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-操作系统复习资料-第 8 页第一章操作系统的定义：操作系统是管理系统资源、控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，合理组织计算机工作流程和为用户有效使用计算机提供良好运行环境的最基本的一种系统软件。操作系统的目标：（1）方便用户使用 （2）扩充机器功能 （3）管理系统资源（4）提高系统效率 （5）构筑开放环境计算机系统由硬件和软件两部分组成。硬件是软件运行的物质基础；软件能充分的发挥硬件的潜能并扩充硬件的功能，完成各种应用任务，两者互相促进，相辅相成，缺一不可。硬件层：提供基本的可计算性资源，如处理器、寄存器、存储器及各种I/O设备。操作系统的作用：对内是“管理员”，对外是“服务员”。 （1）OS作为用户接口和服务提供者 （2）OS作为作为扩展机或虚拟机（3）OS作为资源管理者和控制者 （4）OS作为程序执行控制者和协调者操作系统的功能：（1）处理机管理 （2）存储管理 （3）设备管理（4）文件管理 （5）网络与通信管理 （6）用户接口操作系统的主要特性：（1）并发性；（2）共享性；（3）异步性并发性-指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生。共享性-指操作系统中的资源可被多个并发执行的进程所使用 。异步性-给系统带来潜在危险,有可能导致与时间有关的错误。多道程序设计是指：允许多个程序同时进入一个计算机系统的主存储器并启动进行计算的方法。三种基本的操作系统类型：(1)批处理操作系统 (2)分时操作系统 (3)实时操作系统分时系统的特征:(1)同时性 (2)独立性 (3)及时性 (4)交互性实时操作系统（Real Time OS) 处理流程:(1)数据采集 (2)加工处理 (3)操作控制 (4)反馈处理其他几种操作系统：（1）微机操作系统 （2）网络操作系统（3）分布式操作系统 （4）嵌入式操作系统第二章中断的定义：中断是指程序执行过程中，遇到急需处理的事件时，暂时中止CPU上现行程序的运行，转去执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回原程序被中断处或调度其他程序执行的过程。中断和异常的区别 ：l 中断是由与现行指令无关的中断信号触发的(异步的)，且中断的发生与CPU处在用户模式或内核模式无关，在两条机器指令之间才可响应中断，一般来说，中断处理程序提供的服务不是为当前进程所需的；l 异常是由处理器正在执行现行指令而引起的，一条指令执行期间允许响应异常，异常处理程序提供的服务是为当前进程所用的。异常包括很多方面，有出错(fault)，也有陷入(trap)等。 中断/异常响应要做四件事：· 发现中断源· 保护现场· 转向处理中断/异常事件的处理程序· 恢复现场进程的定义进程是可并发执行的程序在某个数据集合上的一次计算活动，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。进程挂起的原因：主存资源不能满足进程运行的需求，把某些进程挂起，置于磁盘对换区中；系统出现某种故障，需要暂时挂起一些进程，以便消除故障；用户在调试程序的过程中，可以请求挂起其进程，以便进行某种检查和修改。进程的控制· 进程创建· 进程撤销· 进程阻塞和唤醒· 进程挂起和激活引入多线程的目的：是为了减少进程并发执行时所付出的时空开销，使得并发力度更细、并发性更好。从实现角度看，线程分成:（1）内核级线程 （2）用户级线程 （3）混合式线程处理机调度的层次:（1）高级调度 （2）中级调度 （3）低级调度选择调度算法的原则：l. 资源利用率Ø CPU利用率=CPU有效工作时间/CPU总的运行时间，Ø CPU总的运行时间=CPU有效工作时间+CPU空闲等待时间。2. 响应时间Ø 交互式进程从提交一个请求(命令)到接收到响应之间的时间间隔称响应时间。Ø 使交互式用户的响应时间尽可能短，或尽快处理实时任务。Ø 这是分时系统和实时系统衡量调度性能的一个重要指标。3.周转时间Ø 批处理用户从作业提交给系统开始，到作业完成为止的时间间隔称作业周转时间，应使作业周转时间或平均作业周转时间尽可能短。Ø 这是批处理系统衡量调度性能的一个重要指标。4.吞吐率单位时间内处理的作业数。5.公平性确保每个用户每个进程获得合理的CPU份额或其他资源份额，不会出现饿死情况。 低级调度的基本类型：· 第一类称剥夺式： 两种处理器剥夺原则Ø 一是高优先级进程/线程可剥夺低优先级进程/线程，Ø 二是当运行进程/线程时间片用完后被剥夺。· 第二类称非剥夺式：0 一旦某个进程/线程开始运行后便不再让出处理器。· 比较0 剥夺式策略的开销大，但可以避免进程/线程长时间的独占处理器；0 很多操作系统使用两种测略的组合，内核关键程序是非剥夺式的，用户进程是剥夺式的。实时调度算法分为动态实时调度和静态实时调度两类，前者在运行时做出调度决定；后者在提供截止期限等信息的前提下，在系统开始运行之前完成调度决策。第三章进程的并发性进程执行的并发性：一组进程的执行在时间上是重叠的。死锁定义操作系统中的死锁：如果在一个进程集合中的每个进程都在等待只能由该集合中的其他一个进程才能引发的事件，则称一组进程或系统此时发生死锁。产生死锁的四个必要条件：0 互斥条件：进程互斥使用资源0 占有和等待条件：申请新资源时不释放已占有资源0 不剥夺条件：一个进程不能抢夺其他进程占有的资源0 循环等待条件：存在一组进程循环等待资源的死锁防止：破坏第一个条件· 使资源可同时访问而不是互斥使用， 破坏第三个条件· 采用剥夺式调度方法，· 当进程在申请资源未获准许的情况下,如主动释放资源(一种剥夺式),然后才去等待。 破坏第二个条件或第四个条件· 上述死锁防止办法造成资源利用率和吞吐率低。介绍两种比较实用的死锁防止方法。银行家算法基本思想：系统中的所有进程放入进程集合，在安全状态下系统收到进程的资源请求后，先把资源试探性地分配给他它。第四章存储管理的功能：· 分配和去配0 请求和释放主存空间· 抽象和映射0 抽象成一维数组或二维地址空间0 地址转换· 隔离和共享0 隔离实现存储保护功能0 超越隔离机制，提高主存利用率· 存储扩充0 虚拟，允许进程虚拟地址空间大于主存空间存储器的层次：（1）寄存器 （2）高速缓存 （3）主存储器 （4）磁盘 （5） 磁带地址转换：· 静态重定位0 地址转换工作在进程执行前一次完成；0 无须硬件支持，易于实现，但不允许程序在执行过程中移动位置。0 早期单用户单任务系统· 动态重定位0 地址转换推迟到最后的可能时刻，即进程执行时才完成；0 允许程序在主存中移动、便于主存共享、主存利用率高。分段和分页的比较：· 分段是信息的逻辑单位，由源程序的逻辑结构所决定，用户可见，· 段长可根据用户需要来规定，段起始地址可从任何主存地址开始。· 分段方式中，源程序(段号，段内位移)经连结装配后地址仍保持二维结构。· 分页是信息的物理单位，与源程序的逻辑结构无关，用户不可见，· 页长由系统确定，页面只能以页大小的整倍数地址开始。· 分页方式中，源程序(页号，页内位移)经连结装配后地址变成了一维结构。第五章四种I/O控制方式: (1)轮询方式 (2)中断方式 (3)DMA方式 (4)通道方式缓冲技术： （1）单缓冲 （2）双缓冲 （3）多缓冲提高磁盘I/O速度的方法：（1）提前读 （2）延迟写 （3）虚拟盘 SPOOLing技术是用一种类物理设备模拟另一类物理设备的技术，是使独占型设备变成共享设备的一种技术。第一章3、 操作系统 概念：管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务，并合理组织计算机工作流程和为用户方便而有效地使用计算机提供良好运行环境的最基本的系统软件。主要目标：方便用户使用 扩充功能使用 管理各类资源 提供系统效率 构筑开放环境15、 多道程序设计：指允许多个作业（程序）同时进入计算机系统的主存并启动交替计算的方法。多道程序设计的特点：主存中有多个相互独立的程序均处于开始和结束之间，从宏观上看是并行的，多道程序设计都处于运行过程中，但尚未运行结束；从微观上看是串行的，各道程序轮流占用CPU以交替地执行。18、 实时操作系统（RTOS）是指：当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。因而，提供及时响应和高可靠性是其主要特点。三种典型的实时系统:过程控制系统(生产过程控制) 信息查询系统(情报检索) 事务处理系统(银行业务)21、 试比较实时操作系统和分时操作系统的不同点答：实时操作系统：以计算机为中心的生产过程控制系统，系统能及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。它必须保证实时性和高可靠性，对系统的效率则放在第二位。 分时操作系统：人一机交互 共享主机 便于用户上机第二章1、简述中断装置的主要职能。中断装置的职能主要有三点： 检查是否有中断事件发生； 若有中断发生，保护好被中断进程的断点及现场信息，以便进程在适当时候能恢复执行； 启动操作系统的中断处理程序。2、软中断和硬中断的区别： 硬中断是由外部事件引起的因此具有随机性和突发性；软中断是执行中断指令产生的，无面外部施加中断请求信号，因此中断的发生不是随机的而是由程序安排好的。硬中断的中断响应周期，CPU需要发中断回合信号（NMI不需要），软中断的中断响应周期，CPU不需发中断回合信号。硬中断的中断号是由中断控制器提供的（NMI硬中断中断号系统指定为02H）；软中断的中断号由指令直接给出，无需使用中断控制器。硬中断是可屏蔽的（NMI硬中断不可屏蔽），软中断不可屏蔽。3、进程和线程的差别： 1)调度：线程作为调度和分配的基本单位，进程作为拥有资源的基本单位2)并发性：不仅进程之间可以并发执行，同一个进程的多个线程之间也可并发执行3)拥有资源：进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源，但可以访问隶属于进程的资源. 4)系统开销：在创建或撤消进程时，由于系统都要为之分配和回收资源，导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。P155 7作业号 执行时间 优先权 J1 10 3 J2 1 1 J3 2 3 J4 1 4 J5 5 2假定执行列表中所列作业，作业号即为到达顺序，依次在时刻0按次序1、2、3、4、5进入单处理器系统。分别用先来先服务、时间片轮转、短作业优先以及非抢占优先权调度算法进行调度，并计算每种情况下的平均周转时间。（数值小优先权高）第三章4、解释并发性与并行性答：计算机操作系统中把并行性和并发性明显区分开，主要是从微观的角度来说的，具体是指进程的并行性（多处理机的情况下，多个进程同时运行）和并发性（单处理机的情况下，多个进程在同一时间间隔运行的）。 并行性是指硬件的并行性，两个或多个事件在同一时刻发生。 并发性是指进程的并发性，两个或多个事件在同一时间段内发生。9、试述进程的互斥和同步两个概念之间的异同答：进程的互斥是解决进程间竞争关系（间接制约关系）的手段。进程互斥是指若干个进程要使用同一资源时，任何时刻最多允许一个进程去使用，其它要使用该资源的进程必须等待，直到占有资源的进程释放该资源。进程的同步是解决进程间协作关系（直接制约关系）的手段。进程同步指两个以上进程基于某个条件来协调它们的活动。一个进程的执行依赖于另一个协作进程的消息或信号，当一个进程没有得到来自于另一个进程的消息或信号时则需等待，直到消息或信号到达才被唤醒。10、什么是临界区和临界资源？临界区管理的基本原则是什么？临界区并发进程中与共享变量有关的程序段。临界资源共享变量代表的资源。 临界区管理的基本原则：Ø （1）一次至多一个进程能够在它的临界区内；Ø （2）不能让一个进程无限地留在它的临界区内；Ø （3）不能强迫一个进程无限地等待进入它的临界区。特别，进入临界区的任一进程不能 妨碍正等待进入的其它进程的进展。29、简述产生死锁的必要条件0 互斥条件：进程互斥使用资源0 占有和等待条件：申请新资源时不释放已占有资源0 不剥夺条件：一个进程不能抢夺其他进程占有的资源0 循环等待条件：存在一组进程循环等待资源的30、列举死锁的各种防止策略答：（1）破坏第一个条件，使得资源可同时访问而不是互斥使用；（2）破坏第三个条件，采用剥夺式调度方法，当进程在申请资源未获准许的情况下，如主动释放资源（一种剥夺式），然后才去等待；（3）破坏第二个或者第四个条件，采用层次分配策略，资源被分为多个层次；当进程得到某一层的一个资源后，它只能再申请较高层次的资源；当进程要释放某个层次的一个资源时，必须先释放较高层次的资源；当进程得到某一层的一个资源后，它想申请该层的另一个资源时，必须释放该层中的已占资源。第四章1、简述存储管理的基本功能。4、何谓地址转换（重定位）？哪些方法可以实现地址转换？10、试比较分页式存储管理和分段式存储管理段式页式分段由用户设计划分，每段对应一个相应的的程序模块，有完整的逻辑意义分页用户看不见，由操作系统为内存管理划分段面是信息的逻辑单位页面是信息的物理单位便于段的共享，执行时按需动态链接装入。页一般不能共享段长不等，可动态增长，有利于新数据增长。页面大小相同，位置不能动态增长。二维地址空间：段名、段中地址；段号、段内单元号一维地址空间管理形式上象页式，但概念不同往往需要多次缺页中断才能把所需信息完整地调入内存实现页（段）的共享是指某些作业的逻辑页号（段号）对应同一物理页号（内存中该段的起始地址）。页（段）的保护往往需要对共享的页面（段）加上某种访问权限的限制，如不能修改等；或设置地址越界检查，对于页内地址（段内地址）大于页长（段长）的存取，产生保护中断。18、试述实现虚拟存储器的基本原理第五章：是用一类物理设备模拟另一类物理设备的技术，是使独占型设备变成共享设备的一种技术。1、 简述设备管理的基本功能3、 试述直接存储器存取（DMA）传输信息的工作原理6、试述I/O中断的类型及其功能12、为什么要引入缓冲技术？其基本思想是什么？答：原因：为了改善中央处理器与外围设备之间速度不配的矛盾；协调逻辑记录大小与物理记录大小不一致；提高CPU与I/O设备的并行性。 其基本思想：当一个进程执行写操作输出数据时，先向系统申请一个输出缓冲区，将数据高速送到缓冲区。若为顺序写请求，则不断把数据填到缓冲区，直到它被装满为止。此后，进程可以继续它的计算，同时，系统将缓冲区内容写到I/O设备上。当一个进程执行读操作输入数据时，先向系统申请一个输入缓冲区，系统将一个物理记录的内容读到缓冲区中，根据进程要求，把当前需要的逻辑记录从缓冲区中选出并传送给进程。