序子句进行数据检索时 同样可以显著减少查询中分组和排序的时间 第五 通过使用索引 可以在查询的过程中 使用优化隐藏器 提高系统的性能 索引块的缺点索引块的缺点 第一 创建索引和维护索引要耗费时间 这种时间随着数据量的增加而增加 第二 索引需要占物理空间 除了数据表占数据空间之外 每一个索引还要占一定的物理空间 如果要建立聚簇索引 那么需 要的空间就会更大 第三 当对表中的数据进行增加 删除和修改的时候 索引也要动态的维护 这样就降低了数据的维护速度 系统调用是用户程序取得 OS 服务的唯一途径 填空 填空 系统调用分为系统调用分为 进程控制 文件操作 通信管理和系统维护 填空 文件操作类系统调用有 填空 文件操作类系统调用有 创建和删除文件 打开和关闭文件 读和写文件 磁盘访问时间 磁盘访问时间 磁盘访问时间由寻道时间 Ts 旋转延迟时间 Tr 传输时间 Tt 三部分组成 1 Ts 是启动磁臂时间 s 与磁头移动 n 条磁道的时间和 即 Ts m n s 2 Tr 是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间 硬盘 15000r min 时 Tr 为 2ms 软盘 300 或 600r min 时 Tr 为 50 100ms 3 Tt 是指数据从磁盘读出或向磁盘写入经历的时间 Tt 的大小与每次读 写的字节数 b 和旋转速度有关 Tt b rN 单道批处理系统的特征单道批处理系统的特征 自动性 顺序性 单道性 分时系统特点分时系统特点 多路性 交互性 及时性 独占性 实时系统特点实时系统特点 有严格的时间限制 每一个信息的接受 分析处理和发送的过程必须在规定的时间内完成 在基于微内核结构的 OS 中 采用面向对象的程序设汁技术 微内核技术的概念微内核技术的概念 把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次中去运行 而留下一个尽量小的内核 用它来完 成操作系统最基本的核心功能 称这种技术为微内核技术 微内核技术的功能微内核技术的功能 在微内核中通常提供了进程管理 低级存储器管理 中断和陷入处理等功能 引起进程创建的事件 引起进程创建的事件 用户登录 作业调度 提供服务 应用请求 引起进程撤销事件 引起进程撤销事件 正常结束 异常结束 外界干预 处理机调度的层次处理机调度的层次 1 高级调度 作业 长程调度 2 低级调度 进程 短程调度 3 中级调度 中程调度 调度算法的采用 调度算法的采用 批处理系统的调度算法 短作业优先 优先权 高响应比优先 多级反馈队列调度算法 分时系统的调度算法 时间片轮转法 实时系统的调度算法 最早截止时间优先即 EDF 最低松弛度优先即 LLF 算法 按调度方式实时调度算法分类 按调度方式实时调度算法分类 可分为非抢占式和抢占式两种算法 而非抢占式算法又分为非抢占式轮转和优先调度算法 抢占式调度算法又分为基于时钟中 断的抢占式优先权和立即抢占式优先权调度算法 分页分页 段段 存储管理的概念存储管理的概念 讲一个进程直接分散的装入到许多不相邻接的分区中 即离散分配的方式 如果离散分 配飞基本单位是页 段 则称为分页 段 存储管理方式 请求分页系统的常用哪页面置换算法请求分页系统的常用哪页面置换算法 最佳 Optimal 先进先出 FIFO 最近最久未使用 LRU Clock 最 少使用 LFU 页面缓冲 PBA 置换算法 I O 控制方式的种类和应用 控制方式的种类和应用 1 程序 I O 方式 早期计算机无中断机构 处理机对 I O 设备的控制采用程序 I O 方式或称忙等的方式 2 中断驱动 I O 控制方式 适用于有中断机构的计算机系统中 3 直接存储器访问 DMA I O 控制方式 适用于具有 DMA 控制器的计算机系统中 4 I O 通道控制方式 具有通道程序的计算机系统中 设备独立性的概念设备独立性的概念 基本含义是应用程序独立于具体使用的物理设备 磁盘调度算法的种类和问题 磁盘调度算法的种类和问题 P195 对空闲磁盘空间的管理分配方式 对空闲磁盘空间的管理分配方式 空闲表法 空闲链表法 位示图法 成组链接法 UNIX 系统采用的是成组 链接法 进程 P1 P2 P3 P4 是安全状态 安全序列为 不能实施分配 因为剩余资源不足 问答题 问答题 操作系统的主要功能 操作系统的主要功能 a 处理机管理功能 进程控制 进程同步 进程通信和调度 b 存储管理功能 内存分配 内存保护 地址映像和内存扩充等 c 设备管理功能 缓冲管理 设备分配和设备处理 以及虚拟设备等 d 文件管理功能 对文件存储空间的管理 目录管理 文件的读 写管理以及檔的共享和保护 问答 问答 进程是怎么创建的 进程是怎么创建的 1 申请空白 PCB 2 为新进程分配资源 3 初始化进程控制块 4 将新进程插入就绪队列 问答 问答 进程的家族关系进程的家族关系 1 出少数几个系统进程之外所有的进程都有父进程 2 子进程慧聪父进程出继承资源 也可 以从系统分配部分资源 3 撤销父进程 其下子进程全部撤销 以防止进程不可控 4 撤销进程时归还资源 从父进程得到的 归还父进程 从系统处得到的归还系统 问答 问答 终止指定的进程的步骤终止指定的进程的步骤 1 根据被终止进程的标识符 从 pcb 集合中检索出进程的 pcb 从中读出该进程 的状态 2 若被终止进程正处于执行状态 应立即终止进程的执行 并置调度标志为真 用于指示该进程被终止后重新进行调 度 3 若该进程还有子孙进程 还应将其子孙进程予以终止 以防他们成为不可控的进程 4 将被终止进程所拥有的全部资源 或者归还给其父进程 或者归还给系统 5 将被终止进程从所在队列或链表中移出 等待其他程序来收集信息 问答 问答 死锁的必要条件 死锁的必要条件 互斥条件 指进程对所分配到的资源进行排他性使用 请求和保持条件 指进程已 经保持了至少一个资源 但又提出了新的资