操作系统概论自考提纲.doc

操作系统概论自考提纲.doc

《操作系统概论自考提纲.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《操作系统概论自考提纲.doc（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

操作系统复习提纲

第1章引论

1.计算机系统组成

硬件：

中央处理器，存储器（主存和辅存），输入输出控制系统和各种输入输出设备构成

软件：

系统软件，支撑软件和应用软件。

2.操作系统的功能/本质

从资源管理的观点出发，操作系统功能可分为：

处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理。

此外，操作系统还为用户提供了两类使用接口：

程序员接口-“系统功能调用”和操作员接口-“操作控制命令”。

3.按照操作系统提供的服务，大致可以把操作系统分为以下几类：

批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、微机操作系统、嵌入式操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。

其中批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统是基本的操作系统。

①批处理操作系统按照用户预先规定好的步骤控制作业的执行，实现计算机操作的自动化。

又可分为批处理单道系统和批处理多道系统。

单道系统每次只有一个作业装入计算机系统的主存储器运行，多个作业可自动、顺序地被装入运行。

批处理多道系统则允许多个作业同时装入主存储器，中央处理器轮流地执行各个作业，各个作业可以同时使用各自所需的外围设备，这样可以充分利用计算机系统的资源，缩短作业时间，提高系统的吞吐率。

②分时操作系统，这种系统中，一个计算机系统与许多终端设备连接，分时系统支持多个终端用户，同时以交互方式使用计算机系统，为用户在测试、修改和控制程序执行方面提供了灵活性。

分时系统的主要特点是同时性、独立性、及时性和交互性。

③实时操作系统能使计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并在严格的规定时间内完成处理，且给出反馈信号。

它是较少有人为干预的监督和控制系统。

实时系统对可靠性和安全性要求极高，不强求系统资源的利用率。

4.Unix，Linux特点

Unix：

通用的交互式分时操作系统。

特点：

①短小精悍。

②具有可装卸的多层次文件系统。

③可移植性好。

④网络通信功能强。

Unix是目前惟一可以安装和运行在从微机、工作站、大型机到巨型机上的操作系统。

Linux：

网络时代的产品。

继承了Unix的特点，多任务多用户的通用操作系统。

特点：

支持TCP/IP协议，并能与其他网络集成，使异地机能方便的入网；支持并行和实时处理，能充分发挥硬件性能；支持多种文件系统，方便用户使用。

5.特权指令：

不允许用户程序中直接使用的指令。

6.目态，管态

中央处理器的两种工作方式：

管态和目态。

在管态下，中央处理器可执行包含特权指令在内的一切指令；

目态次于管态，在目态下，中央处理器不准执行特权指令。

操作系统在管态下工作，用户程序在目态下工作。

作用：

防止用户程序破坏操作系统及其关键数据。

7.程序状态字：

用来控制指令执行顺序并且保留和指示与程序有关的系统状态。

（图见课本）

8.操作系统为什么要提供系统调用？

（简答）

为了使用户能方便使用计算机系统，操作系统提供了两类使用接口。

分别是：

程序员接口和操作员接口。

程序员接口就是指一组系统功能调用。

操作系统编制了许多不同功能的子程序，供用户程序执行中调用。

这些由操作系统提供的子程序称为系统功能调用程序，简称系统调用。

系统调用是操作系统为用户程序提供的一种服务界面，或者说，是操作系统保证程序设计语言能正常工作的一种支持。

在源程序一级，用户用程序设计语言描述算题任务的逻辑要求，这些要求的实现只有通过操作系统的系统调用才能完成，其中有些要求还必须执行硬件的特权指令才能达到目的。

第2章处理器管理

1.多道程序设计：

让多个计算题同时进入一个计算机系统的主存储器并行执行。

宏观上并发执行（并行），微观上顺序执行（串行）。

2.进程：

把一个程序在一个数据集合上的一次执行称作一个进程。

进程的属性：

①进程是动态的，它包含了数据和运行在数据集上的程序②多个进程可以含有相同的程序③多个进程可以并发执行④进程有三种基本状态：

就绪态，等待态，运行态。

进程是由程序，数据集，进程控制块三部分构成的。

3.进程和程序的区别：

（简答）

①进程是动态的，程序是静态的。

②进程是暂时的，程序是永久的。

③进程与程序的组成不同：

进程包括程序、数据和进程控制块。

④进程与程序是密切相关的。

通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。

4.进程的基本状态及状态转化（选择，填空，简答）

①就绪状态（ready）：

进程等待分配CPU。

系统中同时处于就绪状态的进程会排成一个或多个就绪队列。

②执行状态（running）：

进程正占用CPU执行其程序中的指令。

在单处理机系统中，任何时刻至多只有一个进程处于执行状态。

③阻塞状态（blocked）：

进程在等待某个事件的发生，故也称为等待状态（waiting）。

系统按等待原因的不同将阻塞状态的进程排成多个阻塞队列。

④新状态（new）：

进程正被创建。

⑤终止状态（terminated）：

进程已经结束执行。

执行状态

就绪状态

阻塞状态

新状态

终止状态

接收

进程调度

退出

中断

等待I/O或事件

I/O或事件发生

5.进程控制块的作用和基本内容。

在计算机系统中，进程控制块就是对进程进行管理和调度的信息集合。

它包含四类信息：

（1）标示信息。

用于表示一个进程。

（2）说明信息。

用于说明进程情况。

（3）现场信息。

用于保留当前运行进程暂时让出处理器时存放在处理器中的各种信息，以便能在继续运行时得以恢复。

（4）管理信息。

用于管理进程。

6.中断定义，类型，过程。

（简答）

由于某些事件的出现，中止现行进程的运行，而由操作系统去处理出现的事件，待适当的时候让被中止的进程继续运行，这个过程称为中断。

引起中断的事件称为中断源。

对出现的事件进行处理的程序称为中断处理程序。

（1）硬件故障中断。

（2）程序中断。

（3）外部中断。

（4）输入/输出中断。

（5）访管中断。

前面四类中断不是正在运行的进程所期待的，而是由于外界的原因迫使正在运行的进程被打断，因此称为强迫性中断事件。

第五类中断是正在运行的进程所期待的，它表示正在运行的进程对操作系统有某种需求，故称为自愿性中断事件，在小型和微型计算机中称为系统调用。

中断处理过程，涉及到三类PSW

（1）存放在程序状态字寄存器中的PSW是当前正在占用处理器进程的PSW称作当前PSW。

（2）出现中断事件后把中断处理程序的PSW称为新PSW。

（3）中断处理程序在占用处理器前必须保存中断进程的PSW，把保护好的被中断进程的PSW称作旧PSW。

当发现中断事件后，中断装置应首先把出现的中断事件保存到psw寄存器中的中断码位置，然后把psw寄存器中的当前psw作为旧psw存放到预先约定好的主存固定单元中保护起来，再把已经确定好的操作系统处理程序的新psw送到程序状态字寄存器中，成为当前psw。

这一过程称为交换psw。

中断装置通过交换psw完成中断响应，使被中断进程让出处理器，且使处理器按照中断处理程序的新psw控制执行。

保护被中断进程的现场信息；分析中断原因；处理发生的中断事件（硬件故障中断事件的处理、程序性中断事件的处理、外部中断事件的处理、输入输出中断事件的处理、

自愿中断事件的处理）

7.处理器调度（计算）

处理器调度分为两级调度：

进程调度和作业调度。

（P27图2-11）

作业调度：

先来先服务算法，计算时间短作业优先算法，响应比高者优先算法；优先级调度算法；均衡调度算法。

进程调度：

先来先服务算法，最高优先级调度算法，时间片轮转调度算法。

8.线程概念

在现代操作系统中把用户的一个计算问题或一个应用问题称作一个进程，把该进程可以并发执行的各部分分别称作线程。

线程是进程中可独立进行的子任务，线程描述表用来记录线程执行时的现场信息及状态等。

第3章存储器管理

1.计算机系统的三级存储

寄存器；主存储器和高速缓冲存储器；辅助存储器。

2.逻辑地址、物理地址、重定位

用户程序中使用的地址称为逻辑地址；主存空间中的地址编号称作主存储器的绝对地址（物理地址）。

把逻辑地址转换为绝对地址的工作称为重定位或地址转换。

3.重定位的方式：

静态重定位、动态重定位

静态重定位：

当用户程序被装入内存时，一次性实现逻辑地址到物理地址的转换，以后不再转换（一般在装入内存时由软件完成）。

不允许程序运行时在内存中移动。

动态重定位：

地址变换过程是在程序执行期间，随着对每条指令和数据的访问而自动进行的。

须获得硬件地址变换机构的支持。

允许程序在运行期间在内存中移动。

4.单用户连续存储管理

最简单的存储管理方式在这种方式下操作系统占了一部分主存空间，其他剩余的主存空间都分配给一个作业使用，即在任何时刻主存储器中最多只有一个作业适用于单道计算机系统。

存储保护：

界限寄存器，寄存器的内容为当前可供用户使用的主存区域的起始地址。

地址转换：

静态重定位。

5.固定分区存储管理

是把主存储器中的可分配的用户区域预先划分成若干个连续区，每个连续区称为一个分区，分区个数是固定的，分区大小可同，可不同，分区大小固定不变。

每个分区可装入一个作业，所以有多个分区时可装入多个作业，但不允许多个作业同时存放在一个分区中。

适用于多道程序设计系统。

主存空间的分配与回收：

分区分配表（分区号，起始地址，长度，占用标志）

存储保护：

下界寄存器、上界寄存器下限地址<=绝对地址<上限地址

地址转换：

静态重定位。

6.可变分区存储管理

可变分区存储管理不是预先把主存储器中的用户区域划分成分区，而是在作业要求装入主存储器时，根据作业需要的主存空间大小和当时主存空间使用情况来决定是否作为分配一个分区。

因此分区的长度不是预先固定的，而是按作业的实际需求来划分的；分区的个数也不是预先确定的，而是由装入的作业数决定的。

主存空间的分配与回收：

空闲区表（始址，长度，状态）

存储保护：

基址寄存器、限长寄存器基址寄存器内容<=绝对地址<=限长寄存器内容

地址转换：

动态重定位。

（简答）可变分区管理常用主存分配方法：

最先适应算法（找第一个能满足作业长度要求的空闲区）、最优适应算法（找一个能满足作业要求的最小空闲区，空闲区表按长度递增次序组织）、最坏适应算法（找一个最大的空闲区分割一部分给作业用，空闲区表按长度递减次序组织）。

移动技术：

把作业从一个存储区域移到另一个存储区域的工作叫做移动。

目的：

集中分散的空闲区；便于作业动态扩充。

注意问题：

移动会增加系统开销；移动是有条件的，例如，某个作业在执行过程中正在等待外围设备传送信息，不能移动该作业。

采用两头装入作业的方式可以减少移动的作业数和信息量。

7.页式虚拟存储管理

以上单用户连续、固定分区、可变分区存储管理都属于连续分配算法，以下页式虚拟存储管理属于分散分配算法。

基本原理：

主存分块，程序分页，页的大小与块的大小相等

逻辑地址：

页号P，页内地址（页内位移量）W

页号

页内地址（位移量）

PW

在进行存储器分配时，总是以块为单位进行分配。

一个作业的信息有多少页，把它装入主存时，就给它分配多少块。

分配给作业的主存块可以是不连续的，即作业信息可以按页分散存放在主存的空闲块中。

页式主存空间的分配与回收：

“位示图”。

例主存有256块，可用字长为32位的8个字的位示图来构成主存分配表。

块号=字号*字长+位号

字号=[i/字长]，位号=imod字长

页表（逻辑页号，主存块号）页表一般是存放在主存中的，因此当按给定的逻辑地址进行读写时，必须访问两次主存。

第一次按页号读出页表中对应的块号，第二次按计算出来的绝对地址进行读写。

延长了指令的执行周期，降低了执行速度。

解决方案：

快表—利用高速缓冲存储器存放页表的一部分。

（程序执行局部性原则）

地址转换：

动态重定位绝对地址=块号*块长+页内地址

P54图3-19

8.