操作系统复习重点

内部资料 转载请注明出处 谢谢合作内部资料 转载请注明出处 谢谢合作 第一章第一章 操作系统引论操作系统引论 什么是操作系统 什么是操作系统 操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源 有效地组织多道程序运行的 系统软件 或程序集合 是用户与计算机之间的接口 操作系统的主要功能 操作系统的主要功能 1 存储器管理功能存储器管理功能 内存分配 地址映射 内存保护和内存扩充 2 处理机管理处理机管理 作业和进程调度 进程控制和进程通信 3 设备管理设备管理 缓冲区管理 设备分配 设备驱动和设备无关性 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 文件的读写管理和存取控制 5 用户接口功能用户接口功能 命令界面 程序界面 图形界面 操作系统的基本特征操作系统的基本特征 并发 两个或多个活动在同一给定的时间间隔进行 即 大家都前进了 共享 计算机系统中的资源被多个任务所共用 即 一件东西大家用 异步 多道程序下 各程序的执行过程由程序执行时的现场决定 即 你走我停 虚拟技术 操作系统的主要类型 操作系统的主要类型 多道批处理系统多道批处理系统 用户作业成批的处理 作业建立 过渡 完成都自动有系统成批完成 且在计算机内存 中同时存放几道相互独立的程序 使它们在管理程序控制下 相互穿插运行 分时系统分时系统 系统内存在若干并发程序对 CPU 时间片共享使用 实时系统实时系统 计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理 并在被控对象允许的时间范围内做出快速 反应 网络操作系统网络操作系统 将分布在各处的计算机和终端设备通过数据通信系统结合在一起构成的系统 分布式操作系统分布式操作系统 运行在不具有共享内存的多台计算机上 但在用户眼里却像是一台计算机 分时概念 分时主要指若干并发程序对 CPU 时间的共享 分时系统与实时系统的区别分时系统与实时系统的区别 多路性 分时的多路性与用户有关 时多时少 实时指周期性的为多个终端用户服务 独立性 分时系统中每个终端用户向系统提出的服务请求是彼此独立进行的 而在实时控制系统中 信息 的采集和控制也是彼此独立进行的 及时性 分时的及时性由人能接受的等待时间来确定 实时对开始时间和截止时间有严格要求 交互性 实时的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序 分时则是向终端用户提供数据处理和资 源共享等服务 可靠性 实时系统可靠性更高 第二章第二章 进程管理进程管理 什么是进程 进程与程序的区别和关系什么是进程 进程与程序的区别和关系 进程 进程是程序的一次执行 是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动 进程是程序在 一个数据集合上运行的过程 它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位 进程与程序的区别 1 动态性是进程最基本的特性 表现为由创建而产生 由调度而执行 因得不到资源而暂停执行 由撤 销而消亡 进程有一定的生命期 而程序只是一组有序的指令集合 是静态实体 2 并发性是进程的重要特征 同时也是 OS 的重要特征 引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进 程的程序并发执行 而程序是不能并发执行的 3 独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位 也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位 对于未建立任何进程的程序 不能作为独立单位参加运行 进程的三种基本状态及其变化 进程的三种基本状态及其变化 运行态 当前进程已分配到 CPU 它的程序正在处理机上运行 就绪态 进程已具备运行条件 但因为其它进程正占用 CPU 所以暂时不能运行而等待分配 CPU 的状态 阻塞态 因等待某件事件发生而暂时不能运行的状态 就绪 运行 被调度程序选中 分配到 CPU 运行 阻塞 因缺乏某种条件而放弃对 CPU 的占用 阻塞 就绪 阻塞态进程所等待的事件发生了 运行 就绪 进程用完时间片 进程由哪些部分组成 进程控制块的作用进程由哪些部分组成 进程控制块的作用 进程由 PCB 程序部分和数据集合组成 进程控制块是进程组成中最关键的部分 PCB 是进程存在的唯 一标志 每个进程有唯一的进程控制块 操作系统根据 PCB 对进程实施控制和管理 PCB 是进程存在的 唯一标志 什么是进程的同步与互斥 什么是进程的同步与互斥 进程的同步 进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系 进程的互斥 两个逻辑上本来完全独立的进程由于竞争同一个物理资源而相互制约 多道程序设计概念 多道程序设计是在一台计算机上同时运行两个或更多个程序 多道程序设计具有提高 系统资源利用率和增加作业吞吐量的优点 什么是临界资源 临界区 什么是临界资源 临界区 临界资源 一次仅允许一个进程使用的资源 临界区 每个进程访问临界资源的那段程序 什么是信号量 什么是信号量 PV 操作的动作 进程间简单同步与互斥的实现操作的动作 进程间简单同步与互斥的实现 信号量 也叫信号灯 一般有两个成员组成的数据结构 其中一个成员是整型变量 表示信号量的值 另 一个指向 PCB 的指针 信号量的值与相应资源的使用情况有关 掌握进程临界资源和临界区的概念 理解进入临界区的原则 若有若干进程要求进入空闲的临界区 一次 仅允许一个进程进入 任何时候 处于临界区内的进程不可多于一个 如已有进程进入自己的临界区 则 其他所有试图进入临界区的进程必须等待 进入临界区的进程要在有限时间内退出 以便其它进程能及时 进入自己的临界区 如果进程不能进入自己的临界区 则应让出 CPU 避免进程出现 忙等 理解信号量概念 P V 操作执行的动作 P 操作的动作 信号量 S 减 1 即 S S 1 如果 S 0 则该进程继续执行 V 操作的动作 S 加 1 即 S S 1 如果 S 0 则该进程继续执行 能用信号量和 PV 操作实现简单的进程互斥或同步 解决此类问题的一般方式 根据问题给出的条件 确 定进程有几个或几类 确定进程间的制约关系 是互斥 还是同步 各相关进程间通过什么信号量实现 彼此的制约 标明信号量的含义和初值 用 P V 操作写出相应的代码段 验证代码的正确性 设以不同 的次序运行各进程 是否能保证问题的圆满解决 切忌 按固定顺序执行各进程 理解进程的生存过程 创建 运行 阻塞 终止 理解线程的概念 它与进程的关系和区别 特别是传统操作系统中的进程概念与现代操作系统中的进程概 念不同 简单说 传统操作系统中进程具有分配资源 调度运行两大功能 而现代操作系统中进程只作 为分配资源单位 线程才作为调度运行单位 第三章第三章 处理机管理处理机管理 作业调度 进程调度 中级调度 作业调度 进程调度 中级调度 作业调度主要功能是根据作业控制块中的信息 审查系统能否满足用户作业的资源需求 以及按照一定的 算法 从外存的后备队列中选取某些作业调入内存 并为它们创建进程 分配必要的资源 然后再将新创 建的进程插入就绪队列 准备执行 进程调度用于决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机 然后再由分派程序执行把处理机分配给该进程的 具体操作 中级调度主要是为了提高内存利用率和系统吞吐量 把暂时不能运行的进程调至外存上去等待 当这些进 程又具备运行条件且内存又稍有空闲时 由中级调度来决定把外存上的那些又具备运行条件的就绪进程重 新调入内存 掌握简单的调度算法的基本思想掌握简单的调度算法的基本思想 先来先服务法 时间片轮转法 优先级法 短作业优先法 实时调度算 法 非抢占式 让进程运行直到结束或阻塞的调度方式 容易实现 适合专用系统 不适合通用系统 抢占式 允许将逻辑上可继续运行的在运行过程暂停的调度方式 可防止单一进程长时间独占 CPU 系统开销大 降低途径 硬件实现进程切换 或扩充主存以贮存大部分程序 评价调度算法的指标 评价调度算法的指标 吞吐量 系统在单位时间内所完成的总的工作量 周转时间 从作业提交给系统开始到作业完成为止的这段时间间隔 包括 作业在外存后备队列上等待调 度的时间 进程在就绪队列上等待进程调度的时间 进程在 CPU 上执行的时间 进程等待 I O 操作完成 的时间 平均周转时间 带权周转时间和平均带权周转时间 可以利用图表形式列出各作业或进程的有关时间值 如到达时间 运行时间 结束时间等 利用评价公式 计算出各指标的值 掌握死锁的概念和产生死锁的根本原因 掌握死锁的概念和产生死锁的根本原因 所谓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 产生死锁的原因 产生死锁的原因 竞争资源和进程间推进顺序非法 理解产生死锁的必要条件理解产生死锁的必要条件 以下四个条件同时具备 互斥条件 不可抢占条件 请求和保持条件 环路 等待条件 记住解决死锁的一般方法 记住解决死锁的一般方法 预防死锁 避免死锁 检测死锁 解除死锁 掌握死锁的预防和死锁的避免二者的基本思想 掌握死锁的预防和死锁的避免二者的基本思想 死锁预防是设法至少破坏产生死锁的四个必要条件之一 严格的防止死锁的出现 死锁避免则是系统对进程发出每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查 并根据检查结果决定是否分 配资源 如果分配后系统可能发生死锁 则不予分配 否则予以分配 这是一种保证系统不进入死锁状态的动态 策略 它不那么严格的限制产生死锁的必要条件的存在 因为即使死锁的必要条件存在 也不一定发生死锁 死锁避免是在系统运行过程中注意避免死锁的最终发生 掌握死锁的预防策略中资源有序分配策略 理解进程安全序列的概念 理解死锁与安全序列的关系 掌握掌握死锁的预防策略中资源有序分配策略 理解进程安全序列的概念 理解死锁与安全序列的关系 掌握 银行家算法 银行家算法 第四章第四章 存储器管理存储器管理 理解三级存储器结构 高速缓存 内存 外存 记住用户程序的主要处理阶段 编辑 编译 连接 装入 运行 理解存储器管理的功能 内存分配 地址映射 内存保护 内存扩充 连续分配方式 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 牢固掌握以下概念 逻辑地址 物理地址 重定位 静态重定位 动态重定位 碎片 虚拟存储器 逻辑地址又称相对地址 是指用户程序经编译后 每个目标模块以 0 为基地址进行的顺序编址 物理地址物理地址是指内存中各物理存储单元的地址从统一的基地址进行的顺序编址 物理地址又称绝对地址 它 是数据在内存中的实际存储地址 重定位就是把程序中相对地址变换为绝对地址 有静态重定位和动态重定位两种重定位技术 静态重定位静态重定位是在程序执行之前进行重定位 它根据装配模块将要装入的内存起始位置 直接修改装配模块 中的有关使用地址的指令 动态重定位动态重定位是指 不是在程序执行之前而是在程序执行过程中进行地址重定位 更确切地说 是在每次访 问内存单元前才进行地址变换 动态重定位可使装配模块不加任何修改而装入内存 但是它需要硬件 定位寄存器的支持 碎片 内碎片 外碎片 碎片 内碎片 外碎片 内存中这种容量太小 无法被利用的小分区 内碎片是指占用分区之内未被利 用的空间 外碎片是指占用分区之间难以利用的空闲分区 通常是小空闲分区 换句话说 内碎片是指 已分配区的无用空间 外碎片是未分配区的无用空间 分页产生的是内碎片 分段产生的是外碎片 虚拟存储器虚拟存储器 在具有层次结构存储器的计算机系统中 自动实现部分装入和部分替换功能 能从逻辑上为 用户提供一个比物理贮存容量大得多 可寻址的 主存储器 虚拟存储区的容量与物理主存大小无关 而 受限于计算机的地址结构和可用磁盘容量 虚拟存储器的基本特征 多次性 对换性 虚拟性 虚拟存储器的基本特征 多次性 对换性 虚拟性 对换对换 把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据调出到外存上 以腾出足够的内存空间 再把已具备运行条件的进程或进程所需要的程序和数据调入内存 分页存储管理技术的实现思想 分页存储管理技术的实现思想 页面或页号页面或页号 将一个进程的逻辑地址空间划分成若干个大小相等的部分 这其中的每一小部分 内存块或页框内存块或页框 把内存也分成与页面相同大小的若干个存储块 地址转换 1 以页号 p 为索引去检索页表 这种查找操作由硬件自动完成 2 从页表中得到该页的物理块号 把它装入物理寄存器中 3 将页内地址 d 直接送入物理地址寄存器的块内地址字段中 分段存储管理技术的实现思想分段存储管理技术的实现思想 分段分段 一个作业是由若干个相对独立的部分组成 即划分成若干个段 并按照这些段来分配内存 所以 段是一组逻辑信息的集合 地址转换地址转换 1 CPU 计算出来的有效地址分成两部分 段号 s 和段内地址 d 2 系统将该进程段表地址寄存器中的内容 B 表示段表的内存地址 与段号 s 相加 得到该进程段表 中相应表项的索引值 从该表项中的到该段的长度以及该段在内存中的起始地址 s 设该段已调入内存 3 将段内地址 d 与段长 m 进行比较 如果 d 不小于 m 则表示地址越界 系统发出越界中断 进而终 止程序执行 如果 d 小于 m 则表示地址合法 从而将段内地址 d 与该段的内存始址 s 相加 得到所要访 问单元的内存地址 页面置换算法 先进先出法 先进先出法 FIFO 这种算法的实质是 总是选择在内存中停留时间最长 即老的一页淘汰 即先进 入内存的页先被换出内存 其理由是 早调入内存的页 其不在被使用的可能性要大于刚调入内存的页 最佳置换法 最佳置换法 OPT 其实质是 当调入新的一页而必须预先淘汰某个老页时 所选择的老页应在将来不 再被使用 或者是在最远的将来才被访问 最近最久未使用置换法 最近最久未使用置换法 LRU 其实质是 当需要置换一页时 选择在最近一段时间里最久没有使用过的 页面予以淘汰 分页和分段的主要区别主要区别 第五章第五章 设备管理设备管理 设备控制器功能设备控制器功能 接收和识别命令 数据交换 标识和报告设备状态 地址识别 数据缓冲 差错控制 常用设备分配技术常用设备分配技术 先来先服务 优先级高者优先 使用缓冲技术的目的使用缓冲技术的目的 缓和 CPU 与 I O 设备间速度不匹配的矛盾 减少对 CPU 的中断频率 放宽对 CPU 中断响应时间的限制 提高 CPU 和 I O 设备之间的并行性 了解设备的一般分类 了解设备的一般分类 存储设备 输入 输出设备 块设备 字符设备 独占设备 共享设备 虚拟设备 为什么要引入设备独立性 为什么要引入设备独立性 引入设备独立性 可使应用程序独立于具体的物理设备 是设备分配具有灵活性 另外容易实现 I O 重定 向 设备独立性的实现 设备独立性的实现 为了实现设备独立性 必须在设备驱动程序之上设置一层设备独立性软件 用来执 行所有 I O 设备的公用操作 并向用户层软件提供统一接口 关键是系统中必须设置一张逻辑设备表 LUT 用来进行逻辑设备到物理设备的映射 其中每个表目中包含了逻辑设备名 物理设备名和设备驱动程序入 口地址三项 当应用程序用逻辑设备名请求分配 I O 设备时 系统必须为它分配相应的物理设备 并在 LUT 中建立一个表目 以后进程利用该逻辑设备名请求 I O 操作时 便可从 LUT 中得到物理设备名和驱 动程序入口地址 掌握设备管理功能掌握设备管理功能 监视设备状态 进行设备分配 完成 I O 操作 缓冲管理与地址转换 Spooling 技术技术 为了缓和 CPU 的高速性与 I O 设备低速性间的矛盾引入脱机输入 脱机输出技术 即利 用专门的外围控制机 将低速 I O 设备上的数据传送到高速磁盘上或者相反 这样 便可在主机的直接控 制下 实现脱机输入 输出功能 此时的外围操作与 CPU 对数据的处理同时进行 它是一种假脱机技术 Spooling 系统组成系统组成 输入井和输出井 输入缓冲区和输出缓冲区 输入进程 SPI 和输出进程 SPO 寻道时间寻道时间 把磁臂移动到指定磁道上所经历的时间 旋转延迟时间旋转延迟时间 指定扇区移动到磁头下面所经历的时间 传输时间传输时间 把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间 访问时间访问时间 寻道时间寻道时间 延迟时间延迟时间 传输时间传输时间 磁盘调度算法磁盘调度算法 先来先服务 FCFS 最短寻道时间优先 SSTF 扫描算法 SCAN 循环扫描算法 CSCAN 第六章第六章 文件管理文件管理 文件 文件系统的概念 文件 文件系统的概念 文件是指具有符号名的一组相关信息的有序集合 文件系统是指 操作系统中的 各类文件 管理文件的软件 以及管理文件所涉及到的数据结构等信息的集合 文件的逻辑组织和物理组织的概念 逻辑组织逻辑组织是指从用户观点出发所观察到的文件组织形式 比如文件夹 物理组织物理组织是指文件在外存上的存储组织形式 比如存在磁盘的哪个扇区哪个块 文件的逻辑结构文件的逻辑结构 1 有结构文件 由一个以上的记录构成的文件 2 无结构文件 由字符流构成的文件 有结构文件有有结构文件有 顺序文件 索引文件 索引顺序文件 直接文件 哈希文件 外存分配方式 外存分配方式 1 连续分配 顺序文件 在磁盘上就是一块接着一块地放文件 逻辑记录的顺序和磁盘顺序文件块的顺 序一致 顺序文件的最大优点是存取速度快 可以连续访问 2 链接分配 把磁盘分块 把文件任意存入其中 再用指针把各个块按顺序链接起来 这样所有空闲块都 可以被利用 在顺序读取时效率较高但需要随机存取时效率