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1 信息工程学院计算机系 操作系统 学习指导书 操作系统课程组 操作系统知识点总结 1 第 1 章 操作系统引论 1.1 知识点总结 1、什么是操作系统?操作系统：是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。1)OS 是什么：是系统软件（一整套程序组成，如 UNIX 由上千个模块组成）2)管什么：控制和管理系统资源（记录和调度）2、操作系统的主要功能?操作系统的功能：存储器管理、处理机管理、设备管理、文件管理和用户接口管理。1)存储器管理：内存分配，地址映射，内存保护和内存扩充 2)处理机管理：作业和进程调度，进程控制和进程通信 3)设备管理：缓冲区管理，设备分配，设备驱动和设备无关性 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，文件的读写管理和存取控制 5)用户接口：命令界面/图形界面和系统调用接口 3、操作系统的地位 操作系统是裸机之上的第一层软件，是建立其他所有软件的基础。它是整个系统的控制管理中心，既管硬件，又管软件，它为其它软件提供运行环境。4、操作系统的基本特征？操作系统基本特征：并发，共享和异步性。1)并发：并发性是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。2)共享：共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。3)异步性：每个程序什么时候执行，向前推进速度快慢，是由执行的现场所决定。但同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行都应获得同样的结果。5、操作系统的主要类型？操作系统知识点总结 2 多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络系统和分布式系统 1)多道批处理系统 (1)批处理系统的特点：多道、成批 (2)批处理系统的优点：资源利用率高、系统吞吐量大 (3)批处理系统的缺点：等待时间长、没有交互能力 2)分时系统 (1)分时：指若干并发程序对 CPU 时间的共享。它是通过系统软件实现的。共享的时间单位称为时间片。(2)分时系统的特征：同时性：若干用户可同时上机使用计算机系统 交互性：用户能方便地与系统进行人-机对话 独立性：系统中各用户可以彼此独立地操作，互不干扰或破坏 及时性：用户能在很短时间内得到系统的响应 (3)优点主要是：响应快，界面友好 多用户，便于普及 便于资源共享 3)实时系统 (1)实时系统：响应时间很快，可以在毫秒甚至微秒级立即处理 (2)典型应用形式：过程控制系统、信息查询系统、事务处理系统 (3)与分时系统的主要区别：分时系统 实时系统 交互能力 强（通用系统）弱（专用系统）响应时间 秒级 及时，毫秒/微妙级 可靠性 一般要求 要求更高 4)个人机系统 (1)单用户操作系统 单用户操作系统特征：个人使用：整个系统由一个人操纵，使用方便。界面友好：人机交互的方式，图形界面。操作系统知识点总结 3 管理方便：根据用户自己的使用要求，方便的对系统进行管理。适于普及：满足一般的工作需求，价格低廉。(2)多用户操作系统多：代表是 UNIX，具有更强大的功能和更多优点。网络操作系统 计算机网络=计算机技术+通信技术 计算机网络的特征：分布性、自治性、互连性、可见性 网络操作系统功能 本机+网络操作系统：本地 OS 之上覆盖了网络 OS，可以是同构的也可以是异构的。功能：实现网络通信、资源共享和保护、提供网络服务和网络接口等 分布式操作系统 定义：运行在不具有共享内存的多台计算机上，但用户眼里却像是一台计算机。（分布式系统无本地操作系统运行在各个机器上）分布式系统特征：分布式处理、模块化结构、利用信息通信、实施整体控制 分布式操作系统特点：透明性、灵活性、可靠性、高性能、可扩充性 1.2 习题练习 1、选择题 1)操作系统是一种（A ）。A.系统软件 B.系统硬件 C.应用软件 D.支援软件 2)多道程序设计是指（D ）。A.在实时系统中并发运行多个程序 B.在分布系统中同一时刻运行多个程序 C.在一台处理机同一时刻运行多个程序 D.在一台处理机上并发运行多个程序 3)操作系统的设计目标之一是正确性，下列（D ）因素不会影响该目标?A.并发性 B.共享性 C.高效性 D.随机性 4)在下列操作系统的各个功能组成部分中,哪一个不需要有硬件的支持？A.进程调度 B.时钟管理 C.地址映射 D.中断系统 5)下列操作系统中，（A ）是网络操作系统 A.Windows 3.X B.DOS 6.22 C.CP/M 2.2 D.linux 操作系统知识点总结 4 6)若把操作系统看作是计算机系统资源的管理者，下列（D ）不属于操作系统所管理的资源？A.CPU B.内存 C.程序 D.中断 7)操作系统负责管理计算机系统的（A ）。A.程序 B.文件 C.资源 D.进程 8)没有下列设备（），计算机无法工作。A.硬盘 B.软盘 C.内存 D.打印机 9)操作系统采用最多的数据结构是（）。A.队列 B.表格 C.树 D.堆栈 2、判断题 1)OS 的最终目标是管理好软件和硬件资源。（）2)系统软件指的就是操作系统。（）3)操作系统是存在 ROM 上的软件。（）4)从用户的角度,操作系统可以看成计算机硬件的扩充。（）5)虚拟机是指硬件外层的软件。（）6)用户使用计算机，不必知道内部数据是如何存放的。（）7)操作系统的两大使命，服务用户和管理资源是统一的。（）8)多道程序设计既在内存中的多个程序并行运行。（）9)多用户系统一定采用多道技术。（）10)只有多重处理系统可以为多用户服务。（）11)多用户必须使用多终端。（）12)分时系统中时间片越长越好。（）13)用户可以完全按照自己的意愿生成操作系统。（）14)操作系统的冷,热启动差别只在于是否有加电自检的过程。（）3、填空题 1)从人机交互方式来看，操作系统是用户与机器的 。2)从管理角度看，操作系统是管理资源的 。3)计算机操作系统是 ，管理和控制 的系统软件。4、简答题 1)何谓脱机 I/O,联机 I/O?操作系统知识点总结 5 2)分时系统为什么能实现人机交互的操作?为什么主机间断的服务,用户却觉得在连续地工作?3)批处理系统及分时系统中各用户均能共享系统资源,在共享系统资源的方法上有什么不同?4)为什么 UNIX 系统是小型机的主导操作系统?从系统功能的角度说明之 5)操作系统的五大类型的特点 6)简述操作系统的功能 7)多道程序设计的基本思想 8)操作系统一般为用户提供了哪三种界面?各有什么特点?9)解释下列术语：并发，吞吐量，分时，实时 1.3 习题解答 1、选择题 4、简答题 1)脱机 I/O 是指输入输出工作不受主机直接控制，而由卫星机专门负责完成I/O，主机专门完成快速计算任务，从而二者可以并行操作。联机 I/O 是指作业的输入、调入内存以及结果输出都在 CPU 直接控制下进行。2)分时系统提供两种接口:命令接口和系统调用,主机在中断结构和时钟系统的支持下,把 CPU 时间 分成时间片,每个程序只运行一个时间片,就产生一个时钟中断,控制转向操作系统,操作系统选 择另一个用户程序。它提供命令接口,交互性好,用户在终端上操作,即可得到系统的即时响应 在交互环境下,一个用户使用终端,大部分时间用于操作键盘输入字符,或阅读思考系统送回显示 的信息.这个阶段终端可独立完成,无需主机直接的服务.用户感觉主机在不间断地为自己服务,因此这种系统也称为联机系统.各用户在自己享用的时间片内,取得主机的服务 3)批处理系统采用并发处理方式，作业搭配，利用外设申请中断的功能，通过系统调度程序进行 操作。分时系统各用户按时间片分享CPU，使系统具备共享能力 操作系统知识点总结 6 4.核心层提供基本功能，具有较强的进程管理、存储管理和文件管理的功能，实用层有命令的解释和语言系统等实用软件，也有大量的应用软件，系统便于掌握，也便于扩展，代码采用 C 语言 移植性强。很强的文件处理能力，以文件方法实现 I/O 功能，管理十分方便。良好的开发环境 5.操作系统有以下几种类型：多道批处理系统、分时系统、实时系统、网络操作系统 和分布式操作系统。多道批处理系统的特点：多道、成批分时系统的特点：同时性、交互性、独立性、及时性 实时系统的特点：交互能力较弱，系统专用，响应时间更严格、及时、可靠性要求更高 网络操作系统的特点：分布性、自治性、互连性、可见性 分布式操作系统的特点：透明性、灵活性、可靠性、高性能、可扩充性 6.存储器管理：包括内存分配、址映射、内存保护和内存扩充。作业管理：包括作业的创建,撤消,用户界面的设计 进程管理:进程控制和进程通信。设备管理：包括缓冲管理、设备分配、和设备无关性。文件管理：包括文件存空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制。7.教材 P10 8.操作系统一般为用户提供的三种界面是：命令界面、图形界面和系统调用界面 命令界面-在提示符之后用户从键盘上输入命令，系统提供相应服务。图形界面-用户利用鼠标、窗口、菜单、图标等图形用户界面工具，可以直观、方便、有效地 使用系统服务和各种应用程序及实用工具。系统调用界面-用户在自己的程序中使用系统调用，从而获取系统更基层的服务。9.教材 P6 10.并发：是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。是宏观上的概念。吞吐量：在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量。分时：主要是指若干并发程序对 CPU 时间的共享。实时：表示及时或既时。操作系统知识点总结 7 第 2 章 进程管理 1、程序顺序执行与并发执行比较 顺序执行 并发执行 程序顺序执行 间断执行，多个程序各自在“走走停停”种进行 程序具有封闭性 程序失去封闭性 独享资源 共享资源 具有可在现性 失去可再现性 有直接和简接的相互制约 2、多道程序设计概念及其优点 1)多道程序设计：是在一台计算机上同时运行两个或更多个程序。2)多道程序设计的特点：多个程序共享系统资源、多个程序并发执行 3)多道程序设计的优点：提高资源利用率、增加系统吞吐量 3、什么是进程，进程与程序的区别和关系 1)进程的引入 由于多道程序的特点，程序具有了并行、制约和动态的特征，就使得原来程序的概念已难以刻划和反映系统中的情况了。2)进程：程序在并发环境下的执行过程。3)进程与程序的主要区别：(1)程序是永存的，进程是暂时的 (2)程序是静态的观念，进程是动态的观念(3)进程由三部分组成：程序+数据+进程控制块（描述进程活动情况的数据结构）(4)进程和程序不是一一对应的 一个程序可对应多个进程即多个进程可执行同一程序 一个进程可以执行一个或几个程序 4)进程特征：动态性、并发性、调度性、异步性、结构性 4、进程的基本状态及其转换 1)进程基本状态 操作系统知识点总结 8 (1)运行态（Running）：进程正在占用 CPU；(2)就绪态（Ready）：进程具备运行条件，但尚未占用 CPU；(3)阻塞态（Blocked）：进程由于等待某一事件不能享用 CPU。2)进程状态的转换 (1)就绪态-运行态 (2)运行态-就绪态 (3)运行态-阻塞态 (4)阻塞态-就绪态 5、进程是由哪些部分组成,进程控制块的作用 1)进程的组成：由程序、数据集合和 PCB 三部分组成。2)进程控制块的作用：进程控制块是进程组成中最关键的部分。(1)每个进程有唯一的 PCB。(2)操作系统根据 PCB 对进程实施控制和管理。(3)进程的动态、并发等特征是利用 PCB 表现出来的。(4)PCB 是进程存在的唯一标志。6、PCB 组织方式 线性队列、链接表、索引表 7、进程的同步与互斥 1)同步：是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系。2)互斥：排它性访问即竞争同一个物理资源而相互制约。8、什么是临界资源、临界区？1)临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源。2)临界区：在每个进程中访问临界资源的那段程序。3)互斥进入临界区的准则：(1)如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。(2)任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。(3)进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。(4)如果进程不能进入自己的临界区，则应让出 CPU，避免进程出现“忙等”现象。操作系统知识点总结 9 9、信号量 1)信号量定义：信号量（信号灯）=信号量的值，指向 PCB 的指针 2)信号量的物理意义：(1)信号量的值大于 0：表示当前资源可用数量 小于 0：其绝对值表示等待使用该资源的进程个数 (2)信号量初值为非负的整数变量，代表资源数。(3)信号量值可变，但仅能由、操作来改变。10、P/V 操作原语 1)P 操作原语 P(S)(1)P 操作一次，S 值减，即 SS（请求分配一资源）；(2)如果 S 0，则该进程继续执行；如果 S0 表示无资源，则该进程的状态置为阻塞态，把相应的 PCB 连入该信号量队列的末尾，并放弃处理机，进行等待（直至另一个进程执行 V（S）操作）。2)V 操作原语（荷兰语的等待）V(S)(1)V 操作一次，S 值加 1，即 SS+（释放一单位量资源）；(2)如果 S0，表示有资源，则该进程继续执行；如果 S0，则释放信号量队列上的第一个 PCB 所对应的进程（阻塞态改为就绪态），执行 V 操作的进程继续执行。11、进程间简单同步与互斥的实现 1)用 P，V 原语实现互斥的一般模型 设互斥信号量 mutex 初值为 1 2)用 P、V 原语操作实现简单同步的例子 S1 缓冲区是否空（0 表示不空，1 表示空），初值 S1=0；S2 缓冲区是否满（0 表示不满，1 表示满），初值 S2=0；3)生产者消费者问题（OS 典型例子）：mutex 互斥信号量，初值为 1；full满缓冲区数，初值为 0；empty 空缓冲区数，初值为 N；操作系统知识点总结 1 第三章 处理机调度与死锁 处理机调度级别 1.调度：选出待分派的作业或进程 2.处理机调度：分配处理机 3.三级调度：高级调度（作业调度）、中级调度（内存对换）、低级调度（进程调度）作业状态 1.作业状态分为四种：提交、后备、执行和完成。2.作业状态变迁图：作业调度和调度的功能 1.作业调度的任务 后备状态 执行状态 执行状态 完成状态 2.作业调度的功能 1)记录系统中各个作业的情况 2)按照某种调度算法从后备作业队列中挑选作业 3)为选中的作业分配内存和外设等资源 4)为选中的作业建立相应的进程 5)作业结束后进行善后处理工作 进程调度和调度的功能 1.进程调度：后备状态 执行状态 2.进程调度时机：任务完成后、等待资源时、运行到时了、发现重调标志 3.进程调度的功能：保存现场、挑选进程、恢复现场 两级调度模型 作业调度和进程调度的区别 操作系统知识点总结 2 评价调度算法的指标 调度性能评价准则：CPU 利用率、吞吐量、周转时间、就绪等待时间和响应时间 1.吞吐量：单位时间内 CPU 完成作业的数量 2.周转时间：1)周转时间=完成时刻提交时刻 2)平均周转时间=周转时间n 3)带权周转时间=周转时间实际运行时间 4)平均带权周转时间=带权周转时间n 简单的调度算法 1.先来先服务（FCFS）调度算法的实现思想：按作业（进程）到来的先后次序进行调度，即先来的先得到运行。用于作业调度：从作业对列（按时间先后为序）中选择队头的一个或几个作业运行。用于进程调度：从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程投入运行。例如 设有三个作业，编号为 1，2，3。各作业分别对应一个进程。各作业依次到达，相差一个时间单位。图示出采用 FCFS 方式调度时这三个作业的执行顺序 作业调度（宏观调度）为进程活动做准备，即有获得处理机的资格 调度次数 有的系统不设作调度 进程调度（微观调度）使进程活动起来，即分配得到了处理机 调度频率高 进程调度必不可操作系统知识点总结 3 算出各作业的周转时间和带权周转时间 作业 到达时间 运行时间 开始时间 完成时间 周转时间 带 权周转时间 1 0 24 0 24 24 1 2 1 3 24 27 26 8.67 3 2 3 27 30 28 9.33 平均周转时间 T=26 平均带权周转时间 W=6.33 2.时间片轮转（RR）调度算法的实现思想：系统把所有就绪进程按先进先出的原则排成一个队列。新来的进程加到就绪队列末尾。每当执行进程调度时，进程调度程序总是选出就绪队列的队首进程，让它在 CPU上运行一个时间片的时间。当时间片到，产生时钟中断，调度程序便停止该进程的运行，并把它放入就绪队列末尾，然后，把 CPU 分给就绪队列的队首进程。时间片：是一个小的时间单位,通常 10100ms 数量级。例如 设四个进程 A、B、C 和 D 依次进入就绪队列（同时到达），四个进程分别需要运行 12、5、3 和 6 个时间单位。图示 RR 法时间片 q=1 和 q=4 示进程运行情况 算出各进程的周转时间和带权周转时间 3.优先级调度算法的实现思想：从就绪队列中选出优先级最高的进程到CPU 上运行。操作系统知识点总结 4 1)两种不同的处理方式：非抢占式优先级法、抢占式优先级法 2)两种确定优先级的方式：静态优先级、动态优先级 例如 假定在单 CPU 条件下有下列要执行的作业：作业 运行时间 优先级 1 10 3 2 1 1 3 2 3 4 1 4 5 5 2 用执行时间图描述非强占优先级调度算法执行这些作业的情况 算出各作业的周转时间和带权周转时间 作业 到达时间 运行时间 开始时间 完成时间 周转时间 带 权周转时间 1 0 10 0 10 10 10 2 1 1 28 19 18 18.0 3 2 2 11 13 11 5.5 4 3 5 10 11 8 8.0 5 4 5 13 18 14 28 平均周转时间 T=122 平均带权周转时间W=706 Shell 命令执行过程 1.读命令：shell 命令解释程序将命令行读到自己的工作区中。2.判对错：判断命令是否正确，若有错则发出相应的错误信息。3.建子进程：终端进程调用系统调用 fork，创建一个子进程。4.等待完成：终端进程将等待自己创建的子进程完成工作，变成睡眠态。如果用户键入的命令行末尾有“&”符号，表明是后台命令，则立即转（8），发提示符。5.子进程运行：子进程被创建后处于就绪态，进入就绪队列排队。当进程调度程序选中它之后，就把CPU 分给它使用。操作系统知识点总结 5 6.子进程终止：子进程完成工作后，一方面释放它所占用的资源；另一方面唤醒父进程。子进程从系统中消失。7.父进程运行：子进程唤醒父进程。8.发提示符：终端进程发提示符，让用户键入新的命令。什么是死锁 死锁：多个进程循环等待它方占有的资源而无限期地僵持下去的局面。产生死锁的根本原因 产生死锁的根本原因：资源有限且操作不当。产生死锁的必要条件 产生死锁的必要条件：互斥条件、不可强占条件、占有且申请条件、循环等待条件。如果在计算机系统中同时具备上面四个必要条件时，那么会发生死锁。即四个条件中有一个不具备，系统就不会发生死锁。解决死锁的一般方法 解决死锁的三种方法：死锁的预防、避免、检测与恢复。死锁预防的基本思想和可行的解决办法 1.死锁预防的基本思想：打破产生死锁的四个必要条件的一个或几个。2.预防死锁的策略：资源预先分配策略、资源有序分配策略。1)资源预先分配策略：打破占有且申请条件，进程在运行前一次性地向系统申请它所需要的全部资源，如果所序言的全部资源得不到满足，则不分配任何资源，此进程暂不运行。2)资源有序分配策略：打破循环等待条件，把资源事先分类编号，按序分配，使进程在申请、占用资源时不会形成环路。什么是进程的安全序列，死锁与安全序列的关系 1.安全序列的定义：所谓系统是安全的，是指系统中的所有进程能够按照某一种次序分配资源，并且依次地运行完毕，这种进程序列P1，P2，Pn就是安全序列。操作系统知识点总结 6 2.安全序列P1，P2，Pn是这样组成的：若对于每一个进程 Pi(1in)，它需要的附加资源可以被系统中当前可用资源加上所有进程 Pj(ji)d 当前占有资源之和所满足，则P1，P2，Pn为一个安全序列。3.安全序列与死锁的关系：虽然存在安全序列一定不会有死锁发生，但是系统进入不安全状态（四个死锁的必要条件同时发生）也未必会产生死锁，当然，产生死锁后，系统一定处于不安全状态。死锁的避免与银行家算法 1.避免死锁的方法：银行家算法。.银行家算法的基本思想：分配资源之前，判断系统是否是安全的；若是，才分配。死锁检测 1.死锁的检测算法：是当进程进行资源请求时检查并发进程组是否构成资源的请求和占用环路。如果不存在这一环路，则系统中一定没有死锁。2.总之：如果资源分配图中不存在环路，则系统不存在死锁；反之如果资源分配图中存在环路，则系统可能存在死锁，也可能不存在死锁。死锁的恢复 1.死锁的恢复思想：一旦在死锁检测时发现死锁，就要消除死锁，使系统从死锁中恢复过来。2.死锁的恢复方法：1)系统重新启动 2)撤消进程、剥夺资源 第四章 存储器管理 存储器的层次 用户程序的主要处理阶段 1).编辑阶段：创建源文件 2).编译阶段：生成目标文件 3).连接阶段：生成可执行文件 操作系统知识点总结 7 4).装入阶段：重定位，装入内存 5).运行阶段：得到结果 存储器管理的功能 存储器管理的功能：内存分配、地址映射、内存保护、内存扩充。存储器有关概念 1).逻辑地址：用户程序经编译之后的每个目标模块都以 0 为基地址顺序编址。2).物理地址：内存中各物理单元的地址是从统一的基地址顺序编址。3).重定位：把逻辑地址转变为内存的物理地址的过程。4).静态重定位：是在目标程序装入内存时，由装入程序对目标程序中的指令和数据的地址进行修改，即把程序的逻辑地址都改成实际的内存地址。重定位在程序装入时一次完成。5).动态重定位：在程序执行期间，每次访问内存之间进行重定位，这种变换是靠硬件地址变换机构实现的。6).碎片：内存中容量太小、无法被利用的小分区。存储管理基本技术 三种基本的存储管理技术：分区法、可重定位分区法和对换技术 1.分区法：把内存划分成若干分区，每个分区里容纳一个作业。1)固定分区：分区的个数、分区的大小固定不变；每个分区只能放一道作业。优点：管理方式简单。缺点：内存空间利用率低。2)动态分区法：分区大小和个数依作业情况而定；作业进入内存时才建分区。优点：按需分配内存 缺点：产生大量碎片。2.可重定位分区分配：通过紧缩可解决碎片问题；作业在内存中可以移动。优点：解决了碎片的问题，提高了主存利用率；缺点：增加了开销。，但须消耗大量的 CPU 时间。操作系统知识点总结 8 3.对换技术：作业（或进程）在内存和磁盘之间交换，换出暂时不能运行的作业（或进程）；换入具备运行条件的作业（或进程）。虚拟存储器 1.虚拟存储器：是由操作系统提供的一个假想的特大存储器 2.虚拟存储器的基本特征：1)虚拟扩充：不是物理上，而是逻辑上扩充了内存容量 2)部分装入：每个作业不是全部一次性地装入内存，而是只装入一部分 3)离散分配：不必占用连续的空间，而是“见缝插针”。4)多次对换：所需的全部程序和数据要分成多次调入内存 3.虚拟存储器受到的限制：1)指令中表示地址的字长 2)外存的容量 分页存储管理技术 1.分页的概念 1)逻辑空间等分为页；2)物理空间等分为块，与页面大小相同；3)逻辑地址表示：（如，页面大小为 1K）操作系统知识点总结 9 4)内存分配原则：以块为单位，逻辑上相邻的页可以分配在不相邻的内存块中。5)页表：实现从页号到物理块号的地址映射 6)地址映射：由硬件完成。2.请求分页的基本思想 1)地址空间分页，内存分块，页与块大小相同；2)作业部分装入内存。3)作业所占的各块不连续。4)硬件通过页表生成访内地址。5)若缺页，进行缺页中断处理，换入内存。6)利用快表可加速地址转换。分段存储管理技术 1.分段的概念 1)逻辑空间分段：段是信息的逻辑单位，每段对应一个相应的程序模块，有完整的逻辑意义。2)程序的地址结构：逻辑地址表示：（二维的地址空间）3)内存分配：内存以段为单位进行分配，每个段单独占用一块连续的内存分区。4)段表：实现每个逻辑段到物理内存中分区位置的映射 5)地址转换：见图 P126 4-23 2.分页与分段的区别 分页 信息的物理单位 大小一样，由系统固定 地址空间是一维的 分段 信息的逻辑单位 大小不等，由用户确定 地址空间是二维的 虚存中的置换算法 1.先进先出法（FIFO）：将最先进入内存的页换出内存。例如 内存块数量为 3 时，采用 FIFO 页面置换算法，下面页面走向情况下，缺页次数是多少？31 16 15 0 操作系统知识点总结 10 缺页次数=15 次 2.最佳置换法（OPT）：将将来不再被使用或是最远的将来才被访问的页 例如 内存块数量为 3 时，采用 OPT 页面置换算法，下面页面走向情况下，缺页次数是多少？7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1 7 7 2 2 2 2 2 2 7 0 0 0 0 4 0 0 0 1 1 3 3 3 1 1 缺页次数=9 次 3.最近最少使用置换法（LRU）：将最近一段时间里最久没有使用过的页面换出内存。例如 内存块数量为3 时，采用 LRU 页面置换算法，下面页面走向情况下，缺页次数是多少？7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 1 7 0 1 7 7 2 2 2 4 4 4 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 3 3 3 0 0 1 1 3 3 2 2 2 2 2 7 缺页次数=12 次 4.最近未使用置换法（NUR）：是 LRU 近似方法，比较容易实现，开销也比较小。7 0 1 2 0 3 0 4 2 3 0 3 2 1 2 0 7 7 2 2 2 2 4 4 4 0 0 0 0 0 0 3 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 0 0 0 3 3 3 2 操作系统知识点总结 11 实现方法：在存储分块表的每一表项中增加一个引用位，操作系统定期地将它们置为 0。当某一页被访问时，由硬件将该位置 1。需 要淘汰一页时，把该位为 0 的页淘汰出去，因为最近一段时间里它未被访问过。第五章 设备管理 设备分类及设备标识 1.设备分类 1)存储设备（外存、辅助存储器）：用于存储信息的设备 2)输入/输出设备：用于输入/输出信息的设备 2.设备标识.3)设备绝对号：系统为设备指定的唯一代号 4)设备相对号：用户自己规定的设备序号 引入缓冲的目的和缓冲区的设置方式 1.引入缓冲区的目的 1)缓和 CPU 与外设间速度不匹配的矛盾 2)提高 CPU 与外设之间的并行性 3)减少对 CPU 的中断次数 2.缓冲区的设置方式 1)单缓冲：当数据到达率与离去率相差很大时，可采用单缓冲方式。2)双缓冲：当信息输入和输出率相同（或相差不大）时，可利用双缓冲区，实现两者的并行。3)多缓冲：对于阵发性的输入、输出，为了解决速度不匹配问题，可以设立多个缓冲区。设备管理的目标 设备管理的目标：使用方便、与设备无关、效率高、管理统一。设备管理功能 操作系统知识点总结 12 1.监视设备状态：记住所有设备、控制器和通道的状态，以便有效的调度和使用它们。2.进行设备分配：按照设备的类型和系统中采用的分配算法，实施设备分配。这一功能由设备分配程序完成。3.完成 I/O 操作：通常完成这一部分功能的程序叫做设备驱动程序。系统按照用户的要求调用具体的设备驱动程序，启动相应的设备，进行 I/O 操作；并且处理来自设备的中断。操作系统中每类设备都有自己的设备驱动程序。4.缓冲管理与地址转换：由于外设与主机间的速度差异，大多数 I/O 操作都涉及到缓冲区。因此系统应对缓冲区进行管理。此外，用户程序应与实际使用的物理设备无关，这就需要将用户在程序中使用的逻辑设备转换成物理设备的地址。常用设备分配技术 1.根据设备的使用性质，可将设备分成：独占设备、共享设备和虚拟设备 1)独占设备：不能共享的设备，即：在一段时间内，该设备只允许一个进程独占。如打印机。2)共享设备：可由若干个进程同时共享的设备。如磁盘机。3)虚拟设备：是利用某种技术把独占设备改造成可由多个进程共享的设备。2.针对三种设备采用三种分配技术：独占分配、共享分配和虚拟分配。1)独占分配技术：是把独占设备固定地分配给一个进程，直至该进程完成 I/O操作并释放它为止。2)共享分配技术：通常适用于高速、大容量的直接存取存储设备。由多个进程共享一台设备，每个进程只用其中的一部分。3)虚拟分配技术：利用共享设备去模拟独占设备，从而使独占设备成为可共享的、快速 I/O 的设备。实现虚拟分配的最有名的技术是 SPOOLing 技术，也称作假脱机操作。处理 I/O 请求的步骤 1.用户进程发出 IO 请求；2.系统接受这个 IO 请求；3.转去执行操作系统的核心程序；4.设备驱动程序具体完成 IO 操作；操作系统知识点总结 13 5.IO 完成后，系统进行 IO 中断处理；然后用户进程重新开始执行。UNIX 系统中打印机的主要安装步骤 打印机的主要安装步骤：配置端口（串口或并口），连接打印机与主机，将打印机添加到系统中，进行必要的打印机配置等。第六章 文件系统 文件、文件系统的概念 1文件：是被命名的数据的集合体。2文件系统：就是操作系统中负责操纵和管理文件的一整套设施，它实现文件的共享和保护，方便用户“按名存取”。UNIX 系统中文件类型 1.普通文件：由程序、数据或正文的字符串构成。包括一般用户建立的源程序文件、数据文件、目标代码文件、各种系统文件和库文件。2.目录文件：由下属文件的目录项构成的文件。3.特别文件：特指各种外部设备，为了便于统一管理，把所有 I/O 设备都按文件格式供用户使用。特别文件分为字符特别文件和块特别文件，前者是有关输入/输出的设备，后者是存储信息的设备。文件系统的功能 文件系统应具备以下功能：文件管理、目录管理、文件空间管理、文件共享和保护、提供方便的接口。文件的逻辑组织和文件的物理组织 1文件的逻辑组织：用户对文件的观察和使用是从自身处理文件中数据是采用的组织方式来看待文件组织形式。这种从用户观点出发所见到的文件组织形式称为文件的逻辑组织。1)有结构文件（记录式文件）：逻辑上可被看成一组连续顺序的记录的集合。操作系统知识点总结 14 2)无结构文件：指文件内部不再划分记录，它是由一组相关信息组成的有序字符流，即流式文件。2文件的物理组织：文件在存储设备上的存储组织形式称为文件的物理组织。1)文件的物理组织形式主要有：连续文件：所占盘块是连续的。串联文件：所占盘块不连续，前后链接。目录和目录结构 1.文件控制块和文件目录 1)文件控制块：在文件系统内部给每个文件惟一地设置一个文件控制块，它用于描述和控制文件的数据结构，与文件一一对应。2)文件目录：文件控制块的有序集合。3)目录项：文件目录中的一个文件控制块。4)目录文件：完全由目录项构成的文件。2.目录结构 1)单级目录：DOS2.0 版本以下采用，全部文件都登记在同一目录中。优点是简单，缺点是无法防止重名或被刪，安全保密性差，目前已淘汰。2)二级目录：为每个用户单独建立一个目录，各管辖自己下属的文件。产生于多用户分时系统，DOS2.0 版本以上采用，文件主目录（MFD）的表目按用户分，每个用户有一个用户文件目录（UFD）。优点是允许重名，提高搜索速度，缺点是不太适合大量用户和大量文件的大系统。3)树形目录：多级目录结构的一种形式，形同一棵倒置的树。产生于 UNIX操作系统，巳被现代操作系统广泛采用。目录与文件在一起，目录也做成文件。操作系统中每一名字由“全路径”能确定唯一文件，有根/茎/叶（端头）层次关系概念。4)非循环图目录：以称带链接的树形目录，访问同一文件（或目录）可以有多条路径。UNIX 的文件系统是树型结构，而且是带链接的树型结构。3.路径名 在树型目录中，同一目录中的各个文件不能同名，但不同目录中的文件可以同名。例如树型图中目录/usr 中都有名字为 fp 的项，但是它们代表了不同的文件。文件路径名有两种表示形式：绝对路径名和相对路径名。操作系统知识点总结 15 1)绝对路径名（全路径名）：是从根目录开始到达所要查找文件的路径。例如，在 UNIX 系统中，以“/”表 示根目录。图中两个 fp 文件的绝对路径名是：（root）/usr/fp；（root）/usr/m1/prog/fp；2)相对路径名：系统为每个用户设置一个当前目录（又称工作目录），访问某个文件时，就从当前目录开始向下顺次检索。例如，如图当前目录是 usr，则有：（root）/usr/fp；（绝对路径名）fp；（当前路径省略路径名）（root）/usr/m1/prog/fp；（绝对路径名）m1/prog/fp；（相对路径名）第七章 操作系统接口 操作系统接口 程序启动方式，程序结束时系统所做的工作 用户与操作系统的接口 系统调用：用户程序提出服务请求的手段，基本思想，实现方法 操作系统安装与启动 一、程序的启动和结束 1.程序的启动 程序开始执行时必须满足两个前提条件：程序已装入内存 程序计数器 PC 中已置入该程序在内存的入口地址 第一种方式：命令方式 命令提示符下打入程序名和参数，回车 c，$，%命令解释程序 （根目录下）SHELL（BSH，CSH，KSH）Windows：窗口菜单显示和鼠标操作 操作系统知识点总结 16 第二种方式：批处理方式.BAT 文件 例子：启动中文环境需要多条命令：装入字库 启动主程序 装入汉字输入法 AUTOEXEC.BAT 第三种方式：EXEC 方式 2.程序的结束 正常结束：程序按自身的逻辑有效地完成预定功能后结束（a）返回父程序并回送结果信息。（b）释放所用资源（空间、设备），记录使用情况，记帐等 异常结束：发生了某些错误而导致程序在没有完成预定功能时提前结束 二、用户与操作系统的接口 作业级接口 程序级接口 1.作业级接口 操作系统为用户对作业运行全过程控制提供的功能(1)联机接口（交互式）(2)脱机接口 2.程序级接口 系统为用户在程序一级提供有关服务而设置 由一组系统调用命令组成。负责管理和控制运行的程序 并在这些程序与系统控制的资源和提供的服务间实现交互作用 用汇编语言：在程序中直接用系统调用命令 操作系统知识点总结 17 用高级语言：可在编程时使用过程调用语句 系统为用户在程序一级提供有关服务而设置 由一组系统调用命令组成。负责管理和控制运行的程序 并在这些程序与系统控制的资源和提供的服务间实现交互作用 用汇编语言：在程序中直接用系统调用命令 用高级语言：可在编程时使用过程调用语句 三、系统调用 1.系统调用介 系统调用是用户在程序中调用操作系统提供的子功能 这是特殊的过程调用,由特殊的机器指令实现。这个调用指令还将系统转入系统态 系统调用程序是一个低级过程,由汇编语言或 C 语言直接访问。系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口,利用系统调用,动态请求和释放系统资源,完成与硬件相关的工作以及控制程 序的执行等。处理器的状态 根据运行程序对资源和机器指令的使用权限将处理器设置为不同状态 多数系统将处理器工作状态划分为系统态和用户态 系统态：操作系统管理程序运行的状态，较高的特权级别,又称为特权态(特态)、管态 用户态：用户程序运行时的状态,较低的特权级别,又称为普通态(普态)、目态 系统态和用户态的差别 处理器处于系统态时：全部指令（包括特权指令）可以执行 可使用所有资源 并具有改变处理器状态的能力 处理器处于用户态时：只有非特权指令能执行 操作系统知识点总结 18 特权级别不同可运行指令集合也不同 特权级别越高，可以运行指令集合越大 高特权级别对应的可运行指令集合包含低特权级的 系统调用的实例 编程序例子：在屏幕上显示一字符串 查系统调用表得知，调用号为 09H，出口参数无,入口参数:DS:DX 输出字串所在缓冲区首址：MOV AH,09H MOV DX,SE