计算机操作系统复习内容资料

部分概念没有找出，请参照老师给的范围复习，以下仅供参考！第一章计算机操作系统的定义：一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度以及方便用户的程序集合。计算机操作系统的功能：处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理。操作系统的类型：多道批处理OS、分时OS、实时OS。单道批处理系统的特征：1，自动性 2，顺序性 3，单道性。多道批处理系统的优点：1，资源利用率高 2，系统吞吐量大 缺点：1，平均周转时间长 2，无交互能力分时操作系统的特征：1，多路性 2，独立性 3，及时性 4，交互性实时操作系统的特点：1，系统对外部的信号必须能及时响应 2，要求高可靠性和安全性，效率则放在第二位 3，系统整体性强 4，不要求很强的“会话”能力。分时OS与实时OS的比较：多路性：相似 独立性：相同 及时性：实时系统要求更高 交互性：分时系统交互性更强 可靠性：实时系统要求更高操作系统的四个特性： 并发性、共享性、虚拟、异步性并行与并发 并行性（Parallelism）是指两个或多个事件在同一时刻发生。 并发性(Concurrence) 是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。第二章一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段的执行必须是顺序的，这种程序执行的方式就称为程序的顺序执行.程序顺序执行时的特征:1，顺序性 2，封闭性 3，可再现性程序顺序执行时的优点：程序的编制、调试方便，缺点：计算机系统效率不高。若干个程序段同时在系统中运行，这些程序段的执行在时间上是重叠的，一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始，即使这种重叠是很小的一部分，也称这几个程序段是并发执行的。程序并发执行时的特征：1，间断性 2， 失去封闭性 3， 不可再现性 进程与程序的区别与联系：1、程序是指令的集合，是静态的概念。 进程是程序在处理机上的一次执行的过程，是动态的概念。程序可以作为软件资料长期保存。进程是有生命周期的。2、进程是一个独立的运行单位，能与其它进程并行（并发）活动。而程序则不是。3、进程是竞争计算机系统有限资源的基本单位，也是进行处理机调度的基本单位。4、一个程序可以作为多个进程的运行程序，一个进程也可以运行多个程序。进程的定义：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。进程的特征：1，结构特征 2，动态性 3，并发性 4，独立性 5，异步性进程的三种基本状态及其转换： 进程控制块PCB(Process Control Block)：是操作系统为描述进程状态过程所采用的一个与进程相联系的数据结构。进程控制块PCB作用:OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。进程控制块中的信息：1，进程标识符2，处理机状态 3，进程调度信息 4，进程控制信息进程控制一般是由OS的内核中的原语来实现的。 原语(Primitive)是由若干条指令组成的，用于完成一定功能的一个过程。原子操作，是指一个操作中的所有动作要么全做，要么全不做。换言之，它是一个不可分割的基本单位，因此，在执行过程中不允许被中断。原子操作在管态下执行，常驻内存。 两种形式的制约关系间接相互制约关系进程互斥。（源于共享着某种系统资源）直接相互制约关系进程同步。（源于进程间的合作）进程同步：相互合作的进程之间需要交换一定的信息，当某进程未获得其合作进程发来的信息之前，该进程等待，直到方信息到来时才被唤醒继续执行。从而保证诸进程的协调运行。进程互斥：在操作系统中，当某一进程正在访问某临界区时就不允许其它进程进入，否则发生无法估计的结果，两个进程的相互制约叫互斥。不允许两个及以上的共享临界资源的并发进程同时进入临界区称互斥。临界资源（critical resource）：一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。每个进程中访问临界资源的那段程序段称为临界区。var a,b,c,d,e,f,g,h:semaphore := 0,0,0,0,0,0,0,0;begin parbegin begin S1;signal(a); signal(b); signal(c); end begin wait(a); S2; signal(d); end begin wait(b); S3; signal(e); end begin wait(c); S4; signal(f); end begin wait(d); S5; signal(g); end begin wait(e); wait(f); S6 ; signal( h); end begin wait(g); wait(h); S7; endparendend信号量的应用：实现互斥、前趋关系、共享缓冲区的合作进程同步。管程的定义：由过程、初始化序列和局部数据组成的软件模块。管程的特点：1，局部变量只能被管程的过程访问；2， 进程通过调用管程的过程进入管程；3， 只能有一个进程在管程中执行，其他被阻塞。进程通信的类型：1，共享存储系统 2，消息传递系统 3，管道通信线程的概念：线程是进程中的一个实体，是被系统独力调度和分派的基本单位。试从调度性、并发性、拥有资源及系统开销方面对进程和线程进行比较：1），在引入线程的OS中，把线程作为调度和分派的基本单位，而把进程作为资源的基本单位；2），在引入线程的OS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，因而使OS具有更好的并发性；3），进程始终是拥有资源的一个独立单位，线程自己不拥有系统资源，但它可以访问其属进程产资源。4），在创建，撤消和切换进程方面，进程的开销远远大于线程的开销。引起进程阻塞或被唤醒的主要事件是：1，请求系统服务 2，启动某种操作 3，新数据尚未到达 4，无新工作可做 第三章三级处理机调度，低级调度获得CPU作业(Job)=程序+数据+作业说明书作业步(Job Step)。通常，在作业运行期间，每个作业都必须经过若干个相对独立，又相互关联的顺序加工步骤才能得到结果，我们把其中的每一个加工步骤称为一个作业步作业控制块JCB(Job Control Block)：是作业在系统中存在的标志 。作业的状态：提交状态 后备状态 运行状态 完成状态进程调度方式：1)非抢占方式(Nonpreemptive Mode) 2) 抢占 方式(Preemptive Mode) 处理机调度的基本算法：1，先来先服务（FCFS）2，短进程优先（SPF）3，高优先权调度 （FPF ）4，时间片轮转（RR） 5，多级反馈队列调度作业调度算法：1，先来先服务（FCFS）2，短作业优先（SJF）3高优先权调度（FPF）4，高响应比优先（HRN）死锁（Deadlock）定义：指多个进程因竞争共享资源而造成的一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。 产生死锁的原因：1，竞争资源 2，进程间推进顺序非法产生死锁的必要条件：1，互斥条件 2，请求和保持条件 3，不剥夺条件 4，环路等待条件预防、避免死锁的方法 ：1，摒弃“请求和保持”条件 2，摒弃“不剥夺”条件 3，摒弃“环路等待”条件 4，破坏“互斥”条件死锁的避免：安全序列、银行家算法第四章物理地址：是计算机主存单元的真实地址，又称为绝对地址或实地址，主存以字节为单位。主存空间：物理地址的集合所对应的空间组成了主存空间（物理空间）。逻辑地址：(相对地址、虚地址)用户的程序地址(指令地址或操作数地址)均为逻辑地址。重定位：在装入时对目标程序中的指令和数据地址的修改过程。动态重定位：程序执行过程中，当访问指令或数据时，才进行的地址变换方法，称为动态重定位。静态地址重定位：是指作业在装入时随即进行的地址变换方式，这一工作由装配程序完成。区别：静态地址重定位：无需增加硬件地址变换机构；实现简单。程序经地址定位后就不能再移动了；程序在存储空间中只能连续分配；多个用户难以共享存于内存中的同一程序。动态地址重定位：可对内存进行非连续分配；提供了实现虚存的基础；有利于程序段的共享。动态链接：装入时动态链接。这是指将用户源程序编译后所得到的一组目标模块，在装入内存时，采用边装入边链接的链接方式。 运行时动态链接。这是指对某些目标模块的链接，是在程序执行中需要该(目标)模块时，才对它进行的链接。加快程序装入，节约内存空间 。存储保护：界地址保护(1) 上、下界防护 上界下界24kb20kb20kbD24kb ，超过范围则越界中断 （2）基地址、限长防护基地址20kb 限长地址4kb 逻辑地址4k允许，否则越界中断。区别：界地址保护用物理地址，界中断用逻辑地址。对于合法的访问，二者效率相同，对于不合法的访问，物理地址浪费CPU。固定分区分配中，每个分区大小：在系统生成时，将内存划分为若干各分区，每个分区的大小可以不等(或相等)，一经划分，不能更改。了便于内存分配，通常将分区按大小进行排队，并为之建立一张分区使用表，其中各表项包括每个分区的起始地址、大小及状态(是否已分配)。分段存储管理引入：方便编程、分段共享、分段保护、动态链接和动态增长。分段在分段存储管理方式中，作业的地址空间被划分为若干个段，每个段定义了一组逻辑信息。例如，有主程序段MAIN、子程序段X、数据段D及栈段S等。每个段都有自己的名字。为了实现简单起见，通常可用一个段号来代替段名，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。整个作业的地址空间由于是分成多个段，因而是二维的，亦即，其逻辑地址由段号(段名)和段内地址所组成。 长度24位，8位段号，每段最大长度（）分页和分段的主要区别：(1) 页是信息的物理单位，段则是信息的逻辑单位；(2) 页的大小固定且由系统决定，而段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序；(3) 分页的作业地址空间是一维的，分段的作业地址空间则是二维的；（4）分段用户可见 ，分页用户不可见。n 分区分配算法1) 首次适应算法(first fit)（最先适应散算法）每个空白区按地址递增的顺序链接在一起。在分配内存时，从链首开始顺序查找，直至找到一个大小能满足要求的空闲分区为止；然后再按照作业的大小，从该分区中划出一块内存空间分配给请求者，余下的空闲分区仍留在空闲链中。若从链首直至链尾都不能找到一个能满足要求的分区，则此次内存分配失败，返回。优点：尽量使用低端地址，以保持高址部分的大空间区；缺点：低址部分不断被划分，会留下许多难以利用的、很小的空闲分区；会增加查找可用空闲分区时的开销；回收时花销较大，费时。2）循环首次适应算法(next fit)由首次适应算法演变而成。从上次找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找，为实现该算法，应设置一起始查寻指针，用于指示下一次起始查寻的空闲分区，并采用循环查找方式。 该算法能使内存中的空闲分区分布得更均匀，从而减少了查找空闲分区时的开销，但这样会缺乏大的空闲分区。 3）最佳适应算法(best fit) 空白区按大小递增的顺序链在一起。变量FREE 中的始端指针总指向最小的空白区。优点：平均而言，查找时间较少；缺点：选择最适合的空白区，形成很多小碎片；找一个大空白区时较慢；回收时费时；先拼接，再把该区插入适当位置。4）最坏适应算法(worst fit)空白区按大小递减的顺序链在一起。优点：分配时间快，查找效率高；剩下的空白分区仍可用；缺点：各空白区比较均匀地减少，工作一段时间后，就不能满足大空白区的要求；回收麻烦。空闲分区表：系统中设置一张空闲分区表，每个空闲分区占一个表目，包括序号，大小，起址，状态。快表的作用：快表就是存放在高速缓冲存储器的部分页表。作用：页式存储管理在用动态重定位方式装入作业时，要利用页表做地址转换工作。请求分页/分段存储管理中，每次从主存中取指令或操作数要（2）次访问主存虚拟存储管理作用：把辅助存储器作为对主存储器的扩充, 向用户提供一个比实际主存大得多的的地址空间虚拟存储器的最大容量，如何决定的：虚存容量不是无限的，最大容量受内存和外存可利用的总容量限制,虚存实际容量受计算机总线地址结构限制纯代码及作用：可重入代码(Reentrant Code)又称为“纯代码”(Pure Code)，是一种允许多个进程同时访问的代码。为使各个进程所执行的代码完全相同，绝对不允许可重入代码在执行中有任何改变。因此，可重入代码是一种不允许任何进程对它进行修改的代码。最佳(Optimal)置换算法：其所选择的被淘汰页面，将是以后永不使用的，或许是在最长(未来)时间内不再被访问的页面。先进先出(FIFO)页面置换算法：这是最早出现的置换算法。该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以淘汰。LRU(Least Recently Used)置换算法：原理：当需要置换一页时，选择在最近一段时间内最久未用的页予以淘汰覆盖和虚拟存储器的区别？覆盖：把程序划分为若干个功能上相对独立的程序段，按照程序的逻辑结构让那些不会同时执行的程序段共享同一块内存区。通常，这些程序段都被保存在外存中，当有关程序段的先头程序段已经执行结束后，再把后续程序段调入内存覆盖前面的程序段。虚拟存储器：指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储系统。在执行中的程序，某一段时间内，CPU 总是集中地访问程序中的某一部分容量：内存外存或由计算机地址结构和寻址方式确定页式地址变换？1、虚地址以十六、八、二进制的形式给出将虚地址转换成二进制的数；按页的大小分离出页号和位移量（低位部分是位移量，高位部分是页号）；根据题意产生页表；将位移量直接复制到内存地址寄存器的低位部分；以页号查页表，得到对应页装入内存的块号，并将块号转换成二进制数填入地址寄存器的高位部分，从而形成内存地址。2.虚地址以十进制数给出页号虚地址/页大小位移量虚地址 mod 页大小根据题意产生页表；以页号查页表，得到对应页装入内存的块号内存地址块号页大小位移量例1：有一系统采用页式存储管理，有一作业大小是8KB，页大小为2KB，依次装入内存的第7、9、A、5块，试将虚地址0AFEH，1ADDH转换成内存地址。虚地址0AFEH0000 1010 1111 1110P1 W010 1111 1110MR0100 1010 1111 1110 4AFEH虚地址1ADDH0001 1010 1101 1101P3W010 1101 1101MR0010 1010 1101 11012ADDH例2：有一系统采用页式存储管理，有一作业大小是8KB，页大小为2KB，依次装入内存的第7、9、10、5块，试将虚地址7145，3412转换成内存地址。虚地址 3412：P3412 / 20481 W3412 mod 20481364MA=9*2048+1364=19796虚地址3412的内存地址是19796页号块号071921035虚地址 7145P7145 2048 3W7145 mod 2048 1001MA=5*2048+1001=11241虚地址7145的内存地址是：11241。第五章设备分类：按从属关系：系统设备、户设备按使用特性：储设备、I/O设备按传输速率： 低速设备、速设备、高速设备 按数据组织（信息交换的单位）：设备(Block Device)、符设备(Character Device)按资源分配角度：独占设备、共享设备、拟设备设备分类的目的：简化设备管理程序4种I/O控制方式：程序I/O方式、中断方式、DMA方式、通道方式（逐步提高，主要差别：中央处理器和外围设备并行工作作的方式不同，并行工作的程度不同）中断技术：1、唤醒被阻塞的驱动（程序）进程2、保护被中断进程的CPU环境；3、转入相应的设备处理程序；4、中断处理；5、恢复被中断进程的现场；问题：当设备驱动程序向控制器发出命令后，可能会由于I/O速度慢而等待（阻塞），它应什么时候被唤醒呢？该由谁唤醒呢？答案：由中断处理程序唤醒。引入缓冲的主要目的：缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的情况；可减少中断CPU的次数，放宽CPU对中断的响应时间；提高CPU，通道，I/O设备的并行能力。进程除了获得所需要的设备，还需要获得和通道或DMA才能进行I/O操作。扫描算法（SCAN）电梯调动算法原理：选择与当前磁头移动方向一致且距离最近的进程。特点：寻道性能较好，避免了进程“饥饿”现象。移臂的目的：当磁头刚从里向外移动而越过了某一磁道时，恰好又有一进程请求访问此磁道，这时，该进程必须等待，待磁头继续从里向外，然后再从外向里扫描完所有要访问的磁道后，才处理该进程的请求，致使该进程的请求被大大地推迟。为了减少这种延迟，CSCAN算法规定磁头单向移动。SPOOLing (Simultaneaus Periphernal Operating On Line斯普林)系统多台外设通过通道或DMA 器件和主机与外存连接起来，实现脱机I/O功能。或称为假脱机操作。 工作原理例：输入方式：在系统输入模块收到作业请求输