操作系统引论

操作系统重要知识点归纳提纲第一章操作系统引论1、什么是操作系统，它的主要功能是什么？（1）从资源管理的角度，操作系统是控制和管理计算的软、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程以及方便用户的程序集合。

（2）从硬件扩充的角度，操作系统是控制和管理计算机裸机之上的第一层软件，是对计算机硬件功能的一次扩充。

操作系统的主要功能有处理机管理、内存管理、设备管理、文件管理以及用户接口。

2、什么是多道程序设计技术？多道程序设计技术的主要特点是什么？多道程序设计技术就是把多个程序同时放入内存，它们共享系统中的各种资源，并发地在处理机上运行。

特点如下：（1）多道，即计算机内存中同时存入多道相互独立的程序。

（2）宏观上并行，是指同时进入系统的多道程序都处于运行过程中。

（3）微观上串行，是指在单处理机环境下，内存中的多道程序轮流地占有CPU，交替执行。

3、批处理系统是怎样的一种操作系统？它的特点是什么？批处理系统是一种基本的操作系统类型。

在该系统中，用户的作业（包括程序、数据及程序的处理步骤）被成批地输入到计算机中，然后在操作系统的控制下，用户的作业自动地执行。

批处理系统的特点是“成批”和“自动”。

成批是指多个作业同时进入系统，其中一部分放在内存中，其余的入在外存的后备队列中，这样便于系统搭配合理的作业使之执行，从而充分发挥系统中各种资源的作用。

自动是指作业一旦提交，用户就不能干预自己的作业。

4、多道批处理系统的优缺点是什么？教材P85、什么是分时系统？其主要特点是什么？教材P10、116、比较多道批处理系统和分时系统的主要异同点作业7、操作系统的基本特征是什么？最重要的特征又是什么？操作系统的主要特征是并发性、共享性、虚拟性和不确定性。

并发性是指两个或两个以上的事物在同一时间间隔发生。

共享性是指多道程序或任务对计算机资源的共同享用。

虚拟性是指操作系统采用软件的手段将一个物理上的实体对应为多个逻辑上的对应物。

不确定性是指操作系统是在一个不确定的环境中运行，人们不能对所运行程序的行为以及硬件设备的情况做出任何的假定，也无法确切地知道操作系统正处于什么样的状态。

在四个基本特征中，并发性是最重要的特征。

8、操作系统与用户的接口有几种？它们各自用在什么场合？操作系统与用户的接口分为命令接口和程序接口，命令接口提供一组命令供用户使用。

命令接口用于用户操作级别。

程序接口提供一组系统调用，供用户在程序中取得操作系统服务而设置。

程序接口用于用户程序级别。

9、“操作系统是控制硬件的软件。

”这一说法确切吗？为什么？这说法不确切。

因为操作系统不仅控制和管理计算机的硬件资源，还要控制和管理计算机的软件资源，把操作系统定义为控制硬件的软件是片面的。

第二章进程管理1、进程的概念（P38）、进程的五个特征（P37）2、进程和程序的比较：（1）动态性是进程最基本的特性，进程有一定的生命期，而程序只是一组有序的指令集合，是静态实体。

（2）并发性是进程的重要特征，同时也是OS 的重要特征。

引入进程的目的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执行，而程序是不能并发执行的。

（3）独立性是指进程实体是一个能独立运行的基本单位，也是系统中独立获得资源和独立调度的基本单位。

对于未建立任何进程的程序，不能作为独立单位参加运行。

（4）进程在并发执行过程中会产生相互制约关系，存在异步性，而程序不存在异步特征。

3、进程的三个基本状态及状态转换图、状态转换原因。

（P38）运行态：当前进程已分配到CPU，它的程序正在处理机上运行；就绪态：进程已具备运行条件，但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；阻塞态：因等待某件事件发生而暂时不能运行的状态。

就绪→运行：被调度程序选中，分配到CPU。

运行→阻塞：因缺乏某种条件而放弃对CPU的占用，例如I/O请求。

阻塞→就绪：阻塞态进程所等待的事件发生了，例如I/O完成。

运行→就绪：进程用完时间片（分时系统中）或一个优先权更高的进程进入就绪队列（“优先权高优先”调度算法中）。

4、进程组成：PCB、程序段和相关数据段。

PCB是进程存在的唯一标志。

5、进程控制块作用：进程控制块是进程组成中最关键的部分，每个进程有唯一的进程控制块，操作系统根据PCB中的信息对进程实施控制和管理，PCB是进程存在的唯一标志。

6、操作系统在进程管理方面要做的主要工作有以下几方面：（1）进程控制：设置一套机制来完成进程的创建、撤销以及进程状态的转化。

（2）进程同步：实现对系统中运行的所有进程之间的协调，包括进程互斥和进程同步。

（3）进程通信：在多道程序环境中，进程之间需要合作以共同完成一项任务，这些进程之间需要交换信息来协调各自的工作进度。

所以系统必须具有进程之间通信的能力。

（4）进程调度：当处理机空闲时，按一定算法挑选一个进程，使其占有处理，投入运行。

7、什么是原语？其作用主要是什么？（P43）原语：它是由若干条机器指令所构成，用以完成特定功能的一段程序，为保证其操作的正确性，它应当是原子操作，即原语是一个不可分割的操作。

原语的作用是为了实现进程的通信和控制。

8、并发进程间两种相互制约关系是什么？什么是进程的同步与互斥？并发进程间两种相互制约关系是直接制约关系和间接制约关系。

前者表现为进程的同步，后者表现为进程的互斥。

进程的同步：同步是合作进程之间协调彼此的工作，而控制自己的执行速度，由此产生的相互合作、相互等待的制约关系。

进程的互斥：互斥是多个进程之间竞争临界资源，而禁止两个以上的进程同时进入临界区所发生的制约关系。

9、什么是临近资源？什么是临界区？同步机制应遵循的规则是什么？临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源；临界区：每个进程访问临界资源的那段程序。

应遵循的规则（P50）10、什么是记录型信号量？记录型信号量中wait(S)和signal(S)原语的定义和基本含义是什么？记录型信号量：记录型信号量是由两个成员组成的数据结构，其中一个成员是整型变量，表示信号量的值，另一个是进程链表L，用于链接等待进程。

wait(S)和signal(S)原语的定义：教材P51wait操作的含义：信号量S.value减1，即S.value=S.value-1；如果S.value≥0，则该进程继续执行；否则放到另一个分量进程链表中等待。

signal操作的含义：S.value加1，即S.value=S.value+1；如果S.value＞0，则该进程继续执行；否则唤醒进程链表中的第一个等待进程。

11、实现进程互斥模型、同步模型时信号量初值的设定？要求能利用信号量实现前驱图。

互斥信号量：初值为1；源信号量：初值为资源的数目。

12、以下进程之间存在相互制约关系吗？若存在，是什么制约关系？为什么？（1）几个同学去图书馆借同一本书；（2）篮球比赛中两队同学争抢篮板球；（3）果汁流水线生产中捣碎、消毒、灌装、装箱等各道工序；（4）商品的入库和出库；（5）工人做工与农民种粮。

进程之间的相互制约分为互斥关系和同步关系。

（1）几个同学去图书馆借同一本书。

存在互斥关系。

因为一本书只能借给一个同学。

（2）篮球比赛中两队同学争抢篮板球。

存在互斥关系。

因为篮球只有一个，两队只能有一个队抢到篮球。

（3）果汁流水线生产中捣碎、消毒、灌装、装箱等各道工序。

存在同步关系，因为后一道工序的开始依赖于前一道工序的完成。

（4）商品的入库和出库。

存在同步关系，因为商品若没有入库就无法出库，若商品没有出库，装满了库房，也就无法再入库。

（5）工人做工与农民种粮。

工人和农民之间没有相互制约关系。

13、三个经典的进程同步问题：生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家进餐问题。

能够使用信号量机制解决进程的同步问题。

14、进程通信—三种高级通信方式：共享存储器系统、消息传递系统（直接通信方式和间接通信方式—信箱）、管道通信。

15、什么是线程？线程的基本状态？为什么要在操作系统中引入线程？线程：线程是由进程所包含的一个实体，并能被系统独立调度和分派的基本单位，也可以看作是一种轻型进程。

线程的基本状态：就绪、运行和阻塞在操作系统中引入线程，则是为了减少进程在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性，提高CPU的利用率。

16、进程和线程的比较：（1）调度性：线程在OS 中作为调度和分派的基本单位（即是分配CPU的基本单位），进程只作为资源拥有的基本单位。

（2）并发性：进程可以并发执行，一个进程的多个线程也可并发执行。

（3）拥有资源：进程始终是拥有资源的基本单位，线程只拥有运行时必不可少的资源，本身基本不拥有系统资源，但可以访问隶属进程的资源。

（4）系统开销：操作系统在创建、撤消和切换进程时付出的开销显著大于线程。

第三章处理机调度和死锁1、批处理作业的三级调度分别是指什么？它们各自的主要任务是什么？三级调度：作业调度（或高级调度）、中级调度和进程调度（或低级调度）。

（1）高级调度的任务：高级调度的主要任务是根据某种算法，把外存上处于后备队列中的那些作业调入内存。

（2）低级调度是保存处理机的现场信息，按某种算法选取进程，再把处理器分配给该进程。

（3）引入中级调度的主要目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。

使那些暂时不能运行的进程不再占用内存资源，将它们调至外存等待，把进程状态改为就绪驻外存状态或挂起状态。

2、作业在系统中存在的标志是为该作业建立了作业控制块(JCB)。

3、进程调度的两种方式：抢占式调度和非抢占式调度。

抢占式调度中常基于的抢占原则包括：优先权原则、短进程优先原则、时间片原则（P87）4、调度算法：先来先服务调度法（FCFS）、短作业/短进程优先调度算法（SJF/SPF，分为剥夺式和非剥夺式，剥夺式短作业优先调度算法又叫最短剩余时间优先调度算法）、时间片轮转调度法（RR）、高优先权优先调度算法、高响应比优先调度算法；会用各种调度算法计算作业调度次序和作业的平均周转时间、平均带权周转时间。

5、选择调度算法的准则包括面向用户的准则和面向系统的准则。

面向用户的准则包括周转时间短、响应时间快、截止时间有保证、优先权原则。

面向系统的准则包括系统吞吐量高、处理机利用率好、各类资源的平衡利用。

评价调度算法的主要指标：吞吐量、周转时间、平均周转时间、带权周转时间和平均带权周转时间；6、什么是死锁？产生死锁的原因？四个必要条件？死锁的概念：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，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。

死锁的原因：1 竞争资源；2 进程间推进顺序非法。

四个必要条件：互斥条件、请求和保持条件、不剥夺条件、环路等待条件。

7、处理死锁的三种方法和其基本思想分别是什么？三种方法：预防死锁、避免死锁、检测和解除死锁。