操作系统复习提纲Word格式.docx

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进程是执行中的程序。

此外进程的动态性还体现在如下两个方面：

首先，进程是动态产生、动态消亡的；

其次，在进程的生存期内，其状态处于经常性的动态变化之中。

（3）独立性：

进程是调度的基本单位，它可以获得处理机并参与并发执行。

（4）交往性：

进程在运行过程中可能会与其它进程发生直接或间接的相互作用。

（5）异步性：

每个进程都以其相对独立、不可预知的速度向前推进。

（6）结构性：

每个进程有一个控制块PCB。

进程和程序的相同点：

程序是构成进程的组成部分之一，一个进程存在的目的就是执行其所对应的程序，如果没有程序，进程就失去了其存在的意义。

进程与程序的差别：

（1）程序是静态的，而进程是动态的；

（2）程序可以写在纸上或在某一存储介质上长期保存，而进程具有生存期，创建后存在，撤销后消亡；

（3）一个程序可以对应多个进程，但一个进程只能对应一个程序；

例如，一组学生在一个分时系统中做C语言实习，他们都需要使用C语言的编译程序对其源程序进行编译，为此每个学生都需要有一个进程，这些进程都运行C语言的编译程序。

另外，一个程序的多次执行也分别对应不同的进程。

2、进程状态及其转换（具有挂起状态）

就绪:

当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要在获得CPU，便可立即执行，进程这时的状态就称为就绪状态。

在一个系统中处于就绪状态的进程可能有多个，通常将他们排成一个队列，称为就绪队列。

执行状态:

进程已获得CPU，其程序正在执行。

在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态；

再多处理机系统中，则有多个进程处于执行状态。

阻塞状态:

正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，亦即程序的执行受到阻塞，把这种暂停状态称为阻塞状态，有时也称为等待状态或封锁状态。

3、PCB的概念、作用、内容、组织方式

进程控制块（ProcessingControlBlock），是操作系统核心中一种数据结构，主要表示进程状态。

其作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据），成为一个能独立运行的基本单位或与其它进程并发执行的进程。

或者说，OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。

PCB通常是系统内存占用区中的一个连续存区，它存放着操作系统用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息，它使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序成为一个能独立运行的基本单位或一个能与其他进程并发执行的进程。

组织方式:

线性表方式,链接表方式,索引表方式;

内容:

1、进程标识符name：

每个进程都必须有一个唯一的标识符，可以是字符串，也可以是一个数　　字。

2、进程当前状态status:

说明进程当前所处的状态。

为了管理的方便，系统设计时会将相同的状态的进程组成一个队列，如就绪进程队列，等待进程则要根据等待的事件组成多个等待队列，如等待打印机队列、等待磁盘I/O完成队列等等。

3、进程相应的程序和数据地址，以便把PCB与其程序和数据联系起来。

4、进程资源清单。

列出所拥有的除CPU外的资源记录，如拥有的I/O设备，打开的文件列表等。

5、进程优先级priority：

进程的优先级反映进程的紧迫程度，通常由用户指定和系统设置。

6、CPU现场保护区cpustatus：

当进程因某种原因不能继续占用CPU时（如等待打印机），释放CPU，这时就要将CPU的各种状态信息保护起来，为将来再次得到处理机恢复　　CPU的各种状态，继续运行。

7、进程同步与通信机制用于实现进程间互斥、同步和通信所需的信号量等。

8、进程所在队列PCB的链接字根据进程所处的现行状态，进程相应的PCB参加到不同队列中。

PCB链接字指出该进程所在队列中下一个进程PCB的首地址.9、与进程有关的其他信息如进程记账信息，进程占用CPU的时间等

4、各种进程控制的原语（创建、终止、阻塞、唤醒、激活、挂起）

5、线程的概念、进程与线程的联系与区别

概念：

线程是进程中执行运算的最小单位，是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。

一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。

进程和线程的关系：

（1）一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。

（2）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。

（3）处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程（4）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。

线程是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体.

进程与线程的区别:

（1）调度：

线程作为调度和分配的基本单位，进程作为拥有资源的基本单位

（2）并发性：

不仅进程之间可以并发执行，同一个进程的多个线程之间也可并发执行（3）拥有资源：

进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源，但可以访问隶属于进程的资源.（4）系统开销：

在创建或撤消进程时，由于系统都要为之分配和回收资源，导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。

6、进程同步的概念

我们把在异步环境下并发执行的进程,因直接制约而需要相互等待,相互合作,已达到各进程按相互协调的速度执行的过程称为进程的同步

7、临界资源、临界区的概念

把某段时间内只能允许一个进程使用的资源称为临界资源,把访问临界资源的代码段称为临界区;

8、同步机制原则:

空闲让进,忙则等待,有限等待,让权等待;

9、同步与互斥的各种方法（软件、硬件、信号量（集））

11、管程的概念、用管程解决各种同步问题

一个管程定义了一个数据结构和在此数据结构上能为并发程序所执行的一组操作,这组操作能同步进程和改变管程中的数据;

12、进程通信的概念、消息缓冲队列通信、管道通信、信号通信

进程之间的信息交换就是进程通信;

13、调度方式（抢占、非抢占式）、类型（高、中、低）

14、各种调度算法（FCFS,SJF,RR,优先权法，多级反馈轮转）

15、死锁的概念、产生原因、必要条件、处理方法

所谓死锁是指多个进程因竞争资源而造成的一种僵局（互相等待），若无外力作用，这些进程都将无法向前推进。

原因:

1是系统提供的资源不能满足每个进程的使用需求2是在多道程序运行时,进程的推进顺序不合法;

必要条件:

互斥条件,不剥夺条件,请求且保持条件,环路等待条件;

处理方法:

死锁的预防,死锁的避免（银行家算法）,死锁的检测,死锁的解除（资源剥夺法,撤销进程法,进程回退法）

16、银行家算法、死锁定理

1、连续分配、动态分配算法、回收算法

2、重定位的概念、紧凑

为了实现静态或动态存储分配策略，必须考虑地址的重定位问题。

我们把用户程序装入内存时，对有关指令的逻辑地址部分的修改称为地址重定位，即地址重定位是建立用户程序的逻辑地址与物理地址之间的对应关系。

按实现地址重定位的时机不同，地址重定位又分为两种：

静态地址重定位和动态地址重定位。

3、页式、段式、段页式管理方式、数据结构、地址变换过程

4、可重入码的概念

又称‘纯代码’，是一种允许多个进程同时访问的代码。

进程不能多起修改。

5、虚拟存储器概念、虚存实现方式

虚拟存储技术的基本思想是把有限的内存空间与大容量的外存统一管理起来，构成一个远大于实际内存的、虚拟的存储器。

此时，外存是作为内存的逻辑延伸，用户并不会感觉到内、外存的区别，即把两级存储器当作一级存储器来看待。

一个作业运行时，其全部信息装入虚存，实际上可能只有当前运行所必需的一部分信息存入内存，其它则存于外存，当所访问的信息不在内存时，系统自动将其从外存调入内存。

当然，内存中暂时不用的信息也可调至外存，以腾出内存空间供其它作业使用。

这些操作都由存储管理系统自动实现，不需用户干预。

对用户而言，只感觉到系统提供了一个大容量的内存，但这样大容量的内存实际上并不存在，是一种虚拟的存储器，因此把具有这种功能的存储管理技术称为虚拟存储管理。

实现虚拟存储管理的方法有请求页式存储管理和请求段式存储管理。

6、各种页面置换算法及实现方式（FIFO,LRU,CLOCK）

7、工作集的概念

工作集，就是程序在某一小段时间内所访问的不同页面的集合。

8、Linux中存储管理的实现

9、请求页式和请求段式存储管理的地址变换过程有什么区别？

答：

请求页式和请求段式存储管理的动态地址变换过程有许多相似之处，但两者有着本质上的区别。

主要表现在以下几点：

①请求分页存储管理的作业地址空间是一个单一的线性地址空间；

而分段存储管理的作业地址空间是二维的地址空间。

②请求分页存储管理中，页的大小是固定的，对于分页活动，用户是不可见的；

分段存储管理中，段的大小是不定的，是信息的逻辑单位，用户是可见的。

③请求分页存储管理中，把程序地址分成页号p和页内位移量w是硬件完成的功能；

分段存储管理中，把程序地址分成段号s和段内偏移量d是软件的功能。

1、文件的概念:

存储在外部存储介质上的具有符号名的一组相关信息的集合

2、文件的逻辑结构（流式，记录式）、物理结构（连续式，链接式，索引式）、存取方法（顺序，随机）

记录式:

在逻辑上总是被看成一组顺序的记录集合,是一种有结构的文件组织,它又分成定长记录文件和变长记录文件;

流式:

又称无结构文件,是指文件内部不在划分记录,它是由一组相关信息组合成的有序字符流,长度按字节计算

连续文件:

是基于磁带设备最简单的物理文件结构,它是把一个逻辑上连续的文件信息存放到连续编号的物理块中.链接文件:

把逻辑上连续的文件分散的存放在不同的物理块中,这些物理块既不要求连续也不必规则排列,为了能找到下一个逻辑块所在的物理块,可在各物理块中设立一个指针（称为连接字）,它指向该文件的下一个物理块;

索引文件:

是实现非连续分配的另一种方案,系统为每个文件建立一个索引表,其中的表项指出存放该文件的各个物理块号,而整个索引表由文件说明向指出;

顺序存取:

是指从文件开始处顺序读取文件中所有字节或记录,不能跳过某些内容,也不能非顺序存取,即按照逻辑顺序依次存取文件中的内容;

随机存取:

也称直接存取,是根据需要任意存取文件中的任何块或记录,现对文件进行选点,到达指定位置在开始读写

3、文件控制块、索引节点、树型目录结构

每个文件的目录项又称文件控制块（fcb）包含如下内容:

（1）有关文件的存取控制信息

（2）有关文件的结构信息（3）有关文件使用的信息（4）有关文件管理的信息

为了减少检索文件访问的物理块数,UNIX文件系统把文件目录项中的文件名和其他管理信息分开,后者单独组成定长的一个数据结构称为索引节点,该索引节点的编号称为索引号

树形目录结构:

也叫多级目录是二级目录的推广,在树形目录结构中,有一个根目录和许多分目录.分目录不但可以包含文件,而且还可以包含下一级的分目录,这样依次下去就形成了多级层次目录;

优点:

既可以方便用户查找文件,又可以把不同类型和不同用途的文件分类;

允许文件重名;

利用树形结构关系,可以更方便的制定保护文件的存取权限,有利于文件的保护;

缺点:

不能直接支持文件或目录的共享;

4、建立目录的过程、目录查询技术

5、文件共享与保护措施

6、文件的打开过程、打开的作用、读写过程

首先,操作系统根据文件名a，在系统文件打开表中查找

第一种情况：

如果文件a已经打开，则在进程文件打开表中为文件a分配一个表项，然后将该表项的指针指向系统文件打开表中和文件a对应的一项;

然后再PCB中为文件分配一个文件描述符fd，作为进程文件打开表项的指针,文件打开完成。

第二种情况：

如果文件a没有打开，查看含有文件a信息的目录项是否在内存中，如果不在，将目录表装入到内存中，作为cache；

根据目录表中文件a对应项找到FCB在磁盘中的位置；

将文件a的FCB装入到内存中的Activeinode中；

然后在系统文件打开表中为文件a增加新的一个表项，将表项的指针指向ActiveInode中文件a的FCB；

然后在进程的文件打开表中分配新的一项，将该表项的指针指向系统文件打开表中文件a对应的表项；

然后在PCB中，为文件a分配一个文件描述符fd，作为进程文件打开表项的指针,文件打开完成。

文件打开的作用:

当一个文件被打开使用时，其FCB中的信息需要经常地被访问。

如果每次访问FCB都去读写外存，则速度会大大地降低。

为了解决这一问题，在内存中设立系统打开文件表，将文件对应的FCB读入内存并保存在该表中,以备需要时使用由于文件是可共享的，多个进程可能会同时打开同一文件，而其打开方式可能是不同的，当前的读写位置通常也是不一样的。

读文件1、进程调用库函数向内核发起读文件请求；

2、内核通过检查进程的文件描述符定位到虚拟文件系统的已打开文件列表表项；

3、调用该文件可用的系统调用函数read（）3、read（）函数通过文件表项链接到目录项模块，根据传入的文件路径，在目录项模块中检索，找到该文件的inode；

4、在inode中，通过文件内容偏移量计算出要读取的页；

5、通过inode找到文件对应的address_space；

6、在address_space中访问该文件的页缓存树，查找对应的页缓存结点：

（1）如果页缓存命中，那么直接返回文件内容；

（2）如果页缓存缺失，那么产生一个页缺失异常，创建一个页缓存页，同时通过inode找到文件该页的磁盘地址，读取相应的页填充该缓存页；

重新进行第6步查找页缓存；

7、文件内容读取成功。

写文件:

前5步和读文件一致，在address_space中查询对应页的页缓存是否存在：

6、如果页缓存命中，直接把文件内容修改更新在页缓存的页中。

写文件就结束了。

这时候文件修改位于页缓存，并没有写回到磁盘文件中去。

7、如果页缓存缺失，那么产生一个页缺失异常，创建一个页缓存页，同时通过inode找到文件该页的磁盘地址，读取相应的页填充该缓存页。

此时缓存页命中，进行第6步。

8、一个页缓存中的页如果被修改，那么会被标记成脏页。

脏页需要写回到磁盘中的文件块。

有两种方式可以把脏页写回磁盘：

（1）手动调用sync（）或者fsync（）系统调用把脏页写回

（2）pdflush进程会定时把脏页写回到磁盘

7、外存分配方式（连续式，链接式，索引式）

8、文件存储空间管理（表、链、位示图、成组链接）

空闲表法属于连续分配方式,它与内存的动态分配方式相似,它为每个文件分配一块连续的存储空间.系统为外存上的所有空闲区建立一张空闲表,每个空闲区对应一个空闲表项,其中包括表项序号,该空闲区的第一个盘块号,该区的空闲盘块数等信息,再将所有的空闲区按其起始盘块号递增的次序排序;

空闲盘区的分配与内存的动态分配类似,同样可采用首次适应算法,循环首次适应算法等;

空闲链表法:

是将所有空闲盘区拉成一条空闲链表.根据构成链所用基本元素的不同,可分为:

空闲盘块链和空闲盘区链.

空闲盘块链是将磁盘上的所有空闲分区，以盘块为单位拉成一条链，当用户创建文件请求分配存储空间时，系统从链首开始，依次摘下适当数目的空闲盘块分配给用户；

当用户删除文件时，系统将回收的盘块依次加入到空闲盘块链的末尾。

空闲盘区链是将磁盘上的所有空闲盘区（每个空闲盘区可包含若干个盘块）拉成一条链。

在管理的线性表中，每一个表项对应一个空闲区，增加一项存放指向空闲块的指针，将磁盘上的所有空闲区（可包含若干个空闲块）拉成一条链。

每个空闲区上除含有用于指示下一个空闲区的指针外，还有本盘区大小（盘块数）的信息。

位示图法:

本方法利用二进制的一位来表示磁盘中一个盘块的使用情况，磁盘上所有的盘块都有与之对应的一个二进制位。

当其值为0时，表示对应的盘块空闲，当其值为1时，表示对应的盘块已经分配。

成组链表法:

空闲表法和空闲链表由于空闲表太长而不适合大型文件系统的使用。

成组链接法是两种方法相结合的一种管理方法，兼备了两种方法的优点而克服了两种方法的缺点。

其大致的思想是：

把空闲的n个空闲扇区的地址保存在第一个空闲扇区内，其后一个空闲扇区内则保存另一顺序空闲扇区的地址，以此类推，直至所有空闲扇区都予以链接。

以下以UNIX操作系统为例，说明成组链接法的原理。

（1） 

UNIX操作系统采用索引结构存放文件物理块的地址

在UNIX 

操作系统中，一个块定义为512 

bytes,每一个文件对应一个唯一的机内代码，称为i节点，在文件的i节点中，放有存放文件的物理块号，由对应文件的逻辑字节偏移量计算出逻辑块号后，就可搜索i节点的地址索引结构而得文件的物理块号。

（2） 

UNIX 

system 

的i节点中，定义有一个40字节长的字符数组。

由于每个物理块占用3个字节，因此，此字符组最多可以放下13个物理块号。

显然，对于大于13个物理块（6.5KB）的文件，i节点中的索引数组将无法存放所有的物理块号。

（3） 

UNIX系统把文件分为小型、中型、大型和巨型四种。

（4） 

系统文件的物理结构如图1

（5）UNIX的空闲块管理也使用类似的方法

9、改善文件系统性能的方法

减少磁盘的访问次数,采用合适的缓存,调度和提前读取的方法

10、文件系统应具备的主要功能

实现文件的按名存取,分配和管理文件的存储空间,建立并维护文件目录,提供合适的文件存取方法,实现文件的共享与保护,提供用户使用文件的接口

11、Linux中文件系统的实现（虚拟文件系统）157页

第五章 

设备管理

1、I/O控制方式（程序，中断，直接存储器存取，通道）

2、输入输出硬件组织（设备，设备控制器，通道）

3、输入输出软件组织及各层次的处理过程（中断处理，设备驱动，设备无关，用户层）

4、缓冲区的管理方式

5、设备分配流程:

分配设备,分配控制器,分配通道（独占设备）

6、SPOOLing技术:

是在多道程序设计中将一台独占设备改造为共享设备的一种行之有效的技术;

特点是:

提高了I/O速度;

将独占设备改造为共享设备;

实现了虚拟设备功能

7、设备独立性（设备无关性）及实现

含义:

用户编写的应用程序独立于具体使用的物理设备,即使设备更换了,应用程序也不会改变

为了实现设备独立性而引入了逻辑设备和物理设备这两个概念。

在应用程序中，使用逻辑设备名称来请求使用某类设备；

而系统在实际执行时，还必须使用物理设备名称。

因此，系统须具有将逻辑设备名称转换为某物理设备名称的功能，这非常类似于存储器管理中所介绍的逻辑地址和物理地址的概念。

8、磁盘存储器管理（磁盘调度算法，提高磁盘效率的方式）

先来先服务,最短寻道时间优先,扫描算法,循环扫描算法;

提前读,延迟写,优化物理块的分布,虚拟盘;

第六章系统安全

安全保护机制:

身份认证（口令,物理鉴别）

访问控制技术（访问控制矩阵,访问权限表,保护域）

最小特权管理（用户特权,文件特权,进程的特权）

安全审计（审计事件,审计日志,审计过程）

数据加密技术（置换表加密算法,对称加密算法,非对称加密算法）