东华理工大学期末考试操作系统复习.pdf

1进程与程序的区别 程序是静态的概念 本身可以作为一种软件资源 长期保存 进程则 是程序的一次执行过程 它是动态的概念 进程是一个能独立运行的单 位 能与其他进程并发执行 进程是作为资源申请和调度单位存在的 通常的程序是不能作为一个独立运行的单位并发执行的 程序和进程无 一一对应的关系 一个程序可由多个进程共用 另一方面 运行一次 便创建了一个进程 同一个程序 运行十次 就产生了十个进程 各个 进程在并发执行过程中会产生相互制约的关系 造成各自前进速度的不 可预测性 而程序本身是静态的 不存在这种异步特征 进程具有创建 其他进程的功能 而一般的程序不具有创建其他程序的功能 每一个进 程都是在一个进程中运行的 进程是一个虚拟机 它为用户规定地址空 间和逻辑资源 程序所有看到的机器界面在实际硬件中或许不存在 2线程与进程的区别 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 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 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 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 3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 4操作系统的基本功能 1存储管理的功能 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 3设备管理的 功能 是操作系统中最庞杂 琐碎的部分 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 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 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 5操作系统的特征 1并发特征 并发性是指两个或多个事件在同一时间间 隔内发生 在多道程序环境下 并发性是指宏观上在一段时间内有多道 程序在同时运行 但在微观上看 在単处理系统中 每一时刻只能执行 一道程序 所以这些程序是在同一时间间隔内交替执行 2共享特征共 享是指系统中资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用 3虚拟特 征 虚拟是指将一个物理的实体映射为若干个逻辑实体 物理实体是客 观存在的 逻辑实体是用户感觉上的存在 即主观上的一种想象 虚拟 的例子在操作系统中很多 4不确定性 有两种表现 一程序执行结果 的不确定性 程序执行结果的不可再现 二多道程序设计环境下 每道 程序在何时执行 各自执行的程序以及每道程序所需的时间不确定的 也是不可预知的 6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 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 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 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 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 7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 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 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 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 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 优点 可满 足文件的动态增长 方便迅速地实现随机存取 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 8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 等长记录文件 它是指文件中所有记录的长度都是想等 的 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 9对文件的逻辑结构的存取方法有两种 顺序存取 磁带 随机存取 磁盘 磁鼓 10分段与分页的区别 页是信息的物理单位 分页的目的是实现离散分 配 减少内存的外零头 提高内存利用率 段是信息的逻辑单位 每一 段在逻辑上是一组相对完整的信息 分页存储管理的作业地址空间时一 维的 而分段存储管理的作业地址空间时二维的 页的大小固定且由系 统确定 是等长的 而段的长度不确定 它是由具有相对完整意义的信 息长度确定 分页的优点体现在内存空间的管理上 而分段的优点体现 在地址空间的管路上 11实存管理的定义 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 12 空闲块的管理 空闲块的管理有以下几种方法 1空闲文件目录 此方法将外存上一片连续的空闲区看成是一个空闲文 件 系统为所有空闲文件单独建立一个目录 每个空闲文件在这个文件 目录均有一个表目 表目的内容包括块个数 空闲块号和第一个空闲块 号等 适用于连续文件的存储分配及回收 缺点 增加了目录的大小 增加了目录管理的复杂性 2空闲块链 优点是简单 缺点 工作效率 低 3位示图 空闲块管理的另一个方法是建立位示图 通过位示图来 反映整个存储空间的分配情况 在位示图中 每个物理块占1个比特 位 按物理块的顺序排列 0 表示对应的物理块未被占用 1 表示物 理块已经被占用 优点 占用空间少 位示图几乎可以全部进入内存 但分配时需要顺序扫描空闲区 且物理块号并未在图中直接反映出来 需进一步计算 13进程的分类 一类是系统进程 一类是用户进程 区别 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 14进程的状态 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 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 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 15 P操作的次序为什么不能颠倒 1两个P操作顺序颠倒会产生死锁 在缓冲区全部为满时会引起生产者进 程进入缓冲区访问 即不能放入产品的问题 因此消费者进程也不能进 入缓冲区取走产品 生产者与消费者产生死锁 2在缓冲区为空时 会 引起消费者进入缓冲区访问 却不能取走产品的问题 而此时生产者进 程也不能进入缓冲区放入产品 生产者与消费者进程发生死锁 16 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 18二级目录结构 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 19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 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 相对路径名 在多级目录 结构中 如果每次都从根目录开始检索 会耗费大量的查找时间 因此 系统引进了当前目录 引入当前目录后 在实际查找时 如给出的路径 名以 开头 则从根目录开始按给定的路径查找 否则从当前目录开始 按指定路径查找 20地址重定位分为两种 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 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 21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 22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 常见的分配算法 1首次适应算法 2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 3最差适应算法 23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 24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 25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 26文件实现 1连续分配 连续分配方案是最简单的磁盘空间分配策 略 该方法要求为文件 分配连续的磁盘区域 优点 查找速度比其他方案快 目录中关于文件 物理存储位置的信息比较简单 只需要起始块号和文件大小 缺点 容 易产生碎片问题 并且在文件创建时必须知道文件的大小 才能创建文 件 2连接分配 以扇区为单位的连接分配 优点 消除了碎片问题 缺点 查找时间较长 同时还需要维护连接指针 并交还给系统 以区 段为单位分配 实质是连续分配和非连续分配的结合 优点 对辅存的 管理效率高 减少文件访问的查找时间 3索引分配 在索引分配策略 中 系统为每一个文件分配一个索引块 索引块中存放索引表 索引表 中的每个表项对应分配给文件的一个物理块 优点 不仅支持直接访 问 而且不会产生外部碎片 文件长度也不受限制 缺点 由于索引块 的分配增加了系统的存储空间开销 4 i节点 最后一个磁盘分配策略 是给每一个文件赋予一张称为i节点 索引节点 的小型表 其中列出 了文件属性和各块在磁盘上的地址 27缓冲类型 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 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 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 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 28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 29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 30内存分配按分配的时机不同 可分为两种方式 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 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 31地址重定位 内存空间 或物理空间 内存是由若干个存储单元组成 的 每个存储单元 13 有一个编号 这种编号可唯一标识一个存储单元 称为内存地址 内存地址的集合称为内存地址空间 或物理地址空间 简称内存 空间 或物理空间 逻辑空间 我们用汇编语言或高级语言编写 程序时 常常用符号名来访问某一单元 我们把程序中由符号名组 成的程序空间称为符号名空间 简称名空间 在逻辑空间中每条指 令的地址和指令中要访问的操作数地址统称为逻辑地址 32生产者与消费者问题描述 使用缓冲时 两个进程 生产者放满东 西 消费者负责从中取出 同步 必须先是生产者放入东西 再是消费 者从中取东西 最多方面N个 满N之后 停止 最多取出N 互斥 对 缓冲临界资源使用 33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 34设备类型 分类 按操作特性分类 存储设备和输入输出设备 按传 输的信息特点分类 字符设备和块设备 按系统和用户分的观点分类 系统设备和用户设 备 按使用角度的观点分类 独占设备和可共享设备 35引入缓冲的主要目的 缓和处理机和I O设备间速度不匹配的矛盾 减少对CPU的中断次数 提高CPU和I O设备之间的并行性 36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 37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 文件 是具有标识符的相关字符流的集合 文件是具有标识符的相关记录的集 合 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 38文件的分类 按用途分类 系统文件 用户文件 库文件 按文件中 的数据形式分类 源文件 目标文件 可执行文件 按操作保护分类 只读文件 读写文 件 执行文件 按文件的性质分类 普通文件 目录文件 特殊文件 按文件的组织结构分类 流式文件 记录式文件 39文件的属性 文件类型 文件长度 文件的位置 文件的存取控制 文件的建立时间 40文件系统的功能 用户可执行创建 修改 删除 读写文件的命令 用户能以合适的方 式构造他的文件 用户能在系统的控制下 共享其他用户的文件 允许 用户用符号名访问文件 系统应有转存和恢复文件的能力 以防止意外 事故的发生 系统应提供可靠保护及保密措施 41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 文件名 文件的标示符 用户名 表示文件的生产者 用户 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 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 文件建立修改日期及时间 登记 文件建立或修改日期 时间 文件的类型 指明文件的类型 存取控制 信息 指明用户对文件的存取权限 42索引节点 导入索引结点 磁盘索引结点 内存索引结点 43引入多道程序设计技术后 会使系统具有一下特征 多道性 无序 性 宏观上并行 微观上串行 度性 44推动多道批处理系统形式和发展的主要动力是 提高资源利用率和系 统吞吐量 重要缺点 不提供人机交互能力 45分时系统的特征 多路性 独立性 及时性 交互性 46实时操作系统的分类 实时控制 实时信息处理 47实时操作系统的主要