操作系统总复习.docx
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操作系统总复习
第1章绪论计算机系统都是由两部分组成:
计算机硬件和计算机软件。
计算机系统都是由两部分组成计算机软件包括:
系统软件和应用软件。
计算机软件包括。
引入操作系统的目的可从三方面来考察:
引入操作系统的目的可从三方面来考察
(1)从系统管理人员的观点来看:
引入操作系统是为了合理地组织计算机工作流程,管理和分配计算机系统硬件及软件资源,使之能为多个用户高效率地共享。
(2)从用户的观点来看:
引入操作系统是为了给用户使用计算机提供一个良好的界面,以使用户无需了解许多有关硬件和系统软件的细节,就能方便灵活地使用计算机。
(3)从发展的观点看:
引入操作系统是为了给计算机系统的功能扩展提供支撑平台,使之在追加新的服务和功能时更加容易和不影响原有的服务与功能。
操作系统定义为:
操作系统定义为操作系统是计算机系统中的一个系统软件,它是这样一些程序模块的集合——它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源,合理地组织计算机工作流程,以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工作环境,从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。
个功能:
操作系统的5个功能:
①处理机管理、②存储管理、③设备管理、④信息管理(文件系统管理)、⑤用户接口研究操作系统的几种观点:
研究操作系统的几种观点:
①操作系统是计算机资源的管理者、②用户界面的观点、③进程管理观点、第2章操作系统用户界面作业的定义:
作业的定义:
在一次应用业务处理过程中,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称为一个作业,它由程序、数据和作业说明书组成。
作业的阶段:
作业的阶段:
作业的提交、后备、执行以及完成阶段。
第3章进程管理现代操作系统的重要特点是程序的并发执行,及系统所拥有的资源被共享和系统的用户随现代操作系统的重要特点是机地使用系统。
程序的并发执行可总结为:
程序的并发执行可总结为:
一组在逻辑上互相独立的程序或程序段在执行过程中,其执行时间在客观上互相重叠,即一个程序段的执行尚未结束,另一个程序段的执行已经开始的这种执行方式。
程序的并行执行是指一组程序按独立的、异步的速度执行。
并行执行不等于时间上的重叠。
进程是一个动态的执行过程这一概念。
也可以这样定义进程:
一个具有独立功能的程序对进程是一个动态的执行过程这一概念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。
进程和程序的区别和关系可简述如下:
进程和程序的区别和关系可简述如下:
(1)进程是一个动态概念,而程序则是一个静态概念。
(2)进程具有并行特征,而程序没有。
(3)进程是竞争计算机系统资源的基本单位,从而其并行性受到系统自己的制约(4)不同的进程可以包含同一程序,只要该程序所对应的数据集不同。
作业是用户需要计算机完成某项任务时要求计算机所作工作的集合。
作业是用户需要计算机完成某项任务时要求计算机所作工作的集合。
进程是已提交完毕程序的执行过程的描述,是资源分配的基本单位。
区别与关系:
序的执行过程的描述,是资源分配的基本单位。
区别与关系:
(1)作业是用户向计算机提交任务的任务实体。
(2)一个作业可由多个进程组成。
(3)作业的概念主要用在批处理系统中。
进程控制块:
进程控制块:
包含了有关进程的描述信息、控制信息以及资源信息,是进程动态特征的集中反映。
进程上下文:
进程上下文:
实际上是进程执行活动全过程的静态描述。
我们把已执行过的进程指令和数据在相关寄存器与堆栈中的内容称为上文,我们把已执行过的进程指令和数据在相关寄存器与堆栈中的内容称为上文,把正在执行的指令和数据在寄存器与堆栈中的内容成为正文的内容成为正文,指令和数据在寄存器与堆栈中的内容成为正文,把待执行的指令和数据在寄存器与堆栈的的内容成为下文。
的内容成为下文。
同一进程上下文包括计算机系统中与执行该进程有关的各种寄存器的值、同一进程上下文包括计算机系统中与执行该进程有关的各种寄存器的值、程序段在经过编译之后形成的机器指令代码集(或称正文段)、数据集及各种堆栈值和结构(图译之后形成的机器指令代码集(或称正文段)数据集及各种堆栈值和PCB结构图3.2)。
、。
图3.2进程上下文结构一个进程至少具有三种基本状态,它们是:
执行状态、等待状态和就绪状态。
一个进程至少具有三种基本状态,它们是:
执行状态、等待状态和就绪状态。
进程个状态的含义:
进程个状态的含义:
图3.5进程状态转换所谓进程控制,所谓进程控制,就是系统使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤消进程以及完成进程各状态间的转换,从而达到多进程高效率并发执行和协调、实现资源共享的目的。
一般地,一般地,把系统态下执行的某些具有特定功能的程序段称为原语。
原语可分为两类:
一类是机器指令级的,其特点是执行期间不允许中断。
另一类是功能级的,其特点是作为原语的程序段不允许并发执行。
进程创建方式:
进程创建方式:
(1)由系统程序模块统一创建,例如在批处理系统中,由操作系统的作业调度程序为用户作业创建相应的进程以完成用户作业所要求的功能。
(2)由父进程创建,例如在层次结构的系统中,父进程创建子进程以完成并行工作。
图3.7撤消原语流图阻塞与唤醒的含义:
阻塞与唤醒的含义:
阻塞原语在一个进程期待某一事件发生,但发生条件尚不具备时,被该进程自己调用来阻塞自己。
当等待队列中的进程所等待的事件发生时,等待该事件的所有进程都将被唤醒。
。
临界区:
临界区:
把不允许多个并发进程交叉执行的一段程序称为临界部分或临界区。
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的。
间接制约:
间接制约:
把这种由于共享某一公有资源而引起的在临界区内不允许并发进程交叉执行的现象,称为由共享公有资源而造成的对并发进程执行速度的间接制约,简称间接制约。
这里,“间接”二字主要是指各并发进程的速度受公有资源制约,而不是进程间直接制约的意思。
互斥的定义:
互斥的定义:
一组并发进程中的一个或多个程序段,因共享某一公有资源而导致它们必须以一个不允许交叉执行的单位执行。
信号量:
信号量:
在操作系统中,信号量sem是一整数。
在sem大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数,但sem小于零时则表示正在等待使用临界区的进程数。
图3.11P原语操作功能图3.12V原语操作功能V同步的概念:
同步的概念:
把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称为进程间的同步。
死锁的定义:
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。
死锁的起因:
死锁的起因:
死锁的起因是并发进程的资源竞争。
产生死锁的根本原因在于系统提供的资源个数少于并发进程所要求的该类资源数。
产生死锁的必要条件:
(简答)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。
解决死锁的方法一般可分为:
(填空)解决死锁的方法一般可分为:
预防、避免、检测与恢复等三种。
线程:
线程:
一个进程内的基本调度单位称为线程或称为轻权进程,这个调度单位既可以由操作系统内核控制,也可以由用户程序控制。
第四章1.处理机调度可以分为4级:
(1)作业调度:
又称宏观调度,或高级调度。
其主要任务是按处理机调度可以分为一定的原则对外存输入井上的大量后备作业进行选择,给选出的作业分配内存、输入输出设备等必要的资源,并建立相应的进程,以使该作业的进程获得竞争处理机的权利。
另外,当该作业执行完毕时,还负责回收系统资源。
(2)交换调度:
又称中级调度。
其主要任务是按照给定的原则和策略,将处于外存交换区中的就绪状态或就绪等待状态的进程调入内存,或把处于内存就绪状态或内存等待状态的进程交换到外存交换区。
交换调度主要涉及到内存管理与扩充。
(3)进程调度:
又称微观调度或低级调度。
其主要任务是按照某种策略和方法选取一个处于就绪状态的进程占用处理机。
在确定了占用处理机的进程后,系统必须进行进程上下文切换,以建立与占用处理机进程相适应的执行环境。
(4)线程调度。
2.作业调度的任务:
主要是完成作业从后备状态到执行状态的转变,以及从执行状态到完成作业调度的任务:
作业调度的任务状态的转变。
3.作业调度功能:
(1)记录系统中各作业的状况。
包括执行阶段的有关情况。
(2)从后备作业调度功能:
队列中挑选出一部分作业投入执行。
(3)为被选中作业做好执行前的准备工作。
(4)在作业。
执行结束时做善后处理工作。
4.5.进程调度的要求:
要求进程调度程序按一定的策略,动态地把处理机分配给处于就绪队列进程调度的要求:
进程调度的要求中的某一个进程,以使之执行6.进程调度的功能:
记录系统中所有进程的执行情况
(2)选择占有处理机的进程(3)进行进程调度的功能:
进程调度的功能
(1)进程上下文切换7..进程上下文切换包括4个步骤:
(1)决定是否做上下文切换以及是否允许做上下文切换。
进程上下文切换包括个步骤:
(2)保存当前执行进程的上下文。
(3)使用4.5节中所述进程调度算法,选择一个处于就绪状态进程。
(4)恢复或装配所选进程的上下文,将CPU控制权交给所选进程。
8..调度算法:
调度算法:
(1).先来先服务(FCFS)调度算法。
(2).轮转法(roundrobin)(3).多级反调度算法(馈轮转法(4).优先级法(5).最短作业优先法(6).最高响应比优先法第五章存储管理9.存储管理的功能:
存储管理的功能:
存储管理的功能
(1)能实现虚拟存储器
(2)实现将虚拟空间的一位地址或多维线性地址变换到一维线性的物理内存;(3)内外存数据传输的控制(4)实现内存的分配与回收(5)实现内存信息的共享与保护10.虚拟存储器的概念:
虚拟存储器的概念:
虚拟存储器的概念将进程中的目标代码。
数据等的虚拟地址组成的虚拟空间称为虚拟存储器。
虚拟存储器不考虑物理存储器的大小和信息存放的实际位置,只规定每个进程中互相关连的信息的相对位置。
且虚拟存储器的容量是由计算机的地址结构和寻址方式确定的11.内外存数据传输的最基本的控制方法:
(1)用户程序自己控制;
(2)操作系统控制12.操作系统控制方式又可进一步分为操作系统控制方式又可进一步分为:
一种是交换(swapping)方式,另一种是请求调入(ondemand)方式和预调入(onprefetch)方式常用的内存信息保护方法有:
13.常用的内存信息保护方法有硬件法、软件法和软硬件结合14.15.按分区的时机,分区管理可以分为:
按分区的时机,分区管理可以分为固定分区和动态分区两种方法管理可以分为固定分区分配算法16.页式管理的基本原理:
首先,各进程的虚拟空间被划分成若干个长度相等的页;再者,页页式管理的基本原理:
页式管理的基本原理式管理采用请求调页或预调页技术实现了内外存存储器的统一管理。
17.页面分配算法流图动态页式管理流图18.比较常用的置换算法有以下几种:
(1)随机淘汰算法。
比较常用的置换算法有以下几种置换算法有以下几种:
(归为最久最近未使用算法)
(2)轮转法和先进先出算法19.缺段中断处理过程19.页式管理与段式管理的区别页式管理与段式管理的区别:
(1)和动态页式管理一样,段式管理也提供了内外存统一页式管理与段式管理的区别管理的虚存实现。
(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。
(5)段式管理采用的是二维虚址空间,页式管理采用的是一维虚址空间第八章文件系统1、文件文件:
文件是一段程序或数据的集合。
这是一种较为模糊的说法。
在计算机系统中,文文件件被解释为一组赋名的相关联字符流的集合,或者是相关联记录(一个有意义的信息单位)的集合。
2、文件系统文件系统:
操作系统中与管理文件有关的软件和数据称为文件系统。
它负责为用户建立文件系统文件,撤消、读写、修改和复制文件,还负责完成对文件的按名存取和进行存取控制。
3、文件的逻辑结构可分为两大类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。
文件的逻辑结构可分为两大类4、常用的记录式结构文件有以下几种、常用的记录式结构文件有以下几种:
(1)连续结构;
(2)多重结构;(3)转置结构;(4)顺序结构。
5、常用的存取方法有三种取方法有三种:
、常用的存取方法有三种
(1)顺序存取法
(2)随机存取法(直接存取法)(3)按键存取法6、常用的文件物理结构如下:
、常用的文件物理结构如下:
(1)连续文件
(2)串联文件(3)索引文件7、有下述3种不同的空闲块管理方法。
它们是种不同的空闲块管理方法。
它们是:
、
(1)空闲文件目录
(2)空闲块链(3)位示图8、什么是文件说明书、什么是文件说明书?
把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文件说明,并把一个文件说明按一定的逻辑结构存放到物理存储块的一个表目中。
9、一个文件包括两部分一个文件包括两部分:
文件说明(文件说明有时也叫文件控制块(FCB))和文件体。
一个文件包括两部分10、文件目录可分为文件目录可分为:
单级目录、二级目录和多级目录。
文件目录可分为11、从系统管理的观点看,有三种方法可以实现文件共享。
即:
从系统管理的观点看,有三种方法可以实现文件共享。
从系统管理的观点看
(1)绕道法
(2)链接法(3)基本文件目录表BFD12、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。
13、可有下述4个方式来验证用户的存取操作它们是可有下述4它们是:
可有下述个方式来验证用户的存取操作,它们是
(1)存取控制矩阵;
(2)存取控制表;(3)口令;(4)密码术。
14、文件系统的层次模型图、文件系统的层次模型图:
第九章设备管理1、外围设备和内存之间的常用数据传送控制方式有4种。
即:
、
(1)程序直接控制方式;;
(2)中断控制方式;(3)DMA方式;(4)通道方式。
2、由于通道是一个专管输入输出操作控制的硬件,有必要更进一步完整地描述一下通道的、由于通道是一个专管输入输出操作控制的硬件,定义:
通道是一个独立于CPU的专管输入输出控制的处理机,它控制设备与内存直接进行定义数据交换。
3、虽然中断、DMA和通道控制技术使得系统中设备和设备、设备和CPU等得以并行工作,但是外围设备和CPU的处理速度不匹配的问题是客观存在的。
4、设备分配的四个表、设备分配的四个表:
设备控制表DCT(DeviceControlTable)、系统设备表SDT(SystemDeviceTable)、控制器表COCT(COntrolerControlTable)、通道控制表CHCT(CHannelControlTable)。
5、一个进程只有获得了通道、控制器和所需设备三者之后,才具备了进行I/O操作的物理条件。
6、常用的分配策略有先请求先分配、优先级高者先分配策略等。
7、什么是I/O控制?
、控制?
从用户进程的输入输出请求开始,给用户进程分配设备和启动有关设备进行I/O操作,以及在I/O操作完成之后响应中断,进行善后处理为止的整个系统控制过程称为I/O控制。
8、设备驱动程序是驱动物理设备和DMA控制器或I/O控制器等直接进行I/O操作的子程序的集合
计算机操作系统复习资料
第一章操作系统引论
1.1操作系统的目标和作用操作系统的目标:
⑴有效性(提高系统资源利用率;提供系统的吞吐量)⑵方便性⑶可扩充性⑷开放性
操作系统的作用:
①OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口②OS作为计算机系统资源的管理者③OS实现了对计算机资源的抽象
1.2操作系统的发展过程①无操作系统的计算机系统②单道批处理系统
⒈由于系统对作业的处理都是成批地进行的,且在内存中始终只保持一道作业,故称此系统为单道批处理系统。
⒉特征:
⑴自动性⑵顺序性⑶单道性③多道批处理系统
⒈后备队列:
用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列。
⒉OS引入多道程序设计技术的好处:
⑴提高CPU的利用率⑵提高内存和I/O设备利用率⑶增加系统吞吐量
⒊优缺点:
⑴资源利用率高⑵系统吞吐量大⑶平均周转时间长⑷无交互能力
⒋设计多道批处理系统时,首先要考虑的是系统效率和吞吐量。
④分时系统
⒈定义:
在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端,同时允许多个用户通过自己的终端,以交互方式使用计算机,共享主机中的资源。
⒉特征:
⑴多路性(同时性)⑵独立性⑶及时性⑷交互性
⒊通常采用时间片轮转法⑤实时系统⒈定义:
指系统能及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。
⒉实时系统通常采用抢占式的优先数高者优先算法。
从可靠性上看,实时系统更强;从交互性上看,分时系统更强。
1.3操作系统的基本特性①并发性
⒈并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生;而并发性是指两个或多个事情在同一时间间隔内发生。
⒉在操作系统中引入进程的目的,就是为了使多个程序能并发执行。
⒊在操作系统中引入进程概念的关键在于共享资源。
②共享性在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源或独占资源。
③虚拟技术④异步性进程是以人们不可预知的速度向前推进,此即进程的异步性。
1.4操作系统的主要功能
操作系统的主要任务:
为多道程序的运行提供良好的运行环境,以保证多道程序能有条不紊地、高效地运行,并能最大程度地提高系统中各种资源的利用率和方便用户的使用。
操作系统的主要功能:
⑴处理机管理功能⑵存储器管理功能⑶设备管理功能⑷文件管理功能⑸与用户之间的接口
第二章进程管理
2.1进程的基本概念①程序顺序执行时的特征:
⑴顺序性⑵封闭性⑶可再现性②前趋图P35③程序并发执行时的特征:
⑴间断性⑵失去封闭性⑶不可再现性④进程实体:
是由程序段、相关的数据段和PCB(进程控制块)三部分构成。
⑤进程的特征:
⑴动态性⑵并发性⑶独立性⑷异步性⑥进程的定义:
⑴进程是程序的一次执行⑵进程是进程实体的运行过程,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
⑦进程与程序区别:
⑴进程是动态,程序是静态的;⑵进程是独立运行的单位,程序不能作为运行单位;⑶各进程间在并发执行过程中会产生相互制约关系,而程序由于是静态的,所以不存在异步特征。
⑧进程的三种基本状态(非常重要)P38图2-5⑨当一个进程完成了特定的任务后,系统收回这个进程所占的资源和取消该进程的PCB就撤销了该进程。
2.3进程同步
①临界区:
是指在每个进程中访问临界资源的那段代码。
②同步机制应遵循的规则:
⑴空闲让进⑵忙则等待⑶有限等待⑷让权等待
③利用信号量实现前趋关系P54~P55
2.5进程通信①信号量机制作为同步工具是卓有成效的,但作为通信工具,则不够理想,主要表现为:
⑴效率低⑵通信对用户不透明。
②进程通信的类型:
⑴共享存储器系统⑵消息传递系统⑶管道通信
第三章处理机调度与死锁
3.1处理机调度的层次
①高级调度(作业调度)
⒈主要功能:
根据某种算法,把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存。
⒉当一个作业执行结束进入完成状况时,系统负责回收分配给它的资源,撤销它的作业控制块(JCB)。
②低级调度(进程调度)用于决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机,然后再由分派程序执行把处理机分配给该进程的具体操作。
③中级调度(中程调度)按一定的算法将外存中已具备运行条件的进程换入内存,而将内存中处于阻塞状态的某些进程换出至外存。
④作业调度和进程调度不同点:
⑴作业调度是宏观调度,它决定了哪一个作业能进入主存。
进程调度是微观调度,它决定各作业中的哪一个进程占用中央处理机⑵作业调度是选符合条件的(收容态)作业装入内存。
进程调度是从就绪态进程中选一个占用处理机。
3.2调度队列模型和调度准则①周转时间P90②带权周转时间P90
3.3调度算法
①先来先服务(FCFS)调度算法(非常重要)P91~P922ByLoser比较有利于长作业(进程),而不利于短作业(进程);有利于CPU繁忙型的作业,而不利用I/O繁忙型的作业。
②短作业优先(SJF)调度算法(非常重要)P91~P93有利于短作业,不利于长作业。
③高优先权优先调度算法(非常重要)P93~P94是一种既有利于短小作业又兼顾到长作业的作业调度算法。
④基于时间片的轮转调度算法(掌握)P95~P96多用于分时操作系统。
3.5产生死锁的原因和必要条件
①死锁:
是指因相互竞争资源并且各进程推进不当使得系统中有多个阻塞进程相互等待的情况。
②产生死锁的原因:
⑴竞争资源⑵进程间推进顺序非法③可剥夺性资源,是指某进程在获得这类资源后,该资源可以再被其他进程或系统剥夺,如CPU和主存。
不可剥夺性资源,是指当系统把这类资源分配给某进程后,再不能强行收回,只能在进程用完后自行释放,如磁带机、打印机。
④产生死锁的必要条件:
⑴互斥条件:
进程对所分配到的资源进行排他性使用。
⑵请求和保持条件:
进程在保持资源的同时,又去申请新的资源。
⑶不剥夺条件:
进程已获得的资源,在未使用完之前,不能被剥夺。
⑷环路等待条件:
存在资源-进程的循环链。
⑤处理死锁的基本方法
⑴预防死锁⑵避免死锁⑶检测死锁⑷解锁死锁
3.6预防死锁的方法①死锁的防止是系统预先确定一些资源分配策略,进程按规定申请资源,系统按预先规定的策略进行分配,从而防止死锁的发生。
②死锁的避免是当进程提出资源申请时系统测试资源分配,仅当能确保系统安全时才把资源分配给进程,使系统一直处于安全状态之中,从而避免死锁。
③安全状态:
在系统中的若干并发进程,如果存在一个进程的顺序序列,按照这个顺序去执行,每个进程都能获得自己所需的资源而执行,那么当前进程所处于的状态就是安全状态。
④银行家算法(非常重要)P108~P1113.7死锁的检测与解除解除死锁方法:
⑴剥夺资源。
从其它进程剥夺足够数量的资源给死锁进程,以解除死锁状态。
⑵撤销进程。
最简单的撤销进程的方法是使全部死锁进程都夭折掉;稍微温和一点的方法是按照某种顺序逐个地撤销进程,直至有足够的资源可用,使死锁状态消除为止。
第四章存储器管理
4.1存储器的层次结构①可分为寄存器、高速缓存、主存储器
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