2022年操作系统原理复习总结 .pdf

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1、操作系统复习总结软件 0908 何泽第一章操作系统概述.2第二章操作系统逻辑结构.2第三章用户界面.3第四章进程管理.3第五六章死锁和进程调度.5第七章主存管理.6第八章设备管理.10第九章文件系统.10 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 11 页 -第一章 操作系统概述操作系统发展的四个典型阶段1 手工操作（无操作系统）40 年代2 单道批处理系统50 年代批，串行，自动3 多道批处理系统60 年代初多道，并行，串行4 分时系统60 年代中多路调制性独占性交互性操作系统的功能进程管理内存管理设备管理文件管理（网络管理）操作系统定义1 管理并调度系统资源2 为用户提

2、供友好接口操作系统特性并发性共享性不确定性中断技术CPU收到外部信号（中断信号）后，停止当前工作，转去处理该外部事件，处理完毕后回原来工作的中断处（断点）继续原来的工作。通道技术专门处理外设与内存之间的数据传输的处理机。多道程序设计技术在内存中存放多道程序,它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。当某道程序因为某种原因（例如 I/O 请求）不能继续运行下去时，管理程序便调度另一程序投入运行。这样可以使CPU尽量处于忙碌状态，提高系统效率。第二章 操作系统逻辑结构虚拟机的概念裸机极难使用，必须安装OS，面对用户，操作系统可以称作虚拟计算机逻辑结构整体式结构层次式结构把所有功能模块按照调用次序分别排

3、成若干层，确保各层之间只能是单向依赖或单向调用。（客户/服务器结构）微内核态核态用户态管态中断机制CPU对突发外部事件的反应过程或机制中断响应过程-识别中断源-保护现场-装入中断服务程序的入口地址（CS:IP）-进入中断服务程序-恢复现场-中断返回：IRET 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 11 页 -第三章 用户界面用户环境用户工作的软件和硬件环境OS启动启动过程：从加电到用户工作环境准备好的过程初始引导目的把 OS核心装入内存并使之开始工作接管计算机系统过程JUMP指令POST（BIOS,），运行启动程序启动程序：加载MBR 引导程序，BIOS。引导程序：加载

4、和初始化OS内核，主启动扇区(MBR)OS内核：OS核心，辅存常驻内存，逐步加载OS剩余部分OS 核心初始化：OS内核初始化系统的核心数据系统初始化：为用户使用系统作准备，使系统处于待命状态。操作系统的生成满足特定硬件环境和用户需要，组装和构建操作系统过程。主要工作1 根据硬件环境配置功能模块2 根据硬件环境确定构造参数3 根据用户要求配置功能模块4 根据用户要求确定构造参数5 build 新的 OS映象用户界面操作界面（键盘命令，图形用户接口，作业控制语言）系统功能调用：操作系统内核提供的子程序给应用程序调用访管指令SVC N N 系统功能（子程序）的编号ID 实质是中断第四章 进程管理进程

5、：程序在某个数据集合上的一次运行活动特征：动态性：动态产生，消亡并发性：可与其它进程一起向前推进独立性：系统分配资源和调度CPU的单位异步性：按各自独立速度向前推进状态变迁：运行状态：已占用CPU，在 CPU上运行就绪状态：具备运行条件，但无CPU 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 11 页 -等待状态（阻塞）：等待服务完成或信号来到1 就绪-运行：进程调度2 运行-就绪：时间片到；被抢占3 运行-阻塞：服务请求,等待信号4 阻塞-就绪：服务完成/信号来到进程的描述：进程控制块PCB 进程控制：原语：由若干指令构成的具有特定功能的函数进程创建：创建一个空白PCB 赋

6、予进程标识符为进程分配空间初始化 PCB 默认值加入相应的进程队列新进程插入就绪队列Linux 进程创建：Fork：fork 返回进程ID（pid）在子进程中，pid=0 在父进程中，pid 0 windows 进程创建：CreatProcess：线程当创建进程时，系统自动创建一个主线程。主线程可以创建其他线程。提供多个并发路径，加快执行效率，提高用户响应性能线程的创建AfxBeginThread CreateThread UINT ThreadProc(LPVOID lpParam)临界区和临界资源：临界资源一次只允许一个进程独占使用的资源临界区在进程中访问临界资源的程序段临界区访问的四个原

7、则空闲让进当无进程处于临界区时，任何有权进程可以进入临界区忙则等待当有进程处于临界区时，其他进程必须在临界区外等待有限等待进程进入临界区的要求应在有限时间内得到满足让权等待等待进程放弃CPU以让其它进程有机会得到CPU运行。锁表示临界资源（临界区）是否可用的标志。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 11 页 -可使用的状态：0 不可使用的状态：1 同步和互斥：进程的互斥关系多个进程由于共享具有独占性的资源，必须协调各进程对资源的存取顺序，以确保没有任何两个进程同时进行资源的存取操作。进程的同步关系若干合作进程为了共同完成一个任务，需要相互协调运行步伐，确保进程在关键点

8、上能相互等待。合作进程中某些关键操作之间需要满足某种先后时序关系。一个操作开始之前必须要求另外一个操作已经完成，否则只能等待。互斥关系属于特殊的同步关系信号灯和PV 操作重点中的重点，请看书第五六章死锁和进程调度死锁的定义两个或多个进程无限期地等待永远不会发生的条件的一种系统状态死锁的另一个定义在两个或多个进程中，每个进程都持有某种资源，但又继续申请其它进程已持有的某种资源。此时每个进程都拥有其运行所需的一部分资源，但是又都不够，从而每个进程都不能向前推进，陷于阻塞状态。这种状态称死锁死锁的起因1 系统资源有限资源数目不足以满足所有进程的需要，引起进程对资源的竞争而产生死锁。2 并发进程的推进

9、顺序不当进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，导致进程产生死锁。死锁的必要条件1 互斥条件资源具有独占性，每次只能被一个进程所使用。2 不剥夺条件资源使用完之前，不能被其他进程剥夺。3 部分分配条件进程运行中除占有已有资源外，还会申请新的资源。4 环路条件存在进程环路，环中每个进程已有的资源被环中前一进程申请，而自己所需资源又被环中后一进程所占有。解决死锁的的策略预防死锁通过设置某些限制条件，破坏死锁四个必要条件中的一个或多个，来防止死锁。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 11 页 -避免死锁不事先采取限制去破坏产生死锁的条件，而是在资源的动态分配过程中，用某

10、种方法去防止系统进入不安全状态，从而避免死锁的发生检测死锁恢复死锁允许死锁发生，但可通过检测机制及时检测出死锁状态，并精确确定与死锁有关的进程和资源，然后采取适当措施，将系统中已发生的死锁清除，将进程从死锁状态解脱出来。静态资源分配法：进程调度时，仅当其所需的全部资源可用时才投入运行。有序资源分配法：1 系统中每个资源分给一个唯一序号；2 进程每次申请资源时只能申请序号更大的资源！如果目前已有资源最大序号为N，以后只能序号大于N 的资源，而不能再申请序号小于N 的资源。分配资源时检查申请的序号是否符合递增规定。若符合且资源可用则予以分配。若符合但资源不可用则不分配，陷于阻塞。若不符合则拒绝该申

11、请，并撤销该进程进程调度按照一定策略从就绪队列中选取一个进程获得CPU。典型调度算法先来先服务调度:按照作业进入系统的时间先后次序来挑选作业。先进入系统的作业优先被运行。短作业优先调度算法：参考运行时间，选取时间最短的作业投入运行。响应比高者优先调度算法：响应比定义作业的响应时间和与运行时间的比值响应比=响应时间/运行时间=（等待时间+运行时间）/运行时间=1+等待时间/运行时间算法调度作业时计算作业列表中每个作业的响应比，选择响应比最高的作业优先投入运行。优先数调度算法：根据进程优先数，把CPU分配给最高的进程。循环轮转调度法：把所有就绪进程按先进先出的原则排成一个就绪队列。新来的进程加到队

12、列末尾。每个进程轮流使用CPU 时间片，每个时间片结束时，该进程让出处理器给下一个进程并排到队列尾部，等候下一轮再次被调度。第七章主存管理主存管理的功能虚拟存储：程序员编程时不受内存容量和物理结构的一种“虚拟的”，“理想的”存储器。地址映射：把虚拟地址（虚地址，逻辑地址）变换成真实的物理地址（实地址）的过程。内存分配：为程序运行分配足够的内存空间存储保护：保证在内存中的多道程序只能在给定的存储区域内活动并互不产生干扰。物理内存管理方法1 单一区存储管理：用户区不分区，被一个程序完全占用。2 分区存储管理：把用户区内存划分为若干大小不等的分区，供不同程序使用。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师

13、精心整理-第 6 页，共 11 页 -3 内存覆盖技术：4 内存交换技术：固定分区：把内存固定地划分为若干个大小不等的分区供各个程序使用。每个分区位置都固定，系统运行期间不再重新划分。动态分区：在程序装入的时候创建分区，使分区的大小刚好与程序的大小相等。解决固定分区浪费内存和大程序不能运行的问题。分区的选择放置策略首次适应法：前提：空闲区表按首址递增次序排序算法：从空闲区表的第一个分区开始查找，直到找到 SIZE的分区为止。分割分区，剩余部分留在空闲区表，更新空闲区表。分区的回收：回收时考虑合并的情况后，按首址递增次序排序，更新空闲区表。最佳适应法：前提：空闲区表按分区大小递增次序排序算法:从

14、空闲区表的第一个分区开始查找，直到找到SIZE的分区为止。分割分区，剩余部分留在空闲区表，更新空闲区表。分区的回收:回收时考虑合并的情况后，按分区大小递增次序排序，更新空闲区表。最坏适应法:前提:空闲区表按分区大小递减次序排序算法:从空闲区表的第一个分区开始查找，直到找到SIZE 的分区为止。【第一个分区就是】分割分区，剩余部分留在空闲区表，更新空闲区表。分区的回收:回收时考虑合并的情况后，按分区大小递减次序排序，更新空闲区表。碎片解决的碎片的方法：规定门限值分割空闲区时，若剩余部分小于门限值，则此空闲区不进行分割，而是全部分配给用户。内存拼接技术定期清理存储空间，将所有空闲区集中一起。覆盖目

15、的：在较小的内存空间中运行较大的程序原理程序分成若干个代码段或数据段将程序必要的段常驻内存；将目前要用的段装入内存；将目前不用的段放在硬盘中覆盖文件；当一个新段调入内存时可以叠放在不用的段上（即覆盖），以减少程序对内存的需求。对换原理：当进程A 的运行空间不够时，把内存中的进程B写到磁盘上（换出），以便腾出空间给进程 A。当进程 B要运行时，再把其写回到内存（换入）。虚拟存储管理:页式存储管理：把进程映像和内存都划分成小片，进程的小片页（或页面或虚拟页）主存的小片物理页内存分配和程序装入的原则：内存以物理页为单位分配使用。程序运行时以页为单位装入内存，只把当前需要的若干页装入内存，且这些页占用

16、的物理页不必相邻。程名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 11 页 -序运行需要新的页时，按需从外存上调入内存。页式地址：页号P和页内偏移W 页表：记录页与物理页之间对应关系的表（页号，物理页号，使用特性）映射过程：1.从 VA分离页号P和页内偏移W；2.查询页表：以P为索引查找物理页号P；3.计算物理地址MA MA=P x 页大小+W 快表：Cache 放在高速缓存的页表页面共享：共享页面在内存只有一份真实存储每个进程把共享页面映射到进程空间，加在页表中以便引用。在各个进程的页表中共享页面映射到相同的物理页面上。缺页：在地址映射过程中，当所要访问的目的页不在内存时，则

17、系统产生异常中断缺页中断。缺页中断的中断处理程序：中断处理程序把该页从页表指出的辅存地址调入内存中，并更新该页对应的物理页号以及更新中断位I 标志为 0。页面淘汰：缺页（中断）率：缺页率f=缺页次数/访问页面总次数最佳算法（OPT算法,Optimal）：淘汰以后不再需要或最远的将来才会用到的页面。先进先出淘汰算法（FIFO算法）：淘汰在内存中停留时间最长的页面最久未使用淘汰算法（LRU算法）：淘汰最长时间未被使用的页面。最不经常使用（LFU）算法：选择到当前时间为止被访问次数最少的页面每页设置访问计数器，每当页面被访问时，该页面的访问计数器加 1；发生缺页中断时，淘汰计数值最小的页面，并将所有

18、计数清零。段式存储管理：原理：把进程按逻辑意义划分为多个段。进程由多段组成，每段有段名，每段长度不定。段式地址：段号S和段内偏移W 映射过程：1.由逻辑地址VA分离出(S,W);2.查询段表检索段号S，查询该段首地址B和段长 L。3.物理地址MA B+W 段式共享：共享段在内存中只有一份存储。共享段被进程映射到自己的空间（写入段表）需要共享的模块都可以设置为单独的段段页比较：地址空间的区别页式系统：一维地址空间段式系统：二维地址空间段与页的区别段长可变；页面大小固定段有意义；页面无意义段方便共享；页面不方便共享段用户可见；页面用户不可见名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，

19、共 11 页 -段偏移有溢出；页面偏移无溢出段页式存储管理：原理：在段式存储管理中结合页式存储管理技术段页式地址：逻辑地址：段号S、页号 P和页内位移W。对于用户是段式系统：段号S和段内位移W对于 CPU是段页式系统：段内位移W分为页号P和页内位移W 映射过程：同时采用段表和页表实现地址映射。系统为每个进程建立一个段表；系统为每个段建立一个页表；段表给出每段的页表起始地址及页表长度。页表给出每页对应的物理页。i386和Linux存储管理实模式（Real Mode）20 位地址段地址（16 位）：偏移地址（16 位）段地址 16 字节对齐20 位：1M 内存空间保护模式（Protect Mode

20、）32 位地址空间：4G物理内存多任务，能够快速地进行任务切换和保护任务环境资源共享又能保证代码和数据的安全和任务隔离分段管理机制【分页管理机制】新的硬件EAXEDX(32 位扩展)CR0CR3,GDTR,LDTR,IDTR,段描述符：段基址：32 位（段基址1+段基址 2）段界限：20 位Linux的段机制段机制的作用利用段机制来隔离用户数据和系统数据Linux 四个范围一样的段：0 4 G 内核数据段内核代码段用户数据段用户代码段各段属性不同内核段特权级为0 用户段特权级为3 作用：避免逻辑地址到线性地址转换，保留段等级保护名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 11

21、 页 -第八章设备管理缓冲技术：缓冲是用来在两种不同速度的设备之间传输信息时平滑传输过程的手段。解决 CPU和 I/O 设备的速度不匹配的问题解决逻辑记录和物理记录大小不匹配的问题设备分配：独享分配：在进程执行前将其所要使用的设备分配给它；当其结束时才把设备释放收回系统。又称静态分配。共享分配：当进程提出资源申请时，由设备管理模块进行分配，进程使用完毕后，立即归还。虚拟分配：当进程需要与独占设备交换信息时，就采用虚拟技术将与该独占设备所对应的虚拟设备（部分辅存）分配给它。I/O 设备控制：查询方式（异步传送）：传送数据之前，CPU 先对外设状态进行检测，直到外设准备好才开始传输。输入时：外设数

22、据“准备好”；输出时：外设“准备好”接收。无条件传送方式（同步传送）：进行I/O 时无需查询外设状态，直接进行。主要用于外设时钟固定而且已知的场合。当程序执行I/O 指令【IN/OUT/MOV】时，外设必定已为传送数据做好了准备。中断方式：外设数据准备好或准备好接收时，产生中断信号CPU 收到中断信号后，停止当前工作，处理该中断事情：完成数据传输。CPU处理完毕后继续原来工作。通道方式：通道是用来控制外设与内存数据传输的专门部件。通道有独立的指令系统，既能受控于 CPU又能独立于CPU。I/O 处理机DMA 方式：外设和内存之间直接进行数据交换，不需 CPU干预只有数据传送开始（初始化）和结束

23、时（反初始化）需要CPU参与。传输过程不需要CPU参与。设备驱动：应用程序通过驱动程序来使用硬件设备或底层软件资源。驱动程序工作在核心层（和OS一个层次）不同的操作系统提供不同机制来实现驱动程序第九章文件系统概念：文件是系统中信息存放的一种组织形式文件是一组具有完整逻辑意义的若干个信息项的集合，并赋以一个文件名让用户存取。文件系统的目标是让用户以文件名来存取文件。逻辑结构和存取方法：文件的逻辑结构流式文件：信息单位是字节或字，其长度是所含字节的数量。记录文件：一种结构化文件,由若干个记录组成名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 11 页 -文件的存取方法顺序存取：按文

24、件信息单位排列的顺序依次存取。随机存取：直接存取每次存取操作时必须先确定存取的位置。物理结构：文件的物理结构是指文件在物理存储介质上的存储方式。类型连续文件：文件全部信息连续存放在外存若干个存储块中。串联文件：文件信息存放在不连续的存储块中，每个存储块有一个指针(next)，指向下一个存放信息的存储块索引结构：文件的信息存放在若干不连续物理块中，系统为每个文件建立一个专用数据结构索引表，存放这些块的块号。文件分配表FAT：将原来分散在存储块中的链接字(next)集中放到一个表中。表和存储设备对应，每个元素代表相应存储块。表大小和存储块个数一样多。表中每个元素是链接字next，指向文件占用的下一个存储块。该表和文件目录结合使用。文件目录指出文件第一块的位置，而其余位置由FAT指示文件存储空间管理：记录当前磁盘的使用情况，创建文件时分配存储空间，删除文件时收回存储空间。为文件分配存储空间的策略静态分配：用户在创建文件时宣布文件大小，OS为其分配相应空间。动态分配：建立文件时不分配空间，在写文件时才分配空间。文件目录管理：文件目录：文件名址录，记录文件名和存放地址的目录表目录文件：文件目录以文件形式存于外存，这个文件叫目录文件。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 11 页 -