操作系统 重点复习资料.doc

第一章1计算机系统是由硬件和软件两大部分组成；硬件指计算机的各种处理器、存储器、I/O设备和通信装置等。软件通常分为系统软件和应用软件。2操作系统是计算机系统的一种系统软件，它用于管理计算机的资源和控制程序的执行。3操作系统的基本功能：从人机交互上操作系统提供了用户开发和运行应用软件的环境和手段。这是操作系统为用户提供的基本公共服务。从资源管理：操作系统的功能包括处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理和作业管理。4操作系统按提供的功能来分类：单用户操作系统、批处理操作系统、实时操作系统、分时操作系统和网络操作系统。批处理系统特点：用户把要计算的问题、数据和作业说明书一起交给操作员，操作员将一批算题输入到计算机，然后由操作系统来控制执行。适用方面：计算量大、不需要和用户交互的大型作业。分时系统特点：同时性。若干个终端用户可同时使用计算机；独立性。用户彼此独立，互不干扰；及时性。用户的请求能在较短时间内得到响应；交互性。用户能进行人-机对话，联机地调试程序，以交互方式工作。适用方面：交互性强的多用户系统。实时系统特点：事件驱动，具有实时性。适用方面：较少有人为干预的监督和控制系统，例如，监督产品线，控制流水线生产的连续过程，监督病人的临界功能，监督和控制交通灯系统、监督和控制实验室以及监督军用飞机的状态等。5指令系统中那些只能由操作系统使用的指令称为特权指令。6多数操作系统将处理器工作状态划分为管态（一般指操作系统管理程序运行的状态）和目态（用户程序运行时的状态）。当处理器处于管态时，可以执行全部指令（包括特权指令），使用所有资源，并且有改变处理器状态的能力。当处于目态时，就只能执行非特权指令。第二章1从中断事件的性质来说，中断源可分为两大类：软件中断和硬件中断。中断处理应作的工作：保护未被硬件保护的一些必要状态。如程序状态字；识别中断源，分析产生中断的原因；中断处理。根据不同的中断原因采用不同的中断处理方法；中断恢复。从断点处恢复程序的继续执行。2程序顺序执行特点：程序执行的顺序性。程序运行时对资源的独占性。程序结果的可再现性。程序结果的封闭性。3程序并发执行特点：程序执行时的资源共享性。程序失去了封闭性和可再现性。并发程序之间的相互制约性。程序的局部性：时间局部性和空间局部性。4进程：进程是能和其他程序并行执行的程序段在某数集合上的一次运行过程，它是系统资源分配和调度的一个独立单位。注意：进程的基础是一个程序段，而不是整个程序；进程是一个动态的概念，它实质上是程序的一次执行过程。程序是一组指令的集合，它只规定了运行活动时所要完成的功能，本身没有运行的含义，因此是个静态概念。5进程的组成：程序数据集合进程控制块（PCB）。6PCB的组织方式：线性方式（增加时间开销）链接方式索引方式。7进程的三种基本状态：就绪状态执行状态阻塞状态。8原语：是由若干条机器指令构成的程序模块，它是用于完成特定功能的一段程序。为了保证操作的正确性，原语在执行期间不可分割。用于进程控制的原语主要有创建原语、撤消原语、阻塞原语、唤醒原语。9进程调度：分为高级调度、中级调度和低级调度。处理器调度（低级调度）：负责动态的把处理器分配给进程。执行进程调度功能的程序是进程调度程序，进程调度程序的执行频率很高，典型情况下几十毫秒一次，所以它必须常驻内存。处理器调度策略：优先数法、时间片轮转法、分级调度。作业调度和处理器调度的区别：作业调度是调度作业进入主存储器，处理器调度是调度进程占有CPU作业调度可以选择多个作业进入主存，处理器调度只能选择一个进程占有CPU作业调度是高级调度，处理器调度是低级调度。进程调度的功能：保护当前正在执行进程的现场，将程序状态寄存器、指令计数寄存器及所有通用寄存器的内容放到特定单元保留起来查询、登记和更新进程控指表PCB中的相应表项，根据表项中的内容和状态，并按一定的算法，从就绪进程中选择一个，并把CPU分配给它。恢复被调度到进程的原来现场，从而使它按上次放弃CPU时的状态继续运行。进程调度的方式：剥夺式，又称抢占式。非剥夺式，又称非抢占式。进程调度算法：时间片轮转法；适用场合：分时系统。优先级调度；适用场合：批处理系统和分时系统。多重队列轮转法；适用场合：能较好的满足各种用户要求，实用价值。10线程：在引入线程的操作系统中，线程是进程中的一个实体，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。线程与进程的关系：线程是进程的一部分，它是进程内的一个执行单元。在引入线程的操作系统中，资源分配的对象是进程，而不是线程。在引入线程的操作系统中，调度的基本单位是线程而不是进程。进程之间可以并发执行，而一个进程中的每个线程之间亦可并发执行。而且在并发执行过程中，也需要协作同步。第三章1存储管理的主要任务：为多道程序的并发执行提供良好的环境，使每道程序都能在不受干扰的环境中运行。提高存储利用率，尽量减少空闲的及不可利用的主要存储区域，使得有限的主存能更好地为多个用户程序服务。逻辑上扩充主存空间，使大程序能在小主存中运行。方便用户使用存储器，用户无需考虑存储器的分配、回收和保护工作，这些工作对于用户来说是“透明”的，完全由操作系统进行管理。2存储管理的功能：存储空间的分配和回收地址映射和重定位存储共享与保护主存扩充。3存储分配的方式：直接存储分配、静态存储分配和动态存储分配。4重定位：由于用户程序的装入而引起的地址空间中的相对地址转化为存储空间中的绝对地址的地址变换过程，称为地址重定位。静态地址重定位是指用户程序装入时由装配程序一次完成。动态地址重定位是在进程要对存储器进行访问时，由硬件地址机构完成地址转换工作。（优点：有利于提高主存的利用率和存储空间使用的灵活性；有利于程序段的共享实现；为实现虚拟存储管理提供了基础。）5移动技术优点：可使分散的碎片或小空间区汇集成一个大的空闲去；作业执行中扩充主存提供了方便。6分区存储管理的优点：实现了多道程序设计，从而提高了系统资源的利用率。系统要求的硬件支持少，管理简单，实现容易。缺点：由于作业在装入时的连续性，导致主存的利用率不高。主存的扩充只能采用覆盖与交换技术，无法真正实现虚拟存储。7页式存储管理取消了存储分配的连续性，它能够将用户进程分配到不连续的存储单元中连续执行。8虚拟存储是一种扩充主存容量的技术。采用虚拟存储器的系统在运行时只需先把作业的一部分装入主存，当运行到不在主存的作业时再把它装入，这样可以运行比主存容量大的作业，使人们觉得主存是一个无限大的空间，人们把这种技术的存储器称为虚拟存储器。实现虚拟存储器的优点是：可以动态扩充主存容量。9分页存储管理的优点：解决主存的零头问题，能有效地利用主存。方便多道程序设计，并且程序运行的道数增加了。可以提供大量的虚拟存储器，作业的地址空间不再受实际主存大小的限制。更加方便了用户，特别是大作业的用户。缺点：要求有相应的硬件支持，增加了计算机的成本。必须提供相应的数据结构来管理存储器，而这些数据结构不仅占用了部分主存空间，同时它们的建立和管理要花费CPU的时间。虽然解决了分区管理中区间的零头问题，但在分页系统中页内的零头问题仍然存在。对于静态分业管理系统，要求用户作业一次性装入主存，将给用户作业的运行带来一定的限制。在请求分页管理中，需要进行缺页中断处理，特别是请求调页的算法若选择不当，还有可能出现抖动现象，增加了系统开销，降低了系统效率。10分段存储管理思想：把程序按逻辑含义或过程关系分成段。11段式虚拟存储系统的基本思想：把作业的所有分段的副本都存放在外存上，当作业被调度投入运行时，首先把当前需要用的一段或几段装入主存，在执行过程中，访问到不在主存的段时，再通过缺段中断机构把它从外存上调入。12段页式存储器的优点：便于用户模块化程序设计，因为程序是以段为单位分割的，每个段内是连续的，但段间是可以不连续的。能减少存储空间的浪费。有利于实现程序的动态链接。有利于程序的共享。第四章1文件系统面向用户的功能是文件的共享与保护、文件的检索和文件的组织。2文件分类：按用途分为系统文件、用户文件、库文件。按文件中数据形式分为源文件、目标文件、可执行文件。按存取控制属性分为只执行文件、只读文件、读写文件。按文件逻辑结构分为有结构文件、无结构文件。UNIX系统把文件分为普通文件、目录文件、特殊文件和先入先出文件。3文件存取方法：顺序存取、直接存取和按键存取。4文件目录管理基本要求：实现“按名存取”；用户只需提供文件名，系统就可对该文件进行存取。提高对文件目录的检索速度；要合理组织文件的目录结构。文件共享；节省磁盘存储空间。文件允许重名；方便不同用户按照自己的习惯命名和使用文件。5二级目录结构：文件系统为每个用户建立一个文件目录，称为用户文件目录（第二季目录），以解决一级目录中各用户之间存在的同名问题。文件系统设置了用于管理所有用户文件目录的总目录称为主目录（第一级目录），记录了系统接受的用户名字及该用户文件目录的地址。6树形多级目录结构优点：较好的反映了现实世界中具有层次关系的数据集合和较确切地反映系统内部文件的分支结构；不同文件可以重名，只要它们不是在同一末端的子目录中；易于规定不同层次或子树中文件的不同存取权限，便于文件的保护、保密和共享等。7文件共享方法：符号链接和索引节点。符号链接法：假设用户A要共享B的一个文件file，则可以由系统在用户A中，创建一个link类型的新文件。在新文件中写入被链接文件file的路径名，将新文件登记在A的用户目录中，以实现A的目录与文件file的链接。优点：能够用于链接计算机网络上的任何地点中的文件。缺点：访问共享文件时，可能需要多次访盘，时间开销较大，也要开销一定磁盘空间。索引节点法：对要共享的文件，引入一个索引节点，将文件中诸如文件的物理地址及其文件属性等信息，不是放在文件目录表目中，而是放在索引节点中。在文件目录中只设置文件名及其指向相应索引节点的指针。8文件存储空间的管理：空闲表法、位示图法、空闲链表法、链接索引表法链接索引表法（成组链接法）的文件存储空间分配原理：使用若干个空闲盘块作为索引表块，来指出存储空间中所有空闲盘块。其分配过程为：系统从链表头的索引表块的尾部开始分配，如果该索引表块已经到了第0个表目，则将该表目指针读入超级块中作为索引链表表头指针，并将该盘块分配给请求空闲块的文件。9文件分配：连续分配、链接分配、索引链接分配、索引节点-i节点UNIX系统中索引节点优点：索引节点大小固定，并且相对比较小，因而可以长期保留在内存中。小文件可以通过很少的间接访问或不通过间接访问，从而减少了处理时间和磁盘访问时间。理论上讲，文件大小对所有的应用程序都是足够的。第五章1I/O子系统层次模型：逻辑I/O层：为用户进程提供一个管理I/O功能的接口。设备驱动程序接口层：接受上层所提出的I/O请求的操作和数据，并将I/O请求转换成适当的I/O指令序列、通道命令和控制器命令，即将抽象变为具体。设备驱动程序层：与I/O设备进行交互的软件层。逻辑I/O层分为：目录管理层、文件系统层和物理组织层。2DMA（直接存储器存取）方式过程：参数准备阶段：启动I/O设备进行数据交换前的准备工作。DMA工作阶段：当数据准备好时，从I/O设备发出DMA请求，并根据读、写控制线表明是读还是写的请求。CPU响应请求进行应答，并把CPU工作改成DMA操作模式，通过挪用CPU的一个工作周期，DMA控制器从CPU接管对总线的控制。由DMA控制器对主存寻址，启动数据传送和数据传送个数的计数，直至数据交换完毕。结束中断处理阶段：用中断向CPU报告DMA操作结束。通道方式工作过程：根据要求组织好通道程序，并把通道程序的首地址放在通道地址字中。CPU执行 “启动I/O”指令启动通道工作,启动成功后,通道逐条执行通道程序中的通道命令,控制设备实现输入输出操作。通道完成输入输出操作后，向CPU报告执行情况，CPU处理来自通道的信息。按信息交换方式和加接设备的特性种类不同，通道分为：字节多路通道、数据选择通道、数组多路通道。字节多路通道原理：以字节作为传输单位，并可以分时执行多个通道。数据选择通道原理：只有一个分配型子通道；即一个通道可以连接多台I/O设备，但每次只能控制一台设备工作。数组多路通道原理：通道分时地为多台I/O设备服务，每个时间片传送一个数据块，它结合了数组选择通道和字节多路通道的特点。3设备驱动程序：I/O子系统使用户进程能与I/O设备进行通信，而控制设备直接进行各种操作的内核模块常称为设备驱动程序。4缓冲技术：引入缓冲技术的原因：缓解设备与CPU之间的速度矛盾，提高CPU与I/O设备之间的并行性。便于进程共享缓冲区中的数据，减少系统设备的输入输出压力，即减少中断CPU的次数，放宽了CPU对中断的响应时间。5设备分配中的数据结构：设备控制表（DCT）控制器控制表COCT和通道控制表CHCT系统设备表（SDT）设备分配方式及优点：静态分配方式。在作业执行前，将作业所需要的这一类设备分配给它。当作业执行中不再需要使用这类设备，或作业结束撤离时，收回分配给它的这类设备。静态分配方式实现简单，能防止系统死锁。但采用这种分配方式，会降低设备的利用路。动态分配方式。在作业执行过程中，当进程确实要使用某设备时才将该设备分配给它，如不使用或者使用结束则收回设备。设备利用率高，但会有死锁发生。6用户进程的I/O请求，一般是以库函数中的函数调用形式进行的。库函数是在用户态下执行的，而系统调用是在核心态下执行的。系统调用接口的算法步骤：在系统调用表中查找对应系统调用号的表项；确定系统调用的参数数目；将参数从用户空间复制到内核空间U区；保存当前上下文；调用内核中的系统调用代码执行；如果执行有错，则将有错信息设置在所保存的用户寄存器上下文中的寄存器中；否则将正确信息设置在所保存的用户寄存器上下文中寄存器中，作为系统返回值。7虚拟设备：把独占设备变成逻辑上的共享设备的技术称为虚拟设备技术；实现虚拟设备技术的硬件和软件系统称为spooling系统；spooling技术提供的设备称为虚拟设备。实现虚拟设备需要具备硬件和软件的条件，硬件上需要在磁盘上开辟”输入井“和”输出井“。软件上需要提供预输入程序、缓输出程序和井管理程序。采用虚拟技术优点：提高了I/O速度；通过输入井和输出井实现I/O设备与主机的数据传输，可以提高I/O速度，缓和CPU与低速的I/O设备之间速度不匹配的矛盾。提高设备利用率和系统的效率的技术；将独占设备改造成共享设备，用户进程实际分配的是共享设备中的一个存储区，提高了独占设备的利用率，从而提高了系统的效率。第六章1信号量：基本原则是在多个相互合作的进程之间使用简单的信号来协调控制。一个进程检测到某个信号后，就被强迫停止在一个特定的地方，直到它收到一个专门的信号为止才能继续执行。这个信号就称为信号量。2死锁：如果多个交往的进程程序设计不恰当的话，会造成一组进程相互等待对方所占有的资源，最终各个进程谁也无法继续执行，形成一组进程处于永远等待的现象。死锁的必要条件：进程互斥使用资源，任一时刻一个资源只能为一个进程所占有，另一个进程请求已被占用的资源时被置等待态，直到该资源被释放；申请资源得不到满足处于等待态的进程不释放已占有的资源；资源只能有占用者自己释放；存在一个循环等待链。死锁的防止主要是通过破坏部分分配条件和循环等待条件，从而达到使死锁不发生的目的。主要方法有资源静态分配法和资源的层次分配法。资源静态分配法：指一个进程必须在执行前就申请它所需的全部资源，并且直到它所需的资源得到满足后才能开始执行。资源层次分配法：把资源分成多个层次，一个进程得到某一层的一个资源后，它只能再申请较高一层的资源；当一个进程要释放某层的一个资源时，必须先释放所占有的较高层的资源；当一个进程获得了某一层的一个资源后，它想再申请该层中的另一个资源，则必须先释放该层中的已占有的资源。第七章1橙皮书：TCSEC将安全保护分成D、C、B、A四等，每等又包含一个或多个级别。安全级按D1,C1,C2,B1,B2,B3,A1,A1以上这8个级别渐次增强。D等：D1级，D1级是计算机安全的最低级，整个计算机系统是不可信任的，硬件和操作系统很容易被侵袭。C等为自主型保护，C1级是无条件安全保护系统，要求硬件一定有安全保护。C2级引进了受控访问环境的增强特性。限制了用户执行某些系统指令。系统审计B等为强制型保护，B1支持多级安全，满足C2级所有要求。B2要求计算机系统中所有对象加标签，而且给设备分配安全级别。B3要求用户工作站或终端通过可信任途径连接网络系统，而且这一级采用硬件来保护安全系统的存储区。A等为验证型保护。A1级从实现功能上看，等同于B3级，要求构成系统的所有部件来源必须有安全保证，以此保障系统的完善与安全。A1级以上：比A1级可信度高的归入。2域实现方式：每一个用户可以是一个域。在这种情况下，可以存取的对象及其权限取决于用户的身份，当一个用户注销而另一用户登录时，就进行域的切换。每一个进程可以是一个域。此时，可以存取的对象及其权限取决于进程的标志，当一个进程向另一个进程发送消息，并等待回应时，