操作系统第三版期末重点复习资料整理.doc

第一章:操作系统的概念：它是计算机系统中控制和管理系统资源、合理组织系统流程、提高资源利用率和方便用户使用计算机系统的计算机程序的集合，它是计算机系统中的一个系统软件。四大特点：并发性（一个操作系统控制下的并发）、共享性、随机性 （无法确切知道操作系统的状态）、可重构性（使系统可靠，动态配置）五大功能：处理机管理、存储管理 、设备管理 、文件管理、作业管理操作系统地位：与硬件关系 建立在硬件基础上，是硬件功能的延伸；与软件关系 对各种软件进行控制、管理；与用户关系 用户通过操作系统对硬件进行操作、管理操作系统的类型：批处理操作系统 用户通过系统管理员把作业集中提交给计算机系统，由计算机系统统一进行调度和处理，作业运行中不需要人工干预。分时操作系统 采用分时技术进行处理机分配，在一台计算机上连接多个用户终端，多个用户可同时在自己的中端上使用计算机，好像自己独占机器一样。实时操作系统 指对外部事件能在允许的时间范围内做出响应的操作系统。时间范围由产生外部事件的设备或用户来决定，一般比较短。实时操作系统一般用在控制方面，比如飞机、导弹上的控制系统。多道程序技术的定义：在内存中同时存放多个程序，它们同时处于运行状态。特点：(1) 多道计算机内同时存放多个互相独立的程序(2) 宏观上并行(3) 微观上串行 第二章：作业的概念：在一次应用业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做工作的集合称为一个作业。组成：程序、数据、作业说明书控制方式：批处理方式（脱机）：作业执行过程中，用户不必干预，由操作系统按作业控制书的要求自动控制作业执行。交互方式（联机）：作业执行过程中，操作系统根据用户指令，控制作业的执行情况。状态及其转换：提交、后备、执行、完成；与程序的区别：1）从组成上看，作业包括程序和数据，而程序只是具有特定功能的一组指令的集合。2） 一个作业可以包括多个程序，一个程序可以被多个作业使用。3）作业通过运行其包含的程序来完成作业调度与进程调度的关系：1）作业调度是选择可以装入主存储器的作业，进程调度来选择可以占用处理器的进程。2）作业调度产生进程。当作业被装入主存储器时，作业调度就为该作业创建了一个进程；若有多个作业装入主存储器时，就可以创建多个作业进程。这些进程的初始状态为就绪状态。3）作业调度与进程调度相互配合，可以实现多道作业的同时执行。性能衡量：1) 平均周转时间 2）平均带权周转时间四种作业调度的算法：先来先服务（FCFS）调度算法 按作业到达系统的先后次序进行的调度。该算法优先考虑在系统中等待时间最长的作业，而不考虑作业运行时间的长短。最短作业优先（SJN）调度算法 从作业的后备队列中挑选运行时间最短的作业作为下一个调度运行对象。响应比高者优先（HRN）调度算法 既考虑了作业的等待时间又考虑了作业的运行时间的调度算法。R =（作业的等待时间+运行时间）/运行时间 优先数调度算法 优先数调度算法是根据作业确定的优先权来选取作业，每次总是选取优先权最高的作业。接口的定义：接口就是用户和操作系统打交道的手段，系统接口的主要任务是方便用户使用操作系统，系统的功能通过接口展示给用户。两种接口：作业控制级接口 程序级接口 系统调用：指操作系统提供给用户程序使用的具有一定功能的程序段。第三章：程序执行特点：顺序执行：顺序性、封闭性、可再现性并发执行：间断性（反映了进程等待系统资源的这样一种情况）非封闭性（由于多个进程在内存，它们之间可能会相互影响，所以程序的执行不再具有封闭性）不可再现性（进程的推进不可再现，进程的执行结果也是不确定）进程定义：一个具有独立功能的程序，对某个数据集在处理机上的运行过程，它是资源分配的基本单位。特征：动态性 、并发性 、独立性、异步性、结构性进程和程序区别和联系： 1）进程是动态的、程序是静态的 2）进程具有并行的特征，程序没有 3）进程的生命周期短，程序相对较长 4）程序是进程的物理基础 5）进程和程序间存在对应关系进程状态及转换：就绪、执行、阻塞 阻塞不能直接转换到执行，就绪不能直接转换到阻塞进程互斥概念：指当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待。当占用临界资源的进程退出临界区后，另一个进程才被允许使用临界资源。不允许两个或更多进程同时进入临界区，就是进程互斥。临界区：访问临界资源的那段程序互斥实现：进入临界区前先测试，未加锁才进入；进入后加锁；完成后解锁进程同步概念：多个相互合作的进程，在一些关键点上可能需要互相等待或互相交换信息，这种执行时间上的相互制约关系称为进程同步。信号量：除赋初值外仅能由同步原语（P、V操作）对其操作的整型变量，其值与其所代表的资源使用情况有关。P、V操作：P 申请资源 V 释放资源进程调度定义：进程调度又称为低级调度，它决定主存中就绪队列上的哪个进程获得处理器，开始执行。死锁概念：是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局现象，若无外力的作用，这些进程都不能继续执行。死锁是计算机系统和进程所处的一种状态，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。 产生原因：1资源不足或对资源的分配不当，2进程推进顺序不当必要条件：1互斥条件2请求和保持条件3不剥夺条件4环路等待条件处理办法：1破坏“不剥夺”条件2破坏请求和保持条件3破坏循环等待条件第四章：存储管理功能：主存的分配和回收：使各作业和进程有足够的存储空间来运行地址变换：将程序中的逻辑地址转换为主存中的物理地址扩充主存容量： 提供虚拟存储器的管理功能，从而提供更大的主存空间存储保护 ：使主存中的各作业或进程不互相干扰存储分配方式：直接方式（程序员在编程或编译源程序时采用实际的存储器地址）静态分配方式（作业装入内存时确定其相对位置，并且运行时保持不变） 动态分配方式（作业在进入内存运行时允许其存储空间移动，也可以申请新的存储空间）地址定位：应用程序经过编译后，其地址都从“0”开始，程序中的地址都相对于0开始地址计算。但程序进入内存空间，其内存地址不一定从0开始计算，这就需要把程序的地址转换为内存的实际地址。分类：静态重定位 动态重定位动态重定位：在程序执行过程中，当访问指令或数据时才进行地址的变换。实存管理方式固定式分区分配：原理：把主存空间预先划分成若干个大小固定的区域（分区），每个分区可以且只能装入一个程序，这样多个程序可并发执行。分区大小可以不等，但必须事先确定，运行时不能修改。 优点：1）作业可以并发执行2）管理简单、系统开销小 缺点：1）一个作业只能装入一个分区，作业太 大不能装入2）分区总数固定，限制了并发执行的作业数目3）分区较大作业较小时，会浪费主存空间可变式分区分配：原理：又称为动态分区分配，在作业装入主存时，根据用户作业的大小分配相应大小的分区。每个作业占用一个分区，每个分区都是连续的内存区域。分区的大小和数目是不定的。 优点：1) 分区个数由作业数决定，提高了并发执行能力。2)分区的大小由作业的大小决定，提高了主存的使用效率。 缺点：在主存分配过程中，会产生许多主存碎片，造成主存空间的浪费。 主存分配算法：首次适应算法，下次适应算法，最佳适应算法，最坏适应算法分页式存储管理：原理：作业的地址空间划分成长度相等的页，内存空间划分为与页大小相等的块，作业的一页可放入内存的任意块中。程序的逻辑地址由页号和页内地址组成，页号的长度决定了分页的多少，页内地址的长度决定了页面的大小。作业的最后一页经常装不满一块，形成的不可利用空间称为“页内碎片”。 数据结构：（位示图：记录内存块使用情况 主存分配表：记录作业分配情况 页表：作业的页号和内存块号对应情况） 地址转换：1）由逻辑地址计算出页号和页内地址 页号 = 逻辑地址 / 页长 （商） 页内地址 = 逻辑地址 mod 页长 （余数） 2）由块号计算物理地址 物理地址 =用户区基址+块号 * 块长 +页内地址 优点：较好解决了内存零头问题，提高了主存的利用率。 缺点：两级地址转换增加了计算开销，要占用较多的内存来实现地址转换，仍然存在不可利用的空间，即页面间隙，要求页的大小固定，不利于程序对主存的共享和使用，运行作业的信息全部装进主存，作业大小受主存容量的限制。分段式存储管理：原理：作业的地址空间被划分为若干段，每段定义了一组逻辑信息。每个段都有自己的名字，用一个段号来表示，每个段都从0开始编址，并采用一段连续的地址空间。段的长度由相应的逻辑信息组的长度决定，因而各段长度不等。整个作业的逻辑地址空间，由于分成多个段，因而是二维的，即其逻辑地址由段号和段内地址所组成。 地址转换：在系统中设置段表寄存器，用来存放段表的始址和段表长度。1）根据控制寄存器内容找到段表位置2）利用逻辑地址中段号在段表中找到段在主存中的始地址3）物理地址=段偏移量+主存始地址 分段与分页的区别：1）页是信息的物理单位，分页是为了实现离散的分配方式，消减主存碎片，提高主存的利用率。段是信息的逻辑单位，它包含一组意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好地满足用户的需要。2）页的大小固定且由系统确定。段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编译程序在对源程序进行编译时，根据信息的性质来划分。3）分页的作业地址空间是一维的。分段的作业地址空间是二维的，在标识一个地址时，既要给出段名，又要给出段内地址。虚存管理方式：请求页式存储管理：原理：在分页式存储管理基础上，增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的虚拟存储管理系统。把作业分成大小相等的若干页，把主存分成与页大小相等的若干块；对每个作业限定分给它的主存块数，先在主存块中装入作业的部分页，在作业运行时再装入所需要的页。 优点：1）作业页面只需装入一部分，节省主存空间，增加了并发执行的作业个数，提高系统的利用率。2）作业在内存中不需连续存放，解决了内存碎片问题 缺点：1）需要额外硬件支持，增加了系统成本2）淘汰算法选择不当，可能产生抖动现象3）仍然存在页内碎片请求分段存储管理：原理：在分段存储管理基础上，增加了请求调段功能和段置换功能所形成的虚拟存储管理系统。把作业分成若干分段，作业开始运行时，只需要把当前需要的分段装入内存；运行中，若访问的分段不在内存，则通过确段处理程序调入，还可以通过置换功能将暂时不用的分段调出到外存。 优点：1）段式管理便于程序的模块化处理2）段式虚存管理每次交换一个逻辑分段，减少了交换次数3）段长可以动态增长4）便于对程序完整的逻辑功能进行共享5）便于实现动态链接 缺点：1）需要额外硬件和存储空间，增加了系统开销2）碎片问题较严重3）段的动态增长难于管理段页式存储管理：原理：结合分段管理在逻辑上的优点和分页管理在存储利用上的优点，作业逻辑空间用分段划分，每个分段再分成若干固定大小的分页。用分段的方法管理虚拟存储器，用分页的方法管理主存。每个分段在内存中可以分散存放，段大小不再受内存可用空间限制，也不需要进行内存拼接。 缺点：1）管理复杂，硬件成本高，额外开销大2）零头问题严重3）抖动问题难控制第五章：设备管理任务：完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设备，提高CPU与I/O设备的利用率，提高I/O设备的速度，方便用户使用I/O设备。目标： 1）方便性2）并行性3）均衡性4）设备无关性5）虚拟设备功能：1）缓冲管理 协调各类设备的工作速度，提高系统的使用效率。2）设备分配与回收 为用户分配所需要的设备，用户使用完后，回收分配的设备。3）设备处理 实现CPU和设备控制器之间的通信。它通过相应的设备处理程序来实现。4）虚拟设备 把每次只允许一个进程使用的物理设备，改造为能同时供多个进程共享的设备。I/O控制方式：不同设备的物理特性存在差异，不同的设备应选用相适应的I/O技术。循环测试I/O方式：也称为“忙等待”方式，控制程序一直检测设备(忙/闲标志位)的状态，直到该设备的一个操作完成，才能进行下一个操作。I/O中断方式：计算机在执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件，使得CPU暂时中止当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中止处继续执行或调度新的进程执行的过程。DMA方式：这种方式中，DMA控制器(DMAC)从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU而直接在内存和I/O设备之间进行。工作时，由DMA控制器向内存发出地址和控制信号，进行地址修改，成批传送数据，以中断方式向CPU报告传送操作结束。通道方式：通道控制方式是一种以主存为中心，设备与主存直接交换数据的控制方式。CPU只需要发出启动指令，指出通道相应的操作和I/O设备，该指令就可以启动通道并使该通道从主存中调出相应的通道指令执行，完成一组数据块的传输。缓冲技术：是I/O设备在与主存交换数据时使用缓冲区的技术。缓冲管理的主要功能是组织好缓冲区，并提供获得和释放缓冲区的手段。分类：单缓冲 双缓冲 多缓冲（循环缓冲） 缓冲池通道定义：能独立完成I/O操作的机构，又称I/O处理机，用于实现内存与外设之间的信息传输。类型：字节多路通道 数据选择通道 数组多路通道磁盘驱动调度：由特定的调度算法确定某一时刻由谁进行磁盘的输入输出操作，原则是使查找时间（移臂调度）和延迟时间（旋转调度）尽可能小。第六章：文件：