2022年操作系统期末复习总结 .pdf

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1、1/15 第一章、操作系统概述1、操作系统的定义P5 操作系统是一组能控制和管理计算机系统中各种硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程、有效地控制多道程序运行、方便用户使用计算机的程序和数据的集合。2、操作系统的功能P56 处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、用户接口3、操作系统的特征P7 并发性、共享性、虚拟性、不确定性4、用户接口P7 用户接口分为操作接口和程序接口。操作接口包括命令接口和图形用户接口。5、多道程序设计技术：在内存中放多道程序,使它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。6、多道运行的特点P13（1）多道：内存中同时存放几个作业；（2）宏观上并行运行：同时有多道程序在内

2、存运行，某一时间段上，各道程序按不同速度向前推进。（3）微观上串行运行：任一时刻最多只有一道作业占用CPU，多道程序交替使用CPU。7、多道批处理系统的优缺点优点：资源利用率高：CPU 和内存利用率较高；作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大；缺点：用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时，才与用户交互，不利于调试和修改；作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长；8、操作系统的形成P13 推动 多道批处理系统形成和发展的动力是提高资源利用率和 系统吞吐量。推动 分时系统 形成和发展的主要动力是用户的需要：交互、共享主机、方便上机。9、操作系统分类P1519 1、最基本的操作系统类型有三种

3、，即多道批处理操作系统、分时操作系统、实时操作体统。2、操作系统分类1）多道批处理系统2）分时系统3）实时系统P16 用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域，包括实时控制、实时信息处理。实时控制系统：如工业控制。实时信息处理系统：如联网订票系统。实时系统的特征：高响应性、高可靠性、高安全性。4）个人计算机操作系统P17 针对单用户使用的个人计算机进行优化的操作系统。个人计算机操作系统的特征应用领域：事务处理、个人娱乐，系统要求：使用方便、支持多种硬件和外部设备（多媒体设备、网络、远程通2/15 信）、效率不必很高。常用的个人计算机操作系统单用户单任务：MS DOS 单用户多任务：OS/2,

4、MS Windows 3.x,Windows 95,Windows NT,Windows 2000 Professional 多用户多任务：UNIX(SCO UNIX,Solaris x86,Linux,FreeBSD)5）网络操作系统P18 6）多处理机操作系统P18 多处理机系统的特点增加系统的吞吐量：N 个处理器加速比达不到N 倍（额外的调度开销，算法的并行化）提高系统可靠性：故障时系统降级运行7）分布式操作系统P18 多处理机系统的类型非对称式多处理,又称主从模式。主处理器：只有一个，运行 OS。管理整个系统的资源，为从处理器分配任务；从处理器：可有多个，执行应用程序或I/O 处理。特

5、点：不同性质任务的负载不均，可靠性不够高，不易移植（通常要求硬件也是 非对称）。对称式多处理：OS交替在各个处理器上执行。任务负载较为平均，性能调节容易 傻瓜式。8）嵌入式操作系统P19 嵌入式系统:把嵌入到对象体系中,实现对象体系智能化控制的计算机,称为嵌入式计算机系统,简称嵌入式系统10、操作系统的结构P20 操作系统通常采用的结构有：整体式结构、分层结构、虚拟机结构、微内核结构。第二章、处理器管理1、进程的定义P32 进程 是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。2、进程的特征P33 1.动态性。动态性是进程的最重要的特性。2

6、.并发性。3.独立性。4.异步性。5.结构性。进程是由程序段、数据段和进程控制块三部分组成。3、进程与程序的联系和区别P33 程序 是完成某个特定功能的指令的有序序列，是一个静态的概念；进程 是程序的一次执行，是一个动态的概念，进程是有生命期的，表现在它由创建而产生，完成任务后被撤消。程序 可以作为一种软件资源长期保存。文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E

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13、6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H63/15 进程 是把程序作为它的运行实体，没有程序，也就没有进程。进程 是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。以多用户进程共享一个编译程序为例，为多个用户执行编译时，显然CPU 的分配是以进程为单位，而不是以程序为单位。因为主存只有一个编译程序，但几个用户的源程序都得到编译。进程 是可以并发执行。进程 间的相互制约，使进程执行具有间隙-异步性。进程 是具有结构的。为了描述进程的运行变化过程，系统为每个进程建立一个结构进程控制块。从结构上看，

14、进程是由程序、数据和进程控制块三部分组成4、进程的状态P34 1）进程的三种基本状态：就绪，运行，阻塞2）转换图：3）五种状态：创建、就绪，运行，阻塞、终止5、进程控制块P37 为了描述一个进程和其它进程以及系统资源的关系，为了刻画一个进程在各个不同时期所处的状态，人们采用了一个与进程相联系的数据块，称为进程控制块(PCB)。系统利用PCB 来控制和管理进程，所以PCB 是系统感知进程存在的唯一标志进程与 PCB 是一一对应的每个进程有唯一的进程控制块。6、进程控制P39 所谓 进程控制，是指系统使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤消进程以及完成进程各状态间转换等一系列有效管理。用于进程控制

15、的程序段在执行过程中是不允许被中断的，或者说其执行过程不可分割。我们把这样的程序段叫原语。用于进程控制的原语有：创建原语；撤消原语；阻塞原语；唤醒原语等。7、线程P4145 适合多处理机系统1）在操作系统中引入线程 则是为了 减少 程序并发执行时所付出的时空开销，使操作系统具有更好的 并发性。2）进程的两个基本属性进程是一个可拥有资源的基本单位。进程同时又是一个可独立调度和分派的基本单位。3）线程定义：线程是进程内的一个相对独立的、可调度的执行单元。4）线性的实现P43 5）线性与进程的比较P44 8、处理机调度P45 1）处理机调度就是把CPU 有效、合理地分配给作业（进程）。2）通常将调度

16、层次分为三级，即作业调度、交换调度和进程调度。文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5

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23、录进入系统的各个作业情况。(2)从后备作业中挑选一些作业投入执行。(3)为被选中的作业做好执行前的准备工作。(4)在作业运行结束时或运行过程中因某种原因需要撤离时，作业调度程序还要完成作业的善后处理工作。3）作业调度的性能指标P48 在实际应用中，主要使用 平均周转时间T 和平均带权周转时间W 来衡量系统的调度性能。4）作业调度算法P49 1先来先服务算法(First Come First Serve，FCFS)2短作业优先算法(Shortest Job First，SJF)3响应比高者优先算法(Highest Response Ratio First，HRRF)响应比=作业响应时间/作业运行

24、时间响应时间=作业进入系统后的等待时间+作业运行时间。10、进程调度P51 1）进程调度功能1记录系统中各进程的执行状况2选择进程占有CPU 3完成进程上下文的切换2）进程调度方式非抢占方式、抢占方式3）进程调度时机1正在执行的进程正确完成或由于某种错误而终止运行；2执行中的进程提出I/O 请求，从运行状态进入阻塞状态等待I/O 完成时；3在分时系统中，按照时间片轮转，分配给进程的时间片用完时；4 按照优先级调度并采用抢占式调度方式时，有更高优先级进程变为就绪状态时；5 在进程通讯中，运行中的进程执行了某种操作原语，如阻塞原语和唤醒原语时，都有可能引起进程调度。4）进程调度算法1 先来先服务算

25、法;2 优先级调度算法;3 时间片轮转调度算法;4 多级反馈队列轮转调度算法第三章、进程同步与死锁1、进程的并发P6366 1）顺序执行的特征1.执行的顺序性。2.环境的封闭性。3.过程的可再现性。文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN1

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32、N9 ZN10U9O5I6H65/15 2）并发执行的特征1.间断性。2.失去了程序的封闭性。3.不可再现性。3）临界资源与临界区1.所谓临界资源，就是一次仅允许一个进程使用的资源。2.临界区(critical section，CS)也称作临界段，是指在每个程序中访问临界资源的那段程序。3.临界区的调度原则如下：(1)当无进程在临界区时，允许一进程立即进入。每个进入临界区的进程只能在临界区内逗留有限的时间。(2)若已有进程在临界区时，其他试图进入临界区的进程必须等待。(3)当进程退出临界区时，若有等待进入临界区的进程，则应允许其中一个立即进入。2、进程互斥与同步P67 1）进程互斥 是指由于共

33、享资源所要求的排他性，进程间要相互竞争来使用这些资源。2）进程同步 是指多个进程中发生的事件存在某种时序关系，必须协同动作，相互配合来共同完成一个任务。3）进程之间的这种相互依赖又相互制约、相互合作又相互竞争的关系，也即进程的同步与互斥关系。又叫进程的低级通信。4）实现进程互斥的软件方法P67 5）实现进程互斥的硬件方法P68 禁止中断指令、测试与设置指令、交换指令3、利用 P、V 操作实现互斥P72 1）信号量：是一个确定的二元组(s，q)，其中 s是一个具有非负初值的整型变量，q 是一个初始状态为空的队列。s 表示系统中某类资源的数目，当其值大于0 时，表示系统中当前可用资源的数目；当其值

34、小于0 时，其绝对值表示系统中因请求该类资源而被阻塞的进程数目。除信号量的初值外，信号量的值仅能由P 操作和 V 操作改变。OS 利用它的状态对进程和资源进行管理。2）P、V 操作原语描述P72 3）P、V 操作表示的物理意义是：执行一次P 操作，意味着向系统请求分配一个单位的资源；执行一次V 操作，意味着向系统释放一个单位的资源。4）对于两个并发进程，互斥信号量的值仅取1、0 和-1 三个值若 mutex1 表示没有进程进入临界区若 mutex0 表示有一个进程进入临界区若 mutex-1 表示一个进程进入临界区，另一个进程等待进入。4、进程同步的实现P73 1）有关同步问题可分为两类：一类

35、是保证一组合作进程按确定的次序执行；另一类保证共享缓冲区的合作进程的同步。2）共享缓冲区的同步实例P74-75 5、关于信号量的讨论P75（1）信号量的物理含义：S0 表示有 S 个资源可用文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O

36、5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文

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39、10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 H

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42、N10U9O5I6H66/15 S=0 表示无资源可用S0 则|S|表示 S 等待队列中的进程个数P(S)：表示申请一个资源V(S)：表示释放一个资源。信号量的初值应该大于等于0（2）P、V 操作必须成对出现，有一个P 操作就一定有一个V 操作当为 互斥操作 时，它们同处于同一进程当为 同步操作 时，则不在同一进程中出现如果 P(S1)和 P(S2)两个操作在一起，那么P 操作的顺序至关重要。一个同步 P 操作与一个互斥P 操作在一起时同步P 操作在互斥P 操作前；而两个V 操作无关紧要。（3）P、V 操作的优缺点P76 优点：简单，而且表达能力强（用P、V 操作可解决任何同步互斥问题）缺点：

43、不够安全，P、V 操作使用不当会出现死锁；遇到复杂同步互斥问题时实现复杂4、经典的同步与互斥问题P7678 1）生产者与消费问题P76 2）哲学家进餐问题P78 5、死锁 P82 1）死锁定义：一组进程中，每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源，因而永远无法得到的资源，这种现象称为进程死锁，这一组进程就称为死锁进程。（或 P82）2）产生死锁的原因：P82 互斥资源的共享并发进程的同步关系不当3）死锁产生的必要条件P83 互斥条件请求和保持条件非剥夺条件环路等待条件4）解决死锁问题的基本方法忽略死锁、预防死锁、避免死锁、检测及解除死锁5）概念：死锁的预防：通过设置某些限制条件，去破

44、坏产生死锁的四个必要条件中的一个或几个来防止发生死锁。死锁的避免：在资源的动态分配过程中，用某种方法防止系统进入不安全状态，从而避免死锁。死锁的检测和解除：是指定期启动一个软件检测系统的状态，若发现有死锁存在，则采取措施恢复之。6）银行家算法举例P86 6、死锁的检测和解除1）资源分配图资源分配图又称进程资源分配图，它是一种描述系统中进程与资源的申请和分配情况的有向图，其中方框结点表示资源，圆圈结点表示进程，从方框结点指向圆圈结点的有向边表示某类资源被某进程占有，从圆圈结点指向方框结点的有向边表示某进程申请某类资源。由于某一类资源可能含有多个同类资源，在方框中用圆点来表示同一类资源的数目。文档

45、编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6

46、D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E1

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50、10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5I6H6文档编码:CI6D2Q6E10M1 HN9B3H5H8N9 ZN10U9O5