2022年操作系统期末整理 .pdf

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1、第一章1.1 操作系统的目标和作用1、通常在计算机硬件上配置的OS ，其目标有以下几点：方便性，有效性，可扩充性，开放型。方便性和有效性是操作系统设计时最重要的两个目标。2、OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口：用户可通过以下三种方式使用计算机：命令方式，系统调用方式和图形、窗口方式；OS作为计算机系统资源的管理者：在一个计算机系统中，通常含有各种各样的硬件和软件资源。归纳起来可将资源分为四类：处理器、存储器、 I/O设备以及信息 ( 数据和程序 )。相应地， OS的主要功能正是针对这四类资源进行有效的管理，即：处理机管理，存储器管理，I/O 设备管理和文件管理。OS用作扩充机器：通常把覆盖

2、了软件的机器称为扩充机器或虚机器 。3、推动操作系统发展的主要动力：1、 不断提高计算机资源利用率；2、方便用户；3、 器件的不断更新换代； 4、计算机体系结构的不断发展。1.2 操作系统的发展过程1、人工操作方式的缺点：1、用户独占全机；2、CPU等待人工操作（人工操作严重降低了计算机资源的利用率）2、脱机输入 / 输出 (Off-Line I/O)方式的主要优点如下：1、减少了 CPU的空闲时间； 2 、提高 I/O 速度。这两种方式都属于无操作系统的计算机系统。3、单道批处理系统（单道指内存中只有一道作业）的特征：自动性，顺序性，单道性。4、多道批处理系统 ( 多道指内存中有多道作业运行

3、) 的主要优缺点：1、提高CPU的利用率； 2、可提高内存和 I/O 设备利用率； 3、增加系统吞吐量；4、平均周转时间长；5、无交互能力。5、多道批处理系统的特征：多道性，无序性和调度性（小作业优先执行）。 （看 PPT9，10，会考计算题）6、分时系统是指， 在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。7、在分时操作系统中，作业是直接被调入内存的，并且每个作业只运行一个很短的时间，通常把这段时间称为时间片。8、分时系统的特征：多路性，独立性，及时性和交互性。9、实时系统：所谓“实时”，是表示“及时”，而实时系统(Re

4、al-Time System)是指系统能及时( 或即时 )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。10、实时系统应用任务的分类：（1）按任务执行时是否呈现周期性来划分：周期性实时任务和非周期性实时任务；（ 2）根据对截止时间的要求来划分：硬实时任务和软实时任务。1.3 操作系统的基本特征1、前面介绍的三种基本操作系统：批处理、分时、实时系统。批处理具有成批处理的特征；分时具有交互特征；实时系统具有实时特征。他们同时具有并发 ，共享 ，虚拟 和异步 这四个基本特征。其中并发特征是操作系统中最重要的特征，其他三个以并发为前提。并发和共享是操作系统最基

5、本的两个特征。2、并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念：并行性是指两个或多个事件同一时刻发生；并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。3、共享：所谓共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程( 线程 ) 共同使用 。4、目前主要有以下两种资源共享方式：（ 1）互斥共享方式：规定在一段时间内只允许一个进程（线程）访问该资源。在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源 或独占资源，临界资源既可以是硬件临界资源，还可能是软件临界资源。（2）同时访问方式：允许在一段时间内由多个进程“同时”对它们进行访问。5、在 OS中利用了多种虚拟技术，分别用来实现虚拟处理机 、虚拟内存 、 虚

6、拟外部设备 和虚拟信道等。在名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 操作系统中，虚拟的实现主要是通过分时使用的方法。1.4 操作系统的主要功能（看）1、操作系统具有这样几方面的功能：处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理。(1) 处理器管理：进程控制：进程控制的主要功能是为作业创建进程、撤销已结束的进程，以及控制进程在运行过程中的状态转换。进程同步：为了实现进程同步，必须设置进程同步机制。进程通信：进程通信的任务就是

7、用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。调度：在传统的操作系统中，包括作业调度和进程调度两步。（2）处理器管理功能：内存分配，内存保护，地址映射和内存扩充。（3）设备管理功能：设备管理应具有缓冲管理 、设备分配 和设备处理 ，以及 虚拟设备 等功能。（4）文件管理功能：文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/ 写管理和保护。1.5 操作系统的结构设计分为传统操作系统和现代操作系统。传统操作系统分为无结构OS系统和模块化OS结构和分层式OS结构；现代 OS结构有微内核OS结构。第二章2.1 进程的基本概念1、前趋图是一个有向无循环图。2、程序顺序执行时的特征：顺序性，封闭性和可再现性。3、程序并

8、发执行时的特征：间断性，失去封闭性和不可再现性（亦即，程序在并发执行时，计算结果与并发程序执行速度有关，从而是程序的执行失去了可再现性）。4、在引入了进程实体的概念后，我们可以把传统OS中的进程定义为：“进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位”。5、进程的特征：结构特征、动态性、并发性、独立性和异步性。动态性表现在：它由创建而产生，由调度（指 CPU的调度）而执行，由撤销而消亡。6、进程的三种基本状态：就绪状态、执行状态和阻塞状态。7、会画 PPT上第 11 张的图。8、进程控制块的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序( 含数据 ) ，成为一个能独立运行的基

9、本单位，一个能与其它进程并发执行的进程。或者说，OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。2.2 进程的创建1、原语是由若干条指令组成的。之所以称为原语，是因为原语属于原子操作，即操作中的所有指令或动作要么全做，要么不做。换言之，原语是不可分割的基本单位，在执行过程中不允许被中断。2、了解进程间的这种关系十分重要，因为子进程可以继承父进程所拥有的资源。然而，也应注意：(1) 当撤销子进程时，应将其从父进程哪里获得资源归还给父进程。(2) 当撤销父进程时，也必须同时撤销其所有的子进程。3、一旦操作系统发现了要求创建新进程的事件后，便调用进程创建原语Creat()。4、进程便通过调用阻塞

10、原语block()把自己阻塞。可见，进程的阻塞是进程自身的一种主动行为。5、阻塞过程： (1) 先立即停止执行，把进程控制块中的现行状态由“执行”改为阻塞，并将PCB插入阻塞队列。(2) 如果系统中设置了因不同事件而阻塞的多个阻塞队列，则应将本进程插入到具有相同事件的阻塞(等待 )队列。(3) 最后，转调度程序进行重新调度，将处理机分配给另一就绪进程，并进行切换，亦即，保留被阻塞进程的处理机状态( 在 PCB中 ) ，再按新进程的PCB中的处理机状态设置CPU的环境。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

11、- - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 6、当被阻塞进程所期待的事件出现时，如I/O 完成或其所期待的数据已经到达，则由有关进程调用唤醒原语 wakeup( ) ，将等待该事件的进程唤醒。7、挂起过程： (1) 首先检查被挂起进程的状态，若处于活动就绪状态，便将其改为静止就绪；对于活动阻塞状态的进程，则将之改为静止阻塞。(2) 把该进程的PCB复制到某指定的内存区域，以方便用户或父进程考查该进程的运行情况而。(3) 最后，若被挂起的进程正在执行，则转向调度程序重新调度。8、系统将利用激活原语active()将指定进程激活。9、系统将利用挂起原语s

12、uspend() 将指定进程或处于阻塞状态的进程挂起。2.3 进程同步的基本概念1、如何理解同步和互斥的关系：1、同步和互斥都反映了异步环境下并发进程间的相互制约关系，都可以归为同步范畴。2、互斥是同步问题的一个特例。3、 同步要求各个进程间必须按照一定次序进行而互斥只要求各个进程先后进行（亦即，不在同一时间执行） ，不一定非要严格次序。所以，从这个方面说，同步比互斥要求更苛刻。2、实际上，由共享系统资源而造成的对并发进程执行速度的间接制约关系又称为互斥关系。直接制约的并发进程相互合作的制约关系称为同步关系。3、所有同步机制都应遵循下述四条准则：空闲进来，忙则等待，有限等待，让权等待（指让出C

13、PU ） 。4、整型信号量定义为一个用于表示资源数目的整型量S。它与一般整型量不同，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作，即wait(S)和 signal(S)来访问。这两个操作一直被分别称为P、V 操作。该机制并未遵循“让权等待”的准则，而是使进程处于“忙等”的状态。5、Swait(S, 1, 0)。这是一种很特殊且很有用的信号量操作。当S1 时，允许多个进程进入某特定区；当 S变为 0 后，将阻止任何进程进入特定区。换言之，它相当于一个可控开关。6、Hansan为管程所下的定义是：“一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行（在该数据结构上）的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中

14、的数据”。2.4 节看书2.5 进程通信1、进程之间的互斥和同步，被视作是一种低级通信。第三章3.1 处理机调度的基本概念1、通常把低级调度称为进程调度或短程调度。2、进程调度可采用非抢占式和抢占式两种调度方式。非抢占方式的有点是实现简单、系统开销小，使用语大多数的批处理环境。3、抢占方式的优点是可以防止一个长进程长时间占用处理机，但它比非抢占方式调度所需付出的开销要大。4、抢占的原则有：优先权原则，短作业（进程）优先原则和时间片原则。5、引入中级调度的主要目的，是为了提高内存利用率 和系统吞吐量。3.2 调度队列模型和调度准则1、仅有进程调度的调度队列模型采用 FIFO（先进先出）队列形式，

15、即先来先服务原则。2、具有高、低两级调度的调度队列模型通常体现的是最高优先权和优先调度原则。3、选择调度方式和调度算法的若干准则：面向用户的准则和面向系统的准则。3.3 调度算法1、先来先服务调度算法（FCFS ）比较有利于长作业（进程），而不利于短作业（进程）。FCFS调度算法有利于 CPU繁忙型的作业，而不利于I/O 繁忙型的作业。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 2、短作业 (进程 ) 优先调度算法SJ(P)

16、F ，是指对短作业或短进程优先调度的算法。3、短作业 ( 进程 ) 优先调度算法SJ(P)F 的缺点：该算法对长作业不利；该算法完全未考虑作业的紧迫程度；由于作业 ( 进程 ) 的长短只是根据用户所提供的估计执行时间而定的，而用户又可能会有意或无意地缩短其作业的估计运行时间，致使该算法不一定能真正做到短作业优先调度。4、高优先权优先调度算法（FPF）可分为两种：非抢占式优先权算法和抢占式优先权算法，前一种实时性不高。5、优先权的类型：静态优先权、动态优先权。6、高响应比优先调度算法7、实现实时调度的基本条件：（1）提供必要的信息； （ 2）系统处理能力强； （3）采用抢占式调度机制； （4）具

17、有快速切换机制。3.5 产生死锁的原因和必要条件1、根据资源是否可以被剥夺，系统中的资源可被分为可剥夺性资源和不可剥夺性资源；根据资源是否可以被重复使用，系统中的资源可被分为永久性资源和临时性资源。对不可剥夺性资源或临时性资源的竞争，可能会引起死锁。2、产生死锁的原因： （1）竞争资源； （2）进程间推进顺序非法。3、产生死锁的必要条件：互斥条件，请求和保持条件，不可剥夺条件和环路等待条件。4、目前，处理死锁的方法可归结为以下四种：(1) 预防死锁； (2) 避免死锁；（3) 检测死锁； (4) 解除死锁。5、摒弃“请求和保持”条件：策略：预先静态分配，即进程开始运行之前，就一次性地申请所需的

18、全部资源。缺点：要求预先知道需要资源，且易造成资源浪费。6、摒弃“不剥夺”条件：策略：进程逐个地提出对资源的要求，但若提出新的资源请求而不能立即得到满足时，则释放已经保持的所有资源。缺点：可能出现反复申请、剥夺的情形，系统开销大。7、摒弃“环路等待”条件：策略: 采取有序资源分配方案，即将资源按类型进行线性排队，并赋予不同的序号，所有进程对资源的请求必须严格按照资源序号递增的次序提出。缺点： （1）限制了新类型设备的增加；（ 2）仍然可能造成资源的浪费；（3）对用户编程时所施加的限制条件增加。3.7 死锁的检测与解除1、死锁的解除：剥夺资源和撤消进程。第四章1、如何将一个用户源程序变为一个可在

19、内存中执行的程序，通常要经过以下几个步骤：首先是要编译，其次是链接，最后是装入。2、逻辑地址，是目标程序中的地址，逻辑地址也称相对地址或虚拟地址。物理地址是物理存贮器的单元地址，物理地址也称绝对地址或实地址。3、重定位：把装入模块中指令的逻辑地址以及数据的逻辑地址变换成内存中物理地址的过程称为重定位。4、内存的分配：连续的和离散的。连续的分为单一连续分配，固定分区分配，动态分区分配和动态重定位分区分配。离散的分为基本分页存储管理，基本分段存储管理和段页式存储管理。单一连续分配只能用于单用户、单任务的操作系统。固定分区分配在系统一启动后就已经分好了分区。动态分区分配在系统刚启动时并不去分区。PR

20、等待时间要求服务时间响应时间要求服务时间要求服务时间名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 5、对换分为整体对换和部分对换，部分对换又分为页面对换和分段对换。6、分段存储管理方式，此时离散分配的基本单位是页，在分页存储管理方式中，又根据是否具备页面对换功能，将分页存储管理方式分为：基本的分页存储管理方式和请求分页存储管理方式。7、分段存储管理方式，此时离散分配的基本单位是段。在分段存储管理方式中，又根据是否具备分段对换功

21、能，将分段存储管理方式分为基本的分段存储管理方式和请求分段存储管理方式。8、在为进程分配内存时，以块为单位将进程中的若干个页分别装入到多个可以不相邻接的物理块中。9、页面的大小应选择得适中，且页面大小应是2 的幂，通常为512 B8 KB 。10、若页内偏移d 占 12 位，表示页面大小为4kB 若页号 P占 20 位、表示页面的数目为1M页11、对某特定机器，其地址结构是一定的。若给定一个逻辑地址空间中的地址为A，页面的大小为L，则页号 P和页内地址d 可按下式求得：12、 页是信息的 物理单位 ，分页仅仅是由于系统管理的需要而不是用户的需要。段则是信息的 逻辑单位 ，分段的目的是为了能更好

22、地满足用户的需要。13、所谓虚拟存储器，是指具有请求调入 功能和 置换功能 ，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。14、虚拟存储器管理方式的特征：多次性 ，对换性 和虚拟性 ，其中 虚拟性 是最重要的特征，也是最重的目标。15、 LRU置换算法的硬件支持：寄存器 或栈。注意看 PPT中的所有计算题。第五、六章1、在现代OS中，通常是通过文件系统 来组织和管理在计算机外存中所存储的大量程序和数据的。2、所谓 文件 ，是指具有文件名的若干相关元素的集合。3、可见，基于文件系统的概念，可以把数据组成分为数据项 、记录 和文件 三级。4、文件系统 中数据项是最低级的数据组织形式。5、基本数据

23、项：描述对象某种属性的字符集合、最小的逻辑单位、原子数据、数据元素、字段。6、文件 是操作系统数据管理的单位。7、文件的系统模型( 三层：底层、中间层、顶层) ：底层：文件管理系统管理的对象及其属性，中间层软件集合：文件管理系统的核心部分，顶层文件系统的接口：方便用户和程序员。8、无结构类型以字节为单位访问文件。9、磁带是一种典型的顺序存储文件10、某个特定的物理块的存取访问时间和该物理块到磁头当前位置的距离有关。11、文件系统中扇区是磁盘与内存交换的基本单位、而以簇作为文件存取的基本单位12、相邻的扇区组合在一起形成一个簇，簇的大小主要由磁盘的分区格式和容量大小来决定13、一个簇中只能放置一个文件的内容。14、文件所占簇数=取整 ( 文件大小byte/ 簇大小 )+1，文件所占空间 =簇数 x 每簇的大小15、文件的物理结构，主要有三种存放方式：顺序式存放，链接式存放盒索引式存放。16、隐式链接分配方式：只适合于顺序的访问文件，不适合随机访问看 PPT中的计算题和一些算法。P(A L)dA LINTMOD名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -