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操作系统复习材料
操作系统复习材料
第一章
1，理解操作系统概念
答：
操作系统是控制其他程序运行，管理系统资源并为用户提供操作界面的系统软件的集合。
2，掌握三种基本类型及特点
1批处理操作系统的特点是：
脱机使用，多道和成批处理
2分时操作系统特点：
交互性，多用户同时性，独立性
3实时系统的特点：
提供即时响应和高可靠性
3，理解操作系统功能
答：
处理机管理，存储管理，设备管理，信息管理
4，熟练掌握算法描述的规则（第三章）
自己看书把。
。
。
第二章
1，理解操作系统与用户两类接口
Ⅰ，操作系统提供了3类型的接口供用户使用：
1联机命令接口：
提供一组命令供用户直接或间接操作。
根据作业的方式不同，命令接口又分为联机命令接口和脱节命令接口。
2程序接口：
程序接口由一组系统调用命令组成，提供一组系统调用命令供用户程序使用。
3图形界面接口：
通过图标窗口菜单对话框及其他元素,和文字组合,在桌面上形成一个直观易懂使用方便的计算机操作环境.
Ⅱ，用户接口可分为三个部分：
1.命令接口:
为了便于用户直接或间接控制自己的作业，操作系统向用户提供了命令接口。
命令接口是用户利用操作系统命令组织和控制作业的执行或管理计算机系统。
命令是在命令输入界面上输入，由系统在后台执行，并将结果反映到前台界面或者特定的文件内。
命令接口可以进一步分为联机用户接口和脱机用户接口。
2.程序接口:
程序接口由一组系统调用命令组成，这是操作系统提供给编程人员的接口。
用户通过在程序中使用系统调用命令来请求操作系统提供服务。
每一个系统调用都是一个能完成特定功能的子程序。
如早期的UNIX系统版本和MS-DOS版本。
3.图形接口:
图形用户接口采用了图形化的操作界面，用非常容易识别的各种图标来将系统各项功能、各种应用程序和文件，直观、逼真地表示出来。
用户可通过鼠标、菜单和对话框来完成对应程序和文件的操作。
图形用户接口元素包括窗口、图标、菜单和对话框，图形用户接口元素的基本操作包括菜单操作、窗口操作和对话框操作等。
2，理解作业级接口
（1）图形用户接口:
即GUI。
是指采用图形方式显示的计算机操作环境用户接口。
典型软件有：
Dev-C++，X-scan，nmap等。
（2）命令行接口：
即CLI。
是基于文本的配置实用程序，它支持一组键盘命令和参数以配置和管理AP。
用户输入由CLI命令以及相关参数组成的命令语句。
这些语句可以通过键盘发布以进行实时控制，实现自动配置
3,掌握常用操作系统命令，命令组合（课堂有说，望认真听讲的同学补充）
答：
pwd：
显示工作目录。
cd：
进入或者退出某级目录。
LS（LIST）列出目录内容.cp（copy）:
不解释。
其他不知道了。
。
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4,能阅读理解简单的batch和shell脚本程序（课件5，28作业）
课本28到31页看看
5，了解系统调用的概念以及基本用法
答：
系统调用是操作系统提供给编程人员的唯一接口。
大致分为以下六类：
1设备管理。
该类系统调用被用来请求和释放有关设备以及启动设备操作等
2文件管理。
包括对文件的读写创建删除等
⑶进程控制。
进程是一个在功能上独立的程序的一次执行过程。
进程控制的有关调用包括进程创建，执行，撤销，执行等待和执行优先级控制等
4存储管理。
包括调查作业占据内存区的大小，获取作业占据内存去的始址等。
5进程通信。
该类系统调用被用在进程之间传递信息或信号。
6线程管理。
包括线程创建调度执行撤销等。
6，了解系统调用的实现原理
答：
linux的系统调用形式与POSIX兼容，也是一套C语言函数名的集合。
然而，linux系统调用的内部实现方式却与DOC的INT21H相似，它是经过INT0X80H软中断进入后，再根据系统调用号分门别类地服务。
（？
？
？
）
第三章
1，掌握进程概念，组成，并发，并行，与执行的异步性（课件6）了解并发执行条件（Beistein条件）
答：
概念：
并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位。
组成：
程序，数据，进程控制块（PCB）
并发，并行：
并发和并行是即相似又有区别的两个概念，并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。
倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可以同时执行。
执行的异步性：
进程以不可预知的速度向前推进。
内存中的每个进程何时执行,何时暂停,以怎样的速度向前推进,每道程序总共需要多少时间才能完成等,都是不可预知的。
并发执行的条件：
独立性，随机性，资源共享性。
2.掌握PCB的作用与地位
进程控制块是用来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程。
系统利用PCB来控制和管理进程，PCB是系统感知进程存在的唯一标志。
进程与PCB是一一对应的。
PCB集中反映一个进程的动态特征。
在进程并发执行时，由于资源共享，带来各进程之间的相互制约。
为了反映这些制约关系和资源共享关系，在创建一个进程时，首先创建其PCB，然后才根据PCB中信息对进程实施有效的管理和控制。
3,了解进程上下文概念，进程切换与模式切换。
进程上下文是进程执行过程中顺序关联的静态描述。
是一个与进程切换和处理机状态发生交换有关的概念。
进程切换：
就是从正在运行的进程中收回处理器，然后再使待运行进程来占用处理器。
（这就像多个同学要分时使用同一张课桌一样9说是要收回正在使用课桌同学的课桌使用权，实质上就是让他把属于他的东西拿走；而赋予某个同学课桌使用权，只不过就是让他把他的东西放到课桌上罢了。
谁拥有使用权谁就把他的东西放桌上）
模式切换：
中断是引起模式切换的原因。
进程切换是进程调度的本质。
进程切换需要对进程上下文信息全部切换。
而模式切换主要是寄存器上下文的切换。
模式切换可以不改变当前执行进程的状态，开销比较小，速度比较快。
模式切换有可能引起进程切换，而进程切换则是保存老进程的上下文并装载新进程的上下文过程，与模式切换无必然联系。
4,熟练掌握进程的状态以及转换，转换原因。
5,理解进程控制的实现
答：
进程控制简单的说相当于在一个程序中执行另一个程序。
进程控制的意义在于可以创建一个进程，并可以通过进程句柄结束进程。
（这个有点答非所问，资料比较难找，理解就好。
。
。
。
）
6,掌握进程的制约关系以及表现的互斥与同步概念，要能判断进程间的同步和互斥。
答：
制约关系：
同步与互斥。
同步：
指两个或两个以上随时间变化的量在变化过程中保持一定的相对关系。
好比是A和B各自完成自己的工作才算完成整个工作。
互斥：
一组并发进程中的一个或多个程序段，因共享某一个公有资源而导致他们必须以一个不允许交叉执行的单位执行。
好比是一样东西要么给A用要么给B用，就是不允许一起用。
判断同步与互斥：
以生产者和消费者为例。
在单缓冲区中，A生产完了要等待B消费才能继续生产，这就是同步。
互斥就是有你没我。
。
。
7,理解锁机制解决互斥的方法。
答：
书上是用lock（key[s]）和unlock（key[s]）解决的
8,掌握信号量（私有，公有）和PV概念用法
答：
（直接制约）（间接制约）
私有信号量公有信号量
一般来说，也可以把各进程之间发送的消息作为信号量看待。
与进程互斥时不同的是，这里的信号量只与制约进程及被制约进程有关而不是与整组并发进程有关。
因此，称该信号量为私用信号量（PrivateSemaphvre）。
一个进程Pi的私用信号量Semi是从制约进程发送来的进程Pi的执行条件所需要的消息。
与私用信号量相对应，称互斥时使用的信号量为公用信号量。
信号量的物理意义：
大于零：
表示可用资源数目。
小于零：
绝对值表示请求资源而被阻塞的进程数
p原语为申请资源v原语为释放资源pv操作必须成对出现
2，熟练掌握应用PV原语解决互斥
答：
还是自己看例子给力
9，熟练掌握PV解决同步（生产消费读写者）
答：
同上。
重点。
10，理解进程的通信方式（消息缓冲，邮箱，管道）
答：
消息缓冲机制：
发送进程和接收进程采用消息缓冲机制进行数据传送时，发送进程在发送消息前，先在自己的内存空间设置一个发送区，把欲发送的消息填入其中，然后再用发送过程将其发送出去。
接收进程则在接收消息之前，在自己的内存空间内设置相应的接收区，然后用接收过程接收消息。
必须满足：
1，消息队列的互斥操作2，收发进程的同步
邮箱：
邮箱通信就是由发送进程申请建立一与接收进程链接的邮箱。
发送进程把消息送往邮箱，接收进程从邮箱中取出消息，从而完成进程间信息交换。
设置邮箱的最大好处就是发送进程和接收进程之间没有处理时间上的限制。
对于只有一发送进程和一接收进程使用的邮箱，则进程间通信应满足如下条件：
①发送进程发送消息时，邮箱中至少要有一个空格能存放该消息。
②接收进程接收消息时，邮箱中至少要有一个消息存在。
管道:
管道通信即发送进程以字符流形式将大量数据送入管道，接收进程可从管道接收数据，二者利用管道进行通信。
管道是连接读写进程的一个特殊文件，允许进程按先进先出方式传送数据,也能使进程同步执行操作。
11，理解死锁的概念
答；所谓死锁:
是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。
12，死锁的必要条件
（1）互斥。
不允许两个或者两个以上占用同一个资源。
（2）不剥夺。
未使用完毕不能释放。
（3）部分分配。
吃着碗里瞧着锅里。
（4）环路条件。
A需要BB需要CC需要A
13,掌握防止死锁的方法以及应用，了解理解资源分配图。
答：
1死锁预防：
打破资源的互斥与不可剥夺条件。
有缺点：
1，进程在执行之前不会一次性分配所要的所有资源。
2，进程只有在所有资源全部满足才执行。
3，不经常使用的进程，会占着茅坑不拉屎。
4，降低并发性。
2死锁避免：
动态预防。
典型的有银行家算法。
自己看书。
该过程占去较大开销。
3死锁检测：
进程请求资源时检查并发进程组是否构成资源的请求和保持环路。
防止系统进入不安全状态。
4死锁恢复：
最简单的就是终止各锁住进程，或按一定顺序终止，直到释放足够资源完成。
资源分配图：
进程的死锁问题可以用有向图来形象的描述,这种有向图称为系统资源分配图.一个系统资源分配图SRAG可定义为一个二元组,即SRAG=（V,E）,其中V是顶点的集合,而E是有向边的集合.顶点集合可分为两种部分:
P=（P1,P2,…Pn）,是由系统内的所有进程组成的集合,每一个Pi代表一个进程;R=（r1,r2,…rm）,是系统内所有资源组成的集合,每一个ri代表一类资源.如果资源分配图出现环（有循环）看课件把第三章191-207
•如果每类资源只有一个实例，则一定会死锁。
•如果每类资源有多个实例，则可能会死锁。
•没有环，就不会死锁。
14，熟练掌握哲学家进餐问题的几种解法（基本解法，可能死锁，改进算法）
答：
有五个哲学家围坐在一圆桌旁，桌中央有一盘通心粉，每人面前有一只空盘子，每两人之间放一只筷子每个哲学家的行为是思考，感到饥饿，然后吃通心粉.为了吃通心粉，每个哲学家必须拿到两只筷子，并且每个人只能直接从自己的左边或右边去取筷子
不过，这种显然的解法是错误的。
如果五位哲学家同时拿起左面的叉子，就没有人能够拿到他们右面的叉子，于是发生死锁。
为防止死锁发生可采取的措施：
最多允许4个哲学家同时坐在桌子周围仅当一个哲学家左右两边的筷子都可用时，才允许他拿筷子（√）给所有哲学家编号，奇数号的哲学家必须首先拿左边的筷子，偶数号的哲学家则反之为了避免死锁，把哲学家分为三种状态，思考，饥饿，进食，并且一次拿到两只筷子，否则不拿.
16，熟练掌握死锁避免的方法与应用（安全状态，银行家算法，安全测试子算法）
答：
课件第三章214-224.期中考试也有类似的。
17，理解线程的概念，基本状态，使用场合，与进程区别
答：
一个进程内的基本调度单位称为线程或称为轻权进程。
基本状态：
一般说有3种，但也有说4种的
就绪：
线程分配了CPU以外的全部资源，等待获得CPU调度
执行：
线程获得CPU，正在执行
阻塞：
线程由于发生I/O或者其他的操作导致无法继续执行，就放弃处理机，转入线程就绪队列
第四种：
挂起：
由于终端请求，操作系统的要求等原因，导致挂起。
适用场合：
虽然线程可以提高系统的执行效率，但不适用于在那些很少做进程调度和切换的实时系统，个人数字助理系统中，由于任务的单一性，反而会占用更多资源。
典型应用有：
服务器中的文件管理或通信控制；前后台处理；异步处理；书上7879
区别：
1、线程是进程的一部分，所以线程有的时候被称为是轻权进程或者轻量级进程。
2、一个没有线程的进程是可以被看作单线程的，如果一个进程内拥有多个进程，进程的执行过程不是一条线（线程）的，而是多条线（线程）共同完成的。
3、系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存区域，但是不会为线程分配内存（线程所使用的资源是它所属的进程的资源），线程组只能共享资源。
那就是说，出了CPU之外（线程在运行的时候要占用CPU资源），计算机内部的软硬件资源的分配与线程无关，线程只能共享它所属进程的资源。
4、与进程的控制表PCB相似，线程也有自己的控制表TCB，但是TCB中所保存的线程状态比PCB表中少多了。
5、进程是系统所有资源分配时候的一个基本单位，拥有一个完整的虚拟空间地址，并不依赖线程而独立存在
第四章
1，理解处理机调度的四个层次
答：
课件第四章前11页
2，了解作业与进程的关系
答：
作业可被看作是用户向计算机提交任务的任务实体，例如一次计算、一个控制过程等。
反过来，进程则是计算机为了完成用户任务实体而设置的执行实体，是系统分配资源的基本单位。
一个作业总是由一个以上的多个进程组成的。
首先，系统必须为一个作业创建一个根进程。
然后，在执行作业控制语句时，根据任务要求，系统或根进程为其创建相应的子进程，然后，为各子进程分配资源和调度各子进程执行以完成作业要求的任务
3，了解作业的组织与调度
答：
作业是一个比程序更为广泛的概念，它不仅包含了通常的程序和数据，而且还应配有一份作业说明书，系统根据该说明书来对程序的运行进行控制。
在批处理系统中，是以作业为基本单位从外存调入内存的。
调度：
书上8889
（1）记录系统中各作业的状况。
（2）从后备队列挑选出一部分作业投入执行（3）为被选中作业做好执行前的准备工作（4）在作业执行结束时做善后处理工作。
3，熟练掌握常用的调度算法，应用以及评价指标（平均周转时间，带权周转时间）
算法：
FCFS,SJF,HRN,RR,优先级
答：
周转时间T=T1-T2T1为作业i的完成时间，T2为作业i的提交时间
平均周转为所有作业的周转时间/作业数
一个作业的周转时间说明了该作业在系统停留的时间。
一部分为等待时间，另一部分为执行时间。
T3主要指作业i从后备状态到执行状态的等待时间，不包括作业进入执行状态后的等待时间。
T=T3+T4
带权周转时间是作业周转时间与作业执行时间的比
W=T/T4
平均的如上。
FCFS（先来先服务）:
SJF（最短作业优先）
HRN（最高相应比优先）公式
响应比R定义如下：
R=（W+T）/T=1+W/T
假如有4道作业，它们的提交时间及运行时间如下表所示：
采用单道运行，试问下述调度算法下，它们的调度顺序，并分别计算各调度算法下三个作业的平均周转时间T和平均带权周转时间W。
（1）FCFS（先来先服务）
（2）SJF（短作业优先）
（3）HRRN（响应比高者优先）
解：
RR算法（轮流法）
优先级；自己手动算一下结果把
第五章
1，掌握虚拟存储器的概念，实现的理论依据（程序运行的局部性原理）
答：
虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。
原理：
在虚拟存储器系统中，作业无需全部装入，只要装入一部分就可运行。
引入虚拟存储技术之后,可以:
1、提高内存利用率；
2、程序不再受现有物理内存空间的限制；编程变得更容易；
3、可以提高多道程序度，使更多的程序能够进入内存运行。
2，熟练掌握地址的映射方法（静动态）
答：
静态重定位的优点是不需要硬件支持。
但是，使用静态重定位方法进行地址变换无法实现虚拟存储器。
缺点：
静态重定位方法一旦将程序装入内存之后就不能再移动，并且必须在程序执行之前将有关部分全部装入。
必须占用连续的内存空间，这就难以做到程序和数据的共享。
结论：
静态重定位不允许进程从一个内存段移动到另一个内存段。
其具体过程是:
（1）设置基地址寄存器BR，虚拟地址寄存器VR。
（2）将程序段装入内存，且将其占用的内存区首地址送BR中。
例如，在图5.3中，（BR）=1000。
（3）在程序执行过程中，将所要访问的虚拟地址送入VR中，例如在图5.3中执行LOADA500语句时，将所要访问的虚拟地址500放入VR中。
（4）地址变换机构把VR和BR的内容相加，得到实际访问的物理地址。
动态重定位的主要优点有:
（1）可以对内存进行非连续分配。
显然，对于同一进程的各分散程序段，只要把各程序段在内存中的首地址统一存放在不同的BR中，则可以由地址变换机构变换得到正确的内存地址。
（2）动态重定位提供了实现虚拟存储器的基础。
因为动态重定位不要求在作业执行前为所有程序分配内存，也就是说，可以部分地、动态地分配内存。
从而，可以在动态重定位的基础上，在执行期间采用请求方式为那些不在内存中的程序段分配内存，以达到内存扩充的目的。
（3）有利于程序段的共享。
3，理解内存的共享与保护
答：
在多道程序设计环境下，内存中的许多用户或系统程序和数据段可供不同的用户进程共享。
这种资源共享将会提高内存的利用率。
但是，反过来说，除了被允许共享的部分之外，又要限制各进程只在自己的存储区活动，各进程不能对别的进程的程序和数据段产生干扰和破坏，因此须对内存中的程序和数据段采取保护措施。
常用的内存信息保护方法有硬件法、软件法和软硬件结合三种。
另外一种常用的内存保护方式是：
界限寄存器与CPU的用户态或核心态工作方式相结合的保护方式。
在这种保护模式下，用户态进程只能访问那些在界限寄存器所规定范围内的内存部分，而核心态进程则可以访问整个内存地址空间。
UNIX系统就是采用的这种内存保护方式。
4，掌握分区管理的概念，分配与回收算法，会收区的合并，内存拼接，内存利用率等
答：
分区管理是把内存划分成若干个大小不等的区域，除操作系统占用一个区域之外，其余由多道环境下的各并发进程共享。
分区管理是满足多道程序设计的一种最简单的存储管理方法。
分区的分配与回收：
1，固定分区的分配
固定分区的回收更加简单。
当进程执行完毕，不再需要内存资源时，管理程序将对应的分区状态置为未使用即可。
2，动态分区的分配
1最先适应法
2最佳适应法
3最坏适应法
通俗地说，好比有几个地方，依次能容纳如下位置个数：
5，6，7，2，4
如果我有3个人，最先适应就是去有五个容量的地方，最佳适应就是从最小的空间开始，2，4，5，6，7找有4个容量的地方，最坏就是从最大的开始找，找有7个容量的地方。
回收：
作业或进程结束，存储管理程序要收回已使用完毕的空间，并将其插入空闲区可用表或自由链
5，了解覆盖与交换技术的用途
答：
覆盖与交换技术是在多道环境下用来扩充内存的两种方法。
覆盖技术主要用在早期的操作系统中，而交换技术则在现代操作系统中仍具有较强的生命力。
6，理解段，页式存储管理的基本原理
答：
页式：
各进程的虚拟空间被划分成若干个长度相等的页，页长的划分和内存外存之间数据传输速度以及内存大小有关。
用户进程在内存空间除了在每个页面地址连续之外，每个页面不再连续。
课本P124
段式：
把程序按内容或过程（函数）关系分成段，每段有自己的名字。
一个用户作业或进程所包含的段对应一个二维线性虚拟空间，也就是一个二维虚拟存储器。
段式管理程序以段为单位分配内存，然后通过地址映射机制把段式虚拟地址转换成实际的内存物理地址。
7，掌握程序运行的局部性原理
答：
局部性原理是指在几乎所有程序的执行过程中，在一段时间内，CPU总是集中地访问程序中的某—个部分而不是对程序的所有部分具有平均的访问概率。
这样就有可能把要使用的程序和数据，按其使用的急迫和频繁程度，分时间段、分批量、合理地调入存储容量不同、读写速度不同的存储器部件中，并由计算机硬件、软件自动地统一管理与调度。
即是，把CPU最近一小段时间要频繁、高速使用的信息存储在高速缓冲存储器中，可以快速完成读写操作，不至于拖慢CPU的运行速度。
把那些暂时可以先不使用的信息保存在容量非常大的虚拟存储器中，用到时再从那里以更大的批量读入主存储器。
8，熟练掌握段，页式管理的地址映射（计算和画图），数据结构（页表，存储页面表（位图表），块表）
答：
自己看书上P126以及作业
最简单的页表由页号与页面号组成。
页表在内存中占有一块固定的存储区。
页表的大小由进程或作业的长度决定。
例如，对于一个每页长1K，大小为20K的进程来说，如果一个内存单元存放一个页表项，则只要分配给该页表20个存储单元即可。
位图表：
横坐标代表页面，纵坐标代表单元。
0为未分配
例题：
设每个页面长度为1K，指令LOAD1，2500的虚地址为100，怎样通过图5.19所示页表来找到该指令所对应的物理地址呢?
由控制寄存器的页表始址，可以找到页表所在位置。
并由虚地址100可知，指令LOAD1，2500在第0页的第100单元之中。
由于第0页与第2个页面（块）相对应，因此，该指令在内存中的地址为2048+100=2148。
当CPU执行到第2148单元的指令时，CPU要从有效地址2500中取数据放入1号寄存器中。
为了找出2500对应的实际物理地址，地址变换机构首先将2500转换为页号与页内相对地址组成的地址形式。
即p=2，w=452。
由页表，可知2号页所对应的页面（块）号等于8。
最后，将页面（块）号8乘以块长（1024）再加上页内相对地址w（452），得到待访问的物理内存地址8644。
快表中，存入那些当前执行进程中最常用的页号与所对应的页面号，从而以提高查找速度。
9，熟练掌握动态段，页式的常用算法，缺段，页中断的改练以及处理
答：
FIFO
设进程P共有8页，且已在内存中分配有3个页面（块），程序访问内存的顺序（访问串）为7，0，1，2，0，3，0，4，2，3，0，3，2，1，2，0，1。
缺页率为12/17=70.5%。
最近最久未使用页面置换算法（LRU）
理想型淘汰算法（OPT）
平时作业有做过的
缺页中断就是要访问的页不在主存，需要操作系统将其调入主存后再进行访问。
10,了解段页式存储管理的基本思想和实现原理
答：
基本思想：
发挥段和页的优点P138
实现原理：
1虚地址的构成
一个进程中所包含的具有独立逻辑功能的程序或数据仍被划分为段，并有各自的段号s。
这反映相继承了段式管理的特征。
其次，对于段s中的程序或数据，则按照一定的大小将其划分为不同的页。
和页式系统一样，最后不足一页的部分仍占一页。
这反映了段页式管理中的页式特征。
从而，段页式管理时的进程的虚拟地址空间中的虚拟地址
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