操作系统考前抱佛脚知识点整理.docx
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操作系统考前抱佛脚知识点整理
Chapter1Introduction
1.WhatisOS?
Itisanextendedmachine
Itisaresourcemanager
2.OSConcepts
processes
addressSpaces&Files
protection&Shell
3.SystemCalls
Systemcallsprovidetheinterfacebetweenarunningprogramandtheoperatingsystem.
（1）Process
●UNIXexamples
●forksystemcallcreatesnewprocess.
●execvesystemcallusedafteraforktoreplacetheprocess’memoryspacewithanewprogram.
●waitpidsystemcallusedtomovetheparentprocessoffthereadyqueueuntiltheterminationofthechild.
exitsystemcallisusedwhenaprocessisfinishedexecuting.
例1：
例2：
/*forkprocesses*/
main（）
{
inti,pid;
for（i=1;i<=3;i++）{
if（（pid=fork（））==0）{
printf（"Inchild%d.\n",i）;
}
}
}
（2）File
（3）Directory
（4）Linking
（5）Mounting
Chapter2ProcessandThread
1.ProcessModel
Multiprogramming,concurrency
2.Process
●Definition进程，即是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次活动。
●Processvs.Program
（1）Program:
thecollectionofinstruction,staticconcept;
Process:
describeconcurrency,dynamicconcept
（2）Processincludeprogram,data,andPCB（ProcessControlBlock进程控制块）
（3）Process:
temporary;Program:
permanent
（4）Aprogramcanbetheexecutionprogramofmultipleprocess;
also,aprocesscancallmultipleprograms.
（5）Processcancreateotherprocessinit.
3.ProcessCreation
1.Systeminitialization（reboot）
2.Executionofaprocesscreationsystemcall（fork（））
3.Userrequesttocreateanewprocess
Commandlineorclickanicon
4.Initiationofabatchjob批处理作业的初始化
4.ProcessTermination
1.Normalexit（voluntary）
2.Errorexit（voluntary）
3.Fatalerror（involuntary）严重错误
4.Killedbyanotherprocess（involuntary）
5.ProcessStates
6.ProcessControlBlock（PCB）
（processattribute）
Inkernel
7.Processcontextswitch
•SwitchCPUfromoneprocesstoanother
•Performedbyscheduler（chapter2.5）
•Itincludes:
–savePCBstateoftheoldprocess;
–loadPCBstateofthenewprocess;
–Flushmemorycache;
–Changememorymapping;
•Contextswitchisexpensive（1-1000microseconds）
–Nousefulworkisdone（pureoverhead）
–Canbecomeabottleneck
8.Thread
（1）Whatisthread?
lightweightprocess（LWP）
（2）Whyneedthreads?
Processspendmuchtimeandspace,restricttheconcurrency
●Responsiveness:
Multipleactivitiescanbedoneatsametime.Theycanspeeduptheapplication.
●ResourceSharing:
Threadssharethememoryandtheresourcesoftheprocesstowhichtheybelong.
●Economy:
Theyareeasytocreateanddestroy.
●UtilizationofMP（multiprocessor）Architectures:
TheyareusefulonmultipleCPUsystems.
（3）Threadvs.process
●Thread:
abasicunitofCPUutilization.
●Process:
abasicunitofresourceallocation.
●进程是资源分配的基本单位，所有与该进程有关的资源分配情况，如打印机、I/O缓冲队列等，均记录在进程控制块PCB中，进程也是分配主存的基本单位，它拥有一个完整的虚拟地址空间。
而线程与资源分配无关，它属于某一个进程，并与该进程内的其它线程一起共享进程的资源。
●不同的进程拥有不同的虚拟地址空间，而同一进程中的多个线程共享同一地址空间。
●进程调度的切换将涉及到有关资源指针的保存及进程地址空间的转换等问题。
而线程的切换将不涉及资源指针的保存和地址空间的变化。
所以，线程切换的开销要比进程切换的开销小得多。
●进程的调度与切换都是由操作系统内核完成，而线程则既可由操作系统内核完成，也可由用户程序进行。
●进程可以动态创建进程。
被进程创建的线程也可以创建其它线程。
●进程有创建、执行、消亡的生命周期。
线程也有类似的生命周期。
（4）TCB线程控制块TCB用来说明线程存在的标识、记录线程属性和调度信息
（5）Implementation
Threemechanism机制
●Implementingthreadsinuserspace
●Implementingthreadsinkernelspace
●HybridImplementations
●Pop-upthreads
9.Inter-ProcessCommunication（IPC）
ProcessSynchronization进程同步andMutualExclusion互斥
CriticalResource临界资源,CriticalRegion/Section
一次仅允许一个进程访问的资源称为临界资源
Thepartoftheprogramwherethecriticalresourceisaccessediscalledcriticalregionorcriticalsection
vPossibleSolutions
DisablingInterrupts
LockVariables
StrictAlternation
Peterson’ssolution
TSL
SleepandWakeup
Semaphore信号量andPVoperations
usesemaphoresintwodifferentways:
mutualexclusion（mutex）;
processsynchronization（full,empty）.
mutex设初始值为1，down（mutex）进入临界区，up（mutex）离开临界区
empty空槽数目，full满槽数目
1）信号量的物理含义
S.count>0表示有S.count个资源可用
S.count=0表示无资源可用
S.count<0则|S.count|表示S等待队列中的进程个数
P（S）：
表示申请一个资源
V（S）：
表示释放一个资源。
信号量的初值应该大于等于0
2）P,V操作必须成对出现，有一个P操作就一定有一个V操作
当为互斥操作时，它们同处于同一进程；
当为同步操作时，则不在同一进程中出现。
如果P（S1）和P（S2）两个操作在一起，那么P操作的顺序至关重要，一个同步P操作与一个互斥P操作在一起时同步P操作在互斥P操作前；
而两个V操作的顺序无关紧要。
Monitors管程,whyusemonitor?
wait操作必须在signal之前，否则该信号会永远丢失
Messagepassing
UsingsemaphoretosolveClassicalIPCproblems
vDining-PhilosophersProblem
vReadersandWritersProblem
10.ProcessScheduling
Schedulingopportunity（whentoschedule）
vAnewprocessiscreated
vTherunningprocessexits
vTherunningprocessisblocked
vI/Ointerrupt（someprocesseswillbeready）
vClockinterrupt（every10milliseconds）
Schedulingalgorithm
vBatchsystems批处理
First-ComeFirst-Served（FCFS）
ShortJobFirst（SJF）短作业优先
只有在所有的作业都可以同时运行的情形下，SJF才是最优化的
vInteractivesystem
RoundRobin（RR）轮转调度
PriorityScheduling
MultiQueue&Multi-levelFeedback多级队列
Chapter6Deadlock
1.ResourceType
PreemptableResources
Non-preemptableResources
2.DeadlockDefinition
Asetofprocessesisdeadlockedifeachprocessinthesetiswaitingforaneventthatonlyanotherprocessinthesetcancause.
3.FourConditionsforDeadlock（资源死锁的4个条件）
Mutualexclusioncondition
Holdandwaitcondition占有和等待
Nopreemptioncondition不可占有
Circularwaitcondition环路等待
4.DeadlockModeling
ResourceAllocationGraph
○是进程□是资源
□→○资源到进程已占用
○→□进程到资源已阻塞
vIfgraphcontainsnocyclesnodeadlock.
vIfgraphcontainsacycle
ifonlyoneinstanceperresourcetype,thendeadlock.
ifseveralinstancesperresourcetype,possibilityofdeadlock.
5.MethodsforHandlingDeadlocks
TheOstrichAlgorithm
Pretend假装thereisnoproblem
Detection
vOneresourceofeachtype:
resourceallocationgraphalgorithm
v
Multipleresourcesofeachtype:
matrix-basedalgorithm
算法：
RiRecovery
vThroughpreemption抢占
vThroughrollback回滚（可提高软件可靠性）
vThroughkillingprocess
Avoidance
vSafestate（系统能够保证所有进程都能完成）
Ifasystemisinsafestatenodeadlocks.
Ifasystemisinunsafestatepossibilityofdeadlock.
vBanker’salgorithm
Prevention
vAttackingoneoftheconditionsfordeadlock
Chapter3MemoryManagement
1.StorageHierarchy
a）AfewMBsoffast,expensive,volatilecachememory
b）AfewGBsofmedium-speed,mediumprice,volatilemainmemory（RAM）
c）AfewTBsofslow,cheap,nonvolatilediskstorage
2.MemoryManagementSchema
（1）NoMemoryAbstraction
vEveryprogramsimplysawthephysicalmemory
vItisnotpossibletoruntwoprogramsinmemoryatthesametime.
（2）AddressSpace
vProtection&Relocation:
baseandlimitregister
（3）Swapping
（4）MemoryManagement:
Bitmap,LinkedList
LinkedList：
空闲区（H）进程（P）两个数字：
第一个是开始的地方，第二个是长度
（5）PartitionAllocation（StoragePlacementStrategies）:
Firstfit,Nextfit,Bestfit,Worstfit,Quickfit
3.VirtualMemory
Principal
Implementation:
Paging分页,Segmentation分段
4.Paging
Pagetables
Thepurposeofthepagetableistomapvirtualpagesontopageframes
虚拟地址——页面
物理内存——页框（pageframe）
输入的16位的虚拟地址被分为4位的页号和12位的偏移量，4位（高位部分）的页号可以表示16个页面，12位（低位部分）的偏移可以为一页内的全部4096个字节编址。
Pagetableentry页表项
vTLB（TranslationLook-asideBuffer）转换检测缓冲区
反复读取的页表项
vMulti-levelpagetables
（1）Multi-levelpagetablesAdvantage:
reducethetablesize.
don'tkeeppagetablesinmemorythatarenotneeded.
（2）Example:
32bitmachine虚拟地址with4kpagesize页面长度
4K—>212所以偏移量为12位（Offset）
所以页号为（32-12）=20位—>被分为10bitsPT1域、10bitsPT2域
vInvertedpagetables
每个页框（物理内存）有一个页表项，而不是每一个虚拟页面
AddressTranslationScheme
PageFault缺页中断
程序访问了一个未映射的页面
vPageReplacementAlgorithm（SecondChance是对FIFO的改进，Clock是对SecondChance的另一种实现，Aging近似于LRU并且更有效的实现，最好的两种算法是Aging、WSClock）
vOptimal（实际不能用）
vFIFO
vSecondChance
vClock
vNRU最近未使用（R访问定期清零、M修改，一共分四种情况）
vLRU最近最少使用（访问页框k时，把行置为1，列置为0，行的和最小的就是最近最少使用的）
vNFU最不常使用
vAging（位数有限）
vWorkingSet（开销大）
t秒实际运行时间中所访问的页面集合（其中，生存时间=当前实际时间-上次时间）
若（R==1）设置上次使用时间为当前实际时间
若（R==0且生存时间>t）移出这个页面
若（R==0且生存时间<=t）记住最小时间
vWSClock工作集时钟算法
5.DesignIssuesforPagingSystems
ReplacementScope（全局置换通常比局部置换好）
vLocalReplacement局部置换
vGlobalReplacement全局置换
PageSize
太大：
最后一页平均一般是空的页面大internalfragmentation内部碎片大，使更多没有用的程序保留在内存中
太小：
需要更多页面页表，装入页面寄存器花费的时间越长
s/p是每个进程大约需要的页数
SeparateInstructionandDataSpaces
SharedPages
6.Segmentation分段:
AddressTranslation
Allowseachtabletogroworshrink,independently
7.Segmentationwithpaging:
AddressTranslation
Chapter4FileSystem
1.FileandFileSystem
File:
Anamedcollectionofrelatedinformationthatisrecordedonsecondarystorage.
FileSystem:
Amethodforstoringandorganizingfilesandthedatatheycontaintomakeiteasytofindandaccessthem.
2.BasicFunctionsofFileSystem
Presentlogical（abstract）viewoffilesanddirectories
Hidecomplexityofhardwaredevices
Facilitateefficientuseofstoragedevices
Optimizeaccess,e.g.,todisk
Supportsharing
Provideprotection
3.FilesTypes
Regularfile普通文件（ASCII,Binary）andDirectory目录文件
CharacterandBlockspecialfile（UNIX）字符特殊文件和块特殊文件
4.FileStructure
vThreekindsoffiles
bytesequence字节序列（最大灵活性）
recordsequence记录序列（固定长度）
tree（Recordsnotnecessarilythesamelength，Recordscontainkeys，Treesortedonkey）
5.FileAccess:
SequentialandRandomaccess
6.DirectoryStructure
One-leveldirectorysystem
hasonedirectory（root）containingallthefiles
Two-leveldirectorysystem
hasarootdirectoryanduserdirectories.
Hierarchicaldirectorysystem层次目录系统
hasarootdirectoryandarbitrarynumberofsubdirectories.
7.PathName:
AbsoluteandRelativepathname（路径名第一个字符是分隔符，则这个路径就是绝对路径）
8.FileImplementation
ContiguousAllocation连续分配
vAdvantages
Simpletoimplement（Needonlystartingsector&lengthoffile）
Readperformanceisexcellent读操作性能好（suitsforsequentialaccessanddirectaccess）
vDisadvantages
Diskfragmentation磁盘碎片
Them
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