操作系统复习

第一章 操作系统引论操作系统的发展与分类：未配置操作系统的计算机系统：人工操作方式、脱机输入/输出方式批处理系统：单道批处理系统、多道批处理系统分时系统实时系统操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。

操作系统特征：并发、共享、虚拟和异步操作系统功能：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/写管理和保护5.操作系统与用户之间的接口：用户接口、程序接口操作系统体系结构：传统操作系统结构：无结构操作系统、模块化结构OS、分层式结构OS微内核OS结构操作系统的运行环境：内核态（系统态、核心态、管态）: 具有较高的特权，能执行一切命令。

CPU可以访问内存所有数据。

cpu也可以将自己从一个程序切换到另一个程序。

用户态（目态）: 具有较低特权，仅能执行规定的指令。

只能受限的访问内存，且不允许访问外围设备。

占用CPU的能力被剥夺，CPU资源可以被其他程序获取。

中断：中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。

异常：异常指的是在程序运行过程中发生的异常事件，通常是由外部问题（如硬件错误、输入错误）所导致的。

系统调用：由操作系统实现提供的所有系统调用所构成的集合即程序接口或应用编程接口。

是应用程序同系统之间的接口。

第二章 进程的描述与控制进程概念：为了使参与并发执行的每个程序都能独立地运行，在操作系统中必须为之配置一个专门的数据结构，称为进程控制块（PCB）。

系统利用PCB来描述进程的基本情况和活动过程，进而控制和管理进程。

由程序段、相关的数据段和PCB三部分构成了进程实体（进程映像）。

一般情况下，将进程实体称为进程。

PCB是进程存在的唯一标志。

传统OS中的进程定义为：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。

进程特征：动态性、并发性、独立性、异步性进程组织。

进程的状态与转换：就绪状态、执行状态、阻塞状态、创建状态、终止状态进程控制是进程管理中最基本的功能，主要包括创建新进程、终止已完成的进程、将因发生异常情况而无法继续运行的进程置于阻塞状态、负责进程运行中的状态转换等功能。

进程通信是指进程间的信息交换。

进程通信类型：共享存储器系统：基于共享数据结构的通信方式（低级通信）基于共享存储区的通信方式（高级通信）管道通信系统：管道是指用于连接一个读进程和一个写进程以实现它们之间通信的一个共享文件。

消息传递系统（高级通信）：直接通信方式、间接通信方式客户机-服务器系统引入线程是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销。

线程具有许多传统进程所具有的特性，所以又称之为轻型进程或进程元，传统进程称为重型进程。

线程控制块（TCB）记录所有用于控制和管理线程的信息。

多线程模型：多对一模型、一对一模型、多对多模型。

（用户线程对核心线程）进程同步机制的主要任务，是对多个相关进程在执行次序上进行协调，使并发执行的诸进程之间能按照一定的规则（或时序）共享系统资源，并能很好地相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。

实现临界区互斥的基本方法：软件实现方法，硬件实现方法。

信号量机制：P操作申请资源 wait（S）；V操作释放资源 signal（S）。

标准的原子操作，不可中断 信号量应用：利用信号量实现进程互斥、利用信号量实现前趋关系一个管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据。

管程解决同步问题时必须设置同步工具，如两个同步操作原语wait和signal。

还需要设置条件变量condition，这些条件变量的访问只能在管程中进行。

生产者-消费者问题利用记录型信号量：利用AND信号量：用Swait(empty,mutex)代替wait(empty)和wait(mutex)；利用Ssignal(mutex,full)代替signal(mutex)和signal(full)；用Swait(full,mutex)代替wait(full)和wait(mutex)；利用Ssignal(mutex, empty)代替signal(mutex)和signal(empty)；利用管程：建立管程PC包括put(x)过程和get(x)过程。

对于条件变量notfull和notempty分别有两个过程cwait和csignal对其操作。

第三章 处理机调度与死锁1、理解调度的基本概念,调度时机、切换与过程;调度的基本准则;调度方式。

高级调度（长程调度、作业调度）对象是作业低级调度（短程调度、进程调度）对象是进程（或内核级线程）中级调度（内存调度）处理机调度算法的共同目标：资源利用率、公平性、平衡性、策略强制执行批处理系统目标：平均周转时间短、系统吞吐量高、处理机利用率高分时系统目标：响应时间快、均衡性实时系统目标；截止时间的保证、可预测性2、熟练掌握典型调度算法：先来先服务调度算法，短作业(短进程、短线程)优先调度算法，时间片轮转调度算法，优先级调度算法，高响应比优先调度算法，多级反馈队列调度算法。

如果一组进程中的每一个进程都在等待仅由该组进程中的其他进程才能引发的事件，那么该组进程是死锁的。

处理死锁的方法：预防死锁、避免死锁、检测死锁、解除死锁预防死锁：破坏“请求和保持”条件、破坏“不可抢占”条件、破坏“循环等待”条件避免死锁：系统安全状态：安全状态是指系统能按照某种解除推进顺序为每个进程分配其所需资源，直至满足每个进程对资源的最大需求，是每个进程都可顺利的完成。

银行家算法：每一个新进程在进入系统时，它必须申明在运行过程中，可能需要每种资源类型的最大单元数目，其数目不应超过系统所拥有的资源总量。

死锁检测：资源分配图：圆圈表示进程、方框表示一类资源、方框中的一个点表示一类资源中的一个资源、请求边是圆圈指向方框、分配边是方框指向圆圈。

简化：将能运行完的进程的资源释放，消边。

在一系列的简化后，若能消去所有的边，则该图是可完全简化的。

系统状态Ｓ为死锁状态的充分条件是：当且仅当S状态的资源分配图是不可完全简化的。

（死锁定理）死锁解除：抢占资源：从一个或多个进程中抢占足够数量的资源，分配给死锁进程，以解除死锁状态。

终止（或撤销）进程：终止（或撤销）系统中的一个或多个死锁进程，直至打破循环环路，使系统从死锁状态解脱出来。

程序装入：绝对装入方式、可重定位装入方式、动态运行时的装入方式程序链接：静态链接方式、装入时动态链接、运行时动态链接CPU 生成的地址通常称为逻辑地址，而内存单元看到的地址（即加载到内存地址寄存器的地址）通常称为物理地址。

由程序所生成的所有逻辑地址的集合称为逻辑地址空间，这些逻辑地址对应的所有物理地址的集合称为物理地址空间。

内存保护是操作系统对电脑上的内存进行访问权限管理的一个机制。

内存保护的主要目的是防止某个进程去访问不是操作系统配置给它的寻址空间。

这个机制可以防止某个进程，因为某些程序错误或问题，而有意或无意地影响到其他进程或是操作系统本身的运行状态和数据。

交换（对换）技术是指把内存中暂时不能运行的进程或者暂时不用的程序和数据换出到外存上，以便腾出足够的内存空间，再把以具备运行条件的进程或进程所需要的程序和数据换入内存。

连续分配管理方式：单一连续分配固定分区分配动态分区分配：首次适应算法：从小到大查找第一个大小能满足的空闲分区循环首次适应算法：从上次查找到的空闲分区的下一个空闲分区开始查找最佳适应算法：查找满足要求，最小的空闲分区最坏适应算法：查找最大的空闲分区动态可重定位分区分配：紧凑：移动内存中作业的位置，把分散的小分区拼接成一个大分区动态重定位：重定位寄存器。

动态重定位分区分配算法非连续分配管理方式：分页管理方式：设逻辑地址A，页面大小L，页号P和页内地址dP=INT[A/L];d=[A]MODL设访问一次内存时间为t，快表查找到所需页面表项的命中率a，查找快表时间λ内存有效访问时间：EAT=t（查找页表项）+t（拼接成实际物理地址）=2t引入快表：EAT=a*λ+（t+λ）（1-a）+t=2t+λ-t*a分段管理方式:分段地址：段号+段内地址段页式管理方式1、理解虚拟内存基本概念。

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。

2、熟练掌握请求分页管理方式。

3、能分析并应用页面置换算法：最佳置换算法(OPT)，先进先出置换算法(FIFO)，最近最少使用置换算法(LRU)，时钟置换算法(CLOCK)。

4、理解页面分配策略。

固定分配局部置换可变分配全局置换可变分配局部置换5、理解工作集和抖动。

抖动：刚被置换出的页很快又要被访问，需要将它重新调入，此时又需要再选一页调出。

工作集：某段时间间隔里，进程实际所要访问页面的集合。

第六章 输入输出系统1、理解 I/O 控制方式，I/O 软件层次结构，I/O 调度概念。

I/O 控制方式:轮询的可编程I/O方式,中断的可编程I/O方式,直接存储器访问方式,I/O通道方式I/O 软件层次结构:用户层I/O软件、设备独立性软件、设备驱动程序、中断处理程序2、熟练掌握高速缓存（cache）与缓冲区（buffer）。

高速缓存是设备的扩展，它与设备联系紧密，不能离开设备而存在。

例如，磁盘缓存就是设在磁盘控制器中的缓冲区，它不能离开磁盘而存在。

缓冲区则是设备之间进行沟通的中间地带，用于协调不同设备之间运行速度的差异，它通常独立于设备而存在。

3、理解设备分配与回收。

4、理解假脱机技术(SPOOLing)。

SPOOLing系统构成：输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程和输出进程、井管理程序系统特点：提高了I/O的速度、将独占设备改造为共享设备、实现了虚拟设备功能第七章 文件管理文件是具有文件名的若干相关元素的集合。

文件的逻辑结构：顺序文件，索引文件，索引顺序文件。

文件目录结构：文件控制块（FCB）和索引节点，单级目录结构和两级目录结构，树形目录结构，图形目录结构。

文件共享：系统应允许多个用户共享同一份文件。

文件保护：访问类型（读,写,执行,添加,删除,列表清单）,访问控制（身份访问,口令和密码） 文件系统层次结构:对象及其属性、对对象操纵和管理的软件的集合、文件系统的接口目录实现：打开文件时，操作系统利用路径名找到相应目录项，目录项中提供了查找文件磁盘块所需要的信息。

目录实现的基本方法有线性列表和哈希表两种。

文件实现：文件分配方式、文件存储空间管理第八章 磁盘存储器的管理磁盘访问时间：寻道时间=启动磁臂的时间+磁头移动磁道数*驱动器速度旋转延迟时间：指定扇区移动到磁头下面所经历的时间传输时间：把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据时间磁盘调度算法：先来先服务（FCFS）：根据进程请求先后次序进行调度。