操作系统知识点总结.pdf

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1、 操作系统知识点总结 Prepared on 21 November 2021 1、操作系统的定义 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。2、操作系统的主要功能 存储管理功能 处理机管理功能 设备管理功能 文件管理功能 用户接口 3、多道程序设计的基本思想是在内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替地执行。这些作业共享 CPU 和系统中的其他资源。多道程序的这种交替运行称做并发执行。在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量（称为系统吞吐量）。多道批处理系统的特征：多道性；无序性；调度性，共享性。多

2、道批处理系统：作业在外存排成一个“后备队列”；由作业调度程序从中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU 和系统中的各种资源。优点：（1）提高 CPU 的利用率。(2)提高内存和 I/O 设备利用率。(3)增加系统吞吐量。缺点：用户作业的等待时间长 没有交互能力 4、什么是分时系统、实时系统。A、分时系统指的是：在这个操作系统下有多个用户终端，分时共享主机资源。所谓分时，就是对时间的共享，主要是指若干并发程序对CPU 时间的共享，分享的时间单位叫时间片。所谓并行是指在同一时刻有两个或两个以上的活动发生。B、实时系统(Real-Time System)是指系统能及时(或即时)响应外部事件的请求，

3、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。对时间有严格的限制和要求：实时控制；实时信息处理。5、并发与共享、不确定性 并发是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。宏观概念。如CPU 共享。（并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；而并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。）共享是指计算机系统中的资源被多个进程所共用。如 CPU、硬盘、内存、数据等。共享分如下两种：互斥地共享：某进程申请资源、若空闲、分配、运行，下一个进程只能等待，直到前一进程释放资源。宏观上同时访问、微观上并发执行的共享：如硬盘上文件的访问。不确定性是指系统中各种事件发生顺序的不可预测性。

4、只有进程在获得所需的资源后方能执行，所以进程的执行通常都不是“一气呵成”，而是以“停停走走”的方式运行。6、进程概念 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。进程最根本的属性是动态性和并发性。进程（简单定义）为：程序在并发环境中的执行过程。7、进程的 5 种基本状态及其转换 8、进程队列的连接方式 PCB 的组织方式：线性队列，链接，索引。9、进程和线程的关系 线程（Thread）是进程中实施调度和分派的基本单位。一个进程可以有多个线程，但至少要有一个线程；而一个线程只能在一个进程的地址空间内活动。资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。处理机分配给线

5、程，即真正在处理机上运行的是线程。线程在执行过程中需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。10、进程同步、互斥的含义，信号量的含义，P/V 操作的基础知识 同步同步进程通过共享资源来协调活动，在执行时间的次序上有一定约束。在协调动作的情况下，多个进程可以共同完成一项任务。虽然彼此不直接知道对方的名字，但知道对方的存在和作用。互斥-逻辑上这两个进程本来完全独立，不知对方的存在，毫无关系，只是由于竞争同一个物理资源而相互制约。P 操作表示测试；V 操作表示增加。信号量是一种解决进程同步、互斥问题的机制。信号量的实现有三种：（1）整型信号量（2）结构型信号量一般是由两个成员组成的

6、数据结构。其中一个成员是整型变量，表示该信号量的值；另一个是指向 PCB 的指针。（3）二值信号量 对信号量的操作有如下严格限制：1.信号量可以赋初值，且初值为非负数。2.信号量的值可以修改，但只能由 P 和 V 操作来访问。11、同步机制的原则（1）空闲让进。(2)忙则等待。(3)有限等待。(4)让权等待。12、死锁的定义 所谓死锁，是指在一个进程集合中的每个进程都在等待仅由该集合中的另一个进程才能引发的事件而无限期地僵持下去的局面。（是指系统中多个进程无限制地等待永远不会发生的状态；）13、产生死锁的根本原因与四个必要条件 计算机系统产生死锁的根本原因就是资源有限，且操作不当。4 个必要条

7、件：1互斥条件 2占有且等待条件 3不可抢占条件 4循环等待条件 14、安全状态、安全序列的概念 针对当前分配状态来说，系统至少能够按照某种次序分配资源(直至最大需求)，并且使它们依次成功地运行完毕，这种进程序列P1,P2,Pn就是安全序列；在当前分配状态下，进程的安全序列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被系统中当前可用资源与所有进程 Pj（ji）当前占有资源之和所满足，则P1,P2,Pn为一个安全序列。这时系统处于安全状态。进程可以按安全序列的顺序一个接一个的完成，即便某个进程Pi 因所需的资源量超过系统当前所剩余的资源总量，但可以等待前面所

8、有进程Pj(ji)运行完毕，释放所占有的资源，从而满足Pi 的需求；存在安全序列时不会死锁；但系统进入不安全状态也未必产生死锁；死锁是不安全状态的特例；15、三级调度各指的什么（1）高级调度:又称为“作业调度”。从用户工作流程的角度。从输入的一批作业中选出若干作业，为其分配必要的内存，建立相应的用户进程和系统进程，然后将程序和数据调入内存，等待进程调度。时间上通常是分钟、小时或天。（2）中级调度:从存储器资源的角度。将进程的部分或全部换出到外存上，将当前所需部分换入到内存。(指令和数据必须在内存里才能被CPU 直接访问。)中级调度的功能是在内存使用情况紧张时，将一些暂时不能运行的进程从内存对换

9、到外存上等待；(第 5 章介绍)（3）低级调度:又称为“微观调度”、“进程调度”。从 CPU 资源的角度。时间上通常是毫秒。因为执行频繁，要求在实现时达到高效率。它是指根据一定的算法，将 CPU 分派给就绪队列中的一个进程。这级调度是必须有的。执行低级调度功能的程序称做进程调度程序。进程调度是操作系统中最基本的一种调度。调度策略的优劣直接影响系统的性能。16、中断的概念 所谓中断是指 CPU 对系统发生的某个事件做出的一种反应，它使 CPU 暂停正在执行的程序，保留现场后自动执行相应的处理程序，处理该事件后，如被中断进程的优先级最高，则返回断点继续执行被“打断”的程序。这部分看看书 17、地址

10、重定位、动态地址重定位的含义。逻辑地址和物理地址的概念 重定位-把作业地址空间中使用的逻辑地址变换成内存空间中的物理地址的过程。又称地址映射。动态重定位:在程序运行过程中要访问数据时再进行地址变换。由地址变换机构进行的地址变换，硬件上需要重定位寄存器的支持。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，其余指令中的地址都相对于首地址而编址。这种地址称为相对地址或逻辑地址；内存中各物理存储单元的地址是从统一的基地址开始顺序编址的，这种地址称为绝对地址或物理地址。18、碎片、拼凑的含义，内存管理保护措施 经过一段时间的分配回收后，内存中存在很多很小的空闲块。它们每一个都很小，不足以满足

11、分配要求；但其总和满足分配要求。这些空闲块被称为碎片。在一个分区内部出现的碎片（即被浪费的空间）称做内部碎片，如固定分区法会产生内部碎片。在所有分区之外新增的碎片称做外部碎片。移动某些已分配区的内容，使所有进程的分区紧挨在一起，而把空闲区留在另一端。这种技术称为紧缩（或拼凑）。存储保护防止地址越界 防止地址越界-防止操作越权 19、基本分页和分段的原理（地址转换会计算）分页技术：允许一个进程的存储空间不必连续，可以分散地放在各个空闲的内存区域中。详见 P142 分段详见 P153 20、虚拟存储器的概念 考虑只把当前运行需要的部分程序和数据装入内存，即启动程序，其他部分暂放在外存上，需要时再调

12、入。这样，用户编制程序时不必考虑内存容量的限制。在一定容量的内存中就可同时装入更多的进程 借助于外存空间，允许一个进程在其运行过程中部分装入内存。虚拟存储系统将内存和外存有机结合在一起，从而得到一个容量相当于外存，速度接近于内存的存储体系。实现思想：当进程运行时，先将一部分程序装入内存，另一部分暂时留在外存，当要执行的指令不在内存时，由系统自动完成将它们从外存调入内存工作。虚拟存储器容量主要受两方面的限制：指令中表示地址的字长：如：若 CPU 的有效地址长度为 32 位，则程序可以寻址范围是 0(232)-1，即虚存容量为 4GB。外存的容量。虚拟存储器的特征 虚拟扩充。部分装入。离散分配。多

13、次对换。21、请求分页原理、页面置换算法 FIFO、OPT 和 LRU 请求分页缺页率的计算 请求分页存储管理技术是在单纯分页技术基础上发展起来的，二者的根本区别在于请求分页提供虚拟存储器。基本思想是：当一个进程的部分页面在内存时就可调度它运行；在运行过程中若用到的页面尚未在内存，则把它们动态换入内存。页面置换算法详见 P163 22、抖动的概念 在虚存中，页面在内存与外存之间频繁调度，以至于调度页面所需时间比进程实际运行的时间还多，此时系统效率急剧下降，甚至导致系统崩溃。这种现象为“抖动或颠簸（Thrashing）”。23、文件系统的功能 文件管理。目录管理。文件存储空间管理。文件的共享和保

14、护。提供方便的接口 24、文件系统目录的作用 文件目录：为了加快对文件的检索，往往将文件控制块集中在一起进行管理。这种文件控制块的有序集合称为文件目录。文件控制块就是其中的目录项。完全由目录项构成的文件称为目录文件。文件目录实现文件名与存放盘块之间的映射。主要目录操作：p193。25、UNIX 系统中目录分解的意义，课后题会计算 MS-DOS 目录项示意图 UNIX 目录项示意图 26、按使用性质对设备的分类 存储设备：计算机用来存储信息的主要设备。输入/输出设备：字符设备。27、磁盘调度算法会计算，寻道时间三部分 详见课本 P239 28、SPOOLING 系统概念 系统组成：输入井和输出井 输入缓冲区和输出缓冲区 输入进程和输出进程 详见 P230 29、缓冲技术的作用 缓解 CPU 与 I/O 设备间速度不匹配的矛盾。提高它们之间的并行性。减少对 CPU 的中断次数，放宽 CPU 对中断响应时间的要求。30、设备管理的主要功能（1）监视设备状态 （2）进行设备分配 （3）完成 I/O 操作 （4）缓冲管理与地址转换