操作系统复习玉梅.docx

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操作系统复习玉梅

操作系统复习大纲（PPT要点）

第1章操作系统引论

Ø基本知识点：

操作系统的定义和功能，操作系统的基本类型及其特点，多道程序设计技术。

Ø重点：

多道程序设计，操作系统的定义、特点、功能及分类。

Ø难点：

分析多道程序运行的时间关系

1.操作系统在计算机系统中的作用

2.各类操作系统（单道批处理、多道批处理、分时、实时系统）及其特征

3.操作系统的定义

4.操作系统的四个特征（并发、共享、异步、虚拟）

5.操作系统的五大功能（处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理和用户接口）

6.需要掌握的概念：

操作系统、并发、并行、原语（用以完成特定功能的、具有“原子性”的一段程序。

）

第2章进程管理

⏹基本知识点：

程序的执行，进程的定义及特征，进程状态，进程控制及线程。

临界资源、进程互斥、进程同步、信号量、进程通信。

⏹重点：

进程的定义及特征，进程与程序的异同，进程的状态及引起状态转换的典型原因。

临界资源的定义及操作原则，同步与互斥的概念，用信号量描述进程同步，经典进程同步算法的理解。

⏹难点：

进程的状态及引起进程状态转换的典型原因。

用信号量描述进程互斥与同步，判断对临界区操作算法的正确性。

1.程序顺序、并发执行的特征

2.进程的定义和特征（动态性、并发性、独立性、异步性、结构性（PCB））

3.进程与程序的区别

（1）进程是动态的，程序是静态的

（2）程序不具备上述五个特征

4.进程的三种基本状态：

（1）就绪状态（Ready）：

到了除CPU以外的所有必要资源

（2）执行状态（Running）：

已获得处理机，程序正在被执行

（3）阻塞状态（Blocked）：

因等待某事件发生而暂时无法继续执行，从而放弃处理机，使程序执行处于暂停状态

Ø状态变化（引起变换的原因）

5.进程控制块的作用和基本内容

✧进程是由程序、数据和进程控制块（PCB）三部分组成。

✧进程队列是指进程控制块的队列。

6.进程控制（OS内核，常驻内存）

✧进程创建

✧进程撤消

✧进程阻塞

✧进程唤醒

✧进程挂起与激活

7.进程同步

进程互斥和同步的含义

临界区，临界资源

P操作和V操作的定义（PV操作分别是两个原语）、P（s）、V（s）的物理含义、s在不同取值下对应的含义

信号量的应用

◆互斥：

设互斥信号量（公用的），初值为1

◆同步：

为每个同步进程设同步信号量。

使用P、V操作解决进程同步和互斥问题。

8.理解经典进程同步问题：

（1）生产者-消费者问题

（2）读者-写者问题

（3）哲学家就餐问题

9.线程的定义

线程是进程中可独立执行的子任务，是系统独立调度和分派的基本单位。

10.定义：

进程、进程互斥、同步、临界区、临界资源、PCB

Ø进程互斥：

一个进程正在访问临界资源，另一个要访问该资源的进程必须等待。

Ø进程同步：

合作完成同一个任务的多个进程，在执行速度或顺序上必须相互协调的合作关系。

ØPCB：

记录了操作系统所需的、用于描述进程的当前情况以及控制进程运行的全部信息。

其作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据），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。

第3章处理机调度与死锁

⏹基本知识点：

调度的层次，进程调度方式，各种进程调度算法，死锁的概念，死锁产生的原因和必要条件，处理死锁的方法。

⏹重点：

各种进程调度算法的实现思想及其特点，死锁的概念，银行家算法执行结果的描述和判断，资源分配图的化简。

⏹难点：

对各种调度算法的理解并掌握其应用场合。

死锁产生原因的分析，对银行家算法的理解及对相关实例的理解。

11.处理机调度

（1）高级调度（作业调度）

（2）低级调度（进程调度）

非抢占方式和抢占方式

（3）中级调度

12.选择调度方式和调度方法的准则

Ø周转时间=完成时间–到达时间

Ø响应时间、截止时间、优先权

13.调度算法

（1）FCFS

（2）SJF/SPF

（3）高优先权优先

（4）时间片轮转法

要求掌握各种算法的思想及应用。

14.死锁

Ø死锁的定义

Ø产生的原因（竞争资源、进程推进顺序不当）

Ø四个必要条件（互斥、请求和保持、不剥夺、环路等待）

Ø处理死锁的基本方法（预防、避免、检测和解除）

Ø预防死锁的方法：

（1）通过摒弃三种必要条件之一来预防死锁

（2）安全、不安全状态

（3）银行家算法

Ø资源分配图的化简，死锁定理

15.定义：

高级调度、低级调度、周转时间、死锁、死锁定理、安全状态

✧高级调度（作业调度）：

决定把外存上处于后备队列中的哪些作业调入内存，并为它们创建进程、分配必要的资源，准备执行。

✧低级调度（进程调度）：

决定就绪队列中的哪个进程应获得处理机，然后再由分派程序执行把处理机分配给该进程的具体操作。

✧死锁（Deadlock）：

是指两个或两个以上的进程在运行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待（谁也无法再继续推进）的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。

✧安全状态：

现有的进程资源占有情况下，各进程按照某种推进顺序仍然可以使每个进程得到其对资源的最大需求，从而都可以顺利地完成。

第4章存储器管理

⏹基本知识点：

明确存储管理的职能是对主存储器中的用户区域进行管理；分区存储管理的各种实现策略；页式、段式存储管理的实现思想及地址变换过程；虚拟存储器的各类实现方法。

⏹重点：

可变分区方式的主存分配算法以及紧凑技术；各种存储管理策略下的地址变换，虚拟存储的实现思想，分页式虚拟存储管理的实现。

⏹难点：

对虚拟存储实现思想的理解。

1.程序的装入和链接

✧从源程序到程序执行经历编译、链接、装入三个阶段

✧地址空间的概念：

相对地址、绝对地址

✧重定位的概念

（1）静态重定位：

程序执行前，一次性，链接装入程序。

（2）动态重定位：

处理机每次访问主存时，有动态地址变换机构（硬件）自动执行。

2.程序的装入

（1）绝对装入：

单道（任务）；装入位置是固定的。

程序员直接编址或由汇编、编译程序完成地址重定位。

（2）可重定位装入（静态重定位）

（3）动态运行时装入（动态重定位）

3.程序的链接

（1）静态链接

（2）装入时动态链接：

便于修改和更新；便于共享

（3）运行时动态链接：

最小化快速装入，节省内存。

4.连续分配方式（存储空间的分配、如何实现存储保护）

（2）单用户连续存储管理

（3）固定分区存储管理

（4）可变分区存储管理

（5）可重定位分区分配（如何利用紧凑技术提高主存空间的利用率）

5.离散分配方式

（1）基本页式存储管理

⏹基本原理：

作业（逻辑地址）空间分页，主存分块，顺序编号，页内碎片

⏹分页的地址结构：

页号和页内偏移

⏹页表的构造（页号、块号、存取控制项）

作用（实现从页号到物理块号的地址映射）

⏹利用页表进行地址转换。

（2）基本段式存储管理

⏹基本原理：

作业（逻辑地址）空间的分段，每个段分得一个连续的可变分区

⏹逻辑地址：

二维地址（段号，段内地址）

⏹段表：

段号、段基地址、段状态等

⏹地址转换（注意特殊情况：

越界中断）。

⏹分段和分页的区别：

（1）页是信息的物理单位，段是信息的逻辑单位；

（2）页的大小固定，段的大小动态变化；

（3）分页系统中的逻辑地址空间是一维的，分段系统中的是二维的。

（4）分页系统中不易实现“共享”和“动态链接”，分段则很容易。

（3）虚拟存储管理

✧依据：

程序执行的局部性原理

✧虚拟存储器的定义，其特征（多次性、对换性、虚拟性）及实现方法（请求分页系统、请求分段系统）

✧请求分页存储管理的实现

6.概念：

静态重定位、动态重定位、紧凑、对换、外碎片（外零头）、内碎片（内零头）、虚拟存储器

第5章设备管理

⏹基本知识点：

设备分类，I/O控制方式，SPOOLing系统，缓冲区的概念和功能，设备分配过程，设备独立性，磁盘调度算法。

⏹重点：

设备分类，共享设备、独占设备和虚拟设备的概念及各自特点，SPOOLing系统，设备独立性，磁盘调度算法。

⏹难点：

对SPOOLing系统、磁盘调度算法、虚拟设备概念等的理解。

1.I/O系统的组成

✧设备的分类

✧设备控制器的作用

2.I/O控制方式（程序I/O方式、中断驱动方式、DMA控制方式、通道控制方式）及特点

3.设备分配

a）设备独立性的含义

b）独占设备的分配

c）什么是SPOOLing，组成，SPOOL系统的特点（以打印机为例说明如何实现设备的虚拟性）

4.磁盘调度算法（FCFS、SSTF、SCAN、CSCAN）及应用

5.概念：

设备独立性、Spooling

第6章文件管理

⏹基本知识点：

文件分类，文件系统，文件的逻辑结构，文件的物理结构，文件的存取方式，文件目录及目录结构，外存的管理及分配方法。

⏹重点：

文件系统的基本概念，文件的逻辑和物理结构，文件目录结构

1.文件和文件系统

✧文件、记录

✧文件系统

2.文件的逻辑结构

Ø逻辑文件的类型

（1）无结构（流式）文件

（2）有结构（记录式）文件。

3.有结构文件的三种组织方式：

（1）顺序文件

（2）索引文件

（3）索引顺序文件

4.外存分配方式及文件的物理结构：

（1）顺序文件（连续分配）

（2）链接文件（离散分配）

1）隐式链接（用链接指针连接各物理块）

2）显式链接（文件链接指针记录在FAT中）

（3）索引文件（离散分配，用索引表记录各块的物理位置）

5.空闲存储空间的管理

Ø空闲表、空闲链表

Ø怎样用“位示图”实现存储空间的分配。

6.文件目录

文件目录的功能

Ø特点：

一级目录结构不允许文件重名、二级或树形目录结构的必要性。

Ø绝对路径和相对路径。

概念：

文件、记录、数据项、文件系统、文件控制块、目录文件

第1章操作系统导论

1.存储程序式计算机模型

目的：

使计算机能够自动地计算

（1）一个存储器，用来存储程序和数据

（2）一个运算器，用以执行指定的操作

（3）一个控制器，以便实现自动操作

（4）输入/输出部件，以便输入原始数据和输出计算结果。

形成了现代计算机的基本组成形式。

如图

2.OS的目标

裸机：

一台完全无软件的计算机系统

开发人员希望（扩展观点）：

程序员不涉足硬件编程的种种具体细节；程序员可以针对数据结构抽象地使用硬件；在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件（接口），于是希望有软件虚拟机－－即操作系统

Ø用户希望（接口观点）

Ø操作系统是为用户提供基本的方便的接口。

Ø计算机管理者希望（资源管理观点）操作系统则用来管理一个复杂计算机系统的各个部分。

●从资源管理角度来看，操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备的分配。

3.Os的特征

（1）并发特征（Concurrence）：

多个事件在同一时间段内发生。

操作系统是一个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的并发。

操作系统要完成这些并发过程的管理。

区别：

并行（parallel）是指在同一时刻发生。

在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替执行（在单处理器情况下）。

程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是进程（或称作任务），并发指的是进程。

（2）共享特征（Sharing）：

多个进程共享有限的计算机系统资源。

1）操作系统要对系统资源进行合理分配和使用。

资源在一个时间段内交替被多个进程所用。

2）互斥共享（如音频设备）：

资源分配后到释放前，不能被其他进程所用。

3）同时访问（如磁盘文件）

4）资源分配难以达到最优化

（3）虚拟特征（Virtual）

1）一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体－－分时或分空间。

虚拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高资源利用率。

2）CPU－－每个用户（进程）的“虚处理机”

3）存储器－－每个进程都占有的地址空间（指令＋数据＋堆栈）（ds,xg）

（4）异步性（Asynchronism，也称不确定性）

（1）指进程的执行顺序和执行时间的不确定性；

（2）进程的运行速度不可预知：

分时系统中，多个进程并发执行，“时走时停”，不可预知每个进程的运行推进快慢

（3）判据：

无论快慢，应该结果相同－－通过进程互斥和同步手段来保证

（4）难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行中的错误）

4.OS的发展过程

（1）无操作系统的计算机

–人工操作

–脱机I/O方式

（2）批处理系统

–联机批处理系统

–单道批处理系统

–多道批处理系统

（3）分时系统

（4）实时系统

（5）微机操作系统、网络操作系统与分布式操作系统。

●无操作系统的计算机

从第一代计算机诞生到20世纪50年代中期还未出现操作系统，这时的计算机采用人工操作方式。

人工操作方式有以下两个缺点：

（1）用户独占全部计算机系统资源。

（2）CPU等待人工操作。

用户进行装带（卡）、卸带（卡）等人工操作时，CPU这个系统最重要的资源空闲。

●脱机I/O方式：

减少了CPU的空闲时间且提高I/O速度。

●批处理的概念：

所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统软件，在它的控制下，计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的作业。

●单道批处理系统

单道性：

内存中仅有一道作业

自动性

顺序性

●多道批处理系统：

在该系统中，用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，以共享CPU和系统中的各种资源。

特征：

（1）多道性

（2）无序性

（3）调度性

（4）宏观上并行、微观上串行

缺点

（1）平均周转时间长

（2）无交互能力

（3）一系列管理问题

●分时系统

分时技术是把处理机的时间分成很短的时间片，这些时间片轮流地分配给各个联机的各作业使用。

如果某作业在分配给它的时间片用完时仍未完成，则该作业就暂时中断，等待下一轮运行，并把处理机的控制权让给另一个作业使用。

这样在一个相对较短的时间间隔内，每个用户作业都能得到快速响应，以实现人机交互。

原理：

时间片、轮流、暂停、快速响应、人机交互

特征：

多路性、独立性、及时性、交互性

实现关键：

及时接收；及时处理

●实时控制

当计算机应用于生产过程的控制形成以计算机为中心的控制系统时，系统要求能实时采集现场数据，并对所采集的数据进行及时处理，从而自动地控制相应的执行机构，使某些参数（如湿度、压力、液位）能按预定的规律变化，以保证产品的质量和提高产量。

实时信息处理：

通常，我们把要求对信息进行实时处理的系统称为实时信息处理系统。

▪实时、分时的比较

（1）多路性：

相同

（2）独立性：

相同

（3）及时性：

实时系统要求更高

（4）交互性：

分时系统交互性更强

（5）可靠性：

实时系统要求更高

●网络操作系统：

计算机技术和通讯技术的结合

一些独立自治的计算机利用通信线路相互连接形成的计算机的集合，称为计算机网络。

网络操作系统分为两大类：

一类是专用的网络操作系统，如Netware、LANmanager、VINES等，另一类是从单机操作系统演化而来、单机和网络通用的操作系统，如：

UNIX、WindowsNT、OS/2等，网络操作系统的主要功能是：

管理网络中的各种资源、协调各主机的运行、实现数据通讯和资源共享。

第2章进程管理

1.程序的顺序执行及特征

a）一、程序执行有固定的时序。

例一，输入I，计算C，打印P

b）特征：

顺序性、封闭性、可再现性

例二，S1：

a:

＝x＋y

a）S2：

b:

＝a－5

b）S3：

c:

＝b＋1

2.有向无循环图

▪表示方式：

–

（1）p1--->p2

–

（2）--->={（p1,p2）|p1必须在p2开始前完成}

▪节点表示：

一条语句，一个程序段，一进程。

3.程序中的并发执行及其特征

（1）间断性制约

–资源共享

–相互制约

（2）失去封闭性

–资源共享

–等待

（3）不可再现性

4.顺序执行的特征

（1）顺序性

（2）封闭性（资源独占）

（3）可再现性（结果的无关性）

5.进程的特征和定义

定义：

程序的一次执行过程

进程：

由程序段、数据段及进程控制块三部分构成，总称“进程映像”。

（1）动态性：

由“创建”而产生，由“调度”而执行；由得不到资源而阻塞；由撤消而消亡。

（而程序是静态的）。

（2）并发性：

只有建立了进程，才能并发执行。

（3）独立性：

独立运行，独立获得资源。

（4）异步性：

（间断性）

6.进程控制块中的信息

（1）进程标识符信息

（2）处理机状态信息

（3）进程调度信息

（4）进程控制信息

7.进程与程序的区别

（1）程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。

而进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个动态的概念。

（2）程序可以作为一种软件资料长期存在，而进程是有一定生命期的。

程序是永久的，进程是暂时的。

（3）进程更能真实地描述并发，而程序不能

（4）进程是由程序和数据两部分组成的

（5）进程具有创建其他进程的功能，而程序没有

（6）同一程序同时运行于若干个数据集合上，它将属于若干个不同的进程。

也就是说同一程序可以对应多个进程

8.进程的特征与状态

（1）

就绪状态：

该进程运行所需的一切条件都得到满足，但因处理机资源个数少于进程个数，所以该进程不能运行，而必须等待分配处理机资源，一旦获得处理机就立即投入运行。

（2）执行状态：

进程正在处理机上运行的状态，该进程已获得必要的资源，也获得了处理机，用户程序正在处理机上运行。

（3）阻塞状态：

进程等待某种事件完成（例如，等待输入/输出操作的完成）而暂时不能运行的状态，处于该状态的进程不能参加竞争处理机，此时，即使分配给它处理机，它也不能运行。

●状态变化：

就绪状态→执行状态

执行状态→就绪状态

执行状态→阻塞状态

阻塞状态→就绪状态

有没有这样的状态转换，为什么？

等待—运行；就绪—等待

（4）挂起状态（被换出内存的状态）

●引入原因

1）终端用户请求

2）

父进程请求

3）负荷调节需要

4）操作系统需要

进程状态的转换（图2-6）

▪活动就绪静止就绪

▪活动阻塞静止阻塞

▪静止就绪活动就绪

▪静止阻塞活动阻塞

9.进程控制块

作用：

是进程存在的唯一标志；PCB（processcontrolblock）常驻内存

进程控制块中的信息：

标识、处理机状态，进程调度信息，进程控制信息

10.进程控制

（1）进程的创建

（2）进程的终止

（3）进程的阻塞与唤醒

（4）进程的挂起与激活

11.有关原语

处理器管理的一个主要工作是对进程的控制，包括：

创建进程、阻塞进程、唤醒进程、挂起进程、激活进程、终止进程和撤销进程等。

这些控制和管理功能是由操作系统中的原语来实现的。

原语（Primitive）是在管态下执行、完成系统特定功能的过程。

原语和机器指令类似，其特点是执行过程中不允许被中断，是一个不可分割的基本单位，原语的执行是顺序的而不可能是并发的。

（1）特权指令：

指只能提供给操作系统的核心程序使用的指令，如启动I/O设备、设置时钟、控制中断屏蔽位、清内存等。

（2）管理状态

a）特权状态、系统模式、特态或管态

b）该状态下，程序可以执行全部指令，使用所有资源，具有改变处理器状态的能力

（3）用户状态：

目标状态、用户模式、常态或目态，该状态下，程序只能执行非特权指令。

12.

引起创建进程的事件：

（1）用户登录：

为终端用户建立一进程

（2）作业调度：

（不是进程调度）为被调度的作业建立进程

（3）提供服务：

如要打印时建立打印进程

（4）应用请求：

由应用程序建立多个进程

13.进程图：

（1）描述了进程的家族关系：

（P34图2-9）

（2）子进程可继承父的资源，撤消时应归还给父进程，父的撤消会撤消全部子进程。

14.引起进程终止的事件

（1）正常结束：

如Halt、logoff

（2）异常结束：

如Protecterror、overtime等

（3）外界干预：

a.系统员kill进程；

b.父进程终止；

c.父进程请求。

15.引起进程阻塞的事件

（1）请求系统服务而得不到满足时，如问系统请求打印。

（2）启动某种操作而需同步时：

进程启动某操作，只有操作完成后才能继续进程。

16.进程的挂起、激活

●进程的挂起过程：

由进程自己或其父进程将该进程PCB移到指定区域，注意状态的改变，有可能要重新调度。

●进程的激活过程：

如在外存，调入内存，改变状态，根据情况看是否调度，如抢先或非抢先。

●阻塞、唤醒一般由OS实现，而挂起与激活可由用户干预。

问题：

１．为什么创建进程要用原语来实现？

２．请设想一下进程在什么情况下会变为阻塞状态？

３．阻塞进程在什么情况下会被唤醒？

谁来唤醒它？

17.进程同步

（1）进程在活动中会相互制约

（2）所有进程都是相互独立的

（3）进程以异步方式并发执行

18.程序的制约方式

（1）间接制约方式

–这是由于竞争相同资源而引起的。

–得到资源的程序段可以投入运行，而得不到资源的程序段就是暂时等待，直至获得可用资源时再继续运行。

（2）直接制约方式

–这通常是在那些逻辑上相关的程序段之间发生的。

–一般是由于各种程序段要求共享信息引起的。

19.同步与互斥

进程互斥：

在OS中，当某一进程正在访问cs时，就不允许其它进程来读写（访问），否则就会发生后果无法估计的错误，进程之间的这种相互制约关系为进程互斥。

进程同步：

并发进程在一些关键点上可能需要互相等待与互通消息，这种相互制约的等待与互通消息，称为进程同步。

●同步是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系

——同步进程间具有合作关系

——在执行时间上必须按一定的顺序协调进行

●互斥是并发执行的多个进程由于竞争同一资源而产生的相互排斥的关系

——互斥进程彼此在逻辑上是完全无关的

——它们的运行不具有时间次序的特征

20.临界资源与临界区

Ø临界资源：

一次仅允许一个进程使用的共享资源。

如：

打印机、内存单元

Ø临界区：

在每个进程中访问临界资源的那段程序

进入临界区原则：

（1）空闲让进（资源空闲可以进入）

（2）忙则等待（临界资源忙，等待）

（3）有限等待（有限时间内要能够进入临界区）

（4）让权等待（让出权限使得其他进程能够获得CPU）

21.信号量

一般