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文档简介

1、第1章 操作系统引论1、 操作系统概念(几种观点):1)操作系统是硬机器的扩展:虚拟机的观点 2)操作系统是机器的管理者资源管理的观点: 1按性质把计算机资源分成四类:处理机(即CPU),存储器,外部设备,程序和数据。前三种属于硬资源,后一种属于软资源。 2计算机运行对硬资源的使用解决四个问题:记住资源当前状态,制定资源分配策略,实施资源分配,完成资源回收。 2、Os的基本特征和功能:处理机管理 存储管理 设备管理 文件管理3、Os系统的引入和发展(多道程序、批处理系统、分时系统、实时系统 各自特征、存在问题) 1批处理系统指用户作业被分批处理。 2“多道”批处理系统,即是在内存中同时存放一批

2、中的几个作业程序,它们对系统资源进行共享与竞争。具有“多路 共享 自动 封闭”等特点。 3配有分时操作系统的计算机系统称为分时系统。分时系统采用“时间片轮转”的处理机调度策略。分时系统的特点多路性 交互性 独立性 及时性 4实时操作系统是能对来自外部的请求和信号在限定的时间范围内做出及时响应的操作系统。 (常用于控制系统) 实时系统的特点 高及时性 高可靠性 4、三种接口类型:1程序接口:系统调用命令 2命令接口:命令行和图形用户界面 5、中断概念 是指在CPU执行程序过程中,由于内部或某个外部事件的发生,让CPU暂时中止正在执行的程序而转向该突发事件的处理,处理完毕后返回被中止的程序继续执行

3、的这样一个处理过程。 (os”中断驱动”,中断使os重新获得对系统的控制权。典型中断:系统调用、时间片到、输入/输出完成时)中断分为两类:由CPU进行内部处理或执行特定指令时产生的中断,称为软中断,也称内中断(例:系统调用);由外部事件引发的中断称为硬中断,也称外中断。硬中断又可细分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断两种类型。 具体中断源的种类 1外部设备中断 2程序中断 3时钟中断 4硬件失效中断OS特征:并发性、共享性、虚拟性和异步性四个基本特征;最基本的特征是并发性。OS功能:1 处理机管理:作业和进程调度;2 存储器管理:内存分配,地址映射,内存保护,内存扩充;3 设备管理:缓冲区管理,设备分

4、配,设备驱动,设备无关性;4 文件管理:文件存储空间的管理,文件操作的一般管理,目录管理,文件的存取控制;5 OS与用户之间的接口:程序接口,用户接口,联机接口,脱机接口,图形接口;多道批处理系统:优点:资源利用率高、系统吞吐量大;缺点:平均周转时间长、无交互能力。分时系统概念:将一台计算机很好的提供给多个用户同时使用,提高计算机的利用率。实时系统概念:是计算机系统可以立即对用户程序要求或者外部信号作出反应的系统,它可以分为硬实时系统和软实时系统。分时系统与实时系统的比较(及时性、交互性、可靠性、多路性、独立性):1 及时性:实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似,都是以人所能接受的等待

5、时间来确定;而实时控制系统的及时性,是以控制对象所要求的开始截止时间或完成截止时间来确定的,一般为秒级到毫秒级,甚至有的要低于100微妙。2 交互性:实时信息处理系统具有交互性,但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。不像分时系统那样能向终端用户提供数据和资源共享等服务。3 可靠性:分时系统也要求系统可靠,但相比之下,实时系统则要求系统具有高度的可靠性。因为任何差错都可能带来巨大的经济损失,甚至是灾难性后果,所以在实时系统中,往往都采取了多级容错措施保障系统的安全性及数据的安全性。计算机系统把资源管理和控制程序执行的功能集中组成一种软件,称为操作系统,是系统软件操作系统的两个设

6、计目标:1、使计算机系统使用方便2、使计算机系统能高效地工作(扩充硬件的功能,使硬件的功能发挥得更好;使用户合理共享资源,防止相互干扰;以文件形式管理软件资源,保证信息的安全和快速存取。设置操作系统的作用1,用户观点:操作系统是裸机与用户的一个界面。2,系统观点:操作系统是计算机系统资源的一个“管理员”。操作系统的分类用户要求计算机系统进行处理的一个计算问题称为一个“作业”。按照操作系统提供的服务,大致可以把操作系统分为:1、单道批处理系统;2、多道批处理系统,简称“多道系统”,即多个作业可同时装入主存储器进行运行的系统。多道系统能极大提高计算机系统的效率,表现为: (1)并行工作,减少了CP

7、U的空闲时间,提高了CPU的利用率。 (2)合理搭配多道使用不同资源的作业,可充分利用计算机系统的资源。 (3)直接在高速的磁盘上存取信息,缩短了作业执行时间,使单位时间内的处理能力得到提高。 (4)作业成批输入、自动选择和控制作业执行减少了人工操作时间和作业交接时间,提高了系统的吞吐率;3、分时系统,具有同时性、独立性、及时性、交互性。批处理兼分时系统中,由分时系统控制的作业称为“前台”作业,由批处理控制的作业称为“后台”作业。4、实时系统:在严格时间规定内处理必须结束;分类:(1)实时控制(2)实时信息处理5、网络系统:可实现资源共享的,为计算机网络配置的的操作系统我们使用的windows

8、是网络式系统;6、分布式系统可协调多个计算机以完成一个共同任务的;发展:MS-DOS:单用户单任务,Windows XP:单用户多任务,UNIX:多用户多任务操作系统的特性:1,并发性2,共享性3,不确定性操作系统的基本功能:处理器管理、存储器管理、文件管理、设备管理、文件管理。(1)为用户和应用程序之间提供一个控制底层硬件功能的接口;(2)给用户和应用程序分配硬件资源;(3)按用户要求加载和执行应用程序。操作系统具有层次结构,最大特点是整体问题局部化来优化系统,提高系统的正确性、高效性、使系统可维护、可移植。主要优点是有利于系统设计和调试;主要困难在于层次的划分和安排。临界区是一段程序。实现

9、多道批处理系统需要解决的问题:1 处理机管理问题;2 内存管理问题;3 I/O设备管理问题;4 文件管理问题;5 作业管理问题。多道批处理系统形成和发展的主要动力:1 不断提高计算机资源的利用率;2 方便用户;3 器件的不断更新换代;4 计算机体系结构的不断发展。单道批处理系统的特征:自动性、顺序性、单道性。分时系统特点:多路性、交互性、及时性、独占性、。实时系统按应用需求可分为:实时控制;实时信息处理;实时系统特点:有严格的时间限制,每一个信息的接受、分析处理和发送的过程必须在规定的时间内完成。第二章 进程管理程序的特点:i,顺序执行:顺序性,封闭性,再现性;ii,并发执行:无顺序执行时的特

10、点,受约与其他程序进程是一个程序在一个数据集上的一次执行。由定义知进程关键组成是程序、数据集。是资源分配的基本单位。进程是程序运行的一个实例进程是一个可以和别的运算并发执行的运算进程是一个独立的可以调度的活动进程是一个程序及其数据在处理机上被执行时所发生的活动过程进程是一个程序一次执行的过程进程与程序的关系:程序是一组有序指令的集合(静态),进程是程序的一次执行过程(动态)一个程序可由多个进程同时执行,一个进程可包含多个程序进程是系统进程资源分配和调度的一个独立单位,而程序则不是程序可长期保存进程通过一个控制块来被系统所指挥,因此进程由程序、数据集和进程控制块三部分组成。进程控制块是进程存在的

11、唯一标志 .进程是要执行的,据这点可将进程的状态分为等待态然后是就绪态最后是运行态。进程的三种基本调度状态i,就绪状态:进程已获得除CPU外的所有运行所需要的资源;ii,运行状态:已占用CPU,正在运行;iii,阻塞状态:进程因等待某一事件的发生而暂时不能运行,即使CPU空闲,它也无法运行进程的基本队列也就是就绪队列和等待队列,(因为进程运行了,也就用不上排队了,也就没有运行队列了。)如果进程由一所在队列退出的操作称为出队,排入到一个指定的队列的操作称为入队。系统中负责进程入队和出队的工作称为队列管理。进程的切换:进程切换指一个进程进处理器,另一个进程出处理器的过程。若有一个进程从运行态变成等

12、待态,或完成工作后就撤消,则必定会发生进程切换。进程的同步(综合应用): 1、进程同步的含义:进程的同步是指并发进程之间存在一种制约关系,一个进程的执行依赖另一个进程的消息,当一个进程没有得到另一个进程的消息时应等待,直到消息到达才被唤醒。有生产者、消费者问题;哲学家就餐问题,变形问题的例子。“生产者”与“消费者”是同步问题的典型。这里有两个消息量:一是“缓冲器里有物品”,二是“可把物品存入缓冲器”,这两个消息量对应需要两个信号量SPut和SGet.SP的初始值为1,如果初始时可用的缓冲器为n个,则SPn;SG的初始值为0。生产者进程调用P(SP)和V(SG),消费者进程调用P(SG)和V(S

13、P),根据SG和SP的值来决定是否可以存或取物。 2、正确使用PV操作实现进程同步。(1)用一个信号量与一个消息联系起来,当信号量的值为0时表示期望的消息尚未产生,当信号量值为非0时表示期望的消息已经存在。(2)在用PV操作实现同步时,一个信号量与一个消息量联系在一起,当有多个消息时必须定义多个信号量;测试不同的消息是否到达或发送不同消息时,应对不同的信号调用P操作或V操作。(3)仔细领会教材中的例子,关于PV操作,在考试中出现的可能性极大,但是难度基本不超过教材上例题。 3、使用PV操作实现进程同步与互斥的混合问题。进程的同步与进程的互斥都涉及到并发进程访问共享资源的问题。可以看到进程的互斥

14、实际上是进程同步的一种特殊情况。若干进程互斥使用资源时,一个等待使用资源的进程在得到占用资源的进程发出“归还资源”的消息(调用了V操作)后,它就可去使用资源。因此,互斥使用资源的进程之间实际上也存在一个进程依赖另一个进程发出信息的制约关系。所以,也把进程的互斥与进程的同步称为进程的同步。进程通信(领会):1、进程通信的含义:通过专门的通信机制实现进程间交换大量信息的通信方式称为“进程通信”2、实现进程通信的基本原语:有两条:“send(发送)”和“receive(接收)”原语。3、利用信箱通信时“发送”和“接收”原语的功能:send(N,M) 功能:把信件M送到指定的信箱N中。receive(

15、N,X) 功能:从指定信箱N中取出一封信,存放到指定的地址X中。4、信箱的基本结构:一个信箱由“信箱说明”和“信箱体”两部分组成。线程的概念(识记):线程是进程中可独立执行的子任务,一个进程中可以有一个或多个线程,每个线程都有一个唯一的标识符。支持线程管理的操作系统有Mach,OS/2,WindowsNT,UNIX等。临界区:进程程序中,涉及访问共享资源的 程序段 ,称为“临界区(CS)”,临界资源:只能排他使用的资源称为“临界资源”。 管程:一个管程(monitor)定义了一种数据结构和并发进程在该数据结构上执行的一组操作,这组操作用来实现进程间的同步和改变管程中的数据进程在三个基本状态之间

16、转换:1 绪状态执行状态:进程分配到CPU资源;2 执行状态就绪状态:时间片用完;3 执行状态阻塞状态:I/O请求;4 阻塞状态就绪状态:I/O完成。进程的同步和互斥:是指进程在推进时的相互制约关系,在多道系统中,由于资源共享与进程合作,这种进程间的制约成为了可能。进程的同步:主要源于进程合作,是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系。为进程之间的直接制约关系。再多道环境下,这种进程间在执行次序上的协调是必不可少的。进程的互斥:主要源于资源共享,市进程之间简介制约关系。再多得到系统中每次只允许一个进程访问的自愿成为临界资源,进程互斥就是保证每一次只有一个进程使用临界资源。线程的概念:在

17、操作系统中引入线程,则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销,使OS具有更好的并发性,提高CPU的利用率。进程是分配资源的基本单位,而线程则是系统调度的基本单位。PCB(Process Control Block进程控制块的概念):PCB是为了描述和控制进程的运行系统,为每个进程定义的一个数据结构,它是进程实现的一部分,也是操作系统中最重要的记录型数据结构。PCB 的作用,为什么PCB 是进程存在的惟一标志:PCB 是进程实体的一部分,是操作系统中最重要的记录型数据结构。作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序,成为一个能独立运行的基本单位,成为能与其它进程并发执行的进程。OS是根据

18、PCB对并发执行的进程进行控制和管理的。进程和程序的比较:1 动态性是进程最基本的特性,表现为由创建而产生,由调度而执行,因得不到资源而暂停执行,由撤销而消亡。进程有一定的生命期,而程序只是一组有序的指令集合,是静态实体。2 并发性是进程的重要特征,同时也是OS 的重要特征。引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行,而程序是不能并发执行的。3 独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位,也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。对于未建立任何进程的程序,不能作为独立单位参加运行。进程和线程的比较:1 调度性:线程在OS 中作为调度和分派的基本单位,进程只作为资源拥有的基本单

19、位。2 并发性:进程可以并发执行,一个进程的多个线程也可并发执行。3 拥有资源:进程始终是拥有资源的基本单位,线程只拥有运行时必不可少的资源,本身基本不拥有系统资源,但可以访问隶属进程的资源。4 系统开销:操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。信号量的概念:表明资源可以提供给进城使用的量,他是一个整型值。计数信号量S的物理含义:S0:表示有n个可利用的资源。S0:表示有n个被阻塞的资源。S=0:表示资源正在使用。进程的影响:使程序的并发执行得以实行。进程的基本属性:1 进程是一个可拥有资源的独立单位;2 进程同时又是一个可独立调度和分派的基本单位。线程的属性:1 轻型实体;2

20、 独立调度和分派的基本单位;3 可并发执行;4 共享进程资源。引起进程创建的事件:用户登录、作业调度、提供服务、应用请求。引起进程撤销事件:正常结束、异常结束、外界干预。为实现对换,系统应具备:对换空间的管理、进程的换出、进程的换入。进程为单位对换时每次都将整个进程换出是为了解决内存紧张的问题,提高内存的利用率。对信号量的操作分为P(减)V(加),这些操作叫做原语。原语是不可再分的操作,在对信号量的操作中,与每个信号量相对应的是一个队列,队列中存储的是排队等待使用这个资源的进程。引入信号量、队列、以及P、V操作的目的是为了解决进程间互斥和同步问题。第三章 处理机调度与死锁1高级调度决定哪个后备

21、作业可进入系统去接受处理。2中级调度与实施进程的内、外存交换有关(进程获得处理机) 3低级调度真正决定CPU下一次执行哪一个进程若系统中存在一组进程(两个或多个进程),它们中的每一个进程都占用了某种资源而又都在等待其中另一个进程所占用的资源,这种等待永远不能结束,则说系统出现了“死锁”。或说这组进程处于“死锁”状态。产生死锁的原因:进程申请和释放资源的顺序不当产生死锁的四个必要条件:1、“互斥条件”:所涉及的资源都是临界资源2、“请求和保持”条件:当进程因请求资源而阻塞时,对已请求的资源保持不放3、“不可剥夺”条件:已占用的资源在用完前,不能被剥夺4、“环路等待”条件:存在一个“进程/资源”环

22、预防死锁法:通过某些限制,来破坏四个条件中的一个避免死锁法:不必先限制,而在动态请求资源时,分配与否取决于系统是否会进入死锁检测/解除法:允许死锁,但能立即确定其原因并解除死锁的避免(简单应用)1、死锁的避免是让系统处于安全状态,来避免发生死锁。安全状态:如果操作系统能保证所有的进程在有限的时间内得到需要的全部资源,则称系统处于“安全状态”。2、银行算法是怎样避免死锁的:计算机银行家算法是通过动态地检测系统中资源分配情况和进程对资源的需求情况,在保证到少有一个进程能得到所需要的全部资源,从而能确保系统处于安全状态进,才把资源分配给申请者,从而避免了进程共享资源时系统发生死锁。采用银行家算法时为

23、进程分配资源的方式:1)对每一个首次申请资源的进程都要测试该进程对资源的最大的需求量。如果系统现存资源可以满足他的最大需求量,就按当前申请量为分配资源。否则推迟分配。2)进程执行中继续申请资源时,先测试该进程已占用资源数和本次申请资源总数有没有超过最大需求量。超过就不分配。若没有超过,再测试系统现存资源是否满足进程尚需的最大资源量,满足则按当前申请量分配,否则也推迟分配。 总之,银行家算法要保证分配资源时系统现存资源一定能满足至少一个进程所需的全部资源。某系统有同类资源m个,可并发执行且共享该类资源的进程最多n个,而每个进程申请该类资源的最大数量为x(1xm),只要不等式n(x-1)+1 m成

24、立,则系统一定不会发生死锁。高级调度的任务:高级调度的主要任务是根据某种算法,把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存。低级调度的任务:低级调度是保存处理机的现场信息,按某种算法先取进程,再把处理器分配给进程。低级调度的功能:1 保存处理机的现场信息;2 按某种算法选取进程;3 把处理机分配给进程。引入中级调度的目的:引入中级调度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。使那些暂时不能运行的进程不再占用内存资源,将它们调至外存等待,把进程状态改为就绪驻外存状态或挂起状态。死锁的概念:死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局,当进程处于这种僵持状态时,若无外力作用,它们都将无法再

25、向前推进。死锁的原因:1 竞争资源;2 进程间推进顺序非法。死锁的必要条件:互斥条件、请求和保持条件、不剥夺条件、环路等待条件。死锁的处理方法:预防、避免、检测、解除。周期时间=完成时间-到达时间带权周期时间=周转时间/服务时间。作业、作业步和作业流的概念:1 作业包含通常的程序和数据,还配有作业说明书。系统根据该说明书对程序的运行进行控制。批处理系统中是以作业为基本单位从外存调入内存。2 作业步是指每个作业运行期间都必须经过若干个相对独立相互关联的顺序加工的步骤。3 作业流是指若干个作业进入系统后依次存放在外存上形成的输入作业流;在操作系统的控制下,逐个作业进程处理,于是形成了处理作业流。调

26、度算法的采用:批处理系统的调度算法:短作业优先、优先权、高响应比优先、多级反馈队列调度算法。分时系统的调度算法:时间片轮转法。实时系统的调度算法:最早截止时间优先即EDF、最低松弛度优先即LLF算法。按调度方式实时调度算法分类:可分为非抢占式和抢占式两种算法。而非抢占式算法又分为非抢占式轮转和优先调度算法;抢占式调度算法又分为基于时钟中断的抢占式优先权和立即抢占式优先权调度算法。处理机调度的层次:1 高级调度(作业/长程调度);2 低级调度(进程/短程调度);3 中级调度(中程调度)。第四章 存储器管理内存连续分配算法、非连续分配管理方式、虚拟内存请求分页的基本原理,页面置换算法(重点)中央处

27、理器存储下列中信息的速度依次为:寄存器最快;通过系统总线存取主存储器的速度居中;辅助存储器最慢。寄存器用来存放临时的工作信息和系统必需的控制信息。主存储器是CPU能直接访问的惟一的存储空间。主存储器中存放操作系统的核心部分,以及当前需执行的程序和数据。主存储器以“字节(BYTE)”为单位进行编址辅助存储器是存放非核心部分和其他程序和数据。容量大且能永久保存信息磁盘的信息可随机存取,磁带上的信息只能顺序存取。存储结构:要执行的程序必须装入主存,CPU可直接访问主存。外设只能与主存交换信息,辅存的信息只能被读入到主存才能供CPU访问。可变分区经常采用的主存分配算法:1、最先适应分配算法:简单地说,

28、就是在分区表中顺序查找,找到够大的空闲区就分配。2、最优适应分配算法:挑选一个能满足作业要求的最小空闲区。3、最坏适应分配算法:挑一个最大的空闲区分给作业使用。页式管理:(1)采用页式管理,使主存空间充分利用,页不必为了得到连续空间而进行移动。可以提高系统效率。(2) 页式存储管理中为什么要设置页表和快表?在页式存储管理中,主存被分成大小相等的若干块,同时程序逻辑地址也分成与块大小一致的若干页,这样就可以按页面为单位把作业的信息放入主存,并且可以不连续存放,为了表示逻辑地址中的页号与主存中块号的对应关系,就需要为每个作业建立一张页表。页表一般存放在主存中,当要按给定的逻辑地址访问主存时,要先访

29、问页表,计算出绝对地址,这样两次访主存延长了指令执行周期,降低了执行速度,而设置一个高速缓冲寄存器将页表中的一部分存放进去,这部分页表就是快表,访问主存时二者同时进行,由于快表存放的是经常使用的页表内容,访问速度很快,这样可以大大加快查找速度和指令执行速度。页式存储管理 主存储器分为大小相等的“块”。程序中的逻辑地址进行分“页”,页的大小与块的大小一致。逻辑地址的页号部分页表中对应页号的起始地址与逻辑地址的页内地址部分拼成绝对地址。由页表中的标志位验证存取是否合法,根据页表长度判断是否越界。段存储管理程序分段:1、每一段分配一个连续的主存区域,作业的各段可被装到不相连的几个区域中。2、设置段表

30、记录分配情况3、逻辑地址中的段号查段表得到本段起始地址+段内地址绝对地址 P138由段表中的标志位验证存取是否合法,根据段表长度判断是否越界。页式虚拟存储管理 类似页式管理将作业信息保存在磁盘上部分装入主存。虚拟存储器是为“扩大”主存容量而采用的一种设计技巧,就是它只装入部分作业信息来执行,好处在于借助于大容量的辅助存储器实现小主存空间容纳大逻辑地址空间的作业。页式虚拟存储器是在页式存储的基础上实现虚拟存储器的,其工作原理是:首先把作业信息作为副本存放在磁盘上,作业执行时,把作业信息的部分页面装入主存,并在页表中对相应的页面是否装入主存作出标志。作业执行时若所访问的页面已经在主存中,则按页式存

31、储管理方式进行地址转换,得到绝对地址,否则产生“缺页中断”由操作系统把当前所需的页面装入主存。若在装入页面时主存中无空闲块,则由操作系统根据某种“页面调度”算法选择适当的页面调出主存换入所需的页面。页面调度:当主页中无空闲块时,为了装入一个页面,就必须按某种算法将主存中某个页调出,调入所需装入的页面。常用的算法有:先进先出调度算法(FIFO)、最近最少使用调度算法(LRU)和最近最不常用调度算法(LFU)。特别要注意掌握的就是LRU(最近最少使用调度算法)的算法,如何进行调度。缺页中断率f=F/A,这里的f就称为缺页中断率。A为作业执行中调入页面的总次数,F为访问的页面尚未装入主存的次数。操作

32、系统与硬件如何配合来实现存储保护的?答:硬件中设置了两个寄存器来限定用户程序执行时可以访问的空间范围。这两个寄存器是基址寄存器和限长寄存器,用来限定用户程序执行时可以访问的主存空间范围。程序执行时,系统对每一个访问内存的地址进行核对:“基址寄存器值(存放用户程序在主存中的起始地址)访问地址基址寄存器值+限长寄存器值(存放用户程序占用主存的长度)”成立,则允许访问;否则,不允许访问。这样就保护了该区域以外的存储信息不受到破坏,一旦程序执行中出错也不会涉及其他程序。注:中央处理器在管态下执行程序时候,对访问主存的地址不进行核对。动态重定位:是指在程序执行过程中,每当访问指令或数据时,要将访问的逻辑

33、结构转换为物理地址。虚拟存储器的概念:是指具有请求调入功能和置换功能呢个从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储系统。虚拟存储器的特征:离散性、多次性、对换性和虚拟性。最本质的是离散性,最重要的是虚拟性。虚拟存储器的实现方法:1 在分页请求系统中是在分页的基础上,增加了请求调页功能和页面置换功能所形成的页式虚拟存储系统。允许只装入少数页面的程序(及数据),便启动运行。2 在请求分段系统中是在分段系统的基础上,增加了请求调段及分段置换功能后形成的段式虚拟存储系统。允许只装入少数段(而非所有段)的用户程序和数据,即可启动运行。为什么要引入动态重定位?如何实现?在程序执行过程中,每当访问指令或数据时,将

34、要访问的程序或数据的逻辑地址转换成物理地址,引入了动态重定位;具体实现方法是在系统中增加一个重定位寄存器,用来装入程序在内存中的起始地址,程序执行时,真正访问的内存地址是相对地址与重定位寄存器中的地址相加之和,从而实现动态重定位。抖动:是指页面在内存和外村之间频繁的调入调出引起的。连续分配方式:1 单一连续分配(这是最简单的一种存储管理方式,但只能用于单用户、单任务的操作系统中);2 固定分区分配(划分分区的方法有:分区大小相等和不等两种);3 动态分区分配(分区分配算法:首次/循环首次/最佳/最坏/快捷适应算法first/next/best/worst/quick fit)。分页(段)存储管

35、理的概念:讲一个进程直接分散的装入到许多不相邻接的分区中,即离散分配的方式,如果离散分配飞基本单位是页(段)则称为分页(段)存储管理方式。请求分页系统的常用哪页面置换算法:最佳(Optimal)、先进先出(FIFO)、最近最久未使用(LRU)、Clock、最少使用(LFU)、页面缓冲(PBA)置换算法。引入分段存储管理的目标:1 方便了编程;2 实现了分段共享;3 实现了分段保护;4 实现了动态链接;5 实现了动态增长。分页存储管理需要的支持:动态重定位技术、虚拟存储技术、多道程序设计技术。分段和分页存储管理的区别:1页是信息的物理单位,分页是为了实现离散分配方式,以消减内存的外部零头,提高内

36、存利用率。段则是信息的逻辑单位,它含有一组相对完整的信息。2 页的大小固定且由系统决定,由系统把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分,是由机械硬件实现的,因而在系统中只能有一种大小的的页面;而段的长度却不固定,决定于用户所编写的程序,通常由编译程序在对原程序进行编译时,根据信息的性质来划分。3 分页的作业地址空间是一维的,而分段作业地址空间则是二维的。第五章 设备管理(要求达到“识记”层次)缓冲区:缓冲区是为了协调处理机的高速度和外部设备的低速度之间的区大差距而在内存中开辟的一个区域。缓冲技术:缓冲技术是为了协调吞吐速度相差很大的设备之间数据传送的工作,在这两种设备之间不直接进行数据传递,而是在

37、内存中专门开辟的一个存储区域作为中间环节,这种技术就叫做缓冲技术。引入缓冲的原因:1 缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾;2 减少对CPU的中断频率,放宽对中断响应时间的限制;3 提高CPU与I/O设备之间的并行性。设备管理中采用的数据结构:设备控制表、控制器控制表、通道控制表、系统设备。设备驱动程序的概念:又称为设备处理程序,是I/O进程与设备控制器之间的通信程序,因为它总是以进程的形式存在,所以也称为设备驱动进程。设备驱动程序的功能:1 将接收到的抽象要求转为具体要求;2 检查用户I/O请求合法性,了解I/O 设备状态,传递有关参数,设置设备工作方式;3 发出I/O 命令,启动分配到

38、的I/O设备,完成指定I/O 操作;4 及时响应由控制器或通道发来的中断请求,根据中断类型调用相应中断处理程序处理;5 对于有通道的计算机,驱动程序还应该根据用户 I/O 请求自动构成通道程序。SPOOLing技术的优点:1 提高了I/O的速度;2 将独占设备改造为共享设备;3 实现了虚拟设备功能。输入/输出管理这部分重点掌握四种输入/输出控制方式特点及相互比较、中断处理、SPOOLing技术,提高性能的缓冲策略等。磁盘管理,重点掌握磁盘管理各种调度算法的基本原理及其应用。什么是输入输出操作:主存储器与外围设备之间的信息传送操作称为输入输出操作。对于存储型设备,输入输出操作的信息传输单位为“块

39、”。对输入输出型设备,输入输出操作的信息传输单位为“字符”。独占设备是指每次只能供一个作业执行期间单独使用的设备。如输入机、磁带机、打印机等。共享设备是指允许几个作业执行期间可同时使用的设备。共享设备的“同时使用”的含义是指多个作业可以交替启动共享设备,其实是当一个作业正在使用设备时其他作业暂不能使用,即每一时刻仍只有一个作业占用,但当一个作业正在使用设备时其他作业就可使用。磁盘的驱动调度:系统决定等待磁盘访问者的执行次序的工作就是磁盘的“驱动调度”。对磁盘进行驱动调度的目的:有利于系统效率的提高。移臂调度算法包括以下四种:1) 先来先服务算法FCFS;根据访问者提出访问请求的先后次序来决定执

40、行次序。2) 最短寻找时间优先调度算法SSTF;从等待的访问者中挑选寻找时间最短的那个请求执行,而不管访问者的先后次序。3) 电梯调度算法SCAN;从移动臂当前位置沿移动方向选择最近的那个柱面的访问者来执行,若该方向上无请求访问时,就改变移动方向再选择。4) 单向扫描调度算法。从0柱面开始往里单向扫描,扫到哪个执行哪个。输入输出结构:计算机系统中,CPU执行“启动外设(I/O)”指令时,把控制移交给I/O控制系统,完成外设与主存之间的信息传送,而CPU可继续并行执行程序,外设工作结束后形成一个“I/O操作结束”的中断事件通知CPU。中断响应过程中,中断装置要做以下三项工作:1)是否有中断事件发

41、生2)若有中断发生,保护断点信息3)启动操作系统的中断处理程序工作中断装置通过“交换PSW”过程完成此项任务。虚拟设备SPOOL系统(领会):1、实现虚拟设备的目的:用一种物理设备模拟另一类物理设备,使各作业在执行期间只使用虚拟的设备而不直接使用物理的独占设备。这种技术可使独占的设备变成可共享的设备,使得设备的利用率和系统效率都能得到提高。2、实现虚拟设备的硬件条件:大容量磁盘;中断装置和通道;中央处理器与通道并行工作的能力。实现虚拟设备的软件条件是要求操作系统采用多道程序设计技术。3、虚拟设备的实现原理:对于多道程序,输入时将一批作业的信息通过输入设备预先传送到磁盘上。输出时将作业产生的结果

42、也全部暂时存在磁盘上而不直接输出,直到一个作业得到全部结果而执行结束时再行输出。这样在执行过程中,不需要使用输入机和打印机。因此在配置一台输入机和打印机的情况下,可以让多个作业同时执行,并且各个作业请求输入信息和输出结果的要求都能及时得到满足和实现。4、SPOOL系统的组成和实现:井:为实现虚拟设备在磁盘上划出的专用存储空间,用于存放作业的初始信息和执行结果。SPOOL系统由三部分程序组成:1、预输入程序。通过该程序把作业流中每个作业的初始信息传送到输入井保存,以备作业执行时使用。2、井管理程序:根据作业的请求,保证作业正确及时地从“井”中读取或写出信息。3、缓输出程序。它负责查看“输出井”中

43、是否有待输出的结果信息,若有则启动打印机把作业结果输出。4、spool系统可以缩短作业执行时间的原因。作业的执行时间是指作业被装入主存储器到产生全部结果所需要的时间。在SP在SPOOL系统控制下,作业执行时从磁盘上读/写信息代替低速的输入机和打印机的读/写操作,信息传送的速率显然是快得多。因此作业的执行时间就缩短了。I/O控制方式的种类和应用:1 程序I/O 方式:早期计算机无中断机构,处理机对I/O设备的控制采用程序I/O方式或称忙等的方式。2 中断驱动I/O 控制方式:适用于有中断机构的计算机系统中。3 直接存储器访问(DMA)I/O 控制方式:适用于具有DMA控制器的计算机系统中。4 I

44、/O 通道控制方式:具有通道程序的计算机系统中。为何要引入设备独立性?现代操作系统为了提高系统的可适应性和可扩展性,都实现了设备独立性或设备无关性。基本含义是应用程序独立于具体使用的物理设备,应用程序以逻辑设备名请求使用某类设备。优点:1 设备分配时的灵活性;2 易于实现I/O 重定向。如何实现设备独立性?为了实现设备的独立性,应引入逻辑设备和物理设备概念。在应用程序中,使用逻辑设备名请求使用某类设备;系统执行时是使用物理设备名。鉴于驱动程序是与硬件或设备紧密相关的软件,必须在驱动程序之上设置一层设备独立性软件,执行所有设备的公有操作、完成逻辑设备名到物理设备名的转换(为此应设置一张逻辑设备表

45、)并向用户层软件提供统一接口,从而实现设备的独立性。设备虚拟:设备虚拟是指把独占设备经过某种技术处理改造成虚拟设备。实现设备虚拟所需技术:可虚拟设备是指一台物理设备在采用虚拟技术后,可变成多台逻辑上的虚拟设备,则可虚拟设备是可共享的设备,将它同时分配给多个进程使用,并对这些访问该物理设备的先后次序进行控制。I/O控制方式的特点:1 数据传输的基本单位是数据块,即在CPU与I/O设备之间,每次传送至少一个数据块;2 所传颂的数据是从设备直接送入内存的,或者相反;3 尽在传送一个或多个数据块的开始和结束时,才需CPU干预,整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。设备处理方式:1 为每一类设备设置一

46、个过程,专门用于执行这类设备的I/O操作;2 在整个系统中设置一个I/O进程,专门用于执行系统中所有的各类设备的I/O操作;3 不设置专门的设备处理进程,而只是为各类设备设置相应的折本处理程序,供用户进程或系统进程调用。设备驱动程序的特点:1 是请求I/O进程与设备控制器间的一个通信程序;2 驱动程序与I/O设备的特性紧密相关;3 驱动程序与I/O控制方式紧密相关;4 驱动程序与硬件紧密相关,部分程序用汇编语言书写,基本部分往往固化在ROM中。设备驱动程序的处理过程:1 将抽象要求转换为具体要求;2 检查I/O请求的合法性;3 读出和检查设备的状态;4 传送必要的参数;5 工作方式的设置;6

47、启动I/O设备。SPOOLing系统的组成:SPOOLing系统由输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程 SPi和输出进程SPo三部分组成。第六章 文件管理文件管理这部分内容的重点是文件的几种逻辑物理结构,目录的管理文件结构:1 逻辑结构(记录式、流式);2 物理结构(顺序、索引、链接)。目录的概念:OS要求对文件能够实现按名存取,这就需要把文件名到文件的物理地址的映射关系存在于文件目录中。为此,系统为每一个文件设置了一个文件控制块。文件目录就是这些控制块的有效集合。多级目录的优点:查询速度快、层次结构清晰、文件管理和保护易于实现。通道又称I/O处理机,用于实现(CPU和外设)之间信

48、息的传输。磁盘的类型:固定头磁盘和移动头磁盘。文件:是具有文件名的一组相关信息的集合。文件系统:又被管理的文件,操作系统中管理文件的软件和相应的数据结构组成的一个系统。逻辑文件:是物理文件中存储的数据的一种视图方式,不包含具体数据,仅包含物理文件中数据的索引。物理文件:又称文件存储结构,是指文件在外存上的存储组织形式。目录的要求:实现按名存取、提高检索目录的速度、文件共享、允许文件重名。目录结构:单级目录、两级目录和多级目录结构。执行进程调度:通常是发生某个正在运行的进程或者即应运行完毕、或者隐没种原因进入了等待队列时,CPU可以为下一个进程提供服务,另外,有较高优先级进行进入运行状态,这种方

49、式成为可剥夺方式。磁盘访问时间:磁盘访问时间由寻道时间Ts、旋转延迟时间Tr、传输时间Tt 三部分组成。1 Ts 是启动磁臂时间s 与磁头移动n条磁道的时间和,即Ts = m n + s。2 Tr是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间。硬盘15000r/min时Tr为2ms;软盘300或600r/min时Tr为50100ms。3 Tt 是指数据从磁盘读出或向磁盘写入经历的时间。Tt 的大小与每次读/写的字节数b和旋转速度有关:Tt = b/rN。在基于微内核结构的OS中,采用面向对象的程序设汁技术。微内核技术的概念:把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次中去运行,而留下一个尽量小的内核,用它

50、来完成操作系统最基本的核心功能,称这种技术为微内核技术。微内核技术的功能:在微内核中通常提供了进程管理、低级存储器管理、中断和陷入处理等功能。磁盘调度算法的种类和问题:1 先来先服务算法优先考虑进程请求访问磁盘的先后次序;2 最短寻道时间优先算法优先考虑要求访问的磁道与当前磁头所在磁道距离是否最近;3 扫描算法考虑欲访问的磁道与当前磁道间的距离,更优先考虑磁头当前的移动方向。文件系统模型的基本内容:第一层:对象及其属性说明;第二层:对对象操纵和管理的软件集合;第三层:文件系统接口。对空闲磁盘空间的管理分配方式:空闲表法、空闲链表法、位示图法、成组链接法。UNIX系统采用的是成组链接法。1、操作

51、系统的定义、目标、作用操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件,是对硬件系统的首次扩充。设计现代OS的主要目标是:方便性,有效性,可扩充性和开放性.OS的作用可表现为:a. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口;(一般用户的观点)b. OS作为计算机系统资源的管理者;(资源管理的观点)c. OS实现了对计算机资源的抽象. 2、脱机输入输出方式和SPOOLing系统(假脱机或联机输入输出方式)的联系和区别 脱机输入输出技术(Off-Line I/O)是为了解决人机矛盾及CPU的高速性和I/O设备低速性间的矛盾而提出的.它减少了CPU的空闲等待时间,提高了I/O速度. 由于程序和数据的输入和输出

52、都是在外围机的控制下完成的,或者说,它们是在脱离主机的情况下进行的,故称为脱机输入输出方式;反之,在主机的直接控制下进行输入输出的方式称为联机(SPOOLing)输入输出方式 假脱机输入输出技术也提高了I/O的速度,同时还将独占设备改造为共享设备,实现了虚拟设备功能。3、多道批处理系统需要解决的问题 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4、OS具有哪几个基本特征?它的最基本特征是什么?a. 并发性(Concurrence),共享性(Sharing),虚拟性(Virtual),异步性(Asynchronism).b. 其中最基本特征是并发和共享. c. 并

53、发特征是操作系统最重要的特征,其它三个特征都是以并发特征为前提的。5、并行和并发 并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念,并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生;而并发性是指两个或多少个事件在同一时间间隔内发生。6、操作系统的主要功能,各主要功能下的扩充功能 a. 处理机管理功能: 进程控制,进程同步,进程通信和调度. b. 存储管理功能: 内存分配,内存保护,地址映像和内存扩充等 c. 设备管理功能: 缓冲管理,设备分配和设备处理,以及虚拟设备等 d. 文件管理功能: 对文件存储空间的管理,目录管理,文件的读,写管理以及檔的共享和保护7、操作系统与用户之间的接口 a. 用户接口:它是提供给

54、用户使用的接口,用户可通过该接口取得操作系统的服务 b. 程序接口:它是提供给程序员在编程时使用的接口,是用户程序取得操作系统服务的惟一途径。第二章1、进程的定义、特征,进程实体的组成 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。 进程具有结构特征、动态性、并发性、独立性和异步性。 进程实体由程序段、相关的数据段和PCB三部分构成。2、进程的三种基本状态及其转换 运行中的进程可能具有就绪状态、执行状态、阻塞状态三个基本状态。 进程三个基本状态转换图 P383、引入挂起状态的原因,具有挂起状态的进程转换 a. 终端用户的请求 b. 父进程请求 c. 负荷调节的需要 d. 操

55、作系统的需要 具有挂起状态的进程转换图 P394、创建进程的主要步骤 a. 为一个新进程创建PCB,并填写必要的管理信息。 b. 把该进程转入就绪状态并插入就绪队列之中。5、进程控制块(PCB)的作用 PCB是进程实体的一部分,是操作系统中最重要的记录型数据结构。PCB中记录了操作系统所需的用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。因而它的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据),成为一个能独立运行的基本单位,一个能和其它进程并发执行的进程。 为什么说PCB是进程存在的唯一标志? 在进程的整个生命周期中,系统总是通过其PCB对进程进行控制,系统是根据进程的PCB而不是任何别

56、的什么而感知到该进程的存在的,所以说,PCB是进程存在的唯一标志。 6、进程控制块的组织方式 链接方式、索引方式7、原语的定义、组成、作用 原语是由若干条指令组成的,用于完成一定功能的一个过程,与一般过程的区别在于:它们是“原子操作”,它是一个不可分割的基本单位,在执行过程中不允许中断。原子操作在管态下执行,常驻内存。 原语的作用是为了实现进程的通信和控制,系统对进程的控制如不使用原语,就会造成其状态的不稳定性,从而达不到进程控制的目的。8、引起创建进程的事件用户登录、作业调度、提供服务、应用请求9、引起进程终止的事件 正常结束、异常结束、外界干预10、引起进程阻塞和唤醒的事件 请求系统服务、启动某些操作、新数据尚未到达、无新工作可做11、临界资源和临界区 临界资源是指每

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