中山大学操作系统复习提纲 .docx

精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -操作系统复习提纲1）： 什么是 OS？，目的，功能操作系统是 一种治理运算机硬件的程序，为应用程序供应了基本的运行条件，在运算机用户和运算机硬件之间扮演着中介的角色。操作系统是一治理电脑硬件与软件资源的程序，同时也是运算机系统的内核与基石。操作系统身负诸如治理与配置内存、打算系统资源供需的优先次序、掌握输入与输出设备、操作网络与治理文件系统等基本领务。操作系统是治理运算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源; 掌握程序运行;改善人机界面;为其它应用软件供应支持等，使运算机系统全部资源最大限度的发挥作用，为用户供应便利的、有效的、友善的服务界面。操作系统是一个巨大的治理掌握程序，大致包括5个方面的治理功能 :进程与处理机治理、作业治理、储备治理、设备治理、文件治理。2）中断形式，process 猎取 CPU的形式，双模，特权非特权，中断形式：软中断（trap ）和硬中断通过指定一些能够造成损害的机器指令作为特权指令可以实现这种爱护， 特权指令只能在监控模式下执行， 在用户模式下运行会自陷给 os。通过调用特权指令， 可以执行只有操作系统才能执行的任务。完成与操作系统的交互。为了阻挡用户执行非法的I/O 操作，我们将 全部的 I/O 指令定义为特权指令。 在系统引导时，硬件以监控模式开头运行。然后装入操作系统并以用户模式开启用户进程。无论自陷和中断何时发生，硬件都会从用户模式转向监控模式 （将模式位的状态转为0）。这样， 不管操作系统何时获得运算机的掌握权，它都处于监控模式。在将掌握转给用户程序 前系统总是要转为用户模式 （通过将模式位设置为1）。指具有特别权限的指令。这类指令只用于操作系统或其他系统软件，一般不直接供应应用户使用。在多用户、多任务的运算机系统中特权指令必不行少。它主要用于系统资源的安排和治理，包括转变系统工作方式，检测用户的拜访权限，修改虚 拟储备器治理的段表、页表，完成任务的创建和切换等。常见的特权指令有以下几种:（ 1 ）有关对I/O 设备使用的指令如启动I/O 设备指令、测试I/O 设备工作状态和掌握I/O 设备动作的指令等。（ 2 ）有关拜访程序状态的指令如对程序状态字（PSW）的指令等。（ 3 ）存取特别寄存器指令如存取中断寄存器、时钟寄存器等指令。（ 4 ）其他指令这得从 CPU指令系统 用于掌握 CPU完成各种功能的命令的特权级别说起。 在CPU的全部指令中，有一些指令是特别危急的，假如错用，将导致整个系统崩溃。比如：清内存、设置时钟等。假如全部的程序都能使用这些指令，那么你的系统一天死机n回就不足为奇了。所以， CPU将指令分为特权指令和非特权指令，对于那些危急的指令，只答应操作系统及其相关模块使用， 一般的应用程序只能使用那些不会造成灾难的指令。形象的说， 特权指令就是那些儿童不宜的东东，而非特权指令就是老少皆宜。3） communication model图的好处和用途Common system components可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -进程治理，主存治理，辅存治理，文件治理，网络，I/O 系统治理，爱护系统，命令说明系统。Communication model包括两种模型：消息传递模型，共享储备器模式。. 消息传递模式：建立连接， 知道通信名称 （ 同一台机的不同进程，或者通过通信网络连接的不同主机上的进程），主机名称，或进程被os引用为等效标示符，在同一主机上，用文件系统调用（open ， close），不同主机？（系统调用船体）。接受连接的进程为 os供应特定用途的“守护进程”，接受连接进程要发确认信息。通过读写 信息系统来完成信息交换。主要特点：交换数据量小，运算机间连接更简单实现共享储备器模式：进程利用 map memory 调用拜访其他进程的内存。恳求解除限定，他们可以在这些共享空间上读写数据来交换信息。主要特点：最高速度传递， 便利， 完成运算机内的复杂同步。第四章： 1 process定义， 2 上下文切换， PCB， 3 例子的分析。 4 父子进程。 Process， program in execution 。一个工作单元。程序是静态实体（就像是储备在磁盘上的文件），进程是动态实体， 它有一个程序计数器指明下一条要执行的指令，并且拥有一组相关的资源。进程的不同状态： 新：进程正被创建。运行：（进程的）指令正被执行。等待：进程正在等待发生一些大事（如I/O 完成或接收一个信号）。就绪：进程正等待安排处理器。终止：进程终止运行PCB（进程掌握块）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 2 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -进程状态：该状态可能是新、就绪、运行、等待、停止等等。程序计数器：该计数器指明白该进程要执行的下一条指令的的址。寄存器：基于运算机体系结构，这些寄存器的数量和类型很不相同。这包括了累加器、变址寄存器、栈指针、通用寄存器，以及条件信息（condition-code information）。连同程序计数器， 在中断发生时必需要储存这些状态信息，这样便于后来进程连续正确执行（图 4.3）。调度信息：包括进程优先权、指向调度队列的指针和其它的调度参数。（第六章描述进程调度。）储备器治理信息：可能包括诸如基址寄存器和界限寄存器值、页表或段表， 这取决于操作系统所选用的储备系统（第九章）。记账信息（ accounting information ）：包括 CPU 数量和实时使用量、时间限制、账户数目、作业或进程数目等等。状态信息：包括安排给该进程的I/O 设备的列表、打开的文件的列表等等。PCB 只是储备信息，而进程间的这些信息是不同的。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -处理器每次只处理一个process， PCB与program counter之间切换。上下文切换：.当 CPU转换到另外一个进程时，系统发配程序 将旧进程的状态储备在PCB中，然后将新进程状态载入。上下文转换时间是纯粹的开销，由于在转换进行时系统不能做任何有用的工作。需求时间依硬件设施的支持。父子进程进程在运行期间通过调用创建进程系可以创建多个新进程，创建进程的进程称作：父进程，而产生的新进程称作为：子进程。当一个进程创建了一个新进程时，会以两种 可能的 方式 执行：1. 父进程（连续执行）与子进程并行执行 。2. 父进程 等待 部分或全部子进程终止 执行。新进程的的址空间也有两种可能：1. 子进程是父进程的一个拷贝。2. 载入一个程序运行。在新（子）进程中fork的返回码是零，而父进程中fork 的返回码是子进程的进程号（非零）也就是说当 pid<0的时候说明创建子进程不胜利 ，否就胜利，在胜利的前提下，pid=0的话 那么就在 子进程里面 ，假如 >0的话那么就是 在父进程里面。进程运行完毕后，由操作系统将其删除，并回收全部资源、结果返回父进程（可能）。父进程终止，其子进程也必需终止。父进程可能会出于某个缘由而终止它的一个子进程，例如：子进程需要更多的资源。 （ The child has exceeded its usage of some of the resources that it可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 4 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -has beenallocated. ）这需要父进程能够检查其子进程的状态。安排给子进程的任务已经不再需要。父进程退出， 而且操作系统禁止子进程在父进程终止后连续执行。在这样的系统中，假如一个进程 （正常或非正常）终止，那么它的全部子进程也必需要终止。这种级联式的进程终止通常是操作系统发起的。第五章： 1 many to one， one to one ，的懂得与画图。2 程序段的分析。线程是 CPU的调度对象， 是 CPU上运行的最小单元。 由堆栈 和寄存器 ，以及 program counter 组成。一个进程包括多条线程，因此 线程共享 DATA，Code，OS资源 。线程是最小运行单元， 而进程是最小资源安排单元 。分清 user thread和 kernel thread 的区分。User thread 是由线程库创建，治理以及调度。更快。而内核线程有内核创建，治理，以及调度。一个 user thread 必需和一个内核线程一起，才能在CPU上运行。多线程：Many to one是指多个用户线程映射到一个内核线程，适用于不支持多内核线程的os。而0ne to one 是指一个进程中的每个线程都对应一个kernel thread 。再由 os调度 CPU处理 kernelthread 。图见 ppt 。Java 是供应了线程的建立于治理的一种语言，它不属于用户线程，也不属于内核线程。通过创建一个继承thread 类的新类，然后重载其run的方法。任何一个 Java程序都至少有一个掌握执行序列。即当只有主函数时也将其当做一线程处理。由于继承类方法不显明的创建了线程，实际中用Start的方法。1. 在 JVM 中为新线程安排内存并初始化该线程。2. 调用run方法，使该线程能够在JVM 中运行。（ 留意：永久不要直接调用run方法。而是调用 start 方法，然后由它调用run方法。）这个问题的程序段，一般懂得为继承thread 的新类，并且重载其run 方法 /程序段说明类似于此法：当 Summation程序运行时， JVM 创建两个线程。 第一个是与应用程序关联的线程该线程在主函数中开头执行。其次个线程是由start方法直接创建的Summation线程。 Summation线程在它的 run方法中开头执行。当该线程从run方法中退出时就终止运行。第六章： 1 抢占型，非抢占型2 调度算法，平均时间3 6.15 优先级4 round robine ？一个 I/O 繁忙型程序通常有许多特别短的CPU burst。一个 CPU 繁忙型程序可能有少数特别长的 CPU burst。这种分布（ distribution ）能够帮忙我们挑选一个合适的CPU 调度算法。在如下的四种情形下可能会进行CPU 调度 ：1. 当进程从运行状态转换到等待状态时（例如：I/O 恳求或等待一个子进程的终止）（for example, I/O可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -request, or invocation of wait for the termination of one of the child processes）2. 当进程从运行状态转换到就绪状态时（例如：当发生中断时）3. 当进程从等待状态转换到就绪状态时（例如：I/O 完成）4. 当进程终止时在显现了 CPU调度的前提下才有抢占型与非抢占型之分。第一和第四种情形为非抢占型 （即 只能从就绪队列中调出一个新的进程来）。而其他未抢占型。由于可挑选。进程运行包括：1CPU burst2 I/O burst 。交互式进行，最终一个由CPU burst 终止。调度程序停止一个进程并开头运行另一个进程所需的时间被称为调度时间（ Dispatch latency ）。调度程序（ dispatcher ）的：其工作包括：转换上下文转换到用户摸式跳转到用户程序中的正确位置重新开头该程序调度算法一些准就：CPU utilization ,Throughput 吞吐量 ：对工作量的一种测量是单位时间内完成的进程数， Turnaround time （周转时间）：从进程提交到进程完成的时间间隔。Waiting time :等待时间是进程在就绪队列中耗费时间的总和 Response time：进程提交恳求到首次响应时间。护送效应（ convoy effect ）：即短进程在进步程之后。1） FCFS 即先来先到原就, 运算等待时间，进步程放后面比较有效率2） SJF短作业优先：即利用下一个CPUburst 的时间，安排给长度最小的进程，假如有两个进程的 CPU burst一样，就实行 FCFS原就。仍分为抢占式与非抢占式。抢占式（ Preemptive ）就是当一个进程正在运行，此时一个新的进程进来，他的CPU burst 时间比正在运行的进程剩余时间短，就抢占执行。非抢占就答应执行完即在最短作业优先的前提下不打搅。3） 优先级（ priority）调度，抢占型即优先级高的达到时抢占当前的进程。（本书中小数字代表高的优先级。）缺点是：优先级低的有可能永久得不到cpu，解决方法， aging（老化）即：等待时间越长，优先级也随之提高4） RR （ round robin）（轮转调度法）：即将 就绪队列看成一个循环队列。每隔一个时间单元就转换一次，安排给不同进程。就绪队列满意FCFS原就。新进的进程放入队列末尾，当一个进程运行完一个时间量之后，由进程调度程序进行进程调度，将此进程中断放入到此队列末尾。如此循环。超过一个时间量，中断处理。一个原就是百分之八十的进程的CPUburst 应当短于时间量。第七章： 1 治理 java同步， 2 机器指令，打断，数据不一样性3 临界段的作用，实现方法。 4 忙等待，非忙等待的实现代码7.39。 5 信号量，实现代码等。协作进程同时对共享数据进行操作，会造成数据的不一样性。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -进程的同步解决两个进程同时拜访数据，造成数据的不一样性。当一个进程在其临界区内执行时就不答应其它进程在它的临界区内执行进入区，临界区，推出区，剩余区。临界区必需满意三个条件：1 互斥， 2有空让进， 3 有限等待算法 1：是共享了一个整数变量。记录哪个进程进入临界段，而不能达到有空让进的功能。算法 2：用数组 boolean flag2 代替了 turn 。将 flag初始化为 false。但是此算法没有满意有限等待的条件。当两个flag都为 true 时，都在等待 while ，即对方变为false、所以始终循环。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -算法 3：利用法 1，与法 2的变量boolean flag2;int turn;初始化flag0 = flag1 = false ，turn的值无关紧要（但是0 或者是 1）。public void enteringCriticalSectionint tint other = 1 - t; flagt = true; turn = other;while flagother = true && turn = = other Thread.yield;此段代码只要满意flag的要求，留意此段代码信号量：信号量 S 是一个整形数，除初始化以外，对它的拜访只能通过两个标准原子操作：wait和signal。其是用来解决n 个信号量的临界区问题。一个被堵塞而等待信号量S 的进程应当能够在其它进程执行signal 操作后被重新开可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -始。 wakeup操作重新开头进程，它把进程的状态从等待状态转为就绪状态。信号量 S只能被两个原子操作：wait S signal S 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结while S <= 0; /no-op S-;S+;可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结每个信号量有一个整形数和一个进程列表block 操作将一个进程置入与该信号量关联的等待队列中并将进程状态设为等待。wakeup操作重新开头进程，它把进程的状态从等待状态转为就绪状态。signal 操作将进程从等待进程列表中移除并唤醒该进程。wait操作定义如下： void waitsemaphore S S.value-;if S.value < 0 add this process to S. L; block ;signal 操作定义如下： void signalsemaphore S S.value+;if S.value <= 0 remove a process P from S. L; wakeup P;block 操作将挂起调用它的进程。wakeupP 操作复原执行一个被堵塞的进程。这两个操作由操作系统作为基本的系统调用供应。两个或多个进程无休止的等待发生一个大事，而这个大事只能由等待中的某个进程引发。问题中的这个大事是指signal 操作的执行。当达到这样的一个状态时，我们称这些进程被死锁（ deadlock）。饥饿，操作系统是指一个进程始终得不到资源。忙等待Do sth;while condition ; Do sth;非忙等待Do sth;if condition release CPUand waiting Do sth;可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 9 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -在producer与 consumer的经典问题时候，留意 empty 是指空缓存区的数目，而full 指满缓存区的数目，而操作produce 是指生产满缓存区的，而consume 是生产空缓存区的。因此下面代码好懂得。读者与写者的问题（多个进程共享一个数据对象）只分析而不是写代码，要看懂！读者无需等待。由于不会造成数据不一样性，而写者会，所以要求互斥，也即有一写者时，就无其他任何操作。在上面P操作等价与 wait而V操作等价去 signal操作。读是读取这个数据结构的内容，而写是更新这个数据结构的内容（而不是写入），因此在 write 代码实现的过程中，public void startWrite db.P;public void endWrite db.V;所以在开头写的时候要先占用数据，因此调用P函数。管程：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -管程一次只执行一个线程，而程序员可以自己设定条件第七章半桶水，有时间再看一遍，没时间抓考试重点。第八章：死锁的预防，防止（不破坏）的区分在多道程序设计环境中， 多个进程可能要为有限的资源绽开竞争。 进程恳求资源。 假如当前这些资源不行用， 那么该进程进入等待状态。 正在等待的进程可能不会再转变状态， 由于它所恳求的资源始终被其它进程所持有。这种情形被称为死锁（ deadlock）资源被分为三个过程：恳求使用，释放。发生死锁的四个必要条件：1： 互斥条件，即同时只有一个进程使用该资源。2： 持有并等待，即进程必需持有一个资源并且等待下一个资源。3：不抢占：即一个进程执行完后会释放该资源4：循环等待。即一个等待一个。死锁预防：死锁预防算法通过对约束资源恳求来预防死锁的发生。这种约束确保了至少有一个死锁的必要条件不会发生，从而达到预防死锁的目的，造成资源利用率低。就是让发生死锁的四个条件有一个不发生，或者说破坏发生死锁的四个条件之一，便可以预防死锁的发生。1） 破坏互斥，2） 破坏持有并等待，1：即在一个进程要申请其他资源的时候必需释放前面所拥有的资源， 2：必需一次性申请全部必要的资源。3） 不抢占，当一个进程需要等待其他资源的时候，那此时他所拥有的资源放入等待序列中，可以被抢占。4） 循环等待，每个资源对应一个正整数，当一个进程拥有一个资源的时候，再需要申请另外一个资源的时候，此资源的正整数必需大于从前的资源。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -死锁防止有了这个进程的恳求和释放资源的完整队列我们就可以确定恳求进程是否应当等待。为了判定当前的恳求是应当满意仍是推迟以防止可能发生的死锁们就可以确定恳求进程是否应当等待。为了判定当前的恳求是应当满意仍是推迟以防止可能发生的死锁、第九章1：实程治理虚存治理的区分，2：page解决连续存放的什么问题，3：外部分割 4： swapping overlay不考，5：往年只考段共享shared page 9-52 why ？ 9-34，9-40内存的治理方法有：分页，与分段。其由大量字与字节队列构成，每个字与字节都有其相应的的址。由于程序在运行过程中，要经过编译，连接，编入等，每次所对应的的 址空间都不一样，这就涉及到一个的址映射问题。CPU 产生的的址通常被称为规律的址（虚拟的址）。而物理的址就是内存单元的的址，也就是被装入内存的内存的址寄存器（memory-address register ）的的址。内存治理单元（MMU ）为：规律的址到物理的址的映射机制。Swapping：进程必需在内存中才能执行。然而，可以临时把一个进程从内存换出到后备储备器（ backing store ）中，然后将它换回连续执行进程必需在内存中才能执行。然而， 可以临时把一个进程从内存换出到后备储备器（ backing store ）中，然后将它换回连续执行。利用重定位寄存器和界限寄存器，可以实现内存爱护。内存安排方法：第一适应策略： 安排第一个足够大的连续空间。可以从连续空间列表的最开头开头搜寻，也可以从上一次搜寻的结尾开头。找到一个足够的大闲暇空间时停止搜寻。正确适应策略：安排空间足够大的连续空间中最小的那个。必需搜寻整个列表，除非列表按大小排序。这个策略将产生最小的剩余空间。最差适应策略：安排最大的连续空间。也必需搜寻整个列表，除非列表按大小排序。这个策略会产生最大的剩余连续空间，这个连续空间比用best-fit方法产生的更小的剩余空间有用。连续存放的问题： 即使采纳了某些优化措施，假如有 N 个已安排的内存块，另外仍有 0.5N个内存块由于作为碎片而丢失。也就是说， 可能有 三分之一内存不行用！这被称为 50-percent rule我们把物理内存分成固定大小的块，称为帧（frame ）。也把规律内存分成同样大小的块，称为页（ page）。CPU 产生的的址分为两个部分：页号（page number ）（ p）和页偏移（ page offset ）（ d）。页号用于索引页表（page table ）。页表包含了物理内存中每个页的基的址。把这个基的址与页偏移相结合生成发送到内存单元的物理的址。分页不产生外部碎片，但是产生内部碎片。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 12 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -TLB 中的每个表项由两部分组成：键（或标记）和值。在进行比较时是同时与表中全部的键进行比较。对TLB 的使用方式如下。TLB 只包含了很少的页表项。当CPU 产生一个规律的址时，它的页号被发送到 TLB。假如能够在TLB 中找到这个页号，那么立刻产生它的帧号并用其拜访内 存。整个过程仅仅比非映射内存引用慢10%。少了一次猎取帧号时拜访内存的时间。分段将一个独立的功能作用题作为一个段。比如：1. 全局变量。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结资料word 精心总结归纳 - - - - - - - - - - - -2. 过程调用堆栈，用于储备参数和返回的址。3. 每个过程或函数的代码部分。4. 每个过程或函数的本的变量。段一般是指令，或者数据，指令一般不会自我修改，因此一般设为只读，或者只执行。分段的优点是 1：达到爱护作用，比如指令段，2：达到共享。外部分割：即内存里有一个进程要的空间，但是不连续。共享代码段在各进程中必需以相同的规律的址去存在。.被共享的段的段号在各进程中应当相同.不含有物理指针的多个只读数据段可以以不同的段号被共享.假如代码段中涉及本段的的址是用相对位移，就可以以不同的段号被共享可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结学习资料 名师精选 - - - - - - - - - -第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - - -可编辑资料 - - - 欢迎下载