操作系统考点

1、操作系统考点第一章概念：操作系统是一直运行在计算机上的程序（通常称为内核），其它程序则为系统程序和应用程序。概念分析：管理计算机系统的全部硬件资源、软件资源及数据资源控制程序运行为其它应用软件提供支持等，使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面操作系统形成与发展无操作系统的计算机系统-人工操作方式（穿孔纸带）缺点：用户独占全机CPU等待人工操作脱机输入/输出方式解决：缓和人机问题、CPU-I/O冲突问题单道批处理系统解决：提高系统资源的利用率和系统吞吐量，但这种单道批处理系统仍然不能很好地利用系统资源，故现已很少使用。多道批处理系统解决：提高资源利用率和系

2、统吞吐量，但也带来了一系列问题：处理机管理问题，内存管理问题，I/O设备管理问题，文件管理问题，作业管理问题。分时操作系统解决：彻底地改变原来批处理系统的运行方式，作业不再进入磁盘，而是直接进入内存；不再允许一个作业长期占用处理器，而是通过分时轮流多个作业。同时也带来了一个重要问题：实时性。（Unix）实时操作系统：是指系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。解决：能够对用户提出的请求的信息进行检索和处理，并在很短的时间内为用户做出正确的响应。（Linux,VxWorks）微机操作系统配置在微型机上的操作系统称为微机操作系统。

3、最早诞生的微机操作系统是配置在8位微机上的CP/M,后来逐渐出现16位，32位，64位微机操作系统。通常微机操作系统都是按照它按运行方式来划分：?单用户单任务操作系统：只允许一个用户上机，且只允许用户程序作为一个任务运行。（CP/M和MS-DOS）?单用户多任务操作系统：只允许一个用户上机，但允许用户把程序分为若干个任务，使它们并发执行，提高效率。（Windows）?多用户多任务操作系统：允许多个用户通过各自的终端使用同一台机器，共享主机系统中的各种资源，而每个用户程序又可进一步分为几个任务，使它们能并发执行，从而可进一步提高资源利用率和系统吞吐量。（UNIX,Linux）操作系统提供的服务和

4、用户接口操作系统提供的用户接口：用户接口：为了便于用户直接或间接地控制自己的作业，操作系统向用户提供了命令接口。用户可通过该接口向作业发出命令以控制作业的运行。程序接口?程序接口是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的，是用户程序取得操作系统服务的惟第二章进程和线程进程定义：进程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本书定义：是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。涵盖：程序代码、当前活动、堆栈段、数据段进程是动态的、程序时静态的。在操作系统中，要对进程进行管理以保证程序执行的安全可靠。进程的5个状态：新建、就绪、等待、执行、终止新建状态运行状态终止状态就绪状态

5、阻塞状态运行一个程序，操作系统会就会创建进程，并为它分配资源（主要是内存空间），并等待分配CPU资源，转入就绪状态。当进程已获得处理机，其程序正在处理机上执行，此时的进程状态称转为执行状态。当进程被阻塞或者等待触发事件时（比如等待I/O的输入结束），就转为等待状态（有的课本称为阻塞状态）当触发事件发生时（如I/O输入结束），进程由等待状态转为就绪状态进程被强制中断或优先级更高的进程到来时，从执行状态转为就绪状态进程在被执行完毕时，调用exit（）,释放资源进程调度-进程控制块每个进程在OS内用进程控制块来表示，进程控制块或任务控制块，包含如下特定进程相关信息：进程状态，程序计数器，CPU寄存器

6、，CPU调度信息，内存管理信息，记账信息，I/O状态信息进程调度-上下文切换案例分析：CPU执行优先级较高的进程时，会停止执行当前进程。会发生上下文切换（ContextSwitch）。CS执行步骤1 .挂起一个进程，并储存该进程当时在内存中所反映出的状态2 .从内存中恢复下一个要执行的进程，恢复该进程原来的状态到寄存器，返回到其上次暂停的执行代码然后继续执行进程操作一进程创建触发创建进程事件：新的批处理作业，交互登录，操作系统提供一项服务而创建，由现有的进程派生进程操作一进程终止触发终止进程事件：正常完成，超过时限，无可用内存，越界，保护错误，算术错误，时间超出，I/O失败，无效指令，特权指令

7、，数据误用，操作员或操作系统干涉，父进程终止，父进程请求进程通信独立进程：如果一个进程不能影响其他进程或被其他进程影响（如：不与其他进程共享数据的进程是独立的）。协作进程：如果系统中一个进程能影响去进程或被其他进程所影响。线程：是进程的一部分,一个没有线程的进程可以被看作是单线程的。线程有时又被称为轻权进程或轻量级进程，也是CPU调度的一个基本单位。线程的三种模型：多对一，一对一，多对多第三章调度算法先到先服务调度（FCFS算法先来先服务（FCFS相度算法是一种最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。1）当在作业调度中采用该算法时，每次调度都是从后备作业队列中选择一个或多个

8、最先进入该队列的作业，将它们调入内存，为它们分配资源、创建进程，然后放入就绪队列。2）在进程调度中采用FCFSB法时，则每次调度是从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程，为之分配处理机，使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某事件而阻塞后才放弃处理机。最短作业优先调度（SJ（P）F短作业（进程）优先调度算法SJ（P）F是指对短作业或短进程优先调度的算法。它们可以分别用于作业调度和进程调度。1）短作业优先（SJF的调度算法是从后备队列中选择一个或若干个估计运行时间最短的作业，将它们调入内存运行。2）短进程优先（SPF调度算法则是从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程，将处理机分配给它，使

9、它立即执行并一直执行到完成，或发生某事件而被阻塞放弃处理机时再重新调度。高优先级优先调度算法为了照顾紧迫型作业，使之在进入系统后便获得优先处理，引入了最高优先级优先调度算法。1）当把该算法用于作业调度时，系统将从后备队列中选择一个或若干个优先级最高的作业装入内存；2）当用于进程调度时，该算法是把处理机分配给就绪队列中优先级最高的进程。该算法主要有以下几种方式：1）非抢占式优先级算法在这种调度方式下，系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先级最高的进程后，该进程就能一直执行下去，直至完成；或因等待某事件的发生使该进程不得不放弃处理机时，系统才能将处理机分配给另一个优先级高的就绪进程。（2）抢占式优先

10、级算法系统把处理机分配给优先级最高的进程，使之执行。但在其执行期间，一旦出现一个优先级更高的就绪进程，进程调度程序就立即停止当前进程（原优先级最高的进程）的执行，重新将处理机分配给新到的优先级最高的进程。优先级的类型：（1）静态优先级静态优先权是在创建进程时确定的，且在进程的整个运行期间保持不变，一般用07或0255中的某一整数来表示优先级的确立，主要参考以下几种依据：(1)进程类型。通常，系统进程(如接收进程、对换进程、磁盘I/O进程)的优先级高于一般用户进程的优先级。(2)进程对资源的需求。如进程的估计执行时间及内存需要量的多少，对这些要求少的进程应赋予较高的优先级。(3)用户要求。这是由

11、用户进程的紧迫程度及用户所付费用的多少来确定优先级的静态优先级(重点)(1)优点：简单易行(2)系统开销小(2)缺点：不太灵活，很可能出现低优先级的作业(进程)，长期得不到调度而等待的情况静态优先级法仅适用于实时要求不太高的系统动态优先级(解决进程饥饿问题)静态优先级可能会导致无穷阻塞或饥饿(可以运行但缺乏CPU的进程可以认为是阻塞的)动态优先级是指在创建进程时所赋予的优先级，可以随进程的推进或随其等待时间的增加而改变的(老化”技术)，以便获得更好的调度性能一般，在就绪队列中的进程，随其等待时间的增长，其优先级以速率a提高，当采用抢占式优先级调度算法时，如果再规定当前进程的优先级以速率b下降，

12、则可防止一个长作业长期地垄断处理机。轮转法调度在分时系统中，为保证能及时响应用户的请求，必须采用基于时间片的轮转式进程调度算法。在早期，分时系统中采用的是简单的时间片轮转法；进入20世纪90年代后，广泛采用多级反馈队列调度算法。该算法主要如下内容：(1)时间片：定义一个较小的时间单元，就绪队列作为循环队列，为每个进程分配不超过一个时间片的CPU。(2)CPU从队首开始轮流名出时间片(FIFQ。(3)时间片大小确定(重点)时间片大小问题：时间片过小：短作业优先，频繁发生中断、切换，系统开销过大；时间片过大：每个进程都能在一个时间片内完成，时间片轮转算法便退化为FCFSM法，无法满足交互式用户的需

13、求；时间片略大于一次典型的交互所需要的时间，一般，80%的CPU区间应该小于时间多级队列调度算法将就绪队列分为多个独立队列，根据进程的属性，如内存大小、进程优先级、进程类型等，一个进程永久地分配到一个队列中。该算法主要有如下几个特征：(1)分为多个独立队列(2)每个队列可以有独立的调度算法(3)通常队列之间存在优先级：高级别进程执行完，才能执行低级别进程(4)队列之间也可能划分时间片多级反馈队列调度允许进程在队列之间移动主要思想：根据不同CPU区间特点区分进程，如果过多使用CPU时间，那么它会被转移到更低优先级的队列在较低优先级队列中等待时间过长的进程会被转移到更高优先级的队列中。这种“老化”

14、阻止饥饿的发生第四章什么是临界区：不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。人们把在每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（criticalsection什么是临界资源：许多硬件资源（如打印机、磁带机等）或者整台电脑中的操作系统和应用软件等软件资源都属于临界资源（CriticalResouce）进程同步的准则一：空闲让进：当无进程处于临界区时，表明临界资源处于空闲状态，应允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区，以有效地利用临界资源进程同步的准则二：忙则等待：当已有进程进入临界区时，表明临界资源正在被访问，因而其它试图进入临界区的进程必须等待保证对临界资

15、源的互斥访问。进程同步的准则三：有限等待：对要求访问临界资源的进程，应保证在有限时间内能进入自己的临界区，以免陷入“死等”状态。进程同步的准则四：让权等待：当进程不能进入自己的临界区时，应立即释放处理机，以免进程陷入“忙等”状态。信号量机制：计算机世界发明了“信号量机制”来解决进程共享临界资源的问题信号量机制之一：整型信号量信号量机制之二：记录型信号量信号量机制之三：AND型信-号量经典同步问题他的实现发现详情见课本管程所下的定义是：“一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行（在该数据结构上）的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据”。死锁形成的必要条件：必要条件：当然在产生死锁

16、的基本原因下，必须满足下列四个条件，才能产生“死锁”。互斥：至少有一个资源必须处于非共享模式；即一次只有一个进程使用。如果另一资源申请该资源，那么申请进程必须延迟直到该资源释放为止。占有并等待：一个进程必须占有至少一个资源，并等待另一资源，而该资源为其他进程所占有。非抢占：资源不能被抢占；即，只有进程完成其任务之后，才会释放其资源。循环等待：有一组进程P0,P1,Pn,P0等待的资源为P1所占有，P1等待的资源为P2所占有，Pn-1等待的资源为Pn所占有，Pn等待的资源为P0所占有，形成一个等待环路。死锁处理方式一：死锁预防：根据出现死锁必须的四个必要条件，只要确保至少一个必要条件不成立就能预防死锁发生