操作系统复习资料

1.操作系统的主要目标：方便用户使用、扩大机器功能、管理系统资源、提高系统效率、构筑开放环境。

2资源复用的含义和两种基本方法：(1)空分复用共享--该资源可进一步分割成更多和更小的单位供进程使用。(2)时分复用共享--并非将资源进一步分割成更小的单位，进程可在一个时间片内独占使用整个物理资源。

3.操作系统中最基础的三种抽象：（填空）进程抽象--是对已进入主存正在运行的程序在处理器上操作的状态集的抽象。虚存抽象--是对物理主存的抽象，进程可获得一个硕大的连续地址空间来存放可执行程序和数据，可使用虚拟地址来引用物理主存单元。文件抽象--是对磁盘之类存储设备的抽象。

4、操作系统的作用：（1）OS作为用户接口和服务提供者：操作系统提供友善的人机接口，使得用户能够方便、可靠、安全、高效地使用硬件和运行应用程序；操作系统对计算机硬件进行改造和扩充，为用户提供强有力的各种服务；（2）OS作为作为扩展机或虚拟机：在计算机裸机上加上操作系统来组成整个计算机系统，操作系统把硬件的复杂性与用户隔离开来；操作系统与硬件组成一台功能显著增强，使用更加方便，安全可靠性更好的扩展机器或虚拟机。（3）OS作为资源管理者和控制者：对资源进行抽象研究，找出资源共性，有序地管理计算机中的硬件、软件资源，跟踪资源使用情况，监视资源的状态，满足用户对资源的需求，协调各程序对资源的使用冲突；让用户简单、有效的使用资源，最大限度地实现各类资源共享，提高资源利用率，从而，使得计算机系统的效率有很大提高。（4）OS作为程序执行的控制者和协调者：进程是支持程序执行的一种系统机制，OS 需要提供机制，解决并发进程执行时产生的互斥、同步、通信和死锁问题。

5、操作系统的功能：一、处理机管理(1)进程控制和管理(2)进程同步和互斥(3)进程通信(4)进程死锁(5)线程控制和管理(6)处理器调度，又分高级调度中级调度和低级调度。二、存储管理(1)主存分配(2)地址转换与存储保护(3)主存共享(4)存储扩充三、设备管理(1)提供设备中断处理(2)提供缓冲区管理(3)提供设备独立性，实现逻辑设备到物理设备之间的映射(4)设备的分配和回收(5)实现共享型设备的驱动调度(6)实现虚拟设备。四、文件管理(1)提供文件的逻辑组织方法(2)提供文件的物理组织方法(3)提供文件的存取和使用方法(4)实现文件的目录管理(5)实现文件的共享和安全性控制(6)实现文件的存储空间管理。五、网络与通信管理(1)网络资源管理(2)数据通信管理(3)网络管理。六、用户接口：程序接口和操作接口

6、操作系统的主要特性：（1）并发性---指两个或两个以上的事件或活动在同一时间间隔内发生（2）共享性——指操作系统中的资源可被多个并发执行的进程所使用：透明资源共享：资源隔离与授权访问；显式资源共享：临界资源与独占访问；与共享性有关的问题:资源分

配、信息保护、存取控制等，必须要妥善解决好。（3）异步性：操作系统的一个重要任务是必须确保捕捉任何一种随机事件，正确处理可能发生的随机事件，正确处理任何一种产生的事件序列，否则将会导致严重后果。

7、分时操作系统的特征：同时性、独立性、交互性、及时性

9、分时与批处理操作系统的区别：（1）目标不同（2）适应作业的性质不同（3）资源使用率不同（4）作业控制方式不同

10、三种典型的实时系统:过程控制系统(生产过程控制)、信息查询系统(情报检索)、事务处理系统(银行业务)

11、什么是系统调用?答：操作系统的功能通过一组称为系统调用(system call)的接口呈现给用户，内核提供一系列实现预定功能的内核函数，系统调用把应用程序的请求传达给内核，内核调用对应的内核函数完成请求所需处理后，再将处理结果返回给应用程序。

12、系统调用的分类(1)进程和作业管理(2)文件操作(3)设备管理(4)主存管理(5)信息维护(6)通信通信

13、系统调用与函数调用的区别1)调用形式和实现方式不同。 2)被调用代码的位置不同。3)提供方式不同。

14、操作系统的构件：内核 、进程、线程 、类程、管程

15、什么是内核? 内核(是作为可信软件来提供支持进程并发执行的基本功能和基本操作的一组程序模块，内核通常驻留在内核空间，运行于核心态，具有访问硬设备和所有主存空间的权限，是仅有的能执行特权指令的那部分程序。内核分类：微内核和单内核。)Linux 是单内核操作系统 ，Mach 是微内核操作系统 ，Windows2003是C/S 结构操作系统。 16、内核的基本属性：1、内核是由中断驱动的 ；2、内核是不可抢占的；3、内核部分程

序在屏蔽中断状态下执行；4、内核可以使用特权指令 17、内核的基本功能：（1）资源抽象---用软件抽象硬件资源，简化对其所执行的操作，屏蔽低层的物理细（2）节资源分配---把所抽象的各种资源分配给多个应用程序使用，并

负责回收资源（3）资源共享--- 根据资源的类型和特性，提供不同的机制以确保进程获得所需的资源，允许进程共享资源并提供资源共享的同步和互斥机制

18、内核的裸机组成的虚拟机的特性1）虚拟机没有中断，2）虚拟机为每个进程提供了一台虚拟处理器，3）虚拟机为进程或模块提供了功能较强的指令系统。

19、流水线技术设计的基本思想：在一个机器周期内可以发射多条指令，同时取指令、译码并转储到保持缓冲区中，多个执行部件同时执行，只要存在空闲的执行部件，就会从非空保持缓冲区中读取指令并执行之，以提高指令执行的并行性。 20、多指令流多数据流结构的并行计算机

21、主从式系统的基本思路：在特别的处理器上运行操作系统内核，在其他处理器上运行应用程序和系统程序，内核负责调度和分配处理器，并向其他程序提供各种服务。

22、如何实现用户态向核心态转换？

从用户模式转向内核模式，计算机提供一条特权指令称作加载程序状态字(IBM370为load PSW 指令，Intel x86为iret 指令)，用来实现从系统(核心态)返回到用户态，控制权交给应用进程。

23、中断的定义：中断是指程序执行过程中，遇到急需处理的事件时，暂时中止CPU 上现行程序的运行，转去执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回原程序被中断处或调度其他程序执行的过程。 24、中断源分类 （1）、从中断事件的性质和激活的手段来说，可以分成两类：

?强迫性中断事件强迫性中断事件不是正在运行的程序所期待的，而是由于某种事故或外部请求信息所引起的，分为：

机器故障中断事件。

程序性中断事件。

外部中断事件。

输入输出中断事件。 ?自愿性中断事件自愿性中断事件是正在运行的程序所期待的事件。

（2）、

硬中断 软中

断

外中断(中断、异步

中断)

内中断(异常、同步中断) 信号 软件中断

按事

件来

源和实现

手段

分类

25、中断和异常的区别

●中断是由与现行指令无关的中断信号触发的(异步的)，且中断的发生与CPU处在用户模式或内核模式无关，在两条机器指令之间才可响应中断，一般来说，中断处理程序提供的服务不是为当前进程所需的；

●异常是由处理器正在执行现行指令而引起的，一条指令执行期间允许响应异常，异常处理程序提供的服务是为当前进程所用的。异常包括很多方面，有出错(fault)，也有陷入(trap)等

26、中断机制与信号机制进行类比

相同点是：(1)概念上是一致的，(2)两者都是“异步”的，(3)实现上均采用“向量表”，(4）均具有“屏蔽”设施。

区别是：中断机制由硬件与软件相结合来实现，而信号机制由软件实现；中断向量表和中断处理程序(由系统提供)均在系统空间，而信号向量表虽在系统空间，但信号处理程序由应用程序提供，并在用户空间执行。

27、软中断是利用硬中断的概念，用软件方法对中断机制进行模拟，实现宏观上的异步执行效果。软中断分两种：“信号”和“软件中断”：

“软件中断”(软中断)用于硬中断服务程序对内核的中断，在上半部分中发出软件中断(即标记下半部分)，使得中断下半部分在适当时刻获得处理；

“信号”(软中断)用于内核或进程对某个进程的中断，通知进程某个特定事件发生或迫使进程执行信号处理程序。

28、中断/异常响应要做四件事：

发现中断源：

保护现场：

转向处理中断/异常事件的处理程序：

恢复现场：

29、快中断与慢中断

●处理慢中断前需保存所有寄存器的内容，而快中断处理仅要保存被常规C函数修改的寄存器；慢中断处理时，不屏蔽其他中断信号，而快中断处理时会屏蔽所有其他中断；

●慢中断处理完毕后，通常不立即返回被中断的进程，而是进入调度程序重新调度，调度结果未必是被中断的进程运行(是抢先式调度)。而快中断处理完毕后，通常恢复现场返回被中断的进程继续执行(是非抢先式调度)。

30、进程的定义：进程是可并发执行的程序在某个数据集合上的一次计算活动，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。是一个既能用来共享资源，又能描述程序并发执行过程的一个基本单位。

31、进程的属性：

·结构性：

?共享性：

?动态性：

?独立性：

?制约性：

?并发性：

32、进程三态模型及其状态转换

33、进程五态模型及其转换

34、具有挂起功能的进程状态及其转换

运行态

就绪态

等待态

选中

落选

出现等待事件

等待事件结束

运行态

就绪态

等待态

选

中

落选

出现等待

等待事件

新建态

终止态

挂起

等待事件结束

出现等待事件

解除

挂起

挂起

落选

选中

运行态

就绪态 等待事件结束

终止态 新建态

挂起就 绪态 解除挂起

挂起

挂起等 待态

等待态

提交 提交

35、进程控制块：进程控制块P C B ，是操作系统用于记录和刻划进程状态及有关信息的数据结构。也是操作系统掌握进程的唯一资料结构，它包括了进程执行时的情况，以及进程让出处理器后所处的状态、断点等信息。

36、进程控制块包含三类信息：

标识信息

现场信息

控制信息

37、进程队列及其管理

●含义：处于同一状态的所有PCB链接在一起的数据结构称为进程队列。

●通用队列组织方式：

线性方式、

链接方式

索引方式。

38、进程切换的步骤

·保存被中断进程的处理器现场信息

·修改被中断进程的进程控制块的有关信息，如进程状态等

·把被中断进程的进程控制块加入有关队列

·选择下一个占有处理器运行的进程

·修改被选中进程的进程控制块的有关信息

·根据被选中进程设置操作系统用到的地址转换和存储保护信息

·根据被选中进程恢复处理器现场

39、模式切换的步骤

1)保存被中断进程的处理器现场信息；

2)处理器从用户态切换到核心态，以便执行服务程序或中断处理程序；

3)如果处理中断，可根据规定的中断级设置中断屏蔽位；

4)根据系统调用号或中断号，从系统调用表或中断入口表找到服务程序或中断处理程序地址。

40、进程创建

·步1在进程列表中增加一项，从PCB池中申请一个空闲PCB，为新进程分配惟一的进程标识符；

·步2为新进程的进程映像分配地址空间，以便容纳进程实体。进程管理程序确定加载到进程地址空间中的程序；

·步3为新进程分配除主存空间外的其他各种所需资源；

·步4初始化PCB，如进程标识符、处理器初始状态、进程优先级等；

·步5把新进程状态置为就绪态，并移入就绪进程队列；

·步6通知操作系统的某些模块，如记账程序、性能监控程序。

41、进程控制原语

（1）进程创建

（2）进程撤销

（3）进程阻塞和唤醒

（4）进程挂起和激活

40、并发多线程程序设计的优点 ? 快速线程切换。

? 减少（系统）管理开销。 ?(线程）通信易于实现。

? 并行程度提高。 ? 节省主存空间。

43、处理机调度的层次

·高级调度：高级调度(High Scheduling)，又称为作业调度或长程调度(Long-Term

Scheduling)，它调度的对象为作业。

?中级调度： ?低级调度(Low Level Scheduling)：它所调度的对象是进程（或内核级线程），是最基本的一种调度，在多道批处理、分时和实时3种类型的OS 中，都必须配置这级调度。

44、处理器三级调度模型

45、处理器两级调度模型

处理器 低级调度 高级调度 完成

超时

挂起就绪队列

挂起等待队列

等待队列

就绪队列 等待事件

交互式用户 事件 出现

后备作业队列

中级调度

46、选择调度算法的原则

（1）资源利用率

CPU利用率=CPU有效工作时间/CPU总的运行时间，

CPU总的运行时间=CPU有效工作时间+CPU空闲等待时间。

（2）响应时间

（3）周转时间

（4）吞吐率

（5）公平性

47、批作业的调度需完成一下几项任务：

(1) 选择作业：

(2) 分配资源：

(3) 创建进程：

(4) 作业控制：

(5) 后续处理：

48、作业调度与进程调度的关系

49、低级调度的基本类型

第一类称剥夺式：两种处理器剥夺原则，

一是高优先级进程/线程可剥夺低优先级进程/线程，

二是当运行进程/线程时间片用完后被剥夺。

第二类称非剥夺式

50、8个调度算法P126—132

第三章

51、顺序程序设计特点

·程序执行的顺序性

·程序环境的封闭性等待事件

事件发生进程完成

后备作业队列

就绪

队列

高级调度低级调度

等待

队列

CPU

时间片完

进程调度

运行

就绪等待

输

入

状

态

后

备

状

态

完

成

状

态预输入

完成

作业控制

作业调度(选中

并创建进程)

作业调度(作业

终止并撤离)

SPOOLing 作业预输入SPOOLing 作业缓输出

·程序执行结果的确定性

·计算过程的可再现性

52、进程的两种基本关系：竞争与协作 53、生产者-消费者问题算法描述

54、管程的结构

55、管程与进程作比较

?管程定义的是公用数据结构，而进程定义的是私有数据结构；

?管程把共享变量上的同步操作集中起来，而临界区却分散在每个进程中；

?管程是为管理共享资源而建立的，进程主要是为占有系统资源和实现系统并发性而引入的； ?管程是被欲使用共享资源的进程所调用的，管程和调用它的进程不能并行工作，而进程之间能并行工作，并发性是其固有特性；

?管程是语言或操作系统的成分，不必创建或撤销，而进程有生命周期，由创建而产生至撤销便消亡。

56、进程通信概念：进程之间互相交换信息的工作 57、进程间通信的方式： ·信号(signal)通信机制 ·管道(pipeline)通信机制

·消息传递(message passing)通信机制 ·信号量(semaphore)通信机制

·共享主存(shared memory)通信机制

condition c1 wait(c1)

… condition cn wait(cn) 局部数据 条件变量

过程/函数1 过程/函数k

出口

初始化代码

入口

管程

等待调用过程的进程队列 管程等待区

…

58、（匿名管道）管道(pipeline)是连接读写进程的一个特殊文件，允许进程按先进先出方式传送数据,也能使进程同步执行操作。

管道的实质是一个共享文件，基本上可借助于文件系统的机制实现，包括（管道）文件的创建、打开、关闭和读写。 59、操作系统中的死锁指：如果在一个进程集合中的每个进程都在等待只能由该集合中的其他一个进程才能引发的事件，则称一组进程或系统此时发生死锁。 60、系统形成死锁的四个必要条件

·互斥条件：进程互斥使用资源

·部分分配条件：申请新资源时不释放已占有资源 ·不剥夺条件：一个进程不能抢夺其他进程占有的资源 ·环路条件：存在一组进程循环等待资源的 61、死锁防止

破坏第一个条件

使资源可同时访问而不是互斥使用， 破坏第三个条件 采用剥夺式调度方法，

当进程在申请资源未获准许的情况下,如主动释放资源(一种剥夺式),然后才去等待。 上述死锁防止办法造成资源利用率和吞吐率低。介绍两种比较实用的死锁防止方法。 采用层次分配策略（破坏条件2和4）

62、银行家算法的基本思想：

·系统中的所有进程进入进程集合,在安全状态下系统收到进程的资源请求后,先把资源试探性分配给它。

·系统用剩下的可用资源和进程集合中其他进程还要的资源数作比较，在进程集合中找到剩余资源能满足最大需求量的进程,从而,保证这个进程运行完毕并归还全部资源。

·把这个进程从集合中去掉, 系统的剩余资源更多了,反复执行上述步骤。 ·最后,检查进程集合,若为空表明本次申请可行,系统处于安全状态,可实施本次分配;否则,有进程执行不完，系统处于不安全状态,本次资源分配暂不实施,让申请进程等待。 63、资源分配图的一个例子P206

R1 R2 ． ．．

．

P1

P2

P3

R3

64、死锁定理：系统为死锁状态的充分条件是：当且仅当该状态的进程-资源分配图是不可完全简化的。该充分条件称为死锁定理。

65、死锁的检测

一种具体的死锁检测方法，检测算法步骤如下：

1)currentavail=available；

2)如果allocation[k,*]!=0，令finish[k]=false;否则finish[k]=true；

3)寻找一个k，它应满足条件：(finish[k]==false)&&(request[k,*]<=currentavail[*]);若找不到这样的k，则转向5)；

4)修改currentavail[*]=Currentavail[*]+allocation[k,*];

finish[k]=true;然后转向3)；

5)如果存在k(1≤k≤n),finish[k]=false,则系统处于死锁状态，并且finish[k]=false的Pk为处于死锁的进程。

66、解除方法

·结束所有进程的执行，重新启动操作系统。方法简单，但以前工作全部作废，损失很大。

·撤销陷于死锁的所有进程，解除死锁继续运行。

·逐个撤销陷于死锁的进程，回收其资源重新分派，直至死锁解除。

·剥夺陷于死锁的进程占用的资源，但并不撤销它，直至死锁解除。可仿照撤销陷于死锁进程的条件来选择剥夺资源的进程

·根据系统保存的检查点，让所有进程回退，直到足以解除死锁，这种措施要求系统建立保存检查点、回退及重启机制。

·当检测到死锁时，如果存在某些未卷入死锁的进程，而随着这些进程执行到结束，有可能释放足够的资源来解除死锁