操作系统复习要点.doc

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1、 第一章 1.什么是操作系统：计算机操作系统是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件（或程序集合）。操作系统目前有五大类型（批处理、分时、实时、网络和分布式）和五大功能（作业管理、文件管理、存储管理、设备管理和进程管理）。2. 基本操作系统类型，处理对象，特征： 1.批处理系统：处理作业。特征：1）用户脱机使用计算机。2）成批处理。3）躲到程序处理， 2.分时系统：处理时间片。特征：多路性、交互性、独占性、及时性 3.实时系统：处理外部事件。特征：交互性、独占性、及时性、可靠性 4.网络操作系统 5.分布式操作系统：与网络OS的比较:分布性、并行性、透明性、共享性、健壮性3. 操作系统

2、的特征:并发性,共享性,虚拟性,异步性4. 中断的概念及其作用：处理机暂停正在执行的程序，转去处理相应的紧急事件，待处理完毕后再返回原处继续执行，这一过程称为中断。作用：使得实时处理许多紧急事件称为可能；中断可以增加处理机的执行效率；中断还可以简化操作系统的程序设计；5. 多道批处理系统: 内存中允许同时有多个用户程序存在 假脱机工作方式：SPOOLing系统 磁鼓、磁盘上的“作业输入井” 后备作业队列、作业调度程序调度运行 有I/O操作或完成作业时，调入另一个作业 形成源源不断的作业流 作业（处理）说明书 优点：资源利用率高、系统吞吐量大、系统切换开销小 缺点：无交互能力、作业平均周转时间较

3、长第二章1. 作业的概念； 从用户角度：在一次业务处理过程中，从输入开始到输出结束，用户要求计算机所做的有关该次业务处理的全部工作。（如编程过程） 从系统角度：作业由程序、数据、作业说明书组成2. 系统调用： 系统调用功能和目的：请求系统中已有的服务，保证系统安全 系统调用分类：按管理功能分为6类：设备管理，文件管理，进程控制，进程通信，存储管理，线程管理3. 系统调用原理和过程： 原理：为了保证系统安全，采用类似中断的处理方式 过程：陷入指令调用保护现场调用子程序执行子程序换回4. UNIX系统的特点： 1）多用户的分时操作系统 2）为用户提供命令和系统调用两种接口 3）采用树型文件结构 4

4、）把所有设备当作文件处理 5)主要采用C语言开发，核心用汇编编写5.UNIX的三层结构 内层：内核：进程控制和文件控制 外层：用户程序 中间：Shell命令解释程序，适用程序，库函数等第三章1. 程序的顺序执行：特征：顺序性、封闭性、可再现性2. 程序的并发执行： 定义：一组在逻辑上相互独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在宏观上相互重叠（一个程序执行没结束，另一个程序已开始）的执行方式 特征：间断性、失去封闭性、不可再现性 条件：当两个程序的读集与写集的交集以及写集与写记的交集都为空时，它们可以并发执行。 影响：一方面：提高了资源使用效率和系统处理能力另一方面：导致资源共享和资源竞争3

5、. 进程的定义：一个具有独立功能的程序对某个数据集在处理机上的执行过程，和分配资源的基本单位 特征：动态性、并发性、独立性、异步性、结构性4. 进程与程序关系 1）进程是动态的，程序是静态的 2）进程具有并行特征，程序没有 3）进程是竞争资源的基本单位 4）进程可以包括多个程序，一个程序可以被不同进程运行5. 作业与进程的关系： 1）作业是用户向计算机提交任务的任务实体；进程是完成用户任务的执行实体 2）一个作业可以由多个进程组成（n=1）;一个进程只能属于一个作业 3）作业主要是针对批处理系统；进程在所有多道系统中存在6. 进程的静态描述：1）进程控制块PCB。2）程序段。3）数据结构集7.

6、 进程的动态描述：进程控制块包括进程的描述信息、控制信息以及资源信息，是进程动态特征的集中反映。 8. 进程状态及其转换：9. 进程阻塞: 引起阻塞的事件:请求系统服务、启动某种操作、数据尚未到达、无新工作可做 进程阻塞的过程:1)发现上述事件，调用阻塞原语把自己阻塞.2)停止进程的执行，修改PCB中的状态信息，并将其插入相应的阻塞队列.3)转调度程序10. 进程唤醒: 引起唤醒的事件:与引起阻塞的事件相对应 进程唤醒的过程:1)阻塞进程所期待的事件出现，有关的进程调用唤醒原语，将等待该事件的进程唤醒.2)将PCB从阻塞队列中移出，修改PCB中的状态信息，再将其插入到就绪进程队列中阻塞与唤醒要

7、匹配使用，以免造成“永久阻赛”11. 什么叫临界部分:不允许多个并发进程交叉执行的一段程序.临界区是由属于不同并发进程的程序段共享公用数据或公用数据变量而引起，如出栈/入栈.临界区不能用增加硬件的方法解决12. 进程控制机构：负责控制进程从创建到撤消的自动执行与协调13. 什么是互斥：不允许两个以上的共享同一资源的并发进程同时进入临界区的现象14. 互斥的加锁实现: Lock(keys) Nulock(keys)15. 信号量和P,V原语 信号量：操作系统中，信号量sem是一整数；大于0表示可供使用的资源数；小于0表示正在等待的进程数 P,V原语:信号量sem只能由p,v原语进行操作;P原语操

8、作使信号量sem减1，当sem小于0进入等待队列;V原语操作使信号量sem加1，当sem小于0唤醒一个进程16. P.V怎么实现进程的互斥 Pa: Pb: P(sem) P(sem) V(sem) V(sem)17. 进程间的同步:异步环境下的一组并发进程，因直接制约而互相发送消息而进行互相合作、互相等待，使得各进程按一定的速度执行的过程18. 进程间的通信根据通信内容可以划分为二种： 控制信息的传送(低级通信) 大批量数据传送(高级通信)19. 死锁的定义：所谓死锁，是指各并发进程彼此互相等待对方所拥有的资源，且这些并发进程在得到对方的资源之前不会释放自己所拥有的资源。从而造成大家都想得到资

9、源而又都得不到资源，各并发进程不能继续向前推进的状态20. 产生死锁的必要条件: (1) 互斥条件。并发进程所要求和占有的资源是不能同时被两个以上进程使用或操作的，进程对它所需要的资源进行排他性控制。(2) 不剥夺条件。进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他进程强行剥夺，而只能由获得该资源的进程自己释放。(3) 部分分配。进程每次申请它所需要的一部分资源，在等待新资源的同时继续占用已分配到的资源。(4) 环路条件。存在一种进程循环链，链中每一个进程已获得的资源同时被下一个进程所请求。显然，只要使上述4个必要条件中的某一个不满足，则死锁就可以排除。21. 本 章 小 结 1.进程是操作系统

10、中最重要、最基本的概念之一。它是系统分配资源的基本单位，是一个具有独立功能的程序段对某个数据集的一次执行活动。 2.进程具有动态性、并发性等特点。反映进程动态特性的是进程状态的变化。进程要经历创建、等待资源、就绪准备执行，以及执行和执行后释放资源消亡等几个过程和状态。进程的状态转换要由不同的原语执行完成。 3.进程的并发特性反映在进程对资源的竞争以及由资源竞争所引起的对进程执行速度的制约。这种制约可分为直接制约和间接制约。进程间的直接制约是被制约进程和制约进程之间，存在着使用对方资源的需求，只有制约进程执行后，被制约进程才能继续往前推进。(同步) 进程间的间接制约是被制约进程共享某个一次只能供

11、一个进程使用的系统资源，只有得到该资源的进程才能继续往前推进，其他进程在获得资源进程执行期间不允许交叉执行。(互斥)因此，直接制约进程之间具有固定的执行顺序，而间接制约的进程之间则没有固定的执行顺序。进程间的间接制约可利用加锁法和，原语操作实现。进程间的直接制约既可用，原语实现，也可用其他互相传递信号的方式实现。 4.尽管进程是一个动态概念，但是，从处理机执行的观点来看，进程仍需要静态描述。一个进程的静态描述是处理机的一个执行环境，被称为进程上下文。进程上下文由以下部分组成：PCB(进程控制块)、正文段和数据段以及各种寄存器和堆栈中的值。寄存器中主要存放将要执行指令的逻辑地址，执行模式以及执行

12、指令时所要用到的各种调用和返回参数等。而堆栈中则存放CPU现场保护信息、各种资源控制管理信息等。 5.本章中所述的另一个重要的概念是进程通信。进程间通信又可分为传送控制信号的低级通信和大量传送数据的高级通信。从通信方式来看，又可分为主从式、会话式、消息与邮箱方式、以及共享虚存方式。 6.死锁是一种因各并发进程等待资源而永久不能向前推进的系统状态。死锁对操作系统是十分有害的，排除死锁的方法是预防、回避、检测与恢复三种。第四章1. 调度的层次（处理机调度分为四层）：作业调度（高级调度）；交换调度（中级调度）；进程调度（低级调度）；线程调度2. 进程调度的功能 1）记录系统中所有进程的执行情况：把进

13、程状态写入PCB中，更改进程所在的队列 2）选择占有处理机的进程：根据一定的调度算法，从就绪队列中选择进程占用处理机 3）进行进程上下文切换：进程之间切换时，保存原来进程的上下文，装入新进程的上下文3. 进程调度的时机 1）与引起调度的原因和调度的方式有关 2）分类：执行完毕；进程被阻塞进（进程同步、互斥，系统调用，申请I/O等）入等待状态；时间片用完；从系统调用完之后，由系统态返回用户态；被高优先级抢占4. 调度算法：1）先来先服务；2）短作业（进程）优先。3）优先级。4）时间片轮转。5）多级反馈队列。6）最高响应比优先法5. 先来先服务（FCFS）：6. 短作业 / 进程优先（SJ/PF）

14、7. 优先级（FPF）8. 时间片轮转9. 多级反馈队列10. 最高响应比优先法（HRN）第五章1.存储管理的基本功能：空间分配/回收，地址转换，共享与保护，空间扩充2.从源程序到程序执行：1）编译：编译程序。2）链接：链接程序。3）装入：装入程序3.地址空间的概念：物理（绝对）地址程序执行；逻辑（相对）地址装入（汇编编译）4.重定位的概念：把程序装入内存时，修改程序中所有与地址有关的项。逻辑地址变换为物理地址。5.程序的链接：把一个程序相关的一组目标模块和系统调用模块（库函数）链接形成一个整体装入模块的过程。 具体工作：对相对地址的修改；变换外部调用符号。6.程序的装入：就是把链接好的装入模

15、块装入“内存”。 装入方式 绝对装入：单道（任务）；装入位置是固定的。程序员直接编址或由汇编、编译程序完成地址重定位。 可重定位装入（静态重定位） 动态运行时装入（动态重定位）7. 页式管理的优缺点： 优点：(1)虚存量大，适合多道程序运行，用户不必担心内存不够的调度操作。动态页式管理提供了内存与外存统一管理的虚存实现方式。 (2)内存利用率高，不常用的页面尽量不留在内存。 (3)不要求作业连续存放，有效地解决了“碎片”问题。与分区式比，不需移动作业；与多重分区比，无零星碎片产生。UNIX操作系统较早采用。 缺点： (1)要处理页面中断、缺页中断处理等，系统开销较大。 (2)有可能产生“抖动”

16、。(3)地址变换机构复杂，为提高速度采用硬件实现，增加了机器成本。地址变换：页表始址页表长度页表寄存器页表块号页号5332712052018物理地址32018逻辑地址越界中断8. 段式管理优缺点： 优点： 1）和动态页式管理一样，段式管理业提供了内外统一管理的虚存实现。 2）在段式管理中，段长可根据需要动态增长。 3）便于对具有完整逻辑功能的信息段进行共享。 4）便于实现动态链接。 缺点：比其他几种方式要求有更多的硬件支持。在碎片问题以及为了消除碎片所进行的合并问题上较分页式管理要差。允许段的动态增长也会跟系统管理带来一定的难度和开销。每个段的长度受内存可用区大小限制。可能产生抖动。 地址变换

17、：段表始址段表长度段表寄存器153705物理地址段号 3105逻辑地址越界中断段表基址段长150K35K500K9K300K20K100K42K3210段号内存9.分段与分页的主要区别： 1）页是信息的物理单位，段是信息的逻辑单位； 2）页的大小固定，段的大小动态变化； 3）分页系统中的逻辑地址空间是一维的，分段系统中的是二维的。 4）分页系统中不易实现“共享”和“动态链接” ，分段则很容易。10. 虚拟存储器 定义：物理上不存在，但可以使用（访问）；允许作业部分装入，需要时再临时装入所需的部分，直到作业退出，某些部分也有可能没被装入过。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

18、存容量加以扩充的一种存储器系统。 特征：1)多次性：一个作业被分成多次调入内存运行；2）对换性：允许在作业的运行过程中进行换进、换出；3）虚拟性：能从逻辑上扩充内存容量，是用户“看到”的内存容量远大于实际大小。该特征是以上两个特征为基础的。 实现方法：1）必须建立在分散分配的内存管理技术基础上。2）分页请求系统基本分页系统 + 请求分页功能 + 页面置换功能硬/软件支持：请求分页的页表机制、缺页中断机构、动态地址变换机构。3）分段请求系统基本分段系统 + 请求分段功能 + 分段置换功能；硬/软件支持：请求分段的段表机制、缺段中断机构、动态地址变换机构。11. 内存的分配与回收:内存的分配与回收

19、是内存管理的主要功能之一。无论采用哪种管理和控制方式，能否把外存中的数据和程序调入内存，取决于能否在内存中为他们爱拍合适的位置。策略和结构：1）分配结构。2）放置策略。3）交换策略。4）调入策略。5）回收策略12. 分区分配与回收：固定分区时的分配与回收；动态分区时的分配月回收：1）最先适应法。2）最佳适应法。3）最坏适应法。13. 段页始存储管理的优缺点： 同时具备分段和分页管理的优点：分散存储，内存利用率较高；便于代码或数据共享，支持动态链接等。 访问效率下降：一次访问转换成了三次访问14.段表与页表之间关系：为了段页式管理，系统必须为每个作业或进程建立一张段表，管理内存分配与释放，缺段处

20、理，存储保护和地址变换。另外，由于一个段又被划分成了若干页，每个段又必须建立一张页表，把段中的虚页变换成内存中的实际页面。第六章1.0#进程，1#进程：在UNIX系统中，除了0#进程和1#进程之外，其他进程都是由父进程创建的。人们也称1#进程是所有用户进程的祖先。0#进程是UNIX系统中唯一只在核心态下执行的进程，而1#进程以及由1#进程衍生的其他进程都可在用户态和核心态两种执行模式下执行在不同的执行模式下执行时，同一进程使用不同的堆栈和不同的管理数据结构0#进程功能：1）在初始化时创建1#进程。2）负责调度分配处理器以及负责进程交换2. UNIX进程调度与交换：UNIX系统的调度与交换都是进

21、程0 的两个部分。它们分别由 swtch () 过程和sched ()过程实现。事实上，交换相当于三级调度中的中级调度（UNIX系统中没有高级调度）。因此，有时也把进程0 称为调度进程。3. 调度原理：采用多级反馈轮转调度法。UNIX的进程调度按时间片计算优先级,并按优先级的高低来调度进程,抢占处理机。因此，UNIX系统的进程调度是基于时间片加优先级的4. 调度的时机：在UNIX系统中，为了减少操作系统设计的复杂性和提高系统执行效率，对操作系统程序采用了伪异步执行方式。 时机：一个是进程自动放弃处理机时自动转入调度进程，另一个则是在由核心态转入用户态时，系统设置了高优先级就绪进程的强迫调度标识

22、。5. UNIX存储管理：存储管理系统必须决定哪个进程的哪个部分应该放在内存，并管理那些不在内存又属于同一进程虚空间的部分。因此，UNIX系统必须解决为进程分配内存空间、进行内存扩充、以及完成由虚存到物理存储器的地址变换，和内存信息保护与共享等问题。UNIX System 采用请求调页和交换策略进行存储器管理。6. Fork调用：fork的功能是创建一个子进程。调用fork的进程称为父进程。语法格式： pid fork ( ) ;从系统调用fork返回时，父进程和子进程除了返回值pid 与proc结构中某些特性参数不同之外，其他完全相同。CPU 在父进程中时，pid 值为所创建子进程的进程号，

23、若在子进程中时，pid 的值为零。7. 进程上下文的基本结构： 1）虚拟地址空间划分为进程空间和系统空间两大部分 2）其寻址范围为 232个单元，即4096M 位 3）低位地址的半部分（0 231-1）是进程虚拟空间 4）其余为所有进程共享的系统空间，操作系统核心程序占据这个区 状态转化图：8.8.进程的终止：系统调用exit(rv)自我终止当前进程，使其进入SZOMB 僵死状态，等待父进程进行善后处理。exit调用将导致释放除proc结构之外的所有资源，并清除进程上下文。父进程在收到子进程的信息rv和有关子进程的时间信息之后，将释放子进程的proc结构和将有关时间信息加到自己的proc结构的

24、有关项中去。9. 进程间通信：分为三个部分，1）低级通信：UNIX的低级通信主要用来传递进程间的控制信号。2）管道通信。3）进程间通信IPC:IPC 是UNIX System 的一个核心程序包，它负责完成System 进程之间的大量数据传送工作。第八章1. 文件与文件系统的概念： (1) 文件 ：文件是一组赋名的相关联字符流的集合，或者是相关联记录的集合。 (2) 文件系统 ：操作系统中与管理文件有关的软件和数据称为文件系统。 文件系统特点： 友好的用户接口。 对文件按名存取，对用户透明。 某些文件可以被多个用户或进程所共享。 可存储大量信息。2.文件的分类按文件的性质和用途分为：(1) 系统

25、文件(2) 库文件(3) 用户文件按组织形式分为：(1) 普通文件(2) 目录文件(3) 特殊文件3.文件系统必须完成下列工作：(1) 对磁盘等辅助存储器空间 (或称文件空间) 进行统一管理。分配空闲区，回收和调整存储区。(2) 实现按名存取，使文件逻辑结构是独立于物理存储设备。(3) 文件在存储设备上按一定的物理结构存放。 (4) 完成对存放在存储设备上的文件信息的查找。(5) 完成文件的共享和提供保护功能。4.文件的逻辑结构：文件的逻辑结构是用户可见结构。文件的逻辑结构可分为两大类：字符流式的无结构文件和记录式的有结构文件。5.选取文件的逻辑结构应遵循下述原则：(1) 当用户对文件信息进行

26、修改操作时，给定的逻辑结构应能尽量减少对已存储好的文件信息的变动。(2) 当用户需要对文件信息进行操作时，给定的逻辑结构应使文件系统在尽可能短的时间内查找到需要查找的记录或基本信息单位。(3) 应使文件信息占据最小的存储空间。(4) 应是便于用户进行操作。6.什么是记录：记录是一个具有特定意义的信息单位，它由该记录在文件中的逻辑地址(相对位置) 与记录名所对应的一组键、属性及其属性值所组成 常用的记录式结构文件有以下几种：连续结构； 多重结构；转置结构； 顺序结构。7. 文件的物理结构：连续文件；串联文件；索引文件 定义：文件的物理结构是指文件在存储设备上的存放方法 特点：1.文件的存储设备通

27、常画分为若干个大小相等的物理块，每块长为512 或1024字节。2.文件信息画分为与物理存储设备的物理块大小相等的逻辑块。3.以块作为分配和传送信息的基本单位。4.文件的物理结构决定了文件信息在存储设备上的存储位置8.存储空间管理是文件系统的重要任务之一。文件存储空间的管理实质上是一个空闲块的组织和管理问题，它包括空闲块的组织，空闲块的分配与空闲块的回收等几个问题。空闲块管理方法：(1) 空闲文件目录(2) 空闲块链(3) 位示图9.文件的目录：一个文件的文件说明信息（文件名和对该文件实施控制管理的控制管理信息）称为该文件的目录。利用文件目录，可以完成对文件的创建、检索以及维护作用。10. 树

28、形结构多级目录结构具有下列特点：1.层次清楚。 2.解决了文件重名问题。3.查找搜索速度快。11. 文件的存取控制是和文件的共享、保护和保密三个不同而又相互联系的问题紧密相关的。12. 存取操作的验证方法：(1) 存取控制矩阵。(2) 存取控制表。(3) 口令方式。(4) 密码方式补充1. 操作系统为用户提供哪些接口：1）用户接口是程序一级的接口，即提供一组广义指令供用户程序和其他系统程序调用。2）接口是作业一级的接口，提供一组控制操作指令供用户区组织和控制自己作业的运行。2. 操作系统用得最多的数据结构是表格3. 进程实现互斥时的信号量的初值是14. UNIX操作系统属于多用户分时操作系统5. 实时系统：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。实时系统的类型：1）实时控制系统。2）实时信息处理系统实时系统的特征：交互性、独占性、及时性、可靠性