操作系统教程总复习

Chapter1操作系统概观

一．基本概念：操作系统、并发性、共享性、异步性、多道程序设计、系统调用、内核（单内核、多内核）

1．操作系统的定义和目标

理组织计算机工作流程和为用户方便而有效地使用计算机提供良好运行环境的最基本的系统软件。

目标：方便用户使用、扩充机器功能、管理各类资源、提供系统效率、构筑开放环境。

2．什么是系统调用？可分为哪些类型？

答：系统调用是一种中介角色，把用户和硬件隔离开来，应用程序只有通过系统调用才能请求系统服务并使用系统资源。系统调用是应用程序获得操作系统服务的唯一途径。系统调用可分为：进程管理、文件操作、设备管理、贮存管理、进程通信、信息维护六类。

3．什么是多道程序设计？多道程序设计技术有什么特点？

答：多道程序设计是允许多个作业(程序)同时进入计算机系统的主存并启动交替计算的方法。主存中多个相互独立的程序均处于开始和结束之间，从宏观上看是并行的，躲到程序都处于运行过程中，但尚未运行结束。从微观上看是串行的，各道程序轮流占用CPU以交替进行。引入多道程序设计，可以提高CPU的利用率，充分发挥计算机硬部件的并行性。

4．什么是操作系统内核

答：内核是一组程序模块，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，通常驻留在内核空间，运行于核心态，具有访问硬件设备和所有主存空间的权限，是仅有的能够执行特权指令的程序。

5．列举内核的分类、属性和特点。

答：内核具有以下属性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。内核可使用特权指令。内核具有以下特点：①没有中断，进程设计者不需要中断的概念，进程运行过程中无需处理中断。②为每个进程都提供一台虚拟机，进程好像在各自私有处理机上顺序推进，实现多进程的并发特性。③为进程提供功能强大的指令系统，即及其的非特权指令和系统调用所组成的新指令系统。

二、操作系统的资源管理技术（复用、虚化、抽象）

1、操作系统的资源管理技术

资源管理：资源复用、资源虚化、资源抽象。

资源复用有两种基本方法：空分复用共享和时分复用共享。

空分复用共享：资源可以进一步分割成更多和更小的单位供进程使用。举例：主存和辅助存储器（磁盘）资源。

时分复用资源：进程占用该类资源使用后，很可能随时被剥夺，被另一个进程抢占使用。举例：处理器资源和磁盘机。

资源虚化：操作系统中的一类有效的资源管理技术，能进一步地提高操作系统为用户服务的能力和水平。

本质：对资源进行转化、模拟或整合，把一个物理资源转变为逻辑上的多个对应物，创建无需共享的多个独占资源的假象，以达到多用户共享一套计算机物理资源的目的。

虚化技术：只要某个程序运行空间超出可用物理主存空间的大小，操作系统便在主存和磁盘之间主动地传送与当前计算有关的程序段或数据段。

资源抽象：通过创建软件来屏蔽硬件资源的物理特性和接口细节，简化对硬件资源的操作、控制和使用，即不考虑物理细节而对资源执行操作。

资源复用和资源虚化的主要目的是解决物理资源数量不足的问题，资源抽象则用于处理系统的复杂性，重点解决资源的易用性。

三、操作系统的功能

1、操作系统的作用与功能

①作用：（1）操作系统作为用户接口和公共服务程序，（2）操作系统作为程序执行的控制者和协调者，（3）操作系统作为扩展机或虚拟机，（4）操作系统作为资源的管理者和控制者。

②功能：处理器管理，存储管理（主存分配，地址转换与存储保护，主存共享，存储扩充），设备管理（提供设备中断处理；提供缓冲区管理；提供设备独立性，实现逻辑设备到物理设备之间的映射；设备的分配和回收；实现共享型设备的驱动调度；实现虚拟设备），文件管理（提供文件的逻辑组织方法；提供文件的物理组织方法；提供文件的存取和使用方法；实现文件的目录管理；实现文件的共享和安全性控制；实现文件的存储空间管理），网络与通信管理（网络资源管理，数据通信管理，网络管理），用户接口（程序接口，操作接口）。

四、操作系统的主要特性（并发性、共享性、异步性）

Q：试述现在操作系统的基本特性及其所要解决的问题。

A：并发性：指两个或两个以上的活动或事件在同一个时间间隔内发生。

共享性：指计算机系统的资源可以被多个并发执行的程序共同使用，而不是被某个程序独占。

异步性：在多道程序环境中，允许多个程序并发执行，并发活动会导致随机事件的发生。

并发性会使操作系统的设计和实现变得复杂化。与共享性有关的问题是资源分配、信息保护、存取控制。异步性会给系统带来潜在的危险，有可能会导致并发程序的执行产生与时间有关的错误。

五、操作系统的主要类型（三类）及各类型的主要特点

批处理操作系统：根据预先设定的调度策略选择若干作业并发地执行，系统的资源利用率高，作业吞吐量大。缺点：作业的周转时间延长，不具备交互式计算的能力，不利于程序的开发和调试。特征：脱机工作、成批处理、单/多道程序运行

分时操作系统：允许多个联机用户同时使用一个计算机系统进行交互式计算的操作系统。特点：同时性、独立性、及时性、交互性。

**分时操作系统与批处理系统的不同点：追求目标不同、适应作业不同、资源利用率不同、作业控制方式不同。

实时操作系统：当外部事件或数据产生时，能够对其予以接收并以足够快的速度进行处理，所得结果能够在规定的时间内控制产生过程或对控制对象做出快速响应，并控制所有实时任务协调运行的操作系统。组成：数据采集、加工处理、操作控制、反馈处理。

微机操作系统

网络操作系统:控制计算机在网络中传送信息和共享资源，并为网络用户提供所需的各种服务。主要功能：网络通信、资源管理、网络管理和网络服务等。

分布式操作系统：由多台分散的计算机经网络连接而成的系统，每台计算机既高度自治，又协同工作，能够在系统范围内实现资源管理和任务分配，能够并行运行分布式程序。用于管理分布式计算机系统的操作系统。

嵌入式操作系统：运行在嵌入式应用环境中，对整个系统及所有操作的各个部件、装臵等资源进行统一协调、处理、指挥和控制的系统软件。

六、实现多道程序设计必须解决的问题

答：①存储保护②处理器的管理与分配③资源的管理与调度

〃多道程序设计的相关计算

Chapter2处理器管理

一、概念：特权指令与非特权指令、管理状态（和用户状态）、中断和中断源、中断优先级、异常、进程和先出，源于、剥夺式（抢占式）调度和非剥夺式调度

1.特权指令与非特权指令：

所谓特权指令是指仅供内核程序使用的指令，如启动设备、设臵时钟、控制中断屏蔽位、清空主存、建立存储键、加载PSW等敏感性操作。内核能够执行全部指令，应用程序只能使用非特权指令。

2.管理状态（又叫核心态）和用户状态：

当处理器处于核心态时，CPU运行可信软件，硬件允许执行全部机器指令，可以访问所有主存单元和系统资源，并具有改变处理器状态的能力；当处理器处于用户态时，CPU运行非可信软件，程序无法执行特权指令，且访问权限仅限于当前CPU上进程的地址空间，这样就能防止内核受到应用程序的侵害。

3.中断和中断源

中断是指在程序执行过程中，遇到急需处理的事件时，暂时中止现行程序在CPU上的运行，转而执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回断点或调度其他程序执行。

4.中断优先级

中断装臵所预设的相应顺序成为中断优先级。

5.异常（也称内中断或同步中断）

是指来自处理器内部的中断信号，通常是由于在程序执行过程中，发现与当前指令关联的、不正常的或错误的事件。

6.进程：是指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。

线程：是进程中能够并发执行的实体，是进程的组成部分，也是处理器调度和分派的基本单位。

7.原语：原语在核心态执行，是完成系统特定功能的不可分割的过程，它具有

原子操作，

其程序段不允许被中断，或者说原语不能并发执行。

8.剥夺式调度：又称抢占式。当进程正在处理器上运行时，系统可根据所规定的原则剥夺分配给此进程的处理器，并将其移入就绪队列，选择其他进程运行。

非剥夺式调度：又称非抢占式。一旦某个进程开始运行后便不再让出处理器，除非此进程运行结束，或主动放弃处理器，或因发生某个事件而不能继续执行。

二、特权指令与非特权指令的判断

特权指令指仅供内核程序使用的指令。如：启动设备、设臵时钟、控制中断屏蔽位、清空主存、建立存储键、加载PSW。

三、处理器模式切换的途径

用户态到核心态的转换：一是程序请求操作系统服务，执行系统调用；而是在程序执行时，产生中断或异常事件，运行程序被中断，转向中断处理程序或异常处理工作。

核心态到用户态的转换：计算机通常提供一条称作加载程序状态字的特权指令，用来实现从系统返回用户态，将控制权转交给应用程序。

四、中断源的分类

①按中断事件的性质和激活方式划分：机器故障中断、程序性中断、外部中断、输入输出中断。②按中断事件的来源和实现手段划分：硬中断(外中断和内中断)、软中断(信号和软件中断)

五、中断/异常的响应过程

顺序做4件事：发现中断源，保护现场，转向中断/异常事件的处理程序，恢复现场。

六、引进过程的原因

一是刻画系统的动态性，发挥系统的并发性。二是解决共享性，正确的描述程序的执行状态。

七、进程的状态转换模型；挂起进程的特征

挂起进程的特征：此程序不能立即执行；此进程可能会等待某事件发生；所等待的事件独立于挂起事件，事件结束并不能导致进程具备可执行条件；此进程进入挂起状态是由于操作系统、父进程或进程自身阻止其运行；进程挂起状态的结束命令只能通过操作系统或父进程发出。

进程三态模型及其状态转换

具有挂起进程功能的系统的进程状态及状态转换

八、进程映像

某时刻进程的内容及其状态集合称为进程映像，包括以下几个要素：进程控制块、进程程序块、进程核心线栈、进程数据块。

九、PCB的概念和组成

每个进程有且仅有一个进程控制块（PCB），或称进程描述符，它是进程存在的唯一标识，是操作系统用来记录和刻画进程状态及有关信息的数据结构，是进程动态特征的一种汇集，也是操作系统掌握进程的唯一资料结构和管理进程的主要依据。

包含三类：标识信息，现场信息，控制信息。

十、引入多线程的目的和并发多线程程序设计的优点

为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，是的并发粒度更细、并发性更好。快速线程切换、节省主存空间、减少管理开销、通信易于实现、并发程度提高。十一、引入多线程后，进程和现成的功能

进程要支撑线程的运行，为线程提供地址空间和各种资源，进程封装管理信息，包括对指令代码、全局数据、打开的文件和信号量等共享部分的管理；

线程封装执行信息，包括对CPU、寄存器、执行栈和局部变量、过程调用参数、返回值等私有部分的管理。

十二、线程的组成和状态

线程的组成：（1）线程的唯一标识符及线程状态信息；（2）未运行时所保存的线程上下文；可以把线程看成进程中一个独立的程序计数器；（3）核心栈，在核心态工作时保存参数，在函数调用时的返回地址，等等；（4）用于存放线程局部变量和用户栈的私有存储区。

线程的状态：运行，就绪和等待。

十三、处理机调度的层次及调度模型

9.处理机调度的层次：高级调度，中级调度，低级调度

处理机三级调度模型和两极调度模型在120页的两幅图

十四、选择调度算法的原则

选择调度算法的原则是计算机的性能要高，下面的前三条是面向系统的性能指标，后两条是面向用户的性能指标。

资源利用率要高；吞吐量要高；公平性要高；响应时间要短；周转时间要短。

Chapter 3同步、通信与死锁

一、概念：顺序程序设计、进程同步、进程互斥、临界资源、临界区、管理、进程通信、死锁、安全序列

1. 顺序程序设计：把程序设计成顺序执行的指令序列，不同程序也按程序执行

2. 进程同步：是指为完成共同任务的并发进程基于某个条件来协调其活动，因

为需要在某些位臵上排定执行的先后次序而等待、传递信号或消息所产生的协作制约关系。

3. 进程互斥：是指若干进程因相互争夺独占型资源而产生的竞争关系。

4. 临界资源：共享变量所代表的资源。

5. 临界区：并发进程中与共享变量有关的程序段。

6. 管程：代表共享资源的数据结构，以及由对该共享数据结构实施操作的一组过程所组成的资源管理程序，共同构成的操作系统的资源管理模块。为什么要引入管程：①把分散在各进程中的临界区集中起来进行管理②防止进程有意或无意的违法同步操作

管程与进程作比较：

①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；

②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；

③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；

④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；

⑤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。

7. 进程通信：进程之间互相交换信息的工作称为进程通信。

8. 死锁：如果一个进程集合中的每个进程都在等待只能由此集合中的其他进程才能引发的事件，而无限期陷入僵持的局面称为死锁。

9. 安全序列：在时刻To系统是安全的，仅当存在一个进程序列P1，P2，…，

Pn，对进程Pk(k=1,2，…，n)满足公式：

10. 顺序程序设计特点：①执行的顺序性②环境的封闭性③结果的确定性④过程的可再现性。

二、并发的实质，并发的分类，采用并发程序设计的目的及优点，与时间有关的错误，资源竞争的两个控制问题

11. 并发的实质：一个处理器在几个进程之间的多路复用，并发是对有限物理资

源强制行使多用户共享，消除计算机部件之间的互等现象，提高系统资源的利用率。

12. 并发的分类：①无关的，无关的并发进程是指一个进程的执行与其他并发进

程的进展无关，即一个进程不会改变另一个与其并发执行的进程的变量。

②一组并发进程共享某些变量，一个进程的执行可能影响其他并发进程的

结果。

13. Bernstein条件：并发进程的无关性是进程的执行与时间无关的一个充分条

件，又称为Bernstein条件。

14. 采用并发程序设计的目的：充分发挥硬件的并行性，消除处理器和设备的互

等现象，提高系统效率。

15. 采用并发程序设计的优点：

①若为单处理系统，可以有效地利用资源，让处理器和设备、设备和设备同时工

作，充分发挥硬部件的并行工作能力；

②若为多处理系统，可让进程在不同的处理器上物理地并行工作，加快计算速度；

③简化程序设计任务，一般来说，编制并发执行的小程序进度快，容易保证正确

性。

16. 与时间有关的错误：对于一组交往的并发进程，执行的相对速度无法相互控制，各种与时间有关的错误就可能出现。表现形式有：①结果不唯一②永远等待

17. 资源竞争的两个控制问题：①死锁②饥饿

三、临界区调度原则，信号量及其组成

18. 临界区调度原则：

①一次至多有一个进程进入临界区内执行

②如果已有进程在临界区中，试图进入此临界区的其他进程应等待

③进入临界区内的进程应在有限时间内退出，以便让等待队列中的一个进程进入

19. 实现临界区管理的硬件设施：①关中断②测试并建立指令③对换指令

20. 信号量：一个进程在某一关键点上被迫停止执行直至接收到对应的特殊变量

值，通过这一措施，任何复杂的进程交互要求均可得到满足，这种特殊变量就是信号量

信号量的组成：信号量是一种变量类型，用一个结构型数据结构表示，有两个分量：一个是信号量的值，另一个是信号量队列的指针。

四、P、V操作原语的定义及其推论，使用PV操作实现互斥及简单同步问题

21. P和V操作原语的定义及其推论

P（s）：将信号量value值减1，若结果小于0，则执行P操作的进程被阻塞，排入与s信号量有关的list所指队列中；若结果大于0，则执行P操作的进程继续执行。

V（s）：将信号量value值加1，若结果不大于0，则执行V操作的进程从与s 信号量有关的list所指队列中释放一个进程，使其转换为就绪态，自己则继续执行；若结果大于0，则执行V操作的进程继续执行。

推论1：若信号量s.value为正值，此值等于在封锁进程之前对信号量s可施行的P操作数，即s所代表的实际可用的物理资源数。

推论2：若信号量s.value为负值，其绝对值等于登记排列在s信号量队列之中等待的进程个数，即恰好等于对信号量s实施P操作而被封锁并进入信号量s等待队列的进程数。

推论3：P操作通常意味着请求一个资源，V操作意味着释放一个资源，在一定的条件下，P操作代表挂起进程的操作，而V操作代表唤醒被挂起进程的操作。

五、进程需要通信的情况，进程间的通信方式管道、匿名管道和有名管道及特点

23. 进程需要通信的情况、

进程间通信的方式：①信号通信机制②管道通信机制③消息传递通信机制④信号量通信机制⑤共享主存通信机制

24. 管道：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。

六、什么是消息传递、直接通信和间接通信

七、形成死锁的四个必要条件，死锁防止的方法，思索的避免及银行家算法，死锁检测和解除、死锁定理

25. 形成死锁的四个必须条件

①互斥条件：系统中存在临界资源，进程应互斥地使用这些资源

②占有和等待条件：进程在请求资源得不到满足而等待时，不释放已占有资源

③不剥夺条件：已被占用的资源只能由属主释放，不允许被其他进程剥夺

④循环等待条件：存在循环等待链，其中，每个进程都在链中等待下一个进程所持有的资源，造成这组进程处于永远等待状态。

26. 死锁防止的方法：①死锁防止②死锁避免③死锁检测和恢复

Chapter 4 存储管理

一、理解固定分区、可变分区、简单（请求式）分页、简单（请求式）分段以及段页式存储管理技术的基本思想、有确定、地址转换方法以及共享和保护的实现方法

1.基本概念：

（1）逻辑地址：（由于程序在主存中的位臵不可预知）链接时程序地址空间中的地址总是相对某个基准（通常为0）开始编号的顺序地址，称为逻辑地址或相对地址

（2）物理地址：物理主存贮器从统一的基地址开始顺序编址的存储单元称为物理地址或绝对地址（物理地址的总体构成物理地址空间）

（3）静态（地址）重定位：由装入程序实现装载代码模块（简单的说，就是链接后的程序，详见p235

区域，其中的所有逻辑地址修改成主存物理地址，称静态重定位

（4）动态（地址）重定位：由装入程序实现装载代码模块的加载和地址转换，把它装入分配给进程的主存指定区域，但对链接程序处理过的应用程序的逻辑地址不做任何修改，程序主存起始地址被臵入硬件专用寄存器——重定位寄存器。程序在执行的过程中，每当cpu

取此逻辑地址，并在它被发送到主存储器之前加上重定位寄存器的值，以便实现地址转换，称动态重定位（地址转换推迟到最后的可能时刻，即进程执行时才完成）

（5）移动技术：当在未分配区表中找不到足够大的空闲区来存放新进程时，可以把已在主存中的进程的分区连接到一起，使分散的空闲区汇集成片，这就是移动技术

（6）对换技术：如果当前一个或多个驻留进程都处于阻塞态，此时选择其中的一个进程，将其暂时移出主存，腾出空间给其它进程使用，同时把磁盘中的某个进程换入主存，让其投入运行，这种互换称为对换。

（7）覆盖技术：覆盖是指程序执行过程中程序的不同模块在主存中相互替代，以达到小主存执行大程序的目的（基本的实现技术是：把用户空间分成固定区和一个或多个覆盖区，把控制或不可覆盖的部分放在固定区其余按调用结构及先后关系分段并放在磁盘上，运行时依次调入覆盖区。）

（8）虚拟存储器：在具有层次结构存储器的计算机系统中，自动实现部分装入

和部分替换功，能从逻辑上为用户提供一个比物理主存容量大的多的，可寻址的“主存储器”。

（9）碎片：可变分区法中，必须把进程装入一个连续的主存区域，由于进程不断地装入和撤销，导致主存中常常出现分散的小空闲区，称之为碎片。

（10）在进行页面替换时，用来确定被淘汰页的算法称为淘汰算法。如果该算法选择不当，则会出现：整个系统的页面调度非常频繁以至大部分时间都花费在来回调度页面上，而不是执行计算任务，这种现象称为“抖动”

（11）页面交换区：

（12）写时复制：

（13）工作集：在执行页面替换时，要为每一个进程维护一组页面，称其为工作集

二、分页式存储管理和分段式存储管理的比较

分段是信息的逻辑单位由源程序的逻辑结构及含义所决定，是用户可见的，段长由用户根据需要来决定，段起始地址可从任何主存地址开始。在分段方式中，源程序（段号、段内位移）经链接装配后仍保持二维（地址）结构，引入目的是满足用户模块化程序设计的需要。

分页是信息的物理单位与源程序的逻辑结构无关，是用户不可见的，页长由系统（硬件）确定，页面只能从页大小的整数地址开始。在分页方式中，源程序（页号、页内位移）经链接装配后变成一维（地址）结构，引入目的是实现离散分配并提高主存利用率。

三、全局页面转换算法（OPT、FIFO、LRU、SCR、Clock）缺页中断率的计算

Chapter 5 设备管理

一、概念：I/O系统、I/O操作、设备管理器、通道‘缓冲区、缓冲区高级缓存、驱动调度

1． I/O系统:通常把I/O设备及其接口线路、控制部件、通道和管理软件称为I/O系统

I/O操作：把计算机的主存储器和设备介质之间的信息传送称为i/o操作

2.设备控制器：CPU和设备之间的一个接口,它接收从CPU发来的命令,控制I/O 设备操作,实现主存和设备之间的数据传输。设备控制器是一个可编址设备,当它连接多台设备时,则应具有多个设备地址。

3.通道，是一种专用处理器，具有自己的指令系统，它的指令常称通道命令。通道方式I/O过程的三个阶段：I/O启动阶段 I/O操作阶段 I/O结束阶段

4.缓冲区：缓冲用于平滑两种不同速度的硬件部件或设备之间的信息传输，在主存器中开辟一个存储区，称为缓冲区，专门用于临时存放I/O操作的数据。

5.缓冲区高速缓存：为了减少访问磁盘的次数，避免数据项的重复产生，内核建立一个数据缓冲区高速缓存，专门用于保存最近使用过的磁盘数据块。

驱动调度：在繁重的I/O负载下，同时会有若干传输请求来到并等待处理，系统必须采用一种调度策略，能够按最佳次序执行要求访问的诸多请求，叫做驱动调度，能减少为若干I/O请求服务所需消耗的总时间，从而提高系统效率。

二、设备管理的功能

设备中断处理；缓冲区管理；设备分配和去配；设备驱动调度；虚拟设备及其实现。

三、I/O设备的分类

按照I/O操作特性，I/O设备可以划分为输入型设备、输出型设备和存储型外围

设备三类。

按照I/O信息交换的单位，I/O设备可分为字符设备和块设备。

四、I/O控制方式的分类及主要差别

I/O控制方式的分类：按照I/O控制器功能的强弱，及和CPU间联系方式的不同，对I/O设备的控制方式分类，可分为四种I/O方式: (1)轮询方式(2)中断方式(3)DMA方式(4)通道方式

主要差别在于：中央处理器和外围设备并行工作的方式不同，并行工作的程度不同。

五、设备控制器及功能

设备控制器主要功能:①接收和识别CPU或通道发来的命令②实现数据交换,包括设

备和控制器间的数据传输③发现和记录设备及自身的状态信息,供CPU处理④设备地址识别

设备控制器组成部分:命令寄存器及译码器,数据寄存器,状态寄存器,地址译码器

六、设备驱动程序及其功能

设备驱动程序包括与设备密切相关的所有代码，其工作是：把用户提交的逻辑I/O请求转化为物理I/O操作的启动和执行，如设备名转化为端口地址、逻辑记录转化为物理记录、逻辑操作转化为物理操作等。

设备驱动功能：1 )设备初始化，2 )执行设备驱动例程，3 )执行中断处理例程。

七、引入缓入技术的目的

为了改善中央处理器与外围设备之间速度不匹配的矛盾，以及协调逻辑记录大小与物理记录大小不一致的问题，提高CPU和I/O设备的并行性，减少I/O对CPU的中断次数和放宽对CPU中断响应时间的要求。

缓冲区按用途可分为：输入缓冲区，处理缓冲区和输出缓冲区。

八、缓冲技术的分类及基本原理

单缓冲、双缓冲、多缓冲

九、访问磁盘记录参数

柱面号、磁头号、块号

磁盘是一种直接(随机)存取存储设备。每个物理记录有确定的位臵和唯一的地址，存取任何一个物理块所需的时间几乎不依赖于此信息的位臵。

十、循环排序、优化分布、交替地址、移臂调度算法相关算法的原理及实现

⑴先来先服务算法⑵最短寻道时间优先算法⑶扫描算法⑷循环扫描算法⑸分步扫描算法⑹电梯调度算法

十一、RAID及其共同特性

是利用一台磁盘阵列控制器统一管理和控制一组磁盘驱动器,组成一个速度快、可靠性高、性能价格比好的大容量磁盘系统。

RAID共同特性

①RAID是一组物理磁盘驱动器，可被操作系统看作是单一逻辑磁盘驱动器;

②数据被分布存储在阵列横跨的物理驱动器上;

③冗余磁盘的作用是保存奇偶校验信息，当磁盘出现失误时它能确保数据的恢复。

十二、提高磁盘I/O速度的方法

提前读延迟写虚拟盘

十三、设备独立性的好处

用户与物理的外围设备无关，系统增减或变更外围设备时程序不必修改；易于对付输入输出设备的故障

十四、SPOOLING原理、组成及优越性

SPOOLing（外部设备联机并行操作）是关于慢速字符设备如何与计算机主机交换信息的一种技术，通常称为“假脱机技术”。

SPOOLing技术实质上是用户进程利用一共享设备的一个存储区，并不是真正占有这一设备，用户进程把要完成的任务以文件的形式存入存储区，在存储区中排队并等待SPOOLing系统调度，只有被SPOOLing系统调度并输出，此项任务才真正完成，通过这一技术可以大大提高了共享设备的使用率，节约了硬件资源。SPOOLing系统由专门负责I/O的常驻内存的进程以及输入井、输出井组成；它将独占设备改造为共享设备，实现了虚拟设备功能

SPOOLing技术实现设备管理时的工作特征：

1、提高了I/O速度

2、将独占设备改造为共享设备

3、在SPOOLing 系统中，实际上并没有为任何进程分配，而只是在输入井和输出井中，为进程分配一存储区并建立一张I/O请求表。这样，便把独占设备改造为共享设备。

Chapter 6 文件管理

一、文件系统、层次及其功能

文件系统是操作系统中负责存取和管理信息的模块，它用统一的方式管理用户和系统信息的存储、检索、更新、共享和保护，并为用户提供一整套方便有效的文件使用和操作方法。

逻辑文件和物理文件

对于用户而言，可按照需要并遵循文件系统的规则来定义文件信息的逻辑结构，由文件系统提供“按名存取”方式来实现对文件信息的存储和检索；

对于系统而言，必须采用特定的数据结构和有效算法，实现文件的逻辑结构到存储结构的映射，实现对文件存储空间和文件信息的管理，提供多种存取方法。

层次有三层：

文件管理--实现文件的逻辑结构，为用户提供各种文件系统调用，及文件访问权限的设臵等工作；

目录管理--负责查找文件描述符，进而找到需要访问的文件，及进行访问权限检查等工作；

磁盘主存映射管理--将文件的逻辑地址转换成磁盘的物理地址，即由逻辑块号找到柱面号、磁头号和扇区号，具体的数据传输操作由设备管理实现。

功能：文件的按名存取；文件目录建立和维护；实现逻辑文件到物理文件的转换；文件存储空间的分配和管理；提供合适的文件存取方法；实现文件的共享、保护和保密；提供一组可供用户使用的文件操作；

二、文件及文件名

文件：由文件名字标识的一组信息的集合。

文件名：字母、数字组成的字母数字串，格式和长度因系统而异

三、文件分类、文件属性

可按各种方法进行分类：

按用途分类：系统文件、库文件、用户文件

按保护级别分类：只读文件、读写文件、不保护文件

按信息流向分类：输入文件、输出文件、输入输出文件

按存放时限分类：临时文件、永久文件、档案文件

按数据类型分类：源程序文件、目标文件、可执行文件

按设备类型分类：磁盘文件、磁带文件、软盘文件

按文件的结构分类：顺序文件、随机文件、索引文件

文件基本属性：文件名、扩展名、文件属主ID、文件所属组ID

文件类型属性：普通文件、目录文件、系统文件、隐式文件、设备文件等

按文件信息可分为：ASCII码文件、二进制文件

文件保护属性：规定访问权限

文件管理属性：创建时间、最后访问时间、最后修改时间等

文件控制属性：逻辑记录长、文件当前长、最大长等

四、文件保护及内容和方法

文件保护属性用于防止文件被破坏，称为文件保护。包括两个方面：

一是防止系统崩溃所造成的文件破坏；

二是防止文件主和其他用户有意或无意的非法操作所造成的文件不安全性。

防止系统崩溃造成文件破坏的方法：

定时转储

多副本

防止非法操作造成文件破坏的方法：

访问控制--防止文件主和其他用户有意或无意的非法操作所造成的文件不安全性。

基本思想是建立三元组：

（用户、对象、存取权限)

五、文件存取方法

存取方法是读写文件存储器上的物理记录的方法，是操作系统为用户程序提供的使用文件的技术和手段。

存取方法

顺序存取：依次访问

直接存取：直接读写记录

索引存取：文件记录按记录名或记录键来编址

六、文件控制块及内容、文件目录、目录文件

有关文件的标识和存取控制的信息：文件名、用户名、文件主存取权限、授权者存取权限、文件口令、文件类型等

有关文件逻辑结构的信息：记录类型、个数、长度、成组因子等

有关文件物理结构的信息：文件所在设备名、文件物理结构类型、记录存储位臵有关文件使用的信息：共享文件的进程数、文件修改情况、文件最大长度、当前大小等

有关文件管理的信息：建立日期、最近访问日期、最近访问日期等

文件目录：FCB的集中管理

目录文件：全部由目录项组成的文件

七、层次目录及优点、文件全名、绝对路径和相对路径

文件全名 :文件全名包括从根目录起到文件为止，在通路上所遇到的所有目录路

径，各子目录之间用斜线隔开，其中子目录名所组成的部分称为路径名.

绝对路径:C:\WINDOWS\system32\DirectX\Dinput

八、文件组织，文件逻辑/物理组织及分类

文件组织指文件中信息的配臵和构造方式，应该从文件的逻辑结构和组织及文件的物理结构和组织两方面考虑。

文件的逻辑结构分两种形式：流式文件，记录式文件。

文件的物理结构和组织是指逻辑文件在物理存储空间中存放方法和组织关系。文件的存储结构涉及：块的划分、记录的排列、索引的组织、信息的搜索，其优劣直接影响文件系统的性能。

九、记录的成组与分解

十、文件共享、静态动态共享

文件共享指不同的进程共同使用同一个文件，可分为：

1文件的静态共享

2文件的动态共享

3文件的符号链接共享

文件动态共享是系统中不同的用户进程或同一用户的不同进程并发访问同一文件

十一、文件存储空间的管理方法、位示图的相关计算

文件存储空间的管理方法:

字位映象表（位示图）

空闲区表:将空闲存储块的位臵及其连续空闲块数构成一张表，常用于连续文件的空间分配。

空闲块链：将所有空闲块链接在一起，常用于连接文件的空间分配

空闲块成组链接：Unix/Linux中使用