操作系统期末复习整理

7、页面置换算法1 先进先出(FIFO)2最近最久未使用淘汰算法(LRU)3最近不频繁使用淘汰算法(LFU)4最优算法(OPT)

9、进程调度算法1先来先服务FCFS 按照进程就绪的先后顺序来调度进程，到达的越早，其优先级越高。2轮转调度系统把所有就绪进程按先后次序排队，处理机总是优先分配给就绪序列中的第一个就绪进程，并分配给它一个固定的时间片。当该运行进程用完规定的时间片时，被迫释放处理机给下一个处于就绪序列中的第一个进程，分配给这个进程相同的时间片，依次轮流下去。3分级轮转法:就是将先前的一个就绪队列，根据进程的优先级不同，划分成两个或两个以上的就绪队列，并赋给每个队列不同的优先级。4优先级法:利用优先级调度算法进行进程调度时，就是从就绪队列中选出优先级最高的进程，把CPU分给它使用。二、磁盘调度：（1）先来先服务（FCFS）最短寻道时间优先（SSTF）（3）扫描算法（SCAN)（4）循环扫描算法（CSCAN）

三可变分区分配算法：最佳适应，最先适应，最坏适应，下次适应算法

2、存储计算机特点：它具有逻辑判断能力和自动连续运算能力，其计算模型是顺序过程计算模型，主要特点是集中顺序过程控制，即控制部件根据程度对整个计算机的活动实行集中过程控制，并根据程序规定的顺序依次执行每一个操作。1操作系统在计算机系统中的层次结构：

操作系统是搭建在裸机上的第一次软件，它负责提供方便用户使用的命令语言，负责把系统资源管理起来以便充分发挥他们的作用。是用户和计算机之间的桥梁2OS功能：处理机分配、存储器管理、设备管理和软件资源管理。

3OS特性：并发性、共享性、不确定性和虚拟性。

4角度刻画1用户观点。这种观点主要是为刻画操作系统的功能而引入的，从用户的角度来观察操作系统，操作系统是个黑盒子，配置了操作系统的计算机与原来真实的物理计算机迥然不同，用户使用计算机更方便,构造了一台虚拟机，提供的操作命令决定了虚拟机的功能。

2资源管理观点：资源观点是从现代计算机系统角度考虑问题。计算机系统由硬件和软件两大部分组成，即：硬件和软件资源，这些资源都是非常宝贵的，按其性质可归为四大类：处理机、存储器、外部设备、文件(程序和数据)。

这四类资源构成了操作系统本身和用户作业赖以活动的物质基础和工作环境。

3进程观点：通常我们把程序的一次执行过程叫做一个进程。进程被创建、运行直至被撤消完成其使命。从进程角度来分析操作系统，则所有进程的活动就构成了操作系统的当前行为。

4模块分层观点：如何形成操作系统的构架，用模块分层观点讨论模块之间的关系，讨论如何安排连结这些程序模块才能构造一个结构简单清晰、逻辑正确、便于分析和实现的操作系统。

1、所谓进程，程序在处理机上的执行过程，进程是一个可拥有资源的独立实体，同时又是一个可以独立调度的基本单位。

4、进程的状态：1运行态是指当年进程已分配到CPU，它的程序正在处理机上执行时的状态。处于这种状态的进程的个数不能大与CPU 的数目2就绪态是指进程已具备运行条件，因为其它进程正占用CPU，所以暂时不能运行而等待分配CPU的状态。3阻塞态是指进程等待某事情发生而暂时不能运行的状态。就是说，处于阻塞状态的进程尚不具备运行条件，即使CPU空闲，它也无法使用。这种状态有时也称为封锁状态或等待状态

5、进程状态的转换：1就绪→运行处于就绪状态的进程被调度程序选中，分配

到CPU后，该进程就由就绪态变为运行态。处于运行态的进程也称作当前进程。此时当前进程的程序CPU上执行，它真正是活动的。2运行→阻塞正在运行的进程因某种条件未被满足而放弃CPU的占用，这个进程的状态就由运行态变为阻塞态。（3）阻塞→就绪处于阻塞状态所等待的事件发生了，系统就把进程的状态由阻塞态变为就绪态。此时该进程就从阻塞状态队列中，然后与就绪队列中的其它程序竞争CPU。4运行→就绪正在运行的进程如用完了本次分配给它的CPU时间片，它就得从CPU上退下来，暂停运行。该进程的状态就由运行状态变为就绪态，以后进程调度程序选种它，它就又可以继续运行了。

6进程控制块PCB。有时也称为进程描述块，它是进程组成中最关键的部分，其中含有进程的描述信息和控制信息，是进程动态特性的集中反映。它是系统对进程实行识别和控制的依据。

组成：1进程名：它是惟一的标志对应进程的一个标志符或数字2当前状态。表明该系统的执行状态，是运行态、就绪态、还是阻塞态3优先级表示进程获取CPU的优先级别4现场保留区5资源清单6进程执行起始地址9族系关系。

8、线程目的:是为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使操作系统具有更好的并发性2线程的定义：是进程中的一个实体是被系统独立调度的基本单位3线程与进程比较：A、调度。线程作为调度和分配的基本单位，而把进程作为资源拥有的基本单位B、并发性。不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间，亦可并发执行C、拥有资源。进程是拥有资源的独立单位，线程不拥有系统资源（只有一些必不可少的资源），但它可以访问其隶属进程的资源D开销。线程切换需要的系统开销小于进程

二、存储管理功能:内存的分配和回收.存储保护,地址转换.静态重定位、动态重定位,存储共享.“扩充”内存容量

三、分区存储管理包括1、固定式分区：指系统先把内存划分成若干个大小固定的分区，一旦划分好，在系统运行期间便不再重新划分。为了满足不同程序的存储要求，各分区的大小可以不同。2可变式分区：指系统不预先划分固定分区，而是在装入程序时划分内存分区，使为程序分配的分区的大小正好等于该程序的需求量，且分区的个数是可变的。

3、分区管理方案1优点简单易行、实现共资源享可变分区比固定分区利用率高

2缺点使用不充分、存在碎片，不能实现虚拟内存

4、页式存储管理（1）优点：由于他不要求作业或进程的程序段和数据在内存中连续存放，从而有效的解决了碎片问题。这既提高了内存的利用率，又有利于组织多道程序执行。（2）缺点：存在页面空间的浪费问题。

1在分页系统中，程序的地址空间被等分成大小相等的片，称为页面。

2在分页系统中，主存也被分成大小相等的块，且与页面大小相等，称为内存块。

3虚地址由两个部分组成：前一部分表示该地址所在页面的页号p：后一部分表示页内位移d，即页内地址。物理地址=内存块号*块长+页内地址

5段式存储管理：基本原理：是分段和分页原理的结合。即先将用户程序分为若干个段，再把每个段划分成若干页，并为每个段赋予一个段明。

6、虚拟存储管理1局限性还表现在下述两个方面：时间局限性。如果程序中的某条指令一旦执行，则不久以后该指令可能再次执行；如果某数据被访问过，则不久以后该数据可能再次被访问。产生时间局限性的典型原因是由于在程序中存在着大量的循环操作。空间局限性。一旦程序访问了某个存储单元，在不久之后，其附近的存储单元也将被访问，即程序在一段时间内所访问的地址，可能集中在

一定的范围之内，其典型情况便是程序的顺序执行。

一中断1、工作原理：CPU硬件有一根导线称为中断请求线，CPU在执行每条指令之后都要对此查询；如果CPU查出控制器已经发出信号到中断请求线上，那么CPU首先保护中断现场，然后跳转到内存固定地址执行中断处理程序；通过分析，确定中断原因后，便可处理相应中断，最后恢复中断现场并从中断返回。

二、直接内存访问（DMA）DMA控制器可用来代替CPU的控制，由他负责控制内存与设备之间成批的数据交换。

2、DMA方式与中断方式的区别：1中断方式是在数据缓冲寄存器填满之后则发出中断，要求CPU进行中断处理；而DMA方式则是在所要求转送的数据块全部传送结束时要求CPU进行处理中断，从而减少了CPU进行中断处理的次数。2中断方式的数据传送是在中断处理时由CPU控制完成，而DMA方式则不经过CPU而是在DMA控制器的控制下完成。

三、通道是一个独立于CPU的专管I/O控制的处理机，它控制设备与内存直接进行数据交换。

2分类：字节多路通道、数据选择通道和数组多路通道

四、缓冲：缓冲区是存储数据的内存区域，用于在设备之间或设备与应用程序之间传输数据。

1、缓存是一块快速内存区，其内保留有数据的副本。

1、缓存与缓冲的区别：缓冲区可以保留仅是现存副本的数据项，而据定义，缓存恰好将某一处的数据项保留在高速存储中。

六、Spool称为联机的同时外围设备操作，俗称假脱机。Spooling是在多道程序系统中处理独占设备的一种方法。

1、目录：文件系统层次结构的一个非终结节点，一个目录通常包含有许多目录项，每个目录项可以是一个文件或目录。而文件是文件系统层次结构的一个终结节点，即在文件下不可能再包含文件或目录。

1、文件系统：是指一个负责存取和管理外部存储器上文件信息的机制。

2、文件系统的为用户提供的功能：1使用户建立、修改和删除一个文件；（操作）2使用户能在系统控制下共享其他用户的文件；3使用户能在文件之间进行数据传输；4使用户能通过符号文件名对文件进行访问5具有转储和恢复重要文件的能力6为用户文件提供可靠的保护和保密措施；

3文件系统的组成：1文件组织和存取2文件存取过程管理3文件I/O管理4外存管理5系统故障恢复

四、文件1逻辑结构：顺序结构的定长记录、顺序结构的变长记录、带关键字的逻辑结构2、物理结构：顺序结构（连续文件）、随机结构（随机文件）、链表结构（串联文件）

3文件组成：文件控制块和文件体两部分。文件控制块：文件名、内部名、用户名、物理组织、物理地址、记录格式、历史和测量信息、文件性质、口令或密码、存取属性、信息的编码方式、增删说明、共享说明、其它

1寻道时间Ts= m n + s，2、旋转延迟时间：是指定扇区移动到磁头下面所经历的时间3、传输时间：这是指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间。

三、RAID层次RAID 0：无差错控制的带区组RAID 1：镜像结构RAID 2：带海明码校验RAID 3：带奇偶校验的并行传送RAID 4：带奇偶校验码的独立磁盘结构RAID 5：分布式奇偶校验的独立磁盘结构RAID 6：带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构RAID 7：优化的高速数据传送磁盘结构RAID 0+1:

四、数据交付

1、数据交付是指将磁盘高速缓存中的数据传送给请求者进程。

2、系统可以采取两种方式将数据交付给请求进程：

(1) 数据交付。直接将高速缓存中的数据，传送到请求者进程的内存工作区中。

(2) 指针交付。只将指向高速缓存中某区域的指针交付给请求者进程。

五、提高磁盘I/O速度的其他方法

1、预读（read-ahead）顺序访问时,常采用提前读入下一块到缓冲区中

2、延迟写将本应立即写回磁盘的数据挂到空闲缓冲区的队列的末尾。直到该数据块移到链头时才将其写回磁盘，再作为空区分配出去

3、虚拟盘（virtual disk）1利用内存空间去仿真磁盘（RAM盘）2Vitual disk 与disk cache的区别是：vitual disk的存放的内容由用户完全控制Disk cache中的内容完全是由操作系统控制

六文件系统的层次结构第一层：文件命令解释模块。是文件系统和用户程序之间的接口，它接收用户发出的文件命令，处于抽象的第一层。功能：语法检查、补充信息和传递信息。第二层：目录检索模块。根据用户提供的文件名，在用户文件目录中查找文件名所对应的文件说明，以及与存储控制验证模块进行通信。第三层：存储控制验证模块。是目录检索模块和逻辑文件系统模块之间的检查站，负责访问限制和共享权的核对与判断。第四层：逻辑文件系统模块。将用户说明的逻辑地址转换为文件体所在块的物理地址，并同物理文件系统模块进行通信。第五层：物理文件系统模块。对内存缓冲区进行分配和释放以及同设备策略模块进行通信。第六层：设备策略模块。将物理区号转换成相应设备所需的地址格式。还应根据请求的操作存取记录的物理区号，为该类型的设备准备相应的I/O命令和对应的通道程序。第七层：IO控制系统模块。实现所有I/O请求的排队调度、启动、I/O操作控制，最后把所需的物理记录从文件的设备上传输到系统缓冲区中，或者把系统缓冲区中用户的信息块送到外存指定块中。

五、实现目录：单级目录结构：只有一张单级目录表二级目录结构：一个主目录和一个用户文件目录多级目录结构：通常把包括三级及三级以上的文件目录结构称为多级目录结构

10、P/V操作1、P操作：申请资源操作1) S:=S-1；(2) 如果S≥0，则表示有资源，该进程继续执行；如果S<0，则表示已无资源，执行原语的进程被置成阻塞状态，并使其在S信号量的队列中等待，直至其他进程在S上执行V操作释放它为止2V操作：释放资源操作1) S:=S+1；(2)如果S>0，则该进程继续执行；如果S≤0，则释放S信号量队列的排头等待者并清除其阻塞状态，即从阻塞状态转变到就绪状态，执行V(S)者继续执行。

（1）、生产者与消费者问题

信号量的设置

Mutex=1 临界资源（互斥用信号量）

Empty=n 空缓冲区的个数（同步）

Full=0 满缓冲区的个数（同步）

var mutex，empty，full：psemaphore；var i,j，goods：integer；var buffer：array [0…n-1] of item；procedure producer生产者进程begin while true do begin produce next product；P(empty)；P(mutex)；buffer(i):=product；i:=(i+1) mod(n)；V(mutex)；V(full)；end end；

procedure consumer；消费者进程

begin while true do begin P(full)；P(mutex)；goods：= buffer(j)；j:=(j+1) mod(n)；V(mutex)；V(empty)；consume product；end end；begin seminitial (mutex.v，1；empty.v，n；full.v，0)；i:=j:=0；cobegin producer；consumer；coend

end

(2)、读者与写者问题

信号量的设置mutex=1 临界资源1wrt=1 临界资源2

var mutex，wrt：psemaphore；var readcount：integer；

BEGIN seminit (mutex.v，1；wrt.v，1)；readcount：= 0；

COBEGIN procedure reader；begin P(mutex)；readcount:=readcount+1；

if readcount =1 then P(wrt)；V(mutex)；reading is performing；P(mutex)；readcount:=readcount-1；if readcount =0 then V(wrt)；V(mutex)；end procedure writer；begin P(wrt)；writing is performing；V(wrt)；end COEND END；

11所谓死锁是指多个进程循环等待它方占有的资源而无限期地僵持下去的局面。2死锁条件：互斥条件、不抢占条件、请求和保持条件和环路等待条件。

银行家work:=available;L:{Li|allocation:=0 request:=0};for all L do begin for all request[i]<=work begin work=work+allocation;livl end end deadlock=T(L=PP....P )