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1、操作系统原理第一章绪论1. 存储程序式计算机的特点:集中顺序过程控制2. 操作系统的定义、特征定义：操作系统的定义控制和管理计算机的软、硬件资源， 合理组织计算机的工作流程，方便用户使用的程序集合。三要点： 管理系统资源；方便用户使用；系统软件。特征：并发，共享，不确定性3. 操作系统的四大资源管理功能：处理机调度，内存管理，设备管理，软件资源管理，用户接口4. 多道程序设计与分时技术的定义、特征：多道，宏观上并行，微观上串行5. 操作系统的几个基本类型批量操作系统：特征是“批量”，优点吞吐量高，缺点是对用户响应时间长；分时操作系统：分时技术，特点是并行独占 交互性；实时操作系统：实时控制+实
2、时信息处理，要求高可靠性和安全性，效率第二位；个人操作系统：追求最大化CPU和外设利用率改为最大化用户方便性和响应速度；网络操作系统：一般操作系统增加网络通信模块；分布式操作系统：多个处理单元连接组成的操作系统，在系统控制下完成一个共同任务网络操作系统与分布式系统区别：网络操作系统具有多机合作和坚强性（优美降级和自动恢复）用户界面 =操作命令（命令接口：键盘命令、作业控制语言、图形化用户界面）+系统功能调用（程序接口）中断与通道执行系统DOS 磁盘操作系统进程的三种基本状态：就绪-（进程调度） -执行 -（I/O 请求） -阻塞 -（ I/O 完成） -就绪执行 -（时间片用完） -就绪8、批
3、处理系统带特征：脱机多道成批处理9、分时系统带特征：多路性独立性及时性交互性第二章操作系统的逻辑（组织）结构1. 操作系统虚拟机概念：裸机上配置操作系统程序后成虚拟机，操作系统核心在裸机上运行，用户程序在扩充后的机器上运行，扩充后的指令统称操作命令语言2. 处理机的态及其区别硬件支持 :状态寄存器即系统状态位、管态/核态 :中央处理机允许使用全部资源+指令，包括特权指令=改变机器状态指令+外设 I/O 指令 +修改特殊寄存器指令、目态/用户态3. 中断与俘获的概念、类型1）所谓中断是指某个事件（例如电源掉电、定点加法溢出或I/O 传输结束等）发生时，系统中止现行程序的运行、引出处理事件程序对该
4、事件进行处理，处理完毕后返回断点，继续执行。2) 按功能分：I/O 中断： I/O 传输结束或出错中断。外中断：时钟中断、控制台中断。机器故障中断：电源故障、主存取指令错、长线传输时的奇偶校验错等。程序性中断：定点溢出、用户态下用核态指令、越界、非法操作等。访管中断3) 分类：软硬件、强迫自愿、中断+俘获（处理机内外部事件划分）4. 中断响应的定义及实质：实质是交换指令执行地址和处理器状态发现中断源并产生中断的硬件称为中断装置（系统）。中断=中断装置 +中断处理程序中断装置的职能就是实现中断响应，包括3 个过程：发现中断源，响应中断请求；保护现场；启动处理中断事件的中断处理程序现场信息：程序执
5、行的中间结果+Psw（程序状态字：双字）=pc（指令计数器：后继指令所在主存单元号）+ps（处理器状态寄存器：程序运行所处状态）中断是实现操作系统功能的基础，是构成多道程序运行环境的根本措施。5. 软件的中断处理过程：保护现场传递参数+执行相应中断服务例程+恢复和退出中断6. 向量中断 : 由中断源自己引导处理机进入中断服务程序的中断过程，称为向量中断 .中断向量包含两个内容，一是某类型中断的中断服务例行程序的入口地址，另一个是处理器状态。中断向量表：优先级7-6 3位表示，俘获中断及俘获后处理机优先级为7，俘获处理程序有一个总入口。7. 操作系统逻辑结构：层次结构（硬件，系统核=初级中断处理
6、 +进程控制通信 +处理机分派，核外各层P31）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 第三章用户界面（接口）1. 作业、作业步的概念作业：计算机系统按指定步骤对初始数据进行处理并得到计算结果的加工工作。作业步：加工工作中的一个步骤2. 运行一个用户程序的过程（编辑、编译、连接、运行）3. 操作系统提供哪两个接口（操作命令、系统功能调用【服务】）4. 举例说明实际操作系统的用户界面5. 系统调用的定义及实现过程，与库函数
7、调用的区别：系统功能调用是用户在程序一级请求操作系统服务的一种手段，它不是一条简单的硬指令，而是带有一定功能号的“访管指令”（svc n）。用户界面：用户环境系统生成 /启动系统引导：独立、辅助下装独立引导：初始引导核心引导（系统核心）系统初始化初始引导程序：外存引导程序读入主存用户程序通过访管方式调用这些例行子程序。第四章并发处理1. 程序的顺序执行的定义及特点：顺序性+封闭性（独占资源）+可再现性（与时间无关）程序的并发执行的定义及特点：多个程序执行时间上有重叠；失去程序的封闭性和可再现性 程序与计算不再一一对应程序并发执行的相互制约直接的相互制约关系公共变量间接的相互制约关系资源共享2.
8、与时间有关的错误；并发可能引起错误，程序执行共享公共变量，执行结果与并发程序执行速度有关，给定相同初始条件，也可能得到不同的结果3. 进程定义，进程与程序的区别进程：一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。程序 +数据 +PCB 进程与程序的区别程序是指令的有序集合，是静态概念；进程则强调执行的过程，是动态的概念。进程具有并行特征，而程序没有。进程是竞争系统资源的基本单位,处理机调度的基本单位。一个程序可以对应多个进程；一个进程可以涉及多个程序。并发语句： Cobegin s1,s2 coend ；cobegin begin end ,coend 进程类型：用户/系统进程、受限（
9、CPU、I/O ）原语是一种特殊的系统调用，完成一个特定的功能，执行时不可中断，原子性。进程控制：创建，查PCB，写信息，置状态。进程相互制约关系：间接（竞争系统资源）与直接（共享数据）进程竞争与合作进程通信关系：（间接）进程互斥、进程同步、进程直接通信名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 同步机构（进程互斥）：1.锁和上锁、开锁操作：上锁原语lock 与 开锁unlock 2.信号灯 P、V操作进程各类（创建、撤销、
10、切换）操作开销大，引入线程4. 进程状态的三个基本状态，进程状态变迁图P74（运行、就绪、等待）5. 进程控制块定义及作用描述进程与其他进程、系统资源的关系以及进程在各个不同时期所处的状态的数据结构，称为进程控制块pcb(processcontrol block) 或称为进程描述器 (process descriptor) 6. 进程控制功能7. 基本进程控制原语（创建原语： create (name，priority ， start_addr)、撤消原语： kill (exit) 、等待原语： susp(chan) ）8. 信号灯的定义，P、V操作原语的功能9. 临界资源、临界区、互斥的定义
11、互斥：多个操作不能同时执行的同步规则称为互斥临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源，称为临界资源。临界区：在每个进程中，访问临界资源的那段程序能够从概念上分离出来，称为临界区或临界段。10. 用信号灯的 P、V操作实现进程互斥: 信号灯是一个确定的二元组(s，q) 1）锁和上锁、开锁操作：上锁原语lock 与 开锁 unlock 2）:p 分配输入：变量 s 输出：无s- ；if(s0) 保留调用进程 CPU现场 ;将该进程入 s的等待队列 ;置“ 等待 ” 状态 ;转进程调度 ; :v 释放输入：变量 s 输出：无s+；if (s（互斥条件 :资源非共享即临界资源，不剥夺条件，占有并等待：部
12、分分配，环路条件：循环等待）5. 死锁的处理： 预防、避免与检测破坏某个必要条件：1）否定部分分配：一次性静态分配，预防死锁；2）否定环路：动态分配，可能出现环路就不分配，避免死锁解决死锁的策略：采用静态资源分配方法预防死锁采用有控资源分配方法避免死锁死锁发生时，检测并恢复忽略死锁（主流）资源管理任务：1.资源数据结构的描述；2.确定资源的分配原则（调度）；3.实施资源分配（回收等）；4.存储控制与安全保护静态分配（作业一级）；动态分配（进程一级）资源分类：物理资源（实资源）、虚拟资源（逻辑资源）=虚拟存储器 +虚拟外部设备 +虚拟处理器 PCB （并行进程 =逻辑处理器）批处理：分级调度；多
13、任务：策略选进程，分配时间；多线程：策略选线程，分配时间第六章 处理机调度（ CPU管理，一个 RD，轮流使用）1. 处理机的两级调度（作业调度：宏观，进程调度：微观）2. 作业的状态：1）后备状态：作业输入磁盘后备作业队列，等待调度；2）执行状态：进入主存到作业计算完成；3）完成状态：善后处理到退出系统；3. 作业控制块： jcb，作业存在的标志；静态特征+动态信息；控制方式：联机脱机；作业类型：以CPU/ 或I/O 为主；4. 常用的作业调度算法（先来先服务，短作业优先：吞吐量高，平均周转时间最小，响应比高者优先：响应比=1+等待时间 /执行时间） 及其作业周转时间、带权周转时间=作业周转
14、时间 /执行时间的计算5. 常用的进程调度算法优先数调度：静态优先数1.使用资源多少名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2.估计运行时间3.进程类型循环轮转调度：时间片时间片： q=t/n t:响应时间n：进程数目6. 调度方式 （非剥夺方式，剥夺方式）7. 调度用的进程状态变迁图：时间片（高优先时间片短）+优先数（低优先时间片长）（P152 图6.5）作业调度程序保证选中作业获得使用处理机资格，而处理机分配有进程调
15、度程序完成进程调度功能 =调度（插入就绪队列）+分派（执行）低级调度（短程）、高级调度（中程：作业进入或撤离）第七章内存管理（ 20%-30% ）1. 逻辑地址作业地址空间（逻辑地址集合）、物理地址存储空间（物理地址集合）2. 地址映射：逻辑映射到物理地址1）编程时或编译时确定2）静态重定位（地址映射）的概念（软件）：程序装入主存时实现3）动态重定位的概念及实现（硬件）：在程序执行时，随着各指令和数据的访问自动连续地进行地址映射。虚地址寄存器（起始地址）+重定位寄存器（可改灵活）（P162 图7.3）3. 虚拟存储器的概念：装入部分代码和数据就启动运行，由操作系统和硬件相配合来完成主存和辅存之
16、间的信息的动态调度。这样的计算机系统好像为用户提供了一个其存储容量比实际主存大得多的存储器。OS和硬件配合下，辅存当主存用。核心：让程序的访问地址和主存的可用地址相脱离。脱离具体细节。主存 +辅存 +转换机构（数据结构）4. 界地址防护：硬件法（上、下界保护，基址、限长保护）+存储键防护：软件法5. （动态）分区存储管理的思想6. 自由主存队列结构7. 回收分区的四种情况放置策略：选择空闲区的策略1) 首次（匹配）适应算法：尽量利用低地址空间，保存高地址空间2). 最佳适应算法：尽可能利用小存储空闲区，保存大存储空闲区3）最坏匹配：尽可能利用大存储空闲区8. 碎片拼接技术：拼接时机空白区不够，
17、而碎片空白区总和满足时9. 页式存储管理的基本思想15. 页面、块、页表的概念16. 页式地址变换过程（P175 ）:用户透明，不可见1kb/页， 1KB/块1） 逻辑地址 /1024页号（ 16-n）+页内位移（ n 位）查页表得块号，块内位移,主存位置 =块号 *1024+位移2） 联想存储器，块表：页表部分内容（最常用内容）17. 为实现请调（扩充）策略，如何扩充页表功能请求页式系统：部分装入内存扩充页表 =页号 +块号 +中断号（缺页中断：1 不在、 0 在） +辅存地址（请调）18. 为实现淘汰策略，如何扩充页表功能扩充页表 =页号 +块号 +中断号（缺页中断：1 不在、 0 在）
18、+辅存地址（请调）+引用位 +改变位19. 抖动 /颠簸：主存辅存间频繁页面置换现象名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 20. 最佳置换与两种常用算法（先进先出：先进的先淘汰，LRU ：最久未使用算法最久未使用的淘汰，使用的提前）缺页率：成功访问/（成功访问 +缺页访问）缺页次数：分配内存块里没有，要请调20. 段式与段页式系统及其地址结构段： 逻辑意义完整信息集合，部分装入，实现扩充，分段用户可见，易实现分段共享。
19、内存空间：长度不同的物理段；用户地址空间（二维）：逻辑上完整意义，程序地址=段号 +段内位移段表 =段号 +长度（扩充） +基址主存地址 =基址 +段内位移段式和页式差别：页式实现存储空间物理划分，段式实现程序地址空间的逻辑划分页式大小固定，段式长度可变。页式用户不可见，段式可见。溢出，段式报主存越界，页式自动加到页号，硬件功能。段页式 =段表 +段内位移【页表（页号+页内位移）】：段号找到页表，接下来同页式。主存的共享方式：空间分片主存管理功能：主存扩充、主存映射、存储分配、存储保护动态分区：逻辑地址+基址寄存器分区分配机构：m_rib+rd(size) 页式系统：解决碎片问题，避开程序存储
20、连续性，地址空间适应存储器；方便支持虚拟存储，扩充主存。程序地址空间等大页面（虚页）主存等大主存块（实页）页表（动态重地位）：地址变换的机构（数据结构）=页号 +块号，高速缓存或主存中虚地址结构：页号+页内位移颠簸：主存辅存间频繁页面置换现象淘汰策略 =置换算法第八章 I/O 管理1. 设备独立性的定义及优点：屏蔽物理特性设备独立性：用户在编制程序时所使用的设备与实际使用的设备无关，即在用户程序中仅使用逻辑设备名。缓冲技术双缓冲. 常用的设备分配技术：静态、动态：1.发出 I/O 后阻塞2.发出 I/O 后不阻塞 (可能死锁 ) 7. （静态）独享设备、独享分配（动态）共享设备、共享分配9.
21、虚拟设备、虚拟技术的定义：1）SPOOL （外部设备联机同时操作）假脱机操作，独占设备预输入辅存，内存中作业从辅存缓输出，不必再启动设备。（井）即：在一类物理设备上模拟另一类物理设备的技术，将独占设备转化为共享设备的技术。2）代替独占设备的那部分外存空间称为虚拟设备10. I/O 控制方式：循环测试I/O 、I/O 中断方式、 DMA （direct memory access ）方式（直接访问内存，挪用内存周期，使CPU解放）、通道方式（主存 -通道总线，避开CPU总线）I/O 核心模块（驱动程序）实现方式：1.接口程序2.设备做文件看待名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -
22、- - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - I/O 控制接口程序（逻辑映射物理设备），形成I/O 请求块，发送消息给设备处理进程（驱动程序，控制设备运转的程序）第九章 文件系统3. 文件的逻辑结构: 流式文件（无结构）记录式文件（最小：数据项）4. 文件存取方法 : 顺序存取随机存取文件是用户与辅存的接口，逻辑上具有完整意义的信息集合，基本单位：信息项（流式）或记录（记录文件），存储数据的映射分类 :系统文件、程序库文件、用户文件文件系统是管理和存取文件的软件机构，提供文件服务
23、。文件组织：逻辑记录、块（物理记录）、卷。文件物理结构（组织方式）：连续文件（随机+顺序）、串联（链式）（顺序）文件、随机文件（索引）文件目录：数据结构（名、结构、地址等信息），解决命名冲突，多级目录。文件共享： 1.建立当前目录；2.采用链接技术（快捷键）文件安全：验证用户权限方法1.访问控制矩阵；2.存取控制表；3.用户权限表；4.口令5.密码文件操作：文件目录组织成目录文件，目录表复制到主存，减少查询目录时间为什么要引入缓冲区？(1) 缓和 CPU与 I/O 设备间速度不匹配的矛盾。(2) 减少对 CPU的中断频率，放宽对 CPU中断响应时间的限制。 (3) 提高 CPU和 I/O 设备之间的并行性12、SPOOLing系统由哪几部分组成？以打印机为例说明如何利用该技术实现多个进程对打印机的共享？组成：输人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108 共享By 1330 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -