操作系统考试复习考点文档格式.docx
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供进程调度时间使用,描述了进程当前所处的状态,如进程名,进程号。
。
现场信息:
刻画进程的运行状况
4、各种进程控制的原语(创建、终止、阻塞、唤醒、激活、挂起)
源语:
通常由若干指令组成的,用来实现某个特定的操作
创建源语:
一个进程可以使用创建源语创建一个新的进程,前者称为父进程,后者称为子进程。
撤销源语:
当一个进程完成任务后,应当撤销他,以便及时释放它所占用的资源,撤销进程的实质就是撤销PCB一旦撤销PCB,进程就消亡了。
阻塞源语:
某个进程执行过程中,需要执行I/O操作,则由该进程调用阻塞源语把进程从运行状态转换为阻塞状态
唤醒原语:
一个进程因为等待事件发生而处于等待状态,当等待事件完成后,就用唤醒原语将其变换为就绪状态。
5、线程的概念、进程与线程的联系与区别
线程:
是系统独立调度和分派的基本单位,其基本上不拥有系统资源,只有少量资源(IP,寄存器,栈),但共享其所属进程所拥有的全部资源。
进程与线程的联系:
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.
线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源.
区别:
一个线程可以创建和撤销另一个线程;
同一个进程中的多个线程之间可以并发执行
6、进程同步的概念
进程同步:
是指进程之间一种直接的协调工作关系,是一些进程相互合作共同完成一项任务进程间的直接相互作用构成进程的同步。
7、临界资源概念:
系统中一些资源一次只允许一个进程使用,这类资源称为临街资源。
临界区概念:
进程中访为临界资源的那一段程序称为临界区。
8、同步机制原则
一:
描述能力应该足够强,即能解决各种进程间同步互斥问题
二。
:
容易实现并且效率高
三:
使用方便
(9、同步与互斥的各种方法(软件、硬件、信号量(集))
10、经典同步问题):
操作问题:
见书117
11、管程的概念、用管程解决各种同步问题
管程:
关于共享资源的数据及其以上操作的一组过程或共享数据结构及其规定的所有操作。
组成部分:
进入队列操作共享数据初始化代码
同步问题:
见书123
12、进程通信的概念、消息缓冲队列通信、管道通信、信号通信
概念:
高级通信源语不仅保证相互制约的进程之间的正确关系,还同时实现了进程之间的交换。
解决进程之间的通信问题有三种:
共享内存,消息系统,以及管道通信。
消息缓冲通信:
根据消费者生产者原理,利用内存中公用消息缓冲区实现进程之间的信息交换。
信箱通信;
为了实现进程间的通信,设立一个通信机构可以发送接收回答信件作为通信的基本方式,当一个进程希望与另一个进程通信时就创建一个连接两个进程的信箱,通信时发送进程只要把信件投入信箱而接收进程可以在任何时刻取走信件,这种通信方式可以单向和双向信箱通信方式,后者是发送进程要求接收进程予以回答。
管道通信:
以文件为基础,就是连接两个进程之间的一个打开的共享文件,专用于进程之间进行数据通信。
第三章
调度与死锁
1、调度方式(抢占、非抢占式)、类型(高、中、低)
高、中、低三级调度
1、高级调度(作业调度、长程调度、接纳调度)
将外存作业调入内存,创建PCB等,插入就绪队列。
一般用于批处理系统,分/实时系统一般直接入内存,无此环节。
调度特性1.接纳作业数(内存驻留数)
太多―――>
周转时间T长
太少―――>
系统效率低
低级调度(进程调度,短程调度)
主要是由分派程序(Dispatcher)分派处理机。
1.非抢占方式:
简单,实时性差(如win31)
2.抢占方式
(1)时间片原则
(2)优先权原则(3)短作业优先原则。
中级调度(中程)
为提高系统吞吐量和内存利用率而引入的一内------外存对换功能(换出时,进程为挂起或就绪驻外状态)
运行频率:
低>
中>
高。
2.接纳策略:
即采用何种调度算法:
FCFS、短作业优先等
2、各种调度算法(FCFS,SJF,RR,优先权法,多级反馈轮转)
算法实例题目见书(76)
3、实时调度(最早截止时间,最低松弛度)
.最早截止时间优先:
EDF(earliestdeadlinefirst)算法
根据任务的截止时间来确定任务的优先级
截止时间越早,优先级越高
可以是抢占式或非抢占式
松弛度:
若A进程需在200ms时完成,其本身运行需要100ms,当前时刻是10ms,则A的松弛度为:
200-100-10=90
主要用于可抢占的调度方式中
例:
4、多处理机调度(自调度,成组调度)
自调度
各个处理机自行在就绪队列中取任务。
特点;
简单,分布式调度,调度算法可采用前述方法,多个CPU利用率都不错(不会闲)
但:
瓶颈问题,(单队列)
低效性;
(需拷贝现场)
线程切换频繁(当线程合作时,各线程并行的条件不容易满足)
成组调度
优点:
(1)对相互合作的进(线)程组调度,可以减小切换,减小系统开销。
(2)每次分配一组CPU,减少了调度频率。
分配时间
(1)面向程序
(2)面向线程:
使处理机利用率更高。
5、死锁的概念、产生原因、必要条件、处理方法
所谓死锁是指在多道程序系统中,一组进程中的每一个进程均无限期的等待被改组进程中的另一个进程所占有且永远不会释放的资源。
原因:
一,竞争资源,系统提供的资源有限,
不能满足每个进程的需求。
二.多道程序运行时,
进程推进顺序不合理。
表要条件:
互斥使用资源请求和保持资源
不可抢夺资源循环等待资源
处理方法:
死锁预防死锁避免死锁检测,死锁解除
6、银行家算法、死锁定理(见书404)
第四章
存储器管理
1、连续分配、动态分配算法、回收算法
动态分配:
程序要求的内存空间是在目标模
块装入的时确定并分配的,但在程序运行
过程中允许申请附加的内存空间,
和内存中的搬家,即分配工作可以在
程序运行以前及运行过程中逐步完成。
回收:
(1)上邻空闲区:
合并,改大小
(2)下邻空闲区:
合并,改大小,首址。
(3)上、下邻空闲区:
合并,改大小。
(4)不邻接,则建立一新表项。
2、重定位的概念、紧凑
1.动态重定位的引入:
连续式分配中,总量大于作业大小的多个小分区不能容纳作业。
紧凑:
通过作业移动将原来分散的小分区拼接成一个大分区。
作业的移动需重定位。
是动态(因作业已经装入)
3、页式、段式、段页式管理方式、数据结构、地址变换过程(具体情况见书186)
页式:
在程序分配的过程中会产生许多的碎片,碎片的产生就降低了内存资源的利用率,而页式管理器是为了有效的解决这些问题而提出的一种存储管理方案,其基本出发点就是存储分配的连续性,使得一个地址的逻辑地址空间可以分布在若干离散的存储块上,从而达到充分利用内存提高内存利用率的目的。
地址映射过程:
1.地址映射机制把cpu给出的逻辑地址分为两部分:
页号P和业内地址D
2.将逻辑页号P与页表长度器的内容比较,如果P大于等于页表长度L,则为越界,产生地址越界中断
3.根据页表始地址器的寄存内容B得到页表在内存中的首地址并根据逻辑页号P在页表中找到对应的内存块号P’
4.把物理页号与逻辑地址中的页内地址D拼在一起形成访问内存的物理地址。
4、可重入码的概念?
覆盖技术:
实现是把程序划分为若干个功能上相对独立的程序段按其自身的逻辑结构使那些不会同时执行的程序段共享一块内存区域程序段先保存在磁盘上当有关程序段的前一部分执行结束后,把后续程序调入内存覆盖前面的程序段。
5、虚存概念、虚存实现方式
把内存和外存有机地结合使用,从而得到一个容量更大速度足够快的内存,需要的硬件支持为:
1系统有一个容量足够大的外存2.系统有一个一定容量的内存3.硬件提供实现虚,实地址映射的机制。
所谓虚拟存储器的技术指的就是:
当进程开始运行时先将一部分程序装入内存另一部分暂时留在外存,当要执行的命令不存在的时候由系统自动完成将他们从外存调入到内存工作,当没足够的空间的时候系统自动选择部分内存空间将其中原有的内容交换的磁盘上,并释放这些内存空间供其他程序使用。
虚拟存储器的容量由地址结构决定,若地址用N表式则虚拟存储的最大容量为2n
6、各种页面置换算法及实现方式参见书201
7、工作集的概念
根据程序的局部性原理,一般情况下,进程在一段时间内总是集中访问一些页面这些页面称为活跃页面,如果分配给一个进程的物理页面数太少,使该进程所需的活跃页面不能全部装入内存,则进程在运行过程中频繁的发生中断,如果能为进程提供活跃页面数相等的物理页面数则可减少缺页中断的次数,而物理页面大于或与页面时,在增加物理页面分配也不能显著减少交换次数,这个物理页数要求的临界值就称为工作集。
8、请求段式中的分段的共享与保护
第五章
设备管理
1、
I/O的控制方式(程序,中断,直接存储器存取,通道)
方式有:
1.程序的查询方式2.程序中断方式3.输入输出通道方式4.直接传送方式
2、缓冲区的管理方式方式:
第360
3、设备分配流程
独占型设备的分配:
(1)申请1。
根据申请设备类型查询系统设备表找到对应入口2.P(SM)3.查对应的设备表找一空闲设备并分配
(2)使用1.分配通道2.进行I/O传输3.去配通路(3)释放1.根据释放设备类型查系统设备表找到对应入口2.查对用的设备表找到释放设备去分配3V(SM)共享设备的分配:
(1)申请设备及通路
(2)I/O传输。
启动设备,经由选定的通路传输一块数据(3)去配设备及通路
4、SPOOLing技术
假脱机技术,在联机情况下同时出现外围操作作用:
通过缓冲方式,将独占设备改造为共享设备
spooling组成:
1.输入#和输出#:
2.输入buf和输出buf(内存中)3.输入Spi和输出SPo进程。
5、设备独立性及实现
6、磁盘存储器管理(磁盘调度,提高磁盘效率的方式)
磁盘调度;
目标:
减少寻道时间
一、FCFS(FisrtComeFirstSecond)
特点:
简单,寻道时间长,相当于随机访问模式。
二、SSTF(最短寻道优先)
三、扫描算法。
1.进程“饥饿现象”
SSTF存在。
2.SCAN算法:
在移动方向固定的情况下采用了SSTF,以避免饥饿现象
四、循环扫描CSCAN(图9-5):
一个方向读完,不是象SCAN那样回头,而是循环。
访问时间:
2T*T+Smax
五、N—Step—SCAN和FSCAN算法。
1.N—Step—SCAN
粘臂:
由于连续对某磁道访问引起的垄断访问,将磁盘请求队列分为长为N的子队列m个,如下图处理。
当N=1时,为FCFS。
当N时,为SCAN.
2.FSCAN
提高磁盘I/O速度的其它方法:
1.提前读延迟写
访问频率高的磁盘块放在替换队列的尾部,减少回写次数
2.优化物理块的分布:
目的是减小磁头移动距离
3.簇分配方式:
一个簇为多个连续的块
4.虚拟盘(RAM盘)
和磁盘高速缓存区别:
虚拟盘由用户控制;
磁盘高速缓存由系统控制。
第六章
文件系统
1、文件的概念
文件可以被解释为一组带标识的,在逻辑上有完整意义的信息项的序列。
这个标识为文件名信息构成了文件内容的基本单位。
2、文件的逻辑结构、物理结构、存取方法
解释:
文件的逻辑结构就是用户看到的文件组织形式,文件逻辑结构是一种经过抽象结构所描述的是记录在文件中信息的组织形式,文件中的这些信息到底在物理介质上是如何组织存储的与用户没有直接的关系,从用户的角度看文件的逻辑结构可以划分为三类:
无结构的字符流式文件,定长记录文件和不定长记录文件构成的记录树木。
存取方式:
1.顺序存取就是按从前到后的顺序依次访问文件的各个信息项。
2.随即存取又称直接存取,即允许用户根据记录键存取文件的任一记录,或者根据存取命令把读写指针移到指定处读写。
3.按键存取根据给的键或记录明进行的。
4.搜索算法1线性搜索2.散列算法3.二分法搜索
物理结构;
1.顺序结构把逻辑上连续的文件信息依次存放在连续编号的物理块中2.链接结构为每个文件构造磁盘块的链表3.索引结构把每个磁盘中的指针字取出来放在内存的表或索引中,所构成文件的第三种物理结构4I节点结构就是将文件的物理结构信息存放在一个称为I节点的数据结构,在这个数据结构中给出了文件的属性和文件中各块磁盘的地址。
3、文件控制块、索引节点、树型目录结构
文件控制快:
是系统为管理文件而设置的一个数据结构,FCB是文件存在的标志,他记录系统文件所需要的全部信息他通常包括的内容是:
文件名文件号用户名文件地址文件长度文件类型文件属性文件创建日期文件修改日期。
索引节点:
索引结点:
含文件描述信息。
为何引入:
FCB中含:
文件名、描述信息,它们较占空间。
例:
一个FCB为64byte,一个盘块为1024byte,设文件共有3076个,因一个盘块只能放1024/64:
16个FCB,故文件目录占了3076/16=192个块,当要访问某文件,平均调度块数为192/2=96+1=97次。
a.将FCB分为
文件名、i(index)节点指针和相应的i节点,其中文件名和i节点指针占16字节
b.离散存放目录结构
查询时只调入文件名部分,找到后才调入相应节点。
(1)文件主标识;
(2)文件类型;
(3)文件存取权限;
(4)文件物理地址;
(表达出盘块号)(5)文件长度;
(6)连接(共享)计数;
(7)存取时间。
树形目录文件:
除了最低一级的物理块中装有文件信息外其他每一级目录中都存放的都是下一级目录或文件的说明信息由此来形成层次关系最高层为根目录,最低层为文件,根目录是唯一的,由他开始可以查找到所有其他目录文件和普通文件。
他具有以下的特点;
1层次清晰2解决了文件重命名问题3查找搜索速度快
4、建立目录的过程、目录查询技术
建立目录的过程:
1.单级目录结构
(1)新建文件时——>
有无同名——>
加入目录表
(2)删除文件——>
回收块——>
清除占用目录项
(1)简单
(2)速度慢/不允许重名/不便于共享(不能用不同名字访问同一文件)。
2.两级目录结构:
MFD+UFD;
特点:
(1)提高了速度:
如:
n个用户,每用户最多m个文件,则最坏速度为n+m而非n*m
(2)可重名(3)可共享(但不方便)
3.树型目录结构(多级目录)(图6.18)
一、树型目录:
一目录文件中的目录项可为:
目录文件、数据文件
二、路径名:
三、当前目录/工作目录。
四、增/删除(可/不可删除非空目录)
五、链接文件
目录查询技术过程:
文件名——目录项(FCB)或索引结点——盘块号——启动磁盘——驱动程序
5、文件共享与保护措施
文件共享的概念:
不同的用户共同使用一个文件有三种共享形式:
1.文件被多个用户使用,由存取权限控制2文件被多个程序使用但分别用自己的读写指针3.文件被多个程序使用单共享读写指针,通过文件共享可以节省和存储空间减少了用户的工作量,进程还可以通过文件交互信息。
采用了两种方法实现文件的共享,1.I节点,用一个小型数据结构与文件本身关联,目录项将指向该小型数据结构即I节点。
2.符号链表法在这种解决及方案中建立一个类型为LINK的新文件并把该文件放在B的目录下使得他与要共享的文件链接,新的文件只包含了要共享文件的路径名,当B读该链接文件时,操作系统查看到该文件是LINK类型则找到该文件所链接的名字,再去读那个文件。
保护措施:
用于提供文件安全性的特定的一种操作系统机制。
在该机制中,系统对拥有权限的用户,应该让其进行相应的操作,否则禁止该用户的操作,系统同时还要防止其他用户对该文件的操作,同时文件保护机制应该做到:
1.对于拥有读写或执行权限的用户,应让其对文件进行相应的操作2.对于没有读写或执行权限的用户,应禁止这些用户对文件进行相应的操作3.应防止一个用户冒充其他用户对文件进行存取4.应防止拥有存取权限的用户的误用文件。
6、文件的打开过程、打开的作用、读写过程
打开文件的过程:
1.根据文件名查目录,找到FCB主部,2.根据打开方式共享说明和用户身份检查访问的合法性3.根据文件号检查系统打开文件表,看文件是否已经被打开4在用户打开文件表中取一空表项,填写打开方式,并指向系统打开文件表对应表项
打开作用:
是使用文件的第一步,任何一个文件使用前都要先打开,即把FCB送到内存,只有文件被打开以后才可以对文件进行读写操作。
读写文件过程:
读文件系统调用的一般格式为read(文件名,(文件内位置)),要读的长度,内存在的目的地址)1.首相检查长度是否为整数2.根据文件名查找目录3.根据隐含参数的进程主和目录中该文件的存储权限数据检查是否有权读4由文件内位置与要读的长度计算末尾位置5,根据参数中的位置,长度和目录中的映射信息确定块号块数块内位移,与长度。
6.根据下一块号读块至内存缓冲7.根据块内位移长度取出要读的内容送至参数中的内存目的地址8.根据块内长度或起始块号+块数确定是否读下一块。
9.正常返回10错误返回
写文件:
写文件系统调用的一半格式为write(文件名,记录键,内存位置)表示把内存中指定单元数据作为指定键值的一个记录写入指定文件中系统还将为其分配物理块以便把记录写在外存上。
7、外存分配方式(连续式,链接式,索引式)
连续分配:
(磁带,磁盘都可采用)(顺序文件)
每个文件分配一组相邻盘块。
简单
(1)顺序访问容易且速度快,因磁头移动距离小,
(2)要求连续空间,一段时间后需整理磁盘以消除外部碎片。
(3)必须事先知道长度,文件不易动态增长和删除。
文件对应目录项(属性)中包含:
始址、总块数、最后一块字节数
链式分配:
文件离散地分配于各盘块中,以提高外存利用率,文件长度可变,易于增删,只能顺序存取。
对应目录项:
链表的首指针
一、隐式链接
文件目录表中有start块号,每块中有下一块号。
只适合于顺序访问,对随机访问效率低,可靠性差。
簇:
包含多个块的单位,当以它为单位分配并链接,可减少访问时间,但增大了内部碎片
二、显式链接:
把用于链接的指针显式存放在内存的一张表中,查找在内存中进行。
FDT/FCB―――>
FAT----->
块链
索引分配:
一、单级索引;
链接分配问题:
不能高效直接存取;
FAT需占较大的内存。
为每个文件分配一个索引块
(1)文件较大时有利。
文件较小时浪费外存空间(还需为小文件建索引块)
(2)当文件较大时,索引块太多,查找速度减慢
解决:
当索引太大时,则需建立多级索引二、多级索引
两级:
设一个盘块大小为1k,每个盘块号占4byte。
则2级索引存放的文件的盘块号总数为:
256×
256=64k,故文件的最大长度为64M
三、混合分配方式(UNIX系统)
一、二、多级索引合用
设每个块大小为4k,一索引项占4字节,则1.直接地址:
小文件(<
40k)则立即读出;
2.一次间址:
4M;
3.多次寻址:
4G->
4T。
8、文件存储空间管理(表、链、位示图、成组链接)
空闲表法:
分配:
首次/循环首次/最佳/最坏
判断是否合并。
由于连续分配比较快,因此对对换空间及小文件的管理适用。
空闲链表法:
1.空闲盘块链
缺点:
可能该链很长。
2.空闲盘区链:
一个盘区含多个盘块,类似于内存分区分配与回收(合并)。
位示图法(可采用连续或离散分配)
1.位图
2.盘块的分配:
(1)顺序扫描,找一个或一组=0的块。
(2)根据找到的行/列得以盘块号。
B=n(i-1)+j(3)修改位图。
3.回收
(1)由磁块号得(i,j)
i=(b-1)divn+1j=(b-1)modn+1
(2)修改位图:
因不占空间,可放入内存,易于访问。
成组链接法(UNIX)
一、空闲盘块的组织。
空闲盘块号栈:
二、空闲盘块的分配与回收
到s.free(0)时,由于该块内容为下一组的盘号,将内容加入空闲盘块号栈中,再分配。
到s.free(100)时,将空闲盘块栈中内容放入新到的回收块中,将该回收块作为栈底。
9、改善文件系统性能的方法
常见的方法有:
1.块高速缓存2.合理分配存储空间3.磁盘的驱动调度(具体解释见书291)
第七章
操作系统接口
1、重定向概念
2、管道概念
管道:
连接一个读进程和一个写进程之间通信的共享文件。
(了解)功能:
大量的数据发收。
注意:
(1)互斥
(2)同步(3)对方是否存在
发送—接收进程之间的关系:
(1)一对一关系;
(2)多对一关系;
(3)一对多关系;
(4)多对多关系:
公用信箱。
3、系统调用概念、系统调用过程
就是用户在程序中调用操作系统提供的一些子功能。
调用过程见书87
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