2022年操作系统复习.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 操作系统的主要功能从资源治理观点看,操作系统具有五大功能：. 处理机治理. 储备器治理. 设备治理. 文件治理. 作业治理1. 处理机治理主要任务：是对处理机的安排和运行实施有效治理；对处理机治理,可归结为对进程的治理；进程治理的主要功能. 进程掌握：当用户作业要运行时,应为之建立一个或多个进程,并为它安排除处理机以外的全部资源, 将它放入进程就绪队列；当进程运行完成时, 立刻撤消该进程,以便准时释放其所占有的资源；进程掌握的基本功能就是创建和撤消进程以及掌握进程的状态转换；. 进程同步：所谓进程同步是指系统对并发执行的进程进行和谐；最基本的进程同步方式是使诸进程以互斥方式拜访临界资源；. 此外,对于彼此相互合作、去完成共同任务的诸进程,就应由系统对它们的运行速度加以和谐；.进程通信： 对于相互合作的进程,在它们运行时, 相互之间往往要交换肯定的信息,这种进程间所进行的信息交换称为进程通信；. 进程调度：当一个正在执行的进程已经完成,或因某大事而无法连续执行时,系统应进行进程调度,重新安排处理机；进程调度是指按肯定算法,如最高优先算法,从进程就绪队列中选出一进程,把处理机安排给它,为该进程设置运行现场,并使之投入运行；2. 储备器治理储备器治理的主要任务 : . 为多道程序的并发运行供应良好环境；. 便于用户使用储备器；. 提高储备器的利用率；. 为尽量多的用户供应足够大的储备空间；储备器治理的功能. 内存安排：多道程序能并发执行的首要条件是,各道程序都有自己的内存空间,因此,为每道程序安排内存是储备器治理的最基本功能；. 内存爱护：为保证各道程序都能在自己的内存空间运行而互不干扰,要求每道程序在执行时能随时检查对内存的全部拜访是否合法；必需防止因一道程序的错误而扰乱了其它程序,特别应防止用户程序侵害操作系统的内存区；. 地址映射：在多道程序的系统中,操作系统必需供应把程序地址空间中的规律地址转换为内存空间对应的物理地址的功能；地址映射功能可使用户不必过问物理储备空间的安排细节,从而为用户编程供应了便利；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - . 内存扩充：由于物理内存的大小可能限制了大型作业或多个作业的并发执行,为了满意用户的要求并改善系统性能,必需对内存加以扩充；但我们无须去真正地增加内存空间,而只须借助于虚拟存贮技术,便可获得这样地成效,使系统能运行内存要求量远比物理内存大得多得作业,或让更多得作业并发执行；3. 设备治理1 设备治理的主要任务 : . 为用户程序安排 I/O 设备；. 完成用户程序恳求的 I/O 操作；. 提高 CPU和 I/O 设备的利用率；. 改善人机界面；2 设备治理程序应具有的功能.缓冲治理：几乎全部的外围设备于处理机交换信息时,都要利用缓冲来缓和CPU和I/O 设备间速度不匹配的冲突,和提高 CPU与设备、设备与设备间操作的并行程度,以提高 CPU和 I/O 设备的利用率；. 设备安排：系统依据用户所恳求的设备类型和所采纳的安排算法对设备进行安排,并将未获得所需设备的进程放进相应设备的等待队列；.设备处理：启动指定的I/O 设备,完成用户规定的I/O 操作,并对由设备发来的中断恳求进行准时响应,依据中断类型进行相应的处理；. 虚拟设备功能：通常,把一次仅答应一个进程使用的设备称为独占设备；系统可通 过某种技术使该设备成为能被多个用户共享的设备,以提高设备利用率及加速程序 的执行过程；可使每个用户都感觉到自己在独占该设备；4. 文件治理 . 文件储备空间的治理 . 目录治理 . 文件读、写治理 文件爱护 . 向用户供应接口 .5. 作业治理 1作业治理的主要任务 : 是依据系统条件和用户需要,对作业的运行进行合理的组织、调 度及相应的掌握；2作业调度：作业调度是指依据系统的才能和当前作业的运行情形,按肯定策略,从后备作业队列中选出一批作业,为它们安排所需的I/O设备和储备空间,将它们调入内存并为之建立相应的进程,使之成为具有获得处理机资格的侯选进程；3作业掌握：作业掌握是指作业从进入系统开头,直到运行完成的整个过程中,用户可通 过某种形式向系统发出各种命令,以对自己的作业进行掌握和治理； 进程状态转换条件 在进程运行过程中,由于自身进展情形及外界环境的变化,这三种基本状态可以依据肯定 的条件相互转换：名师归纳总结 .就绪 -> 运行第 2 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 调度程序挑选一个新的进程运行. 运行 -> 就绪运行进程用完了时间片运行进程被中断,由于一高优先级进程处于就绪状态. 运行 -> 等待当一进程必需等待时. OS尚未完成服务. 对一资源的拜访尚不能进行. 初始化 I/O 且必需等待结果. 等待某一进程供应输入 IPC . 等待 -> 就绪当所等待的大事发生时其他状态. 创建状态. 终止状态. 挂起状态调剂负载,对换,父进程,操作系统,终端用户创建 新 new 状态OS 已完成为创建一进程所必要的工作. 已构造了进程标识符. 已创建了治理进程所需的表格但仍没有答应执行该进程 尚未同意 . 由于资源有限终止退出 exit 状态中止后进程移入该状态它不再有执行资格表格和其它信息临时由帮助程序保留. 例子 : 为处理用户帐单而累计资源使用情形的财务程序. 当数据不再需要后,进程 和它的表格 被删除五状态进程模型名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 七状态进程模型. 堵塞 -> 堵塞挂起当全部进程都堵塞,OS会支配空间让一就绪进程进入内存. 堵塞挂起 -> 就绪挂起当等待的大事发生时 状态信息已在 OS中 . 就绪挂起 -> 就绪当内存中没有就绪进程时. 就绪 -> 就绪挂起 较少见 当没有被堵塞的进程,而为了性能上的考虑,必需释放一些内存时进程掌握块 PCB名师归纳总结 .系统为了治理进程设置的一个特地的数据结构,存放了用于描述该进程情形和掌握第 4 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 进程运行所需的全部信息；.系统利用 PCB来掌握和治理进程,所以PCB是系统感知进程存在的唯独标志.进程与 PCB是一一对应的进程掌握块的内容. 进程标识符：标识一个进程的编号,也称为进程的内部名；. 现性状态：说明进程的当前状态；. 现场保留区：储存进程由执行状态变为其它状态时的 CPU现场信息；. 程序与数据地址：该进程的程序和数据所在位置信息；. 互斥与同步机构：实现进程间互斥与同步时所必需的机构；. 进程通信机制：用于实现进程间的通信所需的数据结构；. 优先级：表示进程使用 CPU时优先级别的一个整数；. 资源清单：列出进程拥有的资源的记录；. 连接字：给出本进程所在队列中的下一个进程的 PCB首址；. 家族联系：用于说明本进程与其它家族成员间的关系；进程映象 进程要素 . 用户程序. 用户数据. 栈用于过程调用和参数传递. 进程掌握块 PCB 执行上下文 掌握进程所需的数据 进程属性 ,包括 : . 进程标识符信息. 处理器状态信息. 进程掌握信息进程掌握块的组织方式为了有效地对进程掌握块进行治理,应当采纳适当的方式把它们组织起来；目前常用的组织方式有以下两种：.按链接方式组织PCB 队列 不同状态进程分别组成队列运行队列、就绪队列、等待队列.按索引方式组织PCB 表 PCB索引表,说明PCB在 PCB表中的地址对具有相同状态的进程,分别设置各自的其他方式：线性表或链表为什么要线程的引入. 在操作系统中,进程的引入提高了电脑资源的利用效率；但在进一步提高进程的并发性时,人们发觉进程切换开销占的比重越来越大,同时进程间通信的效率也受到限制. 线程的引入正是为了简化进程间的通信,以小的开销来提高进程内的并发程度信号量的物理含义：名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 信号量 S 0 时,S 的数值表示某类可用资源的数目,执行 P 操作意味着申请安排一个单位的资源；当 S0 时,表示无资源可用,此时 S 的肯定值表示信号量 S的堵塞队列中的进程数；执行 V 操作意味着释放一个单位的资源； S>0 表示有 S 个资源可用 S=0 表示无资源可用 S<0 就| S | 表示 S 等待队列中的进程个数 PS: 表示申请一个资源 VS 表示释放一个资源；信号量的初值应当大于等于 0 处理机调度的基本概念在多道程环境下,进程数目往往多于处理机数目,致使它们争用处理机；这就要求系统能按某种算法,动态地把处理机安排给就绪队列中的一个进程,使之执行；安排处理机的任务是由进程调度程序完成的；它是操作系统设计的中心问题之一；分时系统和实时系统的区分；各有什么特点？各自采纳什么调度算法？分时系统 : 时间片轮转调度算法实时系统 : 在实时系统中 , 硬实时任务和軟实時任務都聯系着一個截止時間 . 1 非抢占式调度算法 : . 非抢占式轮转调度算法. 非抢占式优先调度算法2 抢占式调度算法 : . 基于时钟中断的抢占优先调度算法. 立刻抢占优先权调度算法；周转时间：作业从提交到完成得到结果所经受的时间；包括：在收容队列中等待,CPU上执行,就绪队列和堵塞队列中等待,结果输出等待响应比 : 等待時間 +要求服務時間 / 要求服務時間产生死锁的缘由1. 竞争系统资源2. 进程的推动次序不当产生死锁的必要条件. 互斥条件资源独占. 恳求和保持条件部分安排,占有申请. 不剥夺条件不行强占. 环路等待条件；预防死锁的方法破坏产生死锁的四个必要条件之一名师归纳总结 1资源一次性安排； 破坏恳求和保持条件 第 6 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2可剥夺资源；即当某进程新的资源未满意时,释放已占有的资源 破坏不行剥夺条件 3 资源有序安排法；做法：系统给每类资源给予一个编号,每一个进程按编号递增的顺序恳求资源,释放就相反 破坏环路等待条件 死锁防止.死锁防止定义: 在系统运行过程中,对进程发出的每一个系统能够满意的资源申请进行动态检查, 并依据检查结果肯定是否安排资源,就不予安排,否就予以安排；假设安排后系统可能发生死锁,. 预防死锁的几种策略,会严峻地损害了系统性能；因此要施加较弱的限制,从而获得较中意得系统性能来防止死锁；. 由于在防止死锁的策略中,答应进程动态地申请资源；因而,系统在进行资源安排之前预先运算资源安排的安全性；假设此次安排不会导致系统进入担心全状态,就将资源安排给进程；否就,进程等待；其中最具有代表性的防止死锁算法是银行家算法；死锁的解除重要的是以最小的代价复原系统的运行；方法如下： 1 重新启动 2 撤消进程 3 剥夺资源 4 进程回退 虚拟储备器的基本思想是：程序、数据、堆栈的大小可以超过内存的大小,操作系统把程序当前使用的部分保留在内存,而把其它部分储存在磁盘上,并在需要时在内存和磁盘之间动态交换 . 虚拟储备器支持多道程序设计技术虚拟储备器.具有恳求调入功能和自换功能, 能从规律上对内存容量进行扩充的储备器系统；虚拟储备器就是一个地址空间,且具有比实存大得多的容量；. 对用户：指令地址部分所限定的比实存大得多的地址实间；. 对系统：借助于各种表格机构,表达虚拟实间；虚拟储备器的容量. 一个虚拟储备器的最大容量是由电脑的地址结构确定的；如：假设 CPU的有效地址长度为 32 位,就程序可以寻址范畴是 0232-1 ,即虚存容量为 4GB；. 虚拟储备器的容量与主存的实际大小没有直接的关系,而是由主存与辅存的容量之和所确定；页面置换算法当要放一页面到全满的主存块时,系统需剔除一页；用来选取剔除哪一页的规章,叫置换算法；名师归纳总结 .最正确置换算法第 7 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - . 先进先出置换算法. 最近最久未用置换算法. 近似的 LRU算法 NRU算法最正确置换算法最正确置换算法是由Belady 于 1966 年提出的一种理论上的算法；其所挑选的被剔除页面,将是以后永不使用的,或许是在最长 将来 时间内不再被拜访的页面；采纳最正确置换算法,通常可保证获得最低的缺页率；先进先出 FIFO 页面置换算法 置换时 挑选在内存中驻留时间最长的页并剔除之最近最久未使用 LRU 置换算法 挑选最终一次拜访时间距离当前时间最长的一页并剔除之；即剔除没有使用的时间最 长的页；实现代价很高时间戳或硬件方法LRU置换算法的硬件支持 1 寄存器 为了记录某进程在内存中各页的使用情形,须为每个在内存中的页面配置一个移位寄存器,可表示为 : R=Rn-1 Rn-2Rn-3 R 2R1R02 栈改良型 Clock 置换算法 由拜访位 A 和修改位 M可以组合成下面四种类型的页面：名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1类A=0, M=0: 表示该页最近既未被拜访,又未被修改,是最正确剔除页； 2 类A=0, M=1 ： 表示该页最近未被拜访,但已被修改,并不是很好的剔除页； 3 类A=1, M=0 ： 最近已被拜访,但未被修改,该页有可能再被拜访； 4 类A=1, M=1: 最近已被拜访且被修改,该页可能再被拜访；其执行过程可分成以下三步： 1 从指针所指示的当前位置开头,扫描循环队列,查找 A=0且 M=0的第一类页面, 将所遇到的第一个页面作为所选中的剔除页；在第一次扫描期间不转变拜访位 A； 2 假如第一步失败,即查找一周后未遇到第一类页面,就开头其次轮扫描,寻找 A=0 且 M=1的其次类页面, 将所遇到的第一个这类页面作为剔除页；在其次轮扫描期间,将全部扫描过的页面的拜访位都置 0； 3 假如其次步也失败,亦即未找到其次类页面,就将指针返回到开头的位置,并将全部的拜访位复 0； 然后重复第一步,假如仍失败,必要时再重复其次步,此时就肯定能找到被剔除的页；其它置换算法1.最少使用 LFU： Least Frequently Used置换算法2. 页面缓冲算法 PBA： Page Buffering Algorithm 与设备无关性设备独立性. 用户在编制程序时,使用规律设备名,由系统实现从规律设备到物理设备的转换. 用户能独立于详细物理设备而便利的使用设备. 用户申请使用设备时,只需要指定设备类型,而无须指定详细物理设备,系统依据当前的恳求,及设备安排的情形,在相同类别设备中,挑选一个闲暇设备,并将其安排给一个申请进程引入缓冲技术1. 緩和 CPU與 I/O 設備間速度不匹配的冲突 . 2. 削减對 CPU的中斷頻率 , 放寬對 CPU中斷响應時間的限制 . 3. 提高 CPU和 I/O 設備之間并行性 . 磁盘查找算法1. First-Come, First Served FCFS调度算法2. 最短寻道时间优先 SSTFShortest Seek Time First 3. 扫描 SCAN算法优先考虑磁頭當前的移動方向, 在移動方向上沒有更外的的磁道需要訪問時, 才輚換磁臂的移動方向4. 循环扫描 CSCAN算法磁頭單向移動 , 當磁頭到最外的磁首并訪問後 , 磁頭立刻返回到最里的欲訪問的磁道 . 5. N-Step-SCAN 和 FSCAN调度算法N 步 SCAN算法是将磁盘恳求队列分成假设干个长度为 N 的子队列 , 磁盘调度将按 FCFS算法依次处理这些子队列；而每处理一个队列时又是按 再处理其他队列 6. FSCAN算法SCAN算法,对一个队列处理完后,名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - FSCAN只将磁盘恳求队列分成两个子队列；一个是由当前全部恳求磁盘I/O 的进程形成的队列,由磁盘调度按 SCAN算法进行处理；虚拟设备概念 虚拟设备技术：把一台慢速的以独占方式工作的物理设备,通过快速的以共享方式 工作的设备改造成假设干台虚拟的同类设备的技术；即通过高速共享设备来模拟独占型设备的动作,将其改造为共享设备提高设备利用率和系统的效率的技术；实现虚拟设备的必要条件: Spooling系统加快目录检索的方法1指定当前目录,使查找操作从当前目录开头往下进行,缩小了搜寻范畴；2建立活动或打开文件表,使查找操作不必在磁盘上进行,而是在内存中进行； 位示图 用来反映磁盘文件储备器储备块的使用情形,故又称盘图；它由假设干字节组成,每位对应一个物理块；当其值为 1 时,表示已安排；为 0 时表示闲暇安排 : b=ni-1+j n 為每行的位數 回收 i=b-1DIV n+1 j=b-1mod n+1 UNIX的混合索引方式所謂混合索引文件結构, 提指文件的物理結构可能包括多種索引文件結构形式, 如單級索引文件結构 , 兩級索引文件結构和多級索引文件結构形式 的查詢速度 , 又能節省存放文件地址所需的空間 . . 這種物理結构既可提高對文件 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 10 页