操作系统总结.docx
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操作系统总结.docx
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操作系统总结
处理器:
控制计算机的操作,执行数据处理功能。
主存储器:
存储数据和程序
1.计算机I/O模块:
在计算机和外部环境中移动数据
系统总线:
为处理器、主存储器、I/O模块之间提供通信的设施
执行单元、PC、IR
2.处理器MAR:
存储器地址寄存器
MBR:
存储器缓冲寄存器
I/OAR、I/OBR:
I/O地址、缓冲寄存器
3.PC:
保存下一套要去指令地址
IR:
取到的指令内容
DMA:
处理器允许I/O模块对存储器发出读或写命令,从而免去了处理器负责交换数据的任务。
直接存储器存取
4.中断:
其他模块(I/O,存储器)中断处理器正常处理过程的机制。
程序中断
I/O中断
常见中断时钟中断
硬中断
5.中断使得处理器可以在I/O操作执行过程中执行其他指令;当外设准备好时,向处理器发出中断请求信号,这是处理器会暂停当前程序,去处理服务于特定I/O设备的程序(中断处理器);处理器和操作系统负责挂起用户程序,执行一个中断处理器,再在同一个地方恢复执行。
中断处理器是操作系统一部分,它确定中断性质,执行所需要的操作。
6.多中断处理:
当前正处理一个中断,禁止再发生中断
定义中断优先级,可以打断
7.多道程序设计:
多个程序可以供处理器切换处理
8.存储器层次结构设计:
容量越大,每位价格越低,存取速度越慢;存取时间越快,每位价格越高。
9.主存:
高速的、容量较小的高速缓冲存储器(cache)的扩展,易失性。
辅存:
外部的,非易失性
高速缓冲寄存器:
用于主存储器和处理器间分段移动数据,提高数据访问性能。
10.
处理器和主存储器的速度不匹配问题:
利用局部性原理,在两者之间提供容量小而速度快的存储器--高速缓冲寄存器。
可编程I/O
11.I/O操作技术中断驱动I/O
直接存储器访问(DMA)
12.
操作系统是控制应用程序执行的程序,并充当着应用程序和计算机硬件之间的接口。
方便:
使用计算机更方便
OS三目标有效:
以有效的方式使用计算机资源
可扩展:
有效开发、测试和引入新功能
程序开发、运行
OS提供服务I/O访问、系统访问
文件访问控制、错误检测和响应、审计
.批处理系统:
将作业按顺序组织成一批,将整批作业放在放在输入设备上,共监控程序使用,每个程序完成处理后,返回到监控程序,同时监控程序自动加载下一个程序。
14.多道程序设计:
内存空间保存操作系统和多个程序,处理器在多个程序之间切换,(多任务处理)。
允许处理器同时处理多个批作业。
13.分时系统:
多个用户分享处理器时间。
一台主机连接了若干个终端,每个终端有一个用户在使用,交互式的向系统提出命令请求,系统接受每个用户的命令,采用时间片轮转方式处理服务请求,通过交互方式在终端上向用户显示结果,用户根据上步结果发出下道命令
14.实时系统:
多个用户对数据库进行查询和修改。
是指使计算机能及时响应外部事件的请求,在规定的严格时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作系统。
公平性
17.资源和调度三因素有差别响应性
有效性
18.什么是进程:
正在执行的程序
正在运行的程序的一个实例
可独立调度的执行单元
具有以下特征的运行单元:
一组可执行的指令序列
一个当前状态
相关的系统资源集合
19.进程的三个要素:
可独立调度的执行单元
与代码相关的数据集
执行时的上下文
20.
进程控制块PCB:
存放进程属性的集合,是操作系统支持多进程和多处理的关键工具,由OS创建和管理。
包括:
标识符、状态、优先级、程序计数器、内存指针、上下文数据、I/O状态信息、审计信息。
调度的过程既需要更新PCB。
进程标示号
PCB信息分三类进程状态信息
进程控制信息
21.进程的创建过程:
a.分配进程标识(唯一性)
b.给进程分配内存空间(进程映像)
c.初始化进程控制块
d.设置正确的连接(如进程链表)
e.创建或扩展其它数据结构(如审计文件)
22.进程状态五模型:
23.运行态:
程序正在运行
就绪态:
进程做好准备,在主存中,有机会就运行
阻塞态:
进程在主存中,并等待一个事件
阻塞/挂起态:
进程在辅存中,并等待一个事件
就绪/挂起态:
进程在辅存中,只要被载入主存就可执行
24.进程状态七模型:
25.进程属性的集合:
PCB;程序、数据、栈、属性的集合:
进程映像
26.进程的链表结构:
27.处理器支持执行模式:
用户模式
内核模式/系统模式/控制模式
28.进程切换:
在某一时刻,一个正在运行的进程被中断,操作系统指定另一
个进程为运行状态,并将控制权移交。
29.进程两个特点:
资源所有权;调度/执行
30.线程:
调度/执行的单位。
31.单进程、单线程:
MS-DOS;
单进程、多线程:
Java
多进程、单线程:
UNIX
多进程、多线程:
windows,solaris,mach,OS/2
32.
进程中所有线程共享该进程的状态和资源;线程的创建和终止比进程花费时间少;线程间切换时间少;进程的挂起或终止使得所有进程线程同时挂起或终止。
用户级线程:
用户线程由应用程序管理,内核不会意识到
33.线程分类用户线程的存在。
一个线程阻塞会引起进程中的所有线程阻
多线程应用程序不能利用多处理技术。
内核级线程:
内核维护进程和线程的上下文信息
34.对称多处理SMP:
有多个处理器,内核可以在任何处理其上运行
各处理器采用“自调度”模式。
35.微内核:
只包含最基本的操作系统功能:
低级存储管理、IPC、I/O和中断管理、消息机制等。
36.基本术语:
临界区:
一段代码,不能同时有两个以上的进程同时使用
死锁:
多个进程因相互等待所占用的资源而不能继续执行
活锁:
多个进程间为了响应其他进程中的变化而继续改变自己的状态,但不做有用的工作
互斥:
多个进程不能同时调用临界资源的现象
竞争条件:
多个进程在共享资源时,其执行结果依赖于它们的相对执行时间
饥饿:
可运行的进程尽管可以继续执行,但被调度器无限期的忽视而不能被调度执行的情况
临界资源:
多个进程竞争一个不可共享资源
37.并发原理:
单处理器、多道程序
并发执行的外部特征——交替执行模式
多处理器、多道程序
并发执行的内部特征——并行(重叠)执行
并发带来的问题:
危险的全局资源共享
困难的资源优化管理
困难的程序错误定位
38.活跃资源分配、释放资源处理器时间
存储器
文件,I/O设备
39.
40.中断禁用:
在单处理器中,通过中断禁用可以保证一个进程的连续执行,
不能用于多处理器结构。
41.信号量:
信号量是整型变量,初始化为非负值
42.死锁:
一组竞争系统资源或互相通信的进程间的永久阻塞现象称为死锁,死锁涉及到两个或更多的进程之间因对资源的需求所引起的冲突。
43.资源可重用资源:
cpu,I/O通道,主、辅存,设备,硬件,文件,数据库,信号量
可消费资源:
中断,信号,消息,I/O缓冲区的消息
互斥
必要条件非抢占
44.死锁充要条件占有且等待
充分条件:
循环等待
互斥----不可能禁止
占有且等待----进程一次性申请所需要的资源,缺点:
阻塞
45.死锁预防时间长,无法预知所需资源
非抢占----释放已占用资源,抢占其他进程所占用的资源
循环等待---资源类型“偏序化
进程启动拒绝
46.死锁避免
资源分配拒绝
47.死锁检测:
操作系统周期性地检查循环等待条件
终止所有死锁进程
48.死锁恢复方法:
回滚机制
连续终止死锁进程直到不再存在死锁
连续抢占资源直到不再存在死锁
49.最小代价原则:
:
消耗的处理器时间最少
产生的输出最少
预计剩下的时间最长
占用的资源最少
优先级最低
50.
51.重定位:
程序被在此换入内存时,进程分配在了主存不同的区域,需要对程序的当前位置更新。
Pc
保护:
--为授权的情况下不能应用其它进程的地址空间
--编译时无法检测,只能在运行时检测
--硬件提供支持(OS无法保证)
共享:
--允许多个进程访问同一个内存区域
--相同拷贝还是独立备份?
逻辑组织:
--模块的独立性(编译)、模块保护、模块共享
物理组织:
--主存不足怎么办?
程序员无法知道内存大小!
固定分区等分区
不等分区
52.内存分区
动态分区
伙伴系统
54.分页:
内存分页和进程分页,页的大小固定且相等。
进程中一小块成为“页”,指定到内存中一小块儿成为“帧”。
55.页表:
给出该进程每一页对应的帧的位置,每进程一个页表,页表放在内存中,一个进程被调入时,所有页都调入可用帧中。
产生内部碎片,分页对程序员不可见。
56.分页中:
逻辑地址=页号+偏移量;物理地址=帧号+偏移量。
处理器通过页表实现转换。
57.分段:
内存按某种方式划分为长度不等的段,程序占用一组段
逻辑地址=段号+偏移量。
当一个进程被调入时,所有段都被装入内
存可用区域,并建一个段表。
分段对程序员可见,无内部碎片,有
外部碎片。
58.什么是虚存:
59.逻辑地址在运行时动态转换为物理地址
--进程可换入/换出主存,进程在不同运行时刻占主存不同区域
进程分块(页或段)
--进程在运行时可以占用不连续的物理内存
--动态地址转换和页表/段表的支持
进程在运行时不需要将所有的块装入内存
--部分运行的块装入即可
60.缺页中断
61.系统抖动:
当系统读取一块时,必须把另一块扔出,若一块正好在将要被用到之前扔出,操作系统又不得不把它取回来,太多这类操作导致系统抖动:
处理器大部分时间都用于交换块,而不是执行指令。
62.局部性原理:
进程中的指令和数据具有“簇”(Cluster)性;
在进程运行过程中的一段时期内,只需要有几个块在内存
可能性:
猜测所需要的块(即将执行的块),避免系统抖动
63.页表:
每一个进程对应一个页表
页表项至少包含页号、主/辅标志P和修改位M
64.TLB:
Cache:
65.页越小:
页内碎片总量越少
每个进程的页数越大
每个进程的页表越大
在虚存中的页表项越多
主存中会有越多的页
缺页中断会越少
66.分段:
段的大小不等、段的大小可以动态改变,一个进程可能只有一部分段在主存中
优点:
适于处理动态变化的数据结构
允许程序独立修改或编译
有利于进程间的共享
有助于保护
段表:
存放主存中
段表项包含:
段的基地址、段长、是否在内存的位、修改位等
67.段页:
分段和分页相结合,先分段、后分页;;分段是可见的、分页是不可见的;;段内采用分页
68.替换策略:
解决读入的新页替换内存中的那一页
替换算法:
OPT最佳
LRU最近最少使用
FIFO先进先出
Clock时钟策略
69.驻留集:
驻留在内存中的进程页
驻留集管理的两种策略:
固定分配策略(页数固定、缺页处理)
可变分配策略(页数动态变化、缺页处理)
70.处理器调度:
是指将进程指派给处理器并执行
调度目标:
降低响应时间
提高吞吐量
提高处理器效率
71.处理器调度种类:
长程调度
中程调度
短程调度
72.调度算法:
先来先服务(FCFS)--非抢占
轮转(RR)
最短进程优先(SPN)--非抢占
最短剩余时间优先(SRT)
最高响应比优先(HRRN)
反馈
73.周转时间:
w+s
平均周转时间:
(w+s)/s
74.多处理器调度:
多处理器分类:
1.松耦合、分布式多处理器、集群:
每个处理器有自己的主存和I/O通道,由自治系统组成
2.专用处理器:
如I/O处理器,受主处理器控制,称为主从结构
3.紧耦合多处理器:
多个处理器共用一个主存,并在操作系统的完全控制之下的处理器组成
75.实时操作系统:
系统的正确性不仅取决于逻辑结果,而且依赖于产生结果的时间;对外部事件做出“及时”的控制和响应,能够“及时”处理外部事件;进程的执行根据外部事件和时间安排来确定
76.实时操作系统要求:
可确定性
可响应性
用户控制
可靠性
故障弱化操作
77.实时操作系统特征:
快速的进程或线程切换
短小精悍
迅速响应外部中断的能力
支持进程间通信,实现多任务
使用特殊的顺序文件,快速存储数据
基于优先级的抢占式调度
最小化禁止中断的时间间隔
延迟/暂停/恢复原语
特别的报警和超时设定
78.直接I/O:
处理器直接控制外设,51单片机
可编程I/O:
利用控制器或I/O模块控制外设
中断I/O:
处理器不用等待一次I/O操作的完成
DMA:
直接完成内存与设备之间的数据传输
I/O通道:
专用的外设处理器,具有I/O指令/程序(内存中),I/O能力更强大
I/O处理器:
外设处理器具有自己的局部存储器(存储I/O程序)
79.建立缓冲的原因:
进程必须等待I/O完成后才能继续运行
在I/O过程中,某些页必须锁定在内存中
缓存:
在输入请求发出之前就开始执行输入传送,在输出请求发出一段时间后再开始执行输出传送,这项技术成为缓冲。
80.磁盘调度策略:
1.先进先出(FIFO)
顺序处理进程的磁盘请求
多所有进程都公平
性能接近随机调度
2.优先级
目标不是优化磁盘性能,而是满足系统的其
短进程或交互进程具有较高的优先级
提供较好的交互响应时间
对于数据库系统性能很差
3.后进先出
对于事务处理系统有优点
4.最短服务时间优先
最小移动时间(寻道时间+旋转时间)
通常用最短寻道时间
可能出现队列为空时才能得到服务
5.扫描(SCAN)
沿一个方向扫描请求,直到最后一个磁道或该方向没有其它请求
接着反方向扫描
对横跨过的区域不公平,偏爱接近靠里或靠外的请求
6.C扫描(C-SCAN)
只沿一个方向扫描请求,直到最后一个磁道或该方向没有其它请求
再回到磁盘相反反方磁道的末端重新扫描
81.
82.平均寻道长度(表11.2)
83.文件用于应用程序的输入和输出
文件管理系统是由实用程序组成,它们作为具有特权的应用程序运行
文件系统是操作系统的一部分
长期存在
进程间共享
结构:
一个文件有一个对应于特定应用的内部结构
文件操作:
创建、删除、打开、关闭、读、写等
84.文件名:
一组带标识的在逻辑上有完整意义的信息项的序列,
信息项:
构成文件内容的基本单位
长度:
单个字节,或多个字节
文件内容的意义:
由文件的建立者和使用者解释
85.文件结构:
域--基本数据元素,包含一个值,通过数据类型和长度描述
--固定域/可变域
记录--相关域的集合
--基本数据单位
文件--类似记录的集合,单个存在的实体
--具有文件名和存取限制
数据库--数据元素间存在明确的关系,可供不同应用程序使用
86.堆文件
-按数据的到达时间“堆放”
-目的是积累大量数据并保存
-记录可以有不同的域
。
自描述域
-无结构文件
-访问记录需群举搜索
87.流式文件:
构成文件的基本单位是字符,文件是有逻辑意义的、无结构的一串字符的集合。
文件:
一个无结构字节序列
好处:
提供很大的灵活性
88.顺序文件:
-使用固定格式的记录
-记录长度相等
-域名相同且同序
-域名和长度是文件的属性
。
只需存储域值
-关键域
。
唯一识别记录
。
记录以关键域顺序存储
-新记录放置在日志文件或事务文件
-通过批更新合并日志文件和主文件
89.文件目录:
把所有的FCB组织在一起,就构成了文件目录,即文件控制块的有序集合
目录项:
构成文件目录的项目(目录项就是FCB)
目录文件:
为了实现对文件目录的管理,通常将文件目录以文件的形式保存在外存,这个文件就叫目录文件
路径名:
从主目录到各分支的一系列目录名和最后到达的文件名组成
工作目录:
对交互用户或进程而言,总有一个当前路径与之相关联,称为工作目录
90.简单目录结构
-目录项列表,每个文件一项
-按文件名有序
-不能使用同名文件
两级目录结构
-主目录,每一个用户一个目录项
用户目录地址和访问控制器信息
-文件目录,文件列表
91.树型目录结构
优点:
层次结构清晰,便于管理和保护,解决重名问题,查找速度加快
缺点:
查找一个文件按路径名逐层检查,由于每个文件都放在外存,多次访盘影响速度
92
84.机密性:
加密
完整性:
摘要
认证性:
身份认证
不可否认性:
取证
可用性:
访问控制
85.后门
进入程序的隐蔽入口,用于调试和测试程序
避免配置和认证过程
可以被利用而成为威胁
注意程序开发和软件更新的安全问题
逻辑炸弹:
嵌入在合法程序中的代码
特洛伊马:
隐藏在有用的程序中
病毒:
复制程序片段,感染其它软件
蠕虫:
通过网络复制,感染其它系统
僵尸:
秘密控制网络上的一台计算机,通过该计算机实施攻击
86.可信系统:
多级安全:
公开、机密、秘密、绝密等;较高级别的主体不能向较低级别或不可比级别的主体传输信息
不向上读:
主体只能读相同和较低安全级别中的对象
不向下写:
主体只能向相同和较高安全级别的对象中写
87.两种安全威胁
入侵者(黑客)和病毒
入侵者
伪装者:
通过盗用合法用户的身份进入
违法行为者:
合法用户超越权限使用资源
秘密用户:
窃取了系统管理控制权
入侵的目的
获取或扩大对系统的访问权限
提取PWD
入侵的手段
获得PWD后,在实施其它攻击
获取PWD的方法
猜测法
利用特洛伊马旁路访问控制
窃听线路
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