2022年操作系统原理总结 2.pdf

-1-多道程序设计技术和分时技术多道程序运行的特征：1、多道2、宏观上并行3、微观上串行操作系统：负责计算机系统软、硬件资源的分配和管理，控制和协调并发活动，提供用户接口，使用户获得良好的工作环境（方便用户）。主要功能是管理系统软、硬件资源。操作系统的特性：1、并发2、共享3、不确定性；并发和共享是其基本特征操作系统的基本类型：1、批量操作系统特点：使用多道技术，系统资源利用率比较高特征：批量优点：系统吞吐率高2、分时操作系统特点：1、并行性2、独占性3、交互性缺点：无交互能力3、实时操作系统4、个人计算机操作系统5、网络操作系统6、分布式操作系统操作系统的组织结构虚拟机：在裸机上配置了系统程序操作命令语言：1、操作命令（1）键盘命令（2）作业控制语言（3）图形化用户界面2、系统功能调用处理机状态1、管态：操作系统的管理程序执行时及其所处的状态2、目态：用户程序执行时及其所处的状态特权指令：1、改变机器状态的指令2、修改特殊寄存器的指令3、涉及外部设备的输入/输出指令中断指某个事件发生时，系统中止现行程序的运行、引出处理该事件程序进行处理，处理完毕后返回断点，继续执行。中断分类1、输入/输出中断2、外中断3、机器故障中断4、程序性中断（俘获）5、访管中断（自陷）向量中断：当中断发生时，由中断源引导处理机进入中断服务程序的中断过程中断向量：存储该类型中断的中断服务例行程序的入口地址和处理器状态字的存储单元。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 8 页 -2-软件中断处理过程1、保护现场和传递参数2、执行相应的中断服务例程3、恢复和退出中断用户界面系统引导：将操作系统的必要部分装入主存并使系统运行，最后总处于命令接受状态。系统引导的三个阶段：1、初始引导（自举）2、核心初始化3、系统初始化系统引导方式：1、独立引导（滚雪球）2、辅助下装用户界面1、操作界面：用户通过这个界面来组织自己的工作流程和控制程序的运行2、程序界面：任何一个用户程序在其运行过程中，可以使用操作系统提供的功能调用来请求操作系统服务系统功能调用访管指令访管中断并发处理程序的顺序执行：一个计算由若干个操作组成，这些操作必须按照某种先后次序来执行顺序程序的特点：1、顺序性2、封闭性3、可再现性程序的并发执行：若干个程序段同时在系统中运行，在执行在时间上是重叠的并发程序的特点：1、失去了程序的封闭性和可再现性2、程序与计算不再一一对应3、程序并发执行的相互制约进程进程：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进程与程序的区别1、程序是指令的有序集合，是一个静态的概念，而进程是一次执行过程，是动态的；2、进程是一个能独立运行的单位，能与其他进程并行的活动3、进程是竞争计算机系统有限资源的基本单位，也是处理机调度的基本单位一个程序可以对应多个进程，进程一定包含一个程序。进程类型：1、系统进程2、用户进程进程的基本状态：1、就绪状态2、运行状态3、等待状态名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 8 页 -3-进程控制块（PCB）当系统创建一个进程时，必须为其设置一个pcb，进程任务完成时，系统撤销他的pcb 每一个进程都由一个程序段（包括数据）和一个进程控制块组成。进程控制原语 是一种特殊的系统调用，用它可以完成一个特定的功能，其特点是原语执行时不可中断，原语具有原子性，它不可再分。在操作系统中，原语作为一个基本单位出现。1、进程创建2、进程撤销3、进程阻塞4、进程唤醒5、进程延迟进程的相互制约关系1、间接制约关系：竞争系统资源2、直接制约关系：数据共享进程互斥1、临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源2、临界区：访问临界资源的程序段互斥原则：1、空闲让进2、忙则等待3、有限等待4、让权等待5、有限逗留进程同步并发进程在一些关键点上可能需要互相等待与互通消息，这种互相制约的等待与互通信息称为进程同步。信号灯和P、V 操作进程通信send 原语和 receive 原语资源分配与调度资源分配方法：1、静态分配2、动态分配资源管理的目的：1、保证资源的高利用率2,、在合理时间内是所有顾客有获得所需资源的机会3、对不可共享的资源实施互斥4、防止资源分配不当而引起的死锁资源分类：1、物理资源和程序资源2、单一访问入口的资源和多访问入口的资源单一访问入口的资源的特征是一次只能为一个进程使用，而多访问入口的资源可以同时为多个进程共享使用。3、等同资源4、虚拟资源资源分配机制名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 8 页 -4-资源描述器（RD）：各类资源的最小分配单位的数据结构资源信息块（RIB）：资源分配策略：1、先请求先服务不对请求的特征、执行时间长短等作出任何考虑，实现较简单2、优先调度死锁死锁：两个或多个进程被无限期的阻塞、相互等待的一种状态。产生死锁的根本原因：系统提供的资源个数比要求该资源的进程数要少。当系统中两个或多个进程因申请资源得不到满足而等待时，若各个进程都没有能力进一步执行时，系统就会发生死锁。产生死锁的必要条件：1、互斥条件2、不剥夺条件3、占有并等待4、环路条件解决死锁问题的策略：1、利用静态资源分配方法预防死锁2、利用资源动态分配、有控分配方法来避免死锁3、当死锁发生时检测出死锁，并设法修复4、忽略死锁，认为死锁不会发生死锁预防1、静态预防2、动态避免死锁的避免1、有序资源分配法破坏了产生死锁的环路条件2、银行家算法处理机调度作业调度作业的状态：1、后备状态2、执行状态3、完成状态作业调度功能主要任务是完成作业从后备状态到执行状态和从执行状态到完成状态的转变。1、确定数据结构2、确定调度算法3、分配资源名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 8 页 -5-4、善后处理作业控制块（JCB）每个作业进入系统时由系统为其建立作业控制块。作业存在于系统的整个过程中，相应的作业控制块也存在，只有当作业退出系统时，作业控制块才被撤销。作业控制块是作业存在的标志。作业调度算法：1、先来先服务（FCFS）按照作业来到的先后次序进行调度。2、短作业优先调度注意：在已提交的情况下3、响应比高者优先调度算法4、优先调度算法主存管理主存管理实现主存分配、主存保护、主存扩充功能：1、映射逻辑地址到物理主存地址2、在多用户之间分配物理主存3、对各用户区的信息提供保护措施4、扩充逻辑主存区虚拟存储器将用户的的逻辑主存与物理主存分开，在计算机系统处理应用程序时，只装入部分程序代码和数据就启动其运行，由操作系统和硬件相配合完成主存和外围联机存储器之间的信息的动态调度。主存映射地址映射：程序地址空间中使用的逻辑地址变换成主存中的物理地址的过程。地址映射方式：1、编程或编译时确定地址映射关系2、静态地址映射：在作业装入过程中随即进行地址变换。3、动态地址映射：在程序执行期间，随着每条指令和数据的访问自动地、连续的进行映射。要使用重定位寄存器。程序的逻辑组织计算机的主存储器是一个一维的存储空间，而程序的地址空间一般有一维线性结构和二维段式结构。主存分配：1、放置策略2、调入策略3、淘汰策略分区存储管理放置策略：1、首次适应算法将作业放置到主存中第一个能够装入的空闲区2、最佳适应算法空闲区队列按空闲区的大小递增的顺序链在一起3、最坏适应算法空闲区按照大小递减的顺序链在一起。页式地址变换1、页表：页号和块号2、虚地址结构：页号和页内地址3、页式地址变换名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 8 页 -6-1、根据页长分离页号和页内地址2、根据页号查页表，得到块号3、拼接块号和页内地址淘汰策略1、置换算法：当要索取一页面并送入主存时，必须将该作业已在主存中的某一页面淘汰掉。用来选择淘汰哪一页的规则就叫置换算法。2、颠簸：导致系统效率急剧下降的主存和辅存之间的频繁的页面置换现象。几种置换算法1、最佳算法（OPT）2、先进先出算法（FIFO）：总是选择在主存中居留时间最长的一页淘汰。3、最久未使用淘汰算法（LRU）：选择最长时间为被使用的那一页淘汰。4、最不经常使用淘汰算法（LFU）:淘汰最近应用次数较少的一页。工作集模型1、局部性：时间和空间局部性2、工作集段式系统特点：1、方便用户编程2、便于分段共享3、便于分段保护4、支持动态链接5、便于动态增长。段与页的区别：1、页是信息的物理单位，段是信息的逻辑单位2、页长是由系统确定，各页长相等，段长由用户决定，且大小一般不相等3、页的程序地址空间是一维的，段的程序地址空间是二维的输入/输出管理输入输出管理功能：1、状态跟踪2、设备存取3、设备分配4、设备控制设备独立性：用户在编制程序时所使用的设备与实际使用的设备无关，仅使用物理设备名。物理设备名是系统提供的设备标准名称，是永久的、不可更改的。设备独立性的优点：1、设备分配具有灵活性2、易于实现I/O 重定向设备控制块（DCB）缓冲1、解决 CPU 和 I/O 设备间的速度不匹配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 和 I/O 设备之间的并行性缓冲技术：1、双缓冲2、环形缓冲3、缓冲池.设备分配：1、静态和动态分配2、设备分配算法：1、先请求先服务2、优先级高者优先3、独享分配4、共享分配5、虚拟分配输入输出控制方式：1、循环测试I/O 方式2、I/O 中断方式3、通道方式：1、字节多路通道（低速设备）2、选择通道（高速设备）3、数组多路通道（中速设备）4、DMA 方式名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 8 页 -7-文件系统文件的定义：1、文件是具有符号名的信息项的集合2、文件是具有符号名的记录的集合构成文件的基本单位可以是信息项（单个字符或字节），也可以是记录文件的分类：1、按性质分：系统文件、程序库文件、用户文件2、保护级别分：执行文件、只读文件、读写文件3、文件流向：输入文件、输出文件、输入/输出文件文件系统功能：1、实现文件名到文件空间的映射，即按名存取2、实施文件存储空间的分配与回收文件的逻辑组织与存取方法文件组织：1、用户观点：文件的逻辑结构2、实现观点：文件的物理结构逻辑记录和块由记录组成的文件为记录式文件，组成记录式文件的逻辑记录是文件中按信息在逻辑上的独立含义来划分的信息单位，是用户对文件进行存取的基本单位。在存储介质上，由连续信息所组成的一个区域为块（物理记录），它是主存和外部设备进行信息交换的物理单位，且每次总是交换一块或整数块的信息。文件的逻辑结构1、流式文件：无结构，是有序字符的集合，文件的长度即为所含的字符数。2、记录式文件：有结构，是一组连续顺序的记录的集合。存取方法：1、顺序存取2、直接存取（随机存取）文件的物理结构1、连续文件：由一组分配在磁盘连续区域的物理块组成，存放在连续的物理块上。优点：连续存取是速度快；缺点：不利于文件的增生和扩充。2、串联文件：按顺序由串联的块组成，放到不连续的物理块中。优点：易于对文件扩充，易于修改；缺点：只是适用于顺序存取方式，不适用于直接存取方式。3、随机文件：1、直接地址结构2、计算寻址结构散列文件3、索引结构索引文件：1、直接索引2、一级间接索引3、二级间接索引文件的物理结构比较1、连续文件的优点：不需要额外的空间开销，只要在目录中指出起始块号和文件的长度，一次可以读出整个文件。缺点：不能动态增长；一开始就提出文件的长度要求，对于用户来说不是很容易；一次要求比较大的空间，不一定好找。2、串联文件：优点：可以很好地利用辅存空间，易于文件的扩充。缺点：在处理文件时若要进行随机访问，需要花费较大的开销，在时间上比较浪费；占用的存储空间较大。文件存储空间管理：1、空闲文件目录2、空闲块链3、位示图文件目录文件目录内容：1、文件名2、文件逻辑结构3、文件在辅存中的物理位置4、存取控制信息 5、管理信息6、文件类型1、一级文件目录2、二级文件目录3、多级文件目录共享和安全1、建立当前目录实现文件共享2、采用链接技术实现文件共享，链接就是在相应目录表之间进行链接，即在一个目录中表目的文件物理位置这一数据项直接指向需共享文件所在名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 8 页 -8-的目录的目表，这种链接不是直接指向文件，而是指向相应的目录表目3、连访法存取权限的方法：1、访问控制矩阵2、存取控制表3、用户权限表4、口令5、密码文件操作打开文件就是把该文件的有关目录表目复制到主存中约定的区域，建立文件控制块；关闭文件就是将其在主存中的文件控制块的内容复制到磁盘上，并释放文件控制块。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 8 页 -