计算机操作系统复习重点(考试必备)

1.1操作系统的目标：有效性方便性可扩充性开放性

1.2操作系统的作用：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（2）OS作为计算机系统资源的管理者（3）OS实现了对计算机资源的抽象

1.3操作系统的定义: 操作系统是一组控制和管理计算机硬件呵呵软件资源,合理地对各类作业进行跳读,以及方便用户使用的程序集合.

1.4分时系统和实时系统的特征：多路性、独立性、及时性、交互性。

1.5操作系统的基本特性 1.并发性:多个事物在一段时间内发生

2. 并行性：多个事物在一个时刻内发生

3.引入进程

4.引入线程

5.共享性：是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。互斥共享、同时访问方式

6.虚拟技术是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。分为时分复用和空分复用技术。

7.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。

1.6操作系统的主要功能：1.处理机管理功能:进程控制，进程同步，进程通信，调度

2.存储器管理功能:内存分配、内存保护、地址映射、内存扩充

3.设备管理功能:缓冲管理、设备分配、设备处理

4.文件管理功能:文件存储空间的管理、目录管理、文件的读/管理和保护。操作系统与用户之间接口用户接口、程序接口

1.6程序只是一组指令的有序集合，它本身没有任何运行的含义，它只是一个静态的实体。

1.7并发及并行的区别：并行是指两个或多个事件在同一时刻发生，而并发性是多个时间在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，微观上这些程序只能是分时地交替执行，在计算机系统中有多个处理机，则这些并发执行程序被分配到多个处理机上实现并行执行，利用每个处理机来处理一个并发执行程序。

2.1进程的特征：1.结构特征2.动态性

3.并发性

4.独立性

5.异步性。

2.2序并发执行的特征：1.间断性2.失去封闭性

3.不可再现性。

2.3程的概念：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。进程的状态：基本状态1.就绪状态2.执行状态

3.阻塞状态。挂起状态，创建状态和终止状态。

2.4进程通信类型:1.共享存储器系统2.消息传递系统

3.管道通信

4.基于共享数据结构的通信方式

5.基于共享存储区德通信方式

2.5线程与进程的区别：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。线程是比进程更小的单位。通常在一个进程中可以包含若干个线程，他们可以利用进程所拥有的资源。OS中把

进程作为分配资源的基本单位，而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。

2.6临界资源：被竞争性使用的互斥资源，有限的；临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码。

2.7同步机制应遵循的规则：空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待。

2.8信号量机制：整型信号量、记录型信号量、AND型信号量、信号量集。

2.9进程同步依赖两点：标识抢夺的临界资源、临界资源的操作。

2.10读者与写者问题:允许多个进程同时读一个共享对象，但不允许一个写进程和其他的读进程或写进程同时访问共享对象。

3.1进程调度方式：（1）非抢占方式：正在执行的进程执行完毕，或发生某事件而不能在继续执行、进程提出I/O请求、在进程通信过程中执行了某种原语操作（2）抢占方式：优先权原则、短作业优先原则、时间片原则。

3.2调度算法的若干准则：1）面向用户的准则：周转时间短、响应时间快、截止时间的保证、优先权准则；2）面向系统的准则：系统吞吐量高、处理机利用率好、各类资源的平衡利用。

3.3产生死锁的原因：1）竞争资源：当系统中供进程共享的资源，其数目不足以满足诸进程的需要时，会引起诸进程对资源的竞争而产生死锁。2）进程间推进顺序非法：进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致进程产生死锁。

4.1程序的装入：1.绝对装入方式；2.可重定位装入方式；3.动态运行时装入方式。

4.2分页和分段的主要区别：A分页和分段都采用离散分配的方式,且都要通过抵制映射机构来实现地址变换,这是他们的共同点,B对于他们的不同点有三,第一：从功能上页是信息的物理单位,分页是实现离散分配方式,以消减内存的外零头提高内存的利用率,即满足系统管理的需要而不是用户的需要,而段式信息的逻辑单位,他含有一组其意义相对完整的信息,目的是为了能更好的满足用户的需要；第二：页的大小固定且由系统确定,而段的长度却不固定,决定于用户所编写的程序；第三：分页的作业地址空间是一维的,而分段的作业地址空间是二维的.

4.3虚拟存储器的概念：所谓虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充的一种存储器系统。虚拟存储器的实现方法：1.分页请求系统2.请求分段系统。虚拟存储器的特征：1.多次性2.对换性3.虚拟性。

4.4局部性原理：1.程序执行时，除了少部分的转移和过程调用指令外，在大多数情况下仍是顺序执行的；2.过程调用将会使程序的执行轨迹由一部分区域转至另一部分区域，但经研究看出，过程调用的深度在大多数情况下都不超过5；3.程序中存在许多循环结构；4.程序中还包括许多对数据结构的处理.局限性还表现在：时间局限性和空间局限性。

5.1设备控制器的基本功能：1.接收和识别命令数据交换标识和报告设备的状态地址识别数据缓冲差错控制 2.检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式 3.发出I/O命令4.及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根据其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理 5.对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能够根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。

5.2 I/O通道类型：字节多路通道数组选择通道数组多路通道。主要目的是为了建立独立的IO操作,不仅使数据的传送能独立于cpu,而且也希望有关对IO操作的组织,管理及结束处理尽量独立,以保证cpu有更多的时间去进行数据处理。

5.3设备驱动程序的特点：1.驱动程序汉族要是指在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信和转换程序2.驱动程序与设备控制器和I/O设备的硬件特性紧密相关，因而对不同类型的设备应配置不同的驱动程序3.驱动程序与I/O设备所采用的I/O控制方式紧密相关4.由于驱动程序与硬件紧密相关，因而其中的一部分必须用汇编语言书写。5.驱动程序应允许可重入。

6.驱动程序不允许系统调用。

5.4设备驱动程序的主要功能：1）接收由设备独立性软件发来的命令和参数，并将命令中的抽象要求转换为具体要求；2）检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式；3）发出I/O命令；4）及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根据其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理；5）对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。

5.5I/O控制方法：程序控制方法、中断控制方法、DMA控制方法。

5.6磁盘调度：先来先服务、最短寻道时间、SCAN算法、循环扫描算法、NstepSCAN和FSCAN算法。

6.1文件分配方式：连续分配连续分配要求为每一个文件分配一组相邻接的盘块。一组盘块的地址定义了磁盘上的一段线性地址。连续分配的主要优点如下：1.顺序访问容易。2.顺序访问速度快。连续分配的主要缺点如下：1.要求有连续的存储空间。2.必须事先知道文件的长度。链接分配（隐式链接，显示链接）隐式链接：用采用隐式链接分配方时，

在文件目录的每个目录项中，都须含有指向链接文件的第一个盘块和最后一个盘块的指针。

显示链接:这是指吧链接文件各物理块的指针，显示的存放在内存的一张链接表中。该表整个磁盘仅设置一张。

6.3目录管理的要求：1.实现“按名存取”2提高对目录的检索速度3文件共享4.允许文件重名。

生产者—消费者问题

1. 利用记录型信号量解决生产者—消费者问题

假定在生产者和消费者之间的公用缓冲池中，具有n个缓冲区，这时可利用互斥信号量mutex实现诸进程对缓冲池的互斥使用；利用信号量empty和full分别表示缓冲池中空缓冲区和满缓冲区的数量。又假定这些生产者和消费者相互等效，只要缓冲池未满，生产者便可将消息送入缓冲池；只要缓冲池未空，消费者便可从缓冲池中取走一个消息。

Var mutex, empty, full:semaphore∶=1,n,0;

buffer:array［0, …, n-1］ of item;

in, out: integer∶=0, 0;

begin

parbegin

proceducer:begin

repeat

producer an item nextp;

wait(empty);

wait(mutex);

buffer(in)∶=nextp;

in ∶= (in+1) mod n;

signal(mutex);

signal(full);

until false;

end

consumer:begin

repeat

wait(full);

wait(mutex);

nextc∶=buffer(out);

out∶=(out+1) mod n;

signal(mutex);

signal(empty);

consumer the item in nextc;

until false;

end

parend

end

重点补充：

名词解释：

分时系统：所谓分时系统就是采用了分时技术的操作系统。分时技术就是把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。

实时系统：实时系统是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

进程：是指在系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位，它是由一组及机器指令、数据、和堆栈等组成的，也是一个能独立运行的活动实体。

线程：是进程分成若干部分。是独立运行和独立调度的基本单位。

进程控制块: 进程控制块是进程实体的重要组成部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。

同步：正在多个并发进程，由于竞争型的使用互斥资源协调各个进程执行的顺序

异步：也称不确定性，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

虚拟：是指通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。互斥：是指散步在不同进程之间的若干程序片断，当某个进程运行其中一个程序片段时，其它进程就不能运行它们之中的任一程序片段，只能等到该进程运行完这个程序片段后才可以运行。

批处理：作业由操作系统成批的进行处理，操作系统能自动的从输入池读入下一个作业，并予以运行和输出，如此直到整批作业全部处理完毕。

动态重定位：程序放在不连续的实际物理空间中，实现逻辑地址对应到物理地址的转换。

响应比：响应比＝等待时间+要求服务时间／要求服务时间.

简答题：

1.进程控制块的基本内容，进程的生命周期，转换条件？

答：进程控制块的包括进程标识符、处理机状态、进程调度信息、进程控制信息。

进程的生命周期：创建进程、就绪状态、执行状态、阻塞状态、终止进程；

转换条件：处于就绪状态的进程，在调度程序为之分配了处理机后，该进程变成执行态；如果分配给它的时间片已完而被暂停执行时，该进程从执行态回复到就绪状态；如果发生某事件而使进程的执行受阻，使之无法继续执行，该进程由执行状态变成阻塞状态；等待事件完毕，进程从阻塞回到就绪状态。

2.死锁，预防死锁的方法，产生的条件？

答：死锁是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局。预防方法：（1）摈弃“请求和保持”条件；（2）摒弃“不剥夺”条件；（3）摒弃“环路等待”条件。

产生的必要条件:：（1）互斥条件；（2）请求和保持条件；（3）不剥夺条件；（4）环路等待条件。

产生死锁的原因：（1）竞争资源；（2）进程间推进顺序非法。

3.伙伴系统工作？

答：伙伴系统是固定分区和动态分区两种内存方法的一种折中的方案。它规定，无论已分配分区或空闲分区，其大小均为2的k次幂，k为整数，1≤k≤m。

当需要为进程分配一个长度为n的存储空间时，首先计算一个i的值，使2i+1＜n≤2i，然后在空闲分区大小为2i的空闲分区链表中查找。若找

到，即把该空闲分区分配给该进程。否则，在分区大小为2i+1的空闲分区链表中查找。若找到，把该分区分为相等的两个分区，这两个分区称为一对伙伴，其中一区用于分配，而另一半加入分区大小为2i的空闲分区链表中。若大小为2i+1的分区的空闲的分区也不存在，则需要查找分区大小为2i+1的空闲分区，若找到，第一次，把该分区分为相等的两个分区，其中一区用于分配，而另一半加入分区大小为2i+1的空闲分区链表中。第二次，将第一次用于分配分区分为相等的两个分区，一区用于分配，而另一半加入分区大小为2i的空闲分区链表中。若仍然找不到，则继续找2i+3的空闲分区，以此类推。

与一次分配可能要进行多次分割一样，一次内存回收也要进行多次合并，然后将它加入对应的空闲分区链表中。

4.哲学家进餐问题？

答：五个哲学家公用一张圆桌，圆桌上有五个碗和五只筷子，他们的生活方式是交替地进行思考和进餐。平时，一个哲学家进行思考，饥饿时试图取其左右最靠近他的筷子，只有在他拿到两只筷子时才能进餐。进餐完毕，放下筷子继续思考。放在桌子上的筷子是临界资源，在一段时间内只允许一个哲学家使用。

解决策略：至多允许四人就餐、仅当哲学家左右筷子都可以用时才可以进餐、规定奇数号哲学家拿他左边的筷子，然后再拿他右边的筷子，而偶数号的则相反。

论述题：

1.生产者与消费者

答：在生产者和消费者之间的缓冲池中，有n个缓冲区，生产者在缓冲池生产产品，消费者向缓冲池消耗产品。

解决策略：判断缓冲池放入是否满，取是否空；不同时进行生产、消费。

2.进程调度算法：

（1）先来先服务调度算法（FCFS）：每次调度是从就绪队列中，选择一个最先进入就绪队列的进程，把处理器分配给该进程，使之得到执行。该进程一旦占有了处理器，它就一直运行下去，直到该进程完成或因发生事件而阻塞，才退出处理器。特点：利于长进程，而不利于短进程。

（2）短进程（作业）优先调度算法(SPF)：它是从就绪队列中选择一个

估计运行时间最短的进程，将处理器分配给该进程，使之占有处理器并执行，直到该进程完成或因发生事件而阻塞，然后退出处理器，再重新调度。

（3）优先权调度算法：它是从就绪队列中选择一个优先权最高的进程，让其获得处理器并执行。

（4）高响应比优先调度算法：它是从就绪队列中选择一个响应比最高的进程，让其获得处理器执行，直到该进程完成或因等待事件而退出处理器为止。特点：既照顾了短进程，又考虑了进程到达的先后次序，也不会使长进程长期得不到服务，因此是一个比较全面考虑的算法，但每次进行调度时，都需要对各个进程计算响应比。所以系统开销很大，比较复杂。

（5）基于时间片的轮转调度算法：系统将所有的就绪进程按进入就绪队列的先后次序排列。每次调度时把CPU分配给队首进程，让其执行一个时间片，当时间片用完，由计时器发出时钟中断，调度程序则暂停该进程的执行，使其退出处理器，并将它送到就绪队列的末尾，等待下一轮调度执行。

（6）最早截止时间优先

（7）最低松弛度优先

3.内存分配算法：

答：（1）内存分配有连续分配模式和离散分配模式。

（2）动态分区分配：动态分区分配是根据进程的实际需要，动态地为之分配内存空间。

算法：首次适应算法、循环首次适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法、快速适应算法。

（3）基于页的分配：将一个进程的逻辑地址单位分为若干个大小相等的页，并为各页加以编号；相应地，也把内存空间分为与页面大小相等的若干个块，同样也加以编号；然后建立一张页编号映射块编号的页表。

（4）基于段的分配：将作业的地址空间根据不同的语义空间信息分成若干段。每个段存放在一段连续的空间中。通过段表能成物理地址找出每个逻辑段对应的位置。

（5）页面置换算法：

最佳置换算法（OPT) ：选择以后永不使用或在最长时间内不再被访问的内存页面予以淘汰。

先进先出置换算法（FIFO）：选择最先进入内存的页面予以淘汰。

最近最久未使用算法（LRU）：选择在最近一段时间内最久没有使用过

的页，把它淘汰。

最少使用算法（LFU）：选择到当前时间为止被访问次数最少的页转换。

阻塞

执行

时间片完

I/O请求

I/O完成进程调度就绪

许可

释放

创建

终止