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8.在交互性，及时性和可靠性方面，将分时系统与实时系统进行比较.
（1）分时系统是一种通用系统，主要用于运行终端用户程序，因而它具有较强的交互能力；
而实时系统虽然也有交互能力，但其交互能力不及前者。
（2）实时信息系统对实用性的要求与分时系统类似，都是以人所能接收的等待时间来确定；
而实时控制系统的及时性则是以控制对象所要求的开始截止时间和完成截止时间来确定的。
（3）实时系统对系统的可靠性要求要比分时系统对系统的可靠性要求高。
第2章进程管理
1.程序顺序执行的特征
2.前趋图：
描述程序段或京城进程之间执行的先后顺序
3.程序并发执行时的特征
间断性失去封闭性不可再现性
4.进程的概念
进程是一个可并发执行的具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次执行过程，也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位（1978年全国操作系统学术会议）
5.进程的特征
结构特征：
每个进程实体中除了相应的程序段、数据段外，还必须包含一个数据结构PCB，即进程控制块
动态性
并发性
独立性
异步性
6.在操作系统中为什么要引入进程？
它会产生什么影响
一是刻画系统的动态性，发挥系统的并发性，提高资源利用率。
二是解决共享性，正确描述程序的执行状态。
建立进程所带来的好处是使多个程序能并发执行，这极大地提高了资源利用率和系统吞吐量。
但从结构上看，进程实体也需要付出一定的代价，包括进程控制块及协调各运行的机构所占用的内存空间开销以及为进程切换、同步及通信所付出的时间开销
7.进程与程序的区别
进程更能真实地描述并发，而程序不能
进程是由程序和数据两部分组成的
程序是静态的，进程是动态的
进程有生命周期，有诞生有消亡，短暂的；
而程序是相对长久的
一个程序可对应多个进程，反之亦然
进程具有创建其他进程的功能，而程序没有
8.进程控制块的作用及组成
作用：
使一个在多道程序环境下，不能独立运行的程序，成为一个能独立运行的基本单位、一个能与其他进程并发执行的进程
组成：
包含三类主要信息：
进程的标识、进程的状态和进程的控制信息。
9.为什么说PCB是进程存在的唯一标志？
在创建进程时，系统为他配置一个PCB；
在进行进程调度时，系统根据PCB中的状态和优先级等信息来选择新进程，然后将老进程的现场信息保存到他的PCB中，再根据新进程PCB中所保存的处理机状态信息来恢复现场；
执行中的进程，如果需要访问文件或者需要与合作进程实现同步或通信，也要访问PCB；
当进程因某种原因而暂停执行时，也必须将断点的现场信息保存到他的PCB中；
当进程结束时，系统将回收他的PCB。
可见，再进程的整个生命周期中，系统总是通过其PCB对进程进行控制和管理。
10.进程三种基本状态及相互转换
11.进程控制
所谓进程控制，是指系统使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤销进程以及完成进程各状态间转换的一系列有效管理。
操作系统是通过这些被称为原语的程序段对进程进行控制的
12.原语
原语是机器指令的延伸，由若干条机器指令构成，用于完成特定功能的一段程序。
为了保证需哦的正确性，原语在执行的过程中是不可分割的，也即其执行过程是不允许被中断的
13.进程同步
进程同步是指对多个相关进程在执行次序上进行协调，目的是使系统中诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。
用来实现同步的机制被称为同步机制。
14.进程的同步与互斥
进程的互斥是指并发进程在竞争共享资源时的相互制约关系。
进程的同步是指一个进程是否能使用共享资源依赖与其他进程的执行情况，一个京城在没有受到其他进程的消息时必须等等待，直至另一进程送来消息后才可继续执行下去。
同步与互斥的区别
同步
进程—进程
时间次序上受到某种限制
相互清楚对方的存在及其作用，交换信息
往往指有几个进程共同完成一个任务
举例：
生产与消费之间，发送与接受之间，作者与读者之间，供者与用者之间
互斥
进程—资源—进程
竞争到某一物理资源时不允许进程工作
不一定清楚其它进程情况
往往指多个任务多个进程间通讯制约
交通十字路口，单轨火车的拨道岔
15.临界资源和临界区
临界资源特点：
一次仅允许一个进程使用。
临界区：
每个进程访问临界资源的那一段必须互斥执行的程序。
一个共享变量可以有多个临界区。
把使用统一变量的一组临界区称为“相关临界区”。
并发进程不允许同时或交叉地在各个相关临界区中执行。
16.同步机制应遵循的规则
空闲让进
忙则等待
有限等待：
应保证为有限等待，不会产生死等。
让权等待：
不能进入临界区的执行进程应放弃CPU执行权。
17.信号量机制及其应用
信号量的含义：
信号量是一个用来实现同步的整型或记录型变量，除了初始化外，对它只能执行wait和signal两种操作。
信号量的物理意义：
一个信号量S通常对应于一类临界资源。
S.wait申请资源，S.signal释放资源。
S.value表示当前可用资源数
用信号量实现互斥
用信号量实现前趋关系
18.管程
定义：
管程是关于共享资源的数据结构及一组针对该资源的操作过程所构成的软件模块
管程名字、局部于管程的共享变量说明、对该数据结构进行操作的一组过程、对局部于管程的数据设置初值
特点：
管程内定义的局部变量只能被管程内定义的过程访问，不能被管程外的过程直接访问；
进程要进入管程，必须调用管程中的一个过程；
一次只允许一个进程在管程内执行，管程具有共享性、安全性和互斥性
19.进程通信的类型
共享存储器系统
消息传递系统
管道通信
20.消息缓冲队列通信机制应具有那几方面的功能
构成消息：
发送进程在工作区设置发送区，填信息。
发送消息：
将消息从发送区复制到消息缓冲区，并把它插入到目标进程的消息队列中。
接受消息：
从消息队列中去消息并拷贝到接收区
互斥与同步：
21.线程的属性
轻型实体。
线程中的实体基本上不拥有系统资源，只是有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。
独立调度和分派的基本单位。
可并发执行。
共享进程资源。
22.进程与线程的比较
调度型：
在传统的操作系统中，拥有资源的基本单位和独立调度、分派的基本单位都是进程。
而在引入线程的OS中，则把线程作为调度和分派的基本单位，把进程作为资源拥有的基本单位。
并发性。
在引入线程的OS中，不仅进程间可以并发执行，而且在一个进程的多个线程间也可以并发执行
拥有资源。
在这两种OS中，拥有资源的基本单位都是进程。
线程除了一点在运行时必不可少的资源（如线程控制块、程序计数器、一组寄存器值和堆栈）外，本身基本不拥有系统资源，但可访问其隶属进程的资源。
开销。
由于创建或撤销进程时，系统要分配或回收资源；
进程切换时要保存和设置的现场信息也明显多于线程，因此，OS在创建、撤销和切换进程时所付出的开销明显地大于线程。
另外，由于隶属于同一个进程的多个线程共享同一地址空间和该进程的所有已打开文件，从而使它们之间的同步和通信的实现也比进程更方便。
1.一条小河上有一座独木桥,规定每次只允许一个人过桥,现在河东河西都有人要过桥,如果把每个过桥者看作一个进程,为保证安全,请用PV操作实现正确管理.
2.一条小河上有一座独木桥,同一方向的可连续过桥;
某方向有人过桥时另一方向的人等待,现在河东河西都有人要过桥,如果把每个过桥者看作一个进程,为保证安全,请用PV操作实现正确管理.
3.在一间酒吧里有三个音乐爱好者队列，第一队的音乐爱好者只有随身听，第二队只有音乐磁带，第三队只有电池。
而要听音乐就必须随身听、音乐磁带和电池这三种物品俱全。
酒吧老板一次出售这三种物品中的任意两种。
当一名音乐爱好者得到这三种物品并听完一首乐曲后，酒吧老板才能再一次出售这三种物品中的任意两种。
于是第二名音乐爱好者得到这三种物品并开始乐曲。
全部买卖就这样进行下去，试用p、v操作正确解决这一买卖。
。
4.某私庙，有小和尚、老和尚若干。
一水桶，有一水缸，由小和尚提水入缸供老和尚饮用。
水缸可容10桶水，水取自同一井中。
水井径窄，每次只能容一个水桶取水。
水桶总数为3。
每次入、取缸水仅为一桶，且不可同时进行。
试给出有关取水、入水的算法描述。
第3章处理机调度与死锁
1.三级调度
高级调度（作业调度或长程调度）：
决定将后备队列中的哪些作业调入内存
低级调度（进程调度或短程调度）：
决定就需队列中哪个进程先获得处理机
非抢占式
抢占式抢占原则：
优先权原则、短作业有先、时间片原则
中级调度（中程调度）
目的：
解决内存紧张问题，常用在分时系统及具有虚拟存储器的系统中。
2.选择调度算法的准则
面向用户的准则：
周转时间短
响应时间快
截止时间的保证
优先权准则
面向系统的准则：
系统吞吐量高
处理机利用率好
各类资源的平衡利用
3.调度算法
先来先服务（FCFS）算法
短作业（进程）优先（SJF/SPF）算法
高优先权优先（HPF）算法
高响应比优先调度（HRRN）算法
时间片轮转（RR）算法
多级反馈队列调度（FB）算法
4.实时调度
实现实时调度的基本条件：
提供必要的信息：
就绪时间、开始/完成截止时间、处理时间、资源要求、优先级
系统处理能力强
采用抢占式调度机制
具有快速切换机制：
对外部中断的快速响应能力、快速的任务分派能力
实时调度算法分类
根据任务性质分：
硬实时调度算法和软实时调度算法
按调度方式分：
非抢占式和抢占式
非抢占式：
非抢占式轮转调度、非抢占式优先调度
抢占式：
基于时钟中断的抢占式优先权调度、立即抢占优先权调度
常用的实时调度算法
最早截止时间优先（EDF）算法
最低松弛度优先（LLF）算法
6.产生死锁的原因
竞争资源
进程间推进顺序非法
7.产生死锁的必要条件
互斥条件
请求和保持条件
不剥夺条件
环路等待条件
8.处理死锁的基本方法
预防死锁
避免死锁
检测死锁
解除死锁
9.银行家算法
10.进程-资源分配图
例题与习题
1.下表给出作业1、2、3到达时间和运行时间。
采用短作业优先调度算法和先来先服务调度算法，试问平均周转时间各为多少？
作业号
到达时间
运行时间
1
0.0
8.0
2
0.4
4.0
3
1.0
2.一台计算机有8台磁带机。
它们由N个进程竞争使用，每个进程可能需要3台磁带机。
请问N为多少时，系统没有死锁危险，并说明原因。
当N为1，2，3时，系统没有产生死锁的危险
2.设系统中有三种类型的资源（A、B、C）和五个进程（P1、P2、P3、P4、P5），A资源的数量为17，B资源的数量为5，C资源的数量为20。
在T0时刻系统状态如表所示。
系统采用银行家算法实施死锁避免策略。
（北京大学1997年试题）
⑴T0时刻是否为安全状态？
若是，请给出安全序列。
⑵在T0时刻若进程P2请求资源（0，3，4），是否能实施资源分配？
为什么？
⑶在⑵的基础上，若进程P4请求资源（2，0，1），是否能实施资源分配？
⑷在⑶的基础上，若进程P1请求资源（0，2，0），是否能实施资源分配？
进程
最大需求量
已分配资源数量
剩余资源数
A
B
C
ABC
P1
5
9
233
P2
6
4
P3
11
P4
P5
第4章存储器管理
计算机科学与技术2011级专升本
内存管理概念
1.内存管理的功能
存储管理的主要任务时为多道程序的运行提供良好的环境，方便用户使用存储器、提高存储器的利用率以及从逻辑上扩充存储器。
为此，存储管理应具有如下功能：
内存的分配和回收
地址变换
扩充内存容量
存储保护
2.应用程序的处理过程
用户先编辑好应用程序，通过相关语言的编译程序将其编译成若干个目标模块，再通过链接程序将编译后的目标模块以及它们所需要的库函数链接在一起，形成一个完整的装入模块，最后通过装入程序将它们装入内存进行运行。
程序的链接方式：
静态链接：
在程序运行之前，先把各个目标模块及它们所需要的库函数链接成一个完整的可执行程序，以后不再拆开。
装入时动态链接：
将应用程序编译后所得到的一组目标模块在装入内存时采用边装入边链接方式。
运行时动态链接：
对一些目标模块的链接直到程序运行时才去对它进行链接，其优点是便于修改和更新，便于实现目标模块的共享。
程序的装入方式
绝对装入：
在编译时就知道程序将要驻留的内存地址，编译程序产生绝对地址目标代码。
不适合多道程序设计。
可重定位装入：
根据内存当前的使用情况，将装入模块装入到内存的适当位置，地址变换通常是在装入时一次性完成的，之后都不再改变，也称为静态重定位。
在一个作业装入内存时必须分配其要求的全部内存空间，此外，不能在内存中移动或增加内存空间。
动态运行装入：
允许程序运行时在内存中移动位置，把装入模块装入到内存后所有的地址都是相对地址，只有到程序需要真正执行时才把相对地址转换成绝对地址，也称为动态重定位。
可以将程序分配到不连续的存储区中，课装入部分代码。
交换与覆盖
交换（Swappin）技术
交换技术就是把暂时不用的某个程序及数据部分（或全部）从内存一到外存中去，以便腾出必要的内存空间；
或把指定的程序或数据从外村读到相应的内存中，并将控制权转给它，让其在系统上运行的一种内存扩充技术。
交换主要是在进程或作业之间进行；
覆盖主要在同一个作业或进程中进行。
覆盖（Overlay）技术
覆盖管理技术就是把一个大的程序划分为一系列覆盖，每个覆盖就是一个相对独立的程序单位，把程序执行时并不要求同时装入内存的覆盖组成一组，称为覆盖段，将一个覆盖段分配到同一个存储区域，这个存储区域称为覆盖区，它与覆盖段一一对应。
覆盖技术要求程序员必须把一个程序划分成不同的程序段，并规定好它们的执行和覆盖顺序，操作系统根据程序员提供的覆盖结构来完成程序段之间的覆盖
打破了必须将一个进程的全部信息装入主存后才能运行的限制
连续分配方式
固定分区分配
划分分区的方法：
分区大小相等、分区大小不等
内存分配：
将分区按大小进行排序，建立一张分区使用表
优点：
可用于多道程序系统最简单的存储分配，无外部碎片
缺点：
不能实现多进程共享一个主存区，所以存储空间利用率较低，有内部碎片。
可变分区分配
数据结构：
空闲分区表、空闲分区链
分配算法：
（1）首次适应
优先利用内存低址部分的内存空间，无内部碎片
低址部分不断划分，有外部碎片；
每次查找从低址部分开始，增加了查找的开销。
要求：
空闲分区表或空闲分区链按地址从低到高排列
循环首次适应、最佳（差）适应
（2）循环首次适应
使内存空闲分区分布均匀，减少查找开销，无内部碎片
会导致缺乏大的空闲分区，有外部碎片
（3）最佳适应算法
产生的外部碎片很小，无内部碎片
产生许多难以利用的小空闲区，仍有外部碎片
空闲分区表或空闲分区链按其容量从小到大排列
（4）最坏适应算法
使得留下来的空闲区较大，便于下次利用，无内部碎片
大的空闲区不容易保留，有外部碎片
空闲分区表或空闲分区链按其容量从大到小排列
回收：
合并相邻的空闲区
拼接技术
分区的存储保护：
上下界寄存器方法、基址限长寄存器方法
动态分区分配的优缺点
实现了多道程序共享主存、管理方案相对简单，不需要更多的软硬件开销，实现存储保护的手段比较简单
主存利用不够充分，即存在内部碎片，无法实现多进程共享存储器的信息，无法实现主存的扩充
虚拟内存管理
虚拟存储器的定义
实现虚拟存储技术的硬件支持
要有相当数量的外存：
足以存放多个用户的程序
要有一定容量的内存：
因为在处理机上运行的程序必须有一部分信息存放在内存中。
地址变换机构：
以动态实现虚地址到实地址的地址变换
常用的虚拟存储技术
请求分页存储管理
请求分段存储管理
请求段页式存储管理
基本分页存储管理的实现思想
作业分页，内存分块，页大小等于块大小
页面大小由机器的地质结构决定
基本地址变换机构（图）
具有快表的地址变换机构（图）
基本分页存储管理方式的优缺点
存在页内碎片，但碎片相对较小，内存利用率教高；
实现了离散分配，消除了程序浮动；
便于存储访问控制，有利于代码共享；
无外部碎片。
需要专门的硬件支持，尤其是快表；
内存访问的效率下降；
不支持动态链接，不能实现真正的共享；
有内部碎片
非连续分配方式
页面置换算法
页面分配策略
物理块的分配策略
固定分配局部置换
可变分配全局置换
可变分配局部置换
页面调入策略
请求调页策略
预调页策略
缺页率
页面置换算法：
其优略影响缺页中断次数
主存物理块数：
其数目越多，缺页率越低
页面大小：
页面大，缺页率低，反之，缺页率高
程序特性：
编程方法对缺页中断次数有影响
第5章设备管理
2011计算机科学与技术专升本
I/O管理概述
I/O设备的分类
按使用特性分：
存储设备、I/O设备
按传输速率分：
低速设备、中速设备、高速设备
按信息交换单位分：
块设备、字符设备
按共享属性分：
独占设备、共享设备、虚拟设备
I/O设备的管理目标
提高I/O设备的性能，确保I/O设备的高效性和通用性
I/O管理的功能
为进程管理计算机系统提供接口
按照相关算法分配和释放I/O设备
实现CPU和I/O设备之间、I/O设备和I/O设备之间的并行操作
实现其他功能，如缓冲区管理、实现I/O设备的独立性
I/O应用接口
I/O应用接口的设计目标和原则
与具体设备无关
采用统一命名方式
对错误进行处理
采用缓冲技术
实现I/O设备的分配和释放
提供合理的I/O控制方式
I/O应用接口的层次
用户层软件
设备独立性软件
设备驱动程序
中断处理程序
主要任务：
接收上层软件发来的抽象I/O要求，把它转换为具体要求后，发送给设备控制器，启动设备去执行。
低层部分。
由处理程序组成，当发生中断时调用，即为设备的中断处理程序；
高层部分。
由一些函数组成，在应用程序请求I/O操作时调用；
一组共享变量。
保存协调高层部分和低层部分所需要的状态信息。
I/O设备控制器
功能
I/O控制方式
程序控制方式
实现简单
CPU利用率相当低。
中断控制方式
与程序I/O方式相比，中断控制方式大大提高了CPU的利用率
在每台设备每输入输出一个数据都要求中断CPU，这样在一次数据传送过程中，中断次数较多，从而耗去大量处理时间。
DMA控制方式
这种方式下，数据传输的基本单位是数据块，所以较之中断驱动方式，又是成百倍地减少了CPU对I/O的干预，进一步提高了CPU与I/O设备的秉性程度。
由于数据传送的方向、存放数据的内存始址及数据的长度等都由CPU控制，占用一定的CPU时间，每台设备需要一个DMA控制器，当设备增加时，多个DMA控制器的使用也不经济。
通道控制方式
与DMA相比，通常所需的CPU干预更少，可以实现CPU、通道和I/O设备三者的并行操作，更有效地提高了整个系统的资源利用率。
通道费用较高。
I/O核心子系统
缓冲区
引入缓冲的目的
缓冲类型
设备分配与回收
设备分配中的数据结构
设备分配策略：
按设备使用性质分独享分配、共享分配、虚拟分配
设备分配算法：
先来先服务、优先级高者优先
设备分配的安全性
设备独立性：
指用户在编制程序时所使用的设备与实际使用的设备无关。
有两种设备独立性：
用户程序的设备独立性。
用户程序不直接使用物理设备名（或设备的物理地址），而只能使用逻辑设备名。
系统在实际执行时，将逻
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