操作系统整理

1、操作系统的功能及基本类型操作系统是一种运行在内核态的软件。它对硬件和软件资源进行管理，是系统软 件中最基本的一种软件。操作系统有五大管理功能：作业管理、存储管理、信息管理、设备管理和处理机 管理。操作系统的处理器管理根据一定的策略将处理器交替地分配给系统内等待运行 的程序。操作系统的设备管理负责分配和回收外部设备，以及控制外部设备按用户程序的 要求进行操作。操作系统的文件管理向用户提供创建文件、撤消文件、读写文件、打开和关闭文 件等功能。操作系统的存储管理功能是管理内存资源。主要实现内存的分配与回收，存储保 护以及内存扩充。操作系统的作业管理功能是为用户提供一个使用系统的良好环境，使用户能有效

2、 地组织自己的工作流程，并使整个系统高效地运行。操作系统的基本类型：批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。操作系统的基本特征：并发性：两个或者多个事件在同一时间的间隔内发生。并行性：两个或者多个事件在同一时刻发生。进程，又称任务，简单来说，是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基 本单位，它是一个活动的实体。在操作系统中引入进程的目的是使程序能并 发执行。共享：系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。分为：互斥 共享方式和同时共享方式。虚拟：通过技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。操作系统中主 要通过分时的使用方法实现虚拟。异步：进程是以异步方式运行，只要运行环境相同，

3、作业经过多次运行，都 会获得完全相同的结果。进程的特征：动态性：进程的实质是程序的一次执行过程，因此，动态执行是进程最主要 的特征。并发性独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度 的独立单位。异步性：进程具有执行的间断性，进程按照各自独立的补课预知的速度向前 推进。结构特征：每个进程有一个进程控制块（PCB）PCB的结构及作用：结构：描述信息：进程名或进程标识号一识别进程；用户名和用户标识名一进程隶 属的用户；家族关系一进程树控制信息：当前状态；优先级别；程序开始地址；计时信息；通信信息资源管理信息：占用内存大小及管理用数据结构指针；对换或覆盖信息；共 享程序段大小及

4、起始地址；I/O设备及相关信息；指向文件系统的指针及有关标识CPU现场保护区作用：PCB中记录了系统所需的、用于描述进程的当前情况以及控制进程运行的全 部信息。使一个不能在多道程序环境下运行的程序成为一个能独立运行的基本单位。进程存在的唯一标志。三级调度概念及进程状态的变迁概念：高级、中级和低级调度作业从提交开始直到完成，经历三级调度：高级调度：作业调度，决定把后备作业调到内存运行低级调度：进程调度，决定让就绪队列的某进程获得CPU中级调度：在虚拟存储器中引入，在内、外存对换区进行进程对换。进程状态的变迁：运行态（该时刻进程实际占用CPU）就绪态（可运行，但由于其他进程在运行，所以被迫停止）阻

5、塞态（除非某种外部事件发生，否则进程不能运行）运行态的进程可以被阻塞或者就绪，就绪态的只能运行，阻塞态的可能到达（一 些输入到达）就绪态，然后立刻进入运行态。线程的特点及应用特点：线程是轻量级的进程，容易撤销或创建。负责执行多任务，由操作系统负责线程的调度和执行。线程可以把占据长时间的程序中的任务放到后台去处理。应用：？进程（线程）的同步和互斥问题？常用的“进程”调度算法？批处理系统：先来先服务（FCFS）；最短作业优先（SJF）（非抢占式）最短剩余时间优先（SRTN）（抢占式）交互式系统：轮转调度（RR）（时间片结束时剥夺CPU并分配给其他进程）优先级调度死锁死锁的基本概念如果一个进程集合中

6、的每个进程都在等待只能由该进程集合中的其他进程才能 引发的事件，那么该进程集合就是死锁的。（两个或者两个以上的进程在执行过程中，因争资源而造成的一种互相等待的现 象）发生（资源）死锁的必要条件（任何一条不成立，死锁就不发生,但是必要条件 存在不一定发生死锁）互斥条件：每个资源要么已经分配给了一个进程，要么就是可用的。占有和等待条件：已经得到某个资源的进程可以再请求新的资源。不可抢占条件：已经分配给一个进程的资源不能强制性的被抢占，它只能被 占有它的进程显式的释放。环路等待条件：死锁发生时，系统中一定有两个或两个以上的进程组成的一 条环路，该环路中的每个进程都在等待同一个资源。解决死锁的基本方法

7、预防死锁：通过设置某些限制条件去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个 或几个，可能会导致资源利用率低或系统吞吐量降低。避免死锁：在资源的动态分配中，用某种方法去防止系统进入不安全状态。检测死锁：通过系统设置的检测机构确定与死锁有关的进程和资源，采取措 施将发生的死锁除掉。解除死锁：撤销或挂起一些未发生死锁的进程，以便收回一些资源，再将这 些资源分配给已处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态以运行。死锁避免银行家算法算法描述：Rei=Needi? NO-出错Rei=Av? NO-Pi 必须等待试探性分配，并修改资源分配表AV=AV-ReiAli=Ali+ReiNeedi=Needi-Rei执行安全算

8、法得出结论Pi必须等待真正实施资源分配Al:现在已拥有资源Av：空闲资源Need:最大需求资源可变式分配一分配和回收算法/地址变换分配算法：最佳适应算法:搜索整个链表，试图找出最接近实际需要的空闲区。最坏适应算法:总是分配最大的可用空闲区，使新的空闲区比较大从而可以继续 使用。首次适应算法（最自然）：搜索段链表，找到足够大的一个空闲区，除非这个空 闲区和需要的空间一样大，否则，将空闲区分成两部分，一部分分配，一部分做 新的空闲区。虚拟存储页管理（局部性原理）时间局部性：某个指令或存储单元被访问到后，往往马上会再次被访问空间局部性原理：某个指令或存储单元被访问后，与它相邻的指令或存储单元将 会被

9、访问。虚拟存储页的概念：请求分页系统：页号p页内地址w3112 110块号块内地址2812 110页面置换算法：最佳置换算法：看执行序列的后面，那个最晚执行，就替换那个。缺页次数全都 是，置换次数是发生页替换的次数。先入先出页面置换算法：后进来的放上面，将先进来的挤出去。最近最久未使用置换算法:看前面那个离现在最远就代替那个。位置换的标出来。页表项的结构：页号块号存取控制修改位应用位中断位地址分段系统：页号p页内地址w3112 110高级主题设备管理设备管理的基本概念操作系统向设备发送命令，捕捉中断，并处理设备的各种错误，还有在设备和系 统的其他部分之间提供简单易于使用的接口。I/O控制方式程

10、序I/O控制方式:适用于结构简单，只需少量硬件的电路；中断驱动I/O控制方式：适用于高效场合；直接存储访问DMA I/O控制方式：适用于无须CPU介入的控制器来控制内存与 外设之间的数据交流的场合；I/O通道控制方式：适用于以字节为单位的干预，同时实现CPU，通道和I/O 设备三者并行操作的场合。Spooling 技术SPOOLing 是 Simultaneous Peripheral Operation On-Line (即外部设备 联机并行操作)的缩写，它是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信 息的一种技术，通常称为“假脱机技术”。它是一种在多道程序系统中处 理I/O设备的方式。它包括一

11、个守护进程和假脱机目录。SPOOLing技术的特点：提高了 I/O速度.从对低速I/O设备进行的I/O操作变为对输入井 或输出井的操作，如同脱机操作一样，提高了 I/O速度，缓和了 CPU与低速 I/O设备速度不匹配的矛盾.设备并没有分配给任何进程.在输入井或输出井中，分配给进程的 是一存储区和建立一张I/O请求表.实现了虚拟设备功能.多个进程同时使用一独享设备，而对每一进 程而言，都认为自己独占这一设备，从而实现了设备的虚拟分配.不过，该设 备是逻辑上的设备.SPOOLing，即外围设备联机并行操作，它除了是一种速度匹配技术外、 也是一种虚拟设备技术 磁盘的基本结构磁盘被组织成柱面，每一个柱

12、面包含若干磁道，磁道数与垂直堆叠的磁头数相同。 磁道又被分为若干扇区。软盘上大约每条磁道有812个扇区，硬盘上每条磁道 上扇区的数目可以多达几百个。磁头数大约是116个。磁盘的驱动调度先来先服务(FCFS):按给定序列访问。最短寻道优先（SSTF）扫描算法（SCAN）：看好方向，扫描开端和结尾是序列里的开端和结尾。循环扫描算法（CSCAN）：看好方向，有虚线。（0199）电源管理技术当计算机的某些部件不用的时候由操作系统关闭它们，关闭的设备使用很少 的能量或者不使用能量。使应用程序使用较少的能量，可能会降低用户体验的质量。大多数商家是将CPU、内存以及I/O设备设计成具有多种状态：工作、睡眠、

13、 休眠、关闭等。（使一个设备脱离休眠状态比使一个设备脱离睡眠状态更耗时耗 能）。显示器为了获得明亮而清晰的图像，屏幕是背光照明的，可以使它暂时关闭 或者部分照亮。硬盘高速旋转或者重新启动都耗能，做出良好的关闭预测。在RAM中拥有一个大容量的磁盘高速缓存。E-操作系统通过发送消息或者信号保持将磁盘的状态通知给正在运行的程序。 这样程序可以在磁盘开启时进行读写操作。CPU可以在没有工作时进入睡眠状态。关闭高速缓存；将主存的内容写到磁盘上，然后关闭主存本身。无线通信J.电池管理文件的逻辑组织文件的逻辑组织：用户对文件的观察和使用是从自身处理文件中数据是采用 的组织方式来看待文件组织形式。这种从用户观

14、点出发所见到的文件组织形式称 为文件的逻辑组织。1）有结构文件（记录式文件）：逻辑上可被看成一组连续顺序的记录的集合。2）无结构文件：指文件内部不再划分记录，它是由一组相关信息组成的有序字 符流，即流式文件。文件的物理组织文件的物理组织：文件在存储设备上的存储组织形式称为文件的物理组织。文件的物理组织形式主要有：1.连续文件定义：将一个文件中逻辑上连续的信息存放到存储介质的依次相邻的块上便 形成顺序结构，这类文件叫连续文件，又称顺序文件。优点：简单；支持顺序存取和随机存取；顺序存取速度快；所需的磁盘寻道次数和寻道时间最少。缺点：建立文件前需要能预先确定文件长度，以便分配存储空间；修改、插入和增

15、生文件记录有困难；对直接存储器作连续分配，会造成少量空闲块的浪费。链接文件定义：一个文件的信息存放在若干不连续的物理块中，各块之间通过指针连 接，前一个物理块指向下一个物理块.优点：提高了磁盘空间利用率,不存在外部碎片问题.有利于文件插入和删除.有利于文件动态扩充.缺点：存取速度慢，不适于随机存取.可靠性问题，如指针出错.更多的寻道次数和寻道时间.链接指针占用一定的空间.索引文件定义：一个文件的信息存放在若干不连续物理块中，系统为每个文件建立一 个专用数据结构-索引表，表中每一栏目指出文件信息所在的逻辑块号和与之 对应的物理块号。索引表的物理地址则由文件说明信息项给出。索引项的组织：稠密索引:

16、每个逻辑纪录设置一个索引项。稀疏索引:一组逻辑纪录设置一个索引项。索引表的结构的组织一级索引：磁盘块地址数组,其中第i个条目指向文件的 第i块。二级索引：索引的索引，叫二级索引。二级索引表的表项列出一级索引 表每一块最后一个索引项的键值及该索引.表区的地址，也就是说，若十个记录的索引本身也是一种记录。多级索引： 索引的索引的索引，叫三级索引，此外还有更多层次的索引，即多级索引。优点：保持了链接结构的优点，又解决了其缺点：即能顺序存取又能随机存取.满足 了文件动态增长、插入删除的要求.也能充分利用外存空间.缺点：较多的寻道次数和寻道时间.索引表本身带来了系统开销如：内外存空间，存取时间.文件的目

17、录管理及文件搜索计算机系统中的文件种类繁多，数量庞大，为了有效地管理这些文件，方便用户 查找所需的文件，应对它们加以适当的组织。文件的组织可以通过目录来实现。目录：文件控制块的集合。即文件控制块是一个目录项。目录文件：文件的内容为目录信息。目录的功能：实现“按名存取”：用户只需提供文件名就可以对文件进行操作。这是目录 管理的最基本功能。提高检索速度允许文件同名：不同目录下的文件可以使用相同名字。允许文件共享常用的文件目录结构有：单级目录结构：单级目录结构又称一级目录结构。在这种结构中，整个文件系统 只建立一张目录表，每个文件占据其中的一个表目。建立新文件时，首先应确定 该文件名在目录中是否惟一

18、，若惟一则找出一个空表目，将新文件的相关信息填 入其中。删除文件时，先从目录表中找到文件的目录项，从中找到该文件的物理 地址，对其占用空间进行回收，然后再清除其所占用的目录项。二级目录结构：主文件目录：记录用户名及相应用户文件目录所在的存储位置。 用户文件目录：记录该用户文件的有关信息。当用户想建立文件时，如果是新用户，则系统为其在主目录中分配一个表目，并 为其分配存放用户文件目录的存储空间。同时在用户文件目录中为新文件分配一 个表目，并在表目中填入有关信息。文件删除时，只须在用户文件目录中删除该 文件的目录项。如果删除后该用户目录表为空，则表明该用户已脱离了系统，从 而可以将主文件目录表中该用户的对应项删除。多级目录结构：路径名：是一个字符串，