大学操作系统课本操作系统知识点Word下载.docx
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静止阻塞
执行--(挂起)-->
进程的激活(active原语)
静止就绪--(激活)-->
活动就绪
静止阻塞--(激活)-->
活动阻塞
6.PCB中的信息:
P41
PCB组织方式:
线性方式、链接方式、索引方式
(三)
1.OS内核:
常驻内存
OS状态:
系统态(管态、内核态)用户态(目态)
2.父进程创建子进程:
3种返回值
进程图:
描述进程家族关系的一棵树
3.进程的创建(Creat原语)
引起进程创建的事件:
用户登录、作业调度、提供服务(创建打印进程)、应用请求(用户创建)
创建过程:
分配资源(从系统或父进程)-->
初始化进程控制块(初始化内容见P45)-->
插入就绪队列
4.进程的终止
引起进程终止的事件:
正常结束、异常结束、外界干预
终止过程:
P46
5.进程的阻塞(block原语)
引起事件:
请求共享资源失败、等待某种操作的完成(I/O操作)、新数据未到达(合作进程中)、等待新任务的到来(发送进程,没有信息可发送)
阻塞过程:
状态:
执行变为阻塞-->
PCB挂到阻塞队列-->
调度其他进程
6.进程的唤醒(wakeup原语)
唤醒过程:
移除阻塞队列-->
(四)
1.进程的同步
(1)同步:
即某件事要等待另一件事完成才可以开始
(2)2种相互制约关系:
间接相互制约关系(进程互斥访问资源)、直接相互制约关系(进程合作)
2.临界资源、临界区(进入区、退出区、剩余区)
3.同步机制遵循的规则:
空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待(请求资源失败应释放CPU)
4.3种信号量:
互斥信号量(初值为1)、资源信号量(初值可为n)、同步信号量(初值为0)
P(wait)原语:
减1V(signal)原语:
加1
(五)
1.进程的互斥和同步称为低级进程通信,还有基于共享数据结构的通信方式也是
2.进程通信方式
(1)直接通信方式(基于共享存储区)
申请一个缓冲区-->
将进程A发送区的内容复制给缓冲区-->
将缓冲区挂到进程B的消息队列-->
进程B将缓冲区复制到自己的接收区
(2)管道通信方式(对管道的write和read)
管道是一个pipe文件,作为一个中介
(3)消息传递方式(封装):
直接和间接(有中间实体:
邮箱)
(六)
进程和线程的区别重
第三章
1.三大调度:
高级调度(作业调度):
调度作业(外存-->
内存),只用于多道批处理系统
低级调度(进程调度):
调度进程(就绪-->
获得CPU)
中级调度(内存调度):
挂起(内存-->
外存-->
重入内存)
2.CPU利用率:
CPU有效工作时间/(CPU有效工作时间+CPU空闲等待时间)
1.作业:
包含程序和数据,还有作业说明书。
批处理系统中,是以作业为基本单位从外存调入内存的。
2.作业控制块(JCB):
作业在系统中存在的标志。
包含:
作业标识、...P88
3.作业进入系统时-->
“作业注册”程序为其建立作业控制块-->
放到作业后备队列(外存)-->
调度作业进入内存
4.作业的4种状态:
提交状态、后备状态、运行状态(对应的进程有3种状态)、完成状态
5.作业调度的任务:
(1)接纳多少个作业:
取决于多道程序度
(2)接纳哪些作业:
取决于调度算法
调度时机:
内存中的进程数小于多道度
6.进程的响应时间(作业的周转时间):
完成时间-到达时间或服务时间+等待时间
平均周转时间:
N个的和除以N
带权周转时间:
(服务时间+等待时间)/服务时间或1+等待时间/服务时间
平均带权周转时间:
7.调度算法(4种都可用于作业调度或进程调度)
(1)先来先服务(FCFS)只能非抢占式
(2)短进程优先(SJF):
有效降低作业的平均周转时间;
对长作业不利
(3)优先级调度算法(PSA)
(4)高响应比优先调度算法(HRRN):
优先级随等待时间延长而增加
优先权=(服务时间+等待时间)/服务时间或1+等待时间/服务时间
必须等某个进程完成时,才重新计算优先权,即运行某进程过程中有新进程到达也不会重新调度
后面3个对于作业只能非抢占式;
对于进程,可抢占式或非抢占式
8.题目未说明时,默认是非抢占式。
1.非抢占式:
调度时机为
(1)进程运行完毕
(2)进程I/O请求(3)执行Block原语
抢占式:
抢占原则
(1)优先权
(2)短进程优先(3)时间片
2.调度算法
(1)轮转调度算法:
基于时间片
(2)优先级调度算法
(3)多队列调度算法:
多个就绪队列,不同队列采用不同的调度算法
(4)多级反馈队列调度算法:
对于长作业,往后时间片越长,得到的处理时间越长
(5)最低松弛度优先算法:
松弛度=必须完成时间-需要服务时间
1.可重用性资源(打印机):
请求资源-->
获得资源-->
释放资源
可消耗性资源(通信中的消息):
进程运行期间动态创建和消耗的,不再返回
可抢占性资源(CPU、内存)
不可抢占性资源(打印机):
可能引起死锁
2.引起死锁的3个原因:
(1)竞争不可抢占性资源
(2)竞争可消耗性资源(3)进程推进顺序不当(不安全区D)
3.产生死锁的必要条件:
(1)互斥条件
(2)请求和保持条件(3)不可抢占条件(4)循环等待条件(产生回路)
4.处理死锁的方法:
(1)预防死锁
(2)避免死锁(3)检测死锁(4)解除死锁
5.预防死锁:
破坏其中一个条件
(1)互斥条件不能破坏还应保持
(2)破坏请求和保持条件:
A.一次性申请所需全部资源B.申请部分资源,用完释放,然后继续申请(资源静态分配)
(3)破坏不可抢占条件:
提出新的资源请求时,必须释放自己已保持的所有资源(好像被抢占了)
(4)破坏循环等待条件:
每个进程按序号递增的顺序请求资源(资源有序分配)
6.避免死锁:
防止系统进入不安全状态
(1)系统安全状态:
分配资源后,系统能按一安全序列推进
(2)银行家算法:
二维数组A.表示每个进程对每个资源的最大需求量
B.表示每个进程对每个资源已分配到的
C.表示每个进程对每个资源还需要的
一维数组A.表示每类资源的可分配数available
B.表示每个资源当前可分配数(即加上某个进程运行完,释放后的资源数)work
C.表示每个进程能否获得足够资源而运行finish
算法思路:
P112-114
7.检测死锁:
(1)资源分配图
(2)死锁定理:
S为死锁的充分条件:
当且仅当S状态的资源分配图是不可完全简化的
8.解除死锁:
(1)抢占资源
(2)终止(撤销)进程
方法:
A.终止所有进程
B.逐个终止进程:
付出代价最小的死锁解除算法P117-118
第四章存储器管理
均称为传统存储器管理方式,具有2个特点:
一次性和驻留性P153
1.存储系统至少3级:
最高层为CPU寄存器,内存,最底层为辅存。
2.可执行存储器:
寄存器和内存。
3.进程访问可执行存储器:
使用一条load或store指令即可
访问辅存:
需通过I/O设备
4.程序的装入方式
(1)绝对装入方式:
单道环境程序的相对地址(逻辑地址)与内存地址完全相同
(2)静态可重定位装入方式:
多道环境在装入时对目标程序中指令和数据地址进行修改,以后不再改变。
(3)动态运行时的装入方式:
程序运行过程在内存的位置经常会改变装入内存,地址转换推迟到程序运行时才进行。
A.工作原理:
增设一个重定位寄存器,存放程序在内存中的起始地址-->
真正访问内存地址=相对地址+寄存器中的地址
-->
程序移动时,只需修改寄存器中的起始地址
B.在“紧凑(拼接)”时,要用到。
(二)连续分配存储管理方式
1.单一连续分配:
单道环境内存分为系统区(多放在低址)和用户区
2.固定分区分配:
多道环境内存划分为若干个固定大小的区域,一个区域装入一道作业
(1)a.分区大小相等b.分区大小不等
(2)地址映射:
采用静态重定位
(3)缺点:
造成大量的内部碎片
(4)数据结构:
分区使用表包括分区号、大小、起址、状态。
3.动态分区分配(可变分区分配):
(1)分区分配:
按需划分分区回收:
合并回收
(2)数据结构:
空闲分区表包括分区号、大小、起址、状态(全都是未分配)
空闲分区链双向的
(3)分配:
P128下面
回收:
P129注意不同合并方式会对空闲分区表的修改不同
(4)基于顺序搜索的动态分区分配算法
A.首次适应算法:
每次分配从头顺序查找,找到大小可以满足为止
特点:
优先利用内存地址空闲区,保留了高址的大空闲区
低址不断被划分,产生许多碎片;
查找效率低
对固定分区:
整体分配,易形成内碎片
对可变分区:
按需划分,易形成外碎片
B.循环首次适应算法:
循环的,从上次找到的位置往下查找
使内存的空闲分区分布得更均匀
缺乏大的空闲分区
C.最佳适应算法:
所有空闲分区从小到大形成空闲分区链
留下许多碎片
内碎片小
易形成外碎片
D.最坏适应算法:
所有空闲分区从大到小形成空闲分区链
产生碎片的可能性最小;
查找效率高
内碎片大
剩余分区可再次利用
(5)基于索引搜索的动态分区分配算法
A.快速适应算法:
相同容量的空闲分区形成一个空闲分区链设置索引表查找
不会对任何分区产生分割,不会产生内存碎片
在分配分区时,以进程为单位,一个分区只属于一个进程,或多或少存在浪费
B.伙伴系统:
原理、分配、回收、计算伙伴地址P132
C.哈希算法:
建立哈希函数,构造哈希表
4.动态重定位分区分配算法:
与3(3)基本相同,差别仅在于增加了紧凑的功能
(三)对换
1.对换:
进程或程序和数据:
内存<
-->
外存
2.对换的类型:
(1)整体对换(进程对换):
整个进程为单位对换
(2)页面/分段对换(部分对换):
以进程的一个页面或分段为单位对换
目的:
支持虚拟存储系统
3.磁盘空间分为文件区和对换区(对换空间)
文件区:
离散分配
对换区:
按需分配(分配算法上面4种都可以)、合并回收
4.进程的换进换出的选择标准P137
换出:
换到无阻塞进程为止
换入:
第一个换“就绪”且换出时间最久的进程,继续换到无处于“就绪且换出”状态的进程为止
(四)分页存储管理方式:
提高内存利用率
1.程序分为若干固定大小的页面,内存同样称为物理块(页框)
2.页面大小应为2的幂,通常为1KB-8KB
3.地址结构:
页号P+页内地址W(一维的)
若页面的大小为L,则逻辑地址LA=P*L+W
4.每个进程一张页面映像表(页表):
存放在内存里,实现从页号到物理块号的地址映射
页表大小=表项数*表项大小P139
5.地址变换机构:
实现从逻辑地址到物理地址的转换
6.页表寄存器:
存放页表始址+页表长度
进程未执行时,页表始址+页表长度放在本进程PCB中-->
执行时,装入页表寄存器
7.查找过程(2次访问内存):
页表寄存器-->
页表(内存里)-->
得到内存物理地址,到内存取指令
8.具有快表(联想寄存器):
先查快表看能否命中,未能命中则查完页表后还要修改快表
9.查快表t1,查页表和取指令t2:
若同时查块表和页表:
命中:
t1+t2
未命中:
t2+t1(修改快表)+t2
若命中率为h,可得有效访问内存的时间:
h*t1+(1-h)*(t2+t1)+t2
(五)分段存储管理方式:
满足用户编程和使用的要求
1.作业分为若干个大小不同的段
2.一个作业最多64K个段,每个段最大长度为64KB
段号+段内地址(二维的)
段号太大,段表中找不到则表示越界;
段内地址太大,超过段表中目的段的大小,则表示段内越界。
4.每个进程一张段映射表(段表):
存放在内存里,每个表项包含一个段的起始地址(基址)+该段的长度
段表寄存器,存放段表始址+段表长度
6.查找过程(2次访问内存):
段表寄存器-->
段表(内存里)-->
7.具有联想寄存器的:
与分页式相同
8.分页与分段的区别:
P148(重)
(六)段页式存储管理方式
1.程序分成若干段,每个段再分成若干页
2.地址结构:
段号+段内页号+页内地址(二维的)
3.需要段表寄存器、段表、页表:
每个进程一张段表,段表包含页表始址+页表大小
4.查找过程(3次访问内存):
找段表(内存里),得到该段对应的页表起始地址-->
找页表(内存里),得到该页的物里块号-->
形成物理地址,到内存取指令
5.具有联想寄存器的:
第五章虚拟储存器
原理:
局部性原理(时间局部性、空间局部性)
(一)概述
1.虚拟储存器:
具有请求调入功能和置换功能,从逻辑上对内存容量扩充
2.特征:
多次性、对换性、虚拟性
3.实现虚拟储存器的基础:
离散存放、多次装入
(二)请求分页存储管理方式
1.页表增加4个字段:
状态位(该页是否已调入内存)、访问位(访问次数或多久未访问)、
修改位(有被修改的置换时要写回外存)、外存地址
2.缺页中断机构:
指令执行期间,发现要访问的指令或数据不在内存,马上发出中断
这种属于陷进(软中断),之前打印机那些是硬中断
3.地址变换过程P158(重)注意最后必有“修改访问位和修改位”这一步骤
4.最小物理块数:
进程能正常运行的最小物理块数
5.内存分配策略:
(1)固定分配局部置换
固定分配:
为每个进程分配固定数目的物理块,不再改变
局部置换:
只能从分配给该进程的页面中选一页换出
(2)可变分配全局置换
(3)可变分配局部置换
一进程运行时缺页率很低,可以减少分配给该进程的物理块数
6.物理块分配算法
(1)平均分配算法:
平均分配给各个进程
(2)按比例分配算法:
按进程大小
(3)考虑优先级的分配算法
7.页面调入策略
(1)何时调入
A.预调页策略:
将预计不久后会被访问的页面预先调入内存,可用于首次调入时
B.请求调页策略:
缺页请求时再调入,一次只调入一页
(2)何处调入
UNIX方式:
从未运行过的,从文件区调入
置换在对换区的,从对换区调入
8.缺页率:
访问页面失败的次数F/访问页面总次数A
(三)页面置换算法
1.最佳置换算法(无法实现的):
换出未来最迟被访问的页面
2.先进先出置换算法:
可能产生Belady异常,即分配的页面数越多,缺页率反而越多
原因:
先进的一般都是经常被访问的
3.最近最久未使用置换算法(LRU):
需要移位寄存器或栈两个硬件之一的支持
移位寄存器:
每个在内存的页面配置一个R=Rn-1Rn-2...R1R0
进程访问某物理块时,将相应的寄存器的Rn-1位置1。
每隔一段时间寄存器右移一位。
最小数值那个就是最近最久未使用的页面。
栈:
栈顶总是最近访问的页面号(命中时调到栈顶),栈低总是最久的(置换时从栈底淘汰)
4.最少使用置换算法(LFU):
即看访问次数最少的
采用移位寄存器方式:
每次访问某页,将该寄存器最高位置1,每隔一段时间右移一位。
最小数值那个就是最少使用的页面。
5.简单的Clock置换算法(最近未用算法NRL):
每页设置访问位(A),将内存中所有页面构成循环队列。
某页被访问时,访问位置1
置换时,若访问位为0则换出,为1则改为0
改进的Clock置换算法:
多了修改位(W),修改为为1表示修改过
第一步:
优先置换“A=0,W=0”的页面,不改变访问位A
第二步:
找“A=0,W=1”的页面,同时将A=1的改为A=0
第三步:
重复第一步
6.页面缓冲算法(PBA):
(1)影响页面换进换出效率的因素
A.页面置换算法B.写回磁盘的频率C.读入内存的频率
(2)算法原理:
A.空闲页面链表:
用于分配给频繁缺页的进程、一个未被修改的页面(有数据)要换出时,不换出,接到该链末尾
B.修改页面链表:
一个已修改的页面要换出时,不换出,接到该链末尾,方便集中写回磁盘
(四)抖动与工作集
1.工作集:
某段时间内,进程实际所要访问页面的集合
不同时间的工作集大小不同,所含的页面数也不同P171
2.抖动
(1)产生原因:
进程太多,缺页频繁,CPU效率急剧下降(进程处于“抖动”状态)
(2)产生前提:
采取可变分配+全局置换
(3)预防方法:
A.采取局部置换策略
B.把工作集算法融入到处理机调度中
调入作业之前,检查每个进程在内存的驻留页面是否足够多。
C.利用“L=S”准则调节缺页率P172
D.选择暂停的进程:
挂起若干进程
第六章
(一)I/O系统
1.I/O系统的层次结构:
从下往上:
硬件-->
中断处理程序-->
设备驱动程序-->
设备独立性软件-->
用户层软件
2.I/O系统的上、下接口:
I/O系统接口、软件/硬件接口(下面就是硬件部分了)
3.I/O系统的分层:
设备独立性软件
4.I/O系统接口:
有3种
(1)块设备接口
A.块设备:
以数据块为单位(磁盘)特点:
传输速率高;
可寻址;
磁盘设备的I/O常采用DMA方式
B.块设备接口特征:
隐藏了磁盘的二维结构(磁道号+扇区);
将抽象的命令映射为底层操作
(2)流设备接口
A.流设备:
以字符为单位(键盘、打印机)特点:
传输速率低;
不可寻址;
流设备的I/O常采用中断驱动方式
B.程序用get和put操作,只能顺序存取
C.大多数流设备属于独占设备(互斥方式),要提供打开/关闭操作。
(3)网络通信接口
(二)硬件部分
1.I/O设备的类型:
存储设备和I/O设备、低速设备(键盘、鼠标)和中速设备(打印机)和高速设备(磁盘、光盘)
2.设备控制器(控制一个或多个I/O设备)
(1)三部分组成:
A.设备控制器与CPU的接口(并行):
数据总线-->
DR:
设备
C/S:
设备-->
CPU
启动:
CPU-->
地址总线:
设备名-->
译码电路(I/O逻辑)-->
接口
控制总线:
操作码-->
译码电路-->
CR
B.设备控制器与设备的接口(串行):
数据线:
设备<
DR
状态线:
C/S
控制线:
C/S-->
C.译码电路(I/O逻辑):
实现对设备的控制
上面2个译码功能+并行--(分解)-->
<
--(组装)--串行
(2)CPU启动一个设备的过程:
启动命令-->
设备控制器
地址(即要选哪个设备)--地址线-->
设备控制器-->
I/O逻辑进行译码-->
选中设备
(3)设备-->
数据准备;
DR-->
内存:
数据传送
(4)设备控制器的功能:
A.接收和识别命令
B.数据交换
C.标识和报告设备的状态
D.地址识别(设备控制器可连接多个设备、其里面也有很大寄存器,都需要地址)
E.数据缓冲区
F.差错控制
3.I/O通道(特殊处理机)
(1)在CPU与设备控制器之间目的:
建立独立的I/O操作
(2)过程:
CPU发I/O指令-->
通道-->
内存中取对应的通道程序并执行-->
完成后,向CPU发中断信号
(3)通道与CPU共享内存(其通道程序放在内存)
(4)通道的类型:
A.字节多路通道:
每个字通道连接一个设备,按时间片轮转共享主通道适合低速设备
B.数组选择通道:
每次只允许一个设备传输数据
C.数组多路通道
(三)设备驱动程序
1.设备驱动程序的功能:
A.将命令中的抽象要求转换为与设备相关的底层操作
B.检查I/O请求的合法性,设置设备的工作方式
C.启动I/O设备
D.及时响应设备控制器发来的中断请求,调用相应的中断处理程序
2.设备驱动程序的特点:
A.用汇编语言编写
B.允许可重入
3.设备处理方式:
A.每类设备一个进程来控制
B.整个系统一个进程或一个输入一个输出共2个进程
C.不设置进程(常用)
4.设备驱动程序的处理过程:
将抽象要求转换为具体要求-->
对服务请求进行校验-->
检查设备的状态-->
传送必要的参数
启动I/O设备
启动后,驱动程序把控制返回给I/O系统,自己阻塞起来,直到中断到来被唤醒
I/O操作是在设备控制器的控制下进行,实现处理机与I/O设备的并行操作
5.对I/O设备的控制方式
(1)轮询的可编程I/O方式:
数据传送过程中,CPU一直查询
CPU与设备、设备之间只能串行工作
(2)中断的可编程I/O方式(以字节为单位传送数据):
数据传送过程中,CPU干别的事,传送好控制器通过控制线发中断给CPU,CPU取走数据写入内存
能并行工作
(3)直接储存器访问方式(DMA方式):
A.以数据块为单位、直接从设备到内存、在控制器的控制下不用经过CPU
B.DMA控制器:
三部分组成:
DMA控制器与主机的接口、与设备的接口、I/O控制逻辑
含有4个寄存器:
数据寄存器DR、控制/状态寄存器CR、数据计数器DC、内存地址寄存器MAR
C.工作过程:
CPU要读磁盘-->
发命令给磁盘控制器-->
设置CR、DC、MAR,磁盘源地址送至DMA控制器的I/O控制逻辑-->
启动DMA控制器,进行数据传送-->
读一个字节送至DR后,挪用一个存储器周期,送至内存,MAR+1,DC-1-->
传送完,DMA控制器发中断请求-->
CPU处理中断-->
以后调度到进程
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